今年的你，可能并不容易找到一個換手機(jī)的理由，但廠商們可不這么想。本周以來，華為 Mate 50、蘋果 iPhone 14 系列先后發(fā)布，二者有個共同賣點：可以直連衛(wèi)星。
由于橫跨智能手機(jī)和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)兩大行業(yè)，“手機(jī)直連衛(wèi)星”也成為 2022 年最酷的科技概念。
手機(jī)直連衛(wèi)星能用嗎？好用嗎？怎么用？市場前景如何？本文帶你一起關(guān)注相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)問題。
手機(jī)直連衛(wèi)星（satellite-to-cellular service）并不是新概念。2021 年，就有傳言蘋果 iPhone 13 系列會增加相關(guān)功能（當(dāng)然后來沒有），今年 9 月手機(jī)發(fā)布季臨近，業(yè)界曝出多宗相關(guān)消息 ——
8 月 17 日，聯(lián)發(fā)科使用自有 5G NTN 移動芯片，與羅德與施瓦茨（Rohde & Schwarz）合作，使用后者的低軌衛(wèi)星通道模擬器，完成實驗室環(huán)境的 5G 手機(jī)直連衛(wèi)星；[1]
8 月 25 日，馬斯克的星鏈公司 Starlink 與 T-Mobile 合作，宣布 2023 年底，通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)，為美國地區(qū)提供短信服務(wù)；[2]
8 月 26 日，中興與中國移動研究院合作，實現(xiàn)運營商 5G NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)） 的外場驗證，支持智能手機(jī)與物聯(lián)終端的接入高軌衛(wèi)星。[3]
但問題也隨之而來：以往需要地面站 / 專用設(shè)備中繼或連接的衛(wèi)星，到底是怎么直連手機(jī)的？手機(jī)-衛(wèi)星直連之后最重要的應(yīng)用場景是什么？用戶能愉快地刷短視頻聽音樂嗎？我們頭頂?shù)降子心男┬l(wèi)星可供選擇？
智能手機(jī)商的“一小步”
先來看華為的手機(jī)直連衛(wèi)星技術(shù)。根據(jù)華為官方信息，其新機(jī) Mate 50 可在無移動網(wǎng)絡(luò)情況下，通過華為“暢連 App”連接北斗衛(wèi)星發(fā)送“短報文”（但不支持接收）。
華為這項技術(shù)可能源于今年 7 月 30 日發(fā)布的“手機(jī)北斗短報文通信射頻基帶一體化芯片”，該芯片由中國兵工集團(tuán)聯(lián)合中國移動、中國電子和國產(chǎn)手機(jī)廠商研制，北斗官方表示，芯片的特點是：
“不換卡、不換號、不增加外設(shè)”的大眾手機(jī)“一號雙網(wǎng)”設(shè)計，全球首次實現(xiàn)了大眾智能手機(jī)衛(wèi)星通信能力，在亞太地區(qū)大眾用戶將享受到北斗三號短報文通信服務(wù)。[4]
市場公告消息顯示，該短報文 SoC 芯片已進(jìn)入量產(chǎn)階段，由重慶西南集成電路設(shè)計有限責(zé)任公司設(shè)計研發(fā)，利揚芯片為該芯片獨家提供晶圓級（CP）測試服務(wù)。[5]
不過，搭載該芯片的手機(jī)如 Mate 50，直連衛(wèi)星時，主要的使用場景是勘探與救援定位，而不是閑聊，畢竟北斗系統(tǒng)的主要功能是定位導(dǎo)航，而不是通信。
而 iPhone 14 系列的功能也主打安全：在沒有地面移動信號且無高處遮擋物的情況下，用戶可以通過蘋果自帶 Find App，選好選項（是的，為了壓縮信息文件大小，用戶不能編輯文本），用 15 秒至幾分鐘直連衛(wèi)星，再轉(zhuǎn)回地面基站和中繼站，進(jìn)而使地面語音呼叫急救中心收到信息。
