陈山枝：手机直连卫星的三种技术路线和四个关键点

近几年来，手机直连卫星通信功能成为了手机行业的一大亮点。众多手机厂商纷纷推出搭载该功能的手机，给用户带来了全新感受。在户外探险、野外工作、灾难发生等情况下，用户不再担心因信号问题而与外界失联，安全更有保障。不仅如此，搭载手机直连卫星通信功能可以复用地面移动通信系统产业链，降低卫星通信领域的成本并实现与地面移动通信系统的深度融合，还能显著减少建设和运维成本。

为了更深入地了解手机直连卫星，记者采访到了中国信息通信科技集团有限公司副总经理、总工程师、科技委主任，无线移动通信全国重点实验室主任陈山枝博士。

据陈山枝向记者介绍，早在20世纪90年代，摩托罗拉公司基于低轨卫星通信的铱星系统就能实现专用手机终端直连卫星通信，与当时的地面移动通信系统（2G/3G）竞争，但由于成本高、资费贵，没有普及，只服务于行业用户。

近年来，在国际上，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通信的技术试验。截至2024年12月，Space X公司已经累计发射了375颗星链卫星用于手机直连卫星。

根据中国电信发布的“2024天通卫星终端产业发展年报”显示，2024年，中国电信联合终端厂商累计推出21款大众智能直连卫星手机终端。截至2024年年底，支持直连天通卫星功能的手机款型已达25款，累计销量超1600万台。此外，卫星运营商、地面运营商、系统厂商和终端厂商等，均在积极关注手机直连卫星通信的需求与技术发展，积极开展相应的技术验证。

图片来源：中国电信

“手机”+“卫星”的

三种技术路线

“从手机所采用的技术体制来看，手机直连卫星通信功能的实现主要有三种技术路线。”陈山枝说。

一是基于现有卫星通信体制的手机直连卫星通信。该方案基于在轨卫星的现有卫星通信体制（如铱星系统、GlobalStar系统或天通一号卫星系统），定制面向公众用户的新手机（是双模手机），同时集成地面移动通信终端芯片/模组、专用卫星通信终端芯片/模组，由手机厂商主导，卫星侧基本不做改动。

该方案是“新定制手机”+“已有星座”，可以通俗称为“新手机、旧卫星”。因为使用已在轨卫星，该方案的优势是商用部署快，不足是新定制手机必须集成卫星通信专用芯片，手机成本高且面临终端小型化、卫星天线内置等挑战，受制于在轨卫星能力和手机内置天线，通信速率十分有限，仅提供kbit/s量级速率，只能解决基本通信问题，基本上是一种过渡方案。

二是基于现有地面移动通信体制的手机直连卫星通信。该方案基于现有地面移动通信体制（如4G、5G）实现存量手机直连卫星，用户既不需要更换4G和5G手机也不需要对其进行改动，由卫星和网络侧进行改动和增强实现，将4G/5G基站改动后上星以应对卫星通信场景中的深度衰落、大时延和大频偏等挑战。

一方面，现有手机的无线信号收发能力难以应对星地链路的巨大信号损耗，只能大幅增强卫星侧网络设备的能力，星上需要配置超大规模相控阵天线阵列以提升信号收发能力。例如，AST Space Mobile的BlueWalker3卫星使用的相控阵天线在展开后面积达到约64㎡，其卫星质量约为1500kg，成本高达上亿美元，带来了功耗、体积、质量、成本等系列新挑战。

另一方面，为了匹配现有手机所使用的技术体系，还对卫星的轨道高度、波束成形等有特殊要求和限制，导致用户通信速率和系统容量等受限。该方案是“存量手机”+“新建星座”，可以通俗称为“旧手机、新卫星”，优势在于4G/5G存量手机就能直连卫星，用户市场基数庞大，潜在用户数量大；缺点是需要新建高性能低轨卫星星座，卫星部署周期长，卫星复杂度高且成本高，实现难度大。

三是基于3GPP NTN体制的手机直连卫星通信。该方案由手机和卫星网络侧根据3GPP NTN标准进行改进增强，是“新研手机”+“新建星座”，可以通俗称为“新手机、新卫星”。该方案的优势是手机和卫星间的复杂度和成本的系统平衡，与支持5G NTN演进的智能手机兼容，新手机是单模手机，主要涉及物理层时序和同步的增强，硬件成本基本没有变化，且市场开拓容易；缺点在于需要规划新频率，或通过无线电监管政策创新，允许卫星通信运营商在没有地面基站的区域复用地面移动运营商的手机频谱。

实现5G NTN标准的新手机和新卫星，新建卫星复杂度中等，但需要部署周期。依据手机的电池寿命等因素，目前业界换机的周期大概为3年，该周期内5G NTN卫星建设与组网也能基本成熟，使得公众用户换机时能直接使用5G NTN的手机直连卫星服务。

目前，爱立信、泰雷兹和高通联合声明将共同研制5G NTN卫星系统，还有Omnispace，中国移动、中信科移动、中兴通讯、紫光展锐等也开展了基于NTN标准的手机直连卫星在轨验证。

如何广泛应用？

四个关键点需关注

陈山枝表示，手机直连卫星通信尽管已有部分应用，但距离大众普遍使用仍存在较大差距。例如，支持手机直连的卫星网络较少、通话费用较高、网络系统容量受限，卫星手机的便利性存在不足，手机直连卫星的通信速率、服务连续性等体验有待提升，以及监管体系不够完善等。产业各方可以通过下列方法和思路，促进手机直连卫星广泛应用。

一是支持每一个普通的手机具备手机直连卫星能力，采用统一的通信标准，降低手机成本，提升产业生态能力。

二是支持更多的卫星网络建设，分配专用的手机直连频率，促进卫星运营商的网络部署规模，提升手机直连卫星的运营能力。

三是加大技术创新，攻克卫星发射、卫星平台、天线、通信载荷、地面信关站和网络设备等相关系统设备研制的关键技术问题，大幅度降低网络建设与运营成本。

四是结合技术发展与安全风险防控，构建科学合理的监管体系。从完善无线电频谱资源管理与国际协调、强化终端设备与基础设施监管、统筹安全与发展、防范技术滥用、深化跨部门协同与国际合作等方面发力，推动手机直连卫星技术规模化应用，助力天地一体化信息网络建设。

手机直连卫星是5G及未来6G网络发展的一个重要方面，将无线通信网络覆盖范围从地面拓展到太空、深山、深海、无人区等自然空间，从而形成立体无缝覆盖，已成为未来网络的主要发展趋势，未来的市场发展还有巨大空间。

陈山枝分析，从无线电技术发展角度看，频谱感知、频谱探测、频谱的动态协调等技术手段能为星地系统的融合共存提供更多的无线电频率管理方案。从业务需求和卫星能力角度看，未来的手机直连卫星技术无论从业务速率、覆盖能力和终端应用便利性等方面都有长足的发展，对频谱资源将有更大的需求，因此也需要更灵活的频谱分配方案和业务监管手段为手机直连卫星保驾护航。随着无线电等技术的不断进步和无线电管理等各项监管政策的日益完善，未来手机直连卫星将会为人们带来更多的便利和惊喜。

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本文转载自“中国无线电”，原标题《专访 | 陈山枝：手机直连卫星的三种技术路线和四个关键点》。

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