把卫星通信接入百姓家

  地震救援、出海遇险、户外徒步……你有没有想过，在生活如此依赖手机的今天，一旦我们进入没有移动信号的区域，该如何与外界联络呢？很多人可能会想到高大上的卫星通信。如今，卫星通信可能很快就将“飞入寻常百姓家”了。

  9月6日，华为发布Mate 50系列手机，被形容为“向上捅破天”的技术也露出“真容”。

  官方消息显示，Mate 50是全球首款支持北斗卫星消息的大众智能手机。在无地面网络信号覆盖的环境下，Mate 50能将文字和位置信息发出求助，并支持多条位置生成轨迹地图。

  记者了解到，Mate 50应用的是北斗短报文系统。北斗短报文是由国防科技大学北斗团队研制的RDSS（卫星无线电测定业务）地面系统接收的。他们进行了十余年的深入研究，于2019年首次提出大众手机直连北斗卫星短报文的完整可行方案，推动北斗短报文进入大众消费领域。

  “四川甘孜州泸定县发生6.8级地震后，电信设施损坏，移动信号基站受毁，短报文救援信息也正是通过我们的RDSS系统来进行收发的。”国防科技大学北斗团队短报文技术负责人李井源说。

  很多人或许记得，汶川大地震中，北斗手持用户机在地震灾区中成功应用的画面。

  “从北斗一号到北斗二号，RDSS系统均由我们团队独立承担建设。我们喜的是团队科研成果在抗震救灾中发挥了关键作用，忧的是受灾群众不可以使用手机通过短报文及时发出灾情，否则一定能救出更多的人。”李井源回忆道。

  2009年，我国启动北斗三号工程建设。国防科技大学北斗团队随即开始探索新一代北斗RDSS体制设计验证工作，力求让北斗用户端体积更小、成本更低，直至融入大众手机。

  然而，北斗一号、二号系统的短报文通信能力均为每次最多传送120个汉字，尚不能够满足各类不同应用场景需求。同时，短报文大范围的应用必有海量用户，这在某种程度上预示着北斗三号地面中心站设备规模也将急剧扩张。

  “数量级的扩张以及未来可持续扩展的需求，意味着不能直接继承北斗二号信号处理架构，唯有从信号体制上实现跨越，短报文通信能力方可实现量变质变。”李井源介绍。

  几个月里，就短报文通信能力提升的问题，他们就讨论和推翻了数十个方案，创新提出了“射频前端+全数字关交换+基带后端处理”的技术架构。这项名为“全光交换集中分布式架构”的技术，可实现射频前端通用化、小型化，基带后端数字化、去时频。

  基于该技术，该团队成功研制出北斗三号主控站RDSS系统。其短报文通信能力可实现每次最高传送1000个汉字，并可传输语音、照片。相较于北斗二号，短报文通信服务容量提升10倍，同时支撑移动通信和北斗短报文通信的融合使用。

  短报文通信服务是北斗系统区别于美国GPS等卫星导航系统的最大特色。北斗三号主控站RDSS系统的短报文通信能力虽能满足大部分行业应用需求，但距离进入大众消费领域却还要跨越几道坎儿。

  2018年，国防科技大学北斗团队就此进一步开展信号体制创新研究，试验表明可以将北斗用户端发射功率降到0.5W（瓦），与4G/5G手机发射功率相当。这在某种程度上预示着将北斗短报文通信服务融入大众手机，已经有了实现的技术基础。

  北斗短报文只有融于最高效的商用手机产业链，成为手机预置模块，才能从根本上减少相关成本，进而获得大规模的市场应用。基于这个创新理念，2019年他们设计了专对于低功耗手机业务的信号体制ICD文件，最终实现了用户端发射功率从2W降至0.5W。同时依托天津“北斗民用短消息增强服务系统”进行低功耗信号体制收发试验验证，实现了与电信公网的互联互通。

  至此，在不改变手机结构的情况下，这个团队把北斗短报文发射功率降至0.5W，“手机到哪里，短报文就到哪里”成为可能。

  为突破工程实现上的难题，团队经反复论证后创新提出信号算法极致优化的技术方案，提升了北斗系统主控站灵敏度，成功解决了手机与卫星实现短报文通信的最大工程技术难题。

  与国内移动运营商讨论后，他们进一步提出“手机号即北斗号，手机卡即北斗卡”的技术和运营方案，实现用户极简体验，推动北斗短报文进入了大众消费领域。

  “不过，由于北斗短报文采用高轨卫星进行信号收发，手机与3.6万千米外的北斗卫星进行通信，信号有点微弱，通常作为搜救等应急通信手段。”李井源介绍，目前低轨卫星互联网系统正在加速建设，相信在不远的将来，手机用户都能够通过低轨卫星实现更高速率、更大容量的报文及语音图像通信。