手機直連衛星技術綜述

手機直連衛星不是讓消費者在手機或衛星電話之間做出選擇，而是將他們的手機變成衛星終端。這可以通過將支持衛星的硬件納入現代手機來實現，例如蘋果和華為，或者通過將蜂窩硬件設計到衛星中來實現，這就是Starlink、AST和Lynk正在做的事情。無論哪種方式，移動通信運營商和通信衛星運營商之間肯定是伙伴關系，而不是競爭，意味著智能手機將逐步集成衛星連接的功能。發展趨勢很明確，以至于從衛星制造及運營側、地面移動運營商側、終端側、體制協議側、操作系統側等各方面開始發力。

3GPP從R15開始定義NTN網絡，衛星網絡是其中重要的場景，R17標準化了5G與包括衛星在內的非地面網絡（NTN）之間的獨特合作，以提供兩者之間的無縫過渡，R18將持續定義及優化以衛星通信網絡為主的NTN通信的體制協議。?

2023年2月23日，FCC主席Jussica公布了3月份的會議安排。其中值得關注的是FCC將基于“頻率共享政策優化”來支持SCS（Supplemental Coverage from Space）場景的發展，并將其作為首個議題來討論。提案“首次提出地面移動運營商與衛星服務商合作的框架”，重點對“衛星運營商復用地面頻率帶來的政策及技術問題”進行意見征詢。

此提案代表了歐美國家對于“衛星+地面網絡融合”場景的重視，這也是繼沙特拍賣“2.2GHz NTN頻譜”使用權之后，全球對于天地共享頻譜政策推進的又一重大事件。

此提案最大的受益方是手機直連衛星的應用場景，這里的手機不僅僅是傳統意義的手機，還包括物聯網終端等能在地面網絡接入的標準終端，基于通用的頻率，在天地網絡中漫游，通過天基網絡的部署，來提升地面網絡服務的范圍和性能。這將是FCC推動手機直連衛星場景落地的最有力的推動力，如果政策文件能落地的話，將大大推進ASTLYNKSpaceX等手機直連衛星服務公司商業落地的進程。

從FCC發布的提案文件來看，該提案希望“為SCS提供新的合規框架，來提升地面網絡與衛星網絡的融合”，主要通過“靈活配置地面運營商與衛星廠家的頻率使用權”。提案提出，希望通過為地面增加衛星專用頻譜為指定區域提供服務，以及通過衛星互聯網使用地面運營商頻譜來為指定GIA區域提供移動通信服務；

GIA：Geographically independent area，主要包括六個：(1)美國大陸；(2)阿拉斯加州；(3)夏威夷；(4)美屬薩摩亞；(5) 波多黎各/維爾京群島；(6)關島/北馬里亞納群島。

該提案對融合場景設計、政策優化等方面征詢意見，重點提出復雜場景下對運營商技術能力考核和頻率干擾規避考核等方面的問題。

從頻率來看，主要此次擬放寬600MHz、700MHz、800MHz以及寬帶的PCS和WCS等頻段的使用。Starlink通過與T-Mobile的合作擁有了PCS頻段的頻譜使用權，AST在巴布亞新幾內亞申請的頻率包括了上述頻段，并在向FCC申請在美國的落地運營權，并通過與AT&T的合作，獲得了在800MHz頻譜上的試驗的權力?？梢娙绻撎岚傅穆涞?，將直接加速相關企業的運營牌照的申請。

AST申請美國落地運營的頻率

AST首顆BW3寬帶試驗衛星申請的頻段

此外，還有一條信息需要關注的是除了美國運營商外，此次提議允許非美國衛星運營商通過與地面移動運營商的合作進入美國市場。

具體的提案落地情況，將在3月中旬的公開會議中討論。此提案可能將受到一些沒有布局衛星通信業務的運營商的反對，但是從總體來看，主流運營商都在布局相關的技術和市場，所以提案獲得通過的可能性很大，該提案的通過將直接加速美國手機直連衛星產業的發展。

衛星網絡能支持什么樣的手機我們又可以把這個場景分為三類：

第一，支持現有的2G3G4G5G的普通手機，就是手機端不用硬件的修改，也不用配“什么手機殼”等外掛來跟衛星通信，這是我們說的存量手機直連衛星的場景，Lynk、AST和SpaceX是這種模式。很多人對這個場景表示擔憂，后續我們展開分析；

第二，就是基于5G NTN的場景定義，下一代手機可以支持這種通信服務，這是大勢所趨，Omni等從IoT NTN做起的公司是走這條路，因為體制協議還沒完全定義，所以需要時間；

