存量5G手机直连低轨卫星通信技术研究

孙晓南 周世东 侯利明 康绍莉

1 中信科移动通信技术股份有限公司 北京 100083

2 清华大学 北京 100084

引言

近年来，卫星通信以其覆盖范围广、传输容量大、不受地形环境限制等特点受到越来越多的关注，成为5G(第五代移动通信)及未来6G(第六代移动通信)无线通信网络的重要组成部分和潜在业务增长点。以StarLink和OneWeb为代表的低轨宽带互联网星座建设如火如荼，可为用户提供宽带卫星互联网接入服务，其商业前景备受关注。国际标准化组织3GPP(第三代合作伙伴计划)已经完成了5G标准化的R17版本，支持NTN(非地面网络)场景的接入服务，包括透明转发模式下的卫星通信服务[1-2]。2022年5月，ITU(国际电信联盟)也发布了《IMT-2020卫星无线电接口愿景与需求报告书》，标志着5G卫星通信标准正式向全球征集候选技术方案，ITU计划在2025年前对提交的候选技术进行评估，并完成5G卫星无线电接口的标准建议书[3]。与宽带卫星互联网应用相比，手机直连卫星模式以其受众广、终端便携、市场潜力巨大等特点，自2022年开始成为新的研究热点。国际上，以AST Space Mobile为代表的美国初创卫星公司积极开展手机直连卫星的技术试验，SpaceX和T-mobile合作表示将部署能够利用手机直接接入的卫星网络，爱立信、泰雷兹、高通联合声明将共同研制5G NTN卫星系统，苹果公司也表示iPhone14等产品将支持卫星通信。国内的卫星运营商、地面运营商、系统厂商、终端厂商等，均在积极关注手机直连卫星的需求与技术发展[4]。手机直连卫星是5G及未来6G网络发展的一个重要方面，使得应用最广泛的移动通信终端与覆盖范围最大的卫星网络紧密结合，是增强终端能力与网络覆盖广度的重要方法，是对传统的依靠专用终端的、以话音及低速率业务为主的卫星移动通信的重新定义，是面向6G真正实现随遇接入、无缝覆盖的重要举措。手机直连卫星系统的基本愿景为：地面移动网络手机终端可以无感知地在地面移动网络和卫星网络间接入和切换，真正实现手机终端在全球范围内的无缝覆盖以及不间断服务[4-7]。

手机直连卫星技术因为现有巨大的手机终端数量而备受业界的青睐。据统计，截至2023年初，全球活跃的移动终端接入数量超过55亿，如此海量的手机终端规模使得存量手机直连卫星模式具有极大的商业潜力。因此，业内商业巨头纷纷将目光投向手机直连卫星领域，手机直连卫星模式也呈现出了不同的技术特点，主要有3条技术路线，其一为基于传统卫星通信技术的手机直连应用，基于传统体制定制终端，比如iPhone14手机终端计划通过GlobalStar卫星接入；其二为基于3GPP R17 NTN版本的手机直连[8]，需要未来新开发终端，比如泰勒斯、高通和爱立信联合发表声明的未来开发；其三为基于当前的存量手机直连卫星，基于存量终端，比如R15版本的5G手机或LTE手机[9]。考虑到存量终端规模很大且用户的换机时间拉长，本文重点研究第三种技术路线的5G存量手机直连卫星涉及的关键问题。

1 手机直连卫星关键技术指标和技术路线

对于低轨卫星通信系统，通信频段、终端的发送功率等因素的不同，终端的形态也会有所不同。从终端的天线类型来看，卫星通信终端可以分为抛物面终端、相控阵终端、普通手持终端等多种类型。手机是普通手持终端的最典型代表，其传统上连接地面蜂窝网络，在特定场景下需要连接卫星网络。因此，本节主要分析手机直连卫星情况下，能够达到的关键技术指标，以及潜在的技术路线。

