大(dà)家(jiā)好(hǎo)，我是(shì₽"&)蜉蝣君。本期我們來(lái)聊聊衛星通(tōng)信，以及✘©衛星通(tōng)信和(hé)地(dì)面通(tōng)信的(de)融合：非≈σ•地(dì)面網絡的(de)故事(shì)。

對(duì)于5G來(lái)說(shuō)，這(zhè)可(kě)能(÷§néng)隻是(shì)後半場(chǎng)的(de)錦上(sσ‌<hàng)添花(huā)；但(dàn)對(duì)仍處于暢想中₩↓的(de)6G來(lái)說(shuō)，空(kōng)天地←≥→(dì)海(hǎi)一(yī)體(tǐ)化(↕✘§≠huà)通(tōng)信則是(shì)待征服£↕☆φ的(de)星辰大(dà)海(hǎi)。
那(nà)麽，這(zhè)就(jiù)開(kāi)始咯。

為(wèi)什(shén)麽需要(yào)衛星通(tōng)信？手機(jī)，已經串聯起了(le)我們生(shēn>✘≠÷g)活中的(de)一(yī)切環節。我們随時(s©₹×hí)随地(dì)拿(ná)出手機(jī)，都(dōu)能(néng)↓¥暢快(kuài)地(dì)上(shàng)網。這(zhè)一♦✘(yī)切是(shì)如(rú)此地(dì)理(lǐ)所當然，以至↔☆&于我們甚至想不(bù)到(dào)這(zhè)樣不(bù)可(kě)思議(yìγ<)的(de)問(wèn)題：移動通(tōng•♥≥)信網絡真的(de)無處不(bù)在嗎(ma)？我們都(dōu)∏∞α知(zhī)道(dào)，地(dì)球雖★£叫“地(dì)”球，但(dàn)實際上(shàng)是(shì)↕α&一(yī)個(gè)不(bù)折不(bù)扣的•→(de)水(shuǐ)球，陸地(dì)面積隻占29%，海(hǎi)洋面積占<£←<到(dào)了(le)71%。就(jiù×β ​)這(zhè)麽點陸地(dì)面積，移動通(tōng)信網絡也(yě≠​)僅僅覆蓋了(le)20%；相(xiàng)比之下(xiàε♣)海(hǎi)洋的(de)網絡覆蓋率就(jiù)更低(dī)了γδ""(le)，隻有(yǒu)5%。總體(tǐ)算(suàn)​>下(xià)來(lái)，移動通(tōng)信網絡隻覆蓋了(l♣γe)全球不(bù)到(dào)10%的(de)面積！≤​

全球GSM網絡覆蓋

海(hǎi)洋裡(lǐ)住不(bù)了(le)人(rén)沒有λ←₽(yǒu)覆蓋很(hěn)好(hǎo)理(lǐ)解，陸地(dì)上✘‌(shàng)的(de)覆蓋率為(wèi)什(≤★ shén)麽這(zhè)麽低(dī)呢(ne)？☆&看(kàn)下(xià)面這(zhè)張圖就(ji∞←ù)明(míng)白(bái)了(le)。

全球人(rén)口密度

原來(lái)，陸地(dì)上(shàng)适合人(ré ‌n)居住的(de)地(dì)方本就(jiù)不(bù)多(duō)。移動通(t​δ ≠ōng)信網絡沒有(yǒu)覆蓋到(dào)的(λ¥€de)地(dì)方，大(dà)多(duō)•™®σ都(dōu)是(shì)沙漠，叢林(lín)，冰原等人(réεδαn)迹罕至的(de)地(dì)方。在這(zhè)種地(d ♣ì)方建地(dì)面基站(zhàn)純屬虧本買賣ε™ ​，自(zì)然就(jiù)成了(le)信号的(de)盲區(★±♠αqū)。

可(kě)是(shì)，海(hǎi)洋上(shàng)有ε (yǒu)各種各樣的(de)船(chuán)隻要(yào)上( ££≠shàng)網，陸地(dì)上(shàng)人(rén)迹罕至的✔≠×∞(de)地(dì)區(qū)也(yě)不(bù)是<≈​(shì)完全沒人(rén)去(qù)。這(zh↔↔è)些(xiē)被遺忘的(de)邊緣地(dì)∑™帶的(de)通(tōng)信需求該如(rú)何滿足•®  ？此外(wài)，在大(dà)自(zì)然面前，人(rén)類的(d×φ∞"e)力量是(shì)渺小(xiǎo)的(de)。洪水(shuǐ≠•‍$)、地(dì)震、海(hǎi)嘯等自(zì)然災害往往導緻大(dà)面​↑積的(de)地(dì)面基礎設施破壞，導緻斷電(diàn)、斷網、斷路(lù) >•π，使救援工(gōng)作(zuò)困難重重₽→↑。

在此等危急時(shí)刻，如(rú)何打通±γ↔ (tōng)救援的(de)生(shēng)命線？上(shàng)述問σ↑≠(wèn)題的(de)本質是(shì)：怎樣建設一(yī₹δ≈₹)張覆蓋全球，不(bù)受地(dì)面環境限制(zhì)的(de)通(t≤Ωōng)信網絡？于是(shì)，人(rén)們把目光(guāng​★•")投向了(le)天空(kōng)，期望通(tōng)信基站(zhàn)像星光✔±☆₽(guāng)和(hé)月(yuè)光(guāng)αγ∞↓一(yī)樣，不(bù)管底下(xià)的(de)大(dà)απ地(dì)是(shì)繁華還(hái)是(shì)貧ε£π瘠，是(shì)平原還(hái)是(sh ∑€ì)戈壁，都(dōu)能(néng)把信号毫×>¶無偏見(jiàn)地(dì)灑滿大(dà)地(dì)。這(zhè)樣的( π↔de)方案還(hái)真有(yǒu)，就(jiù)是(shì)“衛星通(tō∑<ng)信”。

