从太空直接连接手机，卫星正成为新型的手机基站

SpaceX的Starlink网络可以直接连接到目前的市售手机，进而可能消除对笨重卫星电话的需求。

本月，Starlink首次通过其最新一代卫星v2mini，在手机之间使用4G/LTE连接发送和接收消息，继亚马逊、苹果、AST SpaceMobile和Lynk Global等公司的类似的项目之后，也加入了这项技术的竞逐。Starlink由SpaceX运营，它将为全球至少八家不同移动网络电信商的用户提供短信服务。Starlink在美国的合作伙伴T-Mobile在一份声明中表示，并可能在“未来几年”不需要使用现有地面终端的情况下提供语音和数据覆盖。

Starlink的成就是卫星和移动通信基站融合的最新例子。少数公司正在利用更便宜的卫星制造和发射成本，以及改进现有技术（例如波束成形），来桥接手机和轨道卫星之间数百公里的距离。这些公司必须解决的众多新难题之一是，这是第一次遇到，在这个移动网络中的“基站”本身是会移动的：低地球轨道 (LEO) 卫星以每小时长万公里的速度移动，因此它们与地球表面上的任何一部手机沟通的时间都很短。

正如IEEE Spectrum所报道，正在竞争解决这些问题的公司已经通过商用卫星（Lynk Global；苹果/Globalstar）发送和接收过普通手机上的短信，并通过实验卫星 (AST SpaceMobile)做到了5G语音和网络通话。投资者已经注意到这一点：Lynk Global通过交易上市，公司估值高达8亿美元，而AT&T、Google和Vodafone最近投资了市值6.746亿美元的AST SpaceMobile。

直到最近，卫星还无法连接数百公里以下的手机。人们在偏远地区探险时使用的卫星电话，通常具有笨重的天线，需要与多颗卫星保持清晰的视线，并且需要一段时间才能获取信号。集成地面和卫星移动网络并不像在移动通信基站之间移动并从一个基站将信号传递到另一个基站那样容易。

事实上，这项任务非常困难，甚至于一个研究小组构建了一个实验应用程序，说明一个配备了自己的计算机，并配备Starlink地面站，同时可以连上网络的牲畜卡车，在卡车失去移动网络信号时切换到星链系统。该研究的共同作者、丹麦奥尔堡大学无线通信研究员Melisa López表示，实现地面和非地面网络的无缝集成是最终目标。

Starlink没有解释其4G连接的许多细节，但现有的商业卫星网络揭示了无缝卫星移动网络连接的几个构建模块，研究人员已经为未来的卫星网络发布了至少一个有希望的线索。

与其重新设计手机使其更像笨重的卫星电话，公司们正在重新设计卫星网络，让它和手机之间更兼容。他们正在加大卫星天线尺寸，努力将卫星变成手机的基站。例如，AST SpaceMobile的第一代卫星天线面积为64平方米，第二代为128平方米，并计划扩大到400平方米。Starlink的新型v2mini卫星天线面积为6.21平方米，但Starlink计划在其更大的Starship火箭可用时，发射更大的和移动通信兼容的卫星。

公司们还通过降低卫星飞行高度，使其更像地面上的基站。通信卫星被送入更高的地球同步轨道，那里它们可以覆盖地球表面的大部分区域并持续相对较长的时间。然而，这些卫星处理的设备远远少于今天存在的设备。

近年来小型化、更便宜的卫星和更低的发射成本，使得商业模式依赖许多更便宜的低地球轨道卫星成为可能。这些新卫星寿命不会太长，但它们将更好地检测来自地面手机的微弱信号并处理不断增长的流量。

慕尼克联邦国防大学的信号处理工程师Andreas Knopp表示：“我记得10年前许多讨论，移动电信商告诉卫星公司，“你们的价位太高了。” 但这种情况已经完全改变了，原因是技术更加普及，开发更加灵活，对失败的态度也有所不同。”

另一个关键因素是波束成形技术的改进。波束成形是发送设备运算，将信号引导到特定接收者的最佳方式，而不干扰其他接收者的过程。这可能涉及将信号从地面移动基站反射到建筑物或山坡上，也可能涉及精确瞄准来自以每小时长万公里移动的卫星的窄而快速移动的信号。

更复杂的波束成形可以涉及从多个天线发送相同的信号，以使信号互相增强，有点像声波和谐一样。任何在家里调整扬声器系统以在特定沙发位置提供最佳音效的人都做过波束成形，可能还借助了背景的复杂软件。

文章作者在最近的两篇论文中写道，未来可能值得将波束成形任务分配给比现在更多的卫星。其中一项研究提出的场景是使用超过24个小型卫星紧密编队飞行，以复制当前由一颗和移动网络兼容卫星完成的工作。这些论文的共同作者、联邦国防大学信号处理研究生Diego Tuzi表示：“这些卫星中的每一个现在都是独立的，拥有自己的组件。主要方面是这种同步算法，它必须使信号的频率、相位和到达时间保持一致。”

目前，Starlink及其竞争对手提供的功能还不算多，但这是必要的一步。另一位合著者、联邦国防大学的信号处理工程师Thomas Delamotte表示：“这总比没有好，但从长远来看，我们需要新的方法才能使6G无处不在。”