1.1 手机直连低轨卫星的关键技术指标分析

手机直连卫星相比手机在地面蜂窝网工作，在一些关键技术指标方面会有较大的影响。下面对一些主要指标的影响进行分析。

1)峰值速率

手机直连卫星系统受终端天线增益、发射功率等因素的影响，造成上下行速率受限，其峰值速率相比VSAT终端或传统地面网络而言有较大降低。

2)频段带宽

手机直连卫星系统，受无线传播特性以及终端天线形式等因素的影响，一般工作在低频段，如L、S或C频段。按照ITU的规划，低频段可用于卫星移动通信业务的带宽一般低于20MHz，该带宽远低于5G NR的可用带宽以及传统卫星通信的带宽。

3)谱效

由于手机直连卫星系统功率受限，低信噪比导致高阶调制难以应用，同时卫星距离地面较远，传统的MIMO技术难以用于单星增容，因此这些因素都会限制手机直连卫星系统的频谱效率。

4)多普勒频偏

低轨卫星由于运动速度快，因此会带来较大的动态特性。即便是在较低的L和S频段，低轨卫星带来的多普勒频偏也有数十千赫兹，对频率同步也会造成较大的影响。

1.2 手机直连低轨卫星的技术路线

依据终端所采用的技术体制的不同，手机直连低轨卫星至少存在三种技术路线，如表1所示。

表1 手机直连卫星的潜在技术路线

1)技术路线一：使用专用终端模块的手机直连卫星。

上个世纪就已经出现了支持手持终端接入的卫星通信系统，主要以话音为基本业务，典型的应用系统包括铱星系统、GlobalStar系统以及Inmarsat系统等。21世纪初，我国也建成了支持手持终端接入的天通一号卫星通信系统。传统的卫星电话主要分为地球同步卫星系统和低轨卫星星座系统，其中Inmarsat系统和天通一号系统均为地球同步卫星通信系统，而铱星系统和GlobalStar系统为低轨卫星星座系统。传统的手机直连卫星通信模式具有协议定制化、终端专属化等特点[10-11]。

协议定制化。传统的手机直连卫星通信系统的空口协议均为专属定制协议，不同的卫星通信系统间不能互联互通，空口协议互不相同。比如：铱星系统采用类似GSM协议，GlobalStar采用扩频技术，Inmarsat第四代星采用GMR-1 3G协议，天通一号也采用私有的定制化通信协议。

终端专属化。传统的手机直连卫星通信系统的手持终端均为专属终端，只能在本系统内使用，不能与其他的卫星通信系统相通。为了使用方便，市场上也有一些双模终端出现，既能连接卫星系统也能接入其他通信系统，比如地面移动通信网络。但是受制于应用需求和场景的局限性，传统卫星手持终端的成本高、价格贵，导致终端的应用数量有限，造成系统盈利能力差，反过来进一步局限了传统卫星通信系统的产业链，使得传统的卫星手持终端成为一种小众化的产品。

2)技术路线二：使用3GPP NTN协议的手机直连卫星。

3GPP从R14开始成立了“NR(新空口)支持NTN的解决方案”工作组，探讨NR空口传输技术用于NTN场景的可行性。在R17阶段，针对透明转发模式下的NTN技术进行了研究，并于2022年6月，完成了R17版本的NTN标准化工作[1-2]。在无线空口方面，主要涉及物理层时序关系的增强、上行时频同步技术的增强、HARQ技术的增强等关键技术。

物理层时序关系的增强。NTN场景下，相比地面网络，卫星的覆盖范围增大、传输的时延增加，因此原NR标准中定义的时序关系及参数取值均需要增强，R17协议中增加了k-Mac参数(用于补偿时序调度)，扩展了k-offset等参数的取值范围。

上行时频同步技术的增强。NTN场景下单向传输时延增大，对于低轨卫星场景，卫星的快速运动造成严重的多普勒效应，影响上行时频同步。R17版本标准中终端需要根据星地传输时延和频率变化情况对上行时频进行预补偿。

