手機衛星通信的下一步

手機衛星通信能力從早期僅能實現短消息發送，到如今實現衛星通話功能，似乎顯示出一種技術加速趨勢。

近日，馬斯克旗下“星鏈”（Starlink）宣布，其直連手機服務預計將于2024年實現短信發送功能，2025年實現網絡服務，并分階段實現物聯網能力。不同于國內頭部主流廠商目前大多采取手機連接高軌衛星，星鏈為低軌衛星，這也意味著這兩年如火如荼發展的衛星通信技術還呈現多路線共同發展趨勢。

國盛證券指出，類似前幾年的“指紋&人臉解鎖”、“多攝像頭”、“全面屏”等概念，衛星通信功能有望開啟消費電子的全新發展和競爭序幕。低軌衛星寬帶通信在國內外相關企業的探索下，商業化進程也有望進一步加速。

銀河航天星座通信系統架構師林廣榮接受21世紀經濟報道記者采訪時指出，近年來，全球衛星互聯網建設不斷加速，應用場景也在不斷豐富，從全球范圍來看低軌衛星通信發展的技術面正進入快速成熟和商用階段，國內衛星互聯網發展也正在提速。

多路線競速

如果單純從衛星通信角度，此前已經應用多年的海事衛星電話、衛星電視等，都是衛星應用的其中一個落腳。

此次落地到手機終端中，其更高的集成度對手機設計、主芯片、衛星等各產業鏈環節都提出挑戰。

據華安證券分析，要實現衛星連接可以從四個方面著手：使用專用衛星電話、引入地面接收設備、終端側增加衛星通信芯片、增加衛星天線增益。

其中專用電話就是前述已經十分成熟的專用衛星通話領域，是通過衛星鏈接到信關站，再接入地面公共網絡實現通訊功能。引入地面接收設備則類似引入通俗被稱為“鍋”的地面接收設備，再通過無線路由器轉換成Wifi信號，手機連接Wifi信號上網，這是星鏈系統V1.0采用的主要方法。

終端側增加芯片，則是近兩年華為推出新機采用的方法，但當前通信為非標準化的技術體制，不利于全球推廣；衛星增益，則是從衛星端著手，在不改變手機端的前提下，直接使用地面蜂窩頻段，但對衛星提出要求，此前美國公司AST SpaceMobile采用一種可折疊的相控陣天線模式，在上空后展開有巨大的面積，這也被認為是最為理想的落地方式。

這里提到的AST SpaceMobile和星鏈，都是發射低軌衛星，華為在前一代連接的是北斗衛星、這一代連接“天通一號”衛星，都為高軌衛星。

林廣榮告訴記者，目前“手機直連衛星”的低軌衛星方案中，比如蘋果手機連接的是低軌全球星（Globalstar），高通也是利用低軌的銥星。

“準確地說，是目前手機連接的是現成衛星，也就是已經在軌運行的衛星，包括高軌和低軌。這種方式起步快，但通信能力還只限于語音通話和短信等文字信息。”他進一步介紹，高軌由于與地球表面距離太遠，電磁波的傳播距離每增加一倍，其傳輸的能量會損失到原本的四分之一，時延相對較大，通信速率也相對低；低軌手機直連衛星方面，國際上已經有公司在專門設計，其性能有望達到4G水平，比如AST SpaceMobile公司利用現有普通手機連接其試驗星，實現首次5G衛星通話。

衛星通信能力加速，一方面是通信技術發展到一定階段的必然，另一方面也與人類活動范圍越來越大，進而誕生相關需求相關。

林廣榮對記者分析道，大眾對于泛在網絡的需求不斷提升，市場前景廣闊驅動玩家加速涌入。“包括地面終端設備商、衛星運營商等的入局，推動技術的融合和突破，加速衛星大眾消費元年的到來。近年來，國家和地方對于衛星通信（衛星互聯網建設）的一系列支持，也在不斷推動信息通信領域的發展。”

據第三方機構SIA測算，2021年全球衛星通信行業的市場規模約1816億美元，同比增長24.28%。據Technavio預估，中國衛星通信行業的市場規模將在2021-2025年間以9%的年復合增長率增長。

從技術到標準

從目前商用具備衛星通信能力的手機來看，當前可傳輸的信息相對有限，因此尚且為窄帶通信，真正的衛星通信未來，是將走向寬帶通信階段。

從窄帶通信走向大帶寬衛星通信，林廣榮分析認為，主要需解決兩大難題：衛星技術提升、5G NTN標準和芯片成熟。

他向記者分析道，“要實現寬帶手機直連衛星，對衛星技術的要求非常高。比如我們常用的手機功率通常只有大概200毫瓦，即23dBm，這比傳統的衛星手機功率要小得多，差不多只有其十分之一，到達衛星的信號很弱，需要強大的衛星能力來彌補。天線是衛星通信系統的核心部分，決定了信號的傳輸和接收質量。使用大型天線可以提高信號的增益，從而提高通信質量和范圍。此外，大型天線還可以提供更高的定向性，從而減少干擾和提高信號的信噪比。”

