“讓無人區(qū)信號滿格”——全球首創(chuàng)智能手機直連衛(wèi)星通話技術(shù)攻關(guān)紀(jì)實

科技日報記者 崔爽　　

森林漫步、沙漠穿越、野外探險……手機信號沒了怎么辦？

此刻，一部具備衛(wèi)星通話功能的智能手機，或許能成為“救命稻草”。

“國外企業(yè)一直在嘗試，但均未取得突破。”中國電信衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)研究院（以下簡稱“衛(wèi)星院”）院長李屹寰日前告訴科技日報記者，“如今，依托我國自主研制的天通一號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，普通智能手機無須換卡換號，就能通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與世界相連。”

設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實的背后，是中國電信攜手華為等產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，歷時兩年多的集智攻關(guān)。他們聯(lián)合組建研發(fā)團(tuán)隊，先后破解衛(wèi)星天線內(nèi)置、弱信號穩(wěn)定連接、通信協(xié)議融合等難題，在全球范圍內(nèi)首創(chuàng)智能手機直連衛(wèi)星通話技術(shù)。

剪掉“小辮子”

天線和芯片模組設(shè)計，是研發(fā)團(tuán)隊面臨的首道難關(guān)。

衛(wèi)星電話能夠連接遠(yuǎn)在3.6萬公里高空的天通衛(wèi)星，外置天線與衛(wèi)星芯片模組功不可沒。與之相比，智能手機現(xiàn)有天線接收衛(wèi)星信號“力有不逮”，且主板上寸土寸金，留給衛(wèi)星基帶芯片的空間有限。

從外觀上看，衛(wèi)星電話上方的天線尤為顯眼，猶如一條粗壯的“小辮子”。“圍繞這條‘小辮子’的去留，研發(fā)團(tuán)隊曾展開激烈的爭論。”衛(wèi)星院研究員、研發(fā)團(tuán)隊成員王德乾回憶。

有團(tuán)隊成員建議將天線做成“掛件”，需要連接衛(wèi)星時，再將其擰在智能手機上。這條更簡單的路線，一度得到團(tuán)隊大多數(shù)人認(rèn)同。

但團(tuán)隊中來自華為的工程師態(tài)度堅決：“消費者怎么可能接受那樣的外形？我們必須有所突破！”

意見反復(fù)交鋒。“不要天線，怎么實現(xiàn)衛(wèi)星通話？”“即便實現(xiàn)了，又有誰會買？”大家你一言我一語，甚至爭辯到“臉紅脖子粗”。后來，用戶需求調(diào)查說服了大家。“許多人告訴我們，他們不會因為一種不常用的功能，而選擇購買這樣的產(chǎn)品。”研發(fā)團(tuán)隊成員秦屹昂說。

那就下定決心剪掉“小辮子”！

內(nèi)置天線發(fā)射功率不足，團(tuán)隊就調(diào)整主板布局，把最好的位置留給天線，并在四周增加天線數(shù)量，提高信號的收發(fā)能力。秦屹昂打比方：“就像抬東西，一個人力氣不夠就多人上，大家各抬一個角。”

衛(wèi)星芯片模組尺寸大、能耗高，大家就縮小工藝制程，將基帶、射頻、存儲等一體集成，并采用不連續(xù)收發(fā)等新技術(shù)降低能耗。“原本占主板一半面積的模組，被壓縮至1平方厘米左右，僅相當(dāng)于指甲蓋大小。”王德乾告訴記者。

“小辮子”終于被塞進(jìn)了手機。

升級衛(wèi)星端

天線內(nèi)置只是第一步，讓其穩(wěn)定接收衛(wèi)星信號才是重點。

“同步軌道衛(wèi)星太高了，團(tuán)隊竭盡所能提高天線增益，依然無法確保信號穩(wěn)定。”王德乾感嘆道，這個問題解決不了，一切都將前功盡棄。

擺在團(tuán)隊面前的有兩條路——要么提高信號功率；要么降低信息速率。“就好比兩個人說話，扯開嗓門喊可以讓對方聽得更清楚。要是沒有那么大嗓門，也可以把語速放慢，逐字逐句說清楚。”王德乾解釋。

