手機(jī)直連衛(wèi)星寬帶，離我們還有多遠(yuǎn)？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）隨著去年華為Mate50系列以及iPhone 14系列的發(fā)布，手機(jī)衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模進(jìn)入到消費(fèi)電子產(chǎn)品中。但從實(shí)際用途來看，無論是華為還是蘋果的終端產(chǎn)品，支持的僅是緊急衛(wèi)星短信服務(wù)，還無法完成通話上網(wǎng)等功能。

從過往的認(rèn)知中，衛(wèi)星電話體積都較大，比如海事衛(wèi)星電話都有一根明顯的天線，更不用說衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)所需的接收器。所以未來在智能手機(jī)有限的體積中，真的可以實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星直接進(jìn)行通信，并實(shí)現(xiàn)連接互聯(lián)網(wǎng)的寬帶通信嗎？

手機(jī)直連衛(wèi)星通信發(fā)展的三個(gè)階段

衛(wèi)星通信的發(fā)展從過去、現(xiàn)在與規(guī)劃，可以分為三個(gè)階段。手機(jī)衛(wèi)星通信的第一個(gè)階段中，較為典型的有銥星公司、海事衛(wèi)星電話、天通衛(wèi)星通信等，終端設(shè)備方面已經(jīng)可以做到手持設(shè)備直接通過自帶的天線與衛(wèi)星進(jìn)行通信。

包括銥星、天通衛(wèi)星等，這些系統(tǒng)都是基于專用的頻段，并使用私有協(xié)議，在設(shè)備硬件上互不兼容，基帶芯片、天線等都需要用到定制的產(chǎn)品。

在這個(gè)階段中，衛(wèi)星通信發(fā)展緩慢，主要是因?yàn)槭袌?chǎng)需求較小，而無論是私有協(xié)議、定制基帶芯片還是天線等的開發(fā)成本都較高，而市場(chǎng)規(guī)模小無法支撐研發(fā)成本。因此，廠商為了均攤研發(fā)成本，同一套方案的產(chǎn)品迭代周期就自然變得很長(zhǎng)，這導(dǎo)致了在早期的衛(wèi)星通信領(lǐng)域發(fā)展緩慢，應(yīng)用主要集中在窄帶低速的通信。

第二階段其實(shí)就是當(dāng)前衛(wèi)星通信行業(yè)正在進(jìn)行的階段，據(jù)鵬鵠物宇介紹，當(dāng)前通過寬窄協(xié)同通信，結(jié)合智能手機(jī)直連衛(wèi)星，為行業(yè)提供了一個(gè)滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的快速低成本解決方案。

具體來說，寬窄結(jié)合是指將衛(wèi)星窄帶通信功能集成到智能手機(jī)中，可以在沒有地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場(chǎng)景下進(jìn)行短信、語音等信息對(duì)外通信，同時(shí)在有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)可以通過地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶連接。簡(jiǎn)而言之，就是通過衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)的全球全域網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

不過，在這個(gè)階段，由于手機(jī)天線無法滿足與衛(wèi)星進(jìn)行寬帶通信的需求，因此目前對(duì)于智能手機(jī)而言，衛(wèi)星通信與蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信的通信體驗(yàn)明顯不在一個(gè)層面上，體驗(yàn)存在割裂。

另一方面，即使是窄帶衛(wèi)星通信，目前也存在不少問題。比如華為目前的手機(jī)衛(wèi)星通信方案是采用北斗衛(wèi)星短報(bào)文功能，所以需要在手機(jī)中集成專用的通信芯片以及北斗衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議，也就是說蘋果iPhone盡管同樣支持衛(wèi)星通信，但無法在國(guó)內(nèi)使用北斗衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信。

同樣，蘋果采用了全球星作為衛(wèi)星通信的服務(wù)供應(yīng)商，其通信協(xié)議以及芯片就需要符合全球星的標(biāo)準(zhǔn)，無法兼容其他的通信衛(wèi)星。

在兼容性方面，其實(shí)也已經(jīng)有了解決方法。2022年6月正式凍結(jié)的5G R17標(biāo)準(zhǔn)中，“非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）”（也就是手機(jī)與衛(wèi)星直接進(jìn)行通信的功能）被正式定義，即未來支持5G R17標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信。

