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陳藍(lán)| 移動(dòng)衛(wèi)星通信40年:羅馬是怎樣建成的?
2014年馬航370空難后,航空器普遍安裝了能實(shí)時(shí)跟蹤飛行全程的ADS-B廣播系統(tǒng)。船舶上則有類似的AIS(及更先進(jìn)的VDES)實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)。ADS-B和AIS起初都用于地面,但現(xiàn)在用衛(wèi)星接收轉(zhuǎn)發(fā)已成主流。搭載ADS-B和AIS/VDES載荷的衛(wèi)星越來(lái)越多,還有不少專用跟蹤衛(wèi)星。它們依然屬于單向移動(dòng)衛(wèi)星通信,可以認(rèn)為是新一代的搜救系統(tǒng)。COSPAS-SARSAT的重要性近年來(lái)有所降低,但有意思的是,它的個(gè)人終端比重卻在增加。
互聯(lián)網(wǎng)上基于ADS-B信號(hào)繪制的航空器實(shí)時(shí)跟蹤地圖(圖源:互聯(lián)網(wǎng))
看到這里,你也許會(huì)想到,飛機(jī)船舶跟蹤不就是物聯(lián)網(wǎng)嗎?沒(méi)錯(cuò)!帶寬和時(shí)延要求不高、技術(shù)難度較低、成本低廉、終端輕便的單向移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)非常適合數(shù)據(jù)采集工作。事實(shí)上,近年來(lái)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛,古老的單向衛(wèi)星通信終于迎來(lái)了春天。
不過(guò),衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)目前仍由傳統(tǒng)衛(wèi)星通信公司的“降維”或轉(zhuǎn)型產(chǎn)品主導(dǎo),主要玩家是Orbcomm、銥星、全球星、海事衛(wèi)星、圖拉雅(Thuraya,也譯為歐星)等。其中Orbcomm已全面轉(zhuǎn)型為一家衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)公司。
專用物聯(lián)網(wǎng)星座也已經(jīng)出現(xiàn)。文首提到的中國(guó)天啟星座就是其中之一。由國(guó)電高科開(kāi)發(fā)建設(shè)、計(jì)劃明年6月完成、38顆星組網(wǎng)的天啟星座目前已發(fā)射19顆,已能支持單向應(yīng)急報(bào)警。由于采用UHF頻段,天啟終端具有小型化、低功耗、低成本、信號(hào)繞射等優(yōu)勢(shì),可望集成于手機(jī)、可穿戴設(shè)備和車輛中。
此外,吉利汽車的“吉利未來(lái)出行星座”則可能是世界上第一個(gè)車聯(lián)網(wǎng)星座。去年6月,首批9星已發(fā)射入軌。
天啟物聯(lián)網(wǎng)終端模塊(圖源:國(guó)電高科)
歐美廠商也并沒(méi)有停步。高通近期已經(jīng)發(fā)布了衛(wèi)星NB-IoT。LoRa聯(lián)盟則宣布LoRaWAN協(xié)議支持長(zhǎng)距離跳頻擴(kuò)頻。他們計(jì)劃將這兩個(gè)地面標(biāo)準(zhǔn)延伸到太空,實(shí)現(xiàn)天地融合。今年4月,初創(chuàng)公司Sateliot通過(guò)SpaceX獵鷹9號(hào)發(fā)射了首顆NB-IoT衛(wèi)星。Lacuna和EchoStar則分別計(jì)劃發(fā)射低、高軌 LoRa 星座。萬(wàn)物互聯(lián)的能力很快將通過(guò)衛(wèi)星延伸到地球的每一個(gè)角落。
衛(wèi)星短信:低調(diào)的成功
不過(guò),單向通信顯然不能令人滿足。但你可能怎么也想不到,雙向移動(dòng)衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)的年代更早,而且由業(yè)余愛(ài)好者主導(dǎo)。1972年和1974年發(fā)射的兩顆業(yè)余無(wú)線電小衛(wèi)星“奧斯卡6號(hào)”(重18公斤)和“奧斯卡7號(hào)”(重28公斤)攜帶了一種稱為“儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)”的通信裝置。一個(gè)業(yè)余電臺(tái)發(fā)出的摩爾斯信號(hào)被衛(wèi)星收到后儲(chǔ)存起來(lái),等衛(wèi)星飛到地球另一個(gè)地方再向地面發(fā)送,可以被其他業(yè)余電臺(tái)接收到。當(dāng)然,接收者必須自己翻譯接收到的長(zhǎng)短滴答。
