中國(guó)，距離衛(wèi)星有多遠(yuǎn)？

1957年10月，蘇聯(lián)“斯普特尼克一號(hào)”人造衛(wèi)星成功升入太空。幾乎在同一時(shí)間，竺可楨、錢(qián)學(xué)森、趙九章聯(lián)名上書(shū)，建議開(kāi)展中國(guó)的人造衛(wèi)星研究。彼時(shí)的中國(guó)人，才剛剛看到人造衛(wèi)星的價(jià)值。距離真正發(fā)射一顆衛(wèi)星，還有很遠(yuǎn)的路要走；距離在衛(wèi)星領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先，更是一件不敢設(shè)想的事情。

在那之后，1958年中國(guó)正式提出了東方紅一號(hào)衛(wèi)星預(yù)研計(jì)劃。1965年正式啟動(dòng)研制，最終在1970年4月24日于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功實(shí)現(xiàn)了東方紅升空。這就是我們耳熟能詳?shù)摹皟蓮椧恍怯?jì)劃”關(guān)鍵組成部分。

一轉(zhuǎn)眼，來(lái)到了2022年。華為Mate50系列利用北斗三號(hào)系統(tǒng)的短報(bào)文功能，并在技術(shù)體制上進(jìn)行全面升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星通信能力與智能手機(jī)結(jié)合。華為Mate50就此成為全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的智能手機(jī)，而中國(guó)科技也在衛(wèi)星通信史上寫(xiě)下了至關(guān)重要的一筆。

這件事，入選了《南方周末》評(píng)選的“2022中國(guó)十大高燃瞬間”。這一天，中國(guó)用“關(guān)鍵科技全球領(lǐng)先”的方式，把與衛(wèi)星之間的距離無(wú)限縮短。

從東方紅升空，到歷經(jīng)二十余年的北斗建設(shè)，再到Mate 50成為全球首款支持北斗衛(wèi)星消息的智能手機(jī)。如果給整個(gè)故事加個(gè)關(guān)鍵詞，我能想到的第一個(gè)詞是：浪漫。

衛(wèi)星登天，通信落地，在這場(chǎng)漫長(zhǎng)的探索里，有太多鮮為人知的關(guān)隘和困難?？朔@些困難，靠的不是某位天才的靈感，而是一群人又一群人的接力與跋涉，最終才讓看似不可能的目標(biāo)變成現(xiàn)實(shí)。在華為開(kāi)發(fā)者大會(huì)2022期間，我們有機(jī)會(huì)了解到Mate 50系列完成手機(jī)衛(wèi)星通信背后的故事。就像東方紅、北斗的故事一樣，這段故事里也充盈著那種心懷星空，腳踏泥土的中國(guó)式浪漫。

從兩彈一星元?jiǎng)?，到萬(wàn)千北斗人，再到華為工程師，衛(wèi)星的故事，是中國(guó)科技人寫(xiě)給國(guó)家，寫(xiě)給人民，寫(xiě)給世界的一封無(wú)言情書(shū)。

這封情書(shū)里寫(xiě)著：哪怕用數(shù)十年時(shí)間，哪怕經(jīng)過(guò)千難萬(wàn)險(xiǎn)。任他翻山越嶺，任他時(shí)光飛逝，我也要讓星光向你而來(lái)。

從東方紅到北斗三號(hào)，中國(guó)衛(wèi)星的全球時(shí)代

我們?cè)谥袑W(xué)時(shí)代，都背誦過(guò)這樣的知識(shí)點(diǎn)：于1970年4月24日成功發(fā)射的東方紅一號(hào)衛(wèi)星，重173千克，由長(zhǎng)征一號(hào)運(yùn)載火箭送入近地點(diǎn)441千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)2368千米。

如果說(shuō)，東方紅完成了中國(guó)人造衛(wèi)星從無(wú)到有的變局。那么歷經(jīng)二十余年發(fā)展的北斗體系，則成功將中國(guó)衛(wèi)星事業(yè)推進(jìn)到了全球時(shí)代。

