卫星应急通信: NB-NTN语音通话的关键技术与发展现状

溯溪而上

登山者1979 6G标准与技术探索

在几个月前的全球5G演进研讨会上，Skylo公司的无线系统工程师Soham Desai介绍了窄带非地面网络（NB-NTN）语音技术的最新进展:

• 低数据速率、基于AI的高质量编解码器。
• 使用非IP数据传输减少开销。
• 使用l1协议替代SIP协议优化呼叫建立（消息更少，延迟更低）。
  

Starlink 的语音服务走“宽带NTN承载 VoLTE/VoNR”的高带宽语音路线，目标是提供与地面移动网相同的语音体验。和Starlink的方案不同，Skylo窄带NB-NTN 语音并不是要用卫星打高质量语音电话，而是更看重覆盖（GEO卫星），可用性（SNR、链路预算等要求低）和成本（复用NB-IoT模组），更适合紧急呼救，野外/偏远地区的短语音通话，工业IoT等场景。[td]

	Skylo	Starlink Direct-to-Cell
技术路线	NB-NTN（窄带非地面网络）	从LTE-NTN演进至NR-NTN（5G）
语音能力	窄带语音（NB-NTN Voice）	完整的VoLTE → VoNR（高质量语音）
主要定位	IoT数据 + 基础通信（短信/应急语音）	为主流手机提供语音、短信和基础数据的覆盖延伸
终端要求	普通手机 + IoT模组（或芯片内置支持）	普通4G/5G手机
商业模式	做“虚拟卫星运营商”，与地面运营商合作	做地面运营商的“卫星接入网”，向其批发容量
能力	短消息、IoT数据、窄带语音	短信、语音、中低速数据（如图文、邮件）

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▍Skylo NB-NTN 系统架构

Skylo提供直接到设备（D2D）卫星连接服务，有自己协议栈和服务平台。但自身不建设卫星星座或地面卫星基站，而是整合合作伙伴的空间段和地面段资源运作。因此，本质上是一家“虚拟卫星网络运营商”（Satellite-MVNO）。

架构模式：采用混合网络架构，通过一张SIM卡实现地面与卫星网络的无缝切换。当用户处于地面网络覆盖区时，设备连接至MNO网络；一旦离开覆盖区，则自动切换至Skylo的卫星网络。

Skylo系统架构：

• Skylo无线接入网（RAN）和Skylo核心网(CN)
• 支持非 IP 流量和 IP 流量。
• 其中，非 IP 流量通过数据移动平台，可经由Skylo的 API 路由至应急服务、网络服务和各类应用程序。
  

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▍窄带非地面网络（NB-NTN）语音通信的技术基石

与传统宽带卫星电话（如星链）不同，NB-NTN语音聚焦于在窄带带宽上实现高效、可用的语音服务。其可行性建立在以下几项关键技术进步之上：

(1) 低码率AI编解码器 - 在1kbps带宽上实现清晰语音

窄带卫星链路带宽受限，因此高效率编解码器是前提。新一代AI编解码器（如Skylo合作的Fraunhofer编解码器）能在极低的约1 kbps的码率下，实现高达3.9分的MOS，保证了高质量的语音体验。

这张图表展示了多家公司近期在编解码器方面的一些进展。

(2)非IP数据传输（NIDD）- 降低传输开销

窄带物联网（NB-IoT）既支持用户面的非 IP 数据流量，也支持控制面的非 IP 数据流量。这张图表展示了不同传输方式的总开销差异（以比特为单位）：

常规的 IPv4（包括传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP）的开销接近 368 比特；即使采用RoHC，也存在一些问题 —— RoHC需要无状态系统，且要达到稳定状态需要更多的消息交互。

而在用户面使用非 IP 数据（NIDD）传输能够大幅降低总开销。

(3) I1 信令协议 - 优化延迟

长延迟是卫星链路的一大挑战。SIP协议建立呼叫通常需要10次以上的消息交互，而I1协议仅需3-4次消息即可完成相同目标。Skylo的设计是：终端通过卫星链路发送轻量级的I1消息，Skylo的语音网关将其转换为标准SIP信令。这使得运营商可以继续使用其现有的SIP基础设施，而空口侧则享受I1的低延迟和低开销优势。此外，I1协议还支持编解码器转码，增强了系统的灵活性。

上图显示，通过非地面网络连接的用户设备（UE）仅需发送 I1 消息（如 I1 邀请、进度提示、成功响应等），Skylo的语音网关就能将其转换为会话初始协议（SIP）邀请、会话初始协议（SIP）响应、会话初始协议（SIP）确认等消息。

因此，对于移动网络（MNO）或接收方而言，他们只需使用任何会话初始协议（SIP）客户端，就能享受基于 I1 协议的传输优势 。

(4) 3GPP 标准进展

• 3GPP 正在积极制定对GEO系统NB-NTN语音的标准化支持。目前服务架构组 SA2正积极推进相关工作，计划在 Release 20 中引入这些功能。
• 工作重点主要包括地球静止轨道（GEO）场景下窄带非地面网络（NB-NTN）语音服务的信令优化、会话初始协议（SIP）优化以及 I1 协议相关优化，同时也在积极讨论为这些语音服务提供用户面支持。
• Skylo提交的一篇关于 I1 传输延迟及其如何降低整体传输延迟和呼叫建立延迟的提案(S2-2508289)已被采纳。
  
  

▍从概念到现实：现场语音演示

Skylo通过一个实际演示证明了该技术的成熟度：

演示架构：标准的NTN手机 → Skylo核心网 → Skylo语音网关（将I1/RTP转换为SIP/RTP） → 通过VPN/SIP中继 → 运营商网络 → 对端SIP客户端。

这一演示表明，窄带卫星语音已不再是实验室技术，而是能够在真实系统中运行、并正快速走向商用的解决方案。