手机卫星信号弱是怎么回事?

没有关系-。卫星导航定位误差来源主要包括卫星轨道误差、卫星钟差误差、大气传播误差(包括电离层延迟和对流层延迟)、多路径效应和测量噪声。

卫星轨道和钟差改正参数会由系统估计并播发给地面用户,由于上行带宽和卫星可见性的关系,参数一般1~2小时才能更新一次,所以需要外推1~2小时以上。
原子钟的精度和频率稳定度会影响卫星钟差的预报精度。这个容易理解,如果钟恒定不变,那预测误差就为零。反之如果漂的厉害没有规律,那就预测误差就会越来越大。
通信容量有两种理解,如果是指北斗一代/RDSS,那是由于RDSS定位和通信模式需要用户机经卫星向中心站发送定位申请和通信申请,卫星的信道资源有限,因而通信容量有限,用户数受限。北斗二代(RNSS)和GPS都采用被动定位,不存在这个问题。如果是指北斗二代的B1频点由于频道资源已被GPS优先占用,伪码码率只有2M,不及GPS军码的10M,这会影响到测量噪声和多路径误差。由于伪码是测量卫星到接收机距离的尺子,码率越高,码片越短,测量越精准。多路径效应太复杂,就不展开了。
至于卫星轨道的问题,@李寒星的***说的比较清楚,受教了。另外探讨一下,可能还和卫星的机动和控制有关。测控不准确,机动频繁,轨道突变多,也会难以预测。
说到北斗与GPS的差距,目前主要在系统端,对单点定位来讲,GPS电文中广播的钟差和轨道参数预测误差在1米左右,北斗的在3~10米,其中GEO卫星定轨精度最差。还有目前北斗的星座几何分布,大部分卫星都在用户南边,在南北方向的精度较差,东西向的精度优于GPS。

首先,最近并没有发现GPS信号特别弱的情况,不知道这个GPS信号弱的结论是从哪儿获取的。另外,北斗和GPS在频点上式有所隔离的,大家的信号在不同的频率上,相当于在高速公路上各走各的道,所以彼此之间不存在互相干扰和影响的问题,也就是说北斗与GPS是相互独立的系统,北斗不会对GPS的信号形成影响。

此外影响GPS信号的因素有很多,包括接收模块的性能、接收环境(遮挡和干扰等)、接收端的运动状态、天气状况(太阳活动、恶劣天气等)等等。归纳起来,如果GPS信号弱,可能有以下几种情况:

遮挡情况:卫星导航的信号到达地面的时候是很弱的,隐匿在噪声中,需要通过相干积累的方法将他们的能量累加起来,所以在室内环境或者遮挡环境下,就会很容易收不到GPS信号,而相应的如果在这样的环境下打开手机里的导航的话,手机也会提示GPS信号弱,请行驶到开阔地带,在这样的情况下,所有的卫星导航系统都是不可用的,GPS、北斗、GLONASS和Galileo都是一样的,都无法接受卫星信号从而实现导航定位。

干扰信号:卫星导航信号是有专用的频段的,在这个频段的其他信号会对卫星信号造成干扰,由于卫星导航系统到达地面的信号很弱,因此如果此时有一个同频率的大功率干扰设备在附近,它发出的干扰信号就会导致接收端收不到卫星信号

没关系,虽然不知道你指的是什么设备的GPS信号弱,但肯定是没关系的。

北斗跟GPS一样,都是全球卫星定位系统,都在不断的给地球表面发送信号,两者时互不干扰的,不存在一方信号弱是受另一方影响这样的因素哦。

所以你的GPS信号弱,要从设备本身找问题了,如果是不管在哪里、天气晴朗,信号一直都弱,那可能是你的设备出现问题了,赶紧修理才是;如果确定设备没问题,那受最近天气影响也是有可能的哦,像深圳之前一直下雨不断,这个是会对GPS信号产生影响的;还有一种可能就是你是不是到什么GPS信号接收不好的地方去了,比如旁边楼太密集,或者处于地下环境等等了。

总之,GPS信号弱百分百跟北斗是没有关系的了。

首先,可能是手机原因,手机不小心磕碰都可能造成天线损坏,影响信号接收。

其次,可能是环境原因,比如磁场干扰,像国考考场都有一个屏蔽器,屏蔽信号,或自然产生的信号干扰源。有或者是周围高层建筑过多,就像到了重庆一样,建筑过多,墙体过厚都会影响信号传播。