2020年6月23日，隨著西昌衛(wèi)星發(fā)射中心將一枚“長(zhǎng)三乙”運(yùn)載火箭發(fā)射升空，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的第55顆衛(wèi)星成功進(jìn)入軌道。這標(biāo)志著北斗三號(hào)最后一顆全球組網(wǎng)衛(wèi)星就位，北斗三號(hào)部署比原計(jì)劃提前半年順利完成。

從1994年開(kāi)始啟動(dòng)北斗一號(hào)工程算起，到北斗三號(hào)全面完成共用了二十六年。毫不夸張地說(shuō)，這其間北斗人克服了千難萬(wàn)險(xiǎn)，經(jīng)歷了千辛萬(wàn)苦。按照北斗系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，北斗一號(hào)實(shí)現(xiàn)服務(wù)中國(guó)，二號(hào)實(shí)現(xiàn)服務(wù)亞太。而北斗三號(hào)的落成，則標(biāo)準(zhǔn)北斗系統(tǒng)具有了服務(wù)全球的能力。進(jìn)入新時(shí)代、新階段的北斗，面臨著一個(gè)全新問(wèn)題：全球時(shí)代的中國(guó)衛(wèi)星，應(yīng)該如何縮短與其他具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)系統(tǒng)的差距，塑造自己的差異化價(jià)值？

手機(jī)衛(wèi)星通信的戰(zhàn)略意義，就在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上浮現(xiàn)了出來(lái)。在目前階段，手機(jī)衛(wèi)星定位已經(jīng)成為了通用能力，但衛(wèi)星的另一項(xiàng)關(guān)鍵價(jià)值衛(wèi)星通信，則還無(wú)法與大眾生活、生產(chǎn)進(jìn)行緊密聯(lián)接。另一層面看，空天地一體化的通信網(wǎng)絡(luò)，幾乎已經(jīng)確定是6G時(shí)代的發(fā)展方向。將北斗納入6G探索，對(duì)于中國(guó)衛(wèi)星事業(yè)來(lái)說(shuō)具有不可替代的戰(zhàn)略機(jī)會(huì)。

但這個(gè)機(jī)會(huì)，也意味著更多的困難。

翻過(guò)山峰之后，是另一座山

華為能夠在Mate 50系列這一代就能成功實(shí)現(xiàn)手機(jī)衛(wèi)星通信，其實(shí)是遠(yuǎn)超產(chǎn)業(yè)界早先預(yù)期的。

一方面是因?yàn)楸倍啡?hào)剛剛建成兩年，而手機(jī)核心技術(shù)能力，比如通信能力的規(guī)劃周期，一般要提前兩代左右開(kāi)始。換句話說(shuō)，我們倒推一下時(shí)間表就會(huì)發(fā)現(xiàn)，早在北斗三號(hào)剛剛建成時(shí)，華為就必須馬上開(kāi)始規(guī)劃、探索、實(shí)驗(yàn)如何基于北斗體系完成手機(jī)通信。

所謂手機(jī)衛(wèi)星通信，本質(zhì)是將衛(wèi)星當(dāng)作通信的中繼設(shè)備。用戶將通過(guò)衛(wèi)星，完成與地面上其他通信設(shè)備的聯(lián)系。這項(xiàng)技術(shù)聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但要真正實(shí)現(xiàn)卻要面對(duì)非常嚴(yán)峻的問(wèn)題。在北斗三號(hào)翻越山嶺建成之后，華為開(kāi)始探索基于北斗的手機(jī)衛(wèi)星通信可能，面對(duì)的是另一座技術(shù)與工程的高山。

