最近，5G衛(wèi)星通信突然成為了一個熱門話題，得到了業(yè)界的大量關(guān)注。首先，預(yù)計將于明年上半年定稿的更新版5G標(biāo)準3GPP Release 17中，非地面通信網(wǎng)絡(luò)（Non-Terrestrial Networks，NTN）將會正式成為一個新的組成部分。非地面通信網(wǎng)絡(luò)指的主要就是經(jīng)由衛(wèi)星與地面進行通信的網(wǎng)絡(luò)。事實上，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)。這對于衛(wèi)星通信的推廣來說是一個重要的里程碑。
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)布會的召開，iPhone 13支持衛(wèi)星通信的傳聞基本得到了證偽。事實上，即使蘋果選擇使用高通X65 modem中對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，因此為了實現(xiàn)雙向衛(wèi)星通信還需要加入對于L-band的支持，而對于L-band的支持并沒有得到高通的官方確認；此外衛(wèi)星通信對于射頻前端也有獨特的需求（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對于手機設(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。事實上，隨著衛(wèi)星通信進入5G新一版本的標(biāo)準，以及相關(guān)技術(shù)的成熟，我們有機會在幾年內(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。衛(wèi)星通信的主要優(yōu)勢在于覆蓋面廣，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，因此無線信號的損耗很大，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提供高速通信，例如如果使用n53+L-band，在許多設(shè)備同時連接的情況下，通信碼率估計在1-10kB/s左右。
根據(jù)上面的分析，我們認為5G衛(wèi)星通信對于個人用戶的最直接應(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，事實上目前不少戶外愛好者對于與智能設(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)星通信對于航班上的通信也是一個應(yīng)用點。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，在航班上個人用戶可能可以通過使用不干擾飛機飛行的頻段直接使用5G衛(wèi)星通信，而無需再使用飛機上提供的WiFi。
除了個人用戶之外，物聯(lián)網(wǎng)也是5G衛(wèi)星通信的重要應(yīng)用方向之一，事實上在3GPP Release 17中，用于物聯(lián)網(wǎng)的衛(wèi)星通信是一個重要研究課題。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，許多時候聯(lián)網(wǎng)的場景處于基站未覆蓋對的區(qū)域（例如海上作業(yè)，新開發(fā)的農(nóng)業(yè)區(qū)，野外的動物保護區(qū)等等），這個時候使用衛(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)帶來的機會
如前所述，5G衛(wèi)星通信市場一旦打開，會給半導(dǎo)體行業(yè)帶來新的增量市場機會。
一旦5G衛(wèi)星通信逐漸成為主流，我們認為最主要的半導(dǎo)體增量市場在于射頻前端部分。為了確保上行通信能夠成功，我們估計用于5G衛(wèi)星通信的端側(cè)發(fā)射功率要遠大于其他通信，因此這對于功放提出了新的要求，有可能會需要單獨的功放。而在下行鏈路，由于衛(wèi)星通信的信號損耗很大，因此對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，而且在射頻SoC里可能也需要特殊處理。由于對于發(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，如果想和其他頻帶使用同一個天線的話可能會對設(shè)計帶來不少挑戰(zhàn)。
與之相對地，5G衛(wèi)星的基帶處理部分可能會較為簡單一些，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)該有不少機會。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單的調(diào)制方法，對于上行鏈路來說，需要高輸出功率的功放，但是對于線性度的需求未必很高；對于下行鏈路來說，對于信噪比有較高需求；對于上下行鏈路來說，都需要特別設(shè)計的天線，對于天線增益可能有要求。結(jié)合這些特點來看，5G衛(wèi)星通信的射頻前端設(shè)計雖然有一定難度和門檻，其中中國芯片公司可能的第一個突破點是功放部分，因為5G衛(wèi)星通信的調(diào)制可能比較簡單；之后，在前端的開關(guān)乃至濾波器對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)星通信的芯片市場上，成為一股不可忽視的力量。