今年的你，可能并不容易找到一个换手机的理由，但厂商们可不这么想。本周以来，华为 Mate 50、苹果 iPhone 14 系列先后发布，二者有个共同卖点:可以直连卫星。
由于横跨智能手机和卫星互联网两大行业，“手机直连卫星”也成为 2022 年最酷的科技概念。
手机直连卫星能用吗？好用吗？怎么用？市场前景如何？本文带你一起关注相关的技术和产业问题。
手机直连卫星（satellite-to-cellular service）并不是新概念。2021 年，就有传言苹果 iPhone 13 系列会增加相关功能（当然后来没有），今年 9 月手机发布季临近，业界曝出多宗相关消息 ——
8 月 17 日，联发科使用自有 5G NTN 移动芯片，与罗德与施瓦茨（Rohde & Schwarz）合作，使用后者的低轨卫星通道模拟器，完成实验室环境的 5G 手机直连卫星；[1]
8 月 25 日，马斯克的星链公司 Starlink 与 T-Mobile 合作，宣布 2023 年底，通过蜂窝网络，为美国地区提供短信服务；[2]
8 月 26 日，中兴与中国移动研究院合作，实现运营商 5G NTN（非地面网络） 的外场验证，支持智能手机与物联终端的接入高轨卫星。[3]
但问题也随之而来:以往需要地面站 / 专用设备中继或连接的卫星，到底是怎么直连手机的？手机-卫星直连之后最重要的应用场景是什么？用户能愉快地刷短视频听音乐吗？我们头顶到底有哪些卫星可供选择？
智能手机商的“一小步”先来看华为的手机直连卫星技术。根据华为官方信息，其新机 Mate 50 可在无移动网络情况下，通过华为“畅连 App”连接北斗卫星发送“短报文”（但不支持接收）。
华为这项技术可能源于今年 7 月 30 日发布的“手机北斗短报文通信射频基带一体化芯片”，该芯片由中国兵工集团联合中国移动、中国电子和国产手机厂商研制，北斗官方表示，芯片的特点是:
“不换卡、不换号、不增加外设”的大众手机“一号双网”设计，全球首次实现了大众智能手机卫星通信能力，在亚太地区大众用户将享受到北斗三号短报文通信服务。[4]
市场公告消息显示，该短报文 SoC 芯片已进入量产阶段，由重庆西南集成电路设计有限责任公司设计研发，利扬芯片为该芯片独家提供晶圆级（CP）测试服务。[5]
不过，搭载该芯片的手机如 Mate 50，直连卫星时，主要的使用场景是勘探与救援定位，而不是闲聊，毕竟北斗系统的主要功能是定位导航，而不是通信。
而 iPhone 14 系列的功能也主打安全:在没有地面移动信号且无高处遮挡物的情况下，用户可以通过苹果自带 Find App，选好选项（是的，为了压缩信息文件大小，用户不能编辑文本），用 15 秒至几分钟直连卫星，再转回地面基站和中继站，进而使地面语音呼叫急救中心收到信息。
苹果在发布会和官网页面都未透露合作方，但航天网站 SpaceExplored 很确定地指出，该服务由全球星（Globalstar）的 24 颗低轨通信卫星提供支持 [6] ，全球星向 SEC 提交的文件显示，该公司计划将其当前和未来网络容量的 85% 用于支持 Apple 的 Find 服务。[7]
总之，到 2022 年 9 月，大众消费级智能手机的直连卫星功能，只是迈出了一小步，未来能不能再迈一大步，取决于能否实现以下目标:
直连卫星，高速稳定全天候接入，实现双向高通量通信；
智能手机与卫星服务商间形成稳定、成规模的商业模式；
与地面移动通信服务商类似，有不同的通信卫星星座可供选择。
但在目前看来，要实现以上科幻级场景，有大量技术问题待解决。
美好但艰难的“一大步”让手机直连卫星，主要有三条技术路线（见下表），每一条路都存在自己的难点，同时还要面对四个关键问题:
其一，频段问题。首先是，用什么频段。现阶段，Ku 频段基本被瓜分殆尽，Ka 频段虽已有低轨星座规划，但尚无实际卫星应用，Q / V 频段应用潜力正在开发中，加之智能手机暂不支持通信卫星频段，这种情况要么重新定制手机（包括芯片、基带、射频、软件等），要么让卫星使用部分 5G 频段（如 T-mobile）。[8] 其次是，怎么用。卫星专用频段与协议，与地面蜂窝频段有差异，采用 Ku、Ka 和 Q / V 这些频段目前还很难用于卫星直连手机，即便使用了“两网合一”的模式，与 4G 和 5G 手机通信也会出现交叉干扰，甚至需要修改手机 4G / 5G 标准。[9]