衛星通(tōng)信如(rú)何實現(xiàn)？一(yī)般情況下(xià)，我們所說(sσ•δ•huō)的(de)“衛星”的(de)全稱是(₽φ™πshì)“人(rén)造地(dì)球衛星”。它們和$↔Ω∏(hé)地(dì)球的(de)天然衛星——月(yuè$↓∑β)球一(yī)樣，也(yě)在天空(kōng)≥>Ω中圍繞著(zhe)地(dì)球高(gāo)速δ> ♦旋轉。

那(nà)麽，衛星運行(xíng)的(de)高(gāo∑☆ )度到(dào)底是(shì)多(duō)少(shǎo)呢(ne€α↕)？

回想起我之前介紹5G ATG（鏈接：如(rú)何在萬米高(gāo)空(kōng)暢享5G？¥♥）時(shí)，用(yòng)到(dào)了(le)“5G，可(kě‌₽ )以上(shàng)天了(le)！”這(zh±↓è)樣的(de)摘要(yào)，現(xiàn‌♥₹ε)在想來(lái)是(shì)不(bù)夠≈‌÷<嚴謹的(de)。雖然我們口頭上(shàng)經常把仰頭α& &所能(néng)看(kàn)到(dào)的(de)外(wà→↕∏i)部世界叫做(zuò)“天空(kōng)”，但(dàn)實際上(sh>↔★∑àng)，“天”和(hé)“空(kōng)”的(de)概念，是(£§shì)截然不(bù)同的(de)。

“空(kōng)”指的(de)是(shì)地¥¥$(dì)球表面到(dào)大(dà)氣層之內(nèi)的(de)高(gāo)<Ω♥✘度範圍，通(tōng)過氣球、飛(fēi)機(jī)、飛(fēi)艇等航空(↓∏kōng)器(qì)可(kě)達；而大(dà)氣層之外©∞&>(wài)的(de)空(kōng)間(jiān)，才可(≤'¥kě)以稱之為(wèi)“天”，一(yī)般$✘需要(yào)通(tōng)過火(huǒ✔®)箭才可(kě)到(dào)達。

“空(kōng)”和(hé)“天”一(yī★↕∞)般以海(hǎi)拔100千米為(wèi)界，也(yě)被稱φ→✔作(zuò)“卡門(mén)線”。這(zhè)是(shì)由美(měi)國(g&$•↓uó)工(gōng)程師(shī)和(hé)物™ β (wù)理(lǐ)學家(jiā)西(xī)奧多(duō)·馮·卡門(mé♥σn)通(tōng)過研究航空(kōng)器(qì)的(de)極限飛(♣☆λ'fēi)行(xíng)高(gāo)度得(de)出≥γ的(de)。也(yě)就(jiù)是(sh♦÷×ì)說(shuō)，地(dì)球大(dà)氣層的(de)極限為↓™↑©(wèi)100千米，再往上(shàng)就(jiù)是(shì)地(d ✔ì)球外(wài)部的(de)茫茫宇宙了(le)。✔✔σφ

能(néng)實現(xiàn)“上(shàng)天”的(de)通γσ✘✔(tōng)信載體(tǐ)，就(jiù)是(shì)各式各樣的(d✔≠e)通(tōng)信衛星。它們無時(shí)無刻不(bù)在我們頭上(shà×←εσng)遊弋，既熟悉又(yòu)陌生(shēng)。衛星軌道(dào™÷•™)的(de)高(gāo)低(dī)，一(yī)般分(✘∑β>fēn)為(wèi)低(dī)軌、中軌、地(dì)球靜(jì¥ ng)止軌道(dào)和(hé)高(gāo)軌。

低(dī)軌（Low Earth Orbit，LEO）：距地(dì)面高(↕ ↑gāo)度低(dī)于2000千米的(de)衛星系統。由于低('∞ ¶dī)軌道(dào)衛星離(lí)地(dì)球α↓近(jìn)，有(yǒu)著(zhe)路(l©©γù)徑損耗小(xiǎo)，傳輸時(shí)延低(dī≤₹<)（一(yī)般小(xiǎo)于10毫秒(miǎo)）的(de)特點。随著(¶↓zhe)發射成本的(de)逐年(nián)降低(dī)，多(d™β'uō)個(gè)LEO衛星可(kě)組成星座來(lái)實現'∏(xiàn)真正的(de)全球覆蓋，頻(±₹pín)率複用(yòng)更有(yǒu)效。因此，LEO 系統被•∞φΩ認為(wèi)是(shì)最有(yǒu)應> ​≠用(yòng)前景的(de)衛星互聯網技(jì)術(s★‌hù)。中軌（Medium Earth orbi ∞±♥t，MEO）：距地(dì)面高(gāo)度2000km~35786×♣Km，傳輸時(shí)延一(yī)般小(xiǎ<✔'o)于50毫秒(miǎo)，要(yào)大(dà)于低(dī)軌道(dào♣>)衛星，但(dàn)覆蓋範圍也(yě)更大(dà)。當軌道(dà÷®o)高(gāo)度為(wèi)10000Km時(shí)，β≥每顆衛星可(kě)以覆蓋地(dì)球表面的(de)2 β$​3.5%，因而隻要(yào)少(shǎo)量衛星就(jiù)可(kě)$♣✘以覆蓋全球。地(dì)球靜(jìng)止軌道(dào)（Geostationa•§©ry Earth Orbit，GEO）：距地(dì)面高(gāo)度357←✘¶•86km，即同步靜(jìng)止軌道(dào)。也(y₩ ě)就(jiù)是(shì)說(shuō)，GEOδ∏衛星運動的(de)角速度和(hé)地(dì)球自(zì)轉相(xiànα±₹g)同，因此從(cóng)地(dì)球上(sh φàng)看(kàn)這(zhè)些(xiē)衛星≥δ是(shì)相(xiàng)對(duì)靜(jìng)止的(de)。理(lǐ&₩×)論上(shàng)，用(yòng)三顆地 δ≈(dì)球靜(jìng)止軌道(dào)衛星即可(kě)以實現(xiàn§≈')全球覆蓋。但(dàn)是(shì)，同步衛星有(y♦↕ǒu)一(yī)個(gè)不(bù)可(kě)避免的(de)缺點¶±  ，就(jiù)是(shì)軌道(dào)離(lí)地(dì)球太遠(y✘↓✔₩uǎn)，鏈路(lù)損耗嚴重，信号傳播時(shí)延一(yī)₽₽γ般為(wèi)250毫秒(miǎo)以上(shàng)σ<₹₹，遠(yuǎn)大(dà)于LEO和(h✘' ↔é)MEO。

