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陳藍(lán)| 移動衛(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時跟蹤飛行全程的ADS-B廣播系統(tǒng)。船舶上則有類似的AIS(及更先進(jìn)的VDES)實時跟蹤系統(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)星越來越多,還有不少專用跟蹤衛(wèi)星。它們依然屬于單向移動衛(wèi)星通信,可以認(rèn)為是新一代的搜救系統(tǒng)。COSPAS-SARSAT的重要性近年來有所降低,但有意思的是,它的個人終端比重卻在增加。
互聯(lián)網(wǎng)上基于ADS-B信號繪制的航空器實時跟蹤地圖(圖源:互聯(lián)網(wǎng))
看到這里,你也許會想到,飛機船舶跟蹤不就是物聯(lián)網(wǎng)嗎?沒錯!帶寬和時延要求不高、技術(shù)難度較低、成本低廉、終端輕便的單向移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)非常適合數(shù)據(jù)采集工作。事實上,近年來衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅猛,古老的單向衛(wèi)星通信終于迎來了春天。
不過,衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場目前仍由傳統(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)。文首提到的中國天啟星座就是其中之一。由國電高科開發(fā)建設(shè)、計劃明年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、信號繞射等優(yōu)勢,可望集成于手機、可穿戴設(shè)備和車輛中。
此外,吉利汽車的“吉利未來出行星座”則可能是世界上第一個車聯(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:國電高科)
歐美廠商也并沒有停步。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)議支持長距離跳頻擴頻。他們計劃將這兩個地面標(biāo)準(zhǔn)延伸到太空,實現(xiàn)天地融合。今年4月,初創(chuàng)公司Sateliot通過SpaceX獵鷹9號發(fā)射了首顆NB-IoT衛(wèi)星。Lacuna和EchoStar則分別計劃發(fā)射低、高軌 LoRa 星座。萬物互聯(lián)的能力很快將通過衛(wèi)星延伸到地球的每一個角落。
衛(wèi)星短信:低調(diào)的成功
不過,單向通信顯然不能令人滿足。但你可能怎么也想不到,雙向移動衛(wèi)星通信實現(xiàn)的年代更早,而且由業(yè)余愛好者主導(dǎo)。1972年和1974年發(fā)射的兩顆業(yè)余無線電小衛(wèi)星“奧斯卡6號”(重18公斤)和“奧斯卡7號”(重28公斤)攜帶了一種稱為“儲存轉(zhuǎn)發(fā)”的通信裝置。一個業(yè)余電臺發(fā)出的摩爾斯信號被衛(wèi)星收到后儲存起來,等衛(wèi)星飛到地球另一個地方再向地面發(fā)送,可以被其他業(yè)余電臺接收到。當(dāng)然,接收者必須自己翻譯接收到的長短滴答。
早期業(yè)余電臺要和衛(wèi)星通信,必須使用很大的八木天線,但電臺本身不大。一個人可以扛著整套設(shè)備到處溜達(dá)。雖然樣子有點怪異,卻是真正的個人直連衛(wèi)星——名副其實的移動通信。那時,離手機問世還有很多年。
早期“便攜式”業(yè)余電臺(圖源:互聯(lián)網(wǎng))
1984年,第一顆采用數(shù)字技術(shù)的儲存轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)余無線電衛(wèi)星發(fā)射。到今天,各國已經(jīng)發(fā)射了很多儲存轉(zhuǎn)發(fā)式通信衛(wèi)星或搭載的通信載荷。中國首顆儲存轉(zhuǎn)發(fā)通信試驗衛(wèi)星是中科院2003年發(fā)射的“創(chuàng)新一號”。近年中國也發(fā)射了多顆業(yè)余無線電衛(wèi)星,比如希望1至4號。
儲存轉(zhuǎn)發(fā)式通信衛(wèi)星適合時效要求不高的短信通信,過去幾十年也有各種商業(yè)化計劃,但最終無一成為現(xiàn)實。究其原因,就是需求有限、回報不高,不值得投巨資去建設(shè)和運營。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,實現(xiàn)商業(yè)化雙向衛(wèi)星短信服務(wù)的是前面提到過的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)實時電子郵件、傳真、短信等,也具備儲存轉(zhuǎn)發(fā)功能。這是世界上第一個低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng),早于大名鼎鼎的銥星和全球星。其實它很成功,但可能因為不支持語音通信而鮮為人知。
2016年起,Orbcomm二代星座48顆衛(wèi)星開始發(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,中國的北斗二號區(qū)域定位系統(tǒng)建成,和GPS等導(dǎo)航系統(tǒng)不同的是,它支持獨特的短報文服務(wù)。2021年,北斗三號全球系統(tǒng)建成并投入使用,短報文服務(wù)的容量和覆蓋范圍得到進(jìn)一步提高。北斗短報文系統(tǒng)經(jīng)多年推廣,在國內(nèi)各行業(yè),如公路運輸業(yè)和漁業(yè)得到廣泛應(yīng)用,效益明顯。
北斗短報文手表終端(圖源:互聯(lián)網(wǎng))
2022年,具備雙向北斗短報文功能的華為Mate 50手機,成為世界上首臺支持衛(wèi)星短信的普通手機。今年,支持北斗短報文的普通手機又增加多款,均來自華為。北斗是目前世界上唯一支持普通手機直連的衛(wèi)星短信系統(tǒng)。
由于衛(wèi)星短信市場需求有限,所以發(fā)展一直不溫不火,基本都依托語音業(yè)務(wù)來生存。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,再加上手機直連帶來巨大消費市場,數(shù)據(jù)通信星座的前景現(xiàn)在一片光明。
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本文僅代表作者個人觀點。
- 責(zé)任編輯: 朱敏潔 
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