衛星通信，邁向“空天地海一體化網絡”的拐點

2023年，衛星通信領域熱點不斷。

先有美國初創企業AST SpaceMobile成功使用BlueWalker 3號測試衛星，與未經改造的智能手機實現了雙向語音通話和4G功能，引發普遍關注；再有華為Mate60 Pro迎來重大突破，成為全球首款支持天通衛星通話和雙向北斗衛星消息的智能手機，即使在沒有地面網絡信號的情況下，也可以撥打、接聽衛星電話；隨后，星鏈（Starlink）宣布上線直連手機業務，旨在服務全球LTE手機（即4G及以后的手機），計劃2024年實現短信發送、2025年實現語音通話和數據功能，同年分階段實現物聯網；近期，民營商業航天公司銀河航天也在靈犀03星上成功實現中國首例端到端（Terminal to Terminal，T2T）低軌衛星通信測試，為衛星通信提供一種更加靈活的通信模式，在極地、遠海等偏遠地區，即使沒有信關站覆蓋也能進行衛星通信。

手機直連衛星的三種技術路徑

熱鬧非凡的背后，是衛星通信產業鏈上下游布局已久的厚積薄發，也是業界對“空天地海一體化網絡”探索實踐的重要拐點。事實上，地面移動通信系統只覆蓋了20%的陸地面積，僅占地球表面積的約6%，全球范圍內，大致有近30億人無法接入互聯網；衛星通信的興起，有望徹底解決全球網絡覆蓋的“死角”。目前，業界提出了三種衛星互聯網的技術路徑：

01

把現有衛星通信系統集成到智能手機中，即改動手機終端，適應現成的衛星系統。例如華為Mate60 Pro就是利用已有的高軌衛星通信系統，通過直接集成到手機中，形成一個多模終端，從而快速投向市場。試想，一般的衛星終端需要一根長天線，同時內置大容量電池，這是因為衛星通信的功率比蜂窩通信高得多、耗電量更大。諸如Mate60 Pro這類衛星蜂窩雙模終端需要解決天線小型化、功耗和散熱等一系列問題，尤其是對PA等射頻芯片的功耗進行優化，才能更好地提升用戶體驗以適應消費市場的需求。

02 研發手機直連的衛星來兼容現有的億級手機市場，即不改變手機終端，但優化衛星系統。這種方式相當于“衛星就是基站”，例如AST SpaceMobile使用的BlueWalker 3號測試衛星，即便是低軌衛星通信，也搭載了表面積達到64平方米的大型相控陣天線陣列，從而在不改變現有手機的天線大小和通信功率的情況下，保證衛星通信質量。這種路徑對于衛星的研發能力要求非常高，要克服大型可展開結構、能源供應等一系列技術難題，并且支持的用戶數和容量受限。03 根據3GPP-NTN（非地面網絡）等標準設計下一代的手機直連衛星系統，從5G向6G持續演進，即手機和衛星一起改變。由于需要新標準、研發新的技術和產品，這種方法可能需要更長的時間才能實現大規模商業化應用。

Qorvo的衛星通信技術優勢

相比不斷發展的技術實現路徑，衛星通信的波段劃分則是相對穩定的，主要涵蓋L、S、C、X、Ku、Ka、Q/V等波段。L (1~2GHz)、S (2~4GHz)波段幾乎分配殆盡，C (4~8GHz)、Ku (12~18GHz)、Ka (27~40GHz)波段正在大量使用、漸漸趨于飽和，Q/V (36~46GHz / 46~75GHz)波段則是衛星通信的后起之秀。

隨著衛星通信逐漸發展，半導體市場增量或主要體現在射頻前端部分。例如，在上行鏈路，端側的發射功率要遠大于蜂窩通信，這對于功放提出了新的要求；在下行鏈路，衛星通信的信號損耗很大，對于終端射頻器件的要求很高，接收端的LNA、射頻開關等都需要更先進的設計以提高系統的信噪比。同時由于發射功率和信噪比的要求，衛星通信的天線設計也有新的挑戰，特別是應對和其他波段共用一個天線的情況。

面向衛星通信領域，Qorvo可以提供從L波段至Ka波段的完善射頻功能，涵蓋PA、LNA、分立式開關、RF濾波器、數字步進衰減器、混頻器、倍增器、移相器等廣泛產品組合，以業界領先的可靠性，幫助客戶開發下一代衛星通信解決方案。包括采用GaAs和GaN技術的功率放大器、提供業界領先NF和P1dB特性的低噪聲放大器 、自動增益控制 (AGC) 功能、上/下轉換器和衰減器等各種信號控制功能在內，這些久經市場驗證的Qorvo高性能產品方案，正在成為衛星通信系統的理想選擇。

2023年9月，Qorvo重磅發布業界最高功率的Ku波段衛星通信放大器QPA0017，適用于日益增長的相控陣天線衛星終端以及高數據吞吐量的地面和移動設備，進一步“掘金”衛星通信的廣闊市場機遇。

衛星物聯網正悄然崛起 除了手機直連衛星這樣讓人激動的暢想，衛星通信領域的細分市場——衛星物聯網也在悄然崛起。地面蜂窩基站對于地理環境的要求較高，導致荒漠、草原、深山，以及遠海等非陸地區域，長期以來成了“信號盲區”。這些區域包括戈壁里的油田、深山里的水電站、海洋漂浮的氣象監測點等設備資產，非常適合通過“衛星物聯網”進行管理；更有農業管理、工程建筑、海上運輸等行業應用，有望進一步與衛星物聯網結合，形成新的發展模式。ABI Research預測，到2024年將有2400萬臺設備通過衛星實現物聯網接入，推動衛星物聯網產業鏈進一步發展與完善。

經過驗證，衛星物聯網的兩種“優先”連接方式分別是終端直連衛星和經關口站連衛星，且衛星物聯網終端的頻率范圍一般為標準Ku或Ka波段。Qorvo在衛星通信以及網絡基礎設施等應用也擁有深厚的技術積累，對于上述連接方式與波段均有對應解決方案。例如，Qorvo可提供高性能組件，支持上行鏈路和下行鏈路系統通過Ka波段進行衛星通信，如下圖所示。

Ka波段VAST功能框圖

總而言之

衛星通信方興未艾，已經成為地面蜂窩網絡的強有力補充，隨著衛星發射成本的下降，有望實現更低成本、更廣域的網絡覆蓋能力，促進形成“空天地海一體化網絡”的新格局。Qorvo與您一起，展望萬物連接未來！