在当今信息网络中，卫星通信、地面光纤通信和移动通信可谓三剑客，它们三足鼎立、三分天下。

与地面光纤通信主要用于骨干传输和固定接入、地面移动通信主要用于移动接入相比，卫星通信可以应用于骨干传输、固定接入、移动接入、企业联网、电视广播、应急通信、军事通信等多种场景，在军、民、商等各个领域都占有不可或缺的地位。看起来，卫星通信更像个全能选手，十八般武艺没有它玩不转的。实际也的确如此，它的这些能耐来源于它的广覆盖、远连接、能移动这三大天然特性。

不过，由于卫星通信在频轨资源、制造和发射成本方面受到一定的局限，而地面光纤通信和移动通信在容量和性价比方面取得了更大的成就，因此，卫星通信早期在骨干传输方面受到地面光纤通信的替代，后期在移动接入方面受到地面移动通信的挑战。同样作为无线通信技术，地面移动通信对卫星通信的影响更大。3G之后，地面移动通信的传输速率越来越高，功能越来越强大。

特别是5G同时覆盖高带宽、大连接、低延时三大应用场景，摆出一副通吃高清/超高清视频、物联网、车联网等所有业务的架势。毫无疑问，相比以往的移动通信系统，5G的高带宽将更适合于新闻采集、视频广播、在线直播等业务，会进一步推动移动网络上IPTV和OTT TV的发展，这将对卫星视频分发、卫星电视直播产生直接的冲击。

不过，人们也不要过于担心5G移动通信对卫星通信的冲击，因为5G“随遇接入、万物互联”愿景的实现还需要可以全球无缝覆盖的卫星通信这个“同胞兄弟”出手相助。目前ITU、3GPP和SaT5G等标准化组织无一不在从事卫星通信和5G的融合研究。比如，5G数目众多的远程基站有的需要卫星通信来回传业务流量，5G广播也可能需要卫星通信来提供内容投递。

此外，还有机载和船载通信等。也就是说，卫星通信与地面移动通信是相生相克的关系。尽管如此，卫星通信必须要正视5G时代的到来，因为5G的的确确在与卫星通信争频率、抢业务。卫星通信要持续生存、发展下去，就必须使出浑身解数来为自己创造市场。因为，技术是为市场存在的，企业是为客户存在的。

最近，5G卫星通信突然成为了一个热门话题，得到了业界的大量关注。首先，预计将于明年上半年定稿的更新版5G标准3GPP Release 17中，非地面通信网络（Non-Terrestrial Networks，NTN）将会正式成为一个新的组成部分。非地面通信网络指的主要就是经由卫星与地面进行通信的网络。事实上，非地面通信网络早在3GPP Release 15就开始研究，而最终在3GPP Release 17中加入了支持卫星通信的非地面通信网络。这对于卫星通信的推广来说是一个重要的里程碑。

除此之外，卫星通信公司GlobalStar，3GPP，高通以及苹果在iPhone 13中加入卫星通信支持的传闻更是在最近把5G卫星通信推到了风口浪尖。故事的来龙去脉是这样的：GlobalStart是一家从事卫星通信的老牌公司，在该行业已经有多年的历史，目前已经拥有一个自己的卫星网络。该卫星网络的主要业务之一是与地面通过卫星电话通信，其通信系统使用的通信频段上行使用的是1.6 GHz的L-band，而下行则是在2.4835-2.495 GHz频段（该频段为GlobalStar所拥有）。在去年年底，3GPP将2.4835 - 2.495 GHz加入了5G频段，称之为n53频段。结合3GPP将在Release 17中发布的非地面通信网络部分，这意味着可以使用n53频段与GlobalStar的卫星网络做5G通信，当然另一种使用n53的方法是从GlobalStar处授权使用n53频段，并将它使用在地面通信（即使用n53频段做非卫星通信）。在今年年初，高通发布的X65 modem宣布支持n53频段，而在最近刚发布的iPhone 13中，苹果使用了高通的X65 modem。这几件事结合在一起，便传出了iPhone 13将支持卫星通信的传闻。而随着最近苹果新品发布会的召开，iPhone 13支持卫星通信的传闻基本得到了证伪。事实上，即使苹果选择使用高通X65 modem中对n53频段的支持去和GlobalStar的卫星网络去做卫星通信，由于n53频段仅仅是该网络的下行频段，因此为了实现双向卫星通信还需要加入对于L-band的支持，而对于L-band的支持并没有得到高通的官方确认；此外卫星通信对于射频前端也有独特的需求（包括天线，射频前端模组等等），并不是有modem支持频段就足够，而天线和新的射频前端模组会对于手机设备的形状和成本等都带来不小的影响，因此从目前来看苹果并不打算支持卫星通信也是合情合理。

