5G NTN新动向：手机和卫星直接通信，外国企业已经行动起来了
最后更新：2022-08-04 15:38:44 手机定位技术交流文章
文 | 魏兴
2022年6月中旬,国际组织3GPP制定全球移动通信标准,正式冻结了5G协议的17号发布。在这个版本里，支持手机与卫星直接通信的所谓“非地面网络（Non-terrestrial Network，正式定义了“NTN”函数。人们随时随地利用移动电话朝着互联网迈出了一大步。想想看，无论你在高山上,在沙漠中,还是在海洋中,没有地面移动网络覆盖的地区;拿出手机，例如在市中心,随时刷抖音，聊微信，这是多么美好的时光!这个时代就在眼前！
不过，饭要一口一口吃，事情必须逐步完成。在3GPP发布17标准中,我们可以得到服务,它只是直接从电话到卫星发送短信,它还支持一些通过卫星发送小量数据的IoT设备。在3GPP标准的后期版本中,只有通过卫星直接将移动电话的功能逐步增加到语音电话和宽带互联网上是可能的。
也许有些朋友会问，早在二三十年前，海事卫星电话和铱星电话不就可以发文字短信吗？还能进行语音通话，那3GPP定义的这些技术有啥新鲜的？还是有本质区别的！
对于消费者来说，卫星电话在任何时候都不必要.大部分时间我们生活在地面移动通信网络覆盖的地区,您可以随时享受廉价、方便的网络连接,为什么还要买卫星电话呢?能负担得起昂贵的卫星通讯 吗?对于手机厂家来说，在传统的卫星通讯技术下,他们的移动产品无法直接连接到卫星,但是,在新技术下,这是可能的。为了确保消费者不受电磁辐射威胁,在世界上大多数国家,移动电话和Wi-Fi设备的最高传输功率在频分多频调频模式内不得超过200毫瓦;在TDD模式下,每秒不能超过400毫瓦。这使得传统卫星电话的电源一度减少到一十分。只依靠最新的卫星技术,高感度接收器可以实现。
此外，在将普通手机直接连接到卫星通信中有许多技术困难:例如,为了保持与现有的移动通信网络的兼容性,卫星还使用现有移动通信网络的空中接口技术。但由于卫星在第一时空速度上飞行,比地面移动通信网络所支持的最高速度快,由此产生的多普勒频率变化可以引起无线电信号的频率和相位的显著变化。接收者不能正常接收,这需要额外补偿手机的物理层;低地轨道卫星位于距离地面500公里以上的高度,地面基地的覆盖范围通常不超过35公里,不是因为基地站和手机的电源不够,它主要受到移动通信协议的高精度时间框架的限制,因此，如果你想实现手机和卫星之间的直接通信,需要修改及时提前机制。此外，还有其他技术问题。值得欣慰的是，这些技术问题在3GPP Release17版本中全部得到了解决。这些解决方案主要用于卫星上,还需要修改手机的基本通信协议。未来手机芯片将普遍支持5GNTN功能,而对于现有的手机，也可以通过升级硬件来支持它,看看手机制造商的计划。
在3GPP Release17标准冻结之前，通信业和卫星业对手机与卫星直接通信谈得多、做得少。但是当标准冻结之后，许多公司都行动起来了。预计用不了多久，人们就能享受手机与卫星直接通信的方便。
目前，一些公司已经在这个方向布局及开展工作，争取早日提供手机与卫星的直接通信的服务。
7月12日,瑞典的埃里克森公司宣布将合力 法国泰雷兹公司 和 美国高通公司 ，共同开发新的卫星以支持5GTN服务。他们 尚未 公布 发射 卫星 的 具体 时间表,但这些巨人团结在一起,相信必然能够将这一服务迅速推进。三家公司积极参与3GPP组织的标准制定工作,该公司也是TN功能工作组的领导者。因此,他们的技术必须符合3GPP的5GTN标准,但初期只能提供短信息服务。
老牌卫星通信公司铱星通信在7月26日表示，它与一个未确定的客户公司签订了发展协议,该公司将获得一个新的卫星,它可以为全球数十亿的手机提供宽带服务。消费者不需要更换手机。该公司尚未透露新卫星的技术细节,但行业分析家说,如果要兼容数以亿计的手机,新卫星不可避免地支持3GPP 5G NTN标准。
乌拉努斯下代星座的艺术想象
今年2月份，Globalstar说,与一个未查明的客户公司签订了协议,将研制和发射17颗卫星来提供“持续的卫星服务”，根据业内猜测，顾客是苹果公司。据业内爆料称，苹果今年9月将推出iPhone14手机。通过卫星发送短讯的服务可能会得到支持.目前尚不清楚该服务是否符合3GPP5GTN标准,但我们得等一个月才能知道。
美国初创卫星公司AST SpaceMobile在今年初展示了能够直接向手机提供宽带服务的试验卫星。公司的主要创新是:卫星使用可折叠的巨大相控阵列天线,能提供更大的排放功率和更高的接收收益,卫星和手机的通信速度直接提高到宽带水平,能够在任何时候真正体会到握手,在 weChat上聊天,甚至连舌头也没有声音。由于目前的3GPP5GTN标准不涉及宽带通信,可以肯定的是，AST SpaceMobile的卫星是不符合3GPP标准的，但也许在将来公司将参与3GPP的标准化。
AST SpaceMobile Blue Planet 3 的原型卫星
另一家美国 startup Lynk Global 也为手机提供宽带卫星服务。在2020年2月，在NASA和若干移动网络运营商共同支持的测试中,该公司的测试卫星“从轨道上的卫星向地面的标准手机发送世界首个短信”。该公司将于2021年6月发射新一代测试卫星,它可以提供更大的排放功率和达到更高的通信速度.可以肯定，该公司的早期测试卫星支持5GNTN标准,但宽带服务卫星的未来并不一定结束。目前还不清楚该公司使用什么技术为卫星提供宽带服务,但从沟通的角度来看,没有使用大直径的天线,用更大的功率发射。实现更大的直径天线,你可以使用一个巨大的天线,它也可以与多个卫星小天线一起工作,形成合成孔径天线。
Lynk Global公司的未来卫星移动通信网络概念图
Lynk Global公司发送的世界上第一条从卫星到“未修改的手机”的短信息
新技术、新服务，SpaceX怎么会缺席?7月25日，SpaceX向美国联邦通信委员会申请使用2GHz频段增强其移动卫星服务。据SpaceX称，未来星链卫星将增加模块化有效载荷,使用2GHz频段，将使用“现有地面设备和用户终端”,“还有新的地面站设备,为了优化消费者的业绩。业内猜测，该服务可能与3GPPTN标准相容,为手机提供短信服务,如果手机和“新地面设备”结合起来,它可以提供宽带服务。
从这些报告中可以看出,外国企业在移动直接卫星通信领域采取了全面行动。那中国企业呢？事实上,中国的一些公司已经发射并验证了IoT卫星和相关技术,一些卫星系统地面终端的能源消耗也减少到100毫瓦。技术上符合3GPPNTN标准,没有技术障碍。我们期待着，更多的中国公司也可以迅速作出反应,参加这项新的赛道比赛.
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参考资料：
https://lynk.world/
https://mp.weixin.qq.com/s/CXMz0IGHzvxAnnnky7Fgrw
https://spacenews.com/iridium-agrees-development-deal-to-bring-its-network-to-smartphones/
https://spacenews.com/spacex-requests-spectrum-to-upgrade-starlink-mobile-services/
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