衛(wèi)星手機(jī)時(shí)代加速到來
2月28日，人們在西班牙巴塞羅那舉行的2024年世界移動(dòng)通信大會(huì)上參觀
文/潘峰?劉琪?付琳琳
編輯/吳美娜
伴隨著手機(jī)直連衛(wèi)星通信等技術(shù)的變革，衛(wèi)星通信正在被加速普及到智能手機(jī)中，手機(jī)直連衛(wèi)星已成為商業(yè)化衛(wèi)星通信的重點(diǎn)發(fā)展方向之一。有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，相較2023年，2024年可謂真正意義上衛(wèi)星通信在智能手機(jī)上普及的元年。
以天通衛(wèi)星系統(tǒng)——中國自主建設(shè)的第一個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)為例，中國信息通信研究院預(yù)測，到2025年，直連天通系統(tǒng)的終端銷量將超過2000萬臺；到2027年，中國衛(wèi)星通信終端市場規(guī)模將達(dá)到10.2億美元。
放眼全球，手機(jī)直連衛(wèi)星通信技術(shù)目前發(fā)展到了哪一步？它將如何改變我們的生活？
手機(jī)直連衛(wèi)星三種方案
衛(wèi)星通信是一種以人造地球衛(wèi)星為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間通信的技術(shù)。手機(jī)直連衛(wèi)星，是指手機(jī)與衛(wèi)星（高軌或低軌）之間能夠直接發(fā)送和接收無線信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換，支持話音、短消息和寬窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
目前國際上主要有三種手機(jī)直連衛(wèi)星通信方案。
一是基于現(xiàn)有蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，手機(jī)無需任何改動(dòng)，直接使用地面蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)和頻段，衛(wèi)星相當(dāng)于空間“基站”，實(shí)現(xiàn)地面手機(jī)信號的轉(zhuǎn)發(fā)。美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）發(fā)布的星鏈?zhǔn)謾C(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)即采用該方案。
二是基于專用通信協(xié)議和頻段，需要定制手機(jī)終端，傳輸速率一般比較低，華為和蘋果公司推出的Mate 50、Mate 60 Pro和iPhone 14系列手機(jī)采用該方案。
三是基于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）的非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）技術(shù)路線，即采用3GPP的NTN標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，對芯片、終端、基站等進(jìn)行全方位升級，是有利于實(shí)現(xiàn)國際通用協(xié)議的技術(shù)路線。美國全能空間公司（Omnispace）、高通等采用該方案。
美國在太空領(lǐng)域擁有一定技術(shù)優(yōu)勢，近些年持續(xù)推進(jìn)手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展。
政策上，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）正式通過《空間補(bǔ)充覆蓋（SCS）》監(jiān)管規(guī)則，促進(jìn)地面移動(dòng)通信運(yùn)營商和衛(wèi)星運(yùn)營商之間的合作，推動(dòng)智能手機(jī)用戶在沒有地面移動(dòng)服務(wù)的地區(qū)建立通信連接。
產(chǎn)業(yè)上，蘋果和美國衛(wèi)星通信公司Globalstar合作，推出iPhone 14系列手機(jī)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星的最早商用。與此同時(shí)，AST SpaceMobile、SpaceX、Lynk Global等企業(yè)加快商業(yè)部署。比如，SpaceX不久前發(fā)布消息稱，將提供手機(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)，并已與全球多家大型地面移動(dòng)運(yùn)營商建立合作伙伴關(guān)系，在各國開展通信運(yùn)營業(yè)務(wù)。
中國產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟
中國作為手機(jī)用戶大國，高度重視和支持手機(jī)直連衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展。多方努力之下，中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈逐步成熟，正在開啟“手機(jī)直連衛(wèi)星時(shí)代”。
目前，中國已向國際電信聯(lián)盟（ITU）無線電通信組提交了衛(wèi)星技術(shù)方案，推動(dòng)5G衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)國際化；中國信息通信研究院在IMT-2020（5G）推進(jìn)組推動(dòng)成立NTN工作組，助力國內(nèi)的NTN試驗(yàn)驗(yàn)證工作；手機(jī)制造商、電信運(yùn)營商正積極開發(fā)和推廣手機(jī)直連衛(wèi)星通信技術(shù)……
頻譜資源是支撐手機(jī)直連衛(wèi)星通信的必備要素，工業(yè)和信息化部前瞻謀劃手機(jī)直連衛(wèi)星等新技術(shù)新應(yīng)用的頻譜政策，為新技術(shù)的快速發(fā)展提供有力的頻譜資源保障；同時(shí)，也助力中國手機(jī)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)國際化發(fā)展。
在工業(yè)和信息化部指導(dǎo)下，3月初，中國電信集團(tuán)有限公司獲得國際電信聯(lián)盟批準(zhǔn)，取得E.164碼號（882）52及E.212碼號（901）09，分別作為天通衛(wèi)星業(yè)務(wù)的用戶撥號碼號和網(wǎng)絡(luò)識別碼號，這是中國電信企業(yè)首次獲得用于衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的國際電信碼號資源。
