最近，5G衛(wèi)星通信突然成為了一個(gè)熱門話題，得到了業(yè)界的大量關(guān)注。首先，預(yù)計(jì)將于明年上半年定稿的更新版5G標(biāo)準(zhǔn)3GPP Release 17中，非地面通信網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial Networks，NTN）將會(huì)正式成為一個(gè)新的組成部分。非地面通信網(wǎng)絡(luò)指的主要就是經(jīng)由衛(wèi)星與地面進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)。事實(shí)上，非地面通信網(wǎng)絡(luò)早在3GPP Release 15就開始研究，而最終在3GPP Release 17中加入了支持衛(wèi)星通信的非地面通信網(wǎng)絡(luò)。這對(duì)于衛(wèi)星通信的推廣來說是一個(gè)重要的里程碑。

除此之外，衛(wèi)星通信公司GlobalStar，3GPP，高通以及蘋果在iPhone 13中加入衛(wèi)星通信支持的傳聞更是在最近把5G衛(wèi)星通信推到了風(fēng)口浪尖。故事的來龍去脈是這樣的：GlobalStart是一家從事衛(wèi)星通信的老牌公司，在該行業(yè)已經(jīng)有多年的歷史，目前已經(jīng)擁有一個(gè)自己的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。該衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)之一是與地面通過衛(wèi)星電話通信，其通信系統(tǒng)使用的通信頻段上行使用的是1.6 GHz的L-band，而下行則是在2.4835-2.495 GHz頻段（該頻段為GlobalStar所擁有）。在去年年底，3GPP將2.4835 - 2.495 GHz加入了5G頻段，稱之為n53頻段。結(jié)合3GPP將在Release 17中發(fā)布的非地面通信網(wǎng)絡(luò)部分，這意味著可以使用n53頻段與GlobalStar的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)做5G通信，當(dāng)然另一種使用n53的方法是從GlobalStar處授權(quán)使用n53頻段，并將它使用在地面通信（即使用n53頻段做非衛(wèi)星通信）。在今年年初，高通發(fā)布的X65 modem宣布支持n53頻段，而在最近剛發(fā)布的iPhone 13中，蘋果使用了高通的X65 modem。這幾件事結(jié)合在一起，便傳出了iPhone 13將支持衛(wèi)星通信的傳聞。而隨著最近蘋果新品發(fā)布會(huì)的召開，iPhone 13支持衛(wèi)星通信的傳聞基本得到了證偽。事實(shí)上，即使蘋果選擇使用高通X65 modem中對(duì)n53頻段的支持去和GlobalStar的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)去做衛(wèi)星通信，由于n53頻段僅僅是該網(wǎng)絡(luò)的下行頻段，因此為了實(shí)現(xiàn)雙向衛(wèi)星通信還需要加入對(duì)于L-band的支持，而對(duì)于L-band的支持并沒有得到高通的官方確認(rèn)；此外衛(wèi)星通信對(duì)于射頻前端也有獨(dú)特的需求（包括天線，射頻前端模組等等），并不是有modem支持頻段就足夠，而天線和新的射頻前端模組會(huì)對(duì)于手機(jī)設(shè)備的形狀和成本等都帶來不小的影響，因此從目前來看蘋果并不打算支持衛(wèi)星通信也是合情合理。

蘋果iPhone 13不支持衛(wèi)星通信并不代表大規(guī)模衛(wèi)星通信商用還很遙遠(yuǎn)。事實(shí)上，隨著衛(wèi)星通信進(jìn)入5G新一版本的標(biāo)準(zhǔn)，以及相關(guān)技術(shù)的成熟，我們有機(jī)會(huì)在幾年內(nèi)看到5G+衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的真正大規(guī)模推廣。

5G衛(wèi)星通信的應(yīng)用前景

我們首先來看一下5G衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)和限制。這里的衛(wèi)星通信主要指地面和衛(wèi)星做雙向通信，而非像GPS或者北斗這樣的衛(wèi)星單方面給地面廣播信號(hào)。衛(wèi)星通信的主要優(yōu)勢(shì)在于覆蓋面廣，基本無需地面基建（基站）支持。與傳統(tǒng)地面無線網(wǎng)絡(luò)通信需要首先建設(shè)基站覆蓋不同，衛(wèi)星通信（主要是低軌衛(wèi)星LEO）的覆蓋范圍基本覆蓋全球，而且無需實(shí)現(xiàn)建設(shè)基站，因此目前5G之外的傳統(tǒng)衛(wèi)星通信主要的應(yīng)用場(chǎng)景就是海洋，空中等無法建設(shè)基站的地方的通信（例如海事電話等）。

而衛(wèi)星通信的主要限制就在于其信道容量有限。衛(wèi)星與地面的雙向通信中，由于地面設(shè)備和衛(wèi)星之間的距離很遠(yuǎn)，因此無線信號(hào)的損耗很大，換句話說通信的信噪比很低，而根據(jù)信息論中的基礎(chǔ)香農(nóng)公式，通信的信道容量決定于信噪比，因此，這決定了衛(wèi)星通信的信道容量較低。衛(wèi)星通信的信道容量低就意味著無法給多位用戶同時(shí)提供高速通信，例如如果使用n53+L-band，在許多設(shè)備同時(shí)連接的情況下，通信碼率估計(jì)在1-10kB/s左右。

