手机直连卫星实现天地一体通信，卫星互联网迈向规模商业化时代

hwyzw

    手机直连卫星构筑天地一体通信，卫星互联网迈向规模商业化

    卫星互联网可通过高轨和低轨两大类卫星系统实现

    地球同步轨道通信卫星系统通常被称为高轨卫星通信系统。该系统的轨道高度为 35786 公里，卫星的运动方向与地球自转方向一致，其轨道面与地球赤道面相互重合，运行周期是一个恒星日，时长为 23 小时 56 分 4 秒，从地面观察，卫星在天空中处于静止状态。在地球同步轨道上布置 3 颗通讯卫星，就能够实现除两极之外的全球通讯。低轨卫星通信系统，其卫星距地面的高度处于 500 公里到 2000 公里之间。该系统一般是由分布在若干轨道平面上的卫星所构成的。卫星所形成的覆盖区域会在地面上快速移动。并且，其轨道周期通常约为 2 个小时。

    卫星互联网主要包括直连模式和中继模式两种连接方式

    直连模式下，手机或手持类终端无需地面热点、基站等中转设备，可直接与高轨或低轨卫星连接，以实现数据传输或进行通信。汽车也是大众体验卫星通信服务的重要方式，国内多个汽车生厂商已制定计划，打算在新车型上预装卫星通信模块，以此来推动汽车直连卫星的商用进程。中继模式下，手机与卫星并非直接相连，而是借助地面的卫星通信设备充当中继，进而与卫星进行通信，这种方式天然存在“移动性”方面的不足。地面卫星用户站会将信号通过无线路由器转换为 WiFi 信号，随后手机连接该 WiFi，以此方式，手机得以间接接入卫星通信网络。公司的星链卫星是这种模式的典型例子。星链系统的服务必须依靠地面站网关才能接入网络，所以“移动性”存在着瓶颈，这极大地限制了应用场景。

    手机直连卫星破解用户渗透的桎梏，是卫星互联网走向普及的关键

    从运营方面来看，手机直连卫星的发展方向有两个融合：其一为用户融合，即利用同一用户身份（同一 SIM 卡）来提供服务，让用户无需换卡、换号，就能根据自身需求接入卫星或地面通信网络；其二为终端融合。利用现有的大众消费类智能手机的形态和软件系统，借助芯片化、多模化、一体化以及智能化的设计，达成不同频段之间的快速切换，实现不同卫星之间的快速切换，并且完成卫星通信与地面通信网络之间的快速切换。从用户角度来看，手机直连卫星有这样的要求：一是在不改变用户使用习惯的情况下；二是大众消费类智能手机要同时具备地面移动通信网络以及卫星网络的通信能力；三是卫星网络要等效于地面 2G、3G、4G 或 5G 网络；四是卫星业务可作为一项增值业务；五是卫星业务与地面通信业务共同为用户提供服务。

    手机直连卫星具备场景、市场规模、产业链三大优势

    地面通信拥有完整且规模庞大的产业链，具备规模方面的优势以及成本方面的优势。2020 年，移动技术和服务在全球创造出 4.4 万亿美元的经济增加值，该增加值占 GDP 的 5.1%。到 2025 年，这一经济增加值将增加 4800 亿美元，从而达到将近 5 万亿美元。智能终端的销售情况开始回暖，这进一步稳固了产业链的规模优势。市场调研机构发布的 2024 年第二季度全球智能手机出货报告显示，第二季度全球智能手机市场出货量达到 2.9 亿台，与去年同期相比增长了 12%，并且已经连续三个季度实现正增长。如果手机直连卫星功能成为智能手机的标配，那么就意味着新增用户的覆盖量将超过 10 亿户/年，从而进入到低成本、广覆盖且更低成本的良性循环状态。

    手机直连卫星分阶段演进，未来迈向天地通信深度融合

    手机直连卫星演进包括三条主要技术路线

    卫星运营商、手机制造商、芯片厂商等多方需要共同合作研发基于在轨卫星的定制手机直连技术路线，并且要通过共享卫星频率、定制双模手机来实现手机直连卫星。存量手机直连卫星的技术路线如下：一是与移动蜂窝网运营商展开合作，共享地面蜂窝网络的频谱资源；二是借助先进的卫星相控阵天线技术，降低手机天线收发的灵敏度要求；三是以低轨卫星来转发地面蜂窝网信号（或者利用基站上的卫星）。3GPP 国际标准组织主导 5G NTN，它是一种非地面网技术体制，全球移动通信设备商、运营商、芯片商、终端厂商、卫星运营商等都参与制定了该体制。

