手機衛(wèi)星通信的下一步

手機衛(wèi)星通信能力從早期僅能實現(xiàn)短消息發(fā)送，到如今實現(xiàn)衛(wèi)星通話功能，似乎顯示出一種技術(shù)加速趨勢。

近日，馬斯克旗下“星鏈”（Starlink）宣布，其直連手機服務(wù)預(yù)計將于2024年實現(xiàn)短信發(fā)送功能，2025年實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并分階段實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)能力。不同于國內(nèi)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(shù)還呈現(xiàn)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(nèi)外相關(guān)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(gòu)師林廣榮接受21世紀經(jīng)濟報道記者采訪時指出，近年來，全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)不斷加速，應(yīng)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(shù)面正進入快速成熟和商用階段，國內(nèi)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)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(jīng)應(yīng)用多年的海事衛(wèi)星電話、衛(wèi)星電視等，都是衛(wèi)星應(yīng)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(shè)計、主芯片、衛(wèi)星等各產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)都提出挑戰(zhàn)。

據(jù)華安證券分析，要實現(xiàn)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(shè)備、終端側(cè)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(jīng)十分成熟的專用衛(wèi)星通話領(lǐng)域，是通過衛(wèi)星鏈接到信關(guān)站，再接入地面公共網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通訊功能。引入地面接收設(shè)備則類似引入通俗被稱為“鍋”的地面接收設(shè)備，再通過無線路由器轉(zhuǎn)換成Wifi信號，手機連接Wifi信號上網(wǎng)，這是星鏈系統(tǒng)V1.0采用的主要方法。

終端側(cè)增加芯片，則是近兩年華為推出新機采用的方法，但當(dāng)前通信為非標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)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(zhǔn)確地說，是目前手機連接的是現(xiàn)成衛(wèi)星，也就是已經(jīng)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?shù)哪芰繒p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(jīng)有公司在專門設(shè)計，其性能有望達到4G水平，比如AST SpaceMobile公司利用現(xiàn)有普通手機連接其試驗星，實現(xiàn)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(shù)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(guān)需求相關(guān)。

林廣榮對記者分析道，大眾對于泛在網(wǎng)絡(luò)的需求不斷提升，市場前景廣闊驅(qū)動玩家加速涌入?！鞍ǖ孛娼K端設(shè)備商、衛(wèi)星運營商等的入局，推動技術(shù)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(lián)網(wǎng)建設(shè)）的一系列支持，也在不斷推動信息通信領(lǐng)域的發(fā)展?！?/p>

據(jù)第三方機構(gòu)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(jù)Technavio預(yù)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(fù)合增長率增長。

從技術(shù)到標(biāo)準(zhǔn)

從目前商用具備衛(wèi)星通信能力的手機來看，當(dāng)前可傳輸?shù)男畔⑾鄬τ邢蓿虼松星覟檎瓗ㄐ牛嬲男l(wèi)星通信未來，是將走向?qū)拵ㄐ烹A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(shù)提升、5G NTN標(biāo)準(zhǔn)和芯片成熟。

他向記者分析道，“要實現(xiàn)寬帶手機直連衛(wèi)星，對衛(wèi)星技術(shù)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(zhì)量。使用大型天線可以提高信號的增益，從而提高通信質(zhì)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?！?/p>

5G NTN統(tǒng)稱為“非地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”，此前已經(jīng)被3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織納入5G協(xié)議最后一個標(biāo)準(zhǔn)R17中，也即低空衛(wèi)星軌道通信技術(shù)。

“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(shù)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(xié)調(diào)使用、通信協(xié)議的演進（3GPP R18、R19等不斷迭代）、以及實現(xiàn)星地一體化的組網(wǎng)策略等。”林廣榮續(xù)稱，為了支持手機直連衛(wèi)星，現(xiàn)有的5G基站設(shè)備需要支持更高的協(xié)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(xié)議特性的研發(fā)工作，以及參數(shù)調(diào)試和兼容性測試等工作。

總體來說，確保5G NTN標(biāo)準(zhǔn)，以及符合該標(biāo)準(zhǔn)的基站、手機芯片產(chǎn)品技術(shù)成熟是成功實施這項技術(shù)的關(guān)鍵因素。

除了已經(jīng)凍結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，在后續(xù)通信標(biāo)準(zhǔn)中，NTN技術(shù)也將不可或缺。林廣榮告訴記者，在5G-Advanced標(biāo)準(zhǔn)范疇（即3GPP R18、R19、R20）內(nèi)，NTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)幾乎已經(jīng)達成共識，天基衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)（NTN網(wǎng)絡(luò)）將會成為6G網(wǎng)絡(luò)的重要組成。在6G時代，地基網(wǎng)絡(luò)將與天基網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)成為星地融合的無線通信網(wǎng)絡(luò)。”他補充道，構(gòu)建可以實現(xiàn)6G通信網(wǎng)絡(luò)按需服務(wù)的天基信息網(wǎng)絡(luò)，需要構(gòu)建可以實現(xiàn)6G通信網(wǎng)絡(luò)按需服務(wù)的天基信息網(wǎng)絡(luò)，其中至關(guān)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(shù)字載荷技術(shù)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(shù)字處理載荷等核心技術(shù)攻關(guān)一步步邁向6G時代?！绷謴V榮介紹道。

基礎(chǔ)設(shè)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(lián)網(wǎng)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(xié)調(diào)的高可靠天基通信新基建，將更好服務(wù)人類社會。

“高低融合應(yīng)用對我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展也至關(guān)重要，特別是在低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)應(yīng)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(lián)網(wǎng)服務(wù)的路徑之一?！彼M一步表示，通過高低軌協(xié)同組網(wǎng)，為用戶提供雙模異構(gòu)通信服務(wù)（一種將不同模式技術(shù)融合在一起的創(chuàng)新方法），可有限提升用戶的上網(wǎng)體驗與應(yīng)急狀態(tài)下的高可信通信保障。

據(jù)悉，銀河航天已經(jīng)開發(fā)了高低軌融合通信相關(guān)解決方案，并在能源和航空航海領(lǐng)域進行了試驗應(yīng)用。

當(dāng)然，有業(yè)內(nèi)人士對記者反復(fù)強調(diào)，實現(xiàn)衛(wèi)星通信能力的持續(xù)迭代升級，其大前提是，國內(nèi)發(fā)射了足夠多符合NTN通信標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星。因此，夯實低軌衛(wèi)星相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施尤為重要。

林廣榮告訴記者，我國低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)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(wǎng)構(gòu)建起星地融合5G試驗網(wǎng)絡(luò)“小蜘蛛網(wǎng)”，到目前為止已在空、地、海等場景完成低軌應(yīng)用示范，為衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的推廣和規(guī)?；瘧?yīng)用積累了大量技術(shù)和工程經(jīng)驗。

在走向未來“空天地一體”的網(wǎng)絡(luò)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(shù)字載荷、星載軟件等，以期逐步實現(xiàn)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(shù)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(diào)配自身的通信資源，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，自動進行運算并進行波束的調(diào)配。

“總體來說，當(dāng)前的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)仍然有很多關(guān)鍵技術(shù)需要攻關(guān)，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(shù)字處理載荷等核心技術(shù)?！绷謴V榮如此補充道。

來源：21世紀經(jīng)濟報道記者駱軼琪 廣州報道

責(zé)任編輯：李賽男