作为全球最大的移动通讯展之一，MWC时隔3年，于今年6月再一次在上海开展，在MWC2023展上，中国移动、中国电信、中兴通讯、展锐、移远等公司都发布了手机直连的相关产品，星地融合通讯成为这次MWC展的重大亮点。
自从华为与苹果相继发布手机上星的产品后，手机直连卫星就受到了越来越多的关注，其实手机和卫星早就有着千丝万缕的联系，在较为偏远的地区、不适合部署光纤传输网的区域，运营商或者网络设备商（如中兴和华为）会用卫星来做中继传输，替代光纤。链路上看是手机——基站——Vsat小站——卫星——Vsat主站——互联网的拓扑结构。卫星中继系统解决的主要是传输距离远，地址状态不稳定、光纤部署成本高、可靠性差的问题。
当然，这个不是我们这次聊的直连卫星。那手机直连是怎么样的呢？小鹄认为手机直连卫星会分为三个阶段：
第一阶段
专用手机、专用频段、私有协议、窄带低速通信
铱星 Iridium
这些系统的共同特点都是基于专用频段、使用私有的协议，因此需要使用专用的天线、专用的手机芯片、定制化的设备。
通信协议方面，由于卫星的研制周期长，对可靠性要求较高，通常会采用更为保守的通信协议设计，相对地面通信协议要滞后1~2代，且很难升级。（地面基站可以爬上去修或者换，卫星虽然也可以在轨升级，但是风险较大）
终端方面，由于使用了专用协议，所以需要使用专用芯片，但是专用芯片处理能力相对较弱，迭代速度较慢，因此在性能、工艺和兼容性上相对较差。天线部分，受限于卫星通信传播距离远、指向要求高这些手持终端的天线都需要从手机上凸出来，从而保证信号可以被正确接收。低性能的芯片加上大体积的天线，最终导致终端性能较弱，体积较大，市场推广难度较大。
总体来看，受制于卫星通信市场容量相对较小，产业链的参与也会有所局限，容易形成岛屿效应。专用系统和元器件的研发成本都需要通过规模化的市场来均摊，专用的卫星电话又进一步限制应用和市场生态的发展，使得产业无法快速发展。这不仅导致了成本无法通过销量快速降低，也阻碍了技术迭代的速度。
第二阶段
通用设备、专用频段、私有或者公有协议、宽窄协同通信
宽窄结合给智能手机直连卫星提供了一个能满足大多数应用场景的快速的低成本解决方案。
从应用场景看，宽窄结合通过将窄带通信技术集成到现有的商用手机里实现手机直连卫星，可以让手机在没有地面网的区域，通过卫星窄带通信实现基础的短消息发送、语言对讲等功能；在有地面网覆盖区域，通过地面4G/5G网络实现正常的宽带上网功能；而采用商用智能手机的形态可以让普通用户在不调整使用习惯的情况下实现卫星通信功能，智能手机出色的处理能力和丰富的APP也极大地提升了使用体验。
从技术上看，宽带通信对于信号质量要求较高，现有的手机天线与卫星天线不足以实现宽带高速通信需求。（高轨卫星传输距离远，损耗大；低轨卫星距离虽然近了，但是卫星相对较小，天线小，所以增益小；类似AST的在低轨上部署大天线是一个技术上可行的路径，但是经济上是否可行还需要论证）然而，窄带通信技术对信号质量的要求相对较低，因此更能适应卫星通信严苛的信道环境。
从实现方式看，宽窄结合的直连方案包括使用专用协议，专用芯片和采用标准协议、通用芯片两个发展阶段。华为+北斗和苹果+全球星的方式就是在现有手机中集成专用卫星通信芯片实现宽窄协同手机直连卫星的功能，其中集成的卫星通信芯片可以实现全部的卫星通信调制解调处理，由于窄带通信的处理能力要求较低，也可以和处理能力较强的手机主通信芯片协同实现卫星通信的功能。采用专用芯片的优势在于可以基于现有系统开发，卫星不需要做改造，地面站处理部分可能需要做些许的软件升级。
这种方式也存在两个问题，第一，系统不兼容。北斗短报文系统没办法在亚太地区以外使用，全球星/铱星的系统也没办法在中国使用，华为的手机不能接入铱星或者全球星的网络，苹果的手机也不能接入北斗的网络，产业生态封闭，发展空间受限。这与2G时代开始建立的标准化、全球化的策略相悖。第二，原有系统是针对专用设备设计的系统和协议，当采用通用手机时系统性能会受限。比如需要对星、不能自定义消息、只支持上行而不支持下行等限制，虽然解决了应急通信有无的问题，但是还有进一步提升的空间。
