“手機直連衛星”的發展與挑戰

藍天翼

2022年8月，華為發布“向上捅破天”的消費級手機產品，Mate 50 系列手機也成為了全球首款能夠完成手機終端—衛星通信的手機；2022年9月，蘋果公司（Apple）發布了能夠與全球星公司（Globalstar）連接發送救險消息的iPhone 14 系列手機；同樣在2022年9月，移動通信芯片巨頭高通公司（Qualcomm）在德國柏林召開的2022 柏林國際電子消費品展覽會（IFA 2022）會議上宣布未來會發布包括衛星通信的“驍龍”（Snapdragon）套件；2023年1月，高通公司在2023 國際消費類電子產品展覽會（CES 2023）上正式宣布了其與銥通信公司（Iridium）的合作，正式發布了“驍龍”衛星通信解決方案，這將是全球首款面向高端智能手機的基于衛星的雙向通信解決方案，預計使用該解決方案的智能手機將于2023年下半年在特定地區推出；同樣在CES 2023 上，英國Bullitt 集團公司宣布其將在2023年第一季度發布Bullitt Satellite Connect 雙向衛星消息服務，此外Bullitt 還宣布將與摩托羅拉公司（Motorola）合作，使得摩托羅拉的下一款Defy 智能手機成為首款配備雙向衛星消息服務的安卓手機。

高通發布的“驍龍”衛星通信解決方案能夠讓用戶通過衛星發送/接收消息

現如今，一部新款高端手機是否能連接衛星就像20年前一部新發布的手機是否帶有攝像頭一樣，成為大家對手機“標配”的新認知。“手機直連衛星”這個詞也突然熱了起來，傳統通信衛星運營商、新興通信衛星運營商、地面移動運營商、衛星制造商、手機廠商及大眾用戶都被這一種可能改變未來衛星通信行業游戲規則的新場景所吸引，越來越多玩家的加入和越來越豐富的研究，似乎將下一代移動通信的場景之一也逐漸描繪了出來。

1 “手機直連衛星”的出現

如果從廣義上來說，“手機直連衛星”這種場景早就已經出現了。1998年，電信巨頭Motorola 在未來的移動通信形態上同時押注了地面網和衛星網，造就了經典的“銥”衛星系統，同時其也發布了首款商業衛星電話Motorola 9500 系列，除此之外，包括國際海事衛星組織（Inmarsat）、美國移動衛星公司（AMSC）、全球星等在內的移動衛星運營商都根據各自的通信衛星特性發布了各自能夠與衛星連接的手機產品；隨后由于地面3G 的快速發展，對這一批希望能夠與地面網競爭的手機市場帶來了災難性的打擊，但衛星運營商并沒有放棄，而是把自己放到了與地面網補充的新位置，阿聯酋瑟拉亞衛星通信公司（Thuraya）在2013年發布了Thuraya SatSleeve產品，該產品是一個能夠幫助消費級手機連接衛星的外殼，把這個外殼嵌套在主流的iPhone 或三星的手機上，就可以使日常使用的3G 手機 “能夠直連衛星”。

Thuraya SatSleeve 產品

首款商業衛星電話Motorola 9500

相比較于之前兩種能夠直連衛星的手機形態，2022年發布的華為Mate 50 和iPhone 14 顯然看起來更為方便，用戶不需要再額外購買一部衛星電話，也不用再嵌套一個額外的外殼，使用一款隨處可買的消費級指定型號手機就能在特定區域完成手機與衛星的連接；而更令人振奮的是，包括美國太空探索技術公司（SpaceX）、AST 空間移動公司（AST Spacemobile）、領克公司（Lynk）在內的一些衛星運營商，則希望能夠讓消費者無需更換新手機，使用現在正在使用的4G 或5G 手機就能夠連接衛星，換句話說，他們希望將用戶手中的手機直接變成衛星直連終端。

iPhone14 系列手機使用Globalstar 衛星實現的“通過衛星發送SOS 消息”

