手机直连卫星技术「最强科普：手机为什么要直连卫星？」

通信世界网消息（CWW）珍惜今天，珍惜现在，谁知道明天和意外，哪一个先来。——《萤火虫之墓》

在海拔5000米的昆仑山上，七位科考人员被困，越野车故障、天色渐晚、没有露营装备、无法与支援单位联系上……这是近日发生的一件真实案例。

在情况危机之际，这些被困的科考人员遇到了随身携带卫星通信设备的另一支科考队伍。高原上的相遇，开始了一场基于卫星电话的快速救援。这条来自天际的通信之路，拯救了科考队员的生命。

在意外面前，卫星通信是人们对外联络的一条重要生命线。在郑州大雨、门头沟大水等灾害发生时，卫星通信在救援过程中都承担了重要的救援作用。

这么好的技术为什么才向大众普及呢？要知道，传统的卫星终端很大价格也较高，不适合人们日常使用。但是今年华为Mate 60的发布让卫星通信走入人们的日常，用手机就可以直接拨打卫星电话。只是功能资费比普通电话卡要贵不少。

那么对于个人用户来说，我们的手机是否需要直连卫星？智能手机直连天通卫星的伟大壮举又是怎样实现的呢？

手机为什么要直连卫星？

事实上，手机直连卫星一直是一个美好的设想，这样就可以让每部手机都有应急通信的能力。

“手机直连卫星的想法并不是一时兴起，而是经过了深思熟虑和实践检验。”作为华为Mate 60实现直连卫星的重要参与者，中国电信集团卫星通信有限公司副总经理李屹寰近日在中国卫星应用大会上讲道，我们曾经遇到过一些特殊的自然灾害，比如甘肃白银的越野跑事件和河南郑州的暴雨事件，这些事件导致了地面网络的瘫痪或不稳定。在这种情况下，手机直连卫星就显得非常重要和有用。

“我们曾经用天通卫星救援过郑州人民医院，让院长能够及时联系外界，保证了ICU里的病人的生命安全。这些经历让我们深刻感受到，手机直连卫星不仅是一种技术创新，更是一种社会责任。”李屹寰讲道。

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近年来，我国在移动通信领域正在布局高速泛在天地一体、云网融合的通信网络。我们有幸拥有天通卫星系统，华为Mate 60手机直连卫星就是通过天通卫星实现的。

2008年，汶川地震救灾中凸显出我国应急通信体系建设的不足，国家决定启动建设自主可控的卫星移动通信系统。

2010年，“天通一号”卫星移动通信系统正式启动研制工作。

2011年，系统正式批复立项。

2016年，天通一号01星于2016年8月6日在西昌发射入轨。

2020年，天通一号02星与2020年11月12日成功发射。

2021年，天通一号03星与2021年1月20日发射。

天通一号01星的业务能力：卫星电话手持终端可拨打任意地面固定和移动电话，业务速率1.2kbps、2.4kbps和4.0kbps；短消息可与地面公网移动通信终端互联互通；数据传输/互联网接入/视频回传速率9.6kbps～384kbps。

天通一号02、03星充分继承01星技术状态，并根据01星运营经验进行方案优化；目前“天通一号”系统三颗卫星在轨服务，实现亚太区域覆盖。

正是这三颗卫星支持了Mate 60的通话功能。

“手机直连卫星是一个伟大的创新项目，也是一个永无止境的探索过程。”正如天通一号移动通信卫星总设计师陈明章说的那样，如今，手机直连卫星，已经成为“天地融合移动通信”的成功样例和典型应用。

手机直连卫星有几种方式？

我国是通过天通卫星来实现通信，那么马斯克的星链又是如何实现卫星通信的呢？这就要提到手机直连卫星业务的三种技术路线。

路线一：双模终端

利用已建成的卫星移动通信系统级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和卫星移动通信双模终端。（新用户需要更换手机）

实现双模终端通信需要双向奔赴。“双模终端接入路线需要在终端侧和网络侧开展相应的技术攻关。”李屹寰讲道。终端侧需要实现芯片小型化、射频天线优化、终端结构优化；网络侧需要信源编码优化、空口传输优化、速率自适应、资源调度优化等。

示例：天通、北斗、全球星、铱星。

路线二：基站上卫星（存量终端手机直连）

卫星通信运营企业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公里的太空，实现手机直连卫星能力。（用户无需更换手机）

