一文让你了解手机直连卫星行业现状及技术发展

随着地面互联网的日益完善，互联网已然成为社会运转不可缺少的重要一环。当人们习惯了互联网带来的便利生活时，地球上的很多人却因经济、交通、人口密度、产业等多方面原因，未能被互联网所覆盖。全球未能使用互联网用户数大于总人口数的30%，大约有27亿人仍然没有网络覆盖，他们无法通过便捷互联网访问信息、享受在线服务和参与数字经济。互联网仅覆盖了约20%的陆地面积，许多偏远和地理环境恶劣的地方，例如高山、荒漠和丛林，都是互联网的盲区。

对于这些这些地区而言，需要通过切实可行的新型通信方式——卫星互联网来打破当前瓶颈，为更多的人们提供稳定且快速的网络连接。

卫星通信具有抗毁性强、覆盖范围广、通信距离远、部署快速灵活、通信频带宽、传输容量大、性能稳定可靠、不受地形和地域限制等优点，可以实现有线电话网和地面移动通信网均无法实现的广域无缝隙覆盖。因此对于广大低业务密度地区来说，使用卫星通信系统比建设地面通信网更经济。同时对于某些类型的业务和应用场合，卫星通信系统具有一定的优势，如视频广播、互联网接入、国际通信等。

卫星通信技术在国际通信、国内通信、国防通信、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用，尤其适用于边远地区、农村、山区、海岛、灾区以及远洋舰队和远航飞机等陆地通信不易覆盖的地区。

与地面网络相比，卫星互联网最大的优势就是无需依赖地面基站，不论处在何时何地，卫星互联网都能提供稳定的流畅网络连接，且处于太空位置上，空间位置高，使其覆盖范围大，服务范围广，因此具有三维、广域、无线移动的覆盖能力，卫星通信与能够全球通信覆盖的需求完美匹配，能够满足用户无论身在何处，都可以享受稳定的网络连接的需求。

近年来，随着技术的进步和投资的增加，低轨通信星座呈现出爆发式的增长。

卫星通信行业快速发展，市场空间较大。根据前瞻产业研究院援引美国卫星产业协会（SIA）数据，2021年，全球在轨运行卫星中，通信卫星市场规模占比达到65%。经测算，2021年全球卫星通信行业市场规模约为1816亿美元，同比增长24.28%，2017-2021年市场规模复合增速达11.98%。

在轨卫星数量不断上涨，前景广阔。截至2023年6月，全球在轨卫星总数已经超过8000颗。这一数据不仅展现出该领域的迅猛增长，也反映了近年来卫星通信的广阔前景。在所有在轨卫星中，低轨卫星通信具有低延迟、高传输速率的特点，因此其数量更为惊人，达到了7305颗，占据了绝大多数。在众多的低轨卫星中，有7个百星以上规模的低轨巨型卫星星座。而其中最为引人注目的无疑是星链（Starlink），其在轨卫星数量已经超过了5000颗，几乎占据了低轨卫星数量的三分之二。

星链已经进入商业化快车道

近日，星链（Starlink）官方网站商业服务板块全新推出星链直连手机业务（Starlink Direct to Cell）。该业务适用于现有的LTE手机，无需更改硬件、固件或特殊应用程序，即可通过星链发送文本、语音和数据。预计2024年实现短信发送，2025年实现语音通话和上网（Data），同年分阶段实现IOT（物联网）。该项业务合作的手机运营商及国家包括：T-Mobile (美国)、ROGERS(加拿大)、KDDI(日本)、OPTUS(澳大利亚)、ONE NZ (新西兰)、SALT（瑞士）。纳入合作伙伴的国家和地区，可获得同样的直连手机服务。

由此可见，自2019年SpaceX首次发射星链卫星以来，星链计划已经取得了令人瞩目的进展。如今，星链已经在全球超过50个国家和地区部署，为超过150万用户提供服务，且预计在今年底升至350万至400万。

智能手机直连卫星领域的突破

在SpaceX推出星链直连手机业务前不久，华为官宣了mate60pro手机，通过天通一号卫星网络支持成功实现手机直连卫星语音通信功能。随后苹果在与全球星（Globalstar）卫星通信系统的合作深化，实现了紧急求助的功能，恰好初步验证了电信设备商推动、大众消费级卫星通信服务的卫星直连产品与商业模式。