HARQ技术的增强。NTN场景的大传输时延导致原NR的HARQ进程难以满足需求，因此需要扩展原HARQ进程以及支持关闭HARQ进程等。

在R18阶段，针对手持终端上下行链路受限的特点，3GPP开展了覆盖增强项目的研究。在未来的R19阶段，3GPP仍将会持续开展NTN标准的完善、增强工作。

3)技术路线三：基于存量手机的手机直连卫星。

2022年以来，业界逐渐关注存量5G手机，即基于R15版本的手机终端，直连接入卫星系统的技术[7,9]。当前R15版本的手机终端不支持3GPP NTN技术，因此如果要存量手机接入卫星系统，则终端侧的技术特性不能更改，那么潜在的解决思路只能是对网络侧进行适应性改造，以适应卫星通信场景的深衰落、大延时等技术特点。所以，存量手机直连卫星的研究重点就集中在网络侧协议的优化和改造。

考虑到5G技术在全球的商业应用进程，当前及今后相当长一段时期，基于R15版本的5G终端将成为市场上的主流。同时，由于低轨卫星部署成本上的优势，也成为我国及欧美发达国家卫星互联网系统部署重点。因此，本文以存量5G终端为基准开展手机直连低轨卫星通信关键技术研究工作，充分发挥卫星通信拓宽无线网络时空维度的特点，将网络覆盖从城市、乡村等区域伸扩展至“空天地海”，实现全球无缝覆盖，为满足“万物互联、全球覆盖、泛在智能”等需求夯实牢固基础。

2 存量5G手机直连卫星的主要挑战

对于存量5G手机终端而言，目前采用3GPP R15版本的协议主要适用于地面蜂窝通信。相比地面蜂窝网移动通信系统，低轨卫星通信系统具有链路距离远、卫星运动快等特点，会带来信号衰落严重、时延大、时频变化迅速等问题，这些都会严重影响5G NR通信协议的正常运行。因此，面向低轨卫星通信的长链路距离、大传输时延、卫星快速运动等特征，5G存量手机直连卫星存在着技术挑战。下面进行具体分析。

2.1 大时延对时序关系造成影响

卫星通信相比地面蜂窝网通信，主要的特点就是传输距离远，即便是以轨道高度600km的LEO卫星为例，星地间直线单向通信延时为2ms，远远大于地面蜂窝网系统。传输距离远造成的一个主要问题就是传输时延大，对物理层协议的影响主要体现在定时同步和时序关系这两个方面。

地面5G移动通信系统是对定时同步和时序关系要求非常严格的系统。卫星通信超大的传输时延，一方面超过地面蜂窝系统设置的定时补偿范围，影响同步、随机接入等过程；另一方面使得地面蜂窝系统设置的定时参数或计时参数的取值范围不能满足要求，从而造成时序的混乱。

对于3GPP R15 NR协议，其主要定时参数如下[1-2]。

1)NR下行共享信道(Physical Downlink Sharing Channel，PDSCH)到上行控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)的偏移范围(K1)：0，1，2，3，…，15时隙。对于15kHz子载波间隔(Sub-Carrier Spacing, SCS)，最大往返时延(Round Trip Time，RTT)为15ms，对于30kHz SCS，最大支持RTT=7.5ms。

2)NR下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)到上行共享信道(Physical Uplink Sharing Channel，PUSCH)的偏移范围(K2)：0，1，2，3，…，32时隙。

3)时间提前量(Time Advance，TA)指示范围：最大值为2ms。

对于卫星通信，以技术报告TR38.821[8]中LEO卫星600km轨道高度为例，其链路距离及传输时延如表2所示。

表2 低轨卫星传输时延分析

将表2的参数结合当前5G NR协议定义的取值进行对照，可以看出：

当SCS=15kHz，5G NR 协议定义的最大RTT=15ms，能够支持轨道高度为600km的再生卫星模式(RTT=12.88ms<15ms)，不能支持轨道高度为600km的透明转发卫星模式(RTT=28.408ms>15ms)。