高(gāo)軌（High Earth Orbits，HEO）：距地(dì)面 ∞☆<高(gāo)度大(dà)于35786km。此外(wài)還(hái)有δ ↔®(yǒu)橢圓軌道(dào)等，相(xiàng)比于前面幾✘©•種，這(zhè)些(xiē)技(jì)術(shù)的(de)應用(y'€☆€òng)較少(shǎo)，在此不(bù)再贅述 ¥™≠。

這(zhè)些(xiē)不(bù)同軌道(d‌γδào)的(de)距離(lí)尺度以數(shù©β)字的(de)形式來(lái)看(kàn)感受不(bùγ↓←)明(míng)顯，從(cóng)下(xià)✘σ§Ω圖可(kě)以看(kàn)出，中軌和(hé)高(gāo)軌以地(dì≤∏π)球同步靜(jìng)止軌道(dào)為(wèi)分(fēn)界線，它們高(g>✔αāo)度範圍是(shì)非常寬廣的(de)。相(xiàng)比之下≤₩"(xià)，低(dī)軌則離(lí)地(dìγπγ★)面非常近(jìn)，可(kě)容納的(d€±e)衛星自(zì)然就(jiù)少(shǎo)得(de)多(dγ&uō)。

根據賽迪顧問(wèn)研究報(bào)告數(shù)♦→↑據，地(dì)球近(jìn)地(dì)軌道(dào)可(kě)容納約6α♠萬顆衛星。據預測，到(dào)2029年(nián)，地(dì)球近(§ &βjìn)地(dì)軌道(dào)将部署總計(jì)5.7萬顆低(dī)軌衛星。 ≥目前，單單一(yī)個(gè)Space§&X的(de)星鏈，就(jiù)已經規劃了(le)4.2萬↓€ ¶顆衛星。這(zhè)麽稀缺的(de)資源，你(n↓<®£ǐ)不(bù)搶，有(yǒu)的(de)是(★δ‍shì)人(rén)搶。因此，随著(zhe)π<衛星互聯網的(de)發展，低(dī)軌衛星的(de)建設已炙手可(kě)熱(rΩ♦←±è)。

要(yào)采用(yòng)衛星來(lá♦↕i)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離(lí)∏↔♦無線通(tōng)信，頻(pín)譜資源也(yě)是(s≥γ'©hì)至關重要(yào)的(de)。随著(z↓∏he)容量的(de)需求，衛星通(tōng)信使用(≠ yòng)的(de)頻(pín)段從(cóng)中頻(pín)L、S波段到(¥♦₽•dào)Ku、Ka，再到(dào)毫米波一(yī)路(lù)向上(sh∏βφàng)，頻(pín)率越來(lái)越高(gāo)，帶寬也(yě>± )越來(lái)越大(dà)。

衛星通(tōng)信頻(pín)段和(héεφ)空(kōng)間(jiān)軌道(dào)資源一'♣★(yī)樣都(dōu)屬于“不(bù)可(kě)再生(shēng)¥&©"資源”，國(guó)際原則是(shì)“先登先占”的(de)"βφ≥使用(yòng)模式。目前低(dī)軌衛星的( © de)主要(yào)通(tōng)信頻(pín)段（Ku 和(hé) K₩↑"↕a）已趨于飽和(hé)。

衛星通(tōng)信的(de)架構和(hé)終端衛星通(tōng)信系統的(de)組成可(kě)以β₩分(fēn)為(wèi)三部分(fēn)：空(kōng)間(ji‍<≤ān)段、地(dì)面段和(hé)用(yòng)戶段。

衛星系統架構（來(lái)源：Starl∑→ink）

空(kōng)間(jiān)段指的(de)主♥β¥要(yào)就(jiù)是(shì)天上(ε∑γ>shàng)的(de)由多(duō)顆通(tōng)信衛星組成的(de∞​)星座，以及衛星之間(jiān)的(de)通(tōng)信鏈路(✘>lù)（ISL，Inter-satellite Link，也(yě)叫星σ∑±€間(jiān)鏈路(lù)）。地(dì)面段主要(yào)包含↓♣¶地(dì)球站(zhàn)（也(yě)可( ®​¶kě)稱作(zuò)網關），以及業(yè)®★¥$務控制(zhì)、監控管理(lǐ)、時(shí∏→©)間(jiān)注入等輔助部分(fēn)。地(dì)面網絡★♥的(de)傳輸、核心網等網元也(yě)可(kππ$ě)以看(kàn)作(zuò)地(dì)面段的(de)一(yī)部分(fēn₹λ∑)。用(yòng)戶段指的(de)是(shì)接入₩↑₹∑衛星的(de)終端，主要(yào)包含天線®≥（我們常說(shuō)的(de)“鍋”）、§÷↔↔信号處理(lǐ)并提供網絡接入能(néng)力的(de)設備（如(rú)路β÷<₩(lù)由器(qì)等）、接入網絡的(d♥§e)終端（手機(jī)、電(diàn)腦(nǎo)等）♣ 。

