手机直连卫星，还有多久？
文 | 张家栋 编辑 | 周远方
近日，“手机直连卫星”的概念很热。
9月，华为和苹果公司分别宣布，在其各自最新发布的旗舰款手机上配置相关功能。一时间，手机能不能连接卫星似乎成为了手机性能PK的指标之一。
“手机直连卫星”并非新兴技术，早在上世纪80年代时已经有比较大型的终端机可以与卫星进行通信，上世纪80年代末美国推出的铱星（IRIDIUM）卫星移动通信星座系统，就有类似“大哥大”的卫星电话，不能算是消费级手机。
何时走入百姓家？
不过在当时，一些技术瓶颈限制了这项技术进入大众消费者的视野。功能相对单一，资费高昂，实际使用的频率并不高。所以，早期概念兴起时，这项技术只在科考等特殊领域形成了产业体系，并没有走进千家万户。
近年来，随着随着通信技术的不断发展，尤其是卫星和芯片技术的突破，情况大有改观。
银河航天自主研制的低轨宽带通信卫星 图源：银河航天
银河航天星座通信系统架构师林广荣在接受观察者网采访时表示，“目前，卫星成本的降低与地面终端（如手机）的不断进化，为手机连接卫星的低成本化提供了可能”。
但他同时指出，“近期报道的智能手机直连卫星实现了应急情况下的短报文通信，距离消费用户心目中的畅行‘上网’还比较遥远，还有很多问题需要解决。比如需要完成针对手机的低轨通信星座系统的设计和建设，就好比5G手机要有信号，首先要在周边建好5G基站一样。这就需要解决频率资源协调、高性能的卫星、手机天线的小型化设计，以及如何和地面通信标准尽量兼容等一系列问题”。
当下，华为、苹果等公司的手机直连卫星完成了从0到1的跨越，手机厂商的纷纷入局，也将拉动更多终端产业链开始关注卫星互联网。
林广荣认为，“未来，卫星网络和地面网络可能不再是两个完全独立发展的网络。终端和网络系统厂商加快研发更高效的卫星通信功能作为产品卖点，网络服务运营企业也将加快探索新的应用场景，整个卫星互联网产业的市场空间有望进一步打开。”
银河航天批量研制的低轨宽带通信卫星 图源：银河航天
在此基础上，地面网络的的基站也将不再成为依赖。类似与传统手机需要依靠地面4G或5G基站实现网络连接，手机直连卫星的概念，相当于将5G基站搬到了卫星上，卫星再通过大覆盖范围的优势，直接接收和转发无线电信号，并对信号进行放大，从而实现地面手机的网络连接。
面向未来，地面的二维网络逐步被扩展成立体的三维网络，建立起空、天、地、海泛在移动通信网，最终实现天地一体的“智能泛在”网络。
在这个三维网络中，卫星成了新的“太空基站”，同时由3GPP主导的标准化工作也使卫星网络和地面蜂窝网络形成了技术融合后，运营商将会更多的在自己的网络建设中使用卫星的手段增强其网络能力，“太空基站”等天基设施在运营商网络中的占比也会逐渐上升。
不过，银河航天表示，这种转变仍是一个非常长远的概念。要真正做到“直连卫星”，手机要走的路其实还很长，卫星的技术进步也是关键因素之一。未来，直连卫星的手机将成为天地一体化融合网络的一部分，整个通信的市场格局也将从纯地面扩展到“地面+太空”。
而解决上述问题的关键，则分散在手机侧与卫星侧——两个终端。
更精细的“动中通”
观察者网此前曾报道车载“动中通”的进展，“动中通”是指卫星终端可以在移动中进行通信，手机与卫星的直连，也可以归类为“动中通”技术的一种。
针对手机直连卫星，林广荣向观察者网解释了手机端的技术难点，“目前来看，要实现这一能力的技术门槛并不低。要将卫星通信实现到手机终端中，首先要在保证一定通信速率的前提下，实现终端的小型化和轻量化。假如需要将Ka/Ku等高频段高速卫星通信集成进手机，天线射频的尺寸、重量等目前都无法满足手机这么小的终端要求，这些都是非常严峻的挑战。其次，手机要发射信号到卫星，尤其是高频通信，信号会有较大衰减；在持续高速通信条件下，耗电很大，会导致手机很快就没电。此外，手机终端的标准化也非常重要，它决定了整个产业链是否能够统一标准，通过规模量产极大降低终端成本，让卫星手机走进千家万户。因此需要卫星业界与地面移动产业界通力合作，让卫星与地面通信尽可能融合和标准化”。
相较于汽车卫星通讯对终端的尺寸、重量和功耗更加宽松的要求，手机的便携性需求，使其对于地面终端硬件的需求更为严苛。
长征二号丙运载火箭将银河航天02批六颗低轨宽带通信卫星送入预定轨道 图源：银河航天
从当前能够直连手机的卫星和5G NTN（NTN指的是非地面网络）标准还处于仅支持窄带通信的阶段来看，手机端的多频段、小尺寸手机天线和射频模组等研发还有很长的路要走。
而在卫星侧，要达到娱乐化的宽带通信能力，则取决于卫星能力。由于手机受限于用户体验，不可能安装巨大的天线或大功率电池，这就需要卫星来弥补这一技术要求。包括让卫星的天线增益更高、通信功率更强等。
近期AST SpaceMobile发射的BlueWalker-3卫星的相控阵天线彻底展开后能达到64.4平方米。银河航天则已经完成星载瓦式毫米波多波束相控阵的研制，令卫星终端尺寸和重量已经大幅下降。
统一标准源于政策支持
由于目前不同手机运营商之间的打造模式不同，商业企业间发展的卫星种类也不尽相同。所以，“应用场景包括通信、高精度导航定位等。不同功能的卫星未来应该会存在各自的标准。”林广荣对观察者网表示。
但他同时也提到，“对通信卫星来说，未来手机直连卫星实现访问互联网，已不仅仅是卫星之间的标准统一，而是意味着整个卫星互联网体系需要尽量和地面网络体系互相兼容。这其中包括统一兼容的网络架构、相近但参数选择不同的信号波形和空口体制、标准的系统间接口等，才能保证卫星和地面通信系统间的互联互通，并充分利用地面通信的产业链体系降低整体建设成本，扩大用户市场”。
统一的网络架构意味着需要政策端的支持。
目前，适合手机直连卫星的是UHF、L和S频段，其中只有少量频谱资源可用于卫星系统，大部分频率为地面移动通信使用。而要实现手机直连卫星宽带通信，便需要突破现有规则，即准许在卫星频段部署地面网络，也准许在地面移动通信频段部署卫星系统。
而针对天地一体化运营的新模式，银河航天则认为，在国内政策尚未确定之前，可以借鉴海外采取的“国内建网、海外运营”模式。
尽管有声音称手机直连卫星在短期内只能作为地面基站的补充，但大多数业内人士仍普遍对该市场的前景较为看好。
在“捅破天”的前路上，中国相关企业始终未曾停下脚步。
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