从地面到天空，手机的未来也许是它？
来源:中科院半导体所发布时间:2023-03-241394浏览
询问 AI
引 言
远古的人们，通信基本靠吼，费嘴不说，声音还传不远。
现代的人们，只需一部手机，就可以千里传音，方便又快捷。
很多人认为有一部好的手机，就可以尽情享受通信带来的快乐。
然而，事情并没有那么简单。通信，是一个复杂的系统，也是一个庞大的网络。
一个电话的接通，可能需要信号翻山越岭，腾云驾雾。
目光所致，皆是疆土
便利的通信，是因为有庞大数量的基站对网络进行支撑。截止2022年底，我们国家的基站总数超过了1200万个，其中5G基站数超过231万个。行走在繁华的街道上，漫步在安静的公园里，乘坐在飞驰的动车上，不论我们在哪里，都可以拿出手机随时联系。不管是为了工作还是为了娱乐，我们忙到不亦乐乎的时候，其实手机也在一直地忙碌着。每一部正常运行的手机，都在与周围的基站建立着连接。手机一开机，就会发送信号到最近的基站，向核心网提交注册请求。核心网检查通过以后，手机才算是正式接入到了通信网络。基站一般放置在高处，而信号就像是一张无形的渔网向下俯瞰，为覆盖范围内的手机提供通信服务。
即使我们一直待在某个基站的覆盖范围内，没有改变位置，为了避免与通信网络失去联系，手机需要周期性触发注册更新流程，核心网也会通过基站定期询问手机是否在线。
当手机移动起来，就会从一个基站的覆盖范围切换到另外一个基站的覆盖范围，基站会根据信号的强弱，触发切换流程，将手机切换到信号更强的基站辐射范围内。在整个切换过程中，正在刷的视频/打的游戏会被无缝转移到新的无线接入网络中，我们毫无感知。
在寒冷北方看冰灯的小A，要给在温暖南方晒太阳的小B，打视频通话分享各自的快乐。
信号的传递，将经历一场跨越山河的旅程：
小A还要打视频通话给在戈壁沙漠中搞道路建设的小C，能打通吗？
小A还要打视频通话给在茫茫大海中搞科考航行的小D，能打通吗？
人类征服自然的脚步虽然已经遍布全球，但是在大海上/在高山上/在荒漠中竖起一个个基站，很有难度，似乎也没有什么必要。
如果连地面上有一些地方都无法建设基站，那么天空呢？
抬头望天，目标高远
早在1957年第一个人造地球卫星飞上苍穹，人类就已经将通信的领域扩展到了天空。为了实现地面与卫星之间的通信，一开始的地面终端，就像一口又大又笨的锅。直到30多年后，才出现专门与卫星通信、可以移动的终端，我们称之为：卫星电话，并一直延续这个称呼至今。
是的，从这个名字上，我们就可以看出它的主要功能是：打电话。
有了卫星，茫茫大海与戈壁沙漠也可以成功通话。
卫星电话有自己独特的优势：
不再依赖地面的基站。卫星电话的信号可以穿越云海，与头顶上的卫星连接，哪怕是与地球另一面的人们，都可以随时随地打电话。
如果通信卫星位于低轨道，那么这种通信卫星相对地面是运动的，卫星天线覆盖的区域也小且一直变化，导致通信时间短。要想构建成覆盖全球的卫星电话通信网络，则需要发送几万个低轨道通信卫星。
如果通信卫星位于高达三万六千公里的同步定点轨道，就可以与地球同步自传，相当于固定不动了。这种通信卫星的天线覆盖范围大，只需要3颗卫星，就可以覆盖全球，实现二十四小时的全天通信。
卫星采用专用的工作频段，并且由国际电联ITU-R统一管理。
ITU-R严格规定和审批各个卫星工作频段的申请，一般情况下，需要同时申请卫星轨道资源/卫星通信工作频率资源。
目前的卫星工作频率范围为：1GHz~40GHz，划分的工作频段参见下表。
取长补短，合体变身
当你有一个apple，我有一个pen，是不是就可以合体为applepen?
哈哈，虽然是开玩笑，但是这种取长补短的方法，却是科技不断尝试，不断进步的一种最佳实践。
智能手机+卫星电话的合体，就是“卫星手机”，会是什么样子的呢？不禁让人浮想联翩，很是期待啊！
卫星手机要想飞入寻常百姓家，还有很多路要走。
01
频段
尽管现有的智能手机已经支持了很多频段，但是要和卫星通信的话，卫星手机还需要支持更多的卫星频段。
以下为某款智能手机支持的频段：
02
信号
地面的基站离我们很近，所以手机的天线可以隐藏起来。天空的卫星离我们很远，要维持足够的信号，目前是通过外接天线的方式来解决。
既要信号强，又要天线小。这种既要又要的难题，也就只有“爱折腾”的人类才会提出来，又会努力地去解决。
03
费用
卫星发射上天要花钱吧，卫星通信系统的维护要花钱吧，这可都是一笔笔不小的数目。
现在使用卫星电话的人少，卫星也少，当然就是网速低、费用高。
那如果使用卫星电话的人多、天上的卫星多，当然就是网速逐渐提升、费用逐渐下降了。
毕竟，智能手机也是这么走过来的，从当初的1MB十几块钱到现在的1GB几块钱，简直就是天上地下的差别。
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编辑：了之
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