當(dāng)前，全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢。由于IoT-NTN的優(yōu)勢，商業(yè)化進程逐步開啟。今年6月，中國移動聯(lián)合中興通訊和紫光展銳完成了全球首個手機直連高軌衛(wèi)星的IoT-NTN IMS語音通話實驗室驗證。這標志著成功突破了3GPP IoT-NTN技術(shù)標準中不支持IMS語音的挑戰(zhàn)，是高軌衛(wèi)星通信技術(shù)在實時語音通信領(lǐng)域的重要進展。
需要注意的是，盡管國內(nèi)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)取得了新的進展，但仍面臨成本挑戰(zhàn)。如何通過芯片環(huán)節(jié)降低成本，以及應(yīng)對衛(wèi)星通信SoC集成化趨勢，是產(chǎn)業(yè)鏈玩家需要解決的問題。
IoT-NTN發(fā)展初期，手機直連技術(shù)成為商業(yè)化的關(guān)鍵
NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)基于3GPP開放標準制定，是地面蜂窩通信技術(shù)的重要補充，適用于衛(wèi)星通信和低空通信等新應(yīng)用場景。
3GPP R17版本定義了NTN技術(shù)的兩個方向：IoT-NTN（基于非地面網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)終端接入）和NR-NTN（基于非地面網(wǎng)絡(luò)的5G智能終端接入）。
NR-NTN通過5G NR框架實現(xiàn)VSAT、智能手機等設(shè)備與LEO衛(wèi)星的連接，支持數(shù)十Mbps及以上的信息速率，能夠提供語音和數(shù)據(jù)服務(wù)。
IoT-NTN則是將IoT（NB-IoT和eMTC）集成到NTN中，于R17版本首次提出。IoT-NTN在GEO衛(wèi)星下支持低復(fù)雜度eMTC和NB-IoT終端的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，如全球資產(chǎn)跟蹤，支持數(shù)Kbps的信息速率，重點關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的廣覆蓋、低功耗、低成本通信需求。與NR-NTN相比，IoT-NTN性價比更高，對衛(wèi)星能力要求較低，因此率先實現(xiàn)商業(yè)化。
集成了NB-IoT后，NTN在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域展現(xiàn)出更大的優(yōu)勢。業(yè)內(nèi)普遍認為，物聯(lián)網(wǎng)將成為衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)的增長點，廣泛應(yīng)用于智慧城市、農(nóng)業(yè)物聯(lián)、交通運輸、物流管理、電網(wǎng)電力、漁業(yè)海事、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。市場調(diào)研機構(gòu)IoT Analytics預(yù)計，到2027年，全球衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)用戶將達到2200萬，國內(nèi)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)可達187萬。中國電信衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)研究院的專家在公開演講中提到，按中國衛(wèi)星通信規(guī)模占全球8.5%估算，預(yù)計到2027年國內(nèi)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)可達187萬。
在IoT-NTN商業(yè)化過程中，手機直連衛(wèi)星技術(shù)成為契機，推動了衛(wèi)星通信新的需求，并將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景從專業(yè)領(lǐng)域拓展到大眾消費領(lǐng)域。此前，蘋果推出的iPhone14和華為推出的Mate50系列搭載了衛(wèi)星通信功能，引起了消費者關(guān)注。這兩款手機分別采用了Globalstar和北斗通信衛(wèi)星方案，但與3GPP的NTN標準不一致。
中國信息通信研究院的專家介紹，手機直連衛(wèi)星目前有三種技術(shù)路線。美國主推“存量手機”路線，采用未經(jīng)修改的4G/5G手機直連衛(wèi)星。我國已經(jīng)推出支持天通衛(wèi)星的多模手機，積極探索3GPP NTN的技術(shù)路線。
