衛(wèi)星通信，邁向“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”的拐點

2023年，衛(wèi)星通信領(lǐng)域熱點不斷。

先有美國初創(chuàng)企業(yè)AST SpaceMobile成功使用BlueWalker 3號測試衛(wèi)星，與未經(jīng)改造的智能手機實現(xiàn)了雙向語音通話和4G功能，引發(fā)普遍關(guān)注；再有華為Mate60 Pro迎來重大突破，成為全球首款支持天通衛(wèi)星通話和雙向北斗衛(wèi)星消息的智能手機，即使在沒有地面網(wǎng)絡(luò)信號的情況下，也可以撥打、接聽衛(wèi)星電話；隨后，星鏈（Starlink）宣布上線直連手機業(yè)務(wù)，旨在服務(wù)全球LTE手機（即4G及以后的手機），計劃2024年實現(xiàn)短信發(fā)送、2025年實現(xiàn)語音通話和數(shù)據(jù)功能，同年分階段實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)；近期，民營商業(yè)航天公司銀河航天也在靈犀03星上成功實現(xiàn)中國首例端到端（Terminal to Terminal，T2T）低軌衛(wèi)星通信測試，為衛(wèi)星通信提供一種更加靈活的通信模式，在極地、遠(yuǎn)海等偏遠(yuǎn)地區(qū)，即使沒有信關(guān)站覆蓋也能進(jìn)行衛(wèi)星通信。

手機直連衛(wèi)星的三種技術(shù)路徑

熱鬧非凡的背后，是衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)鏈上下游布局已久的厚積薄發(fā)，也是業(yè)界對“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”探索實踐的重要拐點。事實上，地面移動通信系統(tǒng)只覆蓋了20%的陸地面積，僅占地球表面積的約6%，全球范圍內(nèi)，大致有近30億人無法接入互聯(lián)網(wǎng)；衛(wèi)星通信的興起，有望徹底解決全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋的“死角”。目前，業(yè)界提出了三種衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)路徑：

01

把現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)集成到智能手機中，即改動手機終端，適應(yīng)現(xiàn)成的衛(wèi)星系統(tǒng)。例如華為Mate60 Pro就是利用已有的高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)，通過直接集成到手機中，形成一個多模終端，從而快速投向市場。試想，一般的衛(wèi)星終端需要一根長天線，同時內(nèi)置大容量電池，這是因為衛(wèi)星通信的功率比蜂窩通信高得多、耗電量更大。諸如Mate60 Pro這類衛(wèi)星蜂窩雙模終端需要解決天線小型化、功耗和散熱等一系列問題，尤其是對PA等射頻芯片的功耗進(jìn)行優(yōu)化，才能更好地提升用戶體驗以適應(yīng)消費市場的需求。

02 研發(fā)手機直連的衛(wèi)星來兼容現(xiàn)有的億級手機市場，即不改變手機終端，但優(yōu)化衛(wèi)星系統(tǒng)。這種方式相當(dāng)于“衛(wèi)星就是基站”，例如AST SpaceMobile使用的BlueWalker 3號測試衛(wèi)星，即便是低軌衛(wèi)星通信，也搭載了表面積達(dá)到64平方米的大型相控陣天線陣列，從而在不改變現(xiàn)有手機的天線大小和通信功率的情況下，保證衛(wèi)星通信質(zhì)量。這種路徑對于衛(wèi)星的研發(fā)能力要求非常高，要克服大型可展開結(jié)構(gòu)、能源供應(yīng)等一系列技術(shù)難題，并且支持的用戶數(shù)和容量受限。03 根據(jù)3GPP-NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)）等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計下一代的手機直連衛(wèi)星系統(tǒng)，從5G向6G持續(xù)演進(jìn)，即手機和衛(wèi)星一起改變。由于需要新標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)新的技術(shù)和產(chǎn)品，這種方法可能需要更長的時間才能實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

Qorvo的衛(wèi)星通信技術(shù)優(yōu)勢

相比不斷發(fā)展的技術(shù)實現(xiàn)路徑，衛(wèi)星通信的波段劃分則是相對穩(wěn)定的，主要涵蓋L、S、C、X、Ku、Ka、Q/V等波段。L (1~2GHz)、S (2~4GHz)波段幾乎分配殆盡，C (4~8GHz)、Ku (12~18GHz)、Ka (27~40GHz)波段正在大量使用、漸漸趨于飽和，Q/V (36~46GHz / 46~75GHz)波段則是衛(wèi)星通信的后起之秀。