不過5G R17協(xié)議中依然只是支持通過衛(wèi)星發(fā)送短信等窄帶通信，或者是一些地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，包括智能手機(jī)、支持eMTC和NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等都可以實(shí)現(xiàn)低速率的衛(wèi)星通信。總體而言，目前R17標(biāo)準(zhǔn)中的衛(wèi)星通信主要是為了在服務(wù)匱乏的地區(qū)補(bǔ)充地面網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)拓展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

而未來的第三階段，手機(jī)衛(wèi)星通信可以實(shí)現(xiàn)與地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)相同的使用體驗(yàn)，在地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域與無地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域都能夠?qū)崿F(xiàn)相同的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。當(dāng)然，這需要在通信協(xié)議、衛(wèi)星系統(tǒng)、終端芯片、干擾協(xié)調(diào)、政策法規(guī)、國(guó)際合作等多個(gè)方面進(jìn)行更多的工作。

3GPP也表示，衛(wèi)星通信將會(huì)在5G標(biāo)準(zhǔn)中持續(xù)推進(jìn)，并成為R18標(biāo)準(zhǔn)制定工作計(jì)劃的一部分。未來6G“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”的概念下，移動(dòng)通信終端與衛(wèi)星通信的結(jié)合必然會(huì)是技術(shù)大趨勢(shì)之一。

近期手機(jī)直連衛(wèi)星的技術(shù)進(jìn)展

在現(xiàn)階段，在北斗、全球星等帶領(lǐng)第一輪手機(jī)衛(wèi)星通信熱潮之后，隨著5G R17標(biāo)準(zhǔn)的落地，產(chǎn)業(yè)鏈目前都在加緊對(duì)5G NTN的測(cè)試驗(yàn)證，為后續(xù)的技術(shù)落地打下基礎(chǔ)。

今年MWC 2023期間，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、展銳、移遠(yuǎn)等廠商紛紛展示了衛(wèi)星通信方案，而終端廠商方面，華為、中興、高通、聯(lián)發(fā)科、vivo等廠商也展示了相關(guān)的芯片以及終端產(chǎn)品。

更早前的5月份，中國(guó)電信衛(wèi)星公司就與中興、vivo、展銳共同完成了國(guó)內(nèi)首次5G NTN手機(jī)直連衛(wèi)星外場(chǎng)驗(yàn)證，成功實(shí)現(xiàn)了基于現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下的5G NTN手機(jī)直連衛(wèi)星空口上下行連接，兩臺(tái)手機(jī)同時(shí)接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的相互通信，以及收發(fā)短信息的業(yè)務(wù)驗(yàn)證，功能、性能符合預(yù)期。

據(jù)介紹，這次試驗(yàn)解決了地球靜止軌道衛(wèi)星通信帶來的頻率同步、時(shí)間同步、時(shí)序關(guān)系增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)難題，可以說是5G NTN技術(shù)落地前的一次重大試驗(yàn)突破。

寫在最后

據(jù)ABI Research預(yù)測(cè)，從2024年到2031年，NTN到移動(dòng)市場(chǎng)將以59%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)；到2031年，NTN與5G領(lǐng)域的融合可能會(huì)創(chuàng)造一個(gè)價(jià)值180億美元的市場(chǎng)，同時(shí)將擁有2億個(gè)連接。

隨著衛(wèi)星通信協(xié)議的統(tǒng)一，直連衛(wèi)星通信也將會(huì)更加廣泛地覆蓋到移動(dòng)設(shè)備中。不過短期來看，由于手機(jī)的體積受到限制，想實(shí)現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星寬帶體驗(yàn)，要解決的問題除了天線發(fā)射功率之外，還有衛(wèi)星移動(dòng)速度過快，多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的無線電信號(hào)頻率和相位變化等多種技術(shù)難點(diǎn)。

但“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”作為未來6G無線網(wǎng)絡(luò)最有可能的核心概念，手機(jī)等移動(dòng)通信終端與衛(wèi)星通信的結(jié)合必然會(huì)是技術(shù)大趨勢(shì)之一，而未來在天線小型化的發(fā)展下，手機(jī)直連衛(wèi)星寬帶也必然會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。

