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華為 Mate60 Pro 的發(fā)布引發(fā)了一波搶購熱潮，時隔三年之久，華為mate系列終于又發(fā)布新機了。Mate60Pro 最引人矚目的地方，除了那個尚不知道哪里產(chǎn)的麒麟9000s，還有一項非常重要的功能——衛(wèi)星通話，讓你的通話可以隨時隨地，縱橫山海，暢聯(lián)九霄。 ? 這個吊炸天的技術，到底怎么樣？真的能捅破天嗎？射頻學堂今天就和大家一起探索一下，這個”向上捅破天“的技術到底怎么樣？
什么是人造衛(wèi)星？
現(xiàn)在，人造衛(wèi)星這個概念想必都不太陌生，什么星鏈啦，GPS啦，北斗啦，量子衛(wèi)星啦，每一個有關人造衛(wèi)星的詞匯都會引起人們的熱議。尤其是當今鵝烏戰(zhàn)爭中，星鏈對戰(zhàn)爭的重要作用，更引人對人造衛(wèi)星的關注。 那你知道第一顆人造衛(wèi)星是什么時候發(fā)的嗎？它能干啥嗎？ 天文學家把天上的星星分為三大類，恒星，行星和衛(wèi)星。我們的太陽就是一顆巨大的恒星，恒星內(nèi)部無時無刻都在發(fā)生無數(shù)的核爆，然后用電磁波的形式向外界釋放能量。像地球一樣，不能向外界釋放能量，圍繞恒星運動的星星叫做行星，而圍繞行星運動的星星就是衛(wèi)星，比如我們的月亮。衛(wèi)星，像一個安全衛(wèi)士一樣，守護在行星的周圍，為行星抵擋著大多數(shù)來自宇宙的暴擊。 ? 人造衛(wèi)星，就是人類制造的能夠在地球軌道上運行的無人航天器。到今天為止，人類總共發(fā)射了大約50000顆人造衛(wèi)星，其中絕大部分失去了功能，變成了太空垃圾。 右圖是你以為的，其實中間圖才是實際的狀態(tài)。所以我們的頭頂上其實布滿了密密麻麻的人造衛(wèi)星。如果按照現(xiàn)在的發(fā)射速度，人造衛(wèi)星的數(shù)目還會指數(shù)增長，科學家預估到2209年，地球表面的人造衛(wèi)星將是最有圖所示的密集度。
這些人造衛(wèi)星，大小不等，功能各異，服務著人類的方方面面，包括軍事，氣象，廣播，通信，導航，偵察，預警，科學實驗等等。
當然，人類作為最好斗的生物之一，軍事用途也是第一位的。第一顆人造衛(wèi)星的發(fā)射就伴著冷戰(zhàn)時期兩大陣營的劇烈軍事技術對抗。 前蘇聯(lián)于1957年10月4日，成功發(fā)射了人類歷史上第一顆人造衛(wèi)星——Sputnik-1，Sputnik在俄語中就是陪伴的意思，Sputnik-1直譯就是一號人造衛(wèi)星。多么霸氣的名字，直接就是一號。還好我們采用音譯，直接叫它——斯普特尼克一號。
斯普特尼克一號人造衛(wèi)星由前蘇聯(lián)火箭專家科羅廖夫利用導彈改制而成，運行軌道為橢圓軌道，高度為215km/947km、軌道傾角65.1°，采用自旋穩(wěn)定控制方式。該衛(wèi)星呈球形，直徑0.58m，質(zhì)量83.6kg，主要由殼體、衛(wèi)星設備和天線組成。衛(wèi)星殼體由兩個鋁合金半球殼對接密封而成，內(nèi)部充有氮氣。殼體內(nèi)安裝蓄電池組、無線電發(fā)射機等儀器設備。衛(wèi)星外部裝有4根鞭狀天線，2根長2.4m，2根長2.9m。星載無線電發(fā)射機采用20.005MHz和40.002MHz的頻率發(fā)送無線電信號。 斯普特尼克一號人造衛(wèi)星總共工作了22天，于1957年10月26號，電池耗盡，停止對外發(fā)送信號。之后又在太空中運行了三個月，于1958年1月4號，再次進入地球大氣層而燒毀。 這顆人造衛(wèi)星開創(chuàng)了人類開發(fā)外太空的第一步，從此，人類的活動范圍從陸地，海洋，大氣層，一直到外太空，打開了南天門，邁向了天庭。當然，斯普特尼克一號人造衛(wèi)星的成功發(fā)射，也大大刺激了美國，并引起了美國的恐慌。從此冷戰(zhàn)，也從地球表面延伸到了太空。 緊接著，1958年1月31日，美國成功發(fā)射了 ”Explorer 1“ 人造衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星比較小，僅有兩個籃球大小，重量也僅8.22公斤，錐頂圓柱形，高203.2厘米，直徑15.2厘米，沿近地點360.4公里、遠地點2531公里的橢圓軌道繞地球運行，軌道傾角33.34°，運行周期114.8分鐘。