    定制手机直连技术的特点是成熟且落地快速，然而它在技术演进和规模拓展方面存在受限的情况。

    现有手机增加地面移动通信和卫星通信模块，利用这两个模块来实现数据通信服务，且在我国主要使用天通的 S 频段，这就是基于在轨卫星的定制手机直连技术路线。多模终端方案被视为当前卫星通信技术的一种延伸。它有利于手机直连业务快速落地。尤其是利用在轨卫星，能够迅速让手机直连卫星业务实现商用。然而，当双（多）模手机直接连接“天通一号”高轨卫星时，地面信号强度较为微弱。此时，双模手机仅能实现对星的窄带低速话音和短信业务，无法达成手机对星的宽带上网功能。并且，由于其采用私有协议，所以无法迅速将生态链做大。此技术路线依靠各卫星运营商的非标准化技术体制。定制终端无法保证在不同运营商之间使用。全球泛在互联存在着阻碍。目前依据该技术路线已经有了相应的产品。然而，通信能力仅仅局限于话音和低速数据业务。

    存量手机直连卫星是现阶段的主要创新方向，然而它也面临着规模化的瓶颈。

    四是该技术涉及空间段以及地面基站的改造，投入较大且成本较高，同时还存在一些技术难题。现网 4G/5G 手机无需做任何修改，全部由卫星侧来处理长距离星地链路以及低轨卫星高速运动所带来的技术问题，包括时频同步、多普勒频移、切换与移动性管理、随机接入、无线链路预算等方面。同时，需要引入大面积波束赋形相控阵天线，以提供高增益波束，既满足存量手机直连卫星的无线链路需求，又能与地面基站覆盖相兼容。存量手机直连卫星模式一般是商业航天公司与地面移动通信运营商（MNO）展开合作，并且运用地面蜂窝网络的频谱资源来进行实施。

    5.5G 和 6G 标准在不断演进，NTN 体制有希望成为未来的主要技术体制。

    NTN 体制能够充分运用并分享地面 5G 的产业链以及规模经济效益，从而使卫星通信产业规模得以快速增加。这种体制源自地面蜂窝通信技术的演进，能够达成卫星通信与地面通信体制的兼容，这标志着 5G/6G 从地面拓展到了空间，是未来星地融合通信发展的主要趋向。主要包含 NR 和 NTN 这两条技术路线。前者是基于 NB-IoT 技术发展演变而成的，它主要致力于支持物联网业务，具备提供低速数据传输以及短消息等方面的功能；后者是基于 5GNR 技术发展演变而来的，它主要致力于支持宽带数据、语音和固定无线接入等方面的功能。从连接场景方面来看，NTN 技术包含以星载平台作为依托的卫星通信连接；还包含基于高空平台系统（HASP）的连接；同时也包含基于无人驾驶飞行器的空对地网络通信连接。

    我国发展手机直连卫星优势显著，多方合力有望加速成长

    卫星互联网战略价值、产业价值显著

    战略层面方面：与国家安全紧密相关且关乎自主可控。其一，能够大幅增强抗损毁的能力以及在极端条件下的生存能力。天地一体网络会明显提升网络的韧性，提升通信设施的防护等级，以此来保证通信的连续性与稳定性。其二，能够避免受到他人的制约。依赖国外的卫星系统，不但意味着要支付高额的费用，还可能在紧急状况下出现资源调配受到限制的情况，无法充分满足国内的需求。

    3. 产业培育方面，空天信息产业是高端装备制造和新一代信息技术的集合体，它将在手机产业与卫星通信产业的融合中带动产业链发展。SIA 的数据表明，卫星组网费用在整个卫星产业链产值中所占比例约为 7.5%。基于此测算，预计低轨卫星通信产业的规模将会达到大约 4000 亿元。

    我国发展手机直连卫星具备制度、产业与市场优势

    在制度优势方面，国家队起到引领作用，新势力也纷纷入局，二者共同为商业航天的发展提供支撑。

    在新型举国体制的背景下，“国家队”引领着航天事业的发展。其中，中国星网牵头组建了“国家队”。“国家队”计划在 5 年内发射约 10%的由 1.3 万颗卫星组成的中国星链主体卫星。星网技术试验卫星成功发射，这表明星网星座已迈入正式建设阶段。我国“GW”星座对标 “星链”，该星座总共包含 2 个子星座。其中，GW-A59 子星座的卫星分布在 500km 以下的极低轨道；GW-2 子星座的卫星分布在近地轨道。相比“星链”，“GW”星座有着更低的轨道高度。

   

    民营资本持续助力建设，商业航天快速发展。截至 2023 年底，民营商业卫星企业部署实施了 33 项星座计划。这些星座计划占总部署实施的 66%，占总商业卫星星座计划的 49%。国内已注册且有效经营的商业航天企业数量达到 537 家。按照不同领域划分，卫星制造有 140 家，地面终端及设施制造有 140 家，卫星服务有 205 家，卫星发射企业数量较少，为 52 家。2023 年我国一共实施了 67 次发射任务。其中，民营火箭公司发射了 13 次，成功率为 92%。从发射任务类型来看，商业发射有 24 次，占年度总发射次数的 36%。

