卫星通信，迈向“空天地海一体化网络”的拐点

发布时间：2023-12-21 17:43:52

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

分享到：

2023年，卫星通信领域热点不断。

先有美国初创企业AST SpaceMobile成功使用BlueWalker 3号测试卫星，与未经改造的智能手机实现了双向语音通话和4G功能，引发普遍关注；再有华为Mate60 Pro迎来重大突破，成为全球首款支持天通卫星通话和双向北斗卫星消息的智能手机，即使在没有地面网络信号的情况下，也可以拨打、接听卫星电话；随后，星链（Starlink）宣布上线直连手机业务，旨在服务全球LTE手机（即4G及以后的手机），计划2024年实现短信发送、2025年实现语音通话和数据功能，同年分阶段实现物联网；近期，民营商业航天公司银河航天也在灵犀03星上成功实现中国首例端到端（Terminal to Terminal，T2T）低轨卫星通信测试，为卫星通信提供一种更加灵活的通信模式，在极地、远海等偏远地区，即使没有信关站覆盖也能进行卫星通信。

手机直连卫星的三种技术路径

热闹非凡的背后，是卫星通信产业链上下游布局已久的厚积薄发，也是业界对“空天地海一体化网络”探索实践的重要拐点。事实上，地面移动通信系统只覆盖了20%的陆地面积，仅占地球表面积的约6%，全球范围内，大致有近30亿人无法接入互联网；卫星通信的兴起，有望彻底解决全球网络覆盖的“死角”。目前，业界提出了三种卫星互联网的技术路径：

1.把现有卫星通信系统集成到智能手机中，即改动手机终端，适应现成的卫星系统。例如华为Mate60 Pro就是利用已有的高轨卫星通信系统，通过直接集成到手机中，形成一个多模终端，从而快速投向市场。试想，一般的卫星终端需要一根长天线，同时内置大容量电池，这是因为卫星通信的功率比蜂窝通信高得多、耗电量更大。诸如Mate60 Pro这类卫星蜂窝双模终端需要解决天线小型化、功耗和散热等一系列问题，尤其是对PA等射频芯片的功耗进行优化，才能更好地提升用户体验以适应消费市场的需求。

2.研发手机直连的卫星来兼容现有的亿级手机市场，即不改变手机终端，但优化卫星系统。这种方式相当于“卫星就是基站”，例如AST SpaceMobile使用的BlueWalker 3号测试卫星，即便是低轨卫星通信，也搭载了表面积达到64平方米的大型相控阵天线阵列，从而在不改变现有手机的天线大小和通信功率的情况下，保证卫星通信质量。这种路径对于卫星的研发能力要求非常高，要克服大型可展开结构、能源供应等一系列技术难题，并且支持的用户数和容量受限。

3.根据3GPP-NTN（非地面网络）等标准设计下一代的手机直连卫星系统，从5G向6G持续演进，即手机和卫星一起改变。由于需要新标准、研发新的技术和产品，这种方法可能需要更长的时间才能实现大规模商业化应用。

Qorvo的卫星通信技术优势

相比不断发展的技术实现路径，卫星通信的波段划分则是相对稳定的，主要涵盖L、S、C、X、Ku、Ka、Q/V等波段。L (1~2GHz)、S (2~4GHz)波段几乎分配殆尽，C (4~8GHz)、Ku (12~18GHz)、Ka (27~40GHz)波段正在大量使用、渐渐趋于饱和，Q/V (36~46GHz / 46~75GHz)波段则是卫星通信的后起之秀。

随着卫星通信逐渐发展，半导体市场增量或主要体现在射频前端部分。例如，在上行链路，端侧的发射功率要远大于蜂窝通信，这对于功放提出了新的要求；在下行链路，卫星通信的信号损耗很大，对于终端射频器件的要求很高，接收端的LNA、射频开关等都需要更先进的设计以提高系统的信噪比。同时由于发射功率和信噪比的要求，卫星通信的天线设计也有新的挑战，特别是应对和其他波段共用一个天线的情况。

面向卫星通信领域，Qorvo可以提供从L波段至Ka波段的完善射频功能，涵盖PA、LNA、分立式开关、RF滤波器、数字步进衰减器、混频器、倍增器、移相器等广泛产品组合，以业界领先的可靠性，帮助客户开发下一代卫星通信解决方案。包括采用GaAs和GaN技术的功率放大器、提供业界领先NF和P1dB特性的低噪声放大器、自动增益控制 (AGC) 功能、上/下转换器和衰减器等各种信号控制功能在内，这些久经市场验证的Qorvo高性能产品方案，正在成为卫星通信系统的理想选择。