第三種，就是蘋果和華為以及三星將要推出的，把衛星通信的硬件集成到商業終端手機里，能跟現有衛星網絡融合通信，目前蘋果和華為都是短信通信，讓我們期待電信用天通來實現的語音手機直連衛星的通信吧，我們分析認為國內大概率還是華為支持電信來完成。

從上面的三種場景分析，NTN是最順的一條路，因為有標準組織牽頭，終端組織參與論證，產業鏈慢慢拉起來會比較順利，但是存在兩個問題，一個是需要時間，另一個對原來終端不兼容，（很簡單的例子就是多普勒的補償，現有手機不會補償，NTN協議里定義的終端需要補償多普勒，詳細的這里不展開了。）很多人需要換手機才能使用，這對用戶不友好。蘋果和華為那種模式呢，其實現在來看終究要淘汰的，因為效率低下，標準化的網絡起來之后會對其產生很大的沖擊，蘋果是因為市場占有率高，可以拉動市場的走向，但是畢竟用戶不是都用蘋果，世界也不止只有美國。所以，視線轉回存量手機直連，這條路最有意義，當然也很難，因為手機不改，給衛星帶來很大的系統設計難度。

外媒分析認為，隨著衛星到蜂窩（可以理解為D2D）服務將成為一項可行的服務，這一現實即將到來。發展來看，首先是初創的衛星通信公司，然后很快延申到主要的電信和手機等終端公司。將衛星直接連接到未經改裝的手機（所說的存量手機）的效率優勢是顯而易見的——人們將不再失去聯系或也不需要專門的昂貴或者笨重設備來保持連接。雖然手機直連衛星的初創公司Lynk和AST SpaceMobile已經享有早期的市場優勢，Lynk剛剛獲得FCC的批準，可以在國際上提供服務，但在T-Mobile和SpaceX以及蘋果和Globalstar、華為和北斗之間的一波合作協議之后，市場可能會更快地擴大規模。

華為和Starlink手機直連衛星技術差異

手機直連衛星工作

1.????優化星載基帶：實現星載基帶的協議自適應適配與業務功能的自動分割。

2.????研發星載相控陣天線：研發星載超大規模陣列天線技術，優化全數字/模數混合賦型架構，以實現地面移動終端的小型化。

3.????優化衛星終端天線：使用小陣面相控陣天線與通用基帶芯片設計，追求體積小成本低。

4.????星地回傳：高效利用空口，實現大帶寬、大容量、遠距離的星地傳輸。

5.????星間路由：研發激光星間鏈路，這是實現天地一體化的關鍵突破點。

6.????系統軟件研發：實現波束協同與無線資源調度與立體星座多波束管理。

第一種是基于目前技術的延伸，是最快可以做的技術，但受限于終端的市場占有率和現有衛星的容量等能力，

第二種，則是目前可以快速建立市場的方式，為存量手機增加衛星通信功能，收取少量費用以備不時之需，尤其是NTN標準體制還未完全明確，產業發展還不足以支撐業務發展的情況下，這種模式是立竿見影的，問題就在于頻率的問題，政策的問題，以及性能回退的問題等；

第三種，對于NTN標準的體制協議及下一代終端兼容衛星通信技術，這是目前可以確定會發生的，提前布局技術等待未來的到來是對的。

華為mate60pro衛星直連手機技術分析

華為使用的是天通衛星，其體制協議并非現網手機通用體制協議，且終端也需要配置專用處理器，類似于將原來的雙模衛星電話做的更小巧，更接近消費級普通商用終端，屬于第一種專用體制+專用終端（華為mate60pro）。系統從網絡側、終端側、業務側齊頭并進，先后突破高性能內置天線、基帶射頻芯片一體化小型化、衛星核心網與移動核心網拉通以及信令協議轉換等關鍵技術，終于推出手機直連衛星功能。系統還有一個先天優勢，因為它處于LSC這樣的低頻段上，天線具備適合手機終端尺寸的條件。

華為全球首發推出衛星直連通話服務，星地一體化的大趨勢充分顯現。為了滿足衛星通信的便捷使用，近年來廠商開始在消費級的手機上集成衛星通信功能。智能手機要實現衛星通信要求天線射頻技術和基帶芯片技術有較大的發展。目前看，華為、蘋果與高通的解決方案通過基帶芯片升級實現了衛星通信，其中華為全球首次實現話音通信。展望未來6G時代，衛星網絡將與地面蜂窩網絡深度融合，突破4G、5G受到地形限制的缺陷，實現全球無縫覆蓋，手機直連衛星將是星地融合通信的一種主流方式。