蘋果在發(fā)布會和官網(wǎng)頁面都未透露合作方，但航天網(wǎng)站 SpaceExplored 很確定地指出，該服務(wù)由全球星（Globalstar）的 24 顆低軌通信衛(wèi)星提供支持 [6] ，全球星向 SEC 提交的文件顯示，該公司計劃將其當(dāng)前和未來網(wǎng)絡(luò)容量的 85% 用于支持 Apple 的 Find 服務(wù)。[7]
總之，到 2022 年 9 月，大眾消費級智能手機(jī)的直連衛(wèi)星功能，只是邁出了一小步，未來能不能再邁一大步，取決于能否實現(xiàn)以下目標(biāo)：
直連衛(wèi)星，高速穩(wěn)定全天候接入，實現(xiàn)雙向高通量通信；
智能手機(jī)與衛(wèi)星服務(wù)商間形成穩(wěn)定、成規(guī)模的商業(yè)模式；
與地面移動通信服務(wù)商類似，有不同的通信衛(wèi)星星座可供選擇。
但在目前看來，要實現(xiàn)以上科幻級場景，有大量技術(shù)問題待解決。
美好但艱難的“一大步”
讓手機(jī)直連衛(wèi)星，主要有三條技術(shù)路線（見下表），每一條路都存在自己的難點，同時還要面對四個關(guān)鍵問題：
其一，頻段問題。首先是，用什么頻段?，F(xiàn)階段，Ku 頻段基本被瓜分殆盡，Ka 頻段雖已有低軌星座規(guī)劃，但尚無實際衛(wèi)星應(yīng)用，Q / V 頻段應(yīng)用潛力正在開發(fā)中，加之智能手機(jī)暫不支持通信衛(wèi)星頻段，這種情況要么重新定制手機(jī)（包括芯片、基帶、射頻、軟件等），要么讓衛(wèi)星使用部分 5G 頻段（如 T-mobile）。[8] 其次是，怎么用。衛(wèi)星專用頻段與協(xié)議，與地面蜂窩頻段有差異，采用 Ku、Ka 和 Q / V 這些頻段目前還很難用于衛(wèi)星直連手機(jī)，即便使用了“兩網(wǎng)合一”的模式，與 4G 和 5G 手機(jī)通信也會出現(xiàn)交叉干擾，甚至需要修改手機(jī) 4G / 5G 標(biāo)準(zhǔn)。[9]
其二，平衡成本的問題。無論采取哪種技術(shù)路線，都要考慮衛(wèi)星和手機(jī)間成本的平衡問題，手機(jī)價格過高，消費者承受不起；也可以把問題交給衛(wèi)星，如北斗三號系統(tǒng)衛(wèi)星總設(shè)計師林寶軍接受媒體采訪時就表示，手機(jī)能否直連衛(wèi)星主要取決于衛(wèi)星，“如果衛(wèi)星功率很大、能量很強(qiáng)，那手機(jī)就能收到衛(wèi)星信號”[10]。但這樣也會導(dǎo)致衛(wèi)星功耗、重量以及天線尺寸巨大。[9] 航天發(fā)射對載荷重量十分敏感，衛(wèi)星增重意味著發(fā)射成本增加。
其三，天線問題。目前手機(jī)都是內(nèi)置天線，衛(wèi)星向手機(jī)發(fā)射信號時調(diào)大發(fā)射功率并不難，但手機(jī)向衛(wèi)星發(fā)射信號，不僅實現(xiàn)難，手機(jī)發(fā)射功率也有嚴(yán)格限制，上行速率不足是致命的死穴。[11]
其四，手機(jī)和衛(wèi)星的對接問題。據(jù)《中國電子報》報道，衛(wèi)星移動速度過快、多普勒效應(yīng)導(dǎo)致的無線電信號頻率和相位變化等都將是難題。[12]
▲ 手機(jī)直連衛(wèi)星三種實現(xiàn)形式
制表丨果殼硬科技，參考資料丨文獻(xiàn) [9]
在信號塔稀疏的區(qū)域坐高鐵，手機(jī)網(wǎng)絡(luò)總是時斷時續(xù)，這是因為人隨高鐵移動速度過快，而信號塔又過少；類似地，通信衛(wèi)星密度要像信號塔一樣足夠多，手機(jī)直連衛(wèi)星才會有良好的體驗。
不過，現(xiàn)在全球的通信衛(wèi)星星座（Satellite Constellation）建設(shè)到什么程度了？
地球人還不能用衛(wèi)星刷短視頻
通信傳輸?shù)膸捜Q于傳輸頻率，信號頻率越高，數(shù)據(jù)傳輸速率越快。但是在發(fā)射功率給定的前提下，信號頻率越高，傳輸距離也越小。因此，擁有通信功能、尤其是高通量通信功能的衛(wèi)星多為低軌道衛(wèi)星（軌道高度 200km~2000km）。