首先，第一個(gè)問(wèn)題就是衛(wèi)星太高了。

北斗三號(hào)系統(tǒng)的衛(wèi)星運(yùn)行軌道高度大約在3.6萬(wàn)公里。而衛(wèi)星越高，就意味著發(fā)射信號(hào)的傳輸損耗越大，地面發(fā)射的信號(hào)更加難以被衛(wèi)星接收。相比來(lái)說(shuō)，我們知道蘋(píng)果手機(jī)在今年也推出了衛(wèi)星信息能力。但蘋(píng)果接入的是低軌道衛(wèi)星。低軌道衛(wèi)星（LEO）的軌道高度僅是高軌道（GEO）衛(wèi)星的二十分之一，甚至八十分之一，其通信傳輸難度也隨之急劇下降。北斗作為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的后起之秀，還無(wú)法提供大量的中低軌道衛(wèi)星群。所以如何在北斗特性的基礎(chǔ)上完成通信信號(hào)的“高空攀登”，就成為擺在華為面前最關(guān)鍵的問(wèn)題。

接下來(lái)，第二個(gè)問(wèn)題也隨之展現(xiàn)：硬件功率過(guò)低。

高軌衛(wèi)星傳輸?shù)男盘?hào)損耗很高，意味著地面設(shè)備必須以更強(qiáng)的功率進(jìn)行信號(hào)發(fā)射。但手機(jī)輕薄的機(jī)身決定了其功率發(fā)射器件必須很小。解決手機(jī)功率太低，成為第二道必答題。

另外一個(gè)難題，在于智能手機(jī)的收發(fā)天線，相比專(zhuān)用終端增益低。

衛(wèi)星電話能夠進(jìn)行衛(wèi)星通話的前提，是其內(nèi)置了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積碩大的手法天線。但手機(jī)的天線設(shè)備不可能如此，這就導(dǎo)致天線收發(fā)帶來(lái)的增益很低。如何解決天線問(wèn)題，也成了一大挑戰(zhàn)。

以技術(shù)，以時(shí)間，以跋涉

手機(jī)衛(wèi)星通信是否有前景？當(dāng)然有。是否有最快實(shí)現(xiàn)的必要？當(dāng)然有。

在這個(gè)答案之下，所有的難關(guān)都必定被攻克。在Mate 50成功實(shí)現(xiàn)北斗通信之前，華為首先對(duì)一系列手機(jī)衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)。構(gòu)建了一套能夠滿足手機(jī)衛(wèi)星通信需求的通信協(xié)議。其中包括全新的通信體制、協(xié)議棧和應(yīng)用底層協(xié)議?？墒钦f(shuō)是從零開(kāi)始，完整勾勒出了手機(jī)與北斗的聯(lián)接方案。

而通信協(xié)議只是第一步。接下來(lái)，華為就需要突破那些關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

面對(duì)硬件功率不足的問(wèn)題，華為在Mate 50系列中全新設(shè)計(jì)了高性能硬件。其中包括高功率的PA、低損耗射頻鏈路，以及收發(fā)方向圖一致的天線設(shè)計(jì)。這些硬件能力的疊加下，可以有效提升手機(jī)的長(zhǎng)距離通信功率，減少手機(jī)與衛(wèi)星之間通信的信號(hào)損耗。確保手機(jī)衛(wèi)星通信的精準(zhǔn)、可靠。

在硬件層面的性能提升基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步解決手機(jī)通信增益不足的問(wèn)題。華為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了全新的編解碼算法，引入了高增益的Polar編碼方案。從而可以降低衛(wèi)星信號(hào)傳輸過(guò)程中的干擾和噪聲，提升信號(hào)解碼率。新的高增益算法，可以讓信號(hào)更加聚焦，減少在傳輸過(guò)程中的發(fā)散，最終確保信號(hào)直達(dá)北斗。

另一方面，我們知道衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡是固定的。如果手機(jī)天線能夠準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，會(huì)讓信號(hào)傳輸有更好的效果。為此，華為專(zhuān)門(mén)在Mate 50系列中加入了專(zhuān)用的UX設(shè)計(jì)。通過(guò)專(zhuān)有的尋星引導(dǎo)UX，可以讓用戶通過(guò)可視化的操作方式，更準(zhǔn)確幫助手機(jī)確定衛(wèi)星的位置，從而建立更準(zhǔn)確的衛(wèi)星聯(lián)接。