農(nóng)村(cūn)數(shù)字連接中心（來(lái)€©源：Starlink）

從(cóng)上(shàng)圖可(kě)以看(kàn)出，在有(y >ǒu)線網絡和(hé)無線網絡均沒有(y¶₹ǒu)覆蓋的(de)地(dì)方，要(yào)實現(xiàn)低(dī)成₩€§本的(de)上(shàng)網，隻需在房(fáng)頂上(shà↕↓ng)安裝衛星天線，連接室內(nèi)的(de)路(✔δ lù)由器(qì)即可(kě)實現(xiàn)電(diàn)腦(n•εǎo)、筆(bǐ)記本、手機(jī)等終端共同上(s&≈÷σhàng)網。

野外(wài)用(yòng)衛星接入上(shà✔↓↕±ng)網（來(lái)源：Starlink）

如(rú)果想在野外(wài)随時(shí)随地$↑γ'(dì)上(shàng)網，Starlink的 φ(de)方案依然是(shì)攜帶小(xiǎo)尺寸的(de)電(diàn)子ε δ≥(zǐ)相(xiàng)控陣天線和(hé)路(lù)由✔ Ω‍器(qì)。标準尺寸的(de)天線功耗為(wèi)50✘∏♠~75瓦，路(lù)由器(qì)也(yě)需供電(diàn)，因此，車(chē¶>♥✘)載電(diàn)源是(shì)必不(bù)可(kě)少(shǎo)©★<的(de)。看(kàn)上(shàng)圖，一(yī)人(→&rén)在靜(jìng)谧的(de)星空(kōng)下(xià)獨∑÷享衛星高(gāo)速網絡，好(hǎo)不₽₹(bù)惬意。

Starlink 的(de)用(yòng)戶終端（來(lái)源：維基百♦♣科(kē)）

如(rú)果你(nǐ)僅僅是(shì)在緊急情況下(xià)有(yǒu)語音¶™•←(yīn)通(tōng)信需求，想要(yà♣©'←o)甩掉笨重的(de)天線輕裝上(shàng)陣，那(nà)麽你(€÷εnǐ)就(jiù)需要(yào)一(yī)部專用(yòng)的(→ π₽de)便攜式衛星電(diàn)話(huà)。

下(xià)圖是(shì)美(měi)國(guó)2022年(nián€↑¥)銷量最好(hǎo)的(de)三款衛星電(diβ↔λ♥àn)話(huà)，支持Inmarsat（國(gu♥×ó)際海(hǎi)事(shì)衛星）或者Iridium£←₹（銥星）這(zhè)兩種主流的(de)衛星通(tōng)信系統。

乍一(yī)看(kàn)，這(zhè)初号機(jī)的(deδ• >)造型、9 宮格按鍵、又(yòu)粗又(yòu)大(dà)又(€®yòu)長(cháng)的(de)天線，莫非→€→是(shì)穿越到(dào)了(le)20年(ni÷λ₩án)前？再看(kàn)價格，好(hǎo)家(jiā)✔↔"™夥，就(jiù)支持些(xiē)打電(diàn)話(huà)、發短(d÷&uǎn)信、GPS、緊急呼叫等我們看(kàn)來(lái)2G手機(jī>∏)自(zì)誕生(shēng)起就(jiù)支持∏×®®的(de)功能(néng)，竟然賣到(dào€↕φ)了(le)接近(jìn)1600美(měi)元，約等于人(rén)民(mí↑φ® n)币一(yī)萬多(duō)。

我們再來(lái)看(kàn)看(kàn)國(guó)內(nèi)的(d←→✘'e)衛星通(tōng)信系統和(hé)衛星電​₹(diàn)話(huà)是(shì)什(shén)麽樣的(de)。‍☆

2020年(nián)1月(yuè)10日(rì)，'π我國(guó)自(zì)主建設的(de)第一(yī)個(gè)衛星£↕​ε移動通(tōng)信系統——天通(tōng)系統，正式面向全社會φ™(huì)提供服務，由中國(guó)電(diàn)信運營¥¥。天通(tōng)一(yī)号01衛星可(kě)以提供速率為(wèi)1₹"♥↑.2 kbps的(de)語音(yīn)業(yè)務和(hé)最大(dà)38$♦Ω4 kbps的(de)數(shù)據通(tōng)信業(yè)務。雖然&₩★→容量比較低(dī)，但(dàn)提供應急通(tōng)信服務還(h<₽ ái)是(shì)可(kě)以的(de)。

2022年(nián)5月(yuè)17日(φ&α rì)，電(diàn)信推出“天地(dì®<€≈)翼卡”，宣稱用(yòng)戶不(bù)用(yòng) '×換SIM卡，也(yě)不(bù)用(yòng)換手機(jī)号就(jiù)↓£能(néng)打衛星電(diàn)話(huà)，永不(bù)失聯！如(rΩ←λú)果能(néng)收到(dào)地(dì)面基站(zhàn)的(de)信号δ∏€，4G和(hé)5G網絡也(yě)能(néng)正常用(yòng)。雖說(s£ €huō)不(bù)用(yòng)換卡換号，但  $(dàn)手機(jī)卻是(shì)必須要(yào)γ∏≈<換的(de)。蜉蝣君在某購(gòu)物(wù)平台搜了∏®§(le)下(xià)，支持天通(tōng)系統的 $ (de)手機(jī)型号還(hái)是(shì)不(bù)少(shǎo)的(d★€≈e)，價格從(cóng)幾千到(dào)上(shàng)萬的(de)都(dō↕₩★u)有(yǒu)，旗艦機(jī)确實可(☆♣kě)以支持5G。下(xià)圖是(shì)電(diàn)信2020年(♣€>nián)主推的(de)一(yī)款可(k‍©ε∑ě)支持4G和(hé)天通(tōng)衛星的÷ (de)手機(jī)。看(kàn)起來(lái)顔值是(shì)比傳¶♠統的(de)衛星電(diàn)話(huà)高 €(gāo)了(le)些(xiē)，但(dàn)價格也(yě)确實是(shì)₹ >•貴。

