为什么有的手机能连卫星？

2024年11月26日，华为Mate70发布。这部手机的到来，再次把手机卫星通信技术推向了新高度。

在这部手机中不仅在体验上加入了“卫星寻呼”功能，让用户可以一次连星之后持续在线，解决了连接卫星的焦虑。并且，还带来了另一项重磅消息：MateX6手机中，还会连接低轨卫星互联网，成为全球首款支持三网卫星通信（北斗卫星消息、天通卫星通信、低轨卫星互联网）的大众手机。

图：华为消费者业务CEO余承东发布华为三网卫星通信手机Mate X6

手机究竟是如何连接上卫星的？为什么有的手机连接几公里的基站都费劲，有些手机却可以连接上几万公里外的卫星？手机连接卫星是未来的趋势吗？

带着以上问题，我们对手机连接卫星的技术方案做一个梳理，尝试去理解一下未来手机直连卫星的技术发展。

自2022年9月6日华为发布首款消费类大众卫星手机Mate50以来，苹果、vivo、OPPO、小米、荣耀等厂商陆续发布可以直接连接卫星的手机。

但即使得到众多厂商的推崇，直连卫星手机的出货量并不高。除华为和苹果外，其他品牌厂商支持卫星通信的手机年发货量普遍在百万台甚至以下，这和每个品牌手机1亿左右的年出货量相比，占比只有约1%。即使对于直连卫星手机的引领者华为，也并没有把直连卫星定义为日常应用，而是归类到了“一生用一次，一次续一生”的应急场景。这不仅让人有了疑问：手机连接卫星，是不是只是个噱头？

在过去20年智能手机的发展中，智能手机已经变的非常强大。一部小小的手机，可以覆盖我们生活中的大部分场景。

作为消费类电子产品中，每年出货量最大的品类，手机在过去的设计思路，也是尽量的去满足最广大用户的最频繁需求，然后把这些需求不断的去做优化。

比如，过去10年期间，手机先是卷流畅顺滑，再卷摄像头，然后到屏幕、续航等等，这些需求作为普通用户都是可以被明显感知的，所以也成为不同手机厂商竞争的重点。

相比这些显性功能而言，“通信”这一手机的基础功能，反而在过去并不是宣传的重点。

通信未能成为手机宣传重点的原因，是因为通信的差异太难被用户感知了。

对于大部分用户来说，通信略显专业，让人望而却步；对于广大通信从业者来说，也很难讲清楚自己花大量努力做的优化，可以给用户体验做什么提升。所以在很长的时间里，手机的通信技术就像是一个黑盒子，被大家避而不谈。

但这一切，在手机各个功能做到极致，用户追求更差异化的需求的时候，会有改变。

近两年来，各个手机厂商开始不断的在通信能力上加大投入，开始“卷”通信这个基础能力。

图：荣耀、vivo、小米、OPPO等各手机厂商，均在通信上展开投入

无论是弱网环境、无网郊区、演唱会，这些场景有一个共同特点是，都不是用户常用场景。但这些特殊场景的优化，却可以明显拉开不同厂商通信能力的区别。成为体现手机差异化的“明星场景”，也成为厂商通信能力差别的重要体现。

手机连接卫星，需要解决的，就是这样一个场景。在广阔无人的荒漠中，当所有的通信手段都失效时，手机直连卫星就成为与外部连接的唯一手段，甚至可以拯救人的一生。

这些场景对于99%的用户来说，可能都不会考虑。但对于那1%的用户来说，关键的时候确实可以用来“续一生”。

手机直连卫星还没有得到广泛应用的另外一个原因，是还没有办法做到丝滑的使用体验。

和我们日常使用手机，拿起手机就可以电话和视频不同，手机直连卫星的体验仍然没有办法做到如此丝滑。

首先，在手机和卫星通信之前，手机需要连接卫星。连接卫星需要把手机不断的尝试切换角度，尽量对准天空那些看不到的卫星。连接时间很有可能需要一分钟甚至更久的时间。

图：使用前需要对星

其次，一些卫星方案只支持短消息，甚至还是单向短消息。这就是说，如果只是单向消息，你只能发送一条消息，但这条消息对方是否接收，你是完全不知道的，对方也没有办法向你回复消息。

