一、市场分析
二、技术架构
三、手机直连卫星服务产业
手机直连卫星服务市场调研随着全球通信技术的迅速发展，传统地面蜂窝网络在覆盖范围和可靠性方面逐渐暴露出局限，特别是在偏远山区、海域和自然灾害频发区域，通信“盲区”问题日益突出。为弥补这一短板，卫星通信技术正加速向民用领域渗透，尤其是“手机直连卫星”（Direct-to-Device, D2D）模式成为通信产业的下一个重要突破口。在这一趋势下，中国以北斗短报文系统、天通一号卫星移动通信系统为先导，携手终端厂商如华为，率先实现了智能手机与卫星的直接通信，为构建“天地一体化”信息网络奠定基础。本报告旨在全面梳理中国手机直连卫星服务的发展现状、技术路径、主要参与方及未来趋势，并对其在全球竞争格局中的位置进行分析。 国际电信联盟（ITU）2023年11月的统计表明，全球目前仍有26亿人处于无网络状态。为补充地面通信网络盲区，全球多个国家重点关注手机直连卫星通信。手机直连卫星是指利用卫星作为通信基站，使用普通智能手机直接与卫星建立通信网络连接，而无需通过地面基站和卫星地球站中转。借助卫星系统提供的全球网络，通过一部普通智能手机就能实现为任何人、任何时间、任何地点提供无缝覆盖的通信服务，无论是在偏远山区、海上、空中，还是处在自然灾害中。手机直连卫星有望从根本上解决地面通信网络覆盖不足的问题，是实现空天地海一体化通信的关键，是构建6G星地融合网络的支柱之一。手机直连卫星除了为智能手机带来好处之外，还能够支持垂直行业的工业和物联网设备，例如汽车、医疗、农业/林业、海运、铁路、航空/无人机行业、国家安全和公共安全等。 手机直连卫星不同于传统的卫星移动通信。卫星移动通信发源于上世纪九十年代中后期，首次向全世界展示了便携式卫星电话的广阔前景，例如铱星（Iridium）、全球星（GlobalStar）、海事卫星（Inmarsat）等卫星移动通信系统。这些系统使用定制的卫星手持终端（发射功率典型值为2W），工作在L/S频段，实现语音和窄带数据服务。而手机直连卫星使用的是普通的智能手机实现与卫星系统之间的连接，目标是提供语音和宽带数据服务。普通智能手机的信号发射功率和天线增益都明显低于卫星手持终端。由于卫星和地面手机之间距离几百公里，存在着巨大的信号传播损耗，从卫星提供直接到手机的通信连接面临着较大的技术挑战。为此，需要改造传统的卫星系统，一般要求卫星的轨道更低、卫星数量更多、天线更大、发射功率更高。 世界大国都在争相布局手机直连卫星领域。2022年3月，爱立信、泰雷兹和高通三家公司联合启动全球首个5G NTN（非地面网络）技术实验，通过低轨卫星验证普通智能手机支持卫星通信的可行性。2022年8月，SpaceX宣布其第二代“星链”卫星将与美国第三大移动通信运营商T-Mobile合作，连接美国部分农村和偏远地区的手机用户，填补地面通信在覆盖上的空白。SpaceX已获得FCC授权开展手机直连卫星测试，包含840颗卫星，即将于2023年12月发射首批6颗手机直连卫星。2023年8月，华为公司发布全球首款支持卫星通话的大众手机Mate60 Pro，通过使用我国的地球同步轨道卫星“天通一号”，率先实现了手机直连卫星的语音业务运营。2023年9月，美国AST SpaceMobile公司宣布其测试卫星BlueWalker 3首次实现手机与低轨卫星的5G通信连接，下行速率约为14 Mbps。该公司正在建设由243颗卫星组成的低轨星座，每颗卫星使用面积为64.4平方米的巨型相控阵天线，计划为全球范围普通手机用户提供高速网络接入。在手机芯片领域，三星、高通、联发科等公司正在开发用于卫星通信的手机芯片，加快布局具备卫星通信功能的手机产业。在军事领域，2023年2月，美国国防部表示将采购手机直连卫星服务，增强军事通信能力。 全球主要几家手机直连卫星公司情况如表1. 表1 全球主要手机直连卫星发展情况 在“数字中国”和“新基建”战略的推动下，移动通信已从“广覆盖”向“无死角”发展，用户对通信连续性和应急能力的要求显著提升。然而，当前地面移动网络仍存在大量“通信盲区”，如边境山区、高原、沙漠、海域及自然灾害发生时的临时中断区域。