隨著衛(wèi)星通信逐漸發(fā)展，半導(dǎo)體市場增量或主要體現(xiàn)在射頻前端部分。例如，在上行鏈路，端側(cè)的發(fā)射功率要遠(yuǎn)大于蜂窩通信，這對于功放提出了新的要求；在下行鏈路，衛(wèi)星通信的信號損耗很大，對于終端射頻器件的要求很高，接收端的LNA、射頻開關(guān)等都需要更先進(jìn)的設(shè)計以提高系統(tǒng)的信噪比。同時由于發(fā)射功率和信噪比的要求，衛(wèi)星通信的天線設(shè)計也有新的挑戰(zhàn)，特別是應(yīng)對和其他波段共用一個天線的情況。

面向衛(wèi)星通信領(lǐng)域，Qorvo可以提供從L波段至Ka波段的完善射頻功能，涵蓋PA、LNA、分立式開關(guān)、RF濾波器、數(shù)字步進(jìn)衰減器、混頻器、倍增器、移相器等廣泛產(chǎn)品組合，以業(yè)界領(lǐng)先的可靠性，幫助客戶開發(fā)下一代衛(wèi)星通信解決方案。包括采用GaAs和GaN技術(shù)的功率放大器、提供業(yè)界領(lǐng)先NF和P1dB特性的低噪聲放大器 、自動增益控制 (AGC) 功能、上/下轉(zhuǎn)換器和衰減器等各種信號控制功能在內(nèi)，這些久經(jīng)市場驗證的Qorvo高性能產(chǎn)品方案，正在成為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的理想選擇。

2023年9月，Qorvo重磅發(fā)布業(yè)界最高功率的Ku波段衛(wèi)星通信放大器QPA0017，適用于日益增長的相控陣天線衛(wèi)星終端以及高數(shù)據(jù)吞吐量的地面和移動設(shè)備，進(jìn)一步“掘金”衛(wèi)星通信的廣闊市場機遇。

衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)正悄然崛起 除了手機直連衛(wèi)星這樣讓人激動的暢想，衛(wèi)星通信領(lǐng)域的細(xì)分市場——衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)也在悄然崛起。地面蜂窩基站對于地理環(huán)境的要求較高，導(dǎo)致荒漠、草原、深山，以及遠(yuǎn)海等非陸地區(qū)域，長期以來成了“信號盲區(qū)”。這些區(qū)域包括戈壁里的油田、深山里的水電站、海洋漂浮的氣象監(jiān)測點等設(shè)備資產(chǎn)，非常適合通過“衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)”進(jìn)行管理；更有農(nóng)業(yè)管理、工程建筑、海上運輸?shù)刃袠I(yè)應(yīng)用，有望進(jìn)一步與衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，形成新的發(fā)展模式。ABI Research預(yù)測，到2024年將有2400萬臺設(shè)備通過衛(wèi)星實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)接入，推動衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步發(fā)展與完善。

經(jīng)過驗證，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的兩種“優(yōu)先”連接方式分別是終端直連衛(wèi)星和經(jīng)關(guān)口站連衛(wèi)星，且衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)終端的頻率范圍一般為標(biāo)準(zhǔn)Ku或Ka波段。Qorvo在衛(wèi)星通信以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等應(yīng)用也擁有深厚的技術(shù)積累，對于上述連接方式與波段均有對應(yīng)解決方案。例如，Qorvo可提供高性能組件，支持上行鏈路和下行鏈路系統(tǒng)通過Ka波段進(jìn)行衛(wèi)星通信，如下圖所示。

Ka波段VAST功能框圖

總而言之

衛(wèi)星通信方興未艾，已經(jīng)成為地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)的強有力補充，隨著衛(wèi)星發(fā)射成本的下降，有望實現(xiàn)更低成本、更廣域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力，促進(jìn)形成“空天地海一體化網(wǎng)絡(luò)”的新格局。Qorvo與您一起，展望萬物連接未來！