如此密集的在半年時間里出現如此多的真正意義的“手機直連衛星”解決方案，筆者認為有四方面的因素。

首先，衛星通信行業近10年的快速發展使衛星通信行業的全產業鏈都不再滿足于少數行業的特殊需求，而是希望能夠通過接入更廣泛的用戶，在更多的應用場景下獲得收入。而在近年來新航天興起的大背景下，衛星制造和運載發射成本大幅降低，星載相控陣天線技術快速發展，以及地面通信終端芯片能力快速提升，向衛星通信行業注入了新的活力，使得衛星通信行業能夠在“手機直連衛星”這一毫無疑問能夠迅速帶來最多用戶的場景下提供較合理的資費價格成為可能。

其次，地面移動通信行業近10年的快速發展已將能夠創造最大利潤的區域覆蓋完畢，剩下的需要地面移動網絡覆蓋的區域，基本上都是基礎設施投入/產出比較低甚至地面移動網絡無法觸及，需要更加合適的解決方案。這時，處在降本增效的衛星通信逐漸成為一個可行的選擇。起初，地面運營商已在通過回傳的模式將地面網絡通過衛星通信的形式進行拓展，但“手機直連衛星”的模式顯然能夠幫助地面運營商進一步降低成本，并提供更加靈活的解決方案，因此越來越多的地面運營商會選擇投資或與“手機直連衛星”的衛星運營商共同建設。

再次，全球連續10 多年快速增長的消費級手機銷量持續出現下滑。一方面是全球使用手機的用戶數量逐步飽和，另一方面則是手機的創新越來越匱乏，除了處理能力、屏幕、存儲容量和攝像頭的升級，用戶已經找不到更好的更換手機的理由。手機廠商之間的激烈競爭想要再出現差異化越來越難，這時，在手機沒有地面網絡信號的時候依然能夠獲得連接的功能，被華為和蘋果兩大手機廠商作為了新的熱點。這兩家手機廠商由于在高端手機領域的成功拓展，使其擁有足夠的底氣和實力在這一完全空白的領域進行創新，同時，這兩家手機廠商的帶動作用也會使越來越多的手機廠商和上下游進入這一領域，高通作為全球手機廠商最重要的芯片供應商，也推出了能夠兼容衛星連接的手機芯片作為新的賣點。

最后，已經被完善的地面移動網絡“慣壞”的手機用戶越來越難忍受沒有網絡連接的時刻，作為“手機直連衛星”這一場景的“買單方”，只有用戶愿意為這一場景付費，才會有維持衛星運營的巨額資金、讓地面運營商下決心投入的信心和讓手機廠商紛紛加入連接衛星的大潮。2023年2月9日，在美國舉行的小衛星研討會上，主持人向聽眾拋出了一個問題——作為移動用戶，你是否愿意為衛星連接的短信和語音業務付出額外的費用？參會的觀眾中有68%給出了“愿意”的回復。相信隨著越來越多的玩家加入手機直連的場景中來，最終會有更多的功能、更好的服務和更優惠的價格讓更多的用戶來為此付費。

2 “手機直連衛星”的發展路徑

盡管從2022年8月至今，僅僅過去了6 個月，但手機直連相關產業的發展速度之快超乎想象，越來越多的玩家和越來越廣泛的關注也使得手機直連的發展路徑逐漸清晰了起來。2022年發布的 3GPP Release 17 規范支持基于衛星的接入，這意味著未來采用這些規范的5G 設備將能夠直接與衛星通信。

我們對不同的“手機直連衛星”解決方案進行了梳理和匯總，既可以按照衛星運營商分類，也可以按照地面運營商分類，還可以按照手機廠商分類，但綜合國外相關研究和信息，我們認為按照“解決方案使用的頻率”來進行分類更加合理，即采用衛星使用的移動衛星服務（MSS）頻率，或采用地面運營商（MNO）使用的頻率兩類。