5G NTN統稱為“非地面網絡技術”，此前已經被3GPP標準組織納入5G協議最后一個標準R17中，也即低空衛星軌道通信技術。

“建立能夠支持智能手機直連衛星的系統，不僅僅需要衛星技術的突破，還需要對整個系統進行大量工作，包括頻率資源協調使用、通信協議的演進（3GPP R18、R19等不斷迭代）、以及實現星地一體化的組網策略等。”林廣榮續稱，為了支持手機直連衛星，現有的5G基站設備需要支持更高的協議版本、手機芯片也需要兼容升級。這可能涉及到新的信號處理算法和新的通信協議特性的研發工作，以及參數調試和兼容性測試等工作。

總體來說，確保5G NTN標準，以及符合該標準的基站、手機芯片產品技術成熟是成功實施這項技術的關鍵因素。

除了已經凍結的標準，在后續通信標準中，NTN技術也將不可或缺。林廣榮告訴記者，在5G-Advanced標準范疇（即3GPP R18、R19、R20）內，NTN技術標準將會被不斷升級迭代演進，走向成熟。

“全球通信業就今后6G技術標準幾乎已經達成共識，天基衛星通信網絡（NTN網絡）將會成為6G網絡的重要組成。在6G時代，地基網絡將與天基網絡協同組網成為星地融合的無線通信網絡。”他補充道，構建可以實現6G通信網絡按需服務的天基信息網絡，需要構建可以實現6G通信網絡按需服務的天基信息網絡，其中至關重要的突破將是基于動態波束覆蓋，波束功率動態分配和星上柔性數字載荷技術等。

“銀河航天也正加速面向手機直連衛星的相控陣天線、星上大能源、數字處理載荷等核心技術攻關一步步邁向6G時代。”林廣榮介紹道。

基礎設施夯實

雖然目前看來，手機連接高軌衛星和連接低軌衛星發展路線相對獨立，但一種行業觀點認為，未來的趨勢將是高低軌衛星之間形成能力互補，進一步完善衛星通信能力。

林廣榮對記者分析道，高軌衛星與低軌衛星通信是衛星互聯網的兩個重要組成部分，各有優勢，未來高軌高通量衛星通信系統與低軌星座系統將組成高低搭配、多鏈路冗余協調的高可靠天基通信新基建，將更好服務人類社會。

“高低融合應用對我國衛星互聯網產業發展也至關重要，特別是在低軌衛星互聯網發展前期，高軌衛星通信可進一步彌補低軌通信間隙和覆蓋盲區，加快推進衛星互聯網應用步伐；同時，高低軌衛星融合通信也是未來面向用戶高可靠性衛星互聯網服務的路徑之一。”他進一步表示，通過高低軌協同組網，為用戶提供雙模異構通信服務（一種將不同模式技術融合在一起的創新方法），可有限提升用戶的上網體驗與應急狀態下的高可信通信保障。

據悉，銀河航天已經開發了高低軌融合通信相關解決方案，并在能源和航空航海領域進行了試驗應用。

當然，有業內人士對記者反復強調，實現衛星通信能力的持續迭代升級，其大前提是，國內發射了足夠多符合NTN通信標準的衛星。因此，夯實低軌衛星相關基礎設施尤為重要。

林廣榮告訴記者，我國低軌衛星互聯網的建設在加速中。銀河航天從2020年首發星入軌，伴隨不斷地發星組網構建起星地融合5G試驗網絡“小蜘蛛網”，到目前為止已在空、地、海等場景完成低軌應用示范，為衛星互聯網應用的推廣和規模化應用積累了大量技術和工程經驗。

在走向未來“空天地一體”的網絡中，“太空基站”被認為將是下一步方向。林廣榮告訴記者，銀河航天也在研發具備星上處理能力的衛星，能力涵蓋數字載荷、星載軟件等，以期逐步實現將地面基站搬入太空。

舉例來說，于2023年7月成功發射的銀河航天靈犀03星，其主要功能為低軌道寬帶通信，衛星配備的“數字載荷”可以通俗理解為衛星安裝了智能“大腦”，可以使衛星靈活調配自身的通信資源，根據業務需求，自動進行運算并進行波束的調配。

“總體來說，當前的低軌衛星互聯網建設仍然有很多關鍵技術需要攻關，比如可堆疊平板衛星的批量研制，面向手機直連衛星的相控陣天線、星上大能源、數字處理載荷等核心技術。”林廣榮如此補充道。

來源：21世紀經濟報道記者駱軼琪 廣州報道

責任編輯：李賽男