地震救援、出海遇險、戶外徒步……你有沒有想過，在生活如此依賴手機(jī)的今天，一旦我們進(jìn)入沒有移動信號的區(qū)域，該如何與外界聯(lián)絡(luò)呢？很多人可能會想到高大上的衛(wèi)星通信。如今，衛(wèi)星通信可能很快就將“飛入尋常百姓家”了。

9月6日，華為發(fā)布Mate 50系列手機(jī)，被形容為“向上捅破天”的技術(shù)也露出“真容”。

官方消息顯示，Mate 50是全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的大眾智能手機(jī)。在無地面網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的環(huán)境下，Mate 50能將文字和位置信息發(fā)出求助，并支持多條位置生成軌跡地圖。

記者了解到，Mate 50應(yīng)用的是北斗短報文系統(tǒng)。北斗短報文是由國防科技大學(xué)北斗團(tuán)隊研制的RDSS（衛(wèi)星無線電測定業(yè)務(wù)）地面系統(tǒng)接收的。他們進(jìn)行了十余年的深入研究，于2019年首次提出大眾手機(jī)直連北斗衛(wèi)星短報文的完整可行方案，推動北斗短報文進(jìn)入大眾消費(fèi)領(lǐng)域。

“四川甘孜州瀘定縣發(fā)生6.8級地震后，電信設(shè)施損壞，移動信號基站受毀，短報文救援信息也正是通過我們的RDSS系統(tǒng)進(jìn)行收發(fā)的?！眹揽萍即髮W(xué)北斗團(tuán)隊短報文技術(shù)負(fù)責(zé)人李井源說。

十余年自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)移動通信和短報文通信融合

很多人或許記得，汶川大地震中，北斗手持用戶機(jī)在地震災(zāi)區(qū)中成功應(yīng)用的畫面。

然而，這一幕卻曾讓國防科技大學(xué)北斗團(tuán)隊喜憂參半。

“從北斗一號到北斗二號，RDSS系統(tǒng)均由我們團(tuán)隊獨(dú)立承擔(dān)建設(shè)。我們喜的是團(tuán)隊科研成果在抗震救災(zāi)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，憂的是受災(zāi)群眾不能使用手機(jī)通過短報文及時發(fā)出災(zāi)情，否則一定能救出更多的人?！崩罹椿貞浀?。

2009年，我國啟動北斗三號工程建設(shè)。國防科技大學(xué)北斗團(tuán)隊隨即開始探索新一代北斗RDSS體制設(shè)計驗證工作，力求讓北斗用戶端體積更小、成本更低，直至融入大眾手機(jī)。

系統(tǒng)容量、終端體積和成本是制約北斗短報文更加廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵要素。

然而，北斗一號、二號系統(tǒng)的短報文通信能力均為每次最多傳送120個漢字，尚不能滿足各類不同應(yīng)用場景需求。同時，短報文廣泛應(yīng)用必有海量用戶，這意味著北斗三號地面中心站設(shè)備規(guī)模也將急劇擴(kuò)張。

“數(shù)量級的擴(kuò)張以及未來可持續(xù)擴(kuò)展的需求，意味著不能直接繼承北斗二號信號處理架構(gòu)，唯有從信號體制上實(shí)現(xiàn)跨越，短報文通信能力方可實(shí)現(xiàn)量變質(zhì)變?！崩罹唇榻B。

創(chuàng)新是唯一出路，但是創(chuàng)新又要從哪里開始呢？

幾個月里，就短報文通信能力提升的問題，他們就討論和推翻了數(shù)十個方案，創(chuàng)新提出了“射頻前端+全數(shù)字關(guān)交換+基帶后端處理”的技術(shù)架構(gòu)。這項名為“全光交換集中分布式架構(gòu)”的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)射頻前端通用化、小型化，基帶后端數(shù)字化、去時頻。

基于該技術(shù)，該團(tuán)隊成功研制出北斗三號主控站RDSS系統(tǒng)。其短報文通信能力可實(shí)現(xiàn)每次最高傳送1000個漢字，并可傳輸語音、照片。相較于北斗二號，短報文通信服務(wù)容量提升10倍，同時支撐移動通信和北斗短報文通信的融合使用。

融入大眾手機(jī)，構(gòu)建未來低軌報文通信系統(tǒng)

短報文通信服務(wù)是北斗系統(tǒng)區(qū)別于美國GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的最大特色。北斗三號主控站RDSS系統(tǒng)的短報文通信能力雖然可以滿足大部分行業(yè)應(yīng)用需求，但距離進(jìn)入大眾消費(fèi)領(lǐng)域卻還要跨越幾道坎兒。

第一個坎兒就是要將北斗用戶端的發(fā)射功率降低到可以安裝在大眾手機(jī)上。

2018年，國防科技大學(xué)北斗團(tuán)隊就此進(jìn)一步開展信號體制創(chuàng)新研究，試驗表明可以將北斗用戶端發(fā)射功率降到0.5W（瓦），與4G/5G手機(jī)發(fā)射功率相當(dāng)。這意味著將北斗短報文通信服務(wù)融入大眾手機(jī)，已經(jīng)有了實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)。

北斗短報文只有融于最高效的商用手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，成為手機(jī)預(yù)置模塊，才能從根本上降低成本，進(jìn)而獲得大規(guī)模的市場應(yīng)用。基于這個創(chuàng)新理念，2019年他們設(shè)計了專門針對低功耗手機(jī)業(yè)務(wù)的信號體制ICD文件，最終實(shí)現(xiàn)了用戶端發(fā)射功率從2W降至0.5W。同時依托天津“北斗民用短消息增強(qiáng)服務(wù)系統(tǒng)”進(jìn)行低功耗信號體制收發(fā)試驗驗證，實(shí)現(xiàn)了與電信公網(wǎng)的互聯(lián)互通。

至此，在不改變手機(jī)結(jié)構(gòu)的情況下，這個團(tuán)隊把北斗短報文發(fā)射功率降至0.5W，“手機(jī)到哪里，短報文就到哪里”成為可能。

為突破工程實(shí)現(xiàn)上的難題，團(tuán)隊經(jīng)反復(fù)論證后創(chuàng)新提出信號算法極致優(yōu)化的技術(shù)方案，提升了北斗系統(tǒng)主控站靈敏度，成功解決了手機(jī)與衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)短報文通信的最大工程技術(shù)難題。

與國內(nèi)移動運(yùn)營商討論后，他們進(jìn)一步提出“手機(jī)號即北斗號，手機(jī)卡即北斗卡”的技術(shù)和運(yùn)營方案，實(shí)現(xiàn)用戶極簡體驗，推動北斗短報文進(jìn)入了大眾消費(fèi)領(lǐng)域。

“不過，由于北斗短報文采用高軌衛(wèi)星進(jìn)行信號收發(fā)，手機(jī)與3.6萬千米外的北斗衛(wèi)星進(jìn)行通信，信號有點(diǎn)微弱，通常作為搜救等應(yīng)急通信手段?！崩罹唇榻B，目前低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)正在加速建設(shè)，相信在不遠(yuǎn)的將來，手機(jī)用戶可以通過低軌衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)更高速率、更大容量的報文及語音圖像通信。