当SCS=30kHz，5G NR协议定义的最大RTT=7.5ms，既不能支持轨道高度为600km的再生卫星模式(RTT=12.88ms>7.5ms)，也不能支持轨道高度为600km的透明转发卫星模式(RTT=28.408ms>7.5ms)。

因此，要想5G存量手机直连低轨卫星，意味着卫星轨道高度需要明显降低，以保证卫星通信的RTT满足目前5G NR定义的最大RTT取值要求。依据初步测算，支持5G存量终端的低轨卫星轨道高度，再生处理卫星可控制在740km轨道高度范围内，但透明转发处理卫星只能控制在280km轨道高度范围内，如表3所示。

表3 支持5G存量手机直连卫星的卫星轨道高度

2.2 大时延对随机接入造成影响

卫星通信的远距离、大时延，会导致地面系统设计的随机接入过程不适用于卫星通信，例如容易造成随机接入流程的时序产生混乱。经分析，对随机接入过程的影响主要在以下方面：1)大传输时延导致终端在随机接入响应窗范围内收不到随机接入响应(Random Access Response，RAR)消息，从而终端重复发送前导码(Preamble)，因此RAR发送策略需要调整；2)RAR中的寻呼命令(Tracking Area Command， TAC)表示的范围不能满足卫星场景大时延的要求，在TAC表示范围不变的情况下需要对基站做定制化修改；3)随机接入信道的循环前缀和保护间隔小于卫星通信场景的传输延迟，因此，随机接入信道会对其他物理信道造成干扰。

2.3 卫星高速运动对时频同步造成影响

低轨卫星围绕地球高速运动，运动速度带来较大的多普勒频偏和多普勒变化率，同时也带来较快的时延变化，这些都会对系统时频同步带来影响。地面通信系统的频偏主要由终端的运动引起，其范围通常在1kHz以内；而卫星通信系统的频偏主要由卫星的运动引起，轨道越低卫星运动越快，多普勒频移也越大，通常高达几十上百kHz。因此，卫星通信系统较大的多普勒频偏会明显超过存量手机的频偏适应范围，使得存量手机很难搜索到卫星通信的同步下行信号。同时，卫星通信系统的多普勒高动态变化，也会增大存量手机频率同步的难度。另外，对于上行接收而言，不同手机终端的上行多普勒频率不一样，也会增加基站侧的检测难度。

2.4 远距离传输对信号损耗造成影响

卫星通信传输距离远，造成信号的衰落强度大。对于常规5G终端而言，发射功率受限导致上行链路受限，这种情况在卫星通信下将会更为明显，即远距离传输将对手持终端的上行链路相比下行链路带来更大压力。因此，存量5G手机终端直连卫星，必须克服手机发射功率和天线增益不够的问题。

综上所述，存量5G手机终端直连低轨卫星通信面临严峻的技术挑战，由于终端侧协议和参数不能修改，因此，为了适应卫星场景，潜在的解决思路只能对网络侧进行适应性改造。

3 存量5G手机直连卫星的关键技术

为了解决低轨卫星通信带来的大延时、高动态、大衰落等特点链路传输的影响，在存量5G手机直连卫星采用地面5G协议不能发生改变的情况下，卫星通信的网络侧必须做相应的改造来适应终端，对应的关键技术主要有时频同步技术、随机接入技术、自动重传请求技术、覆盖增强技术等。

3.1 时频同步技术

为了实现存量5G手机接入低轨卫星通信系统，需要解决时频同步问题。基站侧需要对下行信号的定时和频率进行预补偿，同时对上行接收信号的定时和频率进行后补偿。对于终端侧而言，无需软硬件升级改造。存量手机直连卫星场景下，由基站侧对时频进行补偿和调度时序保障。

