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发表于 2024-4-24 09:35:19 |显示全部楼层
老鹰漫谈

1. 背 景

      华为Mate60手机直连卫星功能,使用消费终端实现了与卫星的语音通信;埃隆马斯克的Starlink低轨道星座规模运营,并实现盈利,在宽带卫星互联网遥遥领先基础上,启动了手机直连卫星的商业计划;商业航天、低空经济作为新质生产力的代表成为国家下一阶段发展的战略方向。

      移动运营商作为移动互联网基础运营企业,卫星运营商承担低轨道卫星星座建设和运营重任,二者无一例外的都开展了基于手机直连卫星的相关研究,6G时代将实现手机直连卫星普及已成为业界共识,那么移动运营商与卫星运营商在手机直连卫星的背景下的关系和定位将会是怎样呢?

2. 国内外手机直连卫星发展现状

      卫星通信技术作为欧美相对优势的领域,埃隆马斯克的Starlink成功的发射了6000余颗低轨道卫星,并实现了超过200万规模的用户运营,2023年实现了单季运营现金流为正,让商业航天、卫星互联网成为各国争相角逐的焦点。各国都开始了低轨道星座保频占轨的跑马圈地。

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      AST、Lynk、Starlink等三家卫星企业都于2023年开始手机直连卫星的尝试,2023年4月25日AST打通了全球首个卫星直连蜂窝手机语音通话;2023年6月25日Lynk 宣布打通天基语音电话;Starlink联合6家地面移动运营商全新推出星链直连手机业务(Direct to Cell),规划了2016颗卫星,计划2025年完成手机直连星座的商业部署。

      我国在2023年重磅推出的华为Mate60实现了消费终端集成天通卫星终端的功能,将手机直连卫星功能集成到普通的智能消费终端中,与欧美手机直连卫星面向普通的4G手机不同,我国目前采用的4G/5G手机与卫星终端高度集成的方式,属于双模终端模式。二者实现方式有很大的区别。本文所述的手机直连卫星,更多的是指欧美那种蜂窝手机直连卫星模式,而非双模终端模式,国内三大移动运营商都在积极开展基于3GPP NTN的蜂窝手机直连卫星的相关研究。

      随着6G空天地一体化无线泛在愿景的逐步清晰,近年来3GPP在手机直连卫星协议标准化方面进展迅速,从2022年R17首次引入NTN(非地面网络),手机直连卫星演进路线和标准逐步清晰。我国在低轨道卫星星座建设上,重点开展基于NTN技术的手机直连卫星的研究和规划。在去年召开的WRC-23大会上,ITU明确提出了手机直连卫星的频率规划,开始启动在600MHz-2.7GHz之间的频率范围开展手机直连卫星的相关技术研究。

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图1. 3GPP NTN标准演进

3. 非地面网络(NTN)与地面网(TN)的对比
       NTN网络,通过轨道高度500Km的卫星提供空口服务,其覆盖与容量相比于地面网(TN)有很大的差别。

(一)覆盖对比

       NTN网络基于低轨道星座,可以比较容易得实现全球室外覆盖,对于室内区域,NTN网络无法覆盖。
      TN网络基于陆地基站建设,其覆盖建设难度非常大,就算是移动网络最领先的中国,也只能做到人口覆盖99%,陆地覆盖不足40%;室内覆盖通过室外蜂窝或者室分系统可以做到良好覆盖。

(二)容量对比

      假设未来卫星天线可以做到近千平米,单星波束可以做到300个,每颗卫星单波束也至少覆盖2000平方公里,就算拿出百MHz频率用于卫星直连,考虑频谱利用效率,每平方公里极限容量不会超过150kbps【1】;而地面移动网络每平方公里容量可高达10Tbps量级,二者根本不在一个层级。

      从以上分析可以看出NTN网络与TN网络不具备相互替代关系,TN网络从1G发展到5G一直无法破解广覆盖难题,NTN网络能有效解决覆盖难题;NTN容量哪怕做到极限也无法满足高容量需求,网络的容量覆盖仍需要TN网络,NTN与TN网络二者是完全补充关系,NTN网络只适用于广覆盖场景,但凡有容量需求区域TN网络才是最优选择。

4.低轨道卫星运营商与移动运营商的关系和定位

      一方面是低轨道卫星运营商在积极进行低轨道星座建设,首当其冲的是对传统卫星运营商的影响,随着低轨道卫星星座的搭建,传统卫星运营商的2B、2H、2G市场被抢夺,据报道埃隆马斯克现有200万多用户,大部分来自其他传统卫星市场,毕竟更完善的覆盖、更优的性能和更高性价比服务,Starlink形成了对传统卫星运营商碾压式的优势。其次低轨道星座也在积极与地面移动运营商开展手机直连卫星的合作,通过移动运营商开展2C业务;另一方面移动运营商在5G时代,从单纯2C、2H,逐步向2B、2G发展,网络强国、数字化中国,移动运营商承担了基础网络职能;同时面向6G发展演进,空天地一体化无线泛在成为6G的核心愿景之一,移动运营商也在积极开展NTN标准化、技术、网络、应用相关研究。在未来手机直连卫星时代,低轨道卫星运营商与移动运营商二者的关系和定位是什么?