其二，平衡成本的问题。无论采取哪种技术路线，都要考虑卫星和手机间成本的平衡问题，手机价格过高，消费者承受不起；也可以把问题交给卫星，如北斗三号系统卫星总设计师林宝军接受媒体采访时就表示，手机能否直连卫星主要取决于卫星，“如果卫星功率很大、能量很强，那手机就能收到卫星信号”[10]。但这样也会导致卫星功耗、重量以及天线尺寸巨大。[9] 航天发射对载荷重量十分敏感，卫星增重意味着发射成本增加。
其三，天线问题。目前手机都是内置天线，卫星向手机发射信号时调大发射功率并不难，但手机向卫星发射信号，不仅实现难，手机发射功率也有严格限制，上行速率不足是致命的死穴。[11]
其四，手机和卫星的对接问题。据《中国电子报》报道，卫星移动速度过快、多普勒效应导致的无线电信号频率和相位变化等都将是难题。[12]
▲ 手机直连卫星三种实现形式
制表丨果壳硬科技，参考资料丨文献 [9]
在信号塔稀疏的区域坐高铁，手机网络总是时断时续，这是因为人随高铁移动速度过快，而信号塔又过少；类似地，通信卫星密度要像信号塔一样足够多，手机直连卫星才会有良好的体验。
不过，现在全球的通信卫星星座（Satellite Constellation）建设到什么程度了？
地球人还不能用卫星刷短视频通信传输的带宽取决于传输频率，信号频率越高，数据传输速率越快。但是在发射功率给定的前提下，信号频率越高，传输距离也越小。因此，拥有通信功能、尤其是高通量通信功能的卫星多为低轨道卫星（轨道高度 200km~2000km）。
▲ 大型 LEO 通信卫星星座建设现状
制表丨果壳硬科技
因功率要求小、发射方式简单、投资成本低，低轨小卫星星座是卫星通信的主流，如 oneWeb 和 Starlink（第一代）均属此列。但是小卫星的功率有限，用户必须借助特殊的地面接收设备，才能使用这些公司的卫星互联网。
另一类则以 AST SpaceMobile、Lynk、全球星、Starlink（第二代）为代表，这些星座的卫星天线和功率更大，允许手机直连的卫星互联网，但目前进度较慢。
进度最快的 Lynk 已于今年 4 月部署第六颗卫星，该公司联合创始人兼 CEO 查尔斯・米勒（Charles Miller）称，预计 2022 年晚些时候商业化，届时将面向全球提供“世界首个真正的手机直连卫星服务”。[13]
更高轨道的卫星能不能通信呢？也能。
比如北斗卫星就是典型的中轨道地球卫星（MEO），但北斗卫星主要功能是导航，通信功能要简单很多。
短报文是北斗系统提供的一种初级卫星通信服务，搭载特定芯片的终端可以通过北斗卫星，双向收发文字、语音或者较小的图片。该服务多用于应急救灾、远洋通信等地面基站无法覆盖的场景。
直到 2020 年 7 月 31 日，北斗三号系统正式开通提高了短报服务的效率和稳定性，提升了报文长度、服务容量和覆盖范围等指标的同时，降低了终端发射功率，该功能才得以商用。[14]
中轨道卫星距离海平面 2000km~35786km，主要用于建设大型导航系统卫星星座，全球大型导航系统如 GPS、北斗、格洛纳斯、伽利略均位于中轨道。
目前仅有 O3b 一家为中轨道通信运营商，主要为地面网接入受限的各类运营商或集团客户提供宽带接入服务，不过 O3b 提供的并非卫星直连互联网，用户依然要通过地面的信关站进行使用。
与铱星齐名的 Thuraya、为广播电视传输线号的中星系列卫星，则位于更高的地球同步轨道（GEO，离海平面 35786km，距地心的半径为 42164 km）。
▲ 典型的 MEO 与 GEO 星座一览
制表丨果壳硬科技
但是中高轨道卫星离地面距离远，因此通讯带宽不高、传输延迟大，很难用于直连消费级智能手机。
回到开头的话题 —— 两款可直连卫星的手机，的确是个技术突破，但想更进一步，实属难上加难。