图：苹果手机的卫星短消息功能

虽然有一些手机开始支持卫星语音，但语音数据必须要进行极大的压缩，来满足当前低速率的传输需求。在压缩之后，语音的清晰度和可辨别性都大量降低。

如下为来自科技小辛的华为卫星语音通话测试，大家可以尝试听听看，看看是否可以清楚识别语音内容。‍

‍虽然以上这种体验的时间消耗、精力消耗在“一次续一生”时都是值得去等待的，但在日常使用中，这种体验目前确实很难打动消费者。也成为卫星直连手机现在较难被广大民众所接受的原因。

值得一提的是，以上所有的讨论是手机直连卫星这一应用。虽然有一些低轨宽带卫星方案（如SpaceX的星链，我国垣信卫星的千帆星座等），可以实现数十M每秒的稳定数据传输，但这些方案是利用毫米波相控阵方案实现，需要在地面端使用较大的收发装置，并不是我们讨论的便携式的“手机”直连场景。

图：宽带低轨卫星需要部署的地面收发装置

直连卫星的手机在使用体验上和用户需求仍有差距，正是这些差距让手机直连卫星技术有了发展方向。

“卫星不变，改手机”，是指利用现有的卫星，利用现有的卫星通信协议，改变手机方案，在手机中增加相关卫星制式的支持。

这些方案一般由卫星运营商、手机厂商、芯片厂商共同开发，通过定制手机专用的卫星通信芯片，完成卫星通信的支持。近年来所发布的华为Mate50（北斗短报文）、Mate60（天通语音+短信），苹果iPhone14（Global Star短信）等手机终端均是采用此方案。

在这些方案下，手机不再只是一部支持地面蜂窝连接的手机，而是变成一部手机卫星终端。比如在华为Mate60 Pro的手机包装上，此款手机就被的名称就改为：卫星移动终端。

图：华为手机，变成了卫星终端

采用此方案的优点是只需要改变手机方案，而不需要重新发射和运营卫星。这在卫星建设不成熟的阶段，是最为有效的部署方式。

但采用这种方案，可采用的卫星资源并不多。原来的卫星方案也并不是为广泛的手机用户所设计的，所以在连接数目、连接速率上，都会存在限制。目前，采用这种方案的卫星直连手机通信速率在0.8~2.4kb/s左右^[1]。

利用现有卫星来实现手机直连虽然实现起来更为快捷，但受限于可服务用户数量，这种技术方案在大规模应用时会遇到限制。在卫星技术逐渐发展后，有厂商开始考虑将卫星技术做升级，从而可以在不改变用户手机的情况下，让卫星可以连接上数以亿计的存量手机。

美国的SpaceX公司、AST&Science公司、Lynk Global公司等，发布了一些技术原型。这些公司基于自己不同的技术优势来做这方面的尝试，但思路均是“把地面的基站搬到天上”，同时，用大规模的相控阵系统，增大天线增益，让卫星可以接收到手机发出的微弱信号；同时有足够大的发射功率，让地面的手机可以接收到。

采用这种技术的最大优点是地面用户几乎是无感的：手机用户本来就是要在不同的基站之间做切换，而增加一个卫星基站，只不过是让用户在必要的时候，切换到天空的基站而已。如此一来，用户的切换成本大大降低。

但这么做并不是没有成本，现在地面通信协议是为地面几公里范围内的手机和基站通信所设计，如果把基站搬到天上，保证同样的传输下，就需要基站的能力更强，所以就需要卫星上基站有更高的输出功率、更大的天线增益。卫星的体积也会更大，发射成本会极大提高。以AST公司的BlueWalker3举例，其卫星重量达到了1.5吨，天线总面积达到64平方米。而相比起来，用于低轨宽带通信的卫星重量一般只有200千克。

图：AST BlueWalker3卫星相控阵天线图

目前，存量手机直连技术方案也是创业热点，AST公司计划在2025年前后部署168颗卫星，Lynk公里也宣称在2022年已可以提供最高200kb/s速率的LTE通信，SpaceX的V2.0与传统运行商T-Mobile合作，完成了现有手机直连卫星的测试，速率达到17Mb/s。

虽然基于现有技术，已经可以实现手机和卫星的连接，但未来更优的方案，无疑是根据未来需求，将卫星与手机一起升级。

虽然手机直连卫星是行业普遍认可的技术发展方向，但标准如何统一成为行业的一大难点。卫星企业有一套自有的标准，并且长时间以来不在手机通信产业中；手机通信产业的标准又没办法适应卫星通信需求。以上现状对标准的统一和升级提出了极高的挑战。