兩者相較，第二種方式顯然更易達(dá)成。可是，把信息速率降到多少才能同時保障網(wǎng)絡(luò)流暢和話音質(zhì)量？

為了找到最佳方案，團(tuán)隊開始了長達(dá)半年的攻關(guān)歷程：不斷調(diào)低信息速率滿足天線靈敏度需求；持續(xù)優(yōu)化信源編碼改善信道降速后語音體驗；引入自適應(yīng)機制，讓語音速率根據(jù)衛(wèi)星“忙閑”狀態(tài)自動調(diào)整。

“通過大量的軟件開發(fā)、算法改進(jìn)與仿真測試等工作，我們將信息速率鎖定在800比特/秒。”王德乾介紹，這一速率既能最大限度提升網(wǎng)絡(luò)容量，又能保證智能手機與衛(wèi)星的穩(wěn)定連接。

不過，研發(fā)到這里還只是“紙上談兵”。

衛(wèi)星直連通話是應(yīng)急功能，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定不容一點閃失。為此，團(tuán)隊踏上了一段苦旅——15個月時間、6條線路、3000多公里。他們走遍羅布泊、羌塘、漠河邊境……不放過任何一處信號盲區(qū)。

“有人連續(xù)出差幾十天顧不上家，有人在越野車上顛得快‘散了架’，還有人高原反應(yīng)嚴(yán)重仍堅持走完全程。”李屹寰至今對這段經(jīng)歷記憶猶新，“如此艱辛的測試過程，是被華為‘逼’出來的，但我們覺得逼得好。”

在那些地面通信基站難以覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)，團(tuán)隊反復(fù)測試，不斷優(yōu)化解決方案，最終讓地面通信與衛(wèi)星通信自如切換，成功實現(xiàn)雙向語音通話和短信收發(fā)。

理順兩張網(wǎng)

“技術(shù)跑通了，誰來買單？”從項目啟動伊始，這個問題就在李屹寰心頭打轉(zhuǎn)。

常見的衛(wèi)星電話，個頭大且專用，普通人幾乎不會買。智能手機擁有衛(wèi)星直連功能后，如果解決不了兩張網(wǎng)絡(luò)共用一個號碼的問題，可能依然無人問津。

“測試時，我們用天通專用號段1740往外撥打電話，常常被別人誤以為詐騙電話直接掛斷。”李屹寰說，“如果每個人用原卡號就能撥打衛(wèi)星電話，將撬動一片不可估量的藍(lán)海。”

這樣的構(gòu)想看起來容易，做起來難。此前，放眼全球，也從未實現(xiàn)。原因就在于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)是相互獨立的兩張網(wǎng)。

“智能手機衛(wèi)星通話的原理是，先讓手機連接天通衛(wèi)星上傳信息，然后由衛(wèi)星將信息無差別回傳至地面站；地面站接收并完成解析后，再將信息傳送至天通核心網(wǎng)；最后，由核心網(wǎng)撥打地面基站，完成與目標(biāo)電話連接。”王德乾告訴記者。

但長久以來，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不統(tǒng)一，信息傳輸“相見不相識”。只有理順兩張網(wǎng)，具備衛(wèi)星直連功能的手機才有可能在市場上推廣開。

給兩張網(wǎng)“牽線”并不容易。“天通系統(tǒng)相對封閉，所有標(biāo)準(zhǔn)都是保密的，不能拷貝。”秦屹昂說，新編、修訂、補充協(xié)議，合計165萬余字，全靠大家一個一個字符敲出來，不能有一絲錯漏。

協(xié)議統(tǒng)一后，在無地面基站信號覆蓋的地方，天通系統(tǒng)可直接讀取手機識別卡信息，讓手機以漫游方式注冊到天通核心網(wǎng)。這時，用戶就能用原卡號進(jìn)行語音呼叫和短信收發(fā)。

2023年8月，華為Mate60Pro手機上市，智能手機直連衛(wèi)星通話技術(shù)正式步入商用。回首攻關(guān)歷程，研發(fā)團(tuán)隊感慨：“我們闖過了技術(shù)上的‘無人區(qū)’，讓地理上的無人區(qū)信號滿格。”

“黨的二十屆三中全會提出，加強創(chuàng)新資源統(tǒng)籌和力量組織，推動科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新融合發(fā)展。這讓大家備受鼓舞。”李屹寰說，“未來，我們將持續(xù)增強自主創(chuàng)新能力，用數(shù)字技術(shù)催生新業(yè)態(tài)、新模式，為美好生活賦能！”