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來源：互聯網

手機直連衛星技術是指手機直接與通信衛星相連接，衛星負責接收和轉發信號，并對信號進行放大的技術。

衛星移動通信發源于上世紀九十年代中后期，1997至1998年，美國銥星衛星通信公司委托摩托羅拉設計了一套全球衛星移動通信系統，但于2000年3月星公司宣布破產。2022年3月，愛立信、泰雷茲集團和高通三家公司聯合啟動全球首個5G NTN（非地面網絡）技術實驗。2023年8月，華為發布全球首款支持衛星通話的大眾手機Mate60 Pro。2024年1月，中華人民共和國工業和信息化部、中華人民共和國教育部、中華人民共和國科學技術部、中華人民共和國交通運輸部、中華人民共和國文化和旅游部、國務院國資委、中國科學院等7部門聯合印發《關于推動未來產業創新發展的實施意見》，深入推進手機直連衛星等關鍵技術研究。

手機直連衛星是戰略性新興產業，有望提供真正意義上的移動通信全球覆蓋，將為世界各地的個人和各類機構帶來巨大的價值。

發展歷程

出現背景

衛星移動通信發源于上世紀九十年代中后期，1997至1998年，美國銥星衛星通信公司委托摩托羅拉設計了一套全球衛星移動通信系統，由于72顆（其中6顆為備用星）人造衛星的排布就像銥原子核外電子分布，因此該系統被稱為銥星。作為商業化低軌道衛星的鼻祖，銥星基本不依賴地面設施即可實現全球覆蓋，但于2000年3月銥星公司宣布破產。

發展繼承

2022年3月，愛立信、泰雷茲集團和高通三家公司聯合啟動全球首個5G NTN（非地面網絡）技術實驗，通過低軌衛星驗證普通智能手機支持衛星通信的可行性。同年8月，SpaceX宣布其第二代“星鏈”衛星與美國第三大移動通信運營商T-Mobile合作，連接美國部分農村和偏遠地區的手機用戶，填補地面通信在覆蓋上的空白。SpaceX已獲得FCC授權開展手機直連衛星測試，包含840顆衛星，于2023年12月發射首批6顆手機直連衛星。2023年8月，華為發布全球首款支持衛星通話的大眾手機Mate60 Pro，通過使用中國的地球同步軌道衛星“天通一號”，率先實現了手機直連衛星的語音業務運營。同年9月，美國AST SpaceMobile公司宣布其測試衛星BlueWalker 3首次實現手機與低軌衛星的5G通信連接，下行速率約為14 Mbps。該公司在建設由243顆衛星組成的低軌星座，每顆衛星使用面積為64.4平方米的巨型相控陣天線，計劃為全球范圍普通手機用戶提供高速網絡接入。在手機芯片領域，三星電子、高通、聯發科等公司在開發用于衛星通信的手機芯片，加快布局具備衛星通信功能的手機產業。在軍事領域，美國國防部于2023年2月表示將采購手機直連衛星服務，增強軍事通信能力。

2024年1月，中華人民共和國工業和信息化部、中華人民共和國教育部、中華人民共和國科學技術部、中華人民共和國交通運輸部、中華人民共和國文化和旅游部、國務院國資委、中國科學院等7部門聯合印發《關于推動未來產業創新發展的實施意見》，深入推進手機直連衛星等關鍵技術研究。

頻譜使用模式

衛星移動業務頻率

手機使用分配給衛星移動運營商的頻率連接衛星，工作頻段集中在L和S頻段。該工作模式在本質上屬于衛星移動業務（MSS），將傳統的MSS技術集成到使用MSS頻譜的新型智能手機中。工作在該模式的手機需要做修改，即必須集成衛星移動通信專用芯片。使用該模式的公司主要是手機制造商和衛星公司的組合，包括華為和天通衛星、蘋果公司和全球星、銥星公司和高通/三星電子。

地面移動業務頻率

衛星使用已分配給地面移動通信運營商的頻率連接手機。工作在該模式的手機無需做任何修改。衛星公司必須和地面通信運營商合作以獲得頻率使用權。采用該模式的公司包括AST SpaceMobile、SpaceX、Lynk Global等。AST SpaceMobile與美國電話電報公司（AT&T）、英國沃達豐（Vodafone）等全球多家主要移動通信運營商合作，為無服務和服務欠缺的地區提供4G/5G速率的寬帶手機連接，其測試衛星BlueWalker 3采用了AT&T已獲得授權的850MHz頻段。SpaceX公司與全球六家大型地面移動運營商建立了合作伙伴關系，“星鏈”衛星使用其合作伙伴已有的頻譜資源在各個國家開展通信業務運營。

