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全球首创!我国在无人区成功实现智能手机直连卫星通话

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森林漫步、沙漠穿越、野外探险……手机信号没了怎么办?

此刻,一部具备卫星通话功能的智能手机,或许能成为“救命稻草”。

“国外企业一直在尝试,但均未取得突破。”中国电信卫星应用技术研究院(以下简称“卫星院”)院长李屹寰日前告诉科技日报记者,“如今,依托我国自主研制的天通一号卫星移动通信系统,普通智能手机无须换卡换号,就能通过卫星网络与世界相连。”

设想变为现实的背后,是中国电信携手华为等产业链上下游企业,历时两年多的集智攻关。他们联合组建研发团队,先后破解卫星天线内置、弱信号稳定连接、通信协议融合等难题,在全球范围内首创智能手机直连卫星通话技术。

剪掉“小辫子”

天线和芯片模组设计,是研发团队面临的首道难关。

卫星电话能够连接远在3.6万公里高空的天通卫星,外置天线与卫星芯片模组功不可没。与之相比,智能手机现有天线接收卫星信号“力有不逮”,且主板上寸土寸金,留给卫星基带芯片的空间有限。

从外观上看,卫星电话上方的天线尤为显眼,犹如一条粗壮的“小辫子”。“围绕这条‘小辫子’的去留,研发团队曾展开激烈的争论。”卫星院研究员、研发团队成员王德乾回忆。

有团队成员建议将天线做成“挂件”,需要连接卫星时,再将其拧在智能手机上。这条更简单的路线,一度得到团队大多数人认同。

但团队中来自华为的工程师态度坚决:“消费者怎么可能接受那样的外形?我们必须有所突破!”

意见反复交锋。“不要天线,怎么实现卫星通话?”“即便实现了,又有谁会买?”大家你一言我一语,甚至争辩到“脸红脖子粗”。后来,用户需求调查说服了大家。“许多人告诉我们,他们不会因为一种不常用的功能,而选择购买这样的产品。”研发团队成员秦屹昂说。

那就下定决心剪掉“小辫子”!

内置天线发射功率不足,团队就调整主板布局,把最好的位置留给天线,并在四周增加天线数量,提高信号的收发能力。秦屹昂打比方:“就像抬东西,一个人力气不够就多人上,大家各抬一个角。”

卫星芯片模组尺寸大、能耗高,大家就缩小工艺制程,将基带、射频、存储等一体集成,并采用不连续收发等新技术降低能耗。“原本占主板一半面积的模组,被压缩至1平方厘米左右,仅相当于指甲盖大小。”王德乾告诉记者。

“小辫子”终于被塞进了手机。

升级卫星端

天线内置只是第一步,让其稳定接收卫星信号才是重点。

“同步轨道卫星太高了,团队竭尽所能提高天线增益,依然无法确保信号稳定。”王德乾感叹道,这个问题解决不了,一切都将前功尽弃。

摆在团队面前的有两条路——要么提高信号功率;要么降低信息速率。“就好比两个人说话,扯开嗓门喊可以让对方听得更清楚。要是没有那么大嗓门,也可以把语速放慢,逐字逐句说清楚。”王德乾解释。

两者相较,第二种方式显然更易达成。可是,把信息速率降到多少才能同时保障网络流畅和话音质量?

为了找到最佳方案,团队开始了长达半年的攻关历程:不断调低信息速率满足天线灵敏度需求;持续优化信源编码改善信道降速后语音体验;引入自适应机制,让语音速率根据卫星“忙闲”状态自动调整。

“通过大量的软件开发、算法改进与仿真测试等工作,我们将信息速率锁定在800比特/秒。”王德乾介绍,这一速率既能最大限度提升网络容量,又能保证智能手机与卫星的稳定连接。

不过,研发到这里还只是“纸上谈兵”。

卫星直连通话是应急功能,网络稳定不容一点闪失。为此,团队踏上了一段苦旅——15个月时间、6条线路、3000多公里。他们走遍罗布泊、羌塘、漠河边境……不放过任何一处信号盲区。

“有人连续出差几十天顾不上家,有人在越野车上颠得快‘散了架’,还有人高原反应严重仍坚持走完全程。”李屹寰至今对这段经历记忆犹新,“如此艰辛的测试过程,是被华为‘逼’出来的,但我们觉得逼得好。”

在那些地面通信基站难以覆盖的偏远地区,团队反复测试,不断优化解决方案,最终让地面通信与卫星通信自如切换,成功实现双向语音通话和短信收发。

理顺两张网

“技术跑通了,谁来买单?”从项目启动伊始,这个问题就在李屹寰心头打转。

常见的卫星电话,个头大且专用,普通人几乎不会买。智能手机拥有卫星直连功能后,如果解决不了两张网络共用一个号码的问题,可能依然无人问津。

“测试时,我们用天通专用号段1740往外拨打电话,常常被别人误以为诈骗电话直接挂断。”李屹寰说,“如果每个人用原卡号就能拨打卫星电话,将撬动一片不可估量的蓝海。”

这样的构想看起来容易,做起来难。此前,放眼全球,也从未实现。原因就在于卫星网络和地面网络是相互独立的两张网。

“智能手机卫星通话的原理是,先让手机连接天通卫星上传信息,然后由卫星将信息无差别回传至地面站;地面站接收并完成解析后,再将信息传送至天通核心网;最后,由核心网拨打地面基站,完成与目标电话连接。”王德乾告诉记者。

但长久以来,卫星网络和地面网络协议不统一,信息传输“相见不相识”。只有理顺两张网,具备卫星直连功能的手机才有可能在市场上推广开。

给两张网“牵线”并不容易。“天通系统相对封闭,所有标准都是保密的,不能拷贝。”秦屹昂说,新编、修订、补充协议,合计165万余字,全靠大家一个一个字符敲出来,不能有一丝错漏。

协议统一后,在无地面基站信号覆盖的地方,天通系统可直接读取手机识别卡信息,让手机以漫游方式注册到天通核心网。这时,用户就能用原卡号进行语音呼叫和短信收发。

2023年8月,华为Mate60Pro手机上市,智能手机直连卫星通话技术正式步入商用。回首攻关历程,研发团队感慨:“我们闯过了技术上的‘无人区’,让地理上的无人区信号满格。”

“党的二十届三中全会提出,加强创新资源统筹和力量组织,推动科技创新和产业创新融合发展。这让大家备受鼓舞。”李屹寰说,“未来,我们将持续增强自主创新能力,用数字技术催生新业态、新模式,为美好生活赋能!”

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