▲ 大型 LEO 通信衛(wèi)星星座建設(shè)現(xiàn)狀
制表丨果殼硬科技
因功率要求小、發(fā)射方式簡單、投資成本低，低軌小衛(wèi)星星座是衛(wèi)星通信的主流，如 OneWeb 和 Starlink（第一代）均屬此列。但是小衛(wèi)星的功率有限，用戶必須借助特殊的地面接收設(shè)備，才能使用這些公司的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)。
另一類則以 AST SpaceMobile、Lynk、全球星、Starlink（第二代）為代表，這些星座的衛(wèi)星天線和功率更大，允許手機(jī)直連的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，但目前進(jìn)度較慢。
進(jìn)度最快的 Lynk 已于今年 4 月部署第六顆衛(wèi)星，該公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼 CEO 查爾斯?米勒（Charles Miller）稱，預(yù)計 2022 年晚些時候商業(yè)化，屆時將面向全球提供“世界首個真正的手機(jī)直連衛(wèi)星服務(wù)”。[13]
更高軌道的衛(wèi)星能不能通信呢？也能。
比如北斗衛(wèi)星就是典型的中軌道地球衛(wèi)星（MEO），但北斗衛(wèi)星主要功能是導(dǎo)航，通信功能要簡單很多。
短報文是北斗系統(tǒng)提供的一種初級衛(wèi)星通信服務(wù)，搭載特定芯片的終端可以通過北斗衛(wèi)星，雙向收發(fā)文字、語音或者較小的圖片。該服務(wù)多用于應(yīng)急救災(zāi)、遠(yuǎn)洋通信等地面基站無法覆蓋的場景。
直到 2020 年 7 月 31 日，北斗三號系統(tǒng)正式開通提高了短報服務(wù)的效率和穩(wěn)定性，提升了報文長度、服務(wù)容量和覆蓋范圍等指標(biāo)的同時，降低了終端發(fā)射功率，該功能才得以商用。[14]
中軌道衛(wèi)星距離海平面 2000km~35786km，主要用于建設(shè)大型導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星星座，全球大型導(dǎo)航系統(tǒng)如 GPS、北斗、格洛納斯、伽利略均位于中軌道。
目前僅有 O3b 一家為中軌道通信運營商，主要為地面網(wǎng)接入受限的各類運營商或集團(tuán)客戶提供寬帶接入服務(wù)，不過 O3b 提供的并非衛(wèi)星直連互聯(lián)網(wǎng)，用戶依然要通過地面的信關(guān)站進(jìn)行使用。
與銥星齊名的 Thuraya、為廣播電視傳輸線號的中星系列衛(wèi)星，則位于更高的地球同步軌道（GEO，離海平面 35786km，距地心的半徑為 42164 km）。
▲ 典型的 MEO 與 GEO 星座一覽
制表丨果殼硬科技
但是中高軌道衛(wèi)星離地面距離遠(yuǎn)，因此通訊帶寬不高、傳輸延遲大，很難用于直連消費級智能手機(jī)。
回到開頭的話題 —— 兩款可直連衛(wèi)星的手機(jī)，的確是個技術(shù)突破，但想更進(jìn)一步，實屬難上加難。
低軌通信星座建設(shè)最快的 Starlink，到 2023 年底才能在特定區(qū)域提供文本傳輸（Text messaging）測試，至于何時能用上語音和數(shù)據(jù)傳輸功能，Starlink 與 T-Mobile 也沒有提供具體時間表。
具體到我國，目前大型低軌衛(wèi)星通信星座，中國星網(wǎng)目前還無首發(fā)星入軌，民企方面，銀河航天目前也僅有 7 顆在軌。目前能通過中軌道的北斗實現(xiàn)電報文傳輸，算是彌補了低軌通信衛(wèi)星星座的缺憾，至于進(jìn)一步的功能，我們還需等待。