技術(shù)準(zhǔn)備之后，還需要大量龐雜、繁瑣的功能性驗(yàn)證工作。作為一項(xiàng)全新通信嘗試，沒(méi)有人知道能不能手機(jī)衛(wèi)星通信的邊界在哪里，其通信覆蓋能力究竟是怎樣的。尤其重要的是，手機(jī)衛(wèi)星通信的使用場(chǎng)景往往是極端的天氣、環(huán)境條件中。因此功能驗(yàn)證必須更加極端，更加富有耐心，才能確保手機(jī)衛(wèi)星通信能夠肩負(fù)起它的重任。

為了驗(yàn)證北斗手機(jī)衛(wèi)星通信的可用性，華為的工程師們建立起了完整的測(cè)試、驗(yàn)證閉環(huán)，構(gòu)建了系統(tǒng)性的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證環(huán)境。通過(guò)尋星引導(dǎo)向模擬衛(wèi)星發(fā)出信號(hào)，利用終端設(shè)備接收信號(hào)，建立起了包括“測(cè)試地面北斗衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射設(shè)備-北斗衛(wèi)星信號(hào)接收設(shè)備-地面通信系統(tǒng)信息處理”在內(nèi)的整套通信流程。這也是全球首個(gè)北斗三號(hào)端到端星地融合通信驗(yàn)證系統(tǒng)。

經(jīng)歷了18個(gè)月的外場(chǎng)測(cè)試，踏遍了31個(gè)省。進(jìn)入過(guò)無(wú)人區(qū)，穿越過(guò)戈壁沙漠、高山叢林、江海湖泊、草原盆地。最終，華為的工程師們將可靠、可信的手機(jī)衛(wèi)星通信能力，通過(guò)Mate 50獻(xiàn)給了用戶。

在5月的西藏尼瑪縣。華為的研發(fā)測(cè)試人員要每天早晨迎著大雪，哈著白氣，測(cè)試北斗衛(wèi)星消息功能。在被稱(chēng)為人類(lèi)禁區(qū)的可可西里，華為工程師們脫下防曬服，馬上換上羽絨服，依靠間接性吸氧來(lái)對(duì)抗高原反應(yīng)，只有這樣才能保證持續(xù)測(cè)試北斗衛(wèi)星消息。在烈日當(dāng)空的秦嶺，測(cè)試人員登上3000米的澇峪八里坪秦嶺，在用8元一瓶的礦泉水奢侈地洗了一把臉后，測(cè)試北斗衛(wèi)星消息功能。他們最終讓手機(jī)北斗通信能力，早于大眾期待成為現(xiàn)實(shí)，以技術(shù)，以時(shí)間，以跋涉。

從2019年12月立項(xiàng)，到2020年4月完成可行性分析，再到2021年2月完成實(shí)驗(yàn)室聯(lián)接。歷時(shí)15個(gè)月，華為工程師成功發(fā)出了第一條北斗衛(wèi)星消息。上面寫(xiě)著：星辰大海，縱橫相依。搖搖星光，向你而來(lái)。

這時(shí)距離1957年中國(guó)提出“要有自己的衛(wèi)星”，已經(jīng)六十五年過(guò)去了。中國(guó)科技，終于揭開(kāi)了全球衛(wèi)星通信史上新的大幕，在衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵創(chuàng)新上世界領(lǐng)先。

這是一個(gè)關(guān)于與時(shí)間賽跑的故事，是一種關(guān)于遠(yuǎn)大征程的浪漫。

又豈在朝朝暮暮

所有人都能看到，手機(jī)衛(wèi)星通信絕不是一個(gè)小功能、小技術(shù)。頻譜資源注定有限，但人類(lèi)的通信需求卻是無(wú)限擴(kuò)張的。所有在某個(gè)時(shí)刻，人類(lèi)通信將注定走入太空。