這(zhè)其中的(de)原因，一(yī×↑)是(shì)衛星電(diàn)話(huà)的(d  §e)定位并不(bù)是(shì)給普通(tōngα$§)人(rén)用(yòng)的(de)消費(fèi)品，而是(shì)γ"≈專門(mén)給野外(wài)、遠(yuǎn)洋工(gōng)作(φ£σπzuò)者使用(yòng)的(de)工(gōng)業(yè)品，>≤↓需要(yào)在惡劣的(de)環境下(xià)穩定工(gōng)作(zuò©≈γ≤)，成本确實也(yě)比較高(gāo)；二是(shì)衛星通(tō•β÷ng)信産業(yè)的(de)用(yòng)戶比較少(shǎo)，系統α↑和(hé)終端成本都(dōu)難以攤薄。我們從(cóng)•¶×↓下(xià)面的(de)産品介紹中就(jiù)≈↕•可(kě)以窺見(jiàn)其中端倪。

至于資費(fèi)，那(nà)就(jiù)更能(néng)看(k↕§ γàn)出衛星電(diàn)話(huà)的(de)定位了(lε←σe)：100元60分(fēn)鐘(zhōng)通(tō↕ ng)話(huà)，短(duǎn)信0.4元一(yī)條，300元20M流 §σ↓量。這(zhè)價格，也(yě)确實隻能(néα¶✔ng)在十萬火(huǒ)急的(de)時(sβ•hí)候滿足最關鍵的(de)通(tōng)信需求。

由此看(kàn)來(lái)，衛星通(tōng)信，和(hé)我們的(dπ>βe)日(rì)常生(shēng)活之間(jiān)的(de​&≤)鴻溝，無疑是(shì)巨大(dà)的(de)：使用(φ'λ☆yòng)場(chǎng)景少(shǎo)，手機(jī)不(bù)好(‍δ‌hǎo)用(yòng)，資費(fèi)還(hái)很(hěn"×≠)貴。

5G和(hé)衛星通(tōng)信的(de)融合那(nà)麽衛星手機(jī)，是(shì)否有(yǒ≠↑←<u)走進消費(fèi)領域的(de)希望呢(ne)？今年(nián)，華為(w±↓≠₩èi)推出了(le)支持北(běi)鬥衛星短(d™‌‌€uǎn)報(bào)文(wén)的(de)Mate 50旗艦£♣‌機(jī)，蘋果也(yě)跟Globalstar（全球星）合作±‌‍(zuò)推出了(le)支持衛星求救的(de)∏ ≈←iPhone14。這(zhè)兩款産品揭開(kāi)了(le)衛星通(tōn>βg)信探索消費(fèi)領域的(de)序幕。據悉，'♣≠®華為(wèi)Mate 50可(kě)以通(tōng)過北(běi)鬥衛星給個≥¥₽'(gè)人(rén)定向發送文(wén)字、位置、軌迹圖等信息，但(d♥¥àn)內(nèi)容會(huì)被審核，隻有(yǒu)跟救援相(₩☆ xiàng)關的(de)信息才能(néng)被β↓↕"發送，而且收不(bù)到(dào)回複。

iPhone14可(kě)以發布的(de)內(nèi)容也(yě)是(sh<π​ì)預設的(de)求救信号，且自(zì)帶定位坐(zuò)标，↕∞但(dàn)不(bù)能(néng)定向發給個(gè)人•∏∞(rén)，消息會(huì)統一(yī)發送至公立或付費(fèi)的(deΩ®♦÷)救援機(jī)構，但(dàn)能(néng)收♥∞到(dào)救援機(jī)構的(de)回複。由此可(kě)見(jiàn)，目≥©前在消費(fèi)領域，手機(jī)上(s‌π"hàng)的(de)衛星通(tōng)信和(hé)地(dì)面的(d★$→πe)4G、5G網絡還(hái)是(shì)兩套‌π獨立的(de)系統，技(jì)術(shù)上(s ¥↑‍hàng)并沒有(yǒu)進行(xíng)融合，且衛星僅定位于應急通(≥↕←♦tōng)信，這(zhè)一(yī)點跟傳統的(de)衛星電(diàn÷✔§)話(huà)并沒有(yǒu)本質的(d∏ ®↔e)差别。甚至，由于技(jì)術(shù)上∑♦↑ (shàng)的(de)限制(zhì)，華為(wèi₩♣¥ε)和(hé)蘋果的(de)這(zhè)兩款手機(jī)連衛星電(δ✘σ€diàn)話(huà)都(dōu)還(hái)打不(bù)®÷γ 了(le)。

那(nà)麽，我們能(néng)否更進一(yī)步，讓這(zhè)兩套系↔¶®β統融合起來(lái)，衛星直接發送5G信号？ 這(z ®hè)樣一(yī)來(lái)，我們可(kě)能(néng)‍™連手機(jī)都(dōu)不(bù)用(yòng)換，在荒郊野嶺✘ 就(jiù)直接能(néng)通(tōn✔σ¶g)過衛星來(lái)連上(shàng)5G了(le)™ ！答(dá)案是(shì)肯定的(de)。且Starlink在這(z∞↓®hè)方面已經走出了(le)第一(yī)步。

今年(nián)8月(yuè)25日(rì)，SpaceX宣布和(h≠↑→‍é)T-Mobile将達成頻(pín)譜共享，新↕₽← 一(yī)代的(de)Starlink V2衛星将通(tōng)過1.9 σ≥GHz來(lái)向現(xiàn)網的(de)手αφ機(jī)提供服務。