總之，地球人想通過手機(jī)直連衛(wèi)星功能，實現(xiàn)打電話、發(fā)朋友圈甚至刷短視頻，還很遙遠(yuǎn)。這種情況下，國內(nèi)外市場炒作行為就顯得相當(dāng)不理智。
要突破，不要炒作
“手機(jī)連衛(wèi)星”當(dāng)然是個性感且吸睛的概念，但我們應(yīng)以理性的態(tài)度審視其商業(yè)潛力，而非被一時的市場熱度誤導(dǎo)。
當(dāng)前對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的市場規(guī)模估算相當(dāng)混亂，不同口徑、不同機(jī)構(gòu)給出的結(jié)果差距巨大。
摩根士丹利給出的預(yù)期最為樂觀，預(yù)計全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模，在 2030 年有望將達(dá)到 454.26 億美元 [15]。但另一些較為保守的給出的預(yù)期則只有 174.31 億~185.9 億美元，差距相當(dāng)之大 [16] [17]。更為謹(jǐn)慎的短期預(yù)測，則預(yù)計到 2026 年，該市場的規(guī)?？蛇_(dá) 60 億~81 億美元，且依照其給出的年復(fù)合增長率計算，到 2030 年也與前述預(yù)測有著不小的差距 [18][19]。
美國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SIA）的預(yù)測最為夸張。據(jù) SIA 數(shù)據(jù)，2021 年中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)市場規(guī)模達(dá)到 292.48 億元，預(yù)計 2025 年市場規(guī)模將達(dá)到 446.92 億元，2021~2025 年復(fù)合增長率達(dá)到 11% [20]。這一數(shù)據(jù)甚至比部分機(jī)構(gòu)給出的同年全球市場規(guī)模還要高。
這種差異，來自于對“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”的具體定義不同，以及哪些價值鏈環(huán)節(jié)被納入統(tǒng)計。一部分統(tǒng)計可能僅計算手機(jī)直連衛(wèi)星，也就是移動互聯(lián)網(wǎng)場景，而另一些則統(tǒng)計了家用市場。傳統(tǒng)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈包括衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、地面通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運營、終端應(yīng)用等 —— 但這顯然也不代表所有環(huán)節(jié)的產(chǎn)值都可被納入衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。
當(dāng)前對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的模糊定義與口徑上的混亂，本身就是行業(yè)不成熟的一種表現(xiàn)。大量存在爭議的收入與產(chǎn)出被劃入統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而一些相關(guān)度不高的公司也被資本熱捧，而這一點在二級市場頗為明顯。
隨著蘋果發(fā)布會宣布手機(jī)直連衛(wèi)星功能，合作方全球星在美國證券交易所的股票被迫停止交易，發(fā)布會后漲幅一度超過 36%，收盤時卻錄得 1.44% 的跌幅。
▲ 蘋果發(fā)布會前后，全球星股價走勢 | 來源：雪球
A 股方面，最先受消息面刺激上漲的，大多是衛(wèi)星導(dǎo)航概念股，甚至與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)沒有直接關(guān)系，其中波動較大的已經(jīng)收到交易所關(guān)注函，要求對有“蹭熱點”之嫌的異動公告做出解釋。
