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陈蓝| 移动卫星通信40年:罗马是怎样建成的?
2014年马航370空难后,航空器普遍安装了能实时跟踪飞行全程的ADS-B广播系统。船舶上则有类似的AIS(及更先进的VDES)实时跟踪系统。ADS-B和AIS起初都用于地面,但现在用卫星接收转发已成主流。搭载ADS-B和AIS/VDES载荷的卫星越来越多,还有不少专用跟踪卫星。它们依然属于单向移动卫星通信,可以认为是新一代的搜救系统。COSPAS-SARSAT的重要性近年来有所降低,但有意思的是,它的个人终端比重却在增加。
互联网上基于ADS-B信号绘制的航空器实时跟踪地图(图源:互联网)
看到这里,你也许会想到,飞机船舶跟踪不就是物联网吗?没错!带宽和时延要求不高、技术难度较低、成本低廉、终端轻便的单向移动卫星通信系统非常适合数据采集工作。事实上,近年来卫星物联网发展迅猛,古老的单向卫星通信终于迎来了春天。
不过,卫星物联网市场目前仍由传统卫星通信公司的“降维”或转型产品主导,主要玩家是Orbcomm、铱星、全球星、海事卫星、图拉雅(Thuraya,也译为欧星)等。其中Orbcomm已全面转型为一家卫星物联网公司。
专用物联网星座也已经出现。文首提到的中国天启星座就是其中之一。由国电高科开发建设、计划明年6月完成、38颗星组网的天启星座目前已发射19颗,已能支持单向应急报警。由于采用UHF频段,天启终端具有小型化、低功耗、低成本、信号绕射等优势,可望集成于手机、可穿戴设备和车辆中。
此外,吉利汽车的“吉利未来出行星座”则可能是世界上第一个车联网星座。去年6月,首批9星已发射入轨。
天启物联网终端模块(图源:国电高科)
欧美厂商也并没有停步。高通近期已经发布了卫星NB-IoT。LoRa联盟则宣布LoRaWAN协议支持长距离跳频扩频。他们计划将这两个地面标准延伸到太空,实现天地融合。今年4月,初创公司Sateliot通过SpaceX猎鹰9号发射了首颗NB-IoT卫星。Lacuna和EchoStar则分别计划发射低、高轨 LoRa 星座。万物互联的能力很快将通过卫星延伸到地球的每一个角落。
卫星短信:低调的成功
不过,单向通信显然不能令人满足。但你可能怎么也想不到,双向移动卫星通信实现的年代更早,而且由业余爱好者主导。1972年和1974年发射的两颗业余无线电小卫星“奥斯卡6号”(重18公斤)和“奥斯卡7号”(重28公斤)携带了一种称为“储存转发”的通信装置。一个业余电台发出的摩尔斯信号被卫星收到后储存起来,等卫星飞到地球另一个地方再向地面发送,可以被其他业余电台接收到。当然,接收者必须自己翻译接收到的长短滴答。
早期业余电台要和卫星通信,必须使用很大的八木天线,但电台本身不大。一个人可以扛着整套设备到处溜达。虽然样子有点怪异,却是真正的个人直连卫星——名副其实的移动通信。那时,离手机问世还有很多年。
早期“便携式”业余电台(图源:互联网)
1984年,第一颗采用数字技术的储存转发业余无线电卫星发射。到今天,各国已经发射了很多储存转发式通信卫星或搭载的通信载荷。中国首颗储存转发通信试验卫星是中科院2003年发射的“创新一号”。近年中国也发射了多颗业余无线电卫星,比如希望1至4号。
储存转发式通信卫星适合时效要求不高的短信通信,过去几十年也有各种商业化计划,但最终无一成为现实。究其原因,就是需求有限、回报不高,不值得投巨资去建设和运营。但另一方面,它也为此后商业化卫星短信通信系统建立了重要基础。
首先,实现商业化双向卫星短信服务的是前面提到过的Orbcomm公司。Orbcomm一代星座由36颗低轨卫星组成,1998年系统建成并投入使用,支持准实时电子邮件、传真、短信等,也具备储存转发功能。这是世界上第一个低轨通信卫星系统,早于大名鼎鼎的铱星和全球星。其实它很成功,但可能因为不支持语音通信而鲜为人知。
2016年起,Orbcomm二代星座48颗卫星开始发射,聚焦卫星物联网服务,现在已经基本建成。
最早的Orbcomm手持式终端(图源:互联网)
几年后铱星、全球星、海事卫星、图拉雅等系统也支持了双向短信通信。2012年,中国的北斗二号区域定位系统建成,和GPS等导航系统不同的是,它支持独特的短报文服务。2021年,北斗三号全球系统建成并投入使用,短报文服务的容量和覆盖范围得到进一步提高。北斗短报文系统经多年推广,在国内各行业,如公路运输业和渔业得到广泛应用,效益明显。
北斗短报文手表终端(图源:互联网)
2022年,具备双向北斗短报文功能的华为Mate 50手机,成为世界上首台支持卫星短信的普通手机。今年,支持北斗短报文的普通手机又增加多款,均来自华为。北斗是目前世界上唯一支持普通手机直连的卫星短信系统。
由于卫星短信市场需求有限,所以发展一直不温不火,基本都依托语音业务来生存。但近年卫星物联网高速发展,单双向窄带数据通信需求大增,再加上手机直连带来巨大消费市场,数据通信星座的前景现在一片光明。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 朱敏洁 
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