解密低轨卫星通信：华为Mate X6全球首发

作为以通信技术起家的科技巨头，华为始终在终端卫星通信的道路上领先行业，并持续进化突破。2024年12月6日，华为将正式发售其最新折叠屏手机Mate X6，支持三网卫星通讯 —— 北斗卫星消息、天通卫星通信和低轨卫星互联网，这在全球范围内是首次实现。无论是北斗卫星消息、天通卫星通信，还是低轨卫星互联，华为Mate X6都展现了华为在卫星通讯技术上的领先地位。

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的亮点还在于其首发的低轨道卫星联网功能，不过在发布会上并没有官宣低轨卫星互联网的合作方，只是表示目前低轨卫星联网系统正在测试，预计将于2025年下半年开启公测。与传统的手机网络相比，低轨道卫星技术可以在全球范围内提供更加稳定的网络连接，尤其在山区、海洋等信号不佳地区，用户仍可保持与外界的联系。此项技术的运用，使得Mate X6不仅仅是一款手机，而是一种更为智能的通信解决方案，可能会在未来引领新的市场趋势。

什么是低轨卫星通信？

按照卫星轨道高度的不同，通信卫星可以分为低轨通卫星（LEO）、中轨卫星（MEO）和高轨卫星（GEO）。

高轨卫星也被称作地球同步轨道卫星，轨道高度为35786千米，相对地面静止且覆盖区大，三颗经度差约120°的卫星就能够覆盖除南、北极以外的全球范围。中轨卫星的轨道高度为2000-35786千米，全球组网覆盖所需卫星数量较少，而低轨卫星轨道高度在160-2000千米之间。

通信卫星的分类

相对于其他卫星通信网络，低轨通信卫星网络中单个卫星对地面的覆盖范围有限。为了实现全球范围的信号覆盖，通常需要数十颗甚至数百颗卫星。典型的低轨通信卫星系统包括空间段、地面段和用户段三部分。

· 空间段：由数百颗甚至更多数量的小卫星构成低轨卫星星座，并以这些卫星作为“空中基站”，典型案例为SpaceX和OneWeb等发起的太空互联网计划。巨型星座网络由于涉及卫星数量庞大，多采用不同轨道高度、不同倾角的子星座构成多层混合星座。

· 地面段：用于完成卫星网络和地面网络的连接，对全网进行综合管理和监控。地面段包括信关站、综合运控管理系统以及连接地面核心网络的基础设施 —— 数据经信关站接入地面网络，完成星地空口通信协议和网络协议转换，即可利用地面网络设施访问地面网络资源。

· 用户段：主要由接入网及接入终端组成，主要包括车载站、舰载站、机载终端、电脑以及手持移动终端等。用户终端可作为接入点（AP，access point）建立局域网络，将用户设备接入网络。

相比于北斗、天通等中高轨道卫星，低轨卫星由于距离地球表面更近，拥有独特优势。低轨卫星网络信号传播时延低，往返时延一般都小于100ms，而高轨卫星通信的往返时延会达到600ms左右；同时，由于低轨通信卫星相对较短的传播距离，使得信号的传播衰减较小，有助于将终端设备的能耗控制在一定范围内。

换句话说，低轨卫星缩短了智能终端和卫星之间的通信距离，通信效率更高。随着集成电路、通信等技术的发展低轨卫星星上处理能力不断加强，在相同的卫通终端能力下更易实现高速率卫通传输。

在部分远距离传输的场合，通过低轨卫星通信可能比地面网络的延时还要短。因为光在光纤中的传播速度是真空中的2/3，在远距离传输应用上，虽然信号通过卫星多走了数百公里，但其延时依然比通过地面光纤要短。因此，对于要求低延时和无间断的国际金融和车联网等业务，低轨互联网星座会更加适用。

对普通用户而言，尤其是没有接入地面互联网的区域，这意味着使用卫星联网进行工作和娱乐成为可能；而在灾难救援、科考等场景下，当地面没有基站，或者基站损坏、通信瘫痪时，低轨卫星互联网也将成为重要补充。更重要的是相比于地面通信，低轨卫星互联网在低业务密度地区成为经济、高效的解决方案，有着广阔的市场前景。

低轨卫星具有轻型化优势，降低发射成本、成功率高。与传统通信卫星系统中重达几吨的卫星相比，低轨通信卫星系统中使用的小卫星重量通常在1吨以下（SpaceX的卫星在200-300kg），轻型复合材料技术以及集成化应用是小卫星轻型化的特点。卫星的重量下降使得单次发射所能搭载的卫星数量进一步提升，从而降低了平均发射成本。

发展低轨卫星互联网的关键技术

低轨卫星互联网的发展，在技术上主要涉及星地之间的通信技术，其中高效的传输和信号接收是关键要素，这之中涉及空间段的信号传输以及地面段的信号接收。低轨卫星互联网实现规模化发展的关键技术集中在“天地”间的通信技术、星座组网技术以及卫星制造。

· 星间激光通信技术（星间链路）：低轨卫星互联网的构建必将面临海量信息的接入和传输问题，卫星与卫星、卫星与地面高速数据传输的能力，成为制约低轨互联网星座发展的一个瓶颈。

