NO.1

段玉龙（主持人）：最近，华为和苹果公司先后发布最新款手机，都宣布实现了卫星通信功能，原理究竟是什么？手机怎么就连上卫星了？

蓝天翼：手机连接卫星并不是一项最新突破的技术，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，不过在当时，尚存在一些技术瓶颈，限制了这项技术进入大众消费者的视野。比如：与卫星进行通信的终端无法在室内使用（除非启用一些室分信号增强技术），功能相对单一，资费高昂，实际使用的频率并不高。所以，这项技术只在某些领域形成了产业体系，并没有走进千家万户。

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：一方面，卫星有了更大的天线、更高的功率，使得卫星可以连接更多的地面设备，带宽更高，地面天线连接卫星的成本也就是地面天线的增益逐渐变小；另一方面，芯片技术的发展推动了地面终端（比如手机）不断进化，性能更强，功耗更低，集成度更高。近年来，市面上出现了价格更为低廉的芯片，将芯片集成进手机会是一种低成本、便携程度高的服务方式，手机(包括基带芯片、射频芯片和卫星天线)与卫星构成通信系统，卫星和终端构建的链路特性决定了通信双方数据交互的速率以及系统的容量。这就使得手机连接卫星成为现实。

NO.2

段玉龙（主持人）：华为和苹果最新发布的两款手机，他们连接卫星的原理是否是一样的？

蓝天翼：从通信系统来看，华为使用的是北斗系统，苹果是Globalstar。以华为Mate50系列搭载的卫星联网技术为例，这实际是我国北斗卫星系统自带的短报文功能，不仅可以利用北斗系统进行定位，还可以实现短报文传输。目前北斗短报文服务在民生保障、抗险减灾、野外搜救、海洋渔业、交通运输等多个卫星互联网领域有广泛的应用。

近年来，得益于国内半导体技术的发展，得益于国家在北斗系统应用场景上的开发，国内厂商开始着力投入研发基于北斗系统的基带射频一体化的芯片，并且芯片的制造成本越做越低。收发北斗短报文的基带射频芯片需要集成到手机的系统芯片中，华为迈出了第一步，把北斗短报文通讯的功能集成到手机，率先实现利用手机进行卫星通信功能。

苹果公司自2017年就开始研究手机直连卫星。9月8日凌晨，苹果公司发布2022年度最新手机iPhone14系列，此前传闻的直接与卫星联网的功能得到证实，将被搭载于新款iPhone中。苹果公司选择Globalstar作为其合作伙伴，该公司的一项功能将允许iPhone14用户从偏远地区发送紧急信息。

因苹果而再次站在聚光灯下的Globalstar是与铱星计划同时期的上一代卫星互联网，从运行的状态来说，Globalstar的商业模式以及在轨的卫星质量一直不如铱星。铱星能够提供双向通信，可以提供上百Kbps级别甚至Mbps级别的通信能力。但是Globalstar卫星系统在没有地面网络的情况下只能单向发送消息，而且Globalstar在轨卫星的失效问题比较严重，使得目前在轨的系统也只能够提供一些救险、应急等类似于北斗短报文的保障能力。

NO.3

段玉龙（主持人）：所以，无论是华为还是苹果的手机，直连卫星能够实现的功能就是发短信？别的方面比如打电话或者看视频、发图片是不是还无法实现？

蓝天翼：目前所谓的手机直连卫星联网只是实现基础的“通信”，距离消费用户心目中的畅行“上网”还比较遥远，还有一些问题需要解决。

首先，卫星互联网要实现宽带功能，就不能把自己的业务承载在一个相对较低的频段上。Starlink、OneWeb等卫星互联网用的都是相对较高的频段，因为在较高的频段上能够承载更高的带宽。这类星座配套的地面终端相对会比较大，比如说像Starlink的终端，它在地面的终端的口径要50多公分，也就是说需要有一个50多公分的像锅一样的东西才能跟Starlink的卫星进行通信，达到百Mbps的速率。针对这样的场景和现有的卫星，短时间内我们很难把终端缩小到手机的程度。但是不排除，随着未来技术的发展，在手机这么大的平板上实现几十Mbps的通信速率，这是有可能的。

其次，当手机跟卫星相连时，无法做到把电磁波能量聚焦到一个卫星的方向上。我们手机打电话的时候是不会故意调整手机的姿态比如瞄向一个基站的，因为手机里的全向天线可以360°无死角收发信号，保证了任何角度都能跟基站通信。

