解密低軌衛星通信：華為Mate X6全球首發(fā)

作為以通信技術(shù)起家的科技巨頭，華為始終在終端衛星通信的道路上領(lǐng)先行業(yè)，并持續進(jìn)化突破。2024年12月6日，華為將正式發(fā)售其最新折疊屏手機Mate X6，支持三網(wǎng)衛星通訊 —— 北斗衛星消息、天通衛星通信和低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)，這在全球范圍內是首次實(shí)現。無(wú)論是北斗衛星消息、天通衛星通信，還是低軌衛星互聯(lián)，華為Mate X6都展現了華為在衛星通訊技術(shù)上的領(lǐng)先地位。

Mate X6的亮點(diǎn)還在于其首發(fā)的低軌道衛星聯(lián)網(wǎng)功能，不過(guò)在發(fā)布會(huì )上并沒(méi)有官宣低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)的合作方，只是表示目前低軌衛星聯(lián)網(wǎng)系統正在測試，預計將于2025年下半年開(kāi)啟公測。與傳統的手機網(wǎng)絡(luò )相比，低軌道衛星技術(shù)可以在全球范圍內提供更加穩定的網(wǎng)絡(luò )連接，尤其在山區、海洋等信號不佳地區，用戶(hù)仍可保持與外界的聯(lián)系。此項技術(shù)的運用，使得Mate X6不僅僅是一款手機，而是一種更為智能的通信解決方案，可能會(huì )在未來(lái)引領(lǐng)新的市場(chǎng)趨勢。

什么是低軌衛星通信？

按照衛星軌道高度的不同，通信衛星可以分為低軌通衛星（LEO）、中軌衛星（MEO）和高軌衛星（GEO）。

高軌衛星也被稱(chēng)作地球同步軌道衛星，軌道高度為35786千米，相對地面靜止且覆蓋區大，三顆經(jīng)度差約120°的衛星就能夠覆蓋除南、北極以外的全球范圍。中軌衛星的軌道高度為2000-35786千米，全球組網(wǎng)覆蓋所需衛星數量較少，而低軌衛星軌道高度在160-2000千米之間。

通信衛星的分類(lèi)

相對于其他衛星通信網(wǎng)絡(luò )，低軌通信衛星網(wǎng)絡(luò )中單個(gè)衛星對地面的覆蓋范圍有限。為了實(shí)現全球范圍的信號覆蓋，通常需要數十顆甚至數百顆衛星。典型的低軌通信衛星系統包括空間段、地面段和用戶(hù)段三部分。

· 空間段：由數百顆甚至更多數量的小衛星構成低軌衛星星座，并以這些衛星作為“空中基站”，典型案例為SpaceX和OneWeb等發(fā)起的太空互聯(lián)網(wǎng)計劃。巨型星座網(wǎng)絡(luò )由于涉及衛星數量龐大，多采用不同軌道高度、不同傾角的子星座構成多層混合星座。

· 地面段：用于完成衛星網(wǎng)絡(luò )和地面網(wǎng)絡(luò )的連接，對全網(wǎng)進(jìn)行綜合管理和監控。地面段包括信關(guān)站、綜合運控管理系統以及連接地面核心網(wǎng)絡(luò )的基礎設施 —— 數據經(jīng)信關(guān)站接入地面網(wǎng)絡(luò )，完成星地空口通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議轉換，即可利用地面網(wǎng)絡(luò )設施訪(fǎng)問(wèn)地面網(wǎng)絡(luò )資源。

· 用戶(hù)段：主要由接入網(wǎng)及接入終端組成，主要包括車(chē)載站、艦載站、機載終端、電腦以及手持移動(dòng)終端等。用戶(hù)終端可作為接入點(diǎn)（AP，access point）建立局域網(wǎng)絡(luò )，將用戶(hù)設備接入網(wǎng)絡(luò )。

相比于北斗、天通等中高軌道衛星，低軌衛星由于距離地球表面更近，擁有獨特優(yōu)勢。低軌衛星網(wǎng)絡(luò )信號傳播時(shí)延低，往返時(shí)延一般都小于100ms，而高軌衛星通信的往返時(shí)延會(huì )達到600ms左右；同時(shí)，由于低軌通信衛星相對較短的傳播距離，使得信號的傳播衰減較小，有助于將終端設備的能耗控制在一定范圍內。