而華為能夠在業(yè)界率先實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信進(jìn)入智能手機(jī)，讓手機(jī)具備真正意義上的通信無(wú)死角覆蓋。不僅在特殊行業(yè)、戶外探險(xiǎn)、應(yīng)急求生等領(lǐng)域提供了不可替代的價(jià)值，更是對(duì)未來(lái)人類(lèi)通信必然性的率先挖掘。每個(gè)時(shí)代，都需要有科學(xué)界、科技企業(yè)、工程團(tuán)隊(duì)率先抵達(dá)未來(lái)。而這一次，前哨站里是華為與北斗。

這一切，都不是一朝一夕的成功，而是一種中國(guó)科技特有的長(zhǎng)期主義使然。我們?cè)敢庠谝患饬x非凡的事情上投入全力，愿意數(shù)十年如一日地為之奉獻(xiàn)，愿意跋山涉來(lái)找尋答案。這是中國(guó)科技，或許也是北斗，是華為的浪漫主義——兩情若是久長(zhǎng)時(shí)，又豈在朝朝暮暮。

這個(gè)故事依舊處在進(jìn)行時(shí)。

在太空中，10月31日，長(zhǎng)征五號(hào)B遙四火箭搭載著“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙在海南文昌發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。與“夢(mèng)天”實(shí)驗(yàn)艙一起升空的還有北斗短報(bào)文通信子系統(tǒng)。這意味著，北斗短報(bào)文通信首次在空間站上開(kāi)展驗(yàn)證，成為航天員與地面通信鏈路的全新保障。

而在大地上，華為開(kāi)發(fā)者大會(huì)2022上，華為宣布HUAWEI Mate Xs 2北斗衛(wèi)星消息功能正式開(kāi)啟眾測(cè)，HUAWEI Mate Xs 2成為全球首款支持衛(wèi)星消息的折疊屏手機(jī)。這意味著，北斗衛(wèi)星消息必然將在未來(lái)更多華為手機(jī)中登場(chǎng)，并且不斷成長(zhǎng)。同時(shí)也意味著折疊屏與衛(wèi)星通信，這兩項(xiàng)頗具未來(lái)感的技術(shù)開(kāi)始交織，醞釀新的化學(xué)反應(yīng)。華為不懈創(chuàng)新的精神，正像以往一樣，拓展著手機(jī)衛(wèi)星通信、折疊屏，乃至更多技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的邊界。引領(lǐng)手機(jī)行業(yè)走向星空深處、6G時(shí)代的無(wú)限可能性，為行業(yè)未來(lái)的技術(shù)升級(jí)之路鋪就基石。

北斗三號(hào)全面建成時(shí)，有記者采訪了時(shí)任北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師助理、工程總體室主任的郭樹(shù)人?！斑@十年，您最大的欣慰是什么？”郭樹(shù)人的答案是：“通過(guò)不計(jì)其數(shù)的計(jì)算、論證設(shè)計(jì)出的方案，終于得到肯定，取得統(tǒng)一意見(jiàn)?！?/p>

對(duì)于手機(jī)衛(wèi)星通信技術(shù)，對(duì)于華為的工程師們來(lái)說(shuō)，或許也是一樣的。不計(jì)其數(shù)的技術(shù)嘗試、工程性打磨、性能驗(yàn)證，最終才能讓不可能成為可能。當(dāng)信號(hào)穿越三萬(wàn)米的距離，在星空與北斗三號(hào)相遇。金風(fēng)玉露一相逢，便勝卻人間無(wú)數(shù)。

險(xiǎn)阻終究可以被翻越，難題終究圍困不住時(shí)間。

哪怕天長(zhǎng)地久，也要讓他成真；即使千難萬(wàn)險(xiǎn)，也要讓星光向你而來(lái)。

從北斗登天，到Mate落地，這是中國(guó)式的科技創(chuàng)新，也是中國(guó)式的星空浪漫。