緊接著，法國，日本也相繼發(fā)射了屬于自己的第一顆人造衛(wèi)星。 繼日本成功發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星之后，我們中國也發(fā)射了自己的第一顆人造衛(wèi)星——東方紅一號。東方紅一號發(fā)射成功，開創(chuàng)了中國航天史的新紀元，使中國成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個獨立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。在那個一窮二白的年代，科學家們憑借著自己超強的毅力和獻身精神，硬是手繪出了人造衛(wèi)星的圖紙，完成了中國第一顆人造衛(wèi)星的成功發(fā)射。
東方紅一號衛(wèi)星由結構、溫控、能源、《東方紅》音樂裝置和短波遙測、跟蹤、天線等分系統(tǒng)及姿態(tài)測量部件等組成，主要任務是進行衛(wèi)星技術試驗、探測電離層和大氣層密度。外形為近擬球體的72面體，直徑約1米，質(zhì)量為173千克，采用自旋姿態(tài)穩(wěn)定方式，轉速為120轉/分，利用太陽角計和紅外地平儀測定姿態(tài)。用20MHz的電磁波向全世界播放”東方紅“的歌曲。 東方紅一號工作20天之后，電池耗盡停止向外界發(fā)送電磁波信號。但是衛(wèi)星的軌道壽命并未結束，時至今日，東方紅一號依然運行在我們的頭頂，向全世界通告中國科技的崛起。
什么是通信衛(wèi)星？
衛(wèi)星的用途多種多樣，其中通信通信，是人類使用最早，應用最廣的人造衛(wèi)星之一。 一顆地球靜止軌道衛(wèi)星，大概能夠覆蓋約40%左右的地球表面，包括海洋，高山，陸地和低空。人類在地球靜止軌道上，均勻分布三顆通信衛(wèi)星，就可以覆蓋全球的通信。
地球靜止軌道位于赤道上空35786.6Km的高空，衛(wèi)星在這條軌道上以每秒3075米的速度自西向東繞地球旋轉，繞地球一周的時間為 23小時56分4秒，恰與地球自轉一周的時間相等。因此從地面上看，衛(wèi)星就像掛在天上不動，這就使地面接收站的工作方便多了。接收站的天線可以固定對準衛(wèi)星，晝夜不間斷地進行通信，不必像跟蹤那些移動不定的衛(wèi)星一樣而四處“晃動”，使通信時間時斷時續(xù)。通信衛(wèi)星已承擔了全部洲際通信業(yè)務和電視傳輸。 同步軌道衛(wèi)星覆蓋面廣，但是頻譜的利用率卻比較低。因為電磁波傳輸距離比較遠，因此信號時延也比較大，達到250ms，遠超地球表面基站之間的傳輸時延。但是地面移動基站的覆蓋范圍小，通常為1-5Km之內(nèi)，全覆蓋的建設成本高，并且很多地方也根本不具備建站條件。所以，近地軌道的衛(wèi)星通信就成了一個熱門選項。
低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)，是指運行在近地軌道的人造衛(wèi)星，一般距地球表面大約為1000千米，電磁波的空間傳輸損耗較小。衛(wèi)星形成的覆蓋小區(qū)在地球表面很快移動，繞地球一周約需2小時。當小區(qū)移過移動用戶時，也有“越區(qū)切換”問題。但是低軌道衛(wèi)星一般只有幾百公斤，用小推力火箭即可發(fā)射，甚至可以一箭多星，因此發(fā)射成本比較低。 