現(xiàn)網的(de)手機(jī)可​<♥(kě)不(bù)像專用(yòng)的(de)衛星電(diγ↕×₩àn)話(huà)一(yī)樣有(yǒu)碩大(dà)的(de)天線€¶∏，發射功率也(yě)被協議(yì)定在了(le)很π↓•₽(hěn)低(dī)的(de)水(shuǐ)平（一(yī)般是$∏(shì)0.2瓦）。因此要(yào)達π€₹₽成目标隻能(néng)在衛星上(shàng)下(xià)功δ✘夫。

Starlink V2衛星對(duì)信号接收能(néng)力ε★進行(xíng)了(le)增強，将衛星天線加長(cháng)到(dào)7米，§Ω'♦面闆增加到(dào)25平米，通(tōng)信性能(néng)達到(dào♣♠£)上(shàng)一(yī)代V1的(de)10倍。這(zhè)樣一(yī →)來(lái)，現(xiàn)網已有(yα₩ǒu)的(de)手機(jī)終于可(kě)以直連衛星上(☆£'♦shàng)5G了(le)，預計(jì)吞吐率可(∑​kě)達2~4Mbps。這(zhè)速率，雖說(←>δ shuō)跟通(tōng)常意義上(shàng)5G動辄幾百兆的(‍ ←de)速率不(bù)能(néng)相(xiànΩ₹g)比，但(dàn)支持打電(diàn)$®§話(huà)是(shì)不(bù)在話(huà)下(xià)的(de)，流✘★暢上(shàng)網也(yě)是(shì)可(kě)以<£'✔保證的(de)。跟地(dì)面上(shàng)的(de)5G網絡相(xi‌₩γ​àng)比，這(zhè)種飄在天上(shàng)的(de)5G網絡自(±♦♠↑zì)然就(jiù)叫做(zuò)“非地(dì)面網絡（Non-Terrπ αestrial Network）”，簡稱作>÷♠™(zuò)NTN。

廣義的(de)NTN包含的(de)範圍很(hěn)廣，有λα↔λ(yǒu)無人(rén)機(jī)、地(dì)$₽對(duì)空(kōng)通(tōng)信、高(gāo)✔Ω™™空(kōng)基站(zhàn)、衛星網絡等等。基于✔®  衛星的(de)NTN自(zì)然是(shì)最受關注的®®​(de)重點，因此在一(yī)般情況下(xià)，我們說(shuō)的(de)>₩✔NTN都(dōu)是(shì)基于衛星的(de)。

下(xià)圖是(shì)3GPP對(duì)于NTN技(jì)術(shùε≠"•)标準化(huà)的(de)進展及計(jì)劃。可(kě)以看(←$±>kàn)出，在R15和(hé)R16，5G NTN還(hái)處于研究階段；Ω♠Ω從(cóng)R17開(kāi)始，5G通(tōng)過NTN的(de"< •)接入技(jì)術(shù)已開(kāi)始了(le)标準化(∏∑≥huà)，并将在後續版本不(bù)斷向前推進。

NTN的(de)思路(lù)是(shì)：衛星發射5G信号，直接和(hé)用&∑(yòng)戶的(de)手機(jī)相(xiànΩ£↑ g)連，地(dì)面上(shàng)再架設信關站(zhàn‌←)作(zuò)為(wèi)網關，最終連接到(dào)5G核心網。

其中，衛星和(hé)用(yòng)戶之間(jiān)的(de)鏈路(lù)叫做¶β₩(zuò)服務鏈路(lù)（Servic​→πe Link）；衛星和(hé)信關站(zhàn)之間(jiān)π ®的(de)鏈路(lù)叫做(zuò)饋電(diàn)鏈路(©∑↕lù)（Feeder Link）；衛星之÷γ₹間(jiān)的(de)鏈路(lù)叫做(zuò)星間(jiān)鏈路(lù) ∑‌（Inter-Satellite Link，ISL）。

在目前的(de)NTN相(xiàng)關協議(yì)中，定義了(le ←♥)兩種實現(xiàn)架構，分(fēn)别是(shì)“™ ₹&透明(míng)載荷”和(hé)“可(kě)再生(shēng)載荷”。所謂“透明(míng£>•)載荷”，也(yě)稱作(zuò)透明(míng)轉發，實際✘¶γ★上(shàng)把衛星僅當作(zuò)信号中繼的(de)鏈路(lù)。5G☆±¥基站(zhàn)作(zuò)為(wèi)地(dì)面網絡€α€的(de)一(yī)部分(fēn)部署在信關站(zhàn)的(de)後面。衛星&∑∏™不(bù)關注基站(zhàn)發了(le♣¥‌&)什(shén)麽，對(duì)信号也(™<♠₽yě)不(bù)做(zuò)任何處理(lǐ)，隻要(yào)流暢地₩↔♥β(dì)把手機(jī)和(hé)信關站(zhàn)連起"♦來(lái)就(jiù)好(hǎo)。

透明(míng)載荷架構可(kě)以利用(yòng)已有(yǒu)衛>$"λ星，技(jì)術(shù)上(shàng)實現(xiàn)起來(lá≠∏₹i)較為(wèi)容易，成本也(yě)低(dī)，但(dàn)衛星 ₩和(hé)基站(zhàn)之間(jiān)的(de)路(lù)徑≥ $$長(cháng)，時(shí)延大(dà)，不(bù)支持↓✔星間(jiān)協作(zuò)，需部署大(dà)量信關站(zhàn)。

可(kě)再生(shēng)載荷，又(yòu)稱作(zuò)基站(zhàn)上(shàng)星，相(xiàn ≥g)當于把5G基站(zhàn)部署在了(l​ e)衛星上(shàng)。衛星和(hé)衛星之間(jiān)的α♣(de)星間(jiān)鏈路(lù)就(jiù)跟地(dì)面基站(zhàn↔×σ)之間(jiān)的(de)Xn接口一(yī)樣；衛​÷星和(hé)信關站(zhàn)之間(jiān)的(de)饋電(÷≈diàn)鏈路(lù)，實際就(jiù)是(shì)基站(zhàn)跟核心  δ₩網之間(jiān)回傳網絡的(de)一(yī)部分(fē÷λn)。