最后,卫星位置影响。卫星的位置不可能固定不变的,会随着地球的自转而发生变化,距离远了信号自然不好。

这几天,关于卫星手机的新闻又火了。

根据媒体报道,9月6日即将发布的华为Mate 50系列手机,将具备“卫星通信能力”,在没有网络的地方,可通过卫星系统发送紧急短信。

无独有偶,另有小道消息声称:苹果的iPhone 13中,就有连接卫星的硬件。但是,苹果跟运营商没有谈拢合作方式,因此没有公开。在未来的iPhone 14上,这一功能很可能会实现。

言外之意,华为和苹果,都在发力“卫星通信”。似乎,新的“赛道”,又出现了。

无良流量号,又开始嗨了……

那么,事实真的是这样吗?手机的卫星时代,真的开始了吗?

今天这篇文章,小枣君就给大家做一个深入解读。

近年来,关于卫星通信的新闻,一直都是媒体和大众的关注热点。

尤其是马斯克搞了一个星链之后,三天两头就有新闻,炒作卫星通信对地面蜂窝移动通信的威胁,对5G的威胁。

事实上,这些炒作很多都缺乏基本的通信常识,除了暴露某些人的急功近利之外,主要是为了服务于流量,服务于资本运作。

卫星通信,无论现在还是未来(至少50年),都不可能取代地面移动通信,成为人类主要的通信手段。

接下来,我来解释原因——

首先,大家要明白且牢记一点:任何无线通信系统,都是基于无线电磁波进行通信的。

无线电磁波,有一个重要的属性参数,那就是频率。

频率不一样的无线电磁波,特性就不一样,如下图所示:

从宏观来看,主要分为光波和电波。

我们人类无线通信,目前主要用的是电波。早期用的低频和中频电磁波,现在逐渐往高频甚至太赫兹(就是上图中间的THz)发展。也有科学家,在研究可见光通信(往光波发展)。

无线电磁波的电波这部分,看上去频率资源挺多的,但实际上,每个频率,都被政府有关部门规定了对应的用途。

从使用者来看,这些频段分为军用、专网用(公安、消防、铁路、电力等)、运营商用(公共移动通信),等等。

此外,还有ISM(Industrial工业、Scientific科学、 Medical医学)免授权频段,无需申请授权即可使用,例如我们的Wi-Fi频段。

任何人都不可以随便占用频率。例如,我自己发明了一个无线通信设备,然后占用运营商的800MHz频段,发射这个频段的无线信号,那就是违法行为。

手机进行卫星通信,第一个要考虑的问题:它到底用什么频段?

不知道大家有没有注意,我们买的新手机,到手之后,都会在反面看到一个蓝色的标签:

这个标签,就是手机的进网许可证。任何手机型号上市之前,厂商都要先拿到工信部,去做入网测试。测试合格,才会发证。

这就意味着,国家对每一个电子产品,尤其是带无线信号收发功能的电子产品,都是有严格要求的:要求无线电工作频率必须符合国家有关规定,必须符合产品的合法用途。

我们的手机被设计出来,可以使用的频段有三种:

一种是运营商的蜂窝通信系统工作频率(也就是基站的工作频段)。如果是现在比较常见的全网通手机的话,就要支持2G/3G/4G/5G频段。每个频段,都在官网上注明。

第二种,是Wi-Fi和蓝牙。这种就是前面我说的非授权频谱,ISM频段。只要发射功率符合要求(不能太高),就可以直接用。

第三种呢,就是卫星定位系统的工作频段。我们手机现在都支持GNSS卫星定位,可以收发卫星信号。GNSS系统有很多种,美国的GPS,中国的北斗(BDS),还有欧洲的伽利略,等等。

众多的卫星导航定位系统

那么,问题来了。很多人天天嚷着手机通过卫星进行通信,真要通信的话,使用什么频段呢?

卫星通信属于空间无线电通信,已经超出了一个主权国家的无线电管理能力。因此,对卫星通信工作频率资源的使用,要向国际电联(ITU-R)进行申请。

ITU-R有明确的文件,对申报程序和规则有严格的要求,往往是和卫星轨道资源的申请同步进行。

卫星通信工作在微波频段,其频率范围为1GHz~40GHz。按照频段,可划分:L、S、C、X、Ku、K、Ka。其中,K频段由于处于大气吸收损耗影响最大的频率窗口,不适合于卫星通信。因此,常用的卫星通信频段为:L、S、C、X、Ku、Ka:

