卫星通信领域又出重磅合作！
5 月 29 日，低轨卫星（LEO）网络运营商 AST SpaceMobile 与美国移动通信网络运营商巨头 Verizon 签订了价值 1 亿美元（包括 6500 万美元商业预付款和 3500 万美元可转换票据）的战略合作协议。AST SpaceMobile 将利用 Verizon 的 850 MHz 频谱，为 Verizon 的客户提供直连卫星服务。双方合作的目标是增强美国的蜂窝连接，从根本上消除信号覆盖盲区。
从概念上看，手机直连卫星是指利用卫星作为通信基站，使用普通智能手机直接与卫星建立通信网络连接，而无需通过地面基站和卫星地球站中转。借助卫星系统提供的全球网络，通过一部普通智能手机就能实现为任何人、任何时间、任何地点提供无缝覆盖的通信服务，无论是在偏远山区、海上、空中，还是处在自然灾害中。
资本市场对这一消息反应强烈。合作消息发布之后，AST 股价在交易中上涨 69%，收于每股 9.02 美元，如下图所示。据 FactSet 称，这是该公司自 2021 年通过 SPAC 上市以来股价单日涨幅最大的一次，本月迄今其股价已上涨了四倍。
为何资本市场如此看好这次合作？这次合作又将对整个卫星通信的市场格局带来怎样的影响？本文将一一进行解析。
“具有变革意义的商业里程碑”
生活在城市中的人们，早已习惯于打开手机就有信号的情况。但事实上，国际电信联盟（ITU）2023 年 11 月的统计表明，全球目前仍有 26 亿人处于无网络状态，移动运营商们希望尽快为这些地区的用户提供联网服务，这正是卫星通信存在的价值。
简单来说，卫星通信作为地面蜂窝通信系统的补充，其应用领域有三类：
人烟稀少地区：在光纤和基站不方便布设的地区，卫星通信会发挥很大的作用。比如在国外或国内中西部地区，对于一些户外爱好者，以及矿产勘察、自然保护等特殊工作人群而言，卫星电话很有用；
海洋以及天空场景：例如航海船舶、民航飞机，对卫星通信有强烈的需求；
应急救灾场景：当发生地震、洪水等自然灾害，地面通信系统失灵，就需要借助卫星，进行应急通信。
市场研究机构 ABI Research 发布的 NTN 报告指出，到 2030 年，全球非地面网络移动连接数预计将达到 1.75 亿，全球卫星服务的年度市场规模将达到 1246 亿美元。过去，卫星通信需要用到笨重昂贵的卫星电话。如今，各大公司都在竞相争夺卫星通讯市场，致力于提供连接到普通消费者手机的电话服务，也就是所谓的“手机直连卫星”——该领域由此成为目前卫星通信领域最为火热的细分方向之一。
要想实现卫星到手机蜂窝网络的连接，目前主要有两类方案。
①使用授权卫星频谱+手机天线/芯片端进行改造
卫星通信与蜂窝通信的一个典型的区别在于，卫星基础设施建成后，可以为全球提供服务，而蜂窝网络只是在本地提供服务。理论上来说，蜂窝网络只要符合本地频谱划分和管理制度即可，而卫星通信必须符合全球统一的频谱划分规则。
对卫星通信工作频率资源的使用，要向国际电联（ITU-R）进行申请。ITU-R 有明确的文件，对申报程序和规则有严格的要求，往往是和卫星轨道资源的申请同步进行。卫星通信工作在微波频段，其频率范围为 1GHz~40GHz，大部分卫星采用的是 Ku、Ka、V 等波段，即 12GHz-75Ghz 频段，也有一部分使用 C 波段，即 4GHz-8GHz。
无论使用什么频段，卫星通信频段和运营商蜂窝通信频段是不同的，市场上一般售卖的普通手机，不支持卫星通信的无线工作频率。在这种情况下，要想实现连接蜂窝网络，必然要对手机的天线、芯片等进行改造。
例如，华为 Mate60 Pro 和苹果 iPhone 14 都集成了卫星通信芯片
②使用 MNO 合作伙伴频谱+现有手机无需更换/改造
另一种方案正好相反，既然手机不支持卫星通信频率，就干脆直接让卫星直接使用地面蜂窝基站的频率，这样就不用再对手机进行更换/改造，实现“手机直连卫星”。
典型例子莫过于马斯克的 SpaceX，借由 T-Mobile 的蜂窝频谱，星链卫星方案针对现有 LTE 手机推出手机直连卫星的服务，无需手机硬件改造，能支持 4G 普通手机提供直连服务，并且与当前大多数智能手机都兼容。之所以能实现这一点，是因为这些卫星的功能类似太空中的蜂窝基站，并具有先进的 eNodeB 调制解调器，可实现类似于漫游合作伙伴的网络集成——相当于直接把基站建到天上。原理如下图所示：
图 星链手机直连卫星方案
然而，这种方案也需要很大的代价。卫星网络使用的频段肯定不能与地面 4G 和 5G 网络的频段相同，否则会产生严重干扰。因此，为避免干扰，运营商需单独为卫星网络划出一部分频段。但这又带来了新问题，频谱是运营商最宝贵的财富，是花巨资拍得的，运营商需要谨慎的权衡投资和收益。