換句話(huà)說(shuō)，低軌衛星縮短了智能終端和衛星之間的通信距離，通信效率更高。隨著(zhù)集成電路、通信等技術(shù)的發(fā)展低軌衛星星上處理能力不斷加強，在相同的衛通終端能力下更易實(shí)現高速率衛通傳輸。

在部分遠距離傳輸的場(chǎng)合，通過(guò)低軌衛星通信可能比地面網(wǎng)絡(luò )的延時(shí)還要短。因為光在光纖中的傳播速度是真空中的2/3，在遠距離傳輸應用上，雖然信號通過(guò)衛星多走了數百公里，但其延時(shí)依然比通過(guò)地面光纖要短。因此，對于要求低延時(shí)和無(wú)間斷的國際金融和車(chē)聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)，低軌互聯(lián)網(wǎng)星座會(huì )更加適用。

對普通用戶(hù)而言，尤其是沒(méi)有接入地面互聯(lián)網(wǎng)的區域，這意味著(zhù)使用衛星聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行工作和娛樂(lè )成為可能；而在災難救援、科考等場(chǎng)景下，當地面沒(méi)有基站，或者基站損壞、通信癱瘓時(shí)，低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)也將成為重要補充。更重要的是相比于地面通信，低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)在低業(yè)務(wù)密度地區成為經(jīng)濟、高效的解決方案，有著(zhù)廣闊的市場(chǎng)前景。

低軌衛星具有輕型化優(yōu)勢，降低發(fā)射成本、成功率高。與傳統通信衛星系統中重達幾噸的衛星相比，低軌通信衛星系統中使用的小衛星重量通常在1噸以下（SpaceX的衛星在200-300kg），輕型復合材料技術(shù)以及集成化應用是小衛星輕型化的特點(diǎn)。衛星的重量下降使得單次發(fā)射所能搭載的衛星數量進(jìn)一步提升，從而降低了平均發(fā)射成本。

發(fā)展低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在技術(shù)上主要涉及星地之間的通信技術(shù)，其中高效的傳輸和信號接收是關(guān)鍵要素，這之中涉及空間段的信號傳輸以及地面段的信號接收。低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現規?；l(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)集中在“天地”間的通信技術(shù)、星座組網(wǎng)技術(shù)以及衛星制造。

· 星間激光通信技術(shù)（星間鏈路）：低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)的構建必將面臨海量信息的接入和傳輸問(wèn)題，衛星與衛星、衛星與地面高速數據傳輸的能力，成為制約低軌互聯(lián)網(wǎng)星座發(fā)展的一個(gè)瓶頸。

星間激光通信是一種利用激光束作為載波在空間進(jìn)行圖像、語(yǔ)音和信號等信息傳遞的通信方式，具有傳輸速率高、抗干擾能力強、系統終端體積小、質(zhì)量輕和功耗低等優(yōu)勢?？纱蠓冉档托l星星座系統對地面網(wǎng)絡(luò )的依賴(lài)，從而減少地面信關(guān)站的建設數量和建設成本，擴大覆蓋區域、實(shí)現全球測控。

· 相控陣天線(xiàn)技術(shù)：衛星天線(xiàn)用于對特定的目標或地域，發(fā)射或接收載有各種信息的信號，當需要衛星交換信息的目標是可變的時(shí)候， 往往要求天線(xiàn)的波束也做相應的變化。近年來(lái)，衛星技術(shù)的快速發(fā)展，對天線(xiàn)的重量、體積、便攜性、一體化設計等提出了更高的要求，尤其在低軌通信衛星領(lǐng)域，對于天線(xiàn)的智能化和輕量化都有較高要求。

相控陣天線(xiàn)成為克服上述困難的有效途徑之一，通過(guò)控制各個(gè)輻射陣元的相位實(shí)現波束的電控掃描，可快速改變波束發(fā)射方向而不用改變天線(xiàn)孔面的物理朝向，能夠實(shí)現對頻譜資源的高效利用，并可與其他空間和地面的授權用戶(hù)靈活使用頻譜。此外，相控陣天線(xiàn)能夠同時(shí)跟蹤多個(gè)目標，可以實(shí)現邊跟蹤邊掃描，大幅提高雷達系統在復雜環(huán)境下的探測能力。