    我国终端厂商、电信运营商加快布局，手机直连进入快车道

    2022 年 9 月，华为公司推出了支持北斗短报文功能的系列智能手机。用户在极端环境中能够发送单向北斗卫星消息以寻求帮助。这实现了全球首个手机直连卫星短信服务。2023 年 3 月，华为发布了新一代 P60 系列智能手机。该手机支持北斗双向卫星通信。进一步增强了手机直连卫星通信的能力。vivo 基于 X90 Pro+进行预研，现已在天通卫星环境下实现 5G NTN 手机直连卫星的空口上下行连接，同时也实现了 vivo 手机之间的互通，还通过卫星通信成功进行了收发文字消息的业务演示，其功能和性能都符合预期。OPPO 与中国移动研究院携手进行合作，共同完成了 5G 手机终端直连卫星的实验室测试验证。OPPO 发布了 Find X7 Ultra 卫星通信版，其拥有创新的天线波束专利设计，既支持听筒模式的卫星通话，也支持免提模式的卫星通话，并且是双向的，使得发送卫星信息更加便捷。

    重点公司分析

    上海瀚讯：航空航天、军用宽带移动通信系统装备供应商

    公司主要进行的业务有：研发行业宽带移动通信设备，制造该设备，销售此设备以及实施工程。同时，将业务应用软件、指挥调度软件等配套产品进行结合，向客户提供行业宽带移动通信系统的整体解决方案。公司参与研制了“专网宽带移动通信系统某通用装备型号研制项目”，且是技术总体单位。它以民用第四代移动通信技术（4GTD -LTE）为基础，针对客户应用的特殊需求，在多个方面实现了技术创新和突破，包括高机动远距离通信、自组织组网通信、频谱感知、宽带抗干扰通信、系统自同步等。

    公司主要致力于专网 4G/5G 通信装备的研发、制造与售后服务。它专注于陆、海、空、天等领域行业用户的行业应用，并且提供专网宽带移动通信系统的设备以及整体解决方案。当下，公司已经有多种装备完成定型，还有多种装备正在研发之中。公司的新型号产品持续在多个领域和行业进行拓展，这为公司的可持续发展奠定了基础。

    公司的卫星业务涵盖了卫星通信载荷、地面通信系统、在轨验证平台等产品。公司成功中标了相关低轨卫星星座地基基站与测试终端的研制项目，并且已经顺利完成交付。同时，公司中标入围了低轨卫星星座一期卫星通信载荷产品的研制，配合相关星座 2024 年的发射规划，实现了交付。

    航天环宇：卫星动中通、静中通等供应商，参与千帆组网供货

    主要是为航空航天领域的科研院所和总体单位的科研生产任务，提供技术方案解决以及产品制造的配套服务。航空航天工艺装备板块方面，公司完成了 C919 批产的辅助工装研制交付，完成了 C929 机翼壁板固化胶结工装的研制交付，完成了多型进气道成型工装的研制交付，完成了机翼蒙皮成型工装的研制交付，完成了发动机叶片成型工装的研制交付；航空产品板块方面，公司完成了多型机型进气道的生产交付，完成了短舱风扇罩的生产交付，完成了机身结构件的生产交付，完成了机翼的生产交付，完成了 V 型尾翼的生产交付，完成了机匣零部件的生产交付。

    卫星通信板块中，公司的产业链较为齐全。公司构建了卫星通信天线这一产品线，同时也有航天测运控天线以及特种测试设备这两条产品线。相关产品已在多个军兵种的卫星通信地面站等装备上得以成功应用，还在国家低轨卫星互联网信关站等领域取得了良好的应用效果，并且在技术方面取得了长足的进步，同时也树立了良好的市场品牌效应。2024 年上半年，公司完成了多项重要产品的研制交付。其中包括“千帆”星座 4.5 米测控天伺馈产品。同时，还完成了“千帆”星座 1.8 米馈电天伺馈产品。此外，还完成了大尺寸静区紧缩场反射面产品。

    国博电子：有源相控阵 T/R 组件、射频集成电路龙头

    公司的主要客户包括各科研院所、整机单位以及移动通信设备制造商等。

    公司在低轨卫星领域开展了技术研发和产品开发工作，多款产品已交付客户。公司在商业航天领域也开展了相关工作，多款产品已交付客户。公司开展了卫星通信领域多个射频集成电路的技术研发和产品开发工作，多款产品被客户引入。多款射频集成电路已在 5.5G 通感一体基站中得到应用。高线性控制器件业务应用于基站新一代智能天线并实现批量供货，同时针对 5.5G 通信的发展需求，持续开展产品迭代开发以及新产品研发工作。射频前端模组应用于无人机并实现批量出货，且下一代高性能射频前端模组的样品研制工作已经完成。

    报告节选：

   

    （本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用