手機直連衛星技術難點之一：天線

從衛星通信的原理看，衛星、手機是信號收發的設備，其中天線負責射頻載波信號的接收和發射，是無線通信系統必不可少的組成部分。

1）?衛星上的天線：為了實現手機直連，提升衛星天線能力是一個重要的技術方向。例如AST Spacemobile、Lynk、Starlink等公司的技術路徑，需要將新發射上天的通信衛星的相控陣天線尺寸和規模做大，根據AST官網Bluewalker 3擁有64平方米的相控陣天線，根據Space X官網，二代星鏈則預計采用一個邊長5-6米、面積25平方米的相陣控天線。

2）?手機上的天線：在手機直連衛星中，手機向衛星的傳輸是一大難點。由于衛星與地面通信傳輸距離長、對衛星的指向要求高,傳統的衛星電話往往搭載一根體積大、長度長、高增益的衛星天線。但對于一部大眾智能手機,天線受制于終端體積和功耗的限制,通常采用的是低增益全向天線,因此一般無法做到連接衛星進行通話。若需要在大眾手機上實現衛星通話,則需要突破衛星通信天線與手機共形設計。

3）?展望未來Ku、Ka頻段連接，手機終端天線設計仍需要技術突破。目前可實現的手機直連衛星系統仍然工作在低頻段，例如天通工作的S波段。未來我國低軌星座將采用Ku和Ka頻段，若要實現手機直連衛星，需要終端天線技術持續升級。

手機直連衛星技術難點之二：功放

功率放大器的作用是對發射通道的射頻信號進行放大，是無線通信設備射頻的核心組成部分，影響整個無線通信設備發射性能、系統功耗等重要指標。

為了實現手機和衛星的連接，一方面，要滿足衛星通信鏈路預算不變，由于通信距離變得更長，空間衰減會更多，因此手機功放需要能夠提供足夠的功率來確保信號能夠成功傳輸到衛星。另一方面，功率放大器需要提升轉換效率，由于發送到衛星的信號需要更高的功率，因此需要功放的效率變得更高，更高的效率意味著功放產生的熱量更少，電池消耗也更少；如果僅提升功放的功率，會造成手機待機的時間變短。采用第三代半導體能提供更高的功率密度和效率，允許功放在更小的尺寸和更低的功耗下提供更高的輸出功率。

第三代氮化鎵微波半導體電路優勢明顯，能夠提升射頻器件的性能。對于集成電路材料的選擇，最新發展的第三代半導體氮化鎵（GaN）材料可以讓微波功率管的輸出功率成倍提高，其擊穿電場/電壓更高，能夠制成固態大功率器件，同時，氮化鎵還具有比砷化鎵更優異的高頻段工作性能以及更好的熱穩定性，可以在更高的溫度下持續正常工作。GaN 器件的功率密度是砷化鎵（GaAs）器件的十倍。GaN 器件的更高功率密度使其能夠提供更寬的帶寬、更高的放大器增益和更高的效率。GaN射頻器件大帶寬、高功效和高功率密度的特點使得其衛星通信和太空領域也有良好的應用空間。

據其分析，衛星產業鏈主要包括衛星研制、衛星發射、地面設備、衛星運營等環節。從產業鏈上下游劃分，衛星制造環節作為前端將率先發展。

從通訊基站到數字終端到 5G 時代，華為在科技領域始終堅持創新，相關華為產業鏈標的同樣有望在我國高水平科技自立自強、關鍵核心技術攻堅戰中受益，持續做強。

具體到華為手機產業鏈上看，華為上調手機出貨量目標以及高端機型的順利發布有望對上游產業起到拉動作用，可關注華為手機產業鏈和國產替代核心環節（射頻、天線、濾波器）供應商投資機遇。

華為Mate60系列采用了我國自研的“天通一號”衛星系統。2008年汶川地震，讓我們意識到了建設自有衛星通訊系統的重要性。2011年我國正式啟動了“天通一號”衛星項目。

天通一號的三顆衛星都是基于東方紅四號平臺研制，設計壽命12年到15年。

01星：2016年8月6日0時22分，中國在西昌衛星發射中心使用長征三號乙運載火箭成功發射天通一號01星。

02星：2020年11月12日23時59分，中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，成功將天通一號02星送入預定軌道，發射任務獲得圓滿成功。

03星：2021年1月20日0時25分，中國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭，成功將天通一號03星發射升空。