根据工信部数据，截至2024年底，中国约仍有超过80万平方公里的区域网络覆盖不稳定或空白，严重制约了应急通信、野外作业、海洋经济等场景的需求释放。 在此背景下，能够不依赖地面基站、直接由手机连接卫星进行通信的技术被视为解决上述问题的关键手段。中国电信发布2024年报告显示，2024年中国电信卫星通信收入增长71.2%，手机直连卫星用户数突破240万。据中国电信卫星公司发布的《天通卫星终端产业发展年报（2024）》显示，目前支持直连天通卫星功能的手机终端达25款，覆盖品牌包括华为、荣耀、小米、OPPO、vivo、中兴等，相关机型的累计销量已超1600万部（注：购买了相关机型的用户不一定都开通了手机直连卫星业务）。目前，天通卫星已与4家全球知名电信运营商达成合作，支持当地用户在不换卡、不换号情况下拨打卫星电话、发送卫星短信。 国家互联网信息办公室会同有关部门发布《终端设备直连卫星服务管理规定》（以下简称《规定》）（下同），将于2025年6月1日起施行。《规定》是我国首个专门就终端设备直连卫星出台的规范性文件，对促进和规范我国终端设备直连卫星服务健康发展具有重要意义。 未来十年内，全球手机直连市场的累计规模将达到668亿美元；在我国，手机直连卫星具备覆盖17亿移动用户的潜在空间。这些手机所搭载特殊芯片的价值预计达20亿美元。 当前，手机直连卫星业务的工作频率在全球范围还未确定和达成一致，其国际规则和标准制定尚处于初始阶段，多种技术路线和工作模式并行发展。手机直连卫星中使用不同的频谱资源决定了不同的技术路线和工作模式。由于全球手机直连卫星的频谱未确定，各国采取的技术路线和工作模式也未能达成一致。目前，主要在探索三种频谱使用模式。 一是使用卫星移动业务的频率。手机使用分配给卫星移动运营商的频率连接卫星，工作频段集中在L和S频段。该工作模式在本质上属于卫星移动业务（MSS），将传统的MSS技术集成到使用MSS频谱的新型智能手机中。工作在该模式的手机需要做修改，即必须集成卫星移动通信专用芯片。使用该模式的公司主要是手机制造商和卫星公司的组合，包括华为公司和天通卫星、苹果公司和全球星、铱星公司和高通/三星。例如，华为Mate60 Pro和苹果iPhone 14都集成了卫星通信芯片，Mate 60 Pro连接卫星的频段为上行L频段（1980～2010MHz），下行S频段（2170～2200MHz）；iPhone 14连接卫星的频段为上行L频段（1610～1618.725MHz），下行S频段（2483.5～2500MHz）。铱星公司计划利用其已有MSS业务的L频段资源（1610～1626.5MHz）来连接三星手机。 二是使用地面移动业务的频率。卫星使用已分配给地面移动通信运营商的频率连接手机。工作在该模式的手机无需做任何修改。卫星公司必须和地面通信运营商合作以获得频率使用权。采用该模式的公司包括AST SpaceMobile、SpaceX、Lynk Global等。AST SpaceMobile与美国电话电报公司（AT&T）、英国沃达丰（Vodafone）等全球多家主要移动通信运营商合作，为无服务和服务欠缺的地区提供4G/5G速率的宽带手机连接，其测试卫星BlueWalker 3采用了AT&T已获得授权的850MHz频段。SpaceX公司与全球六家大型地面移动运营商建立了合作伙伴关系，“星链”卫星将使用其合作伙伴已有的频谱资源（例如，使用美国T-Mobile公司的1900MHz频段）在各国开展通信业务运营。 三是使用3GPP正在规划的专用频率。第三代合作伙伴计划(3GPP)已允许将卫星业务纳入其非地面网络标准，正在为卫星直连设备定义全球标准并规划新的频段，这是一种面向未来的星地融合解决方案。3GPP定义了5G NTN，2022年发布第17版（Rel-17）支持在L和S频段提供卫星接入，上行频率为1626.5～1660.5MHz和1980～2010MHz，下行频率为1525～1559MHz和2170～2200MHz。在发布的第18版（Rel-18）中又将频段扩展到Ka频段，上行频率为27.5～30.0 GHz，下行频率为17.7～20.2 GHz。支持该模式的公司包括Omnispace、爱立信、高通、三星等。美国Omnispace公司采用3GPP 5G NTN标准来建设低轨卫星星座（约200颗卫星），提供5G手机直连卫星服务。