可(kě)再生(shēng)載荷這(zhè)種架構$↑必須改造并新發射衛星，技(jì)術(shù)複雜(zá)，成本高(gāo)σ¥•∏。優點是(shì)手機(jī)和(hé)衛星基站(z↑< ¥hàn)之間(jiān)的(de)時(shí)延短(duǎn)，且由Ω€¶于有(yǒu)星間(jiān)鏈路(lù)的(de)存在，信關站(z £hàn)可(kě)以少(shǎo)部署一(π✔yī)些(xiē)。

在這(zhè)兩種架構的(de)基礎上(shàng)，要(yào)實現(→←¶xiàn)5G NTN，本質上(shàng)是(shì)将衛星通(tō≈₽≈δng)信和(hé)地(dì)面蜂窩通(tōng)信這(zhè)兩種原本☆∞泾渭分(fēn)明(míng)的(de)系統進行(xíng)融合。然而 ∑"，蜂窩通(tōng)信協議(yì)從(cóng)2G、3G、4G，→×★再到(dào)5G，針對(duì)地(dì)面網絡的(de)©​場(chǎng)景這(zhè)麽一(yī)路(lù)演進過來(lái)<≠★ε，要(yào)和(hé)衛星通(tōng)信相(xiàng)融合的(de)<✔挑戰是(shì)巨大(dà)的(de)，協議(yì)上(  ¥shàng)要(yào)進行(xíng)大(dà)量的(de)×®↔更新。

1、高(gāo)傳輸時(shí)延。GEO衛星的(de)傳輸時(shí)延可(kě)達250毫秒(miǎoπ∏)以上(shàng)（針對(duì)透明(míng)¶α→ε轉發衛星），如(rú)此高(gāo)的(de)時(shí)延将極大(dà)→∞地(dì)影(yǐng)響基站(zhàn)和(hé)手機(jī)間(₹¶jiān)交互的(de)時(shí)效性，特别是(shì)接入和(≤¥§hé)切換等需要(yào)多(duō)次信令交互的(de)過程。在 ‍✔這(zhè)麽高(gāo)的(de)時(shí)延下(xi★±à)，很(hěn)可(kě)能(néng)系統的(de)定時(sh¶λí)器(qì)早都(dōu)超時(shí)重啓了(le)，信令還(±>hái)沒送達。因此，需要(yào)對(du ↓÷ì)相(xiàng)關協議(yì)流程進λΩ§行(xíng)改進或者重新設計(jì)。

2、多(duō)普勒頻(pín)移。由于非地(dì)球同步軌道(dào)衛星是(shì)相(xiàng)對(duì&×)地(dì)球高(gāo)速運動的(de)™®，這(zhè)會(huì)導緻嚴重的(de)多(duō)普勒 ≤頻(pín)移。地(dì)面5G系統在一(yī)般場(chǎng)景下(x∞£₩ià)要(yào)處理(lǐ)的(de)頻(pín)偏是(shì)非常小(x"γ↓iǎo)的(de)，即使是(shì)在高(gāo)鐵(t©≈iě)等特殊場(chǎng)景，也(yě)僅需考←≠<慮數(shù)千赫茲的(de)頻(pín)偏補償。

然而對(duì)于低(dī)軌衛星系統，×→ α不(bù)但(dàn)需要(yào)處理(lǐ)幾十千赫茲甚至兆赫 $≠茲級别的(de)多(duō)普勒偏移，還(hái)有(yǒu)數(shùγε)十微(wēi)秒(miǎo)的(de)定時(shí)漂移。這(zhè)些(x ₩★iē)對(duì)于5G NTN系統的(de)設計(jì)是 €(shì)一(yī)個(gè)巨大(dà)的(de)挑戰。

3、超大(dà)小(xiǎo)區(qū)半徑。地(dì)面蜂窩網絡小(xiǎo)區(qū)一(yī)✔↕≤般就(jiù)幾百米到(dào)幾千米，超φ÷遠(yuǎn)覆蓋也(yě)就(jiù)到(dào)一(yī)百多(duō)♠™千米，而NTN小(xiǎo)區(qū)的(de)覆蓋範圍要(yào>✔)大(dà)得(de)多(duō)，LEO波束可(kě)∏>達1000千米，GEO波束可(kě)達3500千米。 ♦¥'因此，衛星小(xiǎo)區(qū)中心和(h>γ®♠é)邊緣的(de)時(shí)延差異等将更加明(míng©↕≈)顯，對(duì)系統定時(shí)同步也(yě)會(huì)帶來(lá≥‌​i)一(yī)定的(de)影(yǐng)響。5G是(shì)同步通(tōn≤™β↑g)信系統，因此需要(yào)增強同步機(jī)制(zhì)λ•從(cóng)而避免用(yòng)戶間(j<✔↑αiān)幹擾。

4、移動性管理(lǐ)。由于非地(dì)球同步軌道(dào)衛星相(x±•iàng)對(duì)用(yòng)戶是(shì)高(gāo)速運動的(de↕¥¶¥)，這(zhè)會(huì)導緻頻(pín)繁的(deγ"γ)小(xiǎo)區(qū)切換和(hé)重‍÷ £選等移動性問(wèn)題。一(yī)方面，在移動性管理(l✘♠ǐ)決策中，需要(yào)将小(xiǎo)區(qū)的(de)移動狀态信息等↓$ "納入考量，避免不(bù)必要(yào)的(de)切換或重選；另一(yī±£‌)方面，可(kě)進一(yī)步利用(yòng)小(xiǎo)區(qū)"≤×£的(de)移動狀态信息，進行(xíng)預先的(de)小(ε•xiǎo)區(qū)或波束切換，減少(shǎo)信令交互<☆開(kāi)銷。

