摘要：全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，手機(jī)直連衛(wèi)星成為國內(nèi)外各大企業(yè)爭先發(fā)展的競爭高地，本文介紹了國外當(dāng)前新興商業(yè)公司手機(jī)直連衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；分析了3GPP NTN 標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)情況，并初步闡述了存量手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)和雙模終端技術(shù)；提出了我國手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)未來發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：手機(jī)直連衛(wèi)星；3GPP NTN；存量手機(jī)；發(fā)展建議

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.013

中圖分類號：TN 927+.2；TN 929.53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）10-00-03

Mobile Phone Direct Connection Technology Development Status and Future Development Suggestions

Abstract： With the rapid development of the global satellite Internet industry， the mobile phone direct link satellite has become a competitive highland for major enterprises at home and abroad. This paper introduces the current development status of the mobile phone direct link satellite communication technology for emerging commercial companies abroad. The evolution of 3GPP NTN standard is analyzed， and the direct-connected satellite technology of existing mobile phones and dual-mode terminal technology are described. The future development suggestions of China's mobile direct link satellite are discussed.

Keywords： mobile phone direct satellite; 3GPP NTN; stock mobile phones; development suggestions

0 引言

近年來，航空航天行業(yè)迅速興起，衛(wèi)星制造和運載發(fā)射成本大幅降低，地面通信終端芯片能力快速提升，衛(wèi)星通信行業(yè)不再滿足服務(wù)于少數(shù)特殊行業(yè)，而是希望能夠通過接入更廣泛的用戶，在更多的應(yīng)用場景下獲得收入。在此背景下，各類低軌衛(wèi)星直連項目不斷涌現(xiàn)。

在國外，多家公司已陸續(xù)推出手機(jī)直連低軌衛(wèi)星的計劃。以星鏈為例，SpaceX計劃推出星鏈直連手機(jī)業(yè)務(wù)，這一服務(wù)可以直接通過消費者現(xiàn)有的手機(jī)進(jìn)行連接，無須更換新機(jī)。

面對手機(jī)直連技術(shù)的快速發(fā)展與激烈的市場競爭，我國應(yīng)積極推動國內(nèi)手機(jī)直連業(yè)務(wù)頻譜應(yīng)用需求的研究，提高頻譜資源的利用率；此外，加速推進(jìn)手機(jī)直連標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，使行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成統(tǒng)一，協(xié)調(diào)各類技術(shù)體制，促進(jìn)私有體制協(xié)議的兼容發(fā)展。

1 手機(jī)直連產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，多家美國衛(wèi)星商業(yè)公司正在爭先恐后地加速手機(jī)直連技術(shù)的發(fā)展，本文以美國AST & Science、SpaceX、Lynk Global公司為例來闡述手機(jī)直連發(fā)展態(tài)勢。

1.1 美國AST & Science公司的低軌衛(wèi)星星座

美國AST & Science公司（簡稱AST公司）建設(shè)的低軌衛(wèi)星星座計劃使用4G/5G 通信頻段與手機(jī)進(jìn)行直連通信，并完成全球信號覆蓋[1]。AST公司在2023年4月份宣布，該公司已經(jīng)完成了使用日常未經(jīng)修改的智能手機(jī)進(jìn)行太空語音通話。該項測試基于BlueWalker 3測試衛(wèi)星，使用三星Galaxy S22智能手機(jī)實現(xiàn)語音和數(shù)據(jù)的5G連接，4G測試數(shù)據(jù)速率為14 Mbps。2023年6月，AST公司宣布，該衛(wèi)星的初始下載速度超過了10 Mbps，測試項目包括語音通話、4G視頻通話和5G蜂窩寬帶連接。目前，AST公司擁有超過

2 600項專利，與40多個移動通信運營商簽訂了協(xié)議。

1.2 美國SpaceX公司的低軌衛(wèi)星星座

2023年10月11日，SpaceX公司星鏈官方網(wǎng)站宣布推出星鏈直連手機(jī)業(yè)務(wù)。SpaceX公司明確將攜帶4G基站入軌，衛(wèi)星使用星間鏈路、星上再生處理模式建設(shè)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。預(yù)計逐步實現(xiàn)短信發(fā)送、語音通話、上網(wǎng)等功能。