高通、三星、联发科开发与3GPP兼容的手机芯片，开发通过新标准定义的手机硬件实现与卫星连接。 手机直连卫星的三种使用模式见下表。 表2 手机直连卫星三种使用模式 三种手机直连卫星技术体制优劣对比见下表所示。 表3 三种手机直连卫星技术体制优劣对比 天地一体通信是6G演进的重要方向,确保通信产业持续领先是我国在全球数字经济生态中掌握非对称竞争优势的重要支撑。二是产业培育。空天信息产业是高端装备制造和新一代信息技术集合体，将在手机产业与卫星通信产业的融合中带动产业链发展。根据SIA的数据,卫星组网费用占整个卫星产业链产值的7.5%左右,由此测算，预计低轨卫星通信产业规模将达到约4000亿元。 我国终端厂商、电信运营商在手机直连卫星服务的布局情况。 表4 三大运营商布局进展 华为: 2022年9月,华为公司发布支持北斗短报文功能的Mate50系列智能手机,用户可在极端环境下发送单向北斗卫星消息进行求助,实现了全球首个手机直连卫星短信服务; 2023年3月,华为发布新一代P60系列智能手机,支持北斗双向卫星通信,进一步提升了手机直连卫星通信的 vivo:基于X90 Pro+预研,已实现在天通卫星环境下5G NTN手机直连卫星空口上下行连接,并实现vivo手机之间的互通,用卫星通信成功进行收发能力。文字消息的业务演示，功能、性能符合预期。 OPPO:与中国移动研究院携手共同完成5G手机终端直连卫星的实验室测试验证,发布FindX7 Ultra卫星通信版,创新天线波束专利设计,支持听筒、免提双模双向卫星通话，发送卫星信息更加便捷。 目前，国内手机直连卫星的方案是定制手机路线（卫星通信L/S频段），通过设计专门的芯片和天线，实现与高轨天通一号卫星的移动通信服务。高轨道卫星系统构建相对简单，仅需3颗同步地球卫星就可以覆盖除两极外的绝大多数区域，但运营和在轨维护的成本效益比较高。地面端（民用手持设备）市场主要依托于定制化的高集成化的手机芯片（紫光展锐、联发科等厂家）以及重新设计的手机天线实现手机直连卫星的功能，该市场由终端厂商垄断，且均为工业化、批量型产业、利润率低。在特种行业领域,面向车载、机载、手持、便携等应用场景的直连卫星终端产品,具有较强的产品竞争力。星上载荷主要由中国空间技术研究院抓总研制，在馈源、天线等部件有一定的市场份额，但总体载荷数量较少。 未来，第三代合作伙伴计划(3GPP)已允许将卫星业务纳入其非地面网络标准，正在为卫星直连设备定义全球标准并规划新的频段，这是一种面向未来的星地融合解决方案。Rel-17版本规定了对L波段和S波段的支持。这两个频分双工（FDD）带在每个链路方向上都提供了约30MHz的频谱资源。在 Rel-18 版本中，还将增加一个 MSS FDD带，它的上行频率在L波段（1,610-1,626.5MHz），下行频率在S波段（2483.5-2500MHz）。这样一来，从卫星直接向手持设备提供服务的5G新空口非地面网络就可以拥有大约80MHz的下行和上行频谱资源。在Rel-18版本中，3GPP还将规定至少三个示例带（n510-n512），它们位于Ka频段的17.7-20.2GHz（下行）和27.5-30GHz（上行）。L波段和S波段针对的是手持设备，但在Ka波段，用例需要使用带有高增益天线的设备，例如极小口径终端，它们通常安装在建筑物或车辆上。 无论采用哪种架构，基于3GPP的非地面网络解决方案的主要优势是与大众市场智能手机的即时兼容性。与非3GPP的传统移动卫星业务系统使用笨重昂贵的终端相比，3GPP解决方案使得普通大小的智能手机也能享受全球数据和语音连接。地面运营商可以扩大其地理覆盖范围，填补人口稀少地区（包括农村）的连接空白，同时覆盖新的用例，如海上覆盖。基于3GPP的系统考虑了卫星系统固有的多普勒偏移和时延问题，而且不依赖于专有的解决方案。它是一个具有前瞻性的解决方案，随着3GPP版本的演进而演进，并且向后兼容4G LTE物联网非地面网络，向前兼容6G非地面网络。它还具有很强的灵活性，能够根据低地球轨道、中地球轨道和地球静止轨道卫星网络的不同运行阶段，提供适合的连接方案。 因此，基于3GPP的非地面网络解决方案将拥有广阔的市场。
