手机卫星通信的下一步

手机卫星通信能力从早期仅能实现短消息发送，到如今实现卫星通话功能，似乎显示出一种技术加速趋势。

近日，马斯克旗下“星链”（Starlink）宣布，其直连手机服务预计将于2024年实现短信发送功能，2025年实现网络服务，并分阶段实现物联网能力。不同于国内头部主流厂商目前大多采取手机连接高轨卫星，星链为低轨卫星，这也意味着这两年如火如荼发展的卫星通信技术还呈现多路线共同发展趋势。

国盛证券指出，类似前几年的“指纹&人脸解锁”、“多摄像头”、“全面屏”等概念，卫星通信功能有望开启消费电子的全新发展和竞争序幕。低轨卫星宽带通信在国内外相关企业的探索下，商业化进程也有望进一步加速。

银河航天星座通信系统架构师林广荣接受21世纪经济报道记者采访时指出，近年来，全球卫星互联网建设不断加速，应用场景也在不断丰富，从全球范围来看低轨卫星通信发展的技术面正进入快速成熟和商用阶段，国内卫星互联网发展也正在提速。

多路线竞速

如果单纯从卫星通信角度，此前已经应用多年的海事卫星电话、卫星电视等，都是卫星应用的其中一个落脚。

此次落地到手机终端中，其更高的集成度对手机设计、主芯片、卫星等各产业链环节都提出挑战。

据华安证券分析，要实现卫星连接可以从四个方面着手：使用专用卫星电话、引入地面接收设备、终端侧增加卫星通信芯片、增加卫星天线增益。

其中专用电话就是前述已经十分成熟的专用卫星通话领域，是通过卫星链接到信关站，再接入地面公共网络实现通讯功能。引入地面接收设备则类似引入通俗被称为“锅”的地面接收设备，再通过无线路由器转换成Wifi信号，手机连接Wifi信号上网，这是星链系统V1.0采用的主要方法。

终端侧增加芯片，则是近两年华为推出新机采用的方法，但当前通信为非标准化的技术体制，不利于全球推广；卫星增益，则是从卫星端着手，在不改变手机端的前提下，直接使用地面蜂窝频段，但对卫星提出要求，此前美国公司AST SpaceMobile采用一种可折叠的相控阵天线模式，在上空后展开有巨大的面积，这也被认为是最为理想的落地方式。

这里提到的AST SpaceMobile和星链，都是发射低轨卫星，华为在前一代连接的是北斗卫星、这一代连接“天通一号”卫星，都为高轨卫星。

林广荣告诉记者，目前“手机直连卫星”的低轨卫星方案中，比如苹果手机连接的是低轨全球星（Globalstar），高通也是利用低轨的铱星。

“准确地说，是目前手机连接的是现成卫星，也就是已经在轨运行的卫星，包括高轨和低轨。这种方式起步快，但通信能力还只限于语音通话和短信等文字信息。”他进一步介绍，高轨由于与地球表面距离太远，电磁波的传播距离每增加一倍，其传输的能量会损失到原本的四分之一，时延相对较大，通信速率也相对低；低轨手机直连卫星方面，国际上已经有公司在专门设计，其性能有望达到4G水平，比如AST SpaceMobile公司利用现有普通手机连接其试验星，实现首次5G卫星通话。

卫星通信能力加速，一方面是通信技术发展到一定阶段的必然，另一方面也与人类活动范围越来越大，进而诞生相关需求相关。

林广荣对记者分析道，大众对于泛在网络的需求不断提升，市场前景广阔驱动玩家加速涌入。“包括地面终端设备商、卫星运营商等的入局，推动技术的融合和突破，加速卫星大众消费元年的到来。近年来，国家和地方对于卫星通信（卫星互联网建设）的一系列支持，也在不断推动信息通信领域的发展。”

据第三方机构SIA测算，2021年全球卫星通信行业的市场规模约1816亿美元，同比增长24.28%。据Technavio预估，中国卫星通信行业的市场规模将在2021-2025年间以9%的年复合增长率增长。

从技术到标准

从目前商用具备卫星通信能力的手机来看，当前可传输的信息相对有限，因此尚且为窄带通信，真正的卫星通信未来，是将走向宽带通信阶段。

从窄带通信走向大带宽卫星通信，林广荣分析认为，主要需解决两大难题：卫星技术提升、5G NTN标准和芯片成熟。

他向记者分析道，“要实现宽带手机直连卫星，对卫星技术的要求非常高。比如我们常用的手机功率通常只有大概200毫瓦，即23dBm，这比传统的卫星手机功率要小得多，差不多只有其十分之一，到达卫星的信号很弱，需要强大的卫星能力来弥补。天线是卫星通信系统的核心部分，决定了信号的传输和接收质量。使用大型天线可以提高信号的增益，从而提高通信质量和范围。此外，大型天线还可以提供更高的定向性，从而减少干扰和提高信号的信噪比。”