據(jù)悉，中國電信依托“天通一號”衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)，已在國內(nèi)面向公眾用戶提供包括衛(wèi)星移動(dòng)語音、短信等在內(nèi)的手機(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)。這次獲批國際碼號資源后，其可面向“天通一號”衛(wèi)星覆蓋區(qū)域的國際用戶提供手機(jī)直連衛(wèi)星通信服務(wù)，還能為海洋運(yùn)輸、遠(yuǎn)洋漁業(yè)、航空救援、旅游科考等多個(gè)領(lǐng)域提供穩(wěn)定可靠的移動(dòng)通信服務(wù)。
更靈活可靠的通信體驗(yàn)
在衛(wèi)星制造及運(yùn)營側(cè)、地面移動(dòng)運(yùn)營商側(cè)、終端側(cè)、體制協(xié)議側(cè)等產(chǎn)業(yè)鏈各方加速聯(lián)合攻堅(jiān)背景下，相較于專用終端，衛(wèi)星手機(jī)終端擁有價(jià)格更低、更便攜美觀、業(yè)務(wù)開通更便利、資費(fèi)更低等優(yōu)勢。
作為一項(xiàng)顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)，手機(jī)直連衛(wèi)星通信打破傳統(tǒng)通信的局限，將為人們帶來更為廣泛、可靠、靈活的通信體驗(yàn)，在覆蓋區(qū)域、通信質(zhì)量及靈活程度等方面逐漸顯現(xiàn)出優(yōu)勢。
覆蓋廣度方面，據(jù)國際電信聯(lián)盟數(shù)據(jù)，全球大約三分之一人口（約26億人）仍處于未接入互聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)，與5G等傳統(tǒng)陸基通信方式相比，手機(jī)直連衛(wèi)星通信相對不受地形與環(huán)境限制，可以為這些身處偏遠(yuǎn)和落后地區(qū)的用戶提供服務(wù)，也能夠在極端條件下向特殊用戶提供移動(dòng)通信服務(wù)，可在5G/6G層面與地面通信形成協(xié)同，實(shí)現(xiàn)全球?qū)拵o縫通信。
支撐能力方面，相比于地面網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)直連衛(wèi)星通信系統(tǒng)不易受地面基礎(chǔ)設(shè)施的破壞或故障影響，在面對自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭等緊急情況時(shí)，手機(jī)直連衛(wèi)星通信的信號較為穩(wěn)定，傳輸質(zhì)量相對較高。
靈活可用方面，基于覆蓋全球的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)直連衛(wèi)星通信系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)為任何人，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)提供靈活的通信服務(wù)；設(shè)置上，手機(jī)直連衛(wèi)星通信可以迅速調(diào)整通信方向和覆蓋區(qū)域，適用于臨時(shí)性和緊急通信需求。
應(yīng)用場景方面，面向行業(yè)用戶的低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，由于適用場景匹配度高、經(jīng)濟(jì)效益明顯、項(xiàng)目推廣容易等特點(diǎn)，將加速推進(jìn)行業(yè)終端衛(wèi)星通信創(chuàng)新應(yīng)用，在面對應(yīng)急通信等場景時(shí)可以很好地滿足相關(guān)需求。而隨著手機(jī)直連衛(wèi)星通信商業(yè)模式的不斷探索以及消費(fèi)習(xí)慣的培養(yǎng)，通信功能將不再局限在傳統(tǒng)通信終端，在智能汽車、穿戴設(shè)備、無人機(jī)等智能終端上，也將實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用場景的進(jìn)一步拓展。
可以預(yù)見，隨著技術(shù)的飛速發(fā)展及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷成熟，未來手機(jī)直連衛(wèi)星通信將在更廣泛領(lǐng)域取得更為深入的發(fā)展。
仍需跨越的技術(shù)難關(guān)
總體而言，手機(jī)直連衛(wèi)星通信技術(shù)前景可期，但要快速發(fā)展普及，仍要跨過一道道難關(guān)。
一是技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度高。將衛(wèi)星通信功能集成到手機(jī)中，需要在保證通信性能前提下，實(shí)現(xiàn)手機(jī)終端的小型化和輕量化。目前，高頻段大帶寬衛(wèi)星終端的天線尺寸和重量較大，無法集成到手機(jī)終端中。此外，手機(jī)與衛(wèi)星的通信距離較遠(yuǎn)，無線電信號雙向通信會(huì)有較大衰減，特別是在持續(xù)高速率通信情況下，終端的耗電問題變得非常突出。
二是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)制定難。手機(jī)終端的標(biāo)準(zhǔn)化對于降低生產(chǎn)成本和推廣衛(wèi)星通信技術(shù)至關(guān)重要。當(dāng)前衛(wèi)星通信協(xié)議多為私有協(xié)議，盡管3GPP等標(biāo)準(zhǔn)化組織正加快制定手機(jī)直連衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)，但目前尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)與地面移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)還需通力合作，制定衛(wèi)星與地面移動(dòng)通信融合的標(biāo)準(zhǔn)。
三是傳輸時(shí)延問題。目前手機(jī)直連衛(wèi)星通信使用高軌或低軌衛(wèi)星系統(tǒng)。對于高軌衛(wèi)星系統(tǒng)，傳輸時(shí)延問題尤為關(guān)鍵，高軌衛(wèi)星的單向傳輸時(shí)延可能達(dá)到250毫秒以上，將影響衛(wèi)星與手機(jī)交互的時(shí)效性，對信令交互、實(shí)時(shí)性要求較高的通信業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。
四是可能存在的通信性能不穩(wěn)定情況。對于低軌非靜止軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)，由于手機(jī)連接的衛(wèi)星相對于地球做高速運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的多普勒頻移，從而影響通信性能。衛(wèi)星覆蓋區(qū)域中心和邊緣的時(shí)延差異，也會(huì)對系統(tǒng)定時(shí)同步帶來影響，可能導(dǎo)致用戶間干擾。
五是目前手機(jī)直連衛(wèi)星通信的成本相對較高。衛(wèi)星研制、發(fā)射、維護(hù)和運(yùn)營的成本較高。衛(wèi)星通信需要特殊的硬件支持，如高性能天線、射頻模塊等，在做小型化和集成化過程中會(huì)增加相應(yīng)成本。
（作者單位：中國信息通信研究院無線電研究中心）