天通一號衛星擁有109個國土點波束，實現了我國領土、領海、中東、非洲，以及太平洋、印度洋大部分海域區域覆蓋?？商峁┱Z音、短信、物聯網服務、加密通訊等服務，系統的用戶容量可達250萬戶以上，基本滿足目前的用戶用量。未來不排除會進一步擴容。

天通一號衛星覆蓋區域主要為中國及周邊、中東、非洲等相關地區，以及太平洋、印度洋大部分海域。覆蓋地形沒有限制，海洋、山區、平原、森林、戈壁、沙漠都可實現無縫覆蓋。

以下是天通一號衛星的一些基本參數：

工作頻段：用戶鏈路為S頻段、饋電鏈路為C頻段。

用戶鏈路和饋電鏈路的上下行傳輸均為FDD/TDMA/FDMA方式。

發送頻段：S波段：1980MHz-2010MHz

接收頻段：S波段：2170MHz-2200MHz

手持設備支持信息速率分為兩擋：

1.2kbps-9.6kbps（可用于傳真）；

9.6-384kbps （數據傳輸/互聯網接入/視頻回傳）。

天線的發射功率<2W。

支持語音、數據、短信業務和定位功能，互聯網接入服務目前暫未開通。

Starlink衛星直連手機技術分析

Starlink這次推出的服務也很明顯，基于4G LTE的體制+現存的普通手機，屬于第二種；而移動聯合合作伙伴做的星上處理的手機直連衛星技術，則是第三種。星鏈在內的寬帶衛星/高通量衛星所用頻段集中在Ka、Ku、V這些高頻的頻段上，空間傳播損耗太大，終端天線必須做到20-30厘米口徑，這根本不適合手機終端。SpaceX需要發射新的星鏈衛星V2.0并進行組網。相比上一代，V2.0在原先Ku、Ka天線和星間激光鏈路的基礎上，增加一個面積達到25平方米的天線，以實現與地面手機的直接通信。衛星將使用頻段較低的移動通信頻率，據稱是在1.9GHz上。Starlink是想把蜂窩基站放置在天空中，為大眾提供移動通信服務。

擁有1.1億客戶的美國第二大無線運營商T-Mobile正在與SpaceX合作，以便第二代Starlink衛星可以直接免費連接到運營商的手機?！艾F實情況是，地面蜂窩技術有局限性。由于土地使用限制、地形或技術限制，它無法覆蓋所有地方。這使我們能夠將這些偏遠地區的覆蓋范圍更進一步，“T-Mobile無線網絡技術與戰略高級副總裁Karri 說。該公司計劃明年年底開始一個測試計劃，最初提供文本，圖片消息傳遞和參與的消息傳遞應用程序，“目標是在未來幾年通過語音和數據覆蓋范圍豐富服務，”Kuoppamaki說，并補充說，該網絡不需要額外的設備，因為T-Mobile網絡上已經存在的絕大多數智能手機能兼容該衛星通信網絡。

2023年10月11日，SpaceX星鏈官方網站全新推出星鏈直連手機業務（Direct to Cell）。根據SpaceX官網信息，其適用于現有的LTE手機。無需更改硬件、固件或特殊應用程序，即可通過星鏈發送文本、語音和數據。

下圖值得關注，明確將攜帶4G基站（eNodeB）入軌，從圖示可以衛星使用星間鏈路，比透明轉發系統更加靈活，屬于星上再生處理模式的衛星通信網絡建設。

發射手機直連衛星將先基于獵鷹9號，后續將使用星艦發射。

預計2024年實現短信發送，2025年實現語音通話，2025年實現上網（Data），同年分階段實現IOT（物聯網）。 初期支持的運營商包括：T-MOBILE (美國)、OPTUS (澳大利亞)、ROGERS (加拿大)、ONE NZ (新西蘭)、KDDI (日本)、SALT (瑞士)。 ? ? ?

這一服務可以直接通過消費者的現有手機進行連接，無需更換新機。最初階段，直連衛星的服務將僅限于短息和消息類App服務，但將覆蓋全國的每個角落，甚至是無手機基站信號覆蓋的地區。這將終結移動盲區，避免出現在野外無信號區域無法進行呼救的悲劇。