图片来自于网络
另外一个方向就是基于标准协议研发宽窄结合的通信体制，比如基于地面物联网NB-IoT的协议结合现有卫星如高轨卫星研发卫星窄带通信系统，系统不需要改造现有的卫星、只需要对现有的物联网芯片做软件升级，并在信关站中部署支持NTN实现宽窄结合通信服务能力。由于使用了标准协议，因此更利于实现和地面通信产业链的融合；同时由于全球统一标准，因此也更易于实现“全球通”。而且，由于NB协议和4G/5G协议使用了相同的底层波形和编码，未来有望实现芯片级的融合。
2022年6月鹏鹄物宇与展锐已经完成了全球首个基于R17的NB-IoT的在轨测试，2022年9月进行了多终端，多业务场景测试。2023年5月，中国电信卫星公司携手紫光展锐、中兴通讯、佰才邦、vivo、鹏鹄物宇、移远通信等产业合作伙伴共同完成了S频段（n256频段）5G NTN（non-terrestrial network，非地面网络）技术上星和业务验证，并实现了手机直连通信。基于标准协议、宽窄融合的手机直连正在高速发展。
第三阶段
通用设备、星地共有频段、共有协议、全域宽带服务能力
随着卫星研制和发射成本的快速下降，卫星通信为广域覆盖提供了一种更为经济、能够更加快速组网的手段。从未来发展看，网络覆盖会由基于地面微蜂窝站来对热点进行覆盖、基于宏蜂窝站来对城市和市郊区域进行覆盖，而更加广阔的农村和偏远地区则可以结合宽窄和高低轨卫星形成泛在覆盖能力。在使用上，让用户在地面蜂窝网络和卫星网络中都得到相同的服务体验，实现星地网络无感切换，使得任意一部手机或者终端设备都可以在全球任意地点接入任意一个卫星或者地面网络。要实现这样的效果，需要在通信协议、卫星系统、终端芯片、干扰协调、政策法规和国际合作等多个方面开展工作。
需要指出的是，相对于宽带卫星通信系统如Starlink，手机直连卫星由于终端设备更为紧凑，发送功率低，对设备功耗要求严苛，用户数量多，业务类型多样，星地干扰问题都会带来全新的挑战，需要逐步推进相关的研究工作。可以预见的是，作为6G的重要组成部分的手机直连卫星通信会在未来5-7年逐渐展示其真正的形态，从而真正的实现Anytime、Anywhere、Anything and Anyone，让信息服务无处不在。
>End
本文转载自“鹏鹄物宇”，原标题《手机直连卫星的三个阶段》。
支持保护知识产权，转载请注明原出处及作者。
HISTORY/往期推荐
充满激情的新时代，
充满挑战的新疆域，
与踔厉奋发的引领者，
卓尔不群的企业家，
一起开拓，
一起体验，
一起感悟，
共同打造更真品质，
共同实现更高价值，
共同见证商业航天更大的跨越！
——《卫星与网络》，观察，记录，传播，引领。
·《卫星与网络》特别顾问：王兆耀
·《卫星与网络》编辑委员会
高级顾问：王国玉、刘程、童旭东、相振华、王志义、杨烈
·《卫星与网络》创始人：刘雨菲
·《卫星与网络》副社长：袁鸿翼，王俊峰，周磊
编辑：艳玲、哈玫，周泳
主笔记者：李刚、魏兴、张雪松、霍剑、乐瑜、刀子、赵栋
策划部：杨艳
视觉总监：董宁
专业摄影：冯小京、宋伟
设计部：顾锰、潘希峎、杨小明
行政部：姜河、林紫
业务部：王锦熙、瑾怡
·卫星与网络各分部：
成都分部负责人：沈淮
长沙分部负责人：宾鸿浦
西安分部负责人：郭朝晖
青岛分部负责人：江伟
·卫星与网络总部负责人：农燕
·会议活动部负责人：乔颢益
· 投融资及战略层面合作：刘雨菲
·本平台签约设计公司：一画开天（北京）文化创意设计有限公司
· 航天加（深圳）股权投资基金管理负责人：杨艳
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.