值得一提的是Ka频段。

由于C和Ku频段已近饱和,无法承载更多的业务,所以Ka频段现在逐渐成为热门。Ka频段比Ku频段更容易受天气影响,但工作带宽更大,信号强度更高。

不管怎么说,卫星通信频段和运营商蜂窝通信频段是不同的。目前在市场上售卖的普通手机,根本不支持通信卫星的无线工作频率,自然就无法和卫星进行通信。

只有卫星通信服务商提供的专用卫星***,才能和这些通信卫星建立连接。这些卫星***的话费,也是要充值给对应卫星***服务商的。

前面提到手机可以和GPS、北斗进行通信,那是定位导航卫星。严格来说,不是通信卫星。不过,我们国家的北斗很牛逼,除了定位、导航和授时服务外,它比GPS多了一个功能,那就是短报文通信能力

也就是说,除了位置信息之外,它可以进行短消息通信(RDSS协议)。有多短呢?最多78个进制数/英文/数字,或者39个汉字。

前面提到的华为MATE 50“卫星通信”功能,就是指的这个。借助北斗定位卫星的短报文通信通道,在紧急情况下,收发短信,进行应急通信。

这个只是文本短消息而已,没有数据业务,无法看图片,更无法打***或者看视频。

这个和大家正常意义上理解的卫星通信,还是有很大区别的。前面说的专用卫星***,是可以打***和使用数据业务(上网)的。

目前市面上的手机,均不支持通信卫星的频段。那么,是不是可以加上呢?

手机对通信频段的支持,不是加根天线就可以的。它涉及到SoC芯片、基带、射频、软件部分的改造,是一个非常庞大且复杂的工作。

不是做不出来,而是没有意义。

因为绝大部分情况下,手机都有基站信号,或者Wi-Fi信号,没有必要为了极少出现的情况,增加无谓的成本。(搞一个外置的卫星通信套件,倒是更有可行性。)

这个和水陆两用汽车的道理,是一样的。

汽车加上轮船的功能,也不是不可以。但是,价格会翻几倍,利用率极低,不利于汽车的普及。

那么,手机不改装,不支持现有卫星通信的工作频率,是不是就没办法进行卫星通信了呢?

我们可以换一种思路。如果手机不支持卫星通信频率,那么,干脆让卫星直接使用地面蜂窝基站的频率呗?

事实上,美国运营商T-Mobile和马斯克一起新搞的那个项目,就是这么干的。他们让卫星使用部分5G频段,改进天线,然后对地面发送无线通信信号。

这种工作方式,有一个重要的前提,那就是必须使用低轨道卫星

这些年来,卫星通信有一个非常重要的发展趋势,那就是低轨道卫星的崛起。

以前,发射卫星的成本很高,所以,就希望一颗卫星能覆盖很大的范围。想要覆盖范围大,就必须把卫星放得更高。如下图所示:

高轨道卫星,虽然覆盖面积大,但距离远,通信就更困难。那个时候,通信技术也不是很成熟,所以,无线信道的带宽比较低,通信速率比较慢。这种低速率通信,只能勉强满足定位导航等需求。

现在,随着技术的成熟,加上一箭N星技术的广泛应用,发射卫星的成本有所下降。以马斯克Space-X为代表的民营公司,采用火箭回收技术,更降低了卫星发射成本,使得低轨道通信卫星的大量铺设,成为了可能。

低轨卫星,距离地面更近,如果抛开天气因素,都是视距覆盖,所以,是可以给地面用户提供信号服务的。

“星链”卫星的运行轨道高度原本是1110公里到1325公里,后来调低至540到570公里。

简单来说,就等于是把基站吊在了天上,就是距离稍微远点。

那么,T-Mobile捣鼓的这种卫星通信技术,能提供的带宽速率是多少呢?

是的,你没看错,也就和当年ADSL拨号上网一个级别。勉强打打***、发发图片,视频的话,够呛。

马斯克的传统星链主要使用卫星通信专用频段,基于已有的卫星数量优势,目前可以达到大约300Mbps的服务速率。

注意!星链属于常规卫星通信系统,不是手机达到这个速率,而是它所配备的卫星通信设备。这个设备有“锅”(蝶形天线),还有路由器啥的。

那么,为啥手机不能实现更高的卫星通信速率呢?