低轨通信星座建设最快的 Starlink，到 2023 年底才能在特定区域提供文本传输（Text messaging）测试，至于何时能用上语音和数据传输功能，Starlink 与 T-Mobile 也没有提供具体时间表。
具体到我国，目前大型低轨卫星通信星座，中国星网目前还无首发星入轨，民企方面，银河航天目前也仅有 7 颗在轨。目前能通过中轨道的北斗实现电报文传输，算是弥补了低轨通信卫星星座的缺憾，至于进一步的功能，我们还需等待。
总之，地球人想通过手机直连卫星功能，实现打电话、发朋友圈甚至刷短视频，还很遥远。这种情况下，国内外市场炒作行为就显得相当不理智。
要突破，不要炒作“手机连卫星”当然是个性感且吸睛的概念，但我们应以理性的态度审视其商业潜力，而非被一时的市场热度误导。
当前对卫星互联网的市场规模估算相当混乱，不同口径、不同机构给出的结果差距巨大。
摩根士丹利给出的预期最为乐观，预计全球卫星互联网市场规模，在 2030 年有望将达到 亿美元 [15]。但另一些较为保守的给出的预期则只有 亿~ 亿美元，差距相当之大 [16] [17]。更为谨慎的短期预测，则预计到 2026 年，该市场的规模可达 60 亿~81 亿美元，且依照其给出的年复合增长率计算，到 2030 年也与前述预测有着不小的差距 [18][19]。
美国半导体产业协会（SIA）的预测最为夸张。据 SIA 数据，2021 年中国卫星互联网行业市场规模达到 亿元，预计 2025 年市场规模将达到 亿元，2021~2025 年复合增长率达到 11% [20]。这一数据甚至比部分机构给出的同年全球市场规模还要高。
这种差异，来自于对“卫星互联网”的具体定义不同，以及哪些价值链环节被纳入统计。一部分统计可能仅计算手机直连卫星，也就是移动互联网场景，而另一些则统计了家用市场。传统卫星互联网产业链包括卫星制造、卫星发射、地面通信基础设施建设、卫星通信网络运营、终端应用等 —— 但这显然也不代表所有环节的产值都可被纳入卫星互联网行业。
当前对卫星互联网的模糊定义与口径上的混乱，本身就是行业不成熟的一种表现。大量存在争议的收入与产出被划入统计数据，而一些相关度不高的公司也被资本热捧，而这一点在二级市场颇为明显。
随着苹果发布会宣布手机直连卫星功能，合作方全球星在美国证券交易所的股票被迫停止交易，发布会后涨幅一度超过 36%，收盘时却录得 % 的跌幅。
▲ 苹果发布会前后，全球星股价走势 | 来源:雪球
A 股方面，最先受消息面刺激上涨的，大多是卫星导航概念股，甚至与卫星互联网没有直接关系，其中波动较大的已经收到交易所关注函，要求对有“蹭热点”之嫌的异动公告做出解释。
这就是典型的过热。
我们在前文解释了当前卫星通信，在转向更常规、广泛的基础应用场景时，面临着多么复杂的技术问题。显而易见，缺乏功能足够强大的卫星，“卫星互联网”最多只能算作一种补充路线，不可能取代基于基站以及光纤的网络，贸然将整个网络服务市场直接视为是卫星互联网行业可获取的“蛋糕”，过于冒进。
卫星互联网的需求，来自于传统网络覆盖方式难以触达的偏远地区。这在海外表现为无力进行基础设施建设的不发达地区，或是发达国家没有光纤铺设的农村地区。但就国内市场而言，中国的人口分布与基建工程与国外存在一定差异，依赖卫星而非光纤接入互联网的普通居民相对有限，这在一定程度上降低了对卫星互联网的需求，同样不能照搬海外机构给出分析。
另一个关键问题是，有了能够直连卫星的手机，用户能做些什么。
现阶段的卫星通讯无法满足一般移动互联网用户的基本需求，大多数情况下仅能支持短信收发功能。而所谓的“覆盖荒郊野岭”，也并不是一种普遍存在的用户需求。当前的卫星移动通信，主要应用于森林防火、户外探险、救灾、远洋捕捞等特殊性较高领域，应用场景非常特殊，且在这些场景下往往对设备本身的可靠性也有着特殊需要，普通智能机在可靠性上无法满足。普通用户购买一台具有卫星直连功能的手机，除了罕见情况，也只是多了一个可能永远用不到的功能，认为这代表了一个多么欣欣向荣的市场，为时尚早。
总的来说，手机直连卫星在现阶段，谈不上是具有极其旺盛的市场需求，相关技术也无法满足用户基本需要。