2022年7月28日，國外媒體發布了一則“SpaceX向FCC請求允許使用2GHz頻段來‘增強’其衛星移動服務”的消息。

2022年8月26日上午，馬斯克發了一條推特（Twitter），官宣明年即將推出的第二代“星鏈”（Starlink）衛星可以直連手機。此外，他還表示，“星鏈”與手機的連接將處理文本、圖像，可能還有視頻。2022年新聞，星鏈將和T-Mobile合作使用1.9GHz頻段提供直連手機服務。該服務將基于LTE，而不是5G等更新技術。 據外媒報道，SpaceX與美國電信運營商T-Mobile達成戰略合作，雙方將共同探索地面通信和衛星通信的融合。T-mobile CEO表示，將與SpaceX建立技術聯盟，合作將結束移動領域的僵局。馬斯克在活動現場介紹稱，即使所有的手機信號塔都癱瘓了，SpaceX旗下“星鏈”衛星的新服務也能正常工作。 ? 2022年12月6日，SpaceX公司向美國聯邦通信委員會（FCC）提交了“移動衛星服務（Mobile Satellite Service, MSS）”申請。 ? 頻譜資源申請，要求FCC授權其在美國市場開放直接對蜂窩網（direct-to-celluar）的衛星有效載荷許可?；?910-1915 MHz和1990-1995 MHz頻段分別開通地球到衛星（E-s）上行鏈路和衛星到地球（s-E）下行鏈路，從而實現無保護、無干擾的普通手機蜂窩網PCS G Block移動通信服務。 2022年8月，SpaceX和T-Mobile的合作，SpaceX所申請頻譜資源的地基移動通信使用權隸屬于T-Mobile移動通信公司。SpaceX創始人埃隆·馬斯克（ElonMusk）和T-Mobile首席執行官兼總裁邁克·西弗特（Mike Sievert）在得州星艦基地（Starbase, TX）宣布了雙方就移動衛星服務（MSS）開展合作，計劃在2023年底前實現基于星鏈（Starlink）衛星的MSS服務，并在全球范圍內逐步實現普通手機無盲點蜂窩網連接。

本次SpaceX申請的MSS服務頻段與陸基手機蜂窩網同頻段，MSS服務將以手機蜂窩網的形式提供接入服務，將適用于普通手機。

配置MSS服務載荷的星鏈V2.0衛星

據消息SpaceX公司將在星鏈V2.0衛星上實現MSS服務，提供此類服務的星鏈衛星將攜帶一個面積達到25平米的中頻PCS頻譜（mid-band PCS spectrum）天線，以實現與地面手機的直接通信。每個中頻PCS頻譜天線將在地面形成一個通信單元格，通信帶寬為2-4Mbits，單元格中的手機將可以通過直連衛星實現通信。

按照SpaceX最新發布的星盾（Starshield）計劃，后續的星鏈V2.0衛星都將提供模塊化載荷集成能力。MSS服務載荷也將以一種標準載荷形式發布，并方便地集成到需要提供此類服務的星鏈衛星上。未來的星鏈星座（Starlink Gen1）和星盾星座（Starlink Gen2/Starshield）的衛星都將基于星鏈V2.0衛星總線架構，根據所集成的載荷模塊，分別服務于商業用戶、政府，甚至可能提供混合應用的配置方案。

https://fcc.report/IBFS/SAT-AMD-20230207-00021：SpaceX請求授權操作其直接到蜂窩的有效負載，以便在 1910-1915 MHz 上行鏈路 Es 和 1990 中以無保護、無干擾的方式進行通信-1995 MHz 下行鏈路 sE 頻段 PCS G Block 以及現成的蜂窩移動設備。 ? https://fcc.report/IBFS/SAT-AMD-20230207-00022：SpaceX 應用程序在 1610-1617.775 MHz 范圍內提供移動衛星服務SpaceX Gen2 衛星上的上行鏈路 Es、2000-2020 MHz 上行鏈路 Es、2020-2025 MHz 上行鏈路 Es、2180-2200 MHz 下行鏈路 sE 和 2483.5-2500 MHz 下行鏈路 sE 頻段。 2023年02月SpaceX 撤回了針對 T-Mobile 蜂窩服務和使用 GlobalStar 頻率的 FCC 備案。 https://fcc.report/IBFS/SAT-STA-20230929-00240? SpaceX根據委員會規則第 25.120 條，特此請求特別臨時當局（“STA”）自 2023 年 12 月 1 日起六十 (60) 天內發射和測試其非對地靜止軌道(“NGSO”) 第二代 (“Gen2”) 衛星1，具有直接到蜂窩通信有效載荷，可將未經修改的蜂窩電話直接連接到 SpaceX Gen2 衛星，但須遵守授權 SpaceX 發射和運營 7,500 顆衛星的 Gen2 命令中規定的條件衛星。這項 STA 是必要的，因為委員會將繼續處理 SpaceX 為消費者提供永久補充太空覆蓋 (“SCS”) 的申請2，并將允許SpaceX 在 12 月及時發射第一批支持直接蜂窩網絡的衛星2023年。