星间激光通信是一种利用激光束作为载波在空间进行图像、语音和信号等信息传递的通信方式，具有传输速率高、抗干扰能力强、系统终端体积小、质量轻和功耗低等优势。可大幅度降低卫星星座系统对地面网络的依赖，从而减少地面信关站的建设数量和建设成本，扩大覆盖区域、实现全球测控。

· 相控阵天线技术：卫星天线用于对特定的目标或地域，发射或接收载有各种信息的信号，当需要卫星交换信息的目标是可变的时候， 往往要求天线的波束也做相应的变化。近年来，卫星技术的快速发展，对天线的重量、体积、便携性、一体化设计等提出了更高的要求，尤其在低轨通信卫星领域，对于天线的智能化和轻量化都有较高要求。

相控阵天线成为克服上述困难的有效途径之一，通过控制各个辐射阵元的相位实现波束的电控扫描，可快速改变波束发射方向而不用改变天线孔面的物理朝向，能够实现对频谱资源的高效利用，并可与其他空间和地面的授权用户灵活使用频谱。此外，相控阵天线能够同时跟踪多个目标，可以实现边跟踪边扫描，大幅提高雷达系统在复杂环境下的探测能力。

· 基于跳波束的时空资源联合控制技术：低轨卫星互联网若想用较少数量的卫星实现Ka波段用户链路波束的全球覆盖，采用传统固定的多波束覆盖方式很难满足宽带通信需求。此外，低轨卫星运动速度快、覆盖区域不断变化，动态变化引起的终端需求变化使得合理、高效的资源调度策略成为亟待解决的问题。

跳波束（BH，beam-hopping）通过时间分片技术，并不需要所有的波束都同时工作，而是其中一部分波束按需工作，因此资源分配更加灵活；通过改变跳变波束在每个波束覆盖区的驻留时间，在有限星载资源条件下提高卫星宽带通信吞吐量，可以最大化星上带宽资源利用率。此外，跳波束技术还可以通过将波束聚焦在目标位置来提高吞吐量并灵活利用卫星功率。

未来巨型星座网络将与地面网络进一步深度融合，在网络架构设计，星间、星地、地面传输链路选择，星地切换，天地协同信息处理，星地网络协议互联互通等方面开辟新的研究方向。巨型星座（如Starlink）中由于卫星数量众多，且需要频繁进行链路切换，上述问题所涉及的规模和复杂度均明显提升，可采用人工智能中的相关算法如神经网络、强化学习等方法解决。

比天通卫星这类高轨卫星，低轨卫星的星座留给消费者容量更大，业务潜力会更好。从技术趋势来看，终端直连卫星从高轨卫星到连接低轨卫星，从短报文到语音通话、甚至上网，能力会逐步地提升。未来的终极目标是，不修改任何的智能手机，即不在智能手机上增加任何的天线和芯片，就可以直接连低轨卫星来实现通话、上网等各种服务。

全域覆盖是6G网络的一个重要特征，将建设空天地海一体化的泛在接入网，而低轨巨型星座将是其中关键的组成部分，可以不受地形地貌的限制提供无处不在的覆盖能力。从全球网络覆盖面积来看，目前尚有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域没有地面网络覆盖，非地面网络（NTN）是地面蜂窝通信技术的重要补充，是手机直连卫星的技术方向之一。预计3GPP国际标准组织将于2025年后启动6G国际技术标准研制，大约在2030年实现6G商用。

海外存量终端直连进入应用阶段，NTN等新标准推进有望推动终端侧需求释放。据PC MAG报道，FCC已批准Starlink在受飓风影响的北卡罗莱纳州提供手机直连服务。当前海外存量终端直连已进入应用阶段，基于低轨卫星的存量终端直连有望进一步降低卫星互联网应用门槛并打开应用场景空间。

今年9月，在2024空天信息产业国际生态大会上，华为常务董事、终端BG董事长、智能汽车解决方案BU董事长余承东称：“今年开始中国进入5.5G时代，原来我们6G是空天地一体，但是我们想可能不用等到6G，我们希望从5.5G开始就实现空天地一体的通信网络。”当下，低轨卫星通信发展的重中之重，是必须有足够的卫星数量，才能实现更大区域覆盖、更低时延和更高带宽。

低轨卫星通信“争夺战”

在卫星互联网发展前景广阔的背景下，轨道和频率将成为稀缺资源，抢占资源也成为卫星互联网发展的重要推动力。随着各类卫星应用领域不断拓宽，世界各国对卫星无线电频率资源争夺越发激烈，对于低轨卫星的需求也日趋增加。近地轨道共8万颗卫星总容量，世界各国必须按照国际电信联盟ITU的《组织法》、《无线电规则》等，遵循“先登先占”原则，开展卫星网络资料的申报、协调、登记和维护工作，任何一个国家都不能单方面主导卫星频率和轨道资源的获取和使用。