苹果iPhone 13不支持卫星通信并不代表大规模卫星通信商用还很遥远。事实上，随着卫星通信进入5G新一版本的标准，以及相关技术的成熟，我们有机会在几年内看到5G+卫星通信网络的真正大规模推广。

5G卫星通信的应用前景

我们首先来看一下5G卫星通信的优势和限制。这里的卫星通信主要指地面和卫星做双向通信，而非像GPS或者北斗这样的卫星单方面给地面广播信号。卫星通信的主要优势在于覆盖面广，基本无需地面基建（基站）支持。与传统地面无线网络通信需要首先建设基站覆盖不同，卫星通信（主要是低轨卫星LEO）的覆盖范围基本覆盖全球，而且无需实现建设基站，因此目前5G之外的传统卫星通信主要的应用场景就是海洋，空中等无法建设基站的地方的通信（例如海事电话等）。

而卫星通信的主要限制就在于其信道容量有限。卫星与地面的双向通信中，由于地面设备和卫星之间的距离很远，因此无线信号的损耗很大，换句话说通信的信噪比很低，而根据信息论中的基础香农公式，通信的信道容量决定于信噪比，因此，这决定了卫星通信的信道容量较低。卫星通信的信道容量低就意味着无法给多位用户同时提供高速通信，例如如果使用n53+L-band，在许多设备同时连接的情况下，通信码率估计在1-10kB/s左右。

根据上面的分析，我们认为5G卫星通信对于个人用户的最直接应用就是在基站无法覆盖到的地方的通信。这首先包括在一些较为偏远的地区（例如未充分开发的风景区，或者海上）的通信，事实上目前不少户外爱好者对于与智能设备能直接集成的卫星应急通信是有需求的。这类应急通信对于通信速度的需求不高，因此5G卫星通信应当可以满足需求。此外，5G卫星通信对于航班上的通信也是一个应用点。目前，不少航班已经提供了WiFi服务，其中卫星通信就是航班上WiFi的重要组成部分。未来随着5G卫星通信的发展，在航班上个人用户可能可以通过使用不干扰飞机飞行的频段直接使用5G卫星通信，而无需再使用飞机上提供的WiFi。

除了个人用户之外，物联网也是5G卫星通信的重要应用方向之一，事实上在3GPP Release 17中，用于物联网的卫星通信是一个重要研究课题。物联网应用中，许多时候联网的场景处于基站未覆盖对的区域（例如海上作业，新开发的农业区，野外的动物保护区等等），这个时候使用卫星通信将能最大程度上地提高物联网覆盖范围，而无需担心基站建设。对于物联网应用来说，由于其通信速率本来就很低，因此目前卫星通信的速度基本就能满足应用。主要的问题在于如何降低成本，这既包括了在卫星网络端如何降低接入费用，也包括了如何降低地面收发设备的天线、芯片和电池成本等。

5G卫星通信给半导体行业带来的机会

如前所述，5G卫星通信市场一旦打开，会给半导体行业带来新的增量市场机会。

一旦5G卫星通信逐渐成为主流，我们认为最主要的半导体增量市场在于射频前端部分。为了确保上行通信能够成功，我们估计用于5G卫星通信的端侧发射功率要远大于其他通信，因此这对于功放提出了新的要求，有可能会需要单独的功放。而在下行链路，由于卫星通信的信号损耗很大，因此对于射频端信噪比的要求很高，希望射频电路端引入的额外噪声越低越好。因此，用于5G卫星通信的接收端射频前端（LNA，射频开关等）有可能需要特别设计，而且在射频SoC里可能也需要特殊处理。由于对于发射功率和信噪比的要求，5G卫星通信的天线很可能也需要专门设计，如果想和其他频带使用同一个天线的话可能会对设计带来不少挑战。

与之相对地，5G卫星的基带处理部分可能会较为简单一些，因此很可能使用现有的5G基带在软件上做一些调整就能提供支持。

基于此，我们认为如果5G卫星通信能真正得到推广，中国的半导体公司应该有不少机会。总结来说，5G卫星通信由于链路损耗较大，因此可望使用较为简单的调制方法，对于上行链路来说，需要高输出功率的功放，但是对于线性度的需求未必很高；对于下行链路来说，对于信噪比有较高需求；对于上下行链路来说，都需要特别设计的天线，对于天线增益可能有要求。结合这些特点来看，5G卫星通信的射频前端设计虽然有一定难度和门槛，其中中国芯片公司可能的第一个突破点是功放部分，因为5G卫星通信的调制可能比较简单；之后，在前端的开关乃至滤波器对于中国的芯片公司来说也非高不可攀。希望在未来，我们能看到中国芯片公司活跃在5G卫星通信的芯片市场上，成为一股不可忽视的力量。

文章来源： 半导体行业观察， 卫星与网络