低軌道衛(wèi)星通信的優(yōu)點主要有： 1，衛(wèi)星的軌道高度低，使得傳輸延時短。路徑損耗小，多個衛(wèi)星組成的星座可以實現(xiàn)真正的全球覆蓋，頻率復用更有效； 2，蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛(wèi)星移動通信提供了技術保障。因此，低軌道（LEO）系統(tǒng)被認為是最新最有前途的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。 目前，主要的低軌道通信衛(wèi)星的方案主要有銥（Iridium）系統(tǒng)和全球星系統(tǒng)（Globalstar）、白羊（Arics）系統(tǒng)、低軌衛(wèi)星（Leo-Set）系統(tǒng)、柯斯卡（Coscon）系統(tǒng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡（Teledesic）系統(tǒng)等。 通信行業(yè)的人應該都聽說過耗死摩托羅拉公司的銥星計劃。這個摩托羅拉提出的最早用于服務全人類通信的銥星計劃，太空部分由七條衛(wèi)星軌道組成，每條軌道上分布11顆衛(wèi)星，就像金屬元素銥一樣，在原子核外分布著77顆電子。盡管后來被證實6條衛(wèi)星軌道也能夠提供同樣的覆蓋，計劃衛(wèi)星數(shù)也減少到了66顆。
這個1987年提出的人類最早的通信星座系統(tǒng)，，每顆星質(zhì)量670千克左右，功率為1200瓦，采取三軸穩(wěn)定結構，每顆衛(wèi)星的信道為3480個，服務壽命5至8年。銥星系統(tǒng)的最大特點是，通過衛(wèi)星之間的接力來實現(xiàn)全球通信，相當于把地面蜂窩移動電話系統(tǒng)搬到了天上.它與使用的靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)比較有兩大優(yōu)勢：一是軌道低，傳輸速度快，信息損耗小，通信質(zhì)量大大提高；二是銥星系統(tǒng)不需要專門的地面接受站，每部移動電話都可以與衛(wèi)星聯(lián)絡，這就使地球上人跡罕至的不毛之地，通信落后的邊遠地區(qū)，自然災害現(xiàn)場都變得暢通無阻。所以說，銥星系統(tǒng)開始了個人衛(wèi)星通信的新時代。 但是這個超前的技術，最終還是在市場競爭中敗給了移動蜂窩，銥星計劃最終不得不以破產(chǎn)告終。后來銥星計劃被美國國防部收購，為美國政府和軍隊服務。 最終還是外星人馬斯克的StarLink 橫空出世，帶動了整個低軌道衛(wèi)星通信的快速發(fā)展。 在2015年的時候，馬斯克就宣布要發(fā)射大約1.2萬顆通信衛(wèi)星發(fā)射到軌道,其中1584顆將部署在地球上空550千米處的近地軌道，這個星鏈將為人類提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務。而且是全地球，無死角，隨時，隨地，隨便，只要你有錢。 到2023年7月份，Starlink 總共有4519顆衛(wèi)星發(fā)射成功，其中有4487顆衛(wèi)星正在運行，目前可提供5Mbps到200Mbps不等的傳輸速率，這個傳輸速率已經(jīng)可以滿足大部分人的上網(wǎng)需求了。 下圖給出了Starlink的射頻參數(shù)，地面站和衛(wèi)星之間采用27.5GHz-30GHz的毫米波頻段傳輸，而衛(wèi)星和用戶終端之間采用10.7GHz到12.7GHz的頻段傳輸。
從理論上來說，星鏈系統(tǒng)能夠覆蓋全球的通信，但是受限于衛(wèi)星數(shù)目以及各種原因的限制，目前大部分服務仍限于北美和歐洲。在Starlink的可用性地圖上，世界其他地區(qū)被標記為“即將推出”，甚至美國部分地區(qū)也在等待潛在客戶。