· 基于跳波束的時(shí)空資源聯(lián)合控制技術(shù)：低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)若想用較少數量的衛星實(shí)現Ka波段用戶(hù)鏈路波束的全球覆蓋，采用傳統固定的多波束覆蓋方式很難滿(mǎn)足寬帶通信需求。此外，低軌衛星運動(dòng)速度快、覆蓋區域不斷變化，動(dòng)態(tài)變化引起的終端需求變化使得合理、高效的資源調度策略成為亟待解決的問(wèn)題。

跳波束（BH，beam-hopping）通過(guò)時(shí)間分片技術(shù)，并不需要所有的波束都同時(shí)工作，而是其中一部分波束按需工作，因此資源分配更加靈活；通過(guò)改變跳變波束在每個(gè)波束覆蓋區的駐留時(shí)間，在有限星載資源條件下提高衛星寬帶通信吞吐量，可以最大化星上帶寬資源利用率。此外，跳波束技術(shù)還可以通過(guò)將波束聚焦在目標位置來(lái)提高吞吐量并靈活利用衛星功率。

未來(lái)巨型星座網(wǎng)絡(luò )將與地面網(wǎng)絡(luò )進(jìn)一步深度融合，在網(wǎng)絡(luò )架構設計，星間、星地、地面傳輸鏈路選擇，星地切換，天地協(xié)同信息處理，星地網(wǎng)絡(luò )協(xié)議互聯(lián)互通等方面開(kāi)辟新的研究方向。巨型星座（如Starlink）中由于衛星數量眾多，且需要頻繁進(jìn)行鏈路切換，上述問(wèn)題所涉及的規模和復雜度均明顯提升，可采用人工智能中的相關(guān)算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、強化學(xué)習等方法解決。

比天通衛星這類(lèi)高軌衛星，低軌衛星的星座留給消費者容量更大，業(yè)務(wù)潛力會(huì )更好。從技術(shù)趨勢來(lái)看，終端直連衛星從高軌衛星到連接低軌衛星，從短報文到語(yǔ)音通話(huà)、甚至上網(wǎng)，能力會(huì )逐步地提升。未來(lái)的終極目標是，不修改任何的智能手機，即不在智能手機上增加任何的天線(xiàn)和芯片，就可以直接連低軌衛星來(lái)實(shí)現通話(huà)、上網(wǎng)等各種服務(wù)。

全域覆蓋是6G網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)重要特征，將建設空天地海一體化的泛在接入網(wǎng)，而低軌巨型星座將是其中關(guān)鍵的組成部分，可以不受地形地貌的限制提供無(wú)處不在的覆蓋能力。從全球網(wǎng)絡(luò )覆蓋面積來(lái)看，目前尚有80%以上的陸地區域和95%以上的海洋區域沒(méi)有地面網(wǎng)絡(luò )覆蓋，非地面網(wǎng)絡(luò )（NTN）是地面蜂窩通信技術(shù)的重要補充，是手機直連衛星的技術(shù)方向之一。預計3GPP國際標準組織將于2025年后啟動(dòng)6G國際技術(shù)標準研制，大約在2030年實(shí)現6G商用。

海外存量終端直連進(jìn)入應用階段，NTN等新標準推進(jìn)有望推動(dòng)終端側需求釋放。據PC MAG報道，FCC已批準Starlink在受颶風(fēng)影響的北卡羅萊納州提供手機直連服務(wù)。當前海外存量終端直連已進(jìn)入應用階段，基于低軌衛星的存量終端直連有望進(jìn)一步降低衛星互聯(lián)網(wǎng)應用門(mén)檻并打開(kāi)應用場(chǎng)景空間。

今年9月，在2024空天信息產(chǎn)業(yè)國際生態(tài)大會(huì )上，華為常務(wù)董事、終端BG董事長(cháng)、智能汽車(chē)解決方案BU董事長(cháng)余承東稱(chēng)：“今年開(kāi)始中國進(jìn)入5.5G時(shí)代，原來(lái)我們6G是空天地一體，但是我們想可能不用等到6G，我們希望從5.5G開(kāi)始就實(shí)現空天地一體的通信網(wǎng)絡(luò )?！碑斚?，低軌衛星通信發(fā)展的重中之重，是必須有足夠的衛星數量，才能實(shí)現更大區域覆蓋、更低時(shí)延和更高帶寬。

