手机直连卫星，技术不难但商业化不易

手机直连卫星，技术不难但商业化不易

近来，可以“上星”的高端手机备受关注。 卫星和手机的连接可能不难，但要商用并不容易。 利用低轨通信卫星实现全球无死角移动通信的梦想很丰满，但现实很骨感。

◎本报记者刘艳

近日，一则报道再次将公众对手机直连卫星的关注度推高。 据参考消息，爱立信正在研发一种新的通信方式：在地球上任何地方，无需大型地面设备或地面基站中继，只需要一部智能手机就可以与人造卫星交换数据。 这种新的通信方式预计将于2025年商用，到2050年有望实现与当前5G规范相当的通信速度。

早在1990年代，相关组织就在构想“无处不在”的通信网络，大量的研发机构和商业公司不断追求这个目标。 2017-2022年，3GPP等组织将大力发展和推进基于5G的卫星通信探索。 4月25日，美国卫星通信初创公司AST宣布开通全球首个天基蜂窝语音通话。 随着3GPP将卫星网络归入非地面网络（NTN）并开展研究和标准化工作，星地融合的序幕逐渐拉开。

技术和商业模式需要平衡

近来，可以“上星”的高端手机备受关注。 卫星和手机的连接可能不难，但要商用并不容易。 利用低轨通信卫星实现全球无死角移动通信的梦想很丰满，但现实很骨感。

1997年至1998年，美国铱星卫星通信公司（以下简称铱星公司）委托摩托罗拉设计全球卫星移动通信系统。 由于 72 颗人造卫星（其中 6 颗为备用卫星）的排列方式类似于铱星核外电子的分布，因此该系统被称为铱星系统。

作为商业低轨卫星的鼻祖，铱星可以在不依赖地面设施的情况下实现全球覆盖。 然而，这个世界上最具创新性的系统在 2000 年 3 月以 的破产告终。

回忆起这段往事，中国信息通信集团有限公司副总经理陈善志感慨万千：“上世纪90年代，铱星系统（低轨卫星通信）和地面蜂窝移动通信（GSM） ）几乎同时出现，相互竞争，但铱星因研发和系统建设成本巨大已申请破产，而地面蜂窝移动通信因用户基数大、成本优势明显从2G发展到5G ，它的商业化非常成功。”

客观地说，当时铱星已经突破了星间链路等关键技术问题，系统的基本结构和流程已初步建立，并开始提供包括手机、寻呼和数据传输在内的主要服务。 从这个角度来看，铱星已经成功了。 然而，计划总投资23亿美元的铱星公司，在1998年网络建成时实际花费超过50亿美元，巨额成本导致铱星公司在破产时背负了超过40亿美元的债务，但其当时的客户只有2万多（估计只有100万左右的用户可以实现盈利）。

不仅实际成本远超投资预算，价格昂贵的铱星也因产品质量和服务未能满足客户需求而遭到市场冷遇。 尤其值得一提的是，摩托罗拉启动铱星建设时，城市、郊区村庄、交通要道、旅游景点等人口密集区域，大部分已被地面网络覆盖。 ” 如此一厢情愿，原来的铱星最终成为现代通信的里程碑。

“技术先进，价格不会成为障碍”，虽然这一观点一直有市场卖点，但铱星的教训是理念超前，技术难以满足市场需求，技术和商业模式总是需要一个平衡点，这一点从重组铱星到行业应用后的重生涅槃便可见一斑。

建设5G非地面网络

理想不灭，爱立信计划将5G带出地球。

2022年7月，爱立信宣布将与法国泰雷兹和美国高通展开包括多项研究和模拟在内的详细研究。 三方计划开展以智能手机为重点的5G非地面网络测试验证。

这意味着，未来5G智能手机可以在地球任何地方使用5G连接，而宽带数据服务实现全球全面覆盖，包括通常只能由数据连接能力有限的传统卫星电话系统覆盖的地区。

正如爱立信高级副总裁兼首席技术官埃里克所说，爱立信、泰雷兹和高通的这次测试和验证将是通信史上的一个重要里程碑，最终的结果可能会表明无论是在大洋中还是在在大多数偏远的森林里，用户可以在地球任何地方通过共建的5G卫星连接到地面，获得高端、安全、经济的通信服务。

