手機衛(wèi)星通信能力從早期僅能實現短消息發(fā)送，到如今實現衛(wèi)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(fā)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(wèi)星，星鏈為低軌衛(wèi)星，這也意味著這兩年如火如荼發(fā)展的衛(wèi)星通信技術還呈現多路線共同發(fā)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(wèi)星通信功能有望開啟消費電子的全新發(fā)展和競爭序幕。低軌衛(wèi)星寬帶通信在國內外相關企業(yè)的探索下，商業(yè)化進程也有望進一步加速。
銀河航天星座通信系統(tǒng)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(wèi)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(wèi)星通信發(fā)展的技術面正進入快速成熟和商用階段，國內衛(wèi)星互聯網發(fā)展也正在提速。
多路線競速
如果單純從衛(wèi)星通信角度，此前已經應用多年的海事衛(wèi)星電話、衛(wèi)星電視等，都是衛(wèi)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(wèi)星等各產業(yè)鏈環(huán)節(jié)都提出挑戰(zhàn)。
據華安證券分析，要實現衛(wèi)星連接可以從四個方面著手：使用專用衛(wèi)星電話、引入地面接收設備、終端側增加衛(wèi)星通信芯片、增加衛(wèi)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(wèi)星通話領域，是通過衛(wèi)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(tǒng)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(wèi)星增益，則是從衛(wèi)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(wèi)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(fā)射低軌衛(wèi)星，華為在前一代連接的是北斗衛(wèi)星、這一代連接“天通一號”衛(wèi)星，都為高軌衛(wèi)星。
林廣榮告訴記者，目前“手機直連衛(wèi)星”的低軌衛(wèi)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(wèi)星，也就是已經在軌運行的衛(wèi)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(wèi)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(wèi)星通話。
衛(wèi)星通信能力加速，一方面是通信技術發(fā)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(wèi)星運營商等的入局，推動技術的融合和突破，加速衛(wèi)星大眾消費元年的到來。近年來，國家和地方對于衛(wèi)星通信（衛(wèi)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(fā)展。”
據第三方機構SIA測算，2021年全球衛(wèi)星通信行業(yè)的市場規(guī)模約1816億美元，同比增長24.28%。據Technavio預估，中國衛(wèi)星通信行業(yè)的市場規(guī)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(wèi)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(wèi)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(wèi)星通信，林廣榮分析認為，主要需解決兩大難題：衛(wèi)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(wèi)星，對衛(wèi)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(tǒng)的衛(wèi)星手機功率要小得多，差不多只有其十分之一，到達衛(wèi)星的信號很弱，需要強大的衛(wèi)星能力來彌補。天線是衛(wèi)星通信系統(tǒng)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(tǒng)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(wèi)星軌道通信技術。
“建立能夠支持智能手機直連衛(wèi)星的系統(tǒng)，不僅僅需要衛(wèi)星技術的突破，還需要對整個系統(tǒng)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(xù)稱，為了支持手機直連衛(wèi)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(fā)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(xù)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(yè)就今后6G技術標準幾乎已經達成共識，天基衛(wèi)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(tài)波束覆蓋，波束功率動態(tài)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(wèi)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(wèi)星和連接低軌衛(wèi)星發(fā)展路線相對獨立，但一種行業(yè)觀點認為，未來的趨勢將是高低軌衛(wèi)星之間形成能力互補，進一步完善衛(wèi)星通信能力。
林廣榮對記者分析道，高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星通信是衛(wèi)星互聯網的兩個重要組成部分，各有優(yōu)勢，未來高軌高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)與低軌星座系統(tǒng)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(wèi)星互聯網產業(yè)發(fā)展也至關重要，特別是在低軌衛(wèi)星互聯網發(fā)展前期，高軌衛(wèi)星通信可進一步彌補低軌通信間隙和覆蓋盲區(qū)，加快推進衛(wèi)星互聯網應用步伐；同時，高低軌衛(wèi)星融合通信也是未來面向用戶高可靠性衛(wèi)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(chuàng)新方法），可有限提升用戶的上網體驗與應急狀態(tài)下的高可信通信保障。
據悉，銀河航天已經開發(fā)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(yè)內人士對記者反復強調，實現衛(wèi)星通信能力的持續(xù)迭代升級，其大前提是，國內發(fā)射了足夠多符合NTN通信標準的衛(wèi)星。因此，夯實低軌衛(wèi)星相關基礎設施尤為重要。
林廣榮告訴記者，我國低軌衛(wèi)星互聯網的建設在加速中。銀河航天從2020年首發(fā)星入軌，伴隨不斷地發(fā)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(wèi)星互聯網應用的推廣和規(guī)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(fā)具備星上處理能力的衛(wèi)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(fā)射的銀河航天靈犀03星，其主要功能為低軌道寬帶通信，衛(wèi)星配備的“數字載荷”可以通俗理解為衛(wèi)星安裝了智能“大腦”，可以使衛(wèi)星靈活調配自身的通信資源，根據業(yè)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(wèi)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(wèi)星的批量研制，面向手機直連衛(wèi)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
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