除了MSS 和MNO 兩種解決方案的頻率不同，采用這兩種不同發展路徑的區別如下。

（1）與地面運營商的關系不同

采用MSS 類服務的衛星系統或手機廠商，在宣布服務的同時并沒有明確的與地面運營商的關系，甚至可以理解為采用了MSS 類服務的廠商是可以“繞過”地面運營商去提供此類服務的，這類服務可以理解成類似于WIFI 或Bluetooth 的手機功能，因此可以由手機廠商發起且可以不需要地面運營商參與，但不可否認的是，最終的手機入網許可還需要各國的無線電管理部門審核，因此早期的蘋果手機衛星連接功能僅在美國、加拿大可用，而華為手機衛星連接功能僅在中國大陸可用。

采用MNO 類服務的衛星系統則與地面運營商是強綁定關系，因此這些衛星系統在不同的國家需要與不同的電信運營商合作，可能采用的頻率或落地方式完全不同，這些衛星系統更像是空中的“鐵塔公司”。SpaceX 公司的手機直連服務是與美國第二大電信運營商T-Mobile 合作開展的；AST Spacemobile 公司與美國第一大鐵塔運營商American Towers、美國第一大電信運營商AT&T、世界第四大電信運營商Vodafone、世界第六大電信運營商Telefonica 公司等都建立了合作甚至股權投資的關系；而Lynk 盡管未公布其具體合作的地面運營商，但其表示已經與25 家不同國家的地面運營商簽訂了合同。

（2）未來投資重點不同

采用MSS 頻率的衛星系統，特別是已經有在軌衛星的系統，其早期的投資重點在地面段，除了需要增加手機終端的基帶、射頻芯片和天線外，還需要在部分區域升級地面網關站系統以滿足鏈路和監管的需求。因此，手機廠商和芯片廠商率先發力的領域均與采用MSS 頻率的系統有關，蘋果在iPhone 14 中增加了與Globalstar 公司合作開發的衛星通信芯片，高通公司也希望在未來的Android 手機中增加與Iridium 公司共同合作的Snapdragon 套件。

而對于采用MNO 頻率的衛星系統，則要求衛星系統能夠適應已經存在的地面終端，顯然這樣的衛星系統還沒有在軌工作，這就需要重新建設一個完整的衛星系統，并且由于地面終端的通信體制已經確定，需要衛星系統用更高的天線增益、發射功率和星上處理能力去滿足鏈路和協議的要求，因此早期投資的重點都在空間段。AST Spacemobile、Lynk 和SpaceX 公司的“星鏈”（Starlink）均需要在未來2年內發射大量的衛星以滿足其全球覆蓋的“手機直連衛星”服務要求。

（3）商業模式不同

采用MSS 頻率的方案目前明確的商業模式均為地面廠商主導，地面廠商通過本公司手機或程序注冊用戶在一定條件下以約定的價格向其新手機機主提供服務，衛星運營商能夠直接從地面廠商拿到容量使用費用。蘋果和Globalstar 的合作就能夠確保蘋果使用Globalstar 現在和未來85%的容量，而代價則是蘋果需要為該服務付費并承擔大部分新增的建設成本；Bullitt 則應用Skylo 的Inmarsat 衛星服務，以一個應用程序安裝到裝有支持Skylo 服務的聯發科芯片的新款手機中，要求用戶使用Bullitt 的應用程序完成雙向消息的收發，其服務首年免費，次年則需要Bullitt 程序用戶繳納每個月4.99 美元的費用。

而采用MNO 頻率的衛星系統則更大程度上依賴于其合作的地面運營商目前的服務和套餐，由于MNO 的衛星系統能夠適應大多數現有手機，因此不同國家地面運營商的合作意愿是決定其商業模式的關鍵，SpaceX 和T-Mobile 公司的合作就是由T-Mobile 為其套餐用戶提供最終的服務，衛星運營商更接近于服務的管道。

3 “手機直連衛星”的挑戰

北方天空研究所（NSR）在2022年中將“手機直連衛星”定義為“衛星通信歷史上最大的機會”，甚至預測這一市場在未來10年累計收入（668 億美元）將會高于非靜止軌道（NGSO）的寬帶通信市場（385億美元）。