這就是典型的過熱。
我們在前文解釋了當(dāng)前衛(wèi)星通信，在轉(zhuǎn)向更常規(guī)、廣泛的基礎(chǔ)應(yīng)用場景時，面臨著多么復(fù)雜的技術(shù)問題。顯而易見，缺乏功能足夠強(qiáng)大的衛(wèi)星，“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”最多只能算作一種補充路線，不可能取代基于基站以及光纖的網(wǎng)絡(luò)，貿(mào)然將整個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)市場直接視為是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)可獲取的“蛋糕”，過于冒進(jìn)。
衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的需求，來自于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式難以觸達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。這在海外表現(xiàn)為無力進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不發(fā)達(dá)地區(qū)，或是發(fā)達(dá)國家沒有光纖鋪設(shè)的農(nóng)村地區(qū)。但就國內(nèi)市場而言，中國的人口分布與基建工程與國外存在一定差異，依賴衛(wèi)星而非光纖接入互聯(lián)網(wǎng)的普通居民相對有限，這在一定程度上降低了對衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的需求，同樣不能照搬海外機(jī)構(gòu)給出分析。
另一個關(guān)鍵問題是，有了能夠直連衛(wèi)星的手機(jī)，用戶能做些什么。
現(xiàn)階段的衛(wèi)星通訊無法滿足一般移動互聯(lián)網(wǎng)用戶的基本需求，大多數(shù)情況下僅能支持短信收發(fā)功能。而所謂的“覆蓋荒郊野嶺”，也并不是一種普遍存在的用戶需求。當(dāng)前的衛(wèi)星移動通信，主要應(yīng)用于森林防火、戶外探險、救災(zāi)、遠(yuǎn)洋捕撈等特殊性較高領(lǐng)域，應(yīng)用場景非常特殊，且在這些場景下往往對設(shè)備本身的可靠性也有著特殊需要，普通智能機(jī)在可靠性上無法滿足。普通用戶購買一臺具有衛(wèi)星直連功能的手機(jī)，除了罕見情況，也只是多了一個可能永遠(yuǎn)用不到的功能，認(rèn)為這代表了一個多么欣欣向榮的市場，為時尚早。
總的來說，手機(jī)直連衛(wèi)星在現(xiàn)階段，談不上是具有極其旺盛的市場需求，相關(guān)技術(shù)也無法滿足用戶基本需要。
我們可以說，“衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)”是對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的重要補充，能夠?qū)崿F(xiàn)對傳統(tǒng)且在未來于國家有著重要的戰(zhàn)略意義。但稱其會對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)覆蓋模式形成大規(guī)模替代，則毫無疑問的夸大了其實際功能與商業(yè)潛力，有炒作之嫌。
參考
[1] 數(shù)位時代：聯(lián)發(fā)科 5G 技術(shù)再有新里程碑！新晶片讓手機(jī)也能連上衛(wèi)星網(wǎng)路 https://www.bnext.com.tw/ article / 71268 / meditek-satellite-5g-communication?