當然，我們中國自己的星鏈計劃也在穩(wěn)步推進中，據(jù)報道稱，到2030年，完成300顆衛(wèi)星組網(wǎng)，屆時將具備“全球任一地點10分鐘內(nèi)查訪”的即時業(yè)務響應和服務能力，這將為全球應急救援、火情監(jiān)測、防災減災領域提供更加有效的數(shù)據(jù)和能力支撐。
那么，華為mate60pro的衛(wèi)星通話，究竟是怎么回事？用的是什么衛(wèi)星？
這里就引出了我們的通信衛(wèi)星系統(tǒng)----天通一號
天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)
華為mate60Pro進行衛(wèi)星通話采用的是中國自主研制的天通一號衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該衛(wèi)星通信系統(tǒng)由航天五院帶頭研制，目前由中國電信運營。
天通一號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，由空間段、地面段和用戶終端組成，空間段計劃由多顆地球同步軌道移動通信衛(wèi)星組成。其中，天通一號01星于2016年8月6日，由長征三號乙運載火箭發(fā)射升空，標志著我國正式進人地球N步軌道移動通信衛(wèi)星俱樂部。緊接著，在2020年11月12日，天通一號02星也發(fā)射成功；然后在2021年1月20日，成功將天通一號03星發(fā)射升空。
天通一號01星工作在S頻段，上行1980MHz-2110MHz，下行是2170MHz-2200MHz。現(xiàn)階段能滿足100萬用戶的通信容量。覆蓋區(qū)域主要為中國及周邊、中東、非洲等相關地區(qū)，以及太平洋、印度洋大部分海域。覆蓋地形沒有限制，海洋、山區(qū)、尚原、森林、戈壁、沙漠都可實現(xiàn)無縫覆蓋。覆蓋人群涉及車輛、飛機、船舶和個人等各類移動用戶，為個人通信、海洋運輸、遠洋漁業(yè)、航空救援、旅游科考等各個領域提供全天候、全天時、穩(wěn)定可靠的移動通信服務，支持語音、短消息和數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)生自然災害時，天通一號的應急通信能力可以發(fā)揮極大作用，此外，天通一號01星最主要的優(yōu)勢體現(xiàn)在終端的小型化、手機化，便于攜帶。中國電信官網(wǎng)推出的 5G天通衛(wèi)星移動終端全網(wǎng)通YT8000，售價9800元.
這個天通一號衛(wèi)星系統(tǒng)也是華為mate 60Pro 實現(xiàn)衛(wèi)星通話的通信衛(wèi)星系統(tǒng)，如果你手機具備這個功能的話，可以登錄天翼云網(wǎng)站，即可開通天通一號的服務。
天通衛(wèi)星業(yè)務是中國電信依托中國自主研發(fā)的“天通一號”衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡，采用1740專屬號段，為客戶提供衛(wèi)星移動話音、短信、數(shù)據(jù)及增值服務，天通衛(wèi)星業(yè)務實現(xiàn)對中國領土、領海的通信網(wǎng)絡全面覆蓋，填補現(xiàn)有通信無法覆蓋的區(qū)域，廣泛應用于海洋漁業(yè)、應急救援、旅游探險、物聯(lián)網(wǎng)等多個應用。
天通衛(wèi)星除了可以提供通話，短信業(yè)務之外，還可以提供上網(wǎng)服務，目前的傳輸速率大約為384kbps，相較于Starlink，還有不小的差距。相信在將來，一定會捅破天。
不過，既然上衛(wèi)星了，收費還是挺貴的，1000塊錢一年，包含750分鐘通話和5條國內(nèi)短信。超出套餐，撥打和接收衛(wèi)星電話都是一塊六一分鐘。
編輯：黃飛
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