本次测试的目的是验证实现5G非地面网络所需的各种技术组件，包括5G智能手机、卫星有效载荷和地面5G网络组件，以及智能手机的外形是否能够支持5G非地面网络，从而使未来5G智能手机成功转型为卫星电话。

爱立信将验证经过特别修改的 5G 虚拟 RAN (vRAN) 堆栈，以处理通过近地轨道卫星传播的无线电信号（模拟 5G 无线电波在太空和地球大气层真空中的传播），适合部署的 5G 无线卫星有效载荷在近地轨道卫星上进行验证，高通将提供测试手机，验证未来5G智能手机是否可以连接5G非地面网络。

埃里克补充说，现在讨论此次合作产生的5G原型卫星何时能够发射入轨并投入使用还为时过早，但爱立信、泰雷兹和高通计划的高科技合作内容地面测试和验证工作是实现这一目标的关键。

用于通信的卫星将在低地球轨道上运行，这些轨道比地球静止卫星更接近地球，距离地球表面约 36,000 公里。 如果搭载在智能手机上的通信半导体的性能得到提升，即使是大型天线也可以与卫星进行通信。

显然，借助低轨卫星建立5G连接，将大大提升5G智能手机的漫游服务能力。

星地融合是未来的主流方向

地面蜂窝移动通信一直向5G发展，用户规模不断扩大，商用化程度较高。 相比之下，卫星通信的商业化程度显然与地面蜂窝移动通信系统不在一个数量级。

目前相对成熟的星链项目，侧重于通过其低轨卫星直接为用户提供通信服务。 虽然是对地面移动通信的补充，但并未考虑两者的深度融合。

5G R17标准家族中的非地面网络已经得到主流智能手机芯片和终端厂商的支持，旨在将卫星通信等非地面网络纳入移动通信系统，实现与地面移动通信的融合。 联合商用绝不是发展地面移动通信网络和卫星通信网络的“两张皮”。

英国萨里大学教授孙志立表示，蜂窝移动通信一直面向地面用户，直到全球覆盖的需求对地面蜂窝移动通信提出巨大挑战，而卫星通信的优势被揭示，从而成为5G和未来6G不可或缺的技术的一部分。

孙志立进一步指出：“为支撑5G/6G在大连接、低时延、高可靠等方面的需求，卫星通信从高轨向全轨（high-,高、低轨），从窄带到宽带。从标准化和产业化的角度来看，地面通信和卫星通信两大产业生态的演进路径将完美融合。”

华为认为，只有以蜂窝为主，卫星通信为辅，才能建立覆盖全球、适用于各种应用场景的网络。 但是，即使建成了这样的通信网络，仍然存在一定的挑战。 华为6G首席科学家王军在2023全球6G技术大会上指出，卫星直接连接手机是可行的，但需要提高频谱效率和运维管理。 这很难。

“高轨卫星离地球远，覆盖面积大，但时间延长；低轨卫星离地球近，时延小，但覆盖面积小。因此，需要用很多颗卫星组成一个星座来实现全球覆盖，空间轨道和频谱资源是稀缺的，多颗卫星的组合可以提高频谱利用率，有效利用宝贵的频谱资源。 孙志立进一步指出，可用于卫星通信的频谱资源相对有限，而卫星产生的波束远大于地面无线网络，使得频谱利用率远低于地面无线网络，这会直接影响沟通的能力。

孙志立强调，在引入低轨卫星网络时，要平衡卫星数量和覆盖范围。 卫星网络的动态管理可以降低卫星网络的传输成本，有利于满足网络服务质量的要求。

王军特别指出：“目前低轨卫星中的每颗卫星基本上只有几分钟的服务时间，每隔几分钟就会发生一次大规模的用户切换，实现它们之间的无缝切换将是一个很大的挑战。”挑战很长一段时间。”