手機(jī)直連衛(wèi)星寬帶，離我們還有多遠(yuǎn)？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）隨著去年華為Mate50系列以及iPhone 14系列的發(fā)布，手機(jī)衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)大規(guī)模進(jìn)入到消費(fèi)電子產(chǎn)品中。但從實(shí)際用途來看，無論是華為還是蘋果的終端產(chǎn)品，支持的僅是緊急衛(wèi)星短信服務(wù)，還無法完成通話上網(wǎng)等功能。

從過往的認(rèn)知中，衛(wèi)星電話體積都較大，比如海事衛(wèi)星電話都有一根明顯的天線，更不用說衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)所需的接收器。所以未來在智能手機(jī)有限的體積中，真的可以實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星直接進(jìn)行通信，并實(shí)現(xiàn)連接互聯(lián)網(wǎng)的寬帶通信嗎？

手機(jī)直連衛(wèi)星通信發(fā)展的三個(gè)階段

衛(wèi)星通信的發(fā)展從過去、現(xiàn)在與規(guī)劃，可以分為三個(gè)階段。手機(jī)衛(wèi)星通信的第一個(gè)階段中，較為典型的有銥星公司、海事衛(wèi)星電話、天通衛(wèi)星通信等，終端設(shè)備方面已經(jīng)可以做到手持設(shè)備直接通過自帶的天線與衛(wèi)星進(jìn)行通信。

包括銥星、天通衛(wèi)星等，這些系統(tǒng)都是基于專用的頻段，并使用私有協(xié)議，在設(shè)備硬件上互不兼容，基帶芯片、天線等都需要用到定制的產(chǎn)品。

在這個(gè)階段中，衛(wèi)星通信發(fā)展緩慢，主要是因?yàn)槭袌?chǎng)需求較小，而無論是私有協(xié)議、定制基帶芯片還是天線等的開發(fā)成本都較高，而市場(chǎng)規(guī)模小無法支撐研發(fā)成本。因此，廠商為了均攤研發(fā)成本，同一套方案的產(chǎn)品迭代周期就自然變得很長(zhǎng)，這導(dǎo)致了在早期的衛(wèi)星通信領(lǐng)域發(fā)展緩慢，應(yīng)用主要集中在窄帶低速的通信。

第二階段其實(shí)就是當(dāng)前衛(wèi)星通信行業(yè)正在進(jìn)行的階段，據(jù)鵬鵠物宇介紹，當(dāng)前通過寬窄協(xié)同通信，結(jié)合智能手機(jī)直連衛(wèi)星，為行業(yè)提供了一個(gè)滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的快速低成本解決方案。

具體來說，寬窄結(jié)合是指將衛(wèi)星窄帶通信功能集成到智能手機(jī)中，可以在沒有地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場(chǎng)景下進(jìn)行短信、語音等信息對(duì)外通信，同時(shí)在有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)可以通過地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶連接。簡(jiǎn)而言之，就是通過衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)的全球全域網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

不過，在這個(gè)階段，由于手機(jī)天線無法滿足與衛(wèi)星進(jìn)行寬帶通信的需求，因此目前對(duì)于智能手機(jī)而言，衛(wèi)星通信與蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信的通信體驗(yàn)明顯不在一個(gè)層面上，體驗(yàn)存在割裂。

另一方面，即使是窄帶衛(wèi)星通信，目前也存在不少問題。比如華為目前的手機(jī)衛(wèi)星通信方案是采用北斗衛(wèi)星短報(bào)文功能，所以需要在手機(jī)中集成專用的通信芯片以及北斗衛(wèi)星對(duì)應(yīng)的通信協(xié)議，也就是說蘋果iPhone盡管同樣支持衛(wèi)星通信，但無法在國(guó)內(nèi)使用北斗衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)通信。

同樣，蘋果采用了全球星作為衛(wèi)星通信的服務(wù)供應(yīng)商，其通信協(xié)議以及芯片就需要符合全球星的標(biāo)準(zhǔn)，無法兼容其他的通信衛(wèi)星。

在兼容性方面，其實(shí)也已經(jīng)有了解決方法。2022年6月正式凍結(jié)的5G R17標(biāo)準(zhǔn)中，“非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）”（也就是手機(jī)與衛(wèi)星直接進(jìn)行通信的功能）被正式定義，即未來支持5G R17標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信。