2023年9月，Qorvo重磅发布业界最高功率的Ku波段卫星通信放大器QPA0017，适用于日益增长的相控阵天线卫星终端以及高数据吞吐量的地面和移动设备，进一步“掘金”卫星通信的广阔市场机遇。

卫星物联网正悄然崛起

除了手机直连卫星这样让人激动的畅想，卫星通信领域的细分市场——卫星物联网也在悄然崛起。地面蜂窝基站对于地理环境的要求较高，导致荒漠、草原、深山，以及远海等非陆地区域，长期以来成了“信号盲区”。这些区域包括戈壁里的油田、深山里的水电站、海洋漂浮的气象监测点等设备资产，非常适合通过“卫星物联网”进行管理；更有农业管理、工程建筑、海上运输等行业应用，有望进一步与卫星物联网结合，形成新的发展模式。ABI Research预测，到2024年将有2400万台设备通过卫星实现物联网接入，推动卫星物联网产业链进一步发展与完善。

经过验证，卫星物联网的两种“优先”连接方式分别是终端直连卫星和经关口站连卫星，且卫星物联网终端的频率范围一般为标准Ku或Ka波段。Qorvo在卫星通信以及网络基础设施等应用也拥有深厚的技术积累，对于上述连接方式与波段均有对应解决方案。例如，Qorvo可提供高性能组件，支持上行链路和下行链路系统通过Ka波段进行卫星通信，如下图所示。

Ka波段VAST功能框图

总而言之

卫星通信方兴未艾，已经成为地面蜂窝网络的强有力补充，随着卫星发射成本的下降，有望实现更低成本、更广域的网络覆盖能力，促进形成“空天地海一体化网络”的新格局。Qorvo与您一起，展望万物连接未来！

本文转载自Qorvo半导体微信公众号

继续阅读

5G TOA技术提升，赋能精准室内定位新应用

5G室内信道TOA（Time of Arrival）估计技术在实现精确室内定位方面发挥着关键作用。信号的波形设计、时间同步精度、多径效应处理以及接收端性能等因素对TOA估计的精度具有重要影响。设计具有高峰值功率比的脉冲信号、采用先进的时钟同步技术、应用多径分辨和融合算法以及利用高性能的接收机和天线阵列技术，都可以有效提高TOA估计的精度和稳定性。

室内信道定位算法性能提升策略解析

5G网络在室内环境中的定位挑战，提出了一系列性能提升策略，通过优化信号设计，如使用高峰值功率比的脉冲信号和增加信号带宽，来提高信号在复杂室内环境中的捕获和识别能力，同时提升信号的传输速度和抗干扰能力。强调了时间同步的重要性，提出了采用更精确的时钟同步技术（如卫星同步、网络同步和自同步）来确保各接收点的时间基准一致，并通过优化同步算法和硬件设计减少误差和延迟。

5G室内定位新突破：联合时间同步算法揭秘

联合时间同步定位算法通过融合时间同步与定位技术，实现高精度、高效率的室内定位。时间同步是该算法的基础，确保各接收点时间基准一致，以消除时钟误差。5G系统利用卫星同步、网络同步和自同步等技术以适应不同场景。算法依赖于多个接收点的TOA测量，通过测量无线信号传播时间获取定位信息。定位算法如最小二乘法和最大似然估计法用于位置估计。

5G室内定位：TOA技术难点解析

在5G室内信道环境中，TOA（到达时间）估计技术用于通过测量无线信号从发射点到接收点的传播时间来计算距离。然而，由于多径效应、非视距传播、信号衰减以及环境动态变化等因素的影响，TOA估计面临重大挑战。为了提高TOA估计的精度和鲁棒性，5G系统采用了优化信号波形设计、先进的信号处理技术和多径分辨融合算法等技术手段。

引领可穿戴与XR领域创新，深度解读技术与市场趋势

Qorvo作为在业界享有很高的声誉的功频放大器供货商之一，在可穿戴的诸多产品中都得到了广泛应用，并以其卓越的性能和可靠性获得了客户的高度认可。Qorvo凭借其深厚的技术积累和创新精神，一直在推动可穿戴设备市场的发展，为消费者带来更加智能、便捷的生活体验。