再回到前文，AST SpaceMobile 与 Verizon 的合作模式正是第二种——利用合作伙伴移动运营商的频谱运营卫星直连服务，为客户提供卫星通信。作为天基蜂窝宽带网络的基石，今年 3 月，AST5000 ASIC 芯片已经在台积电流片；4 月 25 日，AST 又利用卫星与未经修改的智能手机，一台三星 Galaxy S22，一台苹果 iPhone ，从德克萨斯州米德兰市使用 AT&T 2G 蜂窝频谱，打通了到日本的电话。
面向未来更大范围内可以提供的服务，AST 尚未透露其服务的具体销售方式，但其高管表示，套餐将允许用户接收文本、语音和全宽带互联网，价格将根据服务量而定。
AST 创始人、董事长兼首席执行官阿贝尔·阿维兰 (Abel Avellan) 表示：“与 Verizon 的这一新合作关系将是一个变革性的商业里程碑。在全球最有价值的无线市场上，通过美国移动运营商的 850 MHz 优质频谱，AST Space Mobile 将得以实现对美国大陆的 100% 覆盖。”
据悉，今年夏天，AST SpaceMobile 公司计划从美国卡纳维拉尔角发射第一批商业卫星，发射至近地轨道。这批最初的五颗卫星将由 SpaceX 的运载火箭发射升空，并在发射后 3 个月左右开始执行任务。
SpaceX 迎来强劲对手？
如同中国电信界有移动、联通、电信三大运营商，美国的三大运营商分别是 T-Mobile、Verizon 和 AT&T。前文已经介绍了卫星公司 AST SpaceMobile 和 Verizon 的合作，其实就在两者官宣合作的半个月前，AST 还和另一大运营商 AT&T 达成了类似的合作。
AT&T 和 AST SpaceMobile 在 5 月 15 日的宣告中表示，两家公司在达成伙伴关系前已经开展了早期测试。双方称这一天基宽带网络建设协议将持续至 2030 年。作为合作协议的一部分，AT&T 网络负责人萨姆巴（Chris Sambar）将加入 AST SpaceMobile 董事会，此举将加深双方自 2018 年以来的合作关系。萨姆巴受访时说他的团队对 AST SpaceMobile 的技术充满信心，BlueWalker 3 测试卫星的表现令人满意。
Verizon 和 AT&T之外，T-Mobile 则是马斯克旗下明星公司 SpaceX 的合作伙伴。2022 年 8 月，双方宣布将通过 SpaceX 的 Starlink 低轨道卫星与 T-Mobile 的地面移动网络结合，让手机可以直连卫星，让“手机连接无处不在”，终结地面移动网络的覆盖盲区。T-Mobile 首席执行官 Mike Sievert 表示，该服务将于 2023 年底进入测试阶段。
2022 年的时候，“手机直连卫星”可是一个开创性概念，所以这次合作在业内引发了轰动。很多业内人士对此甚至报以怀疑态度，因为综合技术挑战、实用性、价值性、监管障碍等方面看，“手机直连卫星”实在是存在太多挑战。也是在此消息发布后没几天，具有“向上捅破天”北斗短报文功能的华为 Mate 50 重磅发布，紧随其后，苹果的 iPhone 14 系列也搭载了类似的卫星紧急通信功能。
而在今年 1 月，SpaceX 和 T-Mobile 的合作终于迎来关键性进展——SpaceX 成功发射 21 颗卫星进入轨道，其中 6颗可为现有手机提供卫星直连服务，这也是其首批支持移动通信的卫星。预计未来半年内总共要发射大约 840 颗，之后还会继续增加。
至此，可以看出，卫星互联网服务方面，美国的两强格局已经初显。不少海外媒体评价称，SpaceX 迎来劲敌。此前，SpaceX 大约有 6000 颗卫星在近地轨道执行，遥遥领先于其他公司。如果 AST SpaceMobile 失败， SpaceX 的 Starlink 就将会在美国市场上大行其道。
如今，两强正在和时间赛跑，加速推进卫星发射、连接测试、商业落地等。5 月，SpaceX 宣布，他们已成功利用 Starlink 星链完成了首次卫星视频通话实验，这标志着卫星通信技术迈出了重要一步。此外，SpaceX还计划今年开始提供 D2D 文本服务，并预计在 2025 年扩展到语音、数据和物联网服务。
再来看我国——2023 年 8 月，华为公司发布全球首款支持卫星通话的大众手机 Mate60 Pro，通过使用我国的地球同步轨道卫星“天通一号”，率先实现了手机直连卫星的语音业务运营。
写在最后
手机直连卫星有望从根本上解决地面通信网络覆盖不足的问题，是实现空天地海一体化通信的关键，是构建 6G 星地融合网络的支柱之一。手机直连卫星除了为智能手机带来好处之外，还能够支持垂直行业的工业和物联网设备，例如汽车、医疗、农业/林业、海运、铁路、航空/无人机行业、国家安全和公共安全等。
但全球手机直连通信快速发展的同时，也面临着新技术发展带来的挑战，比如标准问题、监管问题、频谱干扰问题等等。随着相关挑战不断被解决，人类正在迎接空天地一体化的互联未来。