還沒有完整閱讀，似乎對于 1.6GHZ-2.4GHz 和 2GHz 應用程序，他們只是從 Gen1 切換到 Gen2，對于 T-Mobile 應用程序，他們將有效載荷衛星數量從 2,016 顆增加到 7,500 顆。SpaceX 請求其德國許可的直接蜂窩有效負載進入美國市場，以便在 1910-1915 MHz 上行鏈路 Es 和 1990-1995 MHz 下行鏈路 sE 頻段 PCS G Block 上以無保護、無干擾的方式進行通信，并具有關閉功能。

星鏈直連手機主要技術指標如下：

上行（手機到衛星）頻率：1910–1915 MHz ；數據率：3.0Mbps ~ 7.2Mbps

下行（衛星到手機）頻率：1990–1995 MHz ；數據率：4.4Mbps ~ 18.3Mbps

數據率猜測可以參考3GPP TS 36.213。5MHz帶寬下，配置25個RB，根據TBS表格（Transport block size table），精確的純物理層速率應該是3.112M~7.224M，4.392M~18.336Mbps。

2022年10月美國聯邦通信委員會（FCC）授權 SpaceX 發射 7,500 顆第二代星鏈衛星（ Starlink Gen2）后，近日又向 FCC 提交申請要求在其中的 2,016 顆衛星上放置有效載荷，用于與 T-Mobile 公司的直接通信系統（直連基站系統）。 ? 根據分享的文件，SpaceX 請求美國市場準入德國許可的直連通訊系統托管有效載荷，并將其集成到 2,016 顆衛星上。并希望使用 T-Mobile 已經獲得許可的 1910-1915 MHz 和 1990-1995 MHz LTE 頻段中的頻譜。因此，任何 T-Mobile LTE 智能手機都應該能夠連接到衛星服務，而消費者無需執行任何特殊操作。 ? SpaceX 表示其與 T-Mobile 的 Starlink 服務將能夠以高達 3.0 Mbps 或 7.2 Mbps 峰值上傳（地對空）的理論峰值速度提供語音、消息傳遞和基本網絡瀏覽下行鏈路（空對地）為 4.4 Mbps 或 18.3 Mbps。 ? SpaceX 在其附帶的一份文件中告訴FCC:“T-Mobile 基本上是作為太空中的蜂窩基站運營的，當地面基站無法連接或不可用時，直連蜂窩的有效載荷將使 T-Mobile 能夠連接到為其自己和合作伙伴網絡提供的移動設備?！?? 既除了消除移動盲區外，Starlink+T-Mobile 服務還將能夠在緊急情況下充當通信備份。對于消費者來說，這項服務將在實時通信時至關重要，甚至可以挽救生命，如在偏遠地區徒步旅行者遇到緊急情況時可以使用這項服務打電話或發短信尋求幫助。 ? 2022年12月8日FCC授權 SpaceX 部署 7,500 顆 Gen2 Starlink 衛星后，該公司昨天提交了一份請求，要求在其中 2,016 顆衛星上為其與 T-Mobile 的直接到小區系統提供有效載荷，以便“到 2024 年中期”實現覆蓋。

2022年，SpaceX向美國聯邦通信委員會（FCC）提交了一項申請，請求在最近獲得授權的“星鏈”（Starlink）第二代星座中的2016顆衛星上，增設手機直連衛星的有效載荷，用于通過“星鏈”衛星提供真正的全球手機網絡連接，與T-Mobile合作打造全球無死角的通信互聯服務。

https://fcc.report/IBFS/SAT-PPL-20221206-00170

圖源：FCC.Report ? 根據公開信息顯示，這2016顆衛星是“星鏈”第二代星座7500顆衛星中的一個子集，軌道高度為525公里和530公里，共28個軌道面，每軌72顆衛星，軌道傾角為53度和43度。 ?