中移芯昇在10月表示，公司已開始研發(fā)IoT NTN的語音業(yè)務(wù)，并與vivo成功演示了IoT-NTN低碼率語音電話技術(shù)?？梢云诖齰ivo在手機直連衛(wèi)星技術(shù)上的進展。據(jù)了解，中移芯昇已成功搭建IoT NTN全鏈路仿真平臺，并建立了衛(wèi)星信道模型和鏈路預(yù)算模型。
但目前，NTN仍面臨時間延遲、多普勒偏移、低信噪比等技術(shù)挑戰(zhàn)。在時間延遲方面，同步衛(wèi)星的延遲約為120ms，低軌衛(wèi)星的延遲約為2ms到6ms。多普勒偏移是由于低軌衛(wèi)星相對地面高速移動而產(chǎn)生的。資料顯示，3GPP TR 38.821中，S波段、軌道高度600km的LEO衛(wèi)星多普勒頻移約為24ppm。如何解決這些技術(shù)難題，仍需產(chǎn)業(yè)鏈上的廠商不斷投入研發(fā)。
相控陣芯片解決成本挑戰(zhàn)，基帶處理芯片綜合成本可降90%
當(dāng)前，衛(wèi)星平臺逐步成熟并標準化，載荷、衛(wèi)星通信芯片等關(guān)鍵組件仍在演進。通信運營商與通信組件產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)都在布局衛(wèi)星技術(shù)。了解到，聯(lián)發(fā)科、紫光展銳等芯片企業(yè)均展示了自家的NTN芯片。早在2023年的MWC大會上，聯(lián)發(fā)科就展示了MT6825 IoT－NTN芯片組，支持雙向通訊，并已應(yīng)用于摩托羅拉defy 2和CAT S75兩款智能手機中。
紫光展銳推出的5G loT-NTN衛(wèi)星通信SoC芯片V8821，單芯片集成了基帶、射頻、電源管理、存儲等，支持L頻段海事衛(wèi)星和S頻段天通衛(wèi)星，支持TCP/IP協(xié)議，并可接入其他高軌衛(wèi)星系統(tǒng)，發(fā)射功率低至23dBm。終端功能支持通話、位置共享、數(shù)據(jù)傳輸、文字消息等。
在芯片的發(fā)展趨勢上，衛(wèi)星通信SoC將朝高度集成化、小型化、一體化方向迭代，以進一步降低芯片的成本、功耗。由于地面網(wǎng)絡(luò)和太空網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢不同，地面網(wǎng)絡(luò)沿著頻譜受限的場景演進，太空網(wǎng)絡(luò)沿著功率受限的場景演進，對成本和功耗的要求更高。
白盒子微電子副總裁表示，衛(wèi)星載荷中相控陣的成本占比約一半。與同步衛(wèi)星相比，低軌衛(wèi)星移動速度更快，需要相控陣進行追蹤，為實現(xiàn)高速率體驗，需要更多的相控陣，因此相控陣系統(tǒng)中相關(guān)芯片成本也增加。如何提供低成本的載荷和終端，芯片成為關(guān)鍵。
在今年MWC2024上，白盒子微電子展示了公司超寬帶衛(wèi)星通信載荷基帶SoC芯片、終端基帶SoC芯片等產(chǎn)品。據(jù)了解，白盒子的數(shù)字基帶處理芯片優(yōu)化SoC架構(gòu)和電路設(shè)計，實現(xiàn)了載荷和終端共用，DVB和NTN共用。通過天地一體化設(shè)計實現(xiàn)網(wǎng)端復(fù)用，降低載荷成本。
阮玉峰介紹，公司的數(shù)字基帶處理芯片支持低成本抗輻照?？馆椪帐菢I(yè)內(nèi)關(guān)注的重點，傳統(tǒng)宇航級芯片價格高昂。白盒子微電子通過板級限流和芯片級保護，實現(xiàn)低成本抗輻照，綜合成本降低90%。主要通過板級增加低成本限流防護電路，確保芯片不被損壞；通過實驗識別芯片薄弱點并加固保護。
在毫米波相控陣芯片方面，天銳星通與網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實驗室合作，推出CMOS全集成4通道毫米波相控陣芯片，將每通道成本由1000元降至20元左右。2023年，天銳星通發(fā)布了Q/V、W頻段相控陣芯片及天線。其中W頻段相控陣芯片及天線解決了極高頻相控陣芯片、極高頻全集成天線陣面等技術(shù)難題。
可以看到，國內(nèi)衛(wèi)星通信芯片廠商通過不斷技術(shù)迭代，優(yōu)化了芯片成本，這也成為推動國內(nèi)衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在產(chǎn)品集成化迭代方面，了解到，睿普康推出了移動終端通信芯片R801-TT，這是一顆高集成度、低功耗的衛(wèi)星移動終端通信芯片，兼容高軌衛(wèi)星與低軌衛(wèi)星。
睿普康還推出了面向衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)和蜂窩互聯(lián)網(wǎng)的SDR平臺芯片，單顆芯片集成基帶處理器、射頻收發(fā)器、輕量級應(yīng)用處理器、模擬傳感器和接口、電源管理器，合封RAM和Flash存儲單元。產(chǎn)品可用于NTN IoT等衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)終端。