5G NTN统称为“非地面网络技术”，此前已经被3GPP标准组织纳入5G协议最后一个标准R17中，也即低空卫星轨道通信技术。

“建立能够支持智能手机直连卫星的系统，不仅仅需要卫星技术的突破，还需要对整个系统进行大量工作，包括频率资源协调使用、通信协议的演进（3GPP R18、R19等不断迭代）、以及实现星地一体化的组网策略等。”林广荣续称，为了支持手机直连卫星，现有的5G基站设备需要支持更高的协议版本、手机芯片也需要兼容升级。这可能涉及到新的信号处理算法和新的通信协议特性的研发工作，以及参数调试和兼容性测试等工作。

总体来说，确保5G NTN标准，以及符合该标准的基站、手机芯片产品技术成熟是成功实施这项技术的关键因素。

除了已经冻结的标准，在后续通信标准中，NTN技术也将不可或缺。林广荣告诉记者，在5G-Advanced标准范畴（即3GPP R18、R19、R20）内，NTN技术标准将会被不断升级迭代演进，走向成熟。

“全球通信业就今后6G技术标准几乎已经达成共识，天基卫星通信网络（NTN网络）将会成为6G网络的重要组成。在6G时代，地基网络将与天基网络协同组网成为星地融合的无线通信网络。”他补充道，构建可以实现6G通信网络按需服务的天基信息网络，需要构建可以实现6G通信网络按需服务的天基信息网络，其中至关重要的突破将是基于动态波束覆盖，波束功率动态分配和星上柔性数字载荷技术等。

“银河航天也正加速面向手机直连卫星的相控阵天线、星上大能源、数字处理载荷等核心技术攻关一步步迈向6G时代。”林广荣介绍道。

基础设施夯实

虽然目前看来，手机连接高轨卫星和连接低轨卫星发展路线相对独立，但一种行业观点认为，未来的趋势将是高低轨卫星之间形成能力互补，进一步完善卫星通信能力。

林广荣对记者分析道，高轨卫星与低轨卫星通信是卫星互联网的两个重要组成部分，各有优势，未来高轨高通量卫星通信系统与低轨星座系统将组成高低搭配、多链路冗余协调的高可靠天基通信新基建，将更好服务人类社会。

“高低融合应用对我国卫星互联网产业发展也至关重要，特别是在低轨卫星互联网发展前期，高轨卫星通信可进一步弥补低轨通信间隙和覆盖盲区，加快推进卫星互联网应用步伐；同时，高低轨卫星融合通信也是未来面向用户高可靠性卫星互联网服务的路径之一。”他进一步表示，通过高低轨协同组网，为用户提供双模异构通信服务（一种将不同模式技术融合在一起的创新方法），可有限提升用户的上网体验与应急状态下的高可信通信保障。

据悉，银河航天已经开发了高低轨融合通信相关解决方案，并在能源和航空航海领域进行了试验应用。

当然，有业内人士对记者反复强调，实现卫星通信能力的持续迭代升级，其大前提是，国内发射了足够多符合NTN通信标准的卫星。因此，夯实低轨卫星相关基础设施尤为重要。

林广荣告诉记者，我国低轨卫星互联网的建设在加速中。银河航天从2020年首发星入轨，伴随不断地发星组网构建起星地融合5G试验网络“小蜘蛛网”，到目前为止已在空、地、海等场景完成低轨应用示范，为卫星互联网应用的推广和规模化应用积累了大量技术和工程经验。

在走向未来“空天地一体”的网络中，“太空基站”被认为将是下一步方向。林广荣告诉记者，银河航天也在研发具备星上处理能力的卫星，能力涵盖数字载荷、星载软件等，以期逐步实现将地面基站搬入太空。

举例来说，于2023年7月成功发射的银河航天灵犀03星，其主要功能为低轨道宽带通信，卫星配备的“数字载荷”可以通俗理解为卫星安装了智能“大脑”，可以使卫星灵活调配自身的通信资源，根据业务需求，自动进行运算并进行波束的调配。

“总体来说，当前的低轨卫星互联网建设仍然有很多关键技术需要攻关，比如可堆叠平板卫星的批量研制，面向手机直连卫星的相控阵天线、星上大能源、数字处理载荷等核心技术。”林广荣如此补充道。

来源：21世纪经济报道记者骆轶琪 广州报道

责任编辑：李赛男