[2] SpaceX 官網(wǎng)：SpaceX Invites World's Carriers to Collaborate — No More Cell Phone Dead Zones https://www.spacex.com/ updates/#direct2cell
[3] 未來移動通信論壇：全球首個運營商 5G NTN 技術(shù)外場驗證成果發(fā)布！https://mp.weixin.qq.com/ s/7_Gn7wRT8EgkCNgaklAY_g
[4] 中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：重磅｜全球首創(chuàng)！北斗三號短報文通信服務(wù)成果正式發(fā)布 https://mp.weixin.qq.com/ s / HOO9XSNu1YBhksG_Wi7jFw
[5] 利揚芯片公告 http://static.cninfo.com.cn/ finalpage / 2022-09-06/1214541079.PDF
[6] SpaceExplored：iPhone 14 Emergency SOS via satellite feature to be powered by Globalstar https://spaceexplored.com/2022/09/07/iphone-14-emergency-sos-via-satellite/
[7] 全球星的 sec 文件 https://www.sec.gov/ ix?doc=/Archives/ edgar / data / 0001366868/000136686822000059 / gsat-20220907.htm
[8] Feng Li, Hang Yu, Rui Ding, Ningyuan Wang, Yuqi Wang, Zhicheng Zhou. Development Strategy of Space Internet Constellation System in China. Strategic Study of Chinese Academy of Engineering, 2021, 23(4): 137?144 doi: 10.15302/J-SSCAE-2021.04.016
[9] 空基通信：衛(wèi)星直連手機(jī)技術(shù)介紹 https://mp.weixin.qq.com/ s / Zyf097UhB_bm-cJGE3jTug
[10] 第一財經(jīng)：手機(jī)直連衛(wèi)星時代來臨？技術(shù)顛覆還是噱頭 https://www.yicai.com/ news / 101528084.html
[11] 鮮棗課堂：手機(jī) + 衛(wèi)星，到底有多難？https://mp.weixin.qq.com/ s / NzbuubK4Y_lbvfXvU1cEZA
[12] 中國電子報：智能手機(jī)將實現(xiàn)衛(wèi)星通信？可能為時尚早 https://mp.weixin.qq.com/ s / LUJisBVKypUunW9YCPmR_Q
[13] Telecoms：Lynk launches ‘first commercial-ready cell-tower-in-space’https://telecoms.com/514594/lynk-launches-first-commercial-ready-cell-tower-in-space/
[14] 新華社：北斗三號短報文通信服務(wù)進(jìn)入大眾應(yīng)用階段 http://www.news.cn/ 2022-07/30 / c_1128877807.htm
[15] 浙商證券：衛(wèi)星通信意義重大，中國“星鏈”將冉冉升起，2022.07.22
[16] Acumen：RSatellite Internet Market Size - Global Industry, Share, Analysis, Trends and Forecast 2022 - 2030，2022.09 https://www.acumenresearchandconsulting.com/satellite-internet-market
[17] Allied Market Research：Satellite Internet Market by Band Type (C-band, X-band, L-band, K-band, and Others) and End User (Commercial Users and Individual): Global Opportunity Analysis and Industry Forecast, 2020–2030, 2021.07 https://www.alliedmarketresearch.com/satellite-internet-market-A12472
[18] Technavio Research：Satellite Internet Market Size to Grow by USD 2.70 billion due to Growth In The Number Of IoT Devices, 2022.09.05 https://www.prnewswire.com/news-releases/satellite-internet-market-size-to-grow-by-usd-2-70-billion-due-to-growth-in-the-number-of-iot-devices---17-000-technavio-reports-301617318.html
[19] The Business Research Company：Satellite Internet Global Market Report 2022 – By Product (Two-Way Satellite-Only Communication, One-Way Receive, One-Way Broadcast), By Band Type (C-Band, X-Band, L-Band, K-Band), By End-User (Commercial, Residential, Military, Industrial) – Market Size, Trends, And Global Forecast 2022-2026, 2022.04 https://www.thebusinessresearchcompany.com/faqs/5817
[20] 中商產(chǎn)業(yè)研究院：【新賽道專題】聚焦衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)新賽道 衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)前景分析，2022.08.29 https://www.askci.com/ news / chanye / 20220829/1702561971710_2.shtml
本文來自微信公眾號：果殼硬科技 （ID：Guokr233），作者：陳嘯雨、付斌、楊景詒、李拓 統(tǒng)稿：李拓
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