衛星通信領域又出重磅合作！
5 月 29 日，低軌衛星（LEO）網絡運營商 AST SpaceMobile 與美國移動通信網絡運營商巨頭 Verizon 簽訂了價值 1 億美元（包括 6500 萬美元商業預付款和 3500 萬美元可轉換票據）的戰略合作協議。AST SpaceMobile 將利用 Verizon 的 850 MHz 頻譜，為 Verizon 的客戶提供直連衛星服務。雙方合作的目標是增強美國的蜂窩連接，從根本上消除信號覆蓋盲區。
從概念上看，手機直連衛星是指利用衛星作為通信基站，使用普通智能手機直接與衛星建立通信網絡連接，而無需通過地面基站和衛星地球站中轉。借助衛星系統提供的全球網絡，通過一部普通智能手機就能實現為任何人、任何時間、任何地點提供無縫覆蓋的通信服務，無論是在偏遠山區、海上、空中，還是處在自然災害中。
資本市場對這一消息反應強烈。合作消息發布之后，AST 股價在交易中上漲 69%，收于每股 9.02 美元，如下圖所示。據 FactSet 稱，這是該公司自 2021 年通過 SPAC 上市以來股價單日漲幅最大的一次，本月迄今其股價已上漲了四倍。
為何資本市場如此看好這次合作？這次合作又將對整個衛星通信的市場格局帶來怎樣的影響？本文將一一進行解析。
“具有變革意義的商業里程碑”
生活在城市中的人們，早已習慣于打開手機就有信號的情況。但事實上，國際電信聯盟（ITU）2023 年 11 月的統計表明，全球目前仍有 26 億人處于無網絡狀態，移動運營商們希望盡快為這些地區的用戶提供聯網服務，這正是衛星通信存在的價值。
簡單來說，衛星通信作為地面蜂窩通信系統的補充，其應用領域有三類：
人煙稀少地區：在光纖和基站不方便布設的地區，衛星通信會發揮很大的作用。比如在國外或國內中西部地區，對于一些戶外愛好者，以及礦產勘察、自然保護等特殊工作人群而言，衛星電話很有用；
海洋以及天空場景：例如航海船舶、民航飛機，對衛星通信有強烈的需求；
應急救災場景：當發生地震、洪水等自然災害，地面通信系統失靈，就需要借助衛星，進行應急通信。
市場研究機構 ABI Research 發布的 NTN 報告指出，到 2030 年，全球非地面網絡移動連接數預計將達到 1.75 億，全球衛星服務的年度市場規模將達到 1246 億美元。過去，衛星通信需要用到笨重昂貴的衛星電話。如今，各大公司都在競相爭奪衛星通訊市場，致力于提供連接到普通消費者手機的電話服務，也就是所謂的“手機直連衛星”——該領域由此成為目前衛星通信領域最為火熱的細分方向之一。
要想實現衛星到手機蜂窩網絡的連接，目前主要有兩類方案。
①使用授權衛星頻譜+手機天線/芯片端進行改造
衛星通信與蜂窩通信的一個典型的區別在于，衛星基礎設施建成后，可以為全球提供服務，而蜂窩網絡只是在本地提供服務。理論上來說，蜂窩網絡只要符合本地頻譜劃分和管理制度即可，而衛星通信必須符合全球統一的頻譜劃分規則。
對衛星通信工作頻率資源的使用，要向國際電聯（ITU-R）進行申請。ITU-R 有明確的文件，對申報程序和規則有嚴格的要求，往往是和衛星軌道資源的申請同步進行。衛星通信工作在微波頻段，其頻率范圍為 1GHz~40GHz，大部分衛星采用的是 Ku、Ka、V 等波段，即 12GHz-75Ghz 頻段，也有一部分使用 C 波段，即 4GHz-8GHz。
無論使用什么頻段，衛星通信頻段和運營商蜂窩通信頻段是不同的，市場上一般售賣的普通手機，不支持衛星通信的無線工作頻率。在這種情況下，要想實現連接蜂窩網絡，必然要對手機的天線、芯片等進行改造。
例如，華為 Mate60 Pro 和蘋果 iPhone 14 都集成了衛星通信芯片
②使用 MNO 合作伙伴頻譜+現有手機無需更換/改造
另一種方案正好相反，既然手機不支持衛星通信頻率，就干脆直接讓衛星直接使用地面蜂窩基站的頻率，這樣就不用再對手機進行更換/改造，實現“手機直連衛星”。
典型例子莫過于馬斯克的 SpaceX，借由 T-Mobile 的蜂窩頻譜，星鏈衛星方案針對現有 LTE 手機推出手機直連衛星的服務，無需手機硬件改造，能支持 4G 普通手機提供直連服務，并且與當前大多數智能手機都兼容。之所以能實現這一點，是因為這些衛星的功能類似太空中的蜂窩基站，并具有先進的 eNodeB 調制解調器，可實現類似于漫游合作伙伴的網絡集成——相當于直接把基站建到天上。原理如下圖所示：
圖 星鏈手機直連衛星方案
然而，這種方案也需要很大的代價。衛星網絡使用的頻段肯定不能與地面 4G 和 5G 網絡的頻段相同，否則會產生嚴重干擾。因此，為避免干擾，運營商需單獨為衛星網絡劃出一部分頻段。但這又帶來了新問題，頻譜是運營商最寶貴的財富，是花巨資拍得的，運營商需要謹慎的權衡投資和收益。