1)频率补偿方案

一般情况下采用频率补偿和动态定时补偿的方式来解决快速时频变化的问题。频率补偿的主要方案如下。

①下行信号：基站基于波束中心点做频率补偿，终端基于下行信号做频率跟踪，补偿残留偏差；

②上行信号：终端不做上行频率补偿，由基站侧完成对上行信号的检测。

由于存量手机对频偏的适应范围较小，因此存量手机直连低轨卫星时，需要基站侧将卫星运动带来的多普勒频偏限制在一个较小范围内。为了达到上述要求，需要采用波束夹角较小的卫星波束，这样波束边缘点与中心点的频率偏差被限定在较小范围内，下行信号接收时可以通过存量手机终端直接进行解调；上行信号的频偏也被限制在较小范围内，利于基站侧信号检测和解调。由基站侧补偿波束中心点的多普勒频偏，使得存量手机在卫星波束中，感受不到由卫星运动带来的较大的多普勒频偏。

2)定时补偿方案

定时补偿方案与频率补偿类似，由基站侧负责对超出存量手机定时补偿范围的额外延时进行补偿。基站侧定时补偿选取波束中心与地球表面交点为参考点，存量手机终端仅需要补偿终端到参考点的时延，基站侧补偿参考点到卫星以及卫星到信关站的时延，如图1所示。使得存量手机终端在卫星波束中感受不到大传输时延对定时同步的影响。

图1 定时补偿示意图

物理层需要通过定时补偿的方式抵消超大传输时延带来的定时同步问题，针对上行信号和下行信号分别开展定时补偿。主要的解决思路如下。

①下行信号：基站基于某一参考点做定时补偿，终端基于下行信号做定时跟踪，补偿残留偏差；

②上行信号：终端基于闭环TA进行补偿，基站侧补偿公共部分和动态变化部分。

以5G NR的TA补偿为例，支持的最大TA取值范围为2ms，转化为单程距离约为300km左右。为了支持手机直连卫星通信，则需要将卫星波束边缘到定时补偿参考点的距离控制在300km以内，此时存量手机的定时补偿参数无需更改。同时考虑到PRACH(随机接入信道)格式等因素的影响，卫星波束宽度建议控制在20km左右，对存量手机的时频同步影响较小。综合上述问题，时频补偿的实现可以通过下述途径完成，潜在的解决方案分析如下：

多普勒频移的变化必须由基站补偿，适用于凝视波束，而且波束的半径必须较小，否则波束中心和波束边缘的多普勒相差大，一般半径小于20km。

由于时延变化快，终端无法快速跟踪TA的变化，基站需要实时补偿变化部分。

综上所述，可以得到下述结论：低轨卫星移动带来的时频变化，可以由基站来解决，终端无感知。但是该方案也将会带来以下问题，需要引起关注。

①基站需要补偿每个波束的定时变化和频率变化，增大了基站的复杂度。

②波束的半径较小，如果实现全域覆盖，需要大量的波束，导致需要更多卫星或单颗卫星支持更多波束，使得建网成本增加，天基基站设备体积和实现复杂度更大。

3.2 随机接入技术

对于5G NR手机而言，其在低轨星座手机直连卫星模式下的随机接入方案，可以沿用5G NR的四步随机接入方式。随机接入过程中面临的问题可以通过下述思路解决。

1)RAR window解决方案

从前面的分析可知，对于5G存量手机而言，在直连卫星通信随机接入过程中，现有的RAR window参数对系统影响比较大。目前标准中RAR window可配置的最大取值为10ms，轨道高度为600km的卫星的RTT为12.89ms，因此，终端(User Equipment，UE)在发Preamble之后按照R15协议配置开启RAR window存在监听不到PDCCH的情况，导致RAR接收失败。这将导致UE将不断地重发前导码，且在RAR接收窗内无法收到对应的RAR消息，如此往复，UE无法接入网络。因此，针对该问题基站侧需要做适应性修改。

