手机直连技术发展现状及未来发展建议

摘要：全球卫星互联网产业迅速发展，手机直连卫星成为国内外各大企业争先发展的竞争高地，本文介绍了国外当前新兴商业公司手机直连卫星通信技术的发展现状；分析了3GPP NTN 标准演进情况，并初步阐述了存量手机直连卫星技术和双模终端技术；提出了我国手机直连卫星技术未来发展建议。

关键词：手机直连卫星；3GPP NTN；存量手机；发展建议

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.013

中图分类号：TN 927+.2；TN 929.53 文献标志码：A 文章编码：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

近年来，航空航天行业迅速兴起，卫星制造和运载发射成本大幅降低，地面通信终端芯片能力快速提升，卫星通信行业不再满足服务于少数特殊行业，而是希望能够通过接入更广泛的用户，在更多的应用场景下获得收入。在此背景下，各类低轨卫星直连项目不断涌现。

在国外，多家公司已陆续推出手机直连低轨卫星的计划。以星链为例，SpaceX计划推出星链直连手机业务，这一服务可以直接通过消费者现有的手机进行连接，无须更换新机。

面对手机直连技术的快速发展与激烈的市场竞争，我国应积极推动国内手机直连业务频谱应用需求的研究，提高频谱资源的利用率；此外，加速推进手机直连标准化建设，使行业标准达成统一，协调各类技术体制，促进私有体制协议的兼容发展。

1 手机直连产业发展现状

目前，多家美国卫星商业公司正在争先恐后地加速手机直连技术的发展，本文以美国AST & Science、SpaceX、Lynk Global公司为例来阐述手机直连发展态势。

1.1 美国AST & Science公司的低轨卫星星座

美国AST & Science公司（简称AST公司）建设的低轨卫星星座计划使用4G/5G 通信频段与手机进行直连通信，并完成全球信号覆盖[1]。AST公司在2023年4月份宣布，该公司已经完成了使用日常未经修改的智能手机进行太空语音通话。该项测试基于BlueWalker 3测试卫星，使用三星Galaxy S22智能手机实现语音和数据的5G连接，4G测试数据速率为14 Mbps。2023年6月，AST公司宣布，该卫星的初始下载速度超过了10 Mbps，测试项目包括语音通话、4G视频通话和5G蜂窝宽带连接。目前，AST公司拥有超过

2 600项专利，与40多个移动通信运营商签订了协议。

1.2 美国SpaceX公司的低轨卫星星座

2023年10月11日，SpaceX公司星链官方网站宣布推出星链直连手机业务。SpaceX公司明确将携带4G基站入轨，卫星使用星间链路、星上再生处理模式建设卫星通信网络。预计逐步实现短信发送、语音通话、上网等功能。

2022年12月6日，SpaceX公司向美国联邦通信委员会（FCC）提交了“移动卫星服务（Mobile Satellite Service， MSS）”申请。该申请旨在要求FCC授权其在美国市场开放直接对蜂窝网的卫星有效载荷许可。以便基于1 910～1 915 MHz和1 990～1 995 MHz频段开通通信链路，从而实现无保护、无干扰的普通手机蜂窝网络移动通信服务。SpaceX公司与美国T-Mobile地面运营商合作，利用T-Mobile获得地面频谱资源。SpaceX公司计划于2024年完成全面部署，在南北纬58°范围内提供对地球的全面和连续覆盖。

1.3 美国Lynk Global公司的低轨卫星星座

2022年9月，Lynk Global公司宣布其获得了由FCC颁发的卫星通信服务商业许可证，可以在全球范围内提供存量普通手机直连卫星服务。FCC批准Lynk Global公司卫星使用地面移动通信频率，但是，该服务只能在美国建设但不能在美国运营，只能在海外运营。

2023年6月21日，Lynk Global公司与帕劳最大的移动通信运营商进行合作，为帕劳提供手机直连服务，Lynk Global公司提供的手机直连服务同样是采用存量手机直连卫星进行双向语音通话。Lynk Global公司计划在2023年期间，与全球众多移动通信运营商合作开展商业服务。

2 手机直连技术发展现状

手机直连技术可分为3GPP NTN、双模终端、存量手机直连卫星技术三大类。其中，双模手机直连技术可快速落地，但产业链相对独立，技术演进缓慢；存量手机直连技术采用标准4G/5G终端，无须软硬件改动，但仅支持低轨卫星，基站侧需定制增强。