SpaceX計劃于2024年中完成全面部署，在南北緯58度范圍內提供對地球的全面和連續覆蓋，其中服務于美國及其領土的衛星總數在80到100顆之間。

在今年8月，SpaceX首席執行官兼首席技術官埃隆·馬斯克（Elon Musk）就和T-Mobile首席執行官兼總裁邁克·西弗特（Mike Sievert）在星艦基地宣布了這項突破性計劃，即實現普通手機基于“星鏈”衛星的通信。

在這項計劃中，T-Mobile提供了地面頻譜資源，SpaceX則通過“星鏈”第二代衛星的通信載荷在原先Ku、Ka天線和星間激光鏈路的基礎上，增加一個面積達到25平方米的中頻PCS頻譜（mid-band PCS spectrum）天線，以實現與地面手機的直接通信。根據此次公開的文件，SpaceX希望使用T-Mobile已經獲得許可的1910-1915 MHz和1990-1995MHz的PCS G Block的5MHz帶寬頻率。

但在此次SpaceX向FCC提交的申請中，有兩個參數仍未確定： ? 首先是，服務能力。SpaceX在申請文件中稱，系統采用LTE體制，允許每用戶調度低至一個資源塊，每波束理論峰值速度：上行3.0Mbps或7.2Mbps，下行鏈路為4.4Mbps或18.3Mbps。

這些服務指標是在這樣的前提下給出的：一是采用最大的天線增益；二是單波束信道帶寬分別在1.4MHz和5MHz。 ? 前文提到，T-Mobile的PCS G Block共5MHz帶寬的頻率資源，SpaceX在申請文件中提出兩種可能的信道化頻率計劃：三色或四色復用、每波束1.4MHz；或同頻復用、每波束 5MHz。 ? 按照 LTE技術規范，鄰近小區的信號/干擾比優于-4.8dB時，同步和控制信道才能正確解調，在這種情況下可以采用同頻復用。對于地面網這個要求容易實現，但對于衛星天線實現起來有很大難度。 ? 如果采用三色或者四色復用，每個波束頻率帶寬為1.4MHz，每波束理論峰值速率為：下行4.4Mbps、上行3.0Mbps。1.4MHz信道帶寬的LTE有6個資源塊，因此，每波束最多可支持6個用戶同時在線，此時星下點的單用戶下行速率為750kbps左右。 ?

另一個未確定的參數是，天線大小及波束數量。天線增益的大小在很大程度上決定著手機直連衛星的通信能力，同時決定著工程難度。SpaceX在申請文件中給出了29dBi、32dBi、35dBi和38dBi四種天線增益。

AST?SpaceMobile的愿景是：“第一個直接使用手機的基于空間的蜂窩寬帶網絡”。一位高管表示該公司將在2023年開始部署運行直接兼容手機的寬帶星座衛星，目前，該公司一直在推進在其原型衛星BlueWalker 3上進行多項地面測試，并計劃將通過SpaceX Falcon 9進行發射。AST Space?Mobile表示這對于在LEO軌道上展示其技術十分重要。重達1500公斤的BlueWalker 3原型機比其進階形態的BlueBird小得多，前者擁有一個64平方米的相控陣天線將在太空中展開，通過3GPP標準頻率直接與蜂窩設備通信。最終，AST SpaceMobile的目標是部署大約100顆衛星，以實現大量的全球移動覆蓋。

目前，AST SpaceMobile公司已經獲得了沃達豐、樂天移動和American Tower等公司的戰略投資，已經與Vodafone、Rakuten Mobile、Orange等運營商達成合作意向。在BlueWalker-3完成測試后，將在全球五大洲開展全球測試。

衛星基站方面，根據AST官網2022年7月28日的報道，已經與諾基亞簽署了一項為期五年的5G協議。諾基亞的 AirScale Single RAN 設備旨在使 AST SpaceMobile 能夠為目前沒有地面通信網絡服務的地區的新用戶和現有用戶提供移動服務。這包括在全球范圍內連接陸地、海上或飛行中的設備。諾基亞將提供其全面、節能的 AirScale 產品組合中的設備，包括由最新一代諾基亞 ReefShark 片上系統 (SoC) 芯片組提供支持的 AirScale 基站。AST SpaceMobile 將受益于諾基亞的模塊化基帶插卡，該插卡可在需要時增加容量，從而提供靈活性和效率。諾基亞還將為網絡管理和無縫日常網絡運營以及優化和技術支持服務提供其 NetAct 解決方案。

AST SpaceMobile于近期從美國聯邦通信委員會獲得了一項實驗許可證，將在夏威夷及其家鄉得克薩斯州測試基于BlueWalker 3的服務。根據聯邦通信委員會批復的實驗申請信息，BlueWalker 3是一種非對地靜止衛星（“NGSO”），將用于測試一種新型相控陣衛星技術，以提供與現有蜂窩移動手機直接連接。在測試過程中，衛星前向鏈路將發生V波段頻率上，然后每個載波將通過空間站點波束將業務鏈路頻率傳送到用戶設備。測試也將反向進行（返回鏈路），其中用戶設備將根據業務鏈路頻率傳輸到衛星， 然后將其在V波段頻率上傳輸回到地面。衛星將在51至55度的傾角下運行，高度在375至425公里之間。

