手機直連技術發展現狀及未來發展建議

摘要：全球衛星互聯網產業迅速發展，手機直連衛星成為國內外各大企業爭先發展的競爭高地，本文介紹了國外當前新興商業公司手機直連衛星通信技術的發展現狀；分析了3GPP NTN 標準演進情況，并初步闡述了存量手機直連衛星技術和雙模終端技術；提出了我國手機直連衛星技術未來發展建議。

關鍵詞：手機直連衛星；3GPP NTN；存量手機；發展建議

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.013

中圖分類號：TN 927+.2；TN 929.53 文獻標志碼：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，航空航天行業迅速興起，衛星制造和運載發射成本大幅降低，地面通信終端芯片能力快速提升，衛星通信行業不再滿足服務于少數特殊行業，而是希望能夠通過接入更廣泛的用戶，在更多的應用場景下獲得收入。在此背景下，各類低軌衛星直連項目不斷涌現。

在國外，多家公司已陸續推出手機直連低軌衛星的計劃。以星鏈為例，SpaceX計劃推出星鏈直連手機業務，這一服務可以直接通過消費者現有的手機進行連接，無須更換新機。

面對手機直連技術的快速發展與激烈的市場競爭，我國應積極推動國內手機直連業務頻譜應用需求的研究，提高頻譜資源的利用率；此外，加速推進手機直連標準化建設，使行業標準達成統一，協調各類技術體制，促進私有體制協議的兼容發展。

1 手機直連產業發展現狀

目前，多家美國衛星商業公司正在爭先恐后地加速手機直連技術的發展，本文以美國AST & Science、SpaceX、Lynk Global公司為例來闡述手機直連發展態勢。

1.1 美國AST & Science公司的低軌衛星星座

美國AST & Science公司（簡稱AST公司）建設的低軌衛星星座計劃使用4G/5G 通信頻段與手機進行直連通信，并完成全球信號覆蓋[1]。AST公司在2023年4月份宣布，該公司已經完成了使用日常未經修改的智能手機進行太空語音通話。該項測試基于BlueWalker 3測試衛星，使用三星Galaxy S22智能手機實現語音和數據的5G連接，4G測試數據速率為14 Mbps。2023年6月，AST公司宣布，該衛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議。

1.2 美國SpaceX公司的低軌衛星星座

2023年10月11日，SpaceX公司星鏈官方網站宣布推出星鏈直連手機業務。SpaceX公司明確將攜帶4G基站入軌，衛星使用星間鏈路、星上再生處理模式建設衛星通信網絡。預計逐步實現短信發送、語音通話、上網等功能。

2022年12月6日，SpaceX公司向美國聯邦通信委員會（FCC）提交了“移動衛星服務（Mobile Satellite Service， MSS）”申請。該申請旨在要求FCC授權其在美國市場開放直接對蜂窩網的衛星有效載荷許可。以便基于1 910～1 915 MHz和1 990～1 995 MHz頻段開通通信鏈路，從而實現無保護、無干擾的普通手機蜂窩網絡移動通信服務。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°范圍內提供對地球的全面和連續覆蓋。

1.3 美國Lynk Global公司的低軌衛星星座

2022年9月，Lynk Global公司宣布其獲得了由FCC頒發的衛星通信服務商業許可證，可以在全球范圍內提供存量普通手機直連衛星服務。FCC批準Lynk Global公司衛星使用地面移動通信頻率，但是，該服務只能在美國建設但不能在美國運營，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行合作，為帕勞提供手機直連服務，Lynk Global公司提供的手機直連服務同樣是采用存量手機直連衛星進行雙向語音通話。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服務。

2 手機直連技術發展現狀

手機直連技術可分為3GPP NTN、雙模終端、存量手機直連衛星技術三大類。其中，雙模手機直連技術可快速落地，但產業鏈相對獨立，技術演進緩慢；存量手機直連技術采用標準4G/5G終端，無須軟硬件改動，但僅支持低軌衛星，基站側需定制增強。

