蘋果手機(jī)直接與衛(wèi)星進(jìn)行通信，可能嗎？

這個話題，對通信和衛(wèi)星通信的各位來說可能太小兒科、不值一提。但架不住每年都有媒體煞有介事地拿來當(dāng)新聞炒作。所以，我們還是來談?wù)劙?。也歡迎大家轉(zhuǎn)發(fā)朋友圈，一起全民科普~

蘋果手機(jī)直接與衛(wèi)星進(jìn)行通信，可能嗎？

文 | 魏興

最近幾年，每當(dāng)蘋果公司將要發(fā)布新一代iPhone之前，總會有傳言稱新款iPhone將集成衛(wèi)星通信功能，能夠直接通過衛(wèi)星上網(wǎng)。這不，關(guān)于今年9月份將要發(fā)布的iPhone14的傳聞又流行了起來。有報道稱，因為開發(fā)進(jìn)度的原因，這項眾人期待的功能并未添加到iPhone13系列中，但是有“可靠消息”稱，蘋果目前正在測試可以通過衛(wèi)星發(fā)送短信的原型機(jī)，其內(nèi)部代號為“Stewie”。

那么，通過手機(jī)直接通過衛(wèi)星上網(wǎng)，真的可能嗎？

先說結(jié)論吧：通過手機(jī)與衛(wèi)星進(jìn)行窄帶通信，速率在幾Kbps到幾十Kpbs，發(fā)送文字短信，并不是什么新技術(shù)，早在二十多年前就在“銥星”上實現(xiàn)了，這當(dāng)然是可行的技術(shù)。但是想達(dá)到更快的帶寬，目前的技術(shù)是不可能的。

建設(shè)于上世紀(jì)九十年帶的“銥星”星座，能夠提供覆蓋全球的語音通話和窄帶數(shù)據(jù)通信能力?！般炐恰钡拇蟛糠中l(wèi)星位于距地面七百多公里的低地球軌道，使用的手持電話發(fā)射功率從2瓦起，有些終端設(shè)備支持更高的發(fā)射功率，提供的語音通話編碼速率為2.4kbps，這也是“銥星”能夠提供的最基礎(chǔ)的撥號上網(wǎng)速率，而最高的聯(lián)網(wǎng)速率為10kbps，發(fā)送的短消息長度為160字節(jié)。

美國銥星手機(jī)

中國版“銥星”——天通衛(wèi)星電話，價格從5000到萬元不等

我們使用的消費電子產(chǎn)品，為了防止電磁波輻射對人體健康造成損傷，世界各國政府的監(jiān)管部門都規(guī)定了一個指標(biāo)：SAR，專門用于衡量便攜通信設(shè)備近場輻射對人體健康影響。SAR的全稱是SpecificAbsorptionRatio，意為“比吸收率”，定義為“人體的一部分組織，平均一秒鐘時間會吸收多少手機(jī)發(fā)出的電磁波能量”，單位為W/kg。中國的SAR標(biāo)準(zhǔn)與歐盟相同，明確規(guī)定：“任意10克生物組織、任意連續(xù)6分鐘內(nèi)的平均比吸收率（SAR）值不得超過2.0W/kg”。世界上大部分國家的規(guī)定也是一樣的。

在這種法規(guī)的限制下，由3GPP組織制定的4G和5G通信標(biāo)準(zhǔn)，把手機(jī)工作在FDD（頻分復(fù)用）模式下的最大發(fā)射功率限制在23dBm,也就是200毫瓦；而對于TDD（時分復(fù)用）模式，由于在這種模式下手機(jī)并不一直發(fā)射電磁波，因此最大發(fā)射功率放寬到了26dBm，也就是400毫瓦。我們?nèi)粘Ｊ褂玫腤i-Fi設(shè)備，最大發(fā)射功率也被Wi-Fi技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)限制在了200毫瓦。