2022年12月6日，SpaceX公司向美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）提交了“移動衛(wèi)星服務(wù)（Mobile Satellite Service， MSS）”申請。該申請旨在要求FCC授權(quán)其在美國市場開放直接對蜂窩網(wǎng)的衛(wèi)星有效載荷許可。以便基于1 910～1 915 MHz和1 990～1 995 MHz頻段開通通信鏈路，從而實現(xiàn)無保護(hù)、無干擾的普通手機(jī)蜂窩網(wǎng)絡(luò)移動通信服務(wù)。SpaceX公司與美國T-Mobile地面運營商合作，利用T-Mobile獲得地面頻譜資源。SpaceX公司計劃于2024年完成全面部署，在南北緯58°范圍內(nèi)提供對地球的全面和連續(xù)覆蓋。

1.3 美國Lynk Global公司的低軌衛(wèi)星星座

2022年9月，Lynk Global公司宣布其獲得了由FCC頒發(fā)的衛(wèi)星通信服務(wù)商業(yè)許可證，可以在全球范圍內(nèi)提供存量普通手機(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)。FCC批準(zhǔn)Lynk Global公司衛(wèi)星使用地面移動通信頻率，但是，該服務(wù)只能在美國建設(shè)但不能在美國運營，只能在海外運營。

2023年6月21日，Lynk Global公司與帕勞最大的移動通信運營商進(jìn)行合作，為帕勞提供手機(jī)直連服務(wù)，Lynk Global公司提供的手機(jī)直連服務(wù)同樣是采用存量手機(jī)直連衛(wèi)星進(jìn)行雙向語音通話。Lynk Global公司計劃在2023年期間，與全球眾多移動通信運營商合作開展商業(yè)服務(wù)。

2 手機(jī)直連技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

手機(jī)直連技術(shù)可分為3GPP NTN、雙模終端、存量手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)三大類。其中，雙模手機(jī)直連技術(shù)可快速落地，但產(chǎn)業(yè)鏈相對獨立，技術(shù)演進(jìn)緩慢；存量手機(jī)直連技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)4G/5G終端，無須軟硬件改動，但僅支持低軌衛(wèi)星，基站側(cè)需定制增強(qiáng)。

2.1 3GPP 國際衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

R16 階段，3GPP初步擬定了透明轉(zhuǎn)發(fā)和星上再生兩種 NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)）架構(gòu)。R17面向GEO/MEO/LEO等場景，提供短信/語音/窄帶/寬帶等多種業(yè)務(wù)，支持L/S等頻段開展手機(jī)直連，具備透明轉(zhuǎn)發(fā)模式下端到端通信能力。R17被視為 NTN進(jìn)入5G的開端，對 NTN 協(xié)議進(jìn)行了增強(qiáng)[2]。2022年6月，5G R17標(biāo)準(zhǔn)宣布凍結(jié)，標(biāo)志著5G技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)進(jìn)入成熟和穩(wěn)定期，R18標(biāo)準(zhǔn)制定工作開始啟動。R18階段，為未來消費級商用終端引入了更多的可用頻段、更多業(yè)務(wù)類型技術(shù)研究，但暫不支持基站上星。采用3GPP衛(wèi)星直連通信技術(shù)，用戶需換新機(jī)oscAnkXxv6sx8O2/mcwvkg==，系統(tǒng)頻段兼容、協(xié)調(diào)難度較大，手機(jī)接入3GPP非地面網(wǎng)絡(luò)的5G/6G網(wǎng)絡(luò)，不兼容現(xiàn)有衛(wèi)星系統(tǒng)。

2.2 雙模終端技術(shù)

