马斯克的星链计划又有了新动作，他在一档访谈节目中谈到，星链手机将要在2年后上市。马斯克口中的星链手机，其实和普通手机区别不大，最大不同就是可以直接连上卫星，不需要地面基站也能打电话发短信。

马斯克在节目中承认，为了让卫星和星链网络能够直接与手机连接，他已经花费170亿美元来购买频段。马斯克补充道，这笔交易使得SpaceX可以直接从卫星向手机提供高带宽连接，但手机需要进行硬件的调整。由于目前的手机不支持这些频段，手机的芯片组需要进行修改以添加对这些频率的支持。

最终效果是，你可以在手机上随时观看高清视频，再也不会受到地面基站信号强度的影响了。但是对于室内环境，这些频段在普通房屋中可以正常使用，但在有厚金属屋顶的建筑物内可能会受影响。

一

那……什么是星链手机呢？

要理解卫星手机这回事，得先搞清楚我们现在的手机是怎么工作的。你的手机其实就是个小型无线电台，它通过电磁波跟附近的基站聊天。基站收到你的信号后，再通过光纤或者微波链路把信息传到电信公司的交换中心，最后送到对方手机那里。整个过程看起来挺顺畅，但有个致命问题：基站的覆盖范围有限，大概只有几公里到几十公里。

这就是为什么你在深山老林里经常没信号，因为电信公司不可能在每个角落都建基站，成本太高了。全球有大片大片的地方，包括海洋、沙漠、极地，都是通信的盲区。据统计，地球上大约有一半的地方没有可靠的移动通信覆盖。

卫星通信的想法其实不新鲜。早在上世纪九十年代，就有公司尝试过卫星电话，比如铱星系统（Iridium）。但那时候的卫星电话有几个大问题：设备巨大笨重，通话费用贵得离谱，而且信号质量也不太好。一台卫星电话能有砖头那么大，通话费一分钟几十块钱，普通人根本用不起。

星链手机不是专门的卫星电话，而是可以直接连上卫星上面的基站。这听起来简单，实际上技术难度相当大。

要知道，地面基站离你只有几公里，但卫星在天上几百公里甚至几万公里高。距离远了，信号就弱了，这是物理定律，没法改变。信号强度跟距离的平方成反比，也就是说距离增加一倍，信号强度就变成原来的四分之一。卫星比基站远了几十倍，信号强度就弱了几千倍。

你的手机发射功率本来就不大，大概只有几瓦，这点功率要传到几百公里外的卫星，信号已经微弱得像蚊子叫了。更要命的是，卫星还在高速移动，每秒钟移动好几公里，这就产生了多普勒效应（Doppler Effect）。就像救护车开过来时警报声会变尖，开走时会变低，卫星移动也会让无线电信号的频率发生变化。

星链的直连手机服务采用了一种巧妙的方案。每颗具备直连功能的卫星都搭载了一个eNodeB基站设备，这相当于在太空中放置了一个标准的4G基站。手机看来，这个卫星基站就像普通的地面基站一样，可以使用标准的LTE协议进行通信。

这种设计的好处是兼容性强，现有的手机不需要任何硬件修改就能使用卫星服务。但挑战在于，卫星基站需要处理更复杂的信号传播环境，包括长距离传输、多普勒频移、快速切换等问题。

为了解决多普勒效应，星链卫星使用了先进的信号处理算法。卫星知道自己的精确位置和速度，也能通过GPS等方式获得用户的大致位置，因此可以预先计算出多普勒频移的大小，并进行相应的频率补偿。

卫星切换也是个技术难点。当一颗卫星飞出覆盖范围时，通信需要无缝转移到另一颗卫星上。这个过程需要在几秒钟内完成，而且不能中断正在进行的通话或数据传输。星链使用了类似于地面网络的软切换技术，让手机同时与多颗卫星保持连接，然后逐步转移到信号最强的卫星上。

传统的手机芯片可处理不了这么复杂的情况。它们设计的时候假设基站是固定不动的，信号强度也相对稳定。现在要适应快速移动的卫星，就需要更聪明的算法和更强的处理能力。

马斯克的解决方案是低轨道卫星星座（Low Earth Orbit Constellation）。星链卫星运行在距离地面大约550公里的轨道上，比传统的地球同步卫星近得多。地球同步卫星在36000公里高空，信号来回一趟就要半秒钟，打电话会有明显的延迟。

二

低轨道卫星虽然距离近了，但带来新问题：它们移动得更快，而且单颗卫星的覆盖范围更小。

为了解决覆盖问题，星链计划发射数万颗小卫星，组成一个巨大的卫星网络。这些卫星像接力赛一样，当一颗卫星飞出你的视线范围时，另一颗卫星正好进入覆盖区域。这种无缝切换需要精确的轨道计算和复杂的网络协调。

技术上最大的挑战是天线设计。卫星信号微弱，需要高增益天线（High-gain Antenna）来接收。但高增益天线通常都有方向性，需要对准卫星才能工作。问题是卫星在天上快速移动，天线也得跟着转。传统卫星电话都有个大天线，可以手动或自动调整方向。

普通手机显然装不下这样的天线。马斯克的团队想出的办法是相控阵天线（Phased Array Antenna）。这种天线由很多小天线单元组成，通过电子方式控制每个单元的相位，可以在不物理转动的情况下改变天线的指向。就像指挥一个合唱团，让不同的人在不同时间开口，最终形成想要的声音效果。

