手机直连卫星宽带，离我们还有多远？
来源:电子发烧友网发布时间:2023-07-201250浏览
询问 AI电子发烧友网报道（文/梁浩斌）随着去年华为Mate50系列以及iPhone 14系列的发布，手机卫星通信技术已经大规模进入到消费电子产品中。但从实际用途来看，无论是华为还是苹果的终端产品，支持的仅是紧急卫星短信服务，还无法完成通话上网等功能。
从过往的认知中，卫星电话体积都较大，比如海事卫星电话都有一根明显的天线，更不用说卫星互联网所需的接收器。所以未来在智能手机有限的体积中，真的可以实现与卫星直接进行通信，并实现连接互联网的宽带通信吗？
包括铱星、天通卫星等，这些系统都是基于专用的频段，并使用私有协议，在设备硬件上互不兼容，基带芯片、天线等都需要用到定制的产品。
在这个阶段中，卫星通信发展缓慢，主要是因为市场需求较小，而无论是私有协议、定制基带芯片还是天线等的开发成本都较高，而市场规模小无法支撑研发成本。因此，厂商为了均摊研发成本，同一套方案的产品迭代周期就自然变得很长，这导致了在早期的卫星通信领域发展缓慢，应用主要集中在窄带低速的通信。
第二阶段其实就是当前卫星通信行业正在进行的阶段，据鹏鹄物宇介绍，当前通过宽窄协同通信，结合智能手机直连卫星，为行业提供了一个满足大多数应用场景的快速低成本解决方案。
具体来说，宽窄结合是指将卫星窄带通信功能集成到智能手机中，可以在没有地面蜂窝网络覆盖的场景下进行短信、语音等信息对外通信，同时在有网络覆盖的地区可以通过地面网络实现宽带连接。简而言之，就是通过卫星通信实现智能手机的全球全域网络覆盖。
不过，在这个阶段，由于手机天线无法满足与卫星进行宽带通信的需求，因此目前对于智能手机而言，卫星通信与蜂窝网络通信的通信体验明显不在一个层面上，体验存在割裂。
另一方面，即使是窄带卫星通信，目前也存在不少问题。比如华为目前的手机卫星通信方案是采用北斗卫星短报文功能，所以需要在手机中集成专用的通信芯片以及北斗卫星对应的通信协议，也就是说苹果iPhone尽管同样支持卫星通信，但无法在国内使用北斗卫星实现通信。
同样，苹果采用了全球星作为卫星通信的服务供应商，其通信协议以及芯片就需要符合全球星的标准，无法兼容其他的通信卫星。
在兼容性方面，其实也已经有了解决方法。2022年6月正式冻结的5G R17标准中，“非地面网络（NTN）”（也就是手机与卫星直接进行通信的功能）被正式定义，即未来支持5G R17标准的手机就可以实现卫星通信。
不过5G R17协议中依然只是支持通过卫星发送短信等窄带通信，或者是一些地处偏远地区的物联网设备联网，包括智能手机、支持eMTC和NB-IoT的物联网设备等都可以实现低速率的卫星通信。总体而言，目前R17标准中的卫星通信主要是为了在服务匮乏的地区补充地面网络，同时拓展物联网的应用场景。
而未来的第三阶段，手机卫星通信可以实现与地面蜂窝网络相同的使用体验，在地面蜂窝网络覆盖区域与无地面网络覆盖区域都能够实现相同的网络体验。当然，这需要在通信协议、卫星系统、终端芯片、干扰协调、政策法规、国际合作等多个方面进行更多的工作。
3GPP也表示，卫星通信将会在5G标准中持续推进，并成为R18标准制定工作计划的一部分。未来6G“空天地海一体化网络”的概念下，移动通信终端与卫星通信的结合必然会是技术大趋势之一。
今年MWC 2023期间，中国移动、中国电信、展锐、移远等厂商纷纷展示了卫星通信方案，而终端厂商方面，华为、中兴、高通、联发科、vivo等厂商也展示了相关的芯片以及终端产品。
更早前的5月份，中国电信卫星公司就与中兴、vivo、展锐共同完成了国内首次5G NTN手机直连卫星外场验证，成功实现了基于现网环境下的5G NTN手机直连卫星空口上下行连接，两台手机同时接入卫星网络的相互通信，以及收发短信息的业务验证，功能、性能符合预期。
据介绍，这次试验解决了地球静止轨道卫星通信带来的频率同步、时间同步、时序关系增强等关键技术难题，可以说是5G NTN技术落地前的一次重大试验突破。
随着卫星通信协议的统一，直连卫星通信也将会更加广泛地覆盖到移动设备中。不过短期来看，由于手机的体积受到限制，想实现手机直连卫星宽带体验，要解决的问题除了天线发射功率之外，还有卫星移动速度过快，多普勒效应导致的无线电信号频率和相位变化等多种技术难点。
但“空天地海一体化网络”作为未来6G无线网络最有可能的核心概念，手机等移动通信终端与卫星通信的结合必然会是技术大趋势之一，而未来在天线小型化的发展下，手机直连卫星宽带也必然会成为现实。
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从过往的认知中，卫星电话体积都较大，比如海事卫星电话都有一根明显的天线，更不用说卫星互联网所需的接收器。所以未来在智能手机有限的体积中，真的可以实现与卫星直接进行通信，并实现连接互联网的宽带通信吗？