第三，功率也受到限制。跟低轨卫星进行高速传输时候，尤其是用在高频段，虽然用一个大的平板有可能会实现通信，但是通信就需要功率满足基础的链路预算。持续的高速通信条件下，功率可能会导致手机很快就没电了。所以，Starlink现有的终端更适合应用于固定或者便携站的场景，比如固定在房顶上，可以持续给它供电；还有比如像在车上、船上等特殊的运输载具，但是对于手机这种手持应用场景来说，要求做到终端功耗低、体积小来保证用户的体验，这个矛盾从原理上还没有特别好的解决办法。

NO.4

段玉龙（主持人）：手机如果要实现快速连接，目前还无法直接依靠天上的卫星互联网，还得依靠地面的4G或者5G基站，未来手机直连卫星的应用体验能否跟现在一样？甚至比现在更好？

蓝天翼：在国内可能是一件很难的事情，中国的地面网络是由数百万个4G和5G基站覆盖而成的，轨道上的卫星数量很难与地面基站对等，而且地面基站的部署成本要远比卫星的部署成本低得多。现阶段的普遍观点认为，卫星网络依然是地面网络的有效补充与延伸，是实现空、天、地、海全时全域网络覆盖的一个重要手段。也许在不久的将来，可能会有几十Mbps级别的卫星服务，也许五年之内能够实现。但若想等同于地面200Mbps的体验可能挺困难。

NO.5

段玉龙（主持人）：在整个卫星网络的建设中是否要有一些质的变化，比如专门发射一批能够和手机性能相匹配的卫星，才能够实现手机的卫星高速通信？

蓝天翼：以目前手机直连卫星的原理，要实现超高速的通信能力，上限不单由手机决定，也较大程度上取决于已经发射的在轨卫星的能力。如果仅是短报文的通信访问，以华为、苹果为代表的手机与低轨卫星直连即可实现，但要实现高速访问网络，最终还是要通过空地网络融合的方案来解决。

2022年8月，SpaceX联合美国运营商T-Mobile举办活动，宣布合作为手机带来Starlink卫星网络直连服务，计划在Starlink二代上增加一个L频段的载荷。通过这个载荷，用户不需要更换手机就可以跟卫星去相连了。从解决方案上来看，它跟苹果和华为有一点区别，苹果、华为需要在新手机里增加一个芯片，需要增加一些跟卫星连接的部件才能完成与卫星相连，而Starlink二代提供的L频段功能可以使手机直接与卫星连接，但这也给卫星提出了更大的挑战。

第一种场景，不管是Globalstar还是北斗导航卫星，需要的是手机适应卫星，对卫星不需要进行任何改变；第二种场景，地面的终端已经存在的情况下，卫星要去适应手机以及整个地面通信这套现行系统的机制。

NO.6

段玉龙（主持人）：天上的卫星还要和地面基站的这套网络有一个连接才能和手机相适应？

蓝天翼：手机直连卫星实现访问互联网，最终也需要通过卫星连入地面终端后才能访问传统核心网，而卫星的作用便可视为太空中的基站。如此一来，意味着整个卫星互联网体系需要做到和地面网络体系一致，而这种一致性首先体现在频段的收发上。手机与卫星的距离，远超过手机与地面基站的距离，因此要实现同等频率的接收，意味着卫星需要有更强的天线，来弥补空间距离增大以后带来的信号路径损耗。

在整个的过程中要求卫星作出的改变：

它要变成一个基站。

它必须要把天线做得很大。

卫星在轨的过程中会遇到很多的挑战，比如卫星发射的过程中天线必须是收拢的状态，那么在轨以后它第一件事就是要展开它的天线，如果天线展开失败了，或者是天线的口径不够，它都无法实现跟地面进行通信，所以它需要多次展开，展开成一个很大的天线。一颗Starlink卫星大约是7米或者8米长，但天线展开面积约为25平方米，比本体更大。美国一家卫星网络服务供应商AST Space Mobile公司，其试验星的天线面积达64平方米，且未来希望做到天线的尺寸为900平方米。

以T-Mobile和SpaceX的合作为例，这套方案就需要卫星去适应地面。首先是星地要同频，因为地面已存在一套成熟的通信系统，卫星接入这套系统就需要匹配地面通信系统的频段。另外星地同频还要解决干扰问题，以确保地面信号要上星时，不能有其他的同频终端干扰。

不仅如此，整个卫星互联网的产业链都要跟地面系统进行适配，其中涉及各种组网、认证环节，还需要较长的周期去实现。目前，手机直连卫星完成了从0到1的跨越，苹果、华为的入局，会拉动更多终端产业链开始关注卫星互联网。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。

解读|手机直连卫星的技术挑战与未来发展趋势

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