2.1 3GPP 國際衛星互聯網標準

R16 階段，3GPP初步擬定了透明轉發和星上再生兩種 NTN（非地面網絡）架構。R17面向GEO/MEO/LEO等場景，提供短信/語音/窄帶/寬帶等多種業務，支持L/S等頻段開展手機直連，具備透明轉發模式下端到端通信能力。R17被視為 NTN進入5G的開端，對 NTN 協議進行了增強[2]。2022年6月，5G R17標準宣布凍結，標志著5G技術和標準已經進入成熟和穩定期，R18標準制定工作開始啟動。R18階段，為未來消費級商用終端引入了更多的可用頻段、更多業務類型技術研究，但暫不支持基站上星。采用3GPP衛星直連通信技術，用戶需換新機oscAnkXxv6sx8O2/mcwvkg==，系統頻段兼容、協調難度較大，手機接入3GPP非地面網絡的5G/6G網絡，不兼容現有衛星系統。

2.2 雙模終端技術

采用雙模終端技術，新用戶需更換手機，雙模終端技術利用已建成衛星移動通信系統與現有衛星通信技術體制，通過芯片小型化、射頻天線優化等技術，在手機中增加傳統衛星通信終端的通信功能，使手機成為地面移動通信與衛星移動通信雙模終端。以華為Mate 60 pro為例，其使用的是天通衛星，其體制協議并非現網手機通用體制協議，終端需要配置專用處理器，將雙模衛星電話做得更加小巧。將內置天線、基帶射頻芯片進行一體化、小型化，實現衛星核心網與移動核心網信令協議轉換，設計適合手機終端尺寸的天線。

2.3 存量手機直連衛星技術

存量終端手機直連一般采用基站上星技術，基站上星結合星間鏈路可在無須建設海外信關站情況下實現全球無縫覆蓋。存量手機直連衛星技術依賴基站側補償及調控，存量終端是指標準4G/5G終端，無須進行軟硬件升級。采用存量手機直連衛星技術的衛星通信運營企業一般與地面運營商進行商業合作，復用現有4G/5G移動業務頻率，將基站搬到距離地面幾百千米的太空，實現手機直連衛星功能。這種方式的關鍵技術挑戰是大面積陣列天線，增加天線增益，滿足存量終端直連衛星鏈路需求。

3 手機直連衛星發展建議

結合上述手機直連衛星產業現狀及技術發展，面對競爭激烈的市場環境，本文從以下兩個方面提出發展建議。

3.1 推動手機直連頻譜研究

目前，手機直連衛星主要聚焦于低頻，且可能與地面蜂窩網絡共用頻率。此外，低軌衛星波束對地干擾影響廣泛，且干擾程度復雜多變。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，手機直連下的星地頻譜共享研究十分迫切。應充分調研用戶需求與手機直連衛星頻率發展方向，綜合分析地面移動通信與手機直連通信的兼容性，提升服務效率，優化頻譜利用率。

3.2 推動手機直連標準化建設

面向手機直連，應考慮到太空衛星的全球業務可實現性、終端連接衛星的業務穩定性等。當前，我國手機直連方案多數推行的是終端廠商與衛星運營企業的私有協議。應加強衛星互聯網終端側的標準研究，包括接入網總體技術要求、終端設備技術要求、終端設備測試方法等。盡快完善手持衛星互聯網終端在OTA 技術要求、射頻要求等方面的技術要求以及相關的標準，為我國衛星互聯網終端的監管提供有力抓手，促手機直連業務健康發展。

4 結束語

手機直連衛星技術填補了衛星互聯網領域空白， 有潛力成為未來信息通信產業的主要商業形態之一。本文從當前國外新興商業公司著手，介紹了美國AST & Science、SpaceX、Lynk Global三大衛星互聯網公司的相關技術情況。分析了3GPP NTN、雙模終端、存量手機三類手機直連衛星技術，并從推動手機直連頻譜研究和推進標準化建設兩個方面提出建議，希望為我國手機直連衛星產業發展提供參考。

參考文獻

[1] 王達，童建飛，穆飛宇．手機直連衛星通信：發展現狀、應用場景和標準演進[J]．無線電通信技術，2023，49（05）：795-802.

[2] 王鵬，祝思婷，李辰，易軒．衛星互聯網標準化發展分析[J]．無線電通信技術，2023，49（05）：803-808.