3GPP規劃頻率

3GPP（3GPP）已允許將衛星業務納入其非地面網絡標準，為衛星直連設備定義全球標準并規劃新的頻段，這是一種面向未來的星地融合解決方案。3GPP定義了5G NTN，2022年發布第17版（Rel-17）支持在L和S頻段提供衛星接入，上行頻率為1626.5～1660.5MHz和1980～2010MHz，下行頻率為1525～1559MHz和2170～2200MHz。在發布的第18版（Rel-18）中又將頻段擴展到Ka頻段，上行頻率為27.5～30.0 GHz，下行頻率為17.7～20.2 GHz。支持該模式的公司包括Omnispace、愛立信、高通、三星電子等。美國Omnispace公司采用3GPP 5G NTN標準來建設低軌衛星星座（約200顆衛星），提供5G手機直連衛星服務。高通、三星、聯發科開發與3GPP兼容的手機芯片，開發通過新標準定義的手機硬件實現與衛星連接。

關鍵技術

跳波束技術

在傳統衛星通信系統中，通常是一顆衛星通過多個波束為地面提供服務，多波束間共享衛星的帶寬和功率，不同波束的覆蓋區域一般有部分重疊。但是用戶數量和業務需求的地理分布并不均衡，單一的波束分配方式可能會造成帶寬資源的浪費。跳波束技術是利用時間切片技術來有效分配波束的工作范圍，從而提高衛星資源的使用效率，滿足用戶動態的業務需求。衛星跳波束技術最大的挑戰在于如何根據地面的業務需求，在特定的時隙中提供合適的帶寬和功率。未來新一代星地融合通信系統將具備一定的星上處理功能，衛星側會根據地面用戶的業務需求，不斷調整波束的指向、頻點、工作時隙、帶寬以及功率等，從而有效提升整個系統的服務能力。

多波束技術

由于通信衛星的信道特性，單顆衛星僅能為用戶提供單流的通信能力，即SISO。為了進一步提高衛星系統的通信容量，在未來新一代星地融合通信系統中會考慮采用衛星多波束技術，增加衛星波束數量、降低波束寬度以提高正交子空間數量，在同一時間內支持更多用戶的接入，提高系統的通信容量。多波束技術根據衛星的數量可以分為單星多波束技術和多星多波束技術。單星多波束技術是指單顆衛星通過多個點波束為用戶提供數據服務，多個波束之間可以通過OFDM調制技術獲得正交的時頻資源并結合預編碼技術抑制波束間的干擾，從而提升系統的吞吐量。多星多波束技術是指通過多顆衛星的多個單波束向用戶提供數據服務。在低軌衛星通信系統中，由于衛星的高速移動，衛星與用戶之間的相對位置也在快速變化。多顆衛星與用戶之間的相對位置變化，會破壞波束間的相關性，降低系統的吞吐量，解決這一問題還需要進一步開展相關研究。

星間鏈路技術

在新一代星地融合通信系統中，為進一步提升衛星網絡的工作效率，將以同一軌道面及不同軌道面之間的衛星大規模組網，實現高、中、低軌衛星協同處理，以及衛星與地面融合工作。由于激光鏈路具有大帶寬、點波束等技術特點，衛星之間可以通過激光鏈路實現大容量、高速率、抗干擾性強的數據交換，從而提升衛星系統的性能。但由于激光鏈路的波束窄，容易造成接收衛星精確對準困難等問題，對衛星網絡的拓撲結構帶來極大的技術挑戰。

面臨挑戰

監管規則滯后

手機直連衛星需要處理好技術發展與監管規則的關系。手機直連衛星的發展已領先于監管規則。按照世界各國的頻率監管政策，地面通信運營商只能以獨占方式使用授權的頻譜，地面移動業務的頻譜資源不能提供給衛星業務使用。事實上，為了搶占未來全球信息通信產業競爭制高點，某些國家在國際規則尚未明確的情況下，授權新技術使用未經ITU分配的頻譜。例如，測試的AST SpaceMobile衛星使用了地面移動通信的頻率（850MHz），但這實際上違反了現行的監管規則。頻譜監管面臨著的挑戰是如何跟上技術發展的步伐，在促進新技術發展和頻譜保護之間尋找平衡點。

干擾問題

衛星位于幾百公里以上的軌道上，其與用戶手機之間的距離遠遠大于地面通信基站與手機的距離。為了克服信號傳輸鏈路衰減，手機直連衛星的收發兩端都需要較大的發射功率。由于地面系統的信號和地面到衛星的信號在發射功率上存在較大差異，如果地面和衛星系統使用相同的頻譜，可能會產生嚴重的干擾問題。為了保護地面通信系統免受干擾，在某些國家和地區，已經存在不允許將地面通信運營商的頻譜用于衛星運營的監管要求。因此，必須提前開展星地頻譜共存和兼容性研究并制定頻率管理規則，或者考慮為衛星系統劃分特定的頻譜，以消除干擾隱患，從而確保衛星信號與地面信號在融合業務上共存使用。