不過5G R17協(xié)議中依然只是支持通過衛(wèi)星發(fā)送短信等窄帶通信，或者是一些地處偏遠(yuǎn)地區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，包括智能手機(jī)、支持eMTC和NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等都可以實(shí)現(xiàn)低速率的衛(wèi)星通信。總體而言，目前R17標(biāo)準(zhǔn)中的衛(wèi)星通信主要是為了在服務(wù)匱乏的地區(qū)補(bǔ)充地面網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)拓展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景。

而未來的第三階段，手機(jī)衛(wèi)星通信可以實(shí)現(xiàn)與地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)相同的使用體驗(yàn)，在地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域與無地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域都能夠?qū)崿F(xiàn)相同的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。當(dāng)然，這需要在通信協(xié)議、衛(wèi)星系統(tǒng)、終端芯片、干擾協(xié)調(diào)、政策法規(guī)、國(guó)際合作等多個(gè)方面進(jìn)行更多的工作。

3GPP也表示，衛(wèi)星通信將會(huì)在5G標(biāo)準(zhǔn)中持續(xù)推進(jìn)，并成為R18標(biāo)準(zhǔn)制定工作計(jì)劃的一部分。未來6G“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”的概念下，移動(dòng)通信終端與衛(wèi)星通信的結(jié)合必然會(huì)是技術(shù)大趨勢(shì)之一。

近期手機(jī)直連衛(wèi)星的技術(shù)進(jìn)展

在現(xiàn)階段，在北斗、全球星等帶領(lǐng)第一輪手機(jī)衛(wèi)星通信熱潮之后，隨著5G R17標(biāo)準(zhǔn)的落地，產(chǎn)業(yè)鏈目前都在加緊對(duì)5G NTN的測(cè)試驗(yàn)證，為后續(xù)的技術(shù)落地打下基礎(chǔ)。

今年MWC 2023期間，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、展銳、移遠(yuǎn)等廠商紛紛展示了衛(wèi)星通信方案，而終端廠商方面，華為、中興、高通、聯(lián)發(fā)科、vivo等廠商也展示了相關(guān)的芯片以及終端產(chǎn)品。

更早前的5月份，中國(guó)電信衛(wèi)星公司就與中興、vivo、展銳共同完成了國(guó)內(nèi)首次5G NTN手機(jī)直連衛(wèi)星外場(chǎng)驗(yàn)證，成功實(shí)現(xiàn)了基于現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下的5G NTN手機(jī)直連衛(wèi)星空口上下行連接，兩臺(tái)手機(jī)同時(shí)接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的相互通信，以及收發(fā)短信息的業(yè)務(wù)驗(yàn)證，功能、性能符合預(yù)期。

據(jù)介紹，這次試驗(yàn)解決了地球靜止軌道衛(wèi)星通信帶來的頻率同步、時(shí)間同步、時(shí)序關(guān)系增強(qiáng)等關(guān)鍵技術(shù)難題，可以說是5G NTN技術(shù)落地前的一次重大試驗(yàn)突破。

寫在最后

據(jù)ABI Research預(yù)測(cè)，從2024年到2031年，NTN到移動(dòng)市場(chǎng)將以59%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)；到2031年，NTN與5G領(lǐng)域的融合可能會(huì)創(chuàng)造一個(gè)價(jià)值180億美元的市場(chǎng)，同時(shí)將擁有2億個(gè)連接。

隨著衛(wèi)星通信協(xié)議的統(tǒng)一，直連衛(wèi)星通信也將會(huì)更加廣泛地覆蓋到移動(dòng)設(shè)備中。不過短期來看，由于手機(jī)的體積受到限制，想實(shí)現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星寬帶體驗(yàn)，要解決的問題除了天線發(fā)射功率之外，還有衛(wèi)星移動(dòng)速度過快，多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的無線電信號(hào)頻率和相位變化等多種技術(shù)難點(diǎn)。

但“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”作為未來6G無線網(wǎng)絡(luò)最有可能的核心概念，手機(jī)等移動(dòng)通信終端與衛(wèi)星通信的結(jié)合必然會(huì)是技術(shù)大趨勢(shì)之一，而未來在天線小型化的發(fā)展下，手機(jī)直連衛(wèi)星寬帶也必然會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。