中國信科陳山枝等在《6G 星地融合移動通信關鍵技術》中提到手機直連衛星的進展：

蘋果公司(Apple) 基于Globalstar 衛星, 于2022 年實現雙向短消息發送功能;

AST Space Mobile 聯合AT&T, 于2023 年4 月完成了天基雙向通話；

中國信科2023 年6 月發布基于5G NTN 透明轉發的高低軌一體化系統及星地融合寬帶業務驗證;

華為公司2023 年8 月發布基于高軌衛星實現雙向短消息和語音功能的智能手機Mate 60 Pro;

中國移動2023 年9 月完成NR NTN 低軌衛星模擬驗證, 支持手機直連衛星寬帶業務;

星鏈(Starlink) 2024 年1 月通過美國T-mobile 網絡發送和接收了短信。

更進一步，在今年的8月6日、10月15日，我國低軌衛星互聯網星座“千帆星座”先后以“一箭18”的方式成功發射第一、二批組網衛星，目前在軌36顆衛星，按計劃進行在軌測試任務。

“手機直連衛星”是近兩年來的技術熱點，國內外相關廠商已在進行設備研制。從工程技術角度講，面對巨型星座組網及與地面設備流暢的通信，依然存在不小挑戰。

當前，5G-NTN體制的手機直連衛星方案初步按照3GPP R17/18協議進行，部分廠家已進行地面模擬驗證及試驗星在軌驗證階段。

那么，這其中到底有哪些關鍵技術，以及如何確保衛星上天后，終端能夠穩定接入衛星并進行通信，這是工程師們十分關心的問題。

在2023年的MATLAB用戶大會上，恩艾（NI）分享了他們的觀點。

要使得5G協議適用于低軌衛星系統，顯然需要針對衛星信道特點和高速移動帶來的多普勒頻移等問題進行適配修改。

手機直連衛星的價值在于，與地面通信網絡實現互補，確保在關鍵時刻不失聯。

技術演進的過程預計持續3~5年，包括通信協議、應用終端、業務類型等多個方面。

在技術研發過程中，一個不得不面對的現實是：如何完成地面系統驗證？顯而易見的是衛星信道只能依賴于信道模擬器完成，發射機+信道模擬器+接收機，組成一套驗證系統。

NI公司顯然也看了這樣的商機，提出了基于SDR的原型驗證系統。對于設備商而言，只有通過自己的設備，借助信號源、頻譜儀、信道模擬器、GNSS模擬器等，完成系統驗證。

系統網絡級的驗證顯然十分重要，星地超寬帶信道模擬器可用于模擬星地之間的通信信道。

目前市場上的信道模擬器一般價格不菲，是德科技、坤恒順維等企業已研發出多通道、大帶寬、多頻段的信道模擬器。

要想把地面5G NR的通信協議搬上衛星，并不能一蹴而就，需要對上、下行的同步、接入等進行技術增強。

NI分享了搭建的簡易NTN原型驗證系統，NTN用戶終端+信道模擬器+衛星gNB。

毫無疑問，對于衛星通信系統而言，天線技術將扮演重要角色。當前，相控陣天線技術日趨成熟，不管是載荷還是地面終端，相控陣的波束跟蹤能力至關重要。

“波束賦形”技術在此刻更體現其重要性，成百上千的陣元如何調控才能完美實現精確的波束指向和跟蹤，是業界關心的重要問題。

射頻天線固然重要，同樣對于基帶波形而言，NTN也并不簡單。從5G 的NR協議就可知道，面對各個信道的物理層實現，需要眾多研發工程師投入，整個系統的實現，需要上百人的投入。

在物理層中，我們經常會遇到slot調度等，需要配合高層協議棧，完成基帶信號的收發。

星地同步技術極為重要，我們需要在預定時間內完成波形的收發。例如在接入過程中，我們經常會遇到TA的計算。此外，整個系統的時間同步方案將決定能否實現業務灌通。

面對復雜的衛星通信系統，動態軌道環境下，能否準確計算TA和多普勒頻移補償值，將決定是否能夠正常入網和業務操作。

總結下來，手機直連衛星的關鍵技術：

巨型星座組網技術

端到端地面原型驗證技術

相控陣波束掃描跟蹤技術

星地同步技術

多普勒頻移補償技術

面對未來的通信需求，我們通信人還要繼續貢獻力量，接力實現全人類“永不失聯”。

參考： 1.MATLAB EXPO，5G NTN與“手機直連衛星”快速原型 2.5GNTNTechnologies, Standards, and System Design ---<完>--- 更多關于5G、衛星通信、FPGA、數字IC、通信算法等內容，可關注微信公眾號【FPGA算法工程師】