为了解决存量手机RAR window长度受限的问题，需要在网络侧做机制修改，使得存量手机能够支持星地大延时下的随机接入过程。主要的解决思路为：网络侧为UE配置周期间隔较长的随机接入机会(RACH Occasion，RO)，网络侧在收到UE发送的第一个前导码信号后，不仅反馈对应的RAR消息，还反馈包含UE后续可能重新发送的前导码对应的多个RAR消息，这些RAR消息再经过传输时延后到达UE某个有效的RAR window内被正确解调[9]。选取3GPP技术标准TS 38.211[1]中表6.3.3.2-2索引246的配置，PRACH为格式C2，配置周期为每个系统帧都包含1个RO，在子帧4，候选前导码数量设置为2。如图2所示，按照上述配置主要的修改方案描述如下。

图2 RAR接收解决方案时序图

UE在T1时刻发送Preamble，发起随机接入，传输经过5ms(假设单向传输时延为5ms)，前导码信号到达基站。

基站处理需要2ms，则基站在(T1+5+2)ms时刻发送RAR。

UE在发送前导码后开启RAR window，但是UE超时未收到RAR信息，UE选择重传前导码，选择的前导码为4个侯选值中的一个，选择的RO为下一个系统帧的子帧4对应的RO。重传后UE又开启RAR window，重传时刻记为T2(假设T2=T1+10ms)。

UE在(T1+5+2+5)ms时刻收到T1时刻发送的前导码反馈回来的RAR，此时对应的是(T2+2)ms时刻，正处于T2时刻发送Preamble之后的RAR window时段。

为了使UE能够识别该RAR是发给自己的，基站需要做定制化修改，基站需要把与2个前导码相对应的RAR在UE相应的RAR window区域发送，RAR中携带UE所有2个候选的前导码对应的上行授权资源信息；同时基站用于加扰RAR消息的RA-RNTI也需要下一帧的RO时域信息来产生。这样UE就能在下一个RAR window中监测到RAR，解析RAR后，就不会重复发送前导码了，根据RAR中指示的上行资源，选择合适的资源发送Msg3消息。

此外，对于竞争解决方面，目前竞争解决定时器最大取值为80ms，可以适应卫星系统较长的RTT，UE在发送完MSG3之后按照网络侧配置开启竞争解决定时器，不需要进行扩展，现有协议可以工作。

2)PRACH带来的干扰问题

卫星场景下，随机接入信道的循环前缀和保护间隔小于空口的传输延迟，随机接入信道会对相邻的物理信道造成干扰，因此，对PRACH的RO时频域配置需要进行约束，选择周期较大的RO进行配置。

3.3 自动重传请求(Hybrid Automatic ReQuest，HARQ)技术

对于5G存量手机而言，UE发送下行PDSCH的HARQ反馈，基站根据收到的HARQ反馈的内容确定是否需要进行HARQ重传。UE在发送HARQ后，开启定时器drx-HARQ-RTT-TimerDL，如果该定时器过期且PDSCH没有被正确解码，开启定时器drx-RetransmissionTimerDL进行重传指示的监听。目前NR中drx-HARQ-RTT-TimerDL最大取值范围为56个符号，即最多4个时隙后开始监听重传指示，而低轨卫星的RTT远高于此值。以600km高度为例，透明转发模式下RTT为28.408ms，星上处理模式下RTT为12.88ms，如果UE在4个时隙后开始监听，那么在开始监听的一段时间内属于无效监听，造成UE功率浪费，同时由于drx-RetransmissionTimerDL取值范围为0～320slot，如果此值配置较小会导致定时器已经过期还未收到重传指示，因此可以考虑以下两种解决方案。

1)保持参数drx-HARQ-RTT-TimerDL取值范围，drx-RetransmissionTimerDL实际配置时考虑卫星的大时延影响(取值不能太小)，保证在定时器取值范围内可以接收到重传指示，但是会造成UE功率的浪费。