根據(jù)上面的分析，我們認(rèn)為5G衛(wèi)星通信對(duì)于個(gè)人用戶的最直接應(yīng)用就是在基站無法覆蓋到的地方的通信。這首先包括在一些較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)（例如未充分開發(fā)的風(fēng)景區(qū)，或者海上）的通信，事實(shí)上目前不少戶外愛好者對(duì)于與智能設(shè)備能直接集成的衛(wèi)星應(yīng)急通信是有需求的。這類應(yīng)急通信對(duì)于通信速度的需求不高，因此5G衛(wèi)星通信應(yīng)當(dāng)可以滿足需求。此外，5G衛(wèi)星通信對(duì)于航班上的通信也是一個(gè)應(yīng)用點(diǎn)。目前，不少航班已經(jīng)提供了WiFi服務(wù)，其中衛(wèi)星通信就是航班上WiFi的重要組成部分。未來隨著5G衛(wèi)星通信的發(fā)展，在航班上個(gè)人用戶可能可以通過使用不干擾飛機(jī)飛行的頻段直接使用5G衛(wèi)星通信，而無需再使用飛機(jī)上提供的WiFi。

除了個(gè)人用戶之外，物聯(lián)網(wǎng)也是5G衛(wèi)星通信的重要應(yīng)用方向之一，事實(shí)上在3GPP Release 17中，用于物聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星通信是一個(gè)重要研究課題。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，許多時(shí)候聯(lián)網(wǎng)的場(chǎng)景處于基站未覆蓋對(duì)的區(qū)域（例如海上作業(yè)，新開發(fā)的農(nóng)業(yè)區(qū)，野外的動(dòng)物保護(hù)區(qū)等等），這個(gè)時(shí)候使用衛(wèi)星通信將能最大程度上地提高物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍，而無需擔(dān)心基站建設(shè)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來說，由于其通信速率本來就很低，因此目前衛(wèi)星通信的速度基本就能滿足應(yīng)用。主要的問題在于如何降低成本，這既包括了在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)端如何降低接入費(fèi)用，也包括了如何降低地面收發(fā)設(shè)備的天線、芯片和電池成本等。

5G衛(wèi)星通信給半導(dǎo)體行業(yè)帶來的機(jī)會(huì)

如前所述，5G衛(wèi)星通信市場(chǎng)一旦打開，會(huì)給半導(dǎo)體行業(yè)帶來新的增量市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

一旦5G衛(wèi)星通信逐漸成為主流，我們認(rèn)為最主要的半導(dǎo)體增量市場(chǎng)在于射頻前端部分。為了確保上行通信能夠成功，我們估計(jì)用于5G衛(wèi)星通信的端側(cè)發(fā)射功率要遠(yuǎn)大于其他通信，因此這對(duì)于功放提出了新的要求，有可能會(huì)需要單獨(dú)的功放。而在下行鏈路，由于衛(wèi)星通信的信號(hào)損耗很大，因此對(duì)于射頻端信噪比的要求很高，希望射頻電路端引入的額外噪聲越低越好。因此，用于5G衛(wèi)星通信的接收端射頻前端（LNA，射頻開關(guān)等）有可能需要特別設(shè)計(jì)，而且在射頻SoC里可能也需要特殊處理。由于對(duì)于發(fā)射功率和信噪比的要求，5G衛(wèi)星通信的天線很可能也需要專門設(shè)計(jì)，如果想和其他頻帶使用同一個(gè)天線的話可能會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)帶來不少挑戰(zhàn)。

與之相對(duì)地，5G衛(wèi)星的基帶處理部分可能會(huì)較為簡(jiǎn)單一些，因此很可能使用現(xiàn)有的5G基帶在軟件上做一些調(diào)整就能提供支持。

基于此，我們認(rèn)為如果5G衛(wèi)星通信能真正得到推廣，中國的半導(dǎo)體公司應(yīng)該有不少機(jī)會(huì)。總結(jié)來說，5G衛(wèi)星通信由于鏈路損耗較大，因此可望使用較為簡(jiǎn)單的調(diào)制方法，對(duì)于上行鏈路來說，需要高輸出功率的功放，但是對(duì)于線性度的需求未必很高；對(duì)于下行鏈路來說，對(duì)于信噪比有較高需求；對(duì)于上下行鏈路來說，都需要特別設(shè)計(jì)的天線，對(duì)于天線增益可能有要求。結(jié)合這些特點(diǎn)來看，5G衛(wèi)星通信的射頻前端設(shè)計(jì)雖然有一定難度和門檻，其中中國芯片公司可能的第一個(gè)突破點(diǎn)是功放部分，因?yàn)?G衛(wèi)星通信的調(diào)制可能比較簡(jiǎn)單；之后，在前端的開關(guān)乃至濾波器對(duì)于中國的芯片公司來說也非高不可攀。希望在未來，我們能看到中國芯片公司活躍在5G衛(wèi)星通信的芯片市場(chǎng)上，成為一股不可忽視的力量。