低軌衛星通信“爭奪戰”

在衛星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展前景廣闊的背景下，軌道和頻率將成為稀缺資源，搶占資源也成為衛星互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要推動(dòng)力。隨著(zhù)各類(lèi)衛星應用領(lǐng)域不斷拓寬，世界各國對衛星無(wú)線(xiàn)電頻率資源爭奪越發(fā)激烈，對于低軌衛星的需求也日趨增加。近地軌道共8萬(wàn)顆衛星總容量，世界各國必須按照國際電信聯(lián)盟ITU的《組織法》、《無(wú)線(xiàn)電規則》等，遵循“先登先占”原則，開(kāi)展衛星網(wǎng)絡(luò )資料的申報、協(xié)調、登記和維護工作，任何一個(gè)國家都不能單方面主導衛星頻率和軌道資源的獲取和使用。

低軌通信星座可按照應用方向和支持業(yè)務(wù)劃分為移動(dòng)服務(wù)和寬帶服務(wù)兩類(lèi)： 移動(dòng)通信星座，如Iridrum、Globalstar，采用L/S低頻段工作，以中低速率業(yè)務(wù)為主，支持面向手持移動(dòng)通信和低功耗小型化物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)； 寬帶互聯(lián)網(wǎng)星座，又稱(chēng)為低軌高通量衛星（HTS）星座，代表企業(yè)有OneWeb、SpaceX，采用Ku/Ka等高頻段工作，衛星數量多，以中高速業(yè)務(wù)為主，支持互聯(lián)網(wǎng)接入、網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)互聯(lián)以及基站回程等服務(wù)。

低軌衛星頻段有限，先發(fā)優(yōu)勢較為明顯。頻率資源是發(fā)展空間業(yè)務(wù)的基礎，LEO所用頻率較多為Ka/V頻段或更高頻段，同時(shí)采用點(diǎn)波束和頻率復用技術(shù)可以解決部分 Ka頻段中低軌衛星間頻率兼容性問(wèn)題，實(shí)現超過(guò)500Mbit/s大容量通信，且支持海量終端接入的需求。雖然Ka頻段的頻率資源高達3.5GHz，可為衛星通信的寬帶化提供可觀(guān)的拓展空間，但相較于日益增長(cháng)的通信帶寬需求，已申報星座的先發(fā)優(yōu)勢依舊明顯。

國內低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)星座主要包括了GW星座、千帆星座（G60）及鴻鵠-3星座，規劃合計超3.5萬(wàn)顆星，三個(gè)星座是未來(lái)國內低軌衛星互聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)核心載體：

· GW星鏈是中國星網(wǎng)公司于2020年9月向ITU申請了“GW”星座計劃，共12992顆衛星，由GW-A59和GW-A2兩個(gè)子星座構成，分別計劃發(fā)射6080顆和6912顆衛星；

· G60星座由上海垣信衛星科技有限公司牽頭，是我國首個(gè)進(jìn)入正式組網(wǎng)階段的巨型低軌商業(yè)衛星星座，將由超過(guò)1.2萬(wàn)顆低軌道衛星組成，其首批組網(wǎng)衛星今年8月6日成功發(fā)射，第二批組網(wǎng)衛星以一箭18星方式于今年10月15日成功發(fā)射。隨著(zhù)第二批組網(wǎng)衛星的發(fā)射，G60星座在軌衛星數量增加到36顆，該星座建設完成后，將集低軌寬帶、手機直連、VDES（甚高頻數據交換系統）等應用功能于一體；

· 鴻鵠-3星座由藍箭鴻擎科技有限公司提出，計劃在160個(gè)軌道平面上發(fā)射約1萬(wàn)顆衛星。

衛星研制模式逐步由傳統定制化向“工業(yè)化”批量生產(chǎn)模式轉型，以商業(yè)化模式運行的衛星產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司或在成本控制等領(lǐng)域具備優(yōu)勢，有望加速低軌互聯(lián)網(wǎng)布局進(jìn)程。未來(lái)三年將是中國發(fā)射低軌衛星的集中窗口期，至2027年發(fā)射數量可能達到3900多顆，至2030年中國低軌衛星發(fā)射數量有望突破6000顆，中國衛星互聯(lián)網(wǎng)總體規?？蛇_千億級別。