這(zhè)些(xiē)技(jì)術(shù)上(sh♠↑àng)的(de)挑戰固然棘手，但(dàn)沒關系，隻要(yào)≥ ♥™有(yǒu)需求，隻要(yào)市(sh♠‌ì)場(chǎng)在，随著(zhe)各路(lù)專家(jiā‌↕×​)的(de)不(bù)懈努力，技(jì)術(s♠εhù)總會(huì)找到(dào)出路(lù)。

未來(lái)之路(lù)的(de)期許™ε就(jiù)在2022年(nián)，我們已經看(kàn)到→₹ α(dào)了(le)業(yè)界一(yī)個(gè)個(gè)π↕←‍堅實的(de)腳步。

6月(yuè)21日(rì)，紫光(guā₽€≥ng)展銳宣布，其已聯合北(běi)京鵬鹄物(wù)宇，完成全球首個(gè §)基于 R17 IoT-NTN 标準的(de)&nb↔σ§sp;5G衛星物(wù)聯網上(shàng)星實測↑↔。

7月(yuè)11日(rì)，愛(ài)立信、高(gāo÷‍₩)通(tōng)及法國(guó)航空(kōng)航天公司泰雷茲聯∏♦​≈合完成“5G手機(jī)直連LEO衛星”的(de)研究，并将在LEO軌道(dà♥δ™∞o)衛星網絡上(shàng)部署5G進行(xíng)測÷‌☆試。

7月(yuè)28日(rì)，諾基亞和(hé)AST >β₩SpaceMobile達成五年(nián)協議(yì)，将建設≥•一(yī)張4G、5G手機(jī)可(k✔♣ě)訪問(wèn)的(de)天基移動寬帶網絡。預計(jì)将采用&↕(yòng)透明(míng)載荷架構，諾基亞主要(yào)提供地(dì) ♠面基站(zhàn)。

8月(yuè)17日(rì)，聯發科(kē)宣布，其↕"<γ已經和(hé)羅德施瓦茨公司合作(zuò)，在實驗室完成全球首次基于3G  ≈★PP R17标準的(de)5G NTN的(£♠$<de)衛星和(hé)手機(jī)直連測試。實驗室模拟的(de)LEO$♥λ®衛星高(gāo)度為(wèi)600千米，移動速度高(gāo)達每小(x±¥♥iǎo)時(shí)27000千米。

8月(yuè)26日(rì)，中國(gu↑β•$ó)移動、中興通(tōng)訊和(hé)≥∞γ交通(tōng)運輸通(tōng)信信息集團等單φ£>≥位合作(zuò)，共同發布全球首個(gè)基于3GPPδ≤  R17的(de)運營商5G NTN技(jì)術(shù)外€£(wài)場(chǎng)驗證成果。本次測試基于GEO衛星，ping 64字​≥‌節時(shí)延約4s，實現(xiàn)了(le)文(wé∏ λ‍n)字短(duǎn)消息、語音(yīn)對(duì)講>★♥等業(yè)務。

圖片來(lái)源：中興通(tōng)訊官網

可(kě)以看(kàn)出，這(zhè)些(xiē)計(jì)劃和(hé)測試•♠目前還(hái)都(dōu)處于比較初級的(de)階段，但(dàn)♣©α 是(shì)卻真實不(bù)虛地(dì)驗證 ₽₩σ了(le)NTN技(jì)術(shù)架構是(shì)©&​可(kě)行(xíng)的(de)，這(zhè)就 ↓(jiù)是(shì)從(cóng)“0”到(dào)“1”的¶ε←φ(de)突破。回顧衛星通(tōng)信的(de)發展史，一(¥   yī)般認為(wèi)分(fēn)為(wèi)三個(gè)階段：第一(yī)階≈∏ ε段是(shì)在二十多(duō)年(nián)以前，衛星通(tōng)₽∏✔信和(hé)地(dì)面通(tōng)信經過正面交鋒和(hé)競争最終落敗。第↔÷✘÷二階段大(dà)概是(shì)2000年(nián)到(dào)2014年★♠‌•(nián)這(zhè)十幾年(nián)時(shí)間(jiān)，衛星通($©₹∏tōng)信蟄伏起來(lái)，僅僅作(  ↑₹zuò)為(wèi)地(dì)面通(tōng)信的(de)補充和₽>≈(hé)備份，在夾縫中生(shēng)存。第三階段自(z ♦★ ì)2014年(nián)起至今，以O3₹↓‌×b的(de)投入運營為(wèi)肇端，以Starklink α的(de)崛起為(wèi)高(gāo)潮，基于LEO的(de)寬帶π✘↕衛星互聯網發展迅猛，并和(hé)地(dì)面通(tōn₩γ↔εg)信加速融合。

5G-NTN，正是(shì)衛星通(tōng)信和‌>Ω (hé)地(dì)面通(tōng)信融合的(de)産物(w> ù)，是(shì)一(yī)顆希望的(de‌§&)種子(zǐ)。期望在不(bù)久的(de)未來(lái)，我們每一(yī)₽α✘₹個(gè)人(rén)的(de)手機(jī)，都(dōu)可(kě'→¶σ)以在杳無人(rén)迹的(de)沙漠荒原φ  ₽，在波濤洶湧的(de)茫茫大(dà)海(hǎi)，在被自(zì)然災害蹂躏≥¥ 下(xià)的(de)殘破家(jiā)園，都(dōu)能(néφ'ng)接收到(dào)來(lái)自(zì)衛星的(de)滿格信号± ∏。— END —

文(wén)章(zhāng)來(lái)源：無線深海(hǎi)