再回到前文，AST SpaceMobile 與 Verizon 的合作模式正是第二種——利用合作伙伴移動運營商的頻譜運營衛星直連服務，為客戶提供衛星通信。作為天基蜂窩寬帶網絡的基石，今年 3 月，AST5000 ASIC 芯片已經在臺積電流片；4 月 25 日，AST 又利用衛星與未經修改的智能手機，一臺三星 Galaxy S22，一臺蘋果 iPhone ，從德克薩斯州米德蘭市使用 AT&T 2G 蜂窩頻譜，打通了到日本的電話。
面向未來更大范圍內可以提供的服務，AST 尚未透露其服務的具體銷售方式，但其高管表示，套餐將允許用戶接收文本、語音和全寬帶互聯網，價格將根據服務量而定。
AST 創始人、董事長兼首席執行官阿貝爾·阿維蘭 (Abel Avellan) 表示：“與 Verizon 的這一新合作關系將是一個變革性的商業里程碑。在全球最有價值的無線市場上，通過美國移動運營商的 850 MHz 優質頻譜，AST Space Mobile 將得以實現對美國大陸的 100% 覆蓋。”
據悉，今年夏天，AST SpaceMobile 公司計劃從美國卡納維拉爾角發射第一批商業衛星，發射至近地軌道。這批最初的五顆衛星將由 SpaceX 的運載火箭發射升空，并在發射后 3 個月左右開始執行任務。
SpaceX 迎來強勁對手？
如同中國電信界有移動、聯通、電信三大運營商，美國的三大運營商分別是 T-Mobile、Verizon 和 AT&T。前文已經介紹了衛星公司 AST SpaceMobile 和 Verizon 的合作，其實就在兩者官宣合作的半個月前，AST 還和另一大運營商 AT&T 達成了類似的合作。
AT&T 和 AST SpaceMobile 在 5 月 15 日的宣告中表示，兩家公司在達成伙伴關系前已經開展了早期測試。雙方稱這一天基寬帶網絡建設協議將持續至 2030 年。作為合作協議的一部分，AT&T 網絡負責人薩姆巴（Chris Sambar）將加入 AST SpaceMobile 董事會，此舉將加深雙方自 2018 年以來的合作關系。薩姆巴受訪時說他的團隊對 AST SpaceMobile 的技術充滿信心，BlueWalker 3 測試衛星的表現令人滿意。
Verizon 和 AT&T之外，T-Mobile 則是馬斯克旗下明星公司 SpaceX 的合作伙伴。2022 年 8 月，雙方宣布將通過 SpaceX 的 Starlink 低軌道衛星與 T-Mobile 的地面移動網絡結合，讓手機可以直連衛星，讓“手機連接無處不在”，終結地面移動網絡的覆蓋盲區。T-Mobile 首席執行官 Mike Sievert 表示，該服務將于 2023 年底進入測試階段。
2022 年的時候，“手機直連衛星”可是一個開創性概念，所以這次合作在業內引發了轟動。很多業內人士對此甚至報以懷疑態度，因為綜合技術挑戰、實用性、價值性、監管障礙等方面看，“手機直連衛星”實在是存在太多挑戰。也是在此消息發布后沒幾天，具有“向上捅破天”北斗短報文功能的華為 Mate 50 重磅發布，緊隨其后，蘋果的 iPhone 14 系列也搭載了類似的衛星緊急通信功能。
而在今年 1 月，SpaceX 和 T-Mobile 的合作終于迎來關鍵性進展——SpaceX 成功發射 21 顆衛星進入軌道，其中 6顆可為現有手機提供衛星直連服務，這也是其首批支持移動通信的衛星。預計未來半年內總共要發射大約 840 顆，之后還會繼續增加。
至此，可以看出，衛星互聯網服務方面，美國的兩強格局已經初顯。不少海外媒體評價稱，SpaceX 迎來勁敵。此前，SpaceX 大約有 6000 顆衛星在近地軌道執行，遙遙領先于其他公司。如果 AST SpaceMobile 失敗， SpaceX 的 Starlink 就將會在美國市場上大行其道。
如今，兩強正在和時間賽跑，加速推進衛星發射、連接測試、商業落地等。5 月，SpaceX 宣布，他們已成功利用 Starlink 星鏈完成了首次衛星視頻通話實驗，這標志著衛星通信技術邁出了重要一步。此外，SpaceX還計劃今年開始提供 D2D 文本服務，并預計在 2025 年擴展到語音、數據和物聯網服務。
再來看我國——2023 年 8 月，華為公司發布全球首款支持衛星通話的大眾手機 Mate60 Pro，通過使用我國的地球同步軌道衛星“天通一號”，率先實現了手機直連衛星的語音業務運營。
寫在最后
手機直連衛星有望從根本上解決地面通信網絡覆蓋不足的問題，是實現空天地海一體化通信的關鍵，是構建 6G 星地融合網絡的支柱之一。手機直連衛星除了為智能手機帶來好處之外，還能夠支持垂直行業的工業和物聯網設備，例如汽車、醫療、農業/林業、海運、鐵路、航空/無人機行業、國家安全和公共安全等。
但全球手機直連通信快速發展的同時，也面臨著新技術發展帶來的挑戰，比如標準問題、監管問題、頻譜干擾問題等等。隨著相關挑戰不斷被解決，人類正在迎接空天地一體化的互聯未來。