图片所展示的，就是SpaceX目前所使用的星链相控阵天线。

相控阵天线的好处是响应速度快，可以瞬间改变指向，跟上快速移动的卫星。但问题是成本高，功耗大，而且需要复杂的控制电路。要把这些技术塞进手机里，还要保持合理的价格和电池续航，确实不容易。

信号处理也是个大问题。卫星信号不仅弱，还会受到各种干扰。大气层会吸收和散射无线电波，特别是在下雨的时候。这种现象叫雨衰（Rain Attenuation），在某些频段特别严重。手机需要更强的纠错能力和更智能的信号处理算法。

现代数字通信系统使用各种编码技术来对抗噪声和干扰。比如卷积码（Convolutional Code）、涡轮码（Turbo Code）和LDPC码（Low-Density Parity-Check Code）。这些编码方式可以在信号中加入冗余信息，即使部分数据丢失或出错，也能恢复原始信息。但更强的纠错能力意味着更多的计算量和更长的处理时间。

频谱资源也是个限制因素。无线电频谱就像高速公路，车道数量有限。卫星通信需要使用特定的频段，这些频段已经被各种服务占用了。国际电信联盟（ITU）负责协调全球的频谱分配，确保不同服务之间不会相互干扰。

星链现阶段使用的是Ku波段和Ka波段，频率在12—18GHz和26—40GHz之间。这些频段的好处是带宽大，可以传输更多数据，但缺点是穿透能力差，容易被建筑物和树木遮挡。这就是为什么卫星电话在室内经常没信号的原因。

要让普通手机支持卫星通信，还需要解决功耗问题。卫星信号弱，手机需要更大的发射功率才能让卫星收到。但手机电池容量有限，不能无限制地增加功耗。这需要在通信质量和电池续航之间找到平衡。

一种解决方案是自适应功率控制（Adaptive Power Control）。手机根据当前的信号条件自动调整发射功率，信号好的时候降低功率，信号差的时候提高功率。还可以使用更高效的调制方式和编码技术，在相同功耗下传输更多信息。

三

要想手机能连上卫星，那么它的网络架构也需要重新设计。传统的移动通信网络是分层的，手机连接基站，基站连接基站控制器，基站控制器连接移动交换中心。卫星网络更像是一个分布式系统，每颗卫星既是基站，也是路由器，需要智能地选择最佳的通信路径。

卫星之间还需要建立星间链路（Inter-satellite Link），让数据可以在太空中直接传输，而不用每次都绕道地面站。这样可以减少延迟，提高网络效率。但星间链路需要精确的指向控制和高速的数据处理能力。

从用户体验角度看，星链手机也是手机，通话质量肯定要放在第一位。由于信号延迟和可能的中断，通话质量可能不如地面网络稳定。其次是数据速度，虽然卫星网络在理论上可以提供高速数据传输，但考虑到带宽分配和用户数量，实际速度可能会受限。

还有一个问题是室内覆盖。前文也提到了，卫星信号很难穿透建筑物，这意味着卫星手机主要适用于户外场景。在室内，还是需要依赖传统的地面网络。这就需要手机能够智能地在卫星网络和地面网络之间切换。

除了科学技术能解决的以外，监管也是个复杂问题。不同国家对卫星通信有不同的法规要求，有些国家出于安全考虑限制或禁止卫星通信服务。马斯克需要在每个目标市场获得相应的许可，这个过程可能很漫长。

尽管面临这些挑战，卫星手机技术正在快速发展。除了星链，亚马逊的柯伊伯项目（Project Kuiper）、英国的OneWeb等公司也在布局类似的服务。竞争会推动技术进步和成本下降。

四

从产业格局来看，星链手机可能会带来深刻变化。传统电信运营商的垄断地位可能受到冲击，特别是在偏远地区的通信服务方面。新的商业模式可能出现，比如按需付费的全球通信服务，或者针对特定行业的专业通信解决方案。

对于消费者来说，星链手机最大的价值在于提供无处不在的连接。无论你在珠穆朗玛峰还是太平洋中央，都能保持与外界的联系。这对于应急救援、远程工作、探险旅行等场景特别有价值。

卫星手机也可能催生新的应用和服务。比如新型的位置服务，结合卫星通信和导航，提供更精确的定位和路径规划。

但这种变化不会一蹴而就。传统运营商仍然掌握着大部分用户和基础设施，马斯克表示，他们没办法做到让其他运营商消失，因此他们也在积极寻求与卫星运营商的合作。比如T-Mobile与星链的合作，让用户可以在没有地面信号的地方自动切换到卫星网络。

这种合作模式可能是未来的主流趋势。运营商提供地面网络和用户服务，卫星公司提供覆盖补充，双方各取所需。这样既能发挥各自的优势，也能降低投资风险。

从技术发展的角度看，星链手机只是一个开始。随着6G技术的发展，地面网络和卫星网络的融合会更加深入。未来的通信网络可能是一个立体的架构，包括地面基站、低空平台、低轨卫星、中轨卫星和高轨卫星，形成无缝的全球覆盖。

当然，这一切还需要时间。技术成熟、成本下降、监管完善，都不是一朝一夕的事。但趋势已经很明显了，天空正在成为我们新的通信基础设施。也许再过几年，“没信号”这个词就会成为历史。

本文来自微信公众号：字母榜，作者：苗正，编辑：王靖