手机直连卫星通信发展的三个阶段
卫星通信的发展从过去、现在与规划，可以分为三个阶段。手机卫星通信的第一个阶段中，较为典型的有铱星公司、海事卫星电话、天通卫星通信等，终端设备方面已经可以做到手持设备直接通过自带的天线与卫星进行通信。包括铱星、天通卫星等，这些系统都是基于专用的频段，并使用私有协议，在设备硬件上互不兼容，基带芯片、天线等都需要用到定制的产品。
在这个阶段中，卫星通信发展缓慢，主要是因为市场需求较小，而无论是私有协议、定制基带芯片还是天线等的开发成本都较高，而市场规模小无法支撑研发成本。因此，厂商为了均摊研发成本，同一套方案的产品迭代周期就自然变得很长，这导致了在早期的卫星通信领域发展缓慢，应用主要集中在窄带低速的通信。
第二阶段其实就是当前卫星通信行业正在进行的阶段，据鹏鹄物宇介绍，当前通过宽窄协同通信，结合智能手机直连卫星，为行业提供了一个满足大多数应用场景的快速低成本解决方案。
具体来说，宽窄结合是指将卫星窄带通信功能集成到智能手机中，可以在没有地面蜂窝网络覆盖的场景下进行短信、语音等信息对外通信，同时在有网络覆盖的地区可以通过地面网络实现宽带连接。简而言之，就是通过卫星通信实现智能手机的全球全域网络覆盖。
不过，在这个阶段，由于手机天线无法满足与卫星进行宽带通信的需求，因此目前对于智能手机而言，卫星通信与蜂窝网络通信的通信体验明显不在一个层面上，体验存在割裂。
另一方面，即使是窄带卫星通信，目前也存在不少问题。比如华为目前的手机卫星通信方案是采用北斗卫星短报文功能，所以需要在手机中集成专用的通信芯片以及北斗卫星对应的通信协议，也就是说苹果iPhone尽管同样支持卫星通信，但无法在国内使用北斗卫星实现通信。
同样，苹果采用了全球星作为卫星通信的服务供应商，其通信协议以及芯片就需要符合全球星的标准，无法兼容其他的通信卫星。
在兼容性方面，其实也已经有了解决方法。2022年6月正式冻结的5G R17标准中，“非地面网络（NTN）”（也就是手机与卫星直接进行通信的功能）被正式定义，即未来支持5G R17标准的手机就可以实现卫星通信。
不过5G R17协议中依然只是支持通过卫星发送短信等窄带通信，或者是一些地处偏远地区的物联网设备联网，包括智能手机、支持eMTC和NB-IoT的物联网设备等都可以实现低速率的卫星通信。总体而言，目前R17标准中的卫星通信主要是为了在服务匮乏的地区补充地面网络，同时拓展物联网的应用场景。
而未来的第三阶段，手机卫星通信可以实现与地面蜂窝网络相同的使用体验，在地面蜂窝网络覆盖区域与无地面网络覆盖区域都能够实现相同的网络体验。当然，这需要在通信协议、卫星系统、终端芯片、干扰协调、政策法规、国际合作等多个方面进行更多的工作。
3GPP也表示，卫星通信将会在5G标准中持续推进，并成为R18标准制定工作计划的一部分。未来6G“空天地海一体化网络”的概念下，移动通信终端与卫星通信的结合必然会是技术大趋势之一。
近期手机直连卫星的技术进展
在现阶段，在北斗、全球星等带领第一轮手机卫星通信热潮之后，随着5G R17标准的落地，产业链目前都在加紧对5G NTN的测试验证，为后续的技术落地打下基础。今年MWC 2023期间，中国移动、中国电信、展锐、移远等厂商纷纷展示了卫星通信方案，而终端厂商方面，华为、中兴、高通、联发科、vivo等厂商也展示了相关的芯片以及终端产品。
更早前的5月份，中国电信卫星公司就与中兴、vivo、展锐共同完成了国内首次5G NTN手机直连卫星外场验证，成功实现了基于现网环境下的5G NTN手机直连卫星空口上下行连接，两台手机同时接入卫星网络的相互通信，以及收发短信息的业务验证，功能、性能符合预期。
据介绍，这次试验解决了地球静止轨道卫星通信带来的频率同步、时间同步、时序关系增强等关键技术难题，可以说是5G NTN技术落地前的一次重大试验突破。
写在最后
据ABI Research预测，从2024年到2031年，NTN到移动市场将以59%的复合年增长率增长；到2031年，NTN与5G领域的融合可能会创造一个价值180亿美元的市场，同时将拥有2亿个连接。随着卫星通信协议的统一，直连卫星通信也将会更加广泛地覆盖到移动设备中。不过短期来看，由于手机的体积受到限制，想实现手机直连卫星宽带体验，要解决的问题除了天线发射功率之外，还有卫星移动速度过快，多普勒效应导致的无线电信号频率和相位变化等多种技术难点。
但“空天地海一体化网络”作为未来6G无线网络最有可能的核心概念，手机等移动通信终端与卫星通信的结合必然会是技术大趋势之一，而未来在天线小型化的发展下，手机直连卫星宽带也必然会成为现实。
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