我们可以说，“卫星互联网”是对传统网络服务的重要补充，能够实现对传统且在未来于国家有着重要的战略意义。但称其会对现有的网络服务覆盖模式形成大规模替代，则毫无疑问的夸大了其实际功能与商业潜力，有炒作之嫌。
参考
[1] 数位时代:联发科 5G 技术再有新里程碑！新晶片让手机也能连上卫星网路 .tw/ article / 71268 / meditek-satellite-5g-communication?
[2] SpaceX 官网:SpaceX Invites World's Carriers to Collaborate — No More Cell Phone Dead Zones / updates/#direct2cell
[3] 未来移动通信论坛:全球首个运营商 5G NTN 技术外场验证成果发布！.com/ s/7_Gn7wRT8EgkCNgaklAY_g
[4] 中国北斗卫星导航系统:重磅｜全球首创！北斗三号短报文通信服务成果正式发布 .com/ s / HOO9XSNu1YBhksG_Wi7jFw
[5] 利扬芯片公告 .cn/ finalpage / 2022-09-06/.PDF
[6] SpaceExplored:iPhone 14 Emergency SOS via satellite feature to be powered by Globalstar /2022/09/07/iphone-14-emergency-sos-via-satellite/
[7] 全球星的 sec 文件 / ix?doc=/Archives/ edgar / data / / / gsat-.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: /J-SSCAE-
[9] 空基通信:卫星直连手机技术介绍 .com/ s / Zyf097UhB_bm-cJGE3jTug
[10] 第一财经:手机直连卫星时代来临？技术颠覆还是噱头 / news / .html
[11] 鲜枣课堂:手机 + 卫星，到底有多难？.com/ s / NzbuubK4Y_lbvfXvU1cEZA
[12] 中国电子报:智能手机将实现卫星通信？可能为时尚早 .com/ s / LUJisBVKypUunW9YCPmR_Q
[13] Telecoms:Lynk launches ‘first commercial-ready cell-tower-in-space’//lynk-launches-first-commercial-ready-cell-tower-in-space/
[14] 新华社:北斗三号短报文通信服务进入大众应用阶段 / 2022-07/30 /
[15] 浙商证券:卫星通信意义重大，中国“星链”将冉冉升起，
[16] Acumen:RSatellite Internet Market Size - Global Industry, Share, Analysis, Trends and Forecast 2022 - 2030， /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, /satellite-internet-market-A12472
[18] Technavio Research:Satellite Internet Market Size to Grow by USD billion due to Growth In The Number Of IoT Devices, /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-.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, /faqs/5817
[20] 中商产业研究院:【新赛道专题】聚焦卫星互联网新赛道 卫星互联网行业前景分析， / news / chanye / /
本文来自微信公众号:果壳硬科技 （ID:Guokr233），作者:陈啸雨、付斌、杨景诒、李拓 统稿:李拓
