星链（Starlink）手机直连卫星互联网计划详细介绍及未来展望

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星链之星

相关新闻：5月10日马斯克的SpaceX公司利用猎鹰火箭发射了20颗星链Starlink卫星，其中包括13颗手机直连卫星（Direct to Cell），这是继今年1月3日、4月7日先后发射6颗之后第三次部署具备直连手机功能的星链卫星，现已累计发射25颗。

星链Starlink的Direct to Cell（手机直连卫星）计划是通过专门的Starlink卫星（V2）使用标准的 LTE/4G 协议将卫星互联网连接到个人现有手机（无需更换新机、升级系统或下载特殊应用程序）的一项伟大的卫星通信计划。

2022年1月8日，Starlink团队成功地通过Direct to Cell卫星（手机直连卫星），利用T-Mobile网络频谱发送和接收了第一批文本消息。

2022 年8 月，星链官方宣布与国际移动通信运营商巨头T-Mobile公司建立合作伙伴关系，此后又宣布与加拿大的 Rogers、澳大利亚的 Optus、新西兰的 One 、日本的 KDDI、瑞士的 Salt 以及智利和秘鲁的 Entel 等电信公司达成协议。运营商提供 1.6～2.7 GHz 范围内的关键 LTE 频谱，用于星链Starlink传输卫星信号。



手机直连卫星需要克服的几个挑战

首先，在陆地网络中，基站是静止的，但在卫星网络中，它们相对于地球上的用户以数万英里每小时的速度移动。这要求实现卫星与蜂窝网络之间无缝切换，并解决多普勒位移和时间延迟等因素对手机与卫星通信构成挑战的问题。

其次，由于手机具有较低的天线增益和传输功率，因此将它们连接到数百公里外的卫星非常困难。Starlink卫星配备了创新性定制硅芯片、相控阵天线和先进软件算法来克服这些挑战，并为地面上的手机提供标准LTE服务。作为火箭和卫星发射及制造方面全球领导者，SpaceX独特地处于快速扩展“直接到手机”网络并计划在今年推出数百颗卫星以实现文本服务，并将在2025年推出星链卫星互联网支持下的语音、数据和物联网（IoT）数据服务业务。该技术的发布和早期测试都顺利完成。开发连接到未经修改的手机的卫星网络提出了一些新的技术和监管挑战，如今星链Starlink 在已经部署了 6000多颗卫星星座，为全球超过 270万的客户提供卫星互联网服务。



最后，星链Starlink卫星平均以7.7公里/秒的速度在地球表面上方数百公里处运行。因此，与  LTE/4G 协议交互的 时序、多普勒和延迟限制的兼容性具有极大的挑战性。卫星如何向手机发送足够强的无线电信号，而这些手机又不是为连接卫星网络而设计的，并且现有的增益天线和发射功率（最大 0.2 W）都是无法连接到常规卫星网络的，这是SpaceX公司初期面临的最大挑战。星链团队在卫星上开发了特制硅晶片，针对此应用进行了优化，并降低了卫星的功耗和成本。为手机直连卫星业务专门开发了2.7 m x 2.3 m的大型相控阵，使用极其灵敏的无线电接收器和高功率发射器与来自太空的手机进行通信。这些天线被设计用于安装在Starlink v2mini卫星上，并由猎鹰9号火箭每隔几天发射并部署到近地轨道。SpaceX垂直整合的生产模式以及相对低廉的火箭发射和卫星制造成本，为手机直连卫星（Direct to Cell）快速组网提供了可靠的技术和经济保障。

预计在不久的将来，马斯克的SpaceX公司将用自身研发的可重复使用的巨型运载火箭-星舰发射Direct to Cell卫星，星舰巨大的运载量将为SpaceX公司部署体积更大性能更强的星链卫星以及更快的发射频率奠定可靠的基础。

星链Starlink的计划是连接个人现有手机，而无需换新机、升级系统或下载特殊应用程序，因此Starlink使用标准的 LTE/4G 协议。为了使星链卫星在太空中像真正的地面蜂窝网络手机信号塔一样运行，实现卫星与卫星之间、卫星与地面上的切换必须对用户完全无缝衔接。Starlink团队构建了包括卫星高度、波束尺寸和位置、仰角和卫星数量的卫星系统，使得Starlink卫星处于 LTE协议范围内的可实现且可靠物理连接范围之内。每颗星链卫星上都安装了先进的LTE调制解调器，如此这般Starlink卫星（Direct to Cell）就像太空中的手机信号塔一样运行，源源不断的向地面手机提供卫星互联网服务。



Starlink手机直连卫星网络利用了现有的卫星互联网地面网关等基础设施。Direct to Cell卫星通过激光回程接入现有的Starlink卫星星座;早期的星链卫星也可以在获得监管批准的情况下在任何地方提供服务，而无需专用的地面基础设施。星链Starlink 开发的所有现有网络、地面站和接入点（PoP）Direct to Cell 数据通过 Starlink 的核心直接传输到运营商的核心，提供无缝集成。

星链手机直连卫星的计划一经推出，引起了世界上终端电信运营商和手机制造商的浓厚兴趣，纷纷表示愿意参与早期的测试和后期的长远合作。在星链Starlink手机直连卫星互联网服务覆盖范围内， Starlink 卫星网络能够像蜂窝网络一样与运营商集成，直接无缝地为客户提供手机互联网服务。星链运营商可以用快速而成本极低的方式访问全球互联网，而星链合作运营商的用户可以在星链卫星服务成员国之间实现无界限的互联网漫游。

美国联邦通信委员会（FCC）也积极支持Starlink，在极短的时间内批准了发射和测试卫星的申请。据悉星链官方正在与世界各地的无线电监管机构积极沟通，希望能尽快将Starlink手机直连卫星互联网服务带到世界各地。今年下半年Srarlink将扩大测试范围，包括更大的覆盖范围;发射数百颗卫星，实现星链全球范围内的文本（短信）服务;并将在 2025 年实现覆盖全球的语音、数据和卫星物联网服务;

星链Starlink手机直连计划的实现，将极大拓展Starlink卫星互联网和卫星物联网应用场景和客户群体，对于分布世界各地的偏远地区的人群（尤其是非洲、南美、太平洋岛屿等偏远落后地区）来说这无疑是最热切期盼的卫星通信服务。随着马斯克的星链Starlink——覆盖全球低轨卫星互联网星座日渐成熟，以及手机直连卫星互联网Direct to Cell的稳步推进，6G时代越来越接近现实。