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图2.卫星与移动运营商业务关系图

      我们先看一下美国Starlink与T-mobile在手机直连卫星上的合作,Starlink承担空中卫星建设任务,采用T-mobile的2*5MHz频率资源,为T-mobile用户提供手机直连卫星的服务。在这个合作案例里,Starlink承担了空中铁塔的职能,用户仍是T-mobile的用户,试验阶段免费,估计未来会采用功能收费模式,由T-mobile向用户收费,然后与Starlink进行收入分成。

      国内的手机直连卫星尚处于规划和资源整合阶段,低轨道卫星运营商和移动运营商在两条路径上进行研究规划,一方面低轨道卫星运营商也在积极申请Sub-6频率用于手机直连卫星的发展,另一方面随着移动运营商2G、3G网络清频退网,也存在部分频率资源需要重耕,重点解决覆盖问题。

      从国际电联WRC-23大会议题角度,我们发现国际电联更多的在考虑现有IMT频率用于手机直连卫星的可行性,频率范围从600MHz-2.7GHz,而这段频率,基本已瓜分殆尽,低轨道运营商申请新频率用于手机直连卫星这条路径基本被封死。

      卫星互联网作为战略新兴产业,低轨道卫星运营商一方面积极申请Ku或Ka频率和轨道位置,利用Ku或Ka频率构建一张面向全球覆盖的宽带卫星互联网,另一方面与移动运营商合作,利用移动运营商频率构建一张面向移动网补盲的手机直连卫星的网络。

      低轨道卫星运营商与移动运营商之间的关系更多是互补合作关系,而非竞争替代关系,低轨道卫星运营商无法替代移动运营商,另一方面移动运营商也无法替代低轨道卫星运营,理由如下:

(一)移动运营商掌握客户资源。

      目前移动运营商已掌握17.4亿手机用户,6.4亿户宽带用户,23.3亿物联网用户,几乎涵盖所有政企客户渠道。客户已经与移动运营商建立了长期服务关系,未来更多的属于存量竞争,增量空间不大。

(二)移动运营商已搭建集团-省-市-县四级服务体系。

      移动运营商拥有完善的网络运维保障和客户服务体系,已建立健全四级响应机制,新兴的卫星运营商构建此类能力,需要相当长的时间和投资,二者合作共赢机会更多。

(三)移动运营商掌握手机直连卫星核心频率资源。

     移动运营商随着网络简化,拥有大量的频率资源,特别是宝贵的L、S频段,这些频率资源刚刚清理出来,都是ITM频率,用于手机直连卫星具备先天优势。

(四)低轨道卫星运营商掌握Ku或Ka频率、轨道等核心资源。

      虽然移动运营商有诸多优势,但术业有专攻,在卫星互联网领域,特别是卫星网络部分,低轨道卫星运营商拥有先天的优势,一方面拥有Ku或Ka频率、轨道等核心资源,对于火箭发射、卫星制造、卫星测控、卫星运营拥有先天优势,同时低轨道卫星运营商除了承担商业应用之外,也兼具国防等特殊保障任务。

      综上所述,未来手机直连卫星,移动运营商与低轨道卫星运营商二者是互补关系,而非竞争替代关系,低轨道卫星运营商更多的起到空中铁塔作用,移动运营商仍然掌握客户、渠道等核心资源。二者在未来6G时代相互补充,低轨道卫星运营商通过移动运营商海量客户渠道资源,进一步让卫星进入千家万户,千行百业,从而实现巨型卫星星座的商业成功;移动运营商通过低轨道卫星网络实现无线泛在网络覆盖,同时也节省了海量的覆盖性投资,二者实现互惠共赢发展。

5.老鹰感言

      随着手机直连卫星技术的逐步成熟,困扰移动运营商的覆盖问题终于有了终极解决方案,有了海量的2C手机用户加持,也有效的破解巨型星座商业变现难题。随着华为、中兴、移动运营商的大力加持,相信手机直连卫星的发展必将进一步加速,我国在3GPP NTN标准制定、技术发展上必将继续保持5G领先态势,相信在不久的将来,移动网络+低轨道卫星星座必将在6G时代融合,为人类的数字化发展和进步提供基础保障。



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