在服務鏈路頻段上的測試將使用現有的設備（如智能手機）與進行通信。所有用戶設備都將在已經授權給各方的頻率上運行。

V頻段中的網關上行鏈路載波上傳BlueWalker 3衛星的每個活動小區無線下行鏈路信號。衛星有效載荷處理器將V波段上行鏈路信號解復用，并將它們映射到在指定的無線網絡信道中從相控陣天線發射的小區下行鏈路波束中。在返回鏈路中，來自指定無線網絡信道中不同小區的用戶設備上行鏈路信號，被BlueWalker 3衛星上的相控陣天線接收。接收到的信號在頻域中進行復用，上轉換至V波段下行鏈路頻率，并傳輸到網關站。

V波段網關地面站將使用2.4米天線。多個網關可以并置在每個網關站點上。下面的圖顯示了系統的架構：

BlueWalker 3與手機之間通信的天線是一個 64 平方米（693 平方英尺）的相控陣天線，工作在700-900MHz的LTE頻段。巨大的相控陣天線可以生成很多獨立的、電掃描的波束，波束最大增益為36dBi，旁瓣水平符合ITU-R標準（優于－20 dB）。天線的每個波束可以跟蹤地面上一個固定的小區，而無需轉動天線陣面。也可以使用多個波束覆蓋同一個小區從而提升容量，所有的波束都可以在天線的覆蓋范圍內靈活分布。

巨大的相控陣天線由上百個獨立的小陣列天線面板組成，而每個小陣列天線面板又由16個天線單元組成。在BlueWalker 3搭載火箭升空的時候，小陣列天線面板非常適合折疊起來以縮小整體體積，到了預定高度再將小陣列面板展開，拼接起來形成巨大的相控陣天線。下圖是單個小陣列天線面板及其折疊狀態?

整個相控陣天線包含了上千個天線單元，這些天線單元的工作頻段為上行：846.5-849 MHz，845-846.5 MHz，788-798 MHz；下行：891.5-894 MHz，890-891.5 MHz，758-768 MHz。由于工作頻段相對較低，因此天線單元尺寸較大。大尺寸的天線單元使其背面可以直接集成各種射頻器件與芯片，這不僅有助于降低射頻能量損耗，也有利于各個器件散熱。

值得一提的是，組成相控陣天線的每個天線單元都是完全相同的，包括其設計、制造、測試等，這就獲得了數量上的優勢，使得AST可以通過批量生產相同的天線單元從而降低整個相控陣天線的成本。這與傳統的衛星不同，傳統的衛星上邊往往有很多定制化的部件，造成其整體成本很高。AST相控陣低成本的優勢，為其后續建造覆蓋全球的衛星通信網絡奠定了基礎。

AST SpaceMobile的BlueWalker 3將在以下頻段運行：

a）用于地球到空間方向的服務鏈路

846.5-849 MHz

845-846.5 MHz

788-798 MHz

b）用于空間到地球方向的服務鏈路

891.5-894 MHz

890-891.5 MHz

758-768 MHz

c）對于地球到太空方向的網關/回傳鏈路

47.2-50.2和50.4-51.4GHz

d）對于空間到地球方向的網關/回傳鏈路

37.5-42.0和42.0-42.5GHz

每個用戶波束都有一個專用信道，使用10MHz、5MHz、3MHz或1.4MHz的信道帶寬的任意組合。衛星將以相同或不同頻率傳輸其所有活動用戶波束。每個活動用戶波束將跟蹤在其視場角內地面上的固定小區，而無需操縱平面相控陣天線的視軸。所有活動波束都可以靈活地分布在其視場角內。地面上的同一小區可以通過衛星的單個波束或多個波束進行測試。波束對波束的切換使用與地面系統類似的方法，網關切換基于預先計劃，并使用“break-then-make”的方法。

另外，有點值得商榷的是，如果AST試驗是基于2G和3G技術，不對手機做任何修改是有可能做到的，但如果使用TDD模式的4G和5G技術實現衛星直連手機的寬帶通信，由于衛星系統傳播延遲大，理論上需要修改現有4G和5G技術標準。因為TDD組網，存在上下行時隙切換問題。超遠覆蓋，就會造成嚴重時隙交叉干擾。如，5G的最大小區半徑整體上由PRACH/GP二者共同決定。下表說明5G PRACH Preamble格式及對應最大覆蓋距離。

審核編輯：黃飛

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