卫星通信产业爆发前夕：IoT-NTN率先商业化、国产芯片厂商出招解决成本挑战

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）当前，全球卫星互联网产业呈现快速的发展趋势。IoT-NTN由于自身优势，逐步开启商业化。今年6月，中国移动宣布联合中兴通讯、紫光展锐完成全球首个手机直连高轨卫星基于运营商网络IoT-NTN IMS（卫星物联网IP多媒体子系统）语音通话实验室验证。这标志着突破了 3GPP IoT-NTN技术标准原生不支持IMS语音的挑战，是高轨卫星通信技术在实时语音通信领域的重要成绩。

需要关注的是，国内卫星通信产业迎来了新的进展时，产业还面临着成本的挑战，如何从芯片的环节解决成本问题，面对卫星通信SoC的集成化趋势，产业链玩家该如何应对？


IoT-NTN爆发前期，手机直连技术成为商业化关键

NTN（Non-Terrestrial Network）技术指的是非地面网络技术，基于3GPP开放标准制定，作为地面蜂窝通信技术的补充，NTN技术成为面向卫星通信和低空通信等新应用场景的重要演进技术。

3GPP R17版本定义了NTN技术的两个技术方向，分别是IoT-NTN（基于非地面网络的物联终端接入）和NR-NTN（基于非地面网络的5G智能终端接入）。

NR-NTN采用5G NR框架实现VSAT（甚小口径终端）、智能手机等设备的连接LEO（低轨卫星通信）卫星，支持数十Mbps及以上的信息速率，可以提供语音服务、数据服务。

IoT-NTN是指将IoT（NB-IoT和eMTC）集成到了NTN中，于R17版本首次提出。IoT-NTN侧重在GEO（高轨卫星通信）卫星下支持低复杂度eMTC（增强型机器类型通信）和NB-IoT（窄带物联网）终端的卫星物联网服务，如全球资产跟踪，支持数Kbps的信息速率，更关注物联网领域的广覆盖、低功耗、低成本的通信需求。相对于NR-NTN，IoT-NTN性价比低，且对卫星能力的要求较低，因此率先展开了商业化。

在集成了NB-IoT后，NTN在物联网领域有着更大的优势。业内人士普遍认为，物联网成为卫星移动通信业务的增长点，将广泛应用于智慧城市、农业物联、交通运输、物流管理、电网电力、渔业海事、环境监测等领域。市场调研机构IoT Analytics预计，到2027年全球卫星物联网用户将达到2200万，国内卫星物联网终端数可达187万。中国电信卫星应用技术研究院网络技术专家高向东在公开演讲中提到，按中国卫星通信规模占全球8.5%估算，预计到2027年国内卫星物联网终端数可达187万。

在IoT-NTN商业化过程中，手机直连卫星技术成为契机，驱动卫星通信新的需求，并且将卫星互联网的应用场景从专业领域向大众消费领域延伸拓展。此前，苹果推出的iPhone14 、华为推出的Mate50系列搭载了卫星通信功能就引起了消费者的关注。两款手机分别采用了Globalstar通信卫星方案、北斗通信卫星方案，不过这两种方案与3GPP的NTN标准不一致。


中国信息通信研究院技术与标准研究所总工程师李侠宇介绍，手机直连卫星目前存在三种技术路线。美国主推“存量手机”路线，采用未经修改的4G/5G手机直连卫星。我国目前已经推出支持天通卫星的多模手机，正在积极探索3GPP NTN的技术路线。

中移芯昇在10月表示，公司已开启研发IoT NTN的语音业务，联合vivo成功演示了IoT-NTN低码率语音电话技术。由此可以期待vivo在手机直连卫星技术的进展。据了解，中移芯昇已成功搭建IoT NTN全链路仿真平台，并建立了卫星信道模型和链路预算模型。