另外，短時(shí)間內實(shí)現批量生產(chǎn)才能更好地發(fā)揮星座效益，時(shí)間成本也是重要控制量。例如，Starlink目前座集衛星、火箭、地面站制造、火箭發(fā)射、衛星運營(yíng)和服務(wù)于一身，在實(shí)現核心技術(shù)可控的同時(shí)能夠有效縮減制造時(shí)間，從而滿(mǎn)足產(chǎn)能需求。

2015年，SpaceX發(fā)起的星鏈（Starlink）計劃的在軌衛星是目前商業(yè)公司中最多的。截至2024年9月30日，SpaceX共進(jìn)行了194批星鏈衛星發(fā)射，總發(fā)射數量達到7062顆（在軌衛星7010顆，在役4727顆）。運載器為可以做到10次以上重復使用的獵鷹火箭，目前單次發(fā)射最大運載56顆，年發(fā)射數量在2000~3000顆，若如期實(shí)現了4.2萬(wàn)顆的布局目標將占據衛星互聯(lián)網(wǎng)高達53%的空間。

發(fā)展衛星互聯(lián)網(wǎng)也是一項重要的國家戰略。一旦國外衛星互聯(lián)網(wǎng)星座成功完成部署，中國市場(chǎng)無(wú)疑將會(huì )是競爭的熱點(diǎn)，這種跨國界的全球互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，勢必會(huì )帶來(lái)激烈競爭和信息安全問(wèn)題。

華為Mate X6的通信技術(shù)突破不止于此。它的北斗衛星消息功能也全面升級，不僅支持發(fā)送和接收文字消息，還新增了圖片消息的發(fā)送功能。用戶(hù)可以通過(guò)暢連APP，將帶有豐富視覺(jué)信息的圖片消息通過(guò)衛星發(fā)送出去，讓接收方能夠直觀(guān)地了解發(fā)送方的周?chē)h(huán)境和人員情況。這種“一圖勝千言”的通信方式，無(wú)疑大大提升了衛星通信的效率和實(shí)用性。

為了實(shí)現這一功能，華為Mate X6采用了基于A(yíng)I生物視覺(jué)的圖片編解碼壓縮技術(shù)。這項技術(shù)通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，從圖像中提取多層次特征，以最優(yōu)化的數據量傳輸最精確的視覺(jué)信息，即使在衛星網(wǎng)絡(luò )帶寬資源稀缺的情況下，它也能確保圖片消息的順利發(fā)送，讓用戶(hù)在深山、高原等地面網(wǎng)絡(luò )無(wú)法覆蓋的區域也能安心與外界保持聯(lián)系。

除了北斗衛星消息外，華為Mate X6典藏版還搭載了天通衛星通信功能，讓用戶(hù)可以在無(wú)地面網(wǎng)絡(luò )的情況下?lián)艽蚝徒油ㄐl星電話(huà)，并自由編輯衛星消息。而且它的搜星速度也大幅提升，最快9秒即可連接衛星，將衛星通訊連接速度帶入了個(gè)位數連接時(shí)代。此外，天通衛星通信還支持衛星尋呼、GNSS與衛星共存等功能。前者在衛星通話(huà)被叫場(chǎng)景中能夠讓用戶(hù)收到尋呼提醒，后者讓用戶(hù)在衛星通話(huà)時(shí)可以同步使用地圖導航，實(shí)時(shí)更新位置信息，實(shí)現更精準高效的聯(lián)絡(luò )。

值得一提的是，華為Mate X6還引入了星閃查找技術(shù)，實(shí)現了關(guān)機也能精準定位的功能。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是即使手機關(guān)機，用戶(hù)仍然可以通過(guò)華為賬號登錄云空間官網(wǎng)，通過(guò)“查找設備”功能查看手機所在的位置。這一功能的加入，無(wú)疑為用戶(hù)的出行安全提供了更多的保障。