低轨通信星座可按照应用方向和支持业务划分为移动服务和宽带服务两类： 移动通信星座，如Iridrum、Globalstar，采用L/S低频段工作，以中低速率业务为主，支持面向手持移动通信和低功耗小型化物联网服务； 宽带互联网星座，又称为低轨高通量卫星（HTS）星座，代表企业有OneWeb、SpaceX，采用Ku/Ka等高频段工作，卫星数量多，以中高速业务为主，支持互联网接入、网络节点互联以及基站回程等服务。

低轨卫星频段有限，先发优势较为明显。频率资源是发展空间业务的基础，LEO所用频率较多为Ka/V频段或更高频段，同时采用点波束和频率复用技术可以解决部分 Ka频段中低轨卫星间频率兼容性问题，实现超过500Mbit/s大容量通信，且支持海量终端接入的需求。虽然Ka频段的频率资源高达3.5GHz，可为卫星通信的宽带化提供可观的拓展空间，但相较于日益增长的通信带宽需求，已申报星座的先发优势依旧明显。

国内低轨卫星互联网星座主要包括了GW星座、千帆星座（G60）及鸿鹄-3星座，规划合计超3.5万颗星，三个星座是未来国内低轨卫星互联网组网核心载体：

· GW星链是中国星网公司于2020年9月向ITU申请了“GW”星座计划，共12992颗卫星，由GW-A59和GW-A2两个子星座构成，分别计划发射6080颗和6912颗卫星；

· G60星座由上海垣信卫星科技有限公司牵头，是我国首个进入正式组网阶段的巨型低轨商业卫星星座，将由超过1.2万颗低轨道卫星组成，其首批组网卫星今年8月6日成功发射，第二批组网卫星以一箭18星方式于今年10月15日成功发射。随着第二批组网卫星的发射，G60星座在轨卫星数量增加到36颗，该星座建设完成后，将集低轨宽带、手机直连、VDES（甚高频数据交换系统）等应用功能于一体；

· 鸿鹄-3星座由蓝箭鸿擎科技有限公司提出，计划在160个轨道平面上发射约1万颗卫星。

卫星研制模式逐步由传统定制化向“工业化”批量生产模式转型，以商业化模式运行的卫星产业链相关公司或在成本控制等领域具备优势，有望加速低轨互联网布局进程。未来三年将是中国发射低轨卫星的集中窗口期，至2027年发射数量可能达到3900多颗，至2030年中国低轨卫星发射数量有望突破6000颗，中国卫星互联网总体规模可达千亿级别。

另外，短时间内实现批量生产才能更好地发挥星座效益，时间成本也是重要控制量。例如，Starlink目前座集卫星、火箭、地面站制造、火箭发射、卫星运营和服务于一身，在实现核心技术可控的同时能够有效缩减制造时间，从而满足产能需求。

2015年，SpaceX发起的星链（Starlink）计划的在轨卫星是目前商业公司中最多的。截至2024年9月30日，SpaceX共进行了194批星链卫星发射，总发射数量达到7062颗（在轨卫星7010颗，在役4727颗）。运载器为可以做到10次以上重复使用的猎鹰火箭，目前单次发射最大运载56颗，年发射数量在2000~3000颗，若如期实现了4.2万颗的布局目标将占据卫星互联网高达53%的空间。

发展卫星互联网也是一项重要的国家战略。一旦国外卫星互联网星座成功完成部署，中国市场无疑将会是竞争的热点，这种跨国界的全球互联网接入业务，势必会带来激烈竞争和信息安全问题。

华为Mate X6的通信技术突破不止于此。它的北斗卫星消息功能也全面升级，不仅支持发送和接收文字消息，还新增了图片消息的发送功能。用户可以通过畅连APP，将带有丰富视觉信息的图片消息通过卫星发送出去，让接收方能够直观地了解发送方的周围环境和人员情况。这种“一图胜千言”的通信方式，无疑大大提升了卫星通信的效率和实用性。

为了实现这一功能，华为Mate X6采用了基于AI生物视觉的图片编解码压缩技术。这项技术通过深度神经网络，从图像中提取多层次特征，以最优化的数据量传输最精确的视觉信息，即使在卫星网络带宽资源稀缺的情况下，它也能确保图片消息的顺利发送，让用户在深山、高原等地面网络无法覆盖的区域也能安心与外界保持联系。

除了北斗卫星消息外，华为Mate X6典藏版还搭载了天通卫星通信功能，让用户可以在无地面网络的情况下拨打和接通卫星电话，并自由编辑卫星消息。而且它的搜星速度也大幅提升，最快9秒即可连接卫星，将卫星通讯连接速度带入了个位数连接时代。此外，天通卫星通信还支持卫星寻呼、GNSS与卫星共存等功能。前者在卫星通话被叫场景中能够让用户收到寻呼提醒，后者让用户在卫星通话时可以同步使用地图导航，实时更新位置信息，实现更精准高效的联络。

值得一提的是，华为Mate X6还引入了星闪查找技术，实现了关机也能精准定位的功能。简单来说，就是即使手机关机，用户仍然可以通过华为账号登录云空间官网，通过“查找设备”功能查看手机所在的位置。这一功能的加入，无疑为用户的出行安全提供了更多的保障。