但無論手機直連行業的發展前景多么美好，作為一項準新生事物，其必然也會面臨著諸多的挑戰和阻礙，根據最近一段時間新聞和消息的梳理，我們總結了如下“手機直連衛星”的挑戰。

（1）衛星網絡的成本依然很高

之所以“手機直連衛星”被認為有希望，很大程度上還是因為高門檻的衛星網絡價格在過去幾年里大幅降低，Starlink 在全球用戶數量迅速達到100 萬，背后最大的因素就是其建設衛星網絡的成本急劇下降。但Starlink 目前的客戶終究還是需要有100 美元/月以上的付費能力，其面向商業和行業用戶的付費能力要求更高。但“手機直連衛星”網絡的用戶群體，是月平均每用戶收入（ARPU 值）普遍低于60美元，在中國甚至低于50 元人民幣的消費者，如果以Bullitt 第二年每個月收費4.99 美元的價格來看，其成本依然高企。盡管現如今的衛星網絡與20年前相比，最大的認知變化是從“競爭者”轉換成了“合作者”，但最終買單的用戶數量始終是這一技術或這一系統是否能可持續發展的最重要的動力。

（2）手機直連的性能仍然較弱

與價格強相關的就是性能。目前，無論是華為、蘋果在手機里內置的服務，還是Starlink 和T-Mobile 的重磅合作，其基礎價格都是免費的，誠然這一價格因素背后有新業務推廣的考慮，但目前能夠提供的“手機直連衛星”功能都較為簡單。首批可提供服務的方案集中在救險或緊急消息傳遞，業務類型僅為短消息或話音；即使是預計2023年年底投入使用的Starlink，通信速率也僅有每個小區（直徑通常為100km）最高7.2Mbit/s 的上行速率和18.3Mbit/s 的下行速率，距離我們所理解的移動通信服務能力還有很大差距。AST Spacemobile由于其業務星巨型的天線陣列設計能夠提供更高的接收和發射增益給了用戶更大的期待，從而使其“手機直連衛星”的性能有可能達到4G/5G 的水平，但其試驗星的天線陣列僅為業務星的1/8，且驗證情況至今未公開，因此預計短期內仍未達到其預期性能水平。

（3）全球化的網絡監管體系亟需改進

在過去，MSS 作為一項衛星業務，在絕大多數國家都有單獨的監管體系，對其無線電頻率落地，衛星MSS 業務許可有完善的管理流程，但在未來“手機直連衛星”的場景下，這一業務許可的主體會發生變化，因為手機廠商和地面運營商的角色會隨著“手機直連衛星”業務的出現而發生變化。

MSS 業務頻段全球較為一致，而使用MNO 頻率的“手機直連衛星”業務則更為復雜，不同國家、不同運營商使用的MNO 頻率各不相同，由此帶來的監管和許可問題遠比之前復雜得多。2023年1月，德國無線電管理機構BNetzA 要求需要使用MNO 頻率的AST Spacemobile 的試驗星BW-3 在德國無線電使用范圍內關機；而即使是在美國，聯邦通信委員會（FCC）目前對于AST Spacemobile 的星座頻率方案并未頒發許可證，而是僅允許試驗衛星BW-3 使用有限的地面蜂窩網絡頻段在美國多個測試點進行測試。

4 結語

伴隨著全球“手機直連衛星”的快速發展，我們可以看到越來越多以前與衛星通信距離甚遠的產業也開始參與進來，盡管行業內外對“手機直連衛星”的發展路徑及前景持不同態度，但隨著第三代合作伙伴計劃（3GPP）在5G NTN 的標準制定即將完成，未來6G 的標準體系即將確立，“手機直連衛星”作為下一代移動通信的形態之一，已經成為共識。但發展的道路上總會有挑戰與阻礙，這需要全球的產業鏈各環節，以及全球的監管體系共同努力去完成，這也是衛星通信行業與地面移動通信行業全面融合的必經之路。