為了更深入地瞭解手機直連衛星，記者採訪到了中國資訊通訊科技集團有限公司副總經理、總工程師、科技委主任，無線行動通訊全國重點實驗室主任陳山枝博士。
據陳山枝向記者介紹，早在20世紀90年代，摩托羅拉公司基於低軌衛星通訊的銥星系統就能實現專用手機終端直連衛星通訊，與當時的地面移動通訊系統（2G/3G）競爭，但由於成本高、資費貴，沒有普及，只服務於行業使用者。
近年來，在國際上，以AST Space Mobile為代表的美國初創衛星公司積極開展手機直連衛星通訊的技術試驗。截至2024年12月，Space X公司已經累計發射了375顆星鏈衛星用於手機直連衛星。
根據中國電信釋出的“2024天通衛星終端產業發展年報”顯示，2024年，中國電信聯合終端廠商累計推出21款大眾智慧直連衛星手機終端。截至2024年年底，支援直連天通衛星功能的手機款型已達25款，累計銷量超1600萬臺。此外，衛星運營商、地面運營商、系統廠商和終端廠商等，均在積極關注手機直連衛星通訊的需求與技術發展，積極開展相應的技術驗證。
圖片來源：中國電信
“手機”+“衛星”的
三種技術路線
“從手機所採用的技術體制來看，手機直連衛星通訊功能的實現主要有三種技術路線。”陳山枝說。
一是基於現有衛星通訊體制的手機直連衛星通訊。該方案基於在軌衛星的現有衛星通訊體制（如銥星系統、GlobalStar系統或天通一號衛星系統），定製面向公眾使用者的新手機（是雙模手機），同時整合地面行動通訊終端晶片/模組、專用衛星通訊終端晶片/模組，由手機廠商主導，衛星側基本不做改動。
該方案是“新定製手機”+“已有星座”，可以通俗稱為“新手機、舊衛星”。因為使用已在軌衛星，該方案的優勢是商用部署快，不足是新定製手機必須整合衛星通訊專用晶片，手機成本高且面臨終端小型化、衛星天線內建等挑戰，受制於在軌衛星能力和手機內建天線，通訊速率十分有限，僅提供kbit/s量級速率，只能解決基本通訊問題，基本上是一種過渡方案。
二是基於現有地面行動通訊體制的手機直連衛星通訊。該方案基於現有地面行動通訊體制（如4G、5G）實現存量手機直連衛星，使用者既不需要更換4G和5G手機也不需要對其進行改動，由衛星和網路側進行改動和增強實現，將4G/5G基站改動後上星以應對衛星通訊場景中的深度衰落、大時延和大頻偏等挑戰。
一方面，現有手機的無線訊號收發能力難以應對星地鏈路的巨大訊號損耗，只能大幅增強衛星側網路裝置的能力，星上需要配置超大規模相控陣天線陣列以提升訊號收發能力。例如，AST Space Mobile的BlueWalker3衛星使用的相控陣天線在展開後面積達到約64㎡，其衛星質量約為1500kg，成本高達上億美元，帶來了功耗、體積、質量、成本等系列新挑戰。
另一方面，為了匹配現有手機所使用的技術體系，還對衛星的軌道高度、波束成形等有特殊要求和限制，導致使用者通訊速率和系統容量等受限。該方案是“存量手機”+“新建星座”，可以通俗稱為“舊手機、新衛星”，優勢在於4G/5G存量手機就能直連衛星，使用者市場基數龐大，潛在使用者數量大；缺點是需要新建高效能低軌衛星星座，衛星部署週期長，衛星複雜度高且成本高，實現難度大。
三是基於3GPP NTN體制的手機直連衛星通訊。該方案由手機和衛星網路側根據3GPP NTN標準進行改進增強，是“新研手機”+“新建星座”，可以通俗稱為“新手機、新衛星”。該方案的優勢是手機和衛星間的複雜度和成本的系統平衡，與支援5G NTN演進的智慧手機相容，新手機是單模手機，主要涉及物理層時序和同步的增強，硬體成本基本沒有變化，且市場開拓容易；缺點在於需要規劃新頻率，或透過無線電監管政策創新，允許衛星通訊運營商在沒有地面基站的區域複用地面移動運營商的手機頻譜。
實現5G NTN標準的新手機和新衛星，新建衛星複雜度中等，但需要部署週期。依據手機的電池壽命等因素，目前業界換機的週期大概為3年，該週期內5G NTN衛星建設與組網也能基本成熟，使得公眾使用者換機時能直接使用5G NTN的手機直連衛星服務。
目前，愛立信、泰雷茲和高通聯合宣告將共同研製5G NTN衛星系統，還有Omnispace，中國移動、中信科移動、中興通訊、紫光展銳等也開展了基於NTN標準的手機直連衛星在軌驗證。
如何廣泛應用？
四個關鍵點需關注
陳山枝表示，手機直連衛星通訊儘管已有部分應用，但距離大眾普遍使用仍存在較大差距。例如，支援手機直連的衛星網路較少、通話費用較高、網路系統容量受限，衛星手機的便利性存在不足，手機直連衛星的通訊速率、服務連續性等體驗有待提升，以及監管體系不夠完善等。產業各方可以透過下列方法和思路，促進手機直連衛星廣泛應用。
一是支援每一個普通的手機具備手機直連衛星能力，採用統一的通訊標準，降低手機成本，提升產業生態能力。
二是支援更多的衛星網路建設，分配專用的手機直連頻率，促進衛星運營商的網路部署規模，提升手機直連衛星的運營能力。
三是加大技術創新，攻克衛星發射、衛星平臺、天線、通訊載荷、地面信關站和網路裝置等相關係統裝置研製的關鍵技術問題，大幅度降低網路建設與運營成本。
四是結合技術發展與安全風險防控，構建科學合理的監管體系。從完善無線電頻譜資源管理與國際協調、強化終端裝置與基礎設施監管、統籌安全與發展、防範技術濫用、深化跨部門協同與國際合作等方面發力，推動手機直連衛星技術規模化應用，助力天地一體化資訊網路建設。
手機直連衛星是5G及未來6G網路發展的一個重要方面，將無線通訊網路覆蓋範圍從地面拓展到太空、深山、深海、無人區等自然空間，從而形成立體無縫覆蓋，已成為未來網路的主要發展趨勢，未來的市場發展還有巨大空間。
陳山枝分析，從無線電技術發展角度看，頻譜感知、頻譜探測、頻譜的動態協調等技術手段能為星地系統的融合共存提供更多的無線電頻率管理方案。從業務需求和衛星能力角度看，未來的手機直連衛星技術無論從業務速率、覆蓋能力和終端應用便利性等方面都有長足的發展，對頻譜資源將有更大的需求，因此也需要更靈活的頻譜分配方案和業務監管手段為手機直連衛星保駕護航。隨著無線電等技術的不斷進步和無線電管理等各項監管政策的日益完善，未來手機直連衛星將會為人們帶來更多的便利和驚喜。
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本文轉載自“中國無線電”，原標題《專訪 | 陳山枝：手機直連衛星的三種技術路線和四個關鍵點》。
為分享前沿資訊及有價值的觀點，太空與網路微信公眾號轉載此文，並經過編輯。
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