卫星技术供应商和研发公司升级卫星直连技术

同时，不仅仅是手机制造商，许多卫星技术供应商和研发公司也加入了这一领域的探索。AST SpaceMobile公司成功研发出一颗装备有64平方米相控阵天线的试验星，名为蓝行者3号（BlueWalker 3）。今年4月，AST用普通的Galaxy S22手机成功地与其试验星通话，实现通信速度可以达到10Mbps。这一重要测试验证了卫星直连、星地一体化融合4G/5G宽带通信的可行性。并且根据AST官网的最新公开信息，今年9月，蓝行者3号近期向无地面网络区的常规手机三星Galaxy S22手机中继了首个5G通话。在此次5G通信试验中，蓝行者3号首先接收了美国电信服务商AT&T的信号，随后将信号转发到了沃达丰公司位于西班牙的地面网络。

低轨卫星互联网星座建设目标

根据当前低轨卫星互联网市场的发展现状可以推断，未来低轨卫星互联网星座建设的两个方向，即宽带通信和手机直连。

星链在发布手机直连业务前所采用的宽带通信模式，使用高频段，如Ku/Ka频段。这种模式的目的在于为地面用户提供类似于“移动无线光纤”的体验。简单来说，就是提供高速的、稳定的网络连接，这与我们日常家中的光纤入户服务相似。这种模式主要服务于ToB业务或其他需要大量数据传输的业务。

由于智能手机的普及率极高，它所能触及的用户基数非常巨大，从而使得其渗透能力和市场前景都非常乐观。这种模式的特点是共用Sub-6GHZ等地面频段，旨在实现普通智能手机可兼容直连卫星与地面蜂窝网络。如今，我们已经看到了华为的“捅破天”技术、苹果以及AST等公司在这一方向的努力和创新。

应急通信是一个极为关键的领域。在自然灾害、紧急事件或其他特殊情况下，传统的通信网络可能会受到影响或中断，而卫星通信可以提供一个稳定、可靠的备用通道。它可以确保救援队与指挥中心之间的通信不断，并为受灾者提供实时的疏散指导和搜救信息。灾后恢复和重建是一个长期过程，卫星通信可以帮助确保灾后的安置和维稳工作得以顺利进行，包括提供生活必需品、医疗救助和其他关键服务。

在车联网中，车载系统可以直接通过卫星进行固件的广播和升级，这样无论车辆在何处，都可以实时获取最新的固件更新，保证车载系统的安全和稳定性。同样地，车载导航地图和其他重要的车载系统数据也可以通过此方式实时更新，为驾驶员提供最新的路况和导航信息。

在物联网的领域中，智能照明系统、物联网通用控制消息等设备也都可以利用手机直连卫星技术，进行实时的数据传输和控制。这种方式的好处是无论设备在何处，只要能够连接到卫星，就能够实时获取数据和指令。

除此之外，视频广播领域也能从中受益。现在的电视直播不仅仅局限于家中的大屏，还可以扩展到手机、平板等移动设备上。卫星直连技术可以确保在任何地方都能够流畅地观看视频内容，无论是电视节目、现场直播等，都能够为观众提供高质量的观看体验。

在通信和雷达应用中，由于终端技术的高要求，AST及其他国际企业都选择在天线上进行技术升级和优化，以确保其能够支持地面手机和其他应用的需求。

 功能需求

（1）阵面面积要求

数十甚至超过百平米的阵面面积：在卫星通信中，天线的面积与其接收和发送的信号强度密切相关。一个较大的天线面积可以提供更强的信号增益，从而实现更远距离的通信和更高的数据速率。

运载整流罩包络需求：为了有效地发射卫星，需要最大化利用火箭的内部空间。如果天线可以与卫星体紧凑地收拢，那么它就可以在较小的火箭内部空间中进行部署，从而节省发射成本。

解锁和展开：天线需要一个可靠的机制来在卫星到达轨道后快速并准确地展开。这给机械工程带来了挑战，例如：如何设计一个在极端空间条件下可靠工作的展开系统。

动态对地覆盖：随着卫星在其轨道上的移动，地面上的覆盖区域也会变化。为了确保连续且高质量的覆盖，天线需要能够动态地重构其波束。

另外，相控阵天线还需解决展开时精度不足或者高低温引起的形变的检测和补偿。

实施难点

（1）超轻阵面

天线减重设计：为了确保卫星的总体重量在可接受范围内，天线材料和设计都需要进行优化，以达到轻量化的要求。

锁紧释放机制：确保天线在发射和部署过程中稳定。

巨量芯片：大规模生产可以降低单件成本。

参考文献：《星链官宣手机直连卫星 一文了解手机直连技术发展！》——银河航天漫游指南