这个和手机硬件有很大关系。尤其是天线的类型,造成的影响很大。

我们现在的手机都是内置天线,天线都在手机里面。专用的卫星***,会有更大更醒目的天线,如下图所示:

根据天线原理,天线的长度为无线电信号波长的1/4时,天线的发射和接收转换效率较高。卫星***的天线这么大,说明这个通信系统的工作波长更长。也意味着,它的工作频率越短(频率=光速÷波长)。

基于中学物理知识,低频率(大波长)的无线信号,绕射能力更强,传播距离更远。这和卫星通信的场景是相匹配的。

鞭状天线的信号收发能力终归比较弱。比它更强的,是碟状天线,也就是大家常见的“锅”。

碟状天线,只要朝向对得准,就可以实现较好的通信效果。

那么,我想问一下,如果手机进行卫星通信,你愿不愿意手机上再背一个锅呢?然后这个锅,你还是使劲找准朝向。

即便你愿意背这个锅,你还面临一个问题——发射信号的问题。

卫星向手机发射信号,可以调大发射功率。手机向卫星发射信号,这就难了。

手持通信终端,发射功率是有严格限制的。你也不希望自己手上拿个微波炉,进行通信吧?

以手机毫瓦级的无线发送功率,想让卫星收到这种信号,到底有多难?大家可以自行想象一下。

更何况,是成千上万甚至十万百万的手机,向太空中的卫星发送信号,你觉得,卫星能捕捉到所有的信号吗?

马斯克的星链,也存在上行速率不足的问题。这是一个死穴。

好了,我们继续往下分析。

接下来,我们说说容量问题。

马斯克的星链,号称是1.2万颗卫星,用于覆盖全球。简单平均一下,中国960万平方公里,地球面积5.1亿平方公里,大概占比1.88%。卫星的话,也就226颗。

那么,地面基站数量呢?

中国的基站总数,大约是1035万座。仅中国移动的话,大约是550万座。

226 vs 5500000,傻子也能看明白,这里面不存在取代关系。如果没有地面蜂窝基站,我们需要多少颗卫星,才能让所有人高速上网?

退一万步说,即便卫星可以一点对多点,承接了海量的移动宽带连接需求,那么,信号回传(也就是卫星将信号发到地面站),又该怎么办?数据中心都在地面,云服务也在地面,不回传不行的呀。

目前的5G基站,也就覆盖几平方公里到几十平方公里的面积,几百用户,前传带宽都要达到25Gbps级别。卫星通信,是否可以实现与地面站的25Gbps通信速率呢?

此前,我国在卫星上做了一次试验任务,采用高速高阶相干激光通信终端,实现了速率10Gbps的传输。

看似好像也和25Gbps差不大,但是这个是无线通信,稳定性、抗干扰性都远远不如光纤。而且,卫星的数量远远不如基站,如果要比肩陆地基站,它的数量需求是极大的。

简而言之,如果卫星通信取代地面蜂窝基站通信,那么,室内信号覆盖,该怎么办?地下室、隧道,该怎么办?如果遇到恶劣天气,又该怎么办?

洋洋洒洒说了那么多,大家应该看明白了。卫星通信,是完全无法取代地面蜂窝通信系统的。如果有人告诉你通信卫星会取代基站,要么是傻,要么是坏。

作为一项特殊的通信技术,卫星通信的角色定位,仍然是地面蜂窝通信系统的补充。

卫星通信的应用领域有三类:

1、在人烟稀少地区,在光纤和基站不方便布设的地区,卫星会有很大的作用。在国外,在国内的中西部,这种地区还有很多。对于一些户外爱好者,还有矿产勘察、自然保护等特殊工作人群,卫星***很有用。

2、海洋以及天空场景,例如航海船舶、民航飞机,对卫星通信有强烈的需求。尤其是民航,这几年商务人士等高价值人群,对空中通信需求很大,这类应用发展很快。

3、应急救灾场景。当发生地震、洪水等自然灾害,地面通信系统失灵,就需要借助卫星,进行应急通信。

大家在看待卫星通信的时候,一定要理性、客观。它的市场体量,和蜂窝移动通信根本不是一个级别。但是,它面对的细分市场,确实有很大的发展空间。

我觉得,市场潜力是有的,但是并不没有想象中那么大。尤其是NTN,主要侧重的是卫星通信与5G的融合,是卫星对5G的补充。并不是脱离蜂窝通信,另起炉灶,大家应该有基本的了解。

对于卫星通信,除了技术瓶颈之外,还涉及到法律、环境、政治等一系列因素。限于篇幅,就不一一介绍了,大家可以看我以往的文章(见文末)。

好了,今天的内容就到这里。希望对大家有所帮助。下期再见!

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