“这种方式的关键技术挑战是大面积阵列天线。”李屹寰讲道，需要增加天线增益，满足存量终端直连卫星的链路需求，波束赋形技术满足于地面移动通信网兼容共用的需求。除此之外还需要解决多普勒频移以及时延补偿问题。

示例：Starlink、BlueBird、Lynk Tower。

路线三：3GPP NTN

技术路线也可细分为两类，一是利用已建成的卫星移动通信系统的透明转发通道，将协议升级为3GPP NR NTN或IoT NTN的路线。（新用户需要换机，新建系统的频段兼容/协调难度极大）。二是通过整个端到端系统设计采用基于5G NTN及其演进技术体制的支持手机直连业务的星地融合技术路线。手机可接入未来符合3GPP NTN的5G/6G网络，不兼容现有卫星系统。采用星地融合用频方案，复用分配给卫星和地面移动业务的频段。

示例：海事卫星、Ominispace。

图：手机直连卫星的多种技术路线

美国运营商为什么选择基站上卫星路线？

马斯克曾说过：“很快大家就可以用手机连接到星链，不需要换手机，只需要一个小盒子，就像一个Wi-Fi路由器一样。”这说明马斯克的星链是采用基站上卫星的方案。

那么美国运营商为何如此重视卫星通信，马斯克又为何要选择基站上卫星这种方式呢？

这是因为美加澳等国的商业环境决定了，需要卫星网络补充地面网覆盖。在商业环境方面，美国、加拿大等国的电信运营商以私营公司为主，因此在用户密度较低的区域，地面移动网覆盖不佳。

在产业政策方面，美国也支持卫星补充地面网覆盖。FCC于2023年4月12日发布了一份关于“单一网络未来：太空补充覆盖”的提案规则，旨在通过提出太空补充覆盖（SCS）的新监管框架，促进卫星和地面网络的融合。与地面服务提供商合作的卫星运营商将能够获得FCC授权，将分配给地面业务使用的频谱灵活应用于卫星业务。这将使地面运营商的用户在偏远、未服务和服务不足的地区获得扩展覆盖，并增加紧急通信的可用性。

存量终端接入路线的产业基础是商业发射能力极强、商业发射成本低、卫星载荷及整星研制能力较强、卫星载荷即整星研制能力较强。这也是马斯克豪言壮语的底气所在。

而中国与美国的卫星发展策略有所不同。这主要是基于二者的网络基础不同以及商业环境不同。

一是地面网络基础不同。2022年底，我国地面移动基站站址约300万个，基站超过1000万个，地面移动网和宽带已覆盖了现有行政村；2022年底，美国近60万个地面移动基站站址，在用户密度较低的区域，地面移动网覆盖不佳。我国地面宽带基础设施建设水平明显优于美国。卫星移动通信业务同样需要宽带星地传输链路，宽带上网业务是Starlink建网的基础，也是前期核心业务，手机直连业务是Starlink系统宽带业务的扩展。

二是商业环境不同：应用场景、业务侧重点不同。美国、加拿大、澳大利亚等国地广人稀，地面网覆盖偏弱，有常住人口区域还有无信号覆盖的情况，因此基站上星可以满足该地区用户长期且稳定的使用需求，包括短信、语音和数据业务。

我国手机直连应用目前以日常满足户外工作、户外运动用户在无人区域开展作业、活动时的按需使用，以及自然灾害等紧急情况下满足应急救援力量和重要通信用户在无地面通信网支持时使用，以短信、语音为主。

总而言之，华为Mate 60在应急通信这件事上迈出了非常宝贵的第一步。现在，手机直连卫星已经成为了一种新型的通信方式。但是手机直连卫星这件事未来如果要普及还有很多问题要解决。

由于卫星容量有限，因此大规模普及还需解决并发量过大的问题，避免在灾害发生后，大量用户拨打应急电话导致系统瘫痪等问题发生。

“我们还有很多工作要做，比如提供更多更好更便宜的终端产品，让更多的用户能够买得起、用得上；提高卫星网络的性能和容量，让用户能够享受更快更稳定更丰富的服务；实现天地一体、无缝切换的网络体验，让用户无论走到哪里都能畅通无阻。”李屹寰讲道。

未来，手机直连卫星技术和应用发展，还需要全产业链的高度协同配合。卫星研制方、通信运营方、手机厂商、通信设备研制方、芯片制造方等多方合作，共同明确应用能力需求和技术发展方向。面向后续建设应用，还需加速开展技术验证工作。同时，也需要政府和管理机构推进通信标准化、频率使用规则优化等举措。