早期業(yè)余電臺(tái)要和衛(wèi)星通信,必須使用很大的八木天線,但電臺(tái)本身不大。一個(gè)人可以扛著整套設(shè)備到處溜達(dá)。雖然樣子有點(diǎn)怪異,卻是真正的個(gè)人直連衛(wèi)星——名副其實(shí)的移動(dòng)通信。那時(shí),離手機(jī)問(wèn)世還有很多年。
早期“便攜式”業(yè)余電臺(tái)(圖源:互聯(lián)網(wǎng))
1984年,第一顆采用數(shù)字技術(shù)的儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星發(fā)射。到今天,各國(guó)已經(jīng)發(fā)射了很多儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)式通信衛(wèi)星或搭載的通信載荷。中國(guó)首顆儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)通信試驗(yàn)衛(wèi)星是中科院2003年發(fā)射的“創(chuàng)新一號(hào)”。近年中國(guó)也發(fā)射了多顆業(yè)余無(wú)線電衛(wèi)星,比如希望1至4號(hào)。
儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)式通信衛(wèi)星適合時(shí)效要求不高的短信通信,過(guò)去幾十年也有各種商業(yè)化計(jì)劃,但最終無(wú)一成為現(xiàn)實(shí)。究其原因,就是需求有限、回報(bào)不高,不值得投巨資去建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。但另一方面,它也為此后商業(yè)化衛(wèi)星短信通信系統(tǒng)建立了重要基礎(chǔ)。
首先,實(shí)現(xiàn)商業(yè)化雙向衛(wèi)星短信服務(wù)的是前面提到過(guò)的Orbcomm公司。Orbcomm一代星座由36顆低軌衛(wèi)星組成,1998年系統(tǒng)建成并投入使用,支持準(zhǔn)實(shí)時(shí)電子郵件、傳真、短信等,也具備儲(chǔ)存轉(zhuǎn)發(fā)功能。這是世界上第一個(gè)低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng),早于大名鼎鼎的銥星和全球星。其實(shí)它很成功,但可能因?yàn)椴恢С终Z(yǔ)音通信而鮮為人知。
2016年起,Orbcomm二代星座48顆衛(wèi)星開(kāi)始發(fā)射,聚焦衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)服務(wù),現(xiàn)在已經(jīng)基本建成。
最早的Orbcomm手持式終端(圖源:互聯(lián)網(wǎng))
幾年后銥星、全球星、海事衛(wèi)星、圖拉雅等系統(tǒng)也支持了雙向短信通信。2012年,中國(guó)的北斗二號(hào)區(qū)域定位系統(tǒng)建成,和GPS等導(dǎo)航系統(tǒng)不同的是,它支持獨(dú)特的短報(bào)文服務(wù)。2021年,北斗三號(hào)全球系統(tǒng)建成并投入使用,短報(bào)文服務(wù)的容量和覆蓋范圍得到進(jìn)一步提高。北斗短報(bào)文系統(tǒng)經(jīng)多年推廣,在國(guó)內(nèi)各行業(yè),如公路運(yùn)輸業(yè)和漁業(yè)得到廣泛應(yīng)用,效益明顯。
北斗短報(bào)文手表終端(圖源:互聯(lián)網(wǎng))
2022年,具備雙向北斗短報(bào)文功能的華為Mate 50手機(jī),成為世界上首臺(tái)支持衛(wèi)星短信的普通手機(jī)。今年,支持北斗短報(bào)文的普通手機(jī)又增加多款,均來(lái)自華為。北斗是目前世界上唯一支持普通手機(jī)直連的衛(wèi)星短信系統(tǒng)。
由于衛(wèi)星短信市場(chǎng)需求有限,所以發(fā)展一直不溫不火,基本都依托語(yǔ)音業(yè)務(wù)來(lái)生存。但近年衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展,單雙向窄帶數(shù)據(jù)通信需求大增,再加上手機(jī)直連帶來(lái)巨大消費(fèi)市場(chǎng),數(shù)據(jù)通信星座的前景現(xiàn)在一片光明。
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本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 責(zé)任編輯: 朱敏潔 
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