但目前，NTN还面临着时间延迟、多普勒偏移、低信噪比等技术挑战。在时间延迟方面，同步卫星的延迟约为120ms，低轨卫星的延迟约为2ms到6ms。多普勒偏移称为多普勒效应，这是由于低轨卫星相对地面高速移动而产生的。资料显示，3GPP TR 38.821，S波段、轨道高度600km的LEO卫星多普勒频移约为24ppm。该如何解决这些技术难题，还需要产业链上的厂商不断投入研发。


相控阵芯片解决成本挑战，基带处理芯片综合成本可降90%

当前，卫星平台相对成熟并逐步标准化，载荷、卫星通信芯片等关键组件仍在演进。我们看到，通信运营商与通信组件产业链上的企业都在布局卫星技术。电子发烧友网了解到，联发科、紫光展锐等芯片企业均展示了自家的NTN芯片。早在2023年的MWC大会上，联发科就展示了MT6825 IoT－NTN芯片组，支持双向通讯，支持 Bullitt 卫星通信服务，MT6825已经用在摩托罗拉 defy 2 和 CAT S75两款智能手机中。

紫光展锐推出的5G loT-NTN卫星通信SoC芯片V8821，单芯片集成了基带、射频、电源管理、存储等，支持L频段海事卫星和S频段天通卫星，支持 TCP/IP 协议，并且支持接入其他高轨卫星系统，发射功率低至23dBm。在终端功能的支持方面，支持通话和位置共享、数据传输、文字消息等。

在芯片的发展趋势上，卫星通信SoC将朝着高度集成化、小型化、一体化的方向迭代，从而进一步降低芯片的成本、功耗。由于地面网络和太空网络的发展趋势有所不同，地面网络是沿着频谱受限的场景在演进，太空网络是沿着功率受限的场景在演进，对成本和功耗的要求更加高。

白盒子微电子副总裁阮玉峰表示，卫星载荷中相控阵的成本占到一半左右的比例。与同步卫星相比，由于低轨卫星移动速度更快，需要相控阵进行追踪，为了实现高速率的体验，就需要面积更多、数量更多的相控阵，相控阵系统中相关的芯片成本也就越多。因此如何提供低成本的载荷和终端，芯片成为产业链上关键的一环。

在今年MWC2024上，白盒子微电子展示了公司超宽带卫星通信载荷基带SoC芯片、终端基带SoC芯片等产品。据了解，白盒子的数字基带处理芯片优化SoC架构和电路设计，实现了载荷和终端共用，DVB和NTN共用。通过天地一体化的设计实现网端复用，降低载荷成本。

阮玉峰介绍，公司的数字基带处理芯片支持低成本抗辐照。抗辐照是业内关注的重点，传统的宇航级的芯片价格非常高，那动辄十万甚至百万级别。白盒子微电子通过板级限流+芯片级薄弱点加固保护，实现低成本抗辐照，综合成本可以降低90%。主要是在板级增加低成本的限流防护电路，确保芯片不被损坏；通过实验，识别无法在板级保护的芯片薄弱点；通过实验，识别无法在板级保护的芯片薄弱点。

在毫米波相控阵芯片方面，天锐星通与网络通信与安全紫金山实验室合作，推出CMOS全集成4通道毫米波相控阵芯片，将每通道的成本由1000元降至20元左右。2023年，天锐星通发布了Q/V、W频段相控阵芯片及天线。其中W频段相控阵芯片及天线解决了极高频相控阵芯片、极高频全集成天线阵面等技术难题。

可以看到，国内卫星通信芯片厂商通过不断地技术迭代，优化了芯片成本，这也成为推动国内卫星通信产业高速发展的关键。在产品的集成化迭代方面，电子发烧友网关注到，睿普康推出了移动终端通信芯片R801-TT，这是一颗高集成度、低功耗卫星移动终端通信芯片，兼容高轨卫星与低轨卫星。

睿普康还推出了面向卫星互联网和蜂窝互联网的SDR平台芯片，单颗芯片集成基带处理器、射频收发器、轻量级应用处理器、模拟传感器和接口、电源管理器，合封RAM和Flash存储单元。产品可用于NTN IoT等卫星互联网终端。