2)基站不必在收到HARQ反馈后再进行同一HARQ进程的调度，直接通过下行控制信息(Downlink Control Indicator，DCI)域的新数据指示(New data indicator，NDI)来通知UE是新传还是重传。这样可以不改动两个定时器的取值范围也可以保证UE的有效监听及参数配置的灵活性。

因上述两种方案均不涉及现有规范[1-2]的修改，合适的参数配置可以保证目前存量手机的数据传输。对于上行数据传输，对应定时器drx-HARQ-RTTTimerDL和drx-RetransmissionTimerDL的取值范围与下行一样，也存在上述问题，可以考虑相同的解决方案。

3.4 覆盖增强技术

对于卫星通信应用场景，由于大传输时延引起的路径损耗，导致链路预算不足，同时手机终端发射功率受限制，且不能做改动，只能改变卫星侧的收发能力，例如将卫星的轨道高度降低以减少路径损耗，将卫星的天线增大以提高增益。下面以3GPP TR 38.821[8]中卫星和终端参数为例，分析存量手机接入卫星的上行链路情况。上行链路支持的带宽暂定为360kHz，支持子载波间隔15kHz下的2个PRB。为了便于对比，下面分别计算了LEO 600km卫星轨道情况下，终端在星下点、30 仰角和10 仰角位置时的链路情况，见表4。

表4 5G存量手机直连卫星上行链路计算示例

从表4可知，5G存量手机直连卫星情况下，随着终端仰角的变化，上行链路信噪比逐渐恶化，当终端仰角为10 时，C/N=-6.7dB<-5dB，意味着信噪比已不能支持5G最低谱效的调制编码方式了。此外，当终端仰角过低时，容易受到地面反射等影响，也不利于多星间的干扰抑制，因此，建议5G存量手机直连卫星应用时，设置终端仰角门限，比如以仰角30 为分界线，支持5G存量手机在仰角大于30 时接入卫星网络。

另外，随着卫星天线技术的发展，大口径天线的使用也能改善手机直连卫星的链路情况。目前，美国AST SpaceMobile公司的BlueWalker3原型机[12]，便采用了64平方米的相控阵天线，在太空中展开能够获得高天线增益。同时，使用低频段也能够降低路径损耗，增强信号穿透性。此外，通过使用波束增益更高、范围更小的跳波束技术，可以进一步提高单波束的发送增益，进而提升链路性能。在大口径卫星天线或天线跳波束使用后，手机直连卫星的链路情况将有显著的改善。

4 结束语

随着手机直连卫星成为业界的热点议题，运营商也在探讨如何去利用卫星网络来支持存量终端，预期盘活手机存量市场、提升卫星通信商业价值。本文分析了卫星网络支持存量5G终端面临的技术挑战和关键技术解决方案。总体来看，因为终端不涉及改动，支持存量终端的卫星网络不仅需要去解决时频同步、随机接入、自动重传请求、链路预算不足等系列技术问题，而且在轨道高度、波束大小、支持的用户数等方面均存在诸多限制，可支持的传输速率和业务类型也非常有限，从整个网络的建设投资与收益讲未必是最佳解决方案。因此，业界也越来越多地关注基于3GPP R17 NTN的手机直连技术路线。

面向未来，手机直连卫星也将是6G网络发展的重要标志。6G阶段，星地网络将融为一体，以统一网络架构、统一空口协议以及统一频谱规划管理等为基本元素，将5G NTN阶段的星地融合体制兼容逐步转变为6G星地融合统一系统。手机作为应用最广泛、数量最多的移动终端类型，其直接接入卫星服务模式可为用户带来极大的便利性，扩展手机的应用范围，也带来巨大的商业价值。6G的手机直连卫星模式下，手机用户能够无感知地服务于星地融合网络中，真正实现全球无缝覆盖、用户随遇接入以及无感知的星地一致服务。