2.1 3GPP 国际卫星互联网标准

R16 阶段，3GPP初步拟定了透明转发和星上再生两种 NTN（非地面网络）架构。R17面向GEO/MEO/LEO等场景，提供短信/语音/窄带/宽带等多种业务，支持L/S等频段开展手机直连，具备透明转发模式下端到端通信能力。R17被视为 NTN进入5G的开端，对 NTN 协议进行了增强[2]。2022年6月，5G R17标准宣布冻结，标志着5G技术和标准已经进入成熟和稳定期，R18标准制定工作开始启动。R18阶段，为未来消费级商用终端引入了更多的可用频段、更多业务类型技术研究，但暂不支持基站上星。采用3GPP卫星直连通信技术，用户需换新机oscAnkXxv6sx8O2/mcwvkg==，系统频段兼容、协调难度较大，手机接入3GPP非地面网络的5G/6G网络，不兼容现有卫星系统。

2.2 双模终端技术

采用双模终端技术，新用户需更换手机，双模终端技术利用已建成卫星移动通信系统与现有卫星通信技术体制，通过芯片小型化、射频天线优化等技术，在手机中增加传统卫星通信终端的通信功能，使手机成为地面移动通信与卫星移动通信双模终端。以华为Mate 60 pro为例，其使用的是天通卫星，其体制协议并非现网手机通用体制协议，终端需要配置专用处理器，将双模卫星电话做得更加小巧。将内置天线、基带射频芯片进行一体化、小型化，实现卫星核心网与移动核心网信令协议转换，设计适合手机终端尺寸的天线。

2.3 存量手机直连卫星技术

存量终端手机直连一般采用基站上星技术，基站上星结合星间链路可在无须建设海外信关站情况下实现全球无缝覆盖。存量手机直连卫星技术依赖基站侧补偿及调控，存量终端是指标准4G/5G终端，无须进行软硬件升级。采用存量手机直连卫星技术的卫星通信运营企业一般与地面运营商进行商业合作，复用现有4G/5G移动业务频率，将基站搬到距离地面几百千米的太空，实现手机直连卫星功能。这种方式的关键技术挑战是大面积阵列天线，增加天线增益，满足存量终端直连卫星链路需求。

3 手机直连卫星发展建议

结合上述手机直连卫星产业现状及技术发展，面对竞争激烈的市场环境，本文从以下两个方面提出发展建议。

3.1 推动手机直连频谱研究

目前，手机直连卫星主要聚焦于低频，且可能与地面蜂窝网络共用频率。此外，低轨卫星波束对地干扰影响广泛，且干扰程度复杂多变。因此，为解决星地通信与地面通信之间的干扰问题，提高星地高频谱资源利用率，手机直连下的星地频谱共享研究十分迫切。应充分调研用户需求与手机直连卫星频率发展方向，综合分析地面移动通信与手机直连通信的兼容性，提升服务效率，优化频谱利用率。

3.2 推动手机直连标准化建设

面向手机直连，应考虑到太空卫星的全球业务可实现性、终端连接卫星的业务稳定性等。当前，我国手机直连方案多数推行的是终端厂商与卫星运营企业的私有协议。应加强卫星互联网终端侧的标准研究，包括接入网总体技术要求、终端设备技术要求、终端设备测试方法等。尽快完善手持卫星互联网终端在OTA 技术要求、射频要求等方面的技术要求以及相关的标准，为我国卫星互联网终端的监管提供有力抓手，促手机直连业务健康发展。

4 结束语

手机直连卫星技术填补了卫星互联网领域空白， 有潜力成为未来信息通信产业的主要商业形态之一。本文从当前国外新兴商业公司着手，介绍了美国AST & Science、SpaceX、Lynk Global三大卫星互联网公司的相关技术情况。分析了3GPP NTN、双模终端、存量手机三类手机直连卫星技术，并从推动手机直连频谱研究和推进标准化建设两个方面提出建议，希望为我国手机直连卫星产业发展提供参考。

参考文献

[1] 王达，童建飞，穆飞宇．手机直连卫星通信：发展现状、应用场景和标准演进[J]．无线电通信技术，2023，49（05）：795-802.

[2] 王鹏，祝思婷，李辰，易轩．卫星互联网标准化发展分析[J]．无线电通信技术，2023，49（05）：803-808.