可以看出，手機(jī)的最大發(fā)射功率只有“銥星”電話最小發(fā)射功率的十分之一左右。手機(jī)的這種發(fā)射功率是為了與幾百米外的基站進(jìn)行通信設(shè)計的，然而大部分低地球軌道衛(wèi)星和地球的距離都在400公里以上，距離增大了1000倍以上。在這種情況下，手機(jī)和衛(wèi)星進(jìn)行寬帶通信是絕對不可能的。作為對比，SpaceX公司的星鏈地面終端設(shè)備的發(fā)射功率約為4瓦，只有這樣的發(fā)射功率才能維持比較高的上行速率。

手機(jī)和衛(wèi)星之間維持窄帶通信可能嗎？答案是可能的。

實際上，全球已經(jīng)發(fā)射的一些低軌道物聯(lián)網(wǎng)（IoT）衛(wèi)星，已經(jīng)實現(xiàn)了低發(fā)射功率的終端設(shè)備與衛(wèi)星進(jìn)行窄帶通信。比如我國的國電高科公司發(fā)射的“天啟星座”物聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星，其地面終端設(shè)備依靠幾節(jié)干電池就能工作一年以上，設(shè)備整體功耗能夠低至100毫瓦。

天啟物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)急求助終端，十分小巧，可放入口袋中

所以，蘋果手機(jī)如果實現(xiàn)通過低軌道衛(wèi)星發(fā)送文字短信，是有可能實現(xiàn)的，進(jìn)行寬帶通信，就別想了。

首先，現(xiàn)有的5G通信標(biāo)準(zhǔn)對于手機(jī)和基站之間的相對速度限制在500公里每小時以內(nèi)。5G通信標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計只能補(bǔ)償這個速度之下的多普勒頻移。但是低地球軌道衛(wèi)星是以第一宇宙速度（約每秒7.9公里）在飛行，與地面終端的相對速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了5G標(biāo)準(zhǔn)能夠補(bǔ)償?shù)哪芰Α?/span>

其次，5G通信標(biāo)準(zhǔn)中允許的終端和基站之間的距離不超過30公里，因為地球曲率通常會阻止傳輸距離超過30公里的直線通信，5G標(biāo)準(zhǔn)中對信號延遲的處理最多就在這個距離之內(nèi)。然而低地球軌道衛(wèi)星的高度通常在400公里以上，信號延遲要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過5G通信標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

另外，考慮到大氣層對不同頻率無線電信號的影響，5G手機(jī)工作的頻點也并不一定都適合衛(wèi)星通信。

因此如果蘋果手機(jī)真的要加入衛(wèi)星窄帶通信能力，就必然會使用完全不同于5G標(biāo)準(zhǔn)的模塊，當(dāng)然，也可能使用相同的硬件，通過軟件來實現(xiàn)不同的通信協(xié)議。

總而言之，手機(jī)直接通過衛(wèi)星發(fā)送短消息是可能實現(xiàn)的，但還涉及使用哪家公司的衛(wèi)星，該衛(wèi)星在當(dāng)?shù)厥欠癖辉试S使用及是否覆蓋的問題。

而這個功能的使用場景也非常有限，美國媒體在2021年就分析說，蘋果公司擬推出的Stewie衛(wèi)星短信工具，界面設(shè)計類似“緊急SOS通話”，只是提供應(yīng)急功能。比如在荒郊野外或缺乏Wi-Fi和移動信號的環(huán)境下，用戶可以用有限的衛(wèi)星通信功能報警求助。普通人在大部分情況下用不到，適用于野外科考探險、海洋航行等有限的場景，而這些場景下，完全可以使用更專業(yè)的戶外應(yīng)急通信設(shè)備。至于指望用蘋果手機(jī)通過衛(wèi)星上網(wǎng)，還是別惦記了。

參考資料：

https://www.163.com/dy/article/H2GCAT1R05454XML.html

http://www.elecfans.com/d/1289027.html

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1709832284045729294&wfr=spider&for=pc