采用雙模終端技術(shù)，新用戶需更換手機(jī)，雙模終端技術(shù)利用已建成衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與現(xiàn)有衛(wèi)星通信技術(shù)體制，通過芯片小型化、射頻天線優(yōu)化等技術(shù)，在手機(jī)中增加傳統(tǒng)衛(wèi)星通信終端的通信功能，使手機(jī)成為地面移動通信與衛(wèi)星移動通信雙模終端。以華為Mate 60 pro為例，其使用的是天通衛(wèi)星，其體制協(xié)議并非現(xiàn)網(wǎng)手機(jī)通用體制協(xié)議，終端需要配置專用處理器，將雙模衛(wèi)星電話做得更加小巧。將內(nèi)置天線、基帶射頻芯片進(jìn)行一體化、小型化，實現(xiàn)衛(wèi)星核心網(wǎng)與移動核心網(wǎng)信令協(xié)議轉(zhuǎn)換，設(shè)計適合手機(jī)終端尺寸的天線。

2.3 存量手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)

存量終端手機(jī)直連一般采用基站上星技術(shù)，基站上星結(jié)合星間鏈路可在無須建設(shè)海外信關(guān)站情況下實現(xiàn)全球無縫覆蓋。存量手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)依賴基站側(cè)補(bǔ)償及調(diào)控，存量終端是指標(biāo)準(zhǔn)4G/5G終端，無須進(jìn)行軟硬件升級。采用存量手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)的衛(wèi)星通信運營企業(yè)一般與地面運營商進(jìn)行商業(yè)合作，復(fù)用現(xiàn)有4G/5G移動業(yè)務(wù)頻率，將基站搬到距離地面幾百千米的太空，實現(xiàn)手機(jī)直連衛(wèi)星功能。這種方式的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)是大面積陣列天線，增加天線增益，滿足存量終端直連衛(wèi)星鏈路需求。

3 手機(jī)直連衛(wèi)星發(fā)展建議

結(jié)合上述手機(jī)直連衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展，面對競爭激烈的市場環(huán)境，本文從以下兩個方面提出發(fā)展建議。

3.1 推動手機(jī)直連頻譜研究

目前，手機(jī)直連衛(wèi)星主要聚焦于低頻，且可能與地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)共用頻率。此外，低軌衛(wèi)星波束對地干擾影響廣泛，且干擾程度復(fù)雜多變。因此，為解決星地通信與地面通信之間的干擾問題，提高星地高頻譜資源利用率，手機(jī)直連下的星地頻譜共享研究十分迫切。應(yīng)充分調(diào)研用戶需求與手機(jī)直連衛(wèi)星頻率發(fā)展方向，綜合分析地面移動通信與手機(jī)直連通信的兼容性，提升服務(wù)效率，優(yōu)化頻譜利用率。

3.2 推動手機(jī)直連標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

面向手機(jī)直連，應(yīng)考慮到太空衛(wèi)星的全球業(yè)務(wù)可實現(xiàn)性、終端連接衛(wèi)星的業(yè)務(wù)穩(wěn)定性等。當(dāng)前，我國手機(jī)直連方案多數(shù)推行的是終端廠商與衛(wèi)星運營企業(yè)的私有協(xié)議。應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)終端側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)研究，包括接入網(wǎng)總體技術(shù)要求、終端設(shè)備技術(shù)要求、終端設(shè)備測試方法等。盡快完善手持衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)終端在OTA 技術(shù)要求、射頻要求等方面的技術(shù)要求以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，為我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)終端的監(jiān)管提供有力抓手，促手機(jī)直連業(yè)務(wù)健康發(fā)展。

4 結(jié)束語

手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)填補(bǔ)了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域空白， 有潛力成為未來信息通信產(chǎn)業(yè)的主要商業(yè)形態(tài)之一。本文從當(dāng)前國外新興商業(yè)公司著手，介紹了美國AST & Science、SpaceX、Lynk Global三大衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司的相關(guān)技術(shù)情況。分析了3GPP NTN、雙模終端、存量手機(jī)三類手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)，并從推動手機(jī)直連頻譜研究和推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)兩個方面提出建議，希望為我國手機(jī)直連衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考。

參考文獻(xiàn)

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