手机通信产业一直对卫星通信技术保持高度关注。2022年6月，手机通信行业的标准化组织3GPP宣布5G R17版本标准协议冻结，在R17协议中，一项重要的特性就是NTN（NTN：Non Terrestrial Network，非地面网络），这意味着未来行业终于有了专门针对手机直连卫星的通信协议。

图：3GPP对于NTN的规划

虽然协议的首个版本基于原来的NB-IoT协议演进而来，R17协议也先研究了用于窄带通信的卫星通信通信协议，但这丝毫影响不了行业对NTN协议的期待。2023年1月，欧盟6G-NTN研究项目正式启动，2023年3月，美国FCC通过了太空的补充覆盖新规则，来支持卫星企业和运营商的合作。

我国也快速展开了对于NTN的研究工作，包括中国移动、中国电信在内的运营商，华为、vivo、小米等手机企业，以及展锐、慧智微等芯片厂商，共同讨论并起草NTN行业标准，推动我们NTN的行业发展。

在2024年MWC上，展锐首次发布了NR NTN卫星通信系统验证，联发科展示了Pre-6G NTN卫星宽带技术方案。华为、中兴等厂商完成了NTN基站研发，vivo等公司也推出支持NTN的试验终端。

图：展锐展示的NTN芯片，及vivo的NTN手机

目前手机直连卫星主要集中于以上三种方案。现有手机直连卫星系统中，所采用的卫星及协议总结如下表所示。

随着技术发展，在手机直接卫星技术上，未来可能有以下趋势。

在当前阶段，虽然手机直连卫星的技术已经初露锋芒，但其应用需求尚显得较为笼统与不确定。展望未来，这一技术的需求场景将逐渐明确并呈现多样化趋势。

随着技术的不断成熟与普及，手机直连卫星将不再仅仅局限于紧急通讯，而是渗透到日常生活的方方面面。无论是户外探险者需要的实时定位与导航，还是海上航行者对于稳定通信的渴望，抑或是自然灾害发生时对于应急通信的迫切需求，手机直连卫星都将成为不可或缺的技术支撑。

这些具体而实际的需求场景，将推动手机直连卫星技术不断向前发展，实现更广泛的应用与更深入人心的服务。

图：卫星实现未来通信的全球覆盖

当前，手机直连卫星在速率、连接稳定性等方面仍存在诸多限制，影响了用户的实际使用体验。然而，随着技术的快速发展，这一现状并不会持续太久。

以华为Mate系列的手机为例，从2022年Mate50只支持短消息，到Mate60支持通话，再到Mate70的卫星寻呼，卫星直连手机的体验在不断优化，展示了手机直连卫星在提升用户体验方面的巨大潜力。

随着技术的不断进步与迭代，预计未来手机直连卫星的速率将大幅提升，连接稳定性也将得到显著增强。用户将能够享受到更加流畅、稳定的卫星通信服务，无论是在偏远山区还是广阔海域，都能实现无缝连接与高效通信。这种用户体验的质的飞跃，将使得手机直连卫星技术成为更多用户的选择。

图：华为手机直连卫星技术发展

手机直连卫星技术的产业发展，不仅将推动技术本身的不断进步，还将带来成本的大幅降低。随着产业链的不断完善与规模化生产，手机直连卫星所需的硬件设备成本将逐渐下降。

这意味着，未来不仅手机能够实现与卫星的直连，无人机、智能穿戴设备、远程监控设备等多种终端设备也会接入卫星网络。这种成本的降低与应用的拓展，将形成良性循环，进一步推动手机直连卫星技术的普及与应用。

随着越来越多的用户享受到这一技术带来的便利与高效，手机直连卫星将成为未来通信领域不可或缺的重要组成部分，引领着通信技术的革新与发展。

手机直连卫星技术，作为通信技术领域的一项重大突破，正逐渐从概念走向现实，并展现出广阔的应用前景。

在未来6G到来之时，手机直连卫星技术作为未来通信领域的重要组成部分，将和6G一起，引领着通信技术的革新与发展。

随着技术的不断进步与应用的不断拓展，我们有理由相信，手机直连卫星将成为未来通信领域的璀璨明星，为人们的生活带来更加便捷、高效、安全的通信体验。