以下文章來源于半導體行業觀察 ，作者杜芹

衛星通信正在通信領域發揮著越來越重要的作用。例如，中國通過衛星電視已為非洲數千個村莊帶來了奧運會、世界杯等國際賽事，極大地豐富了當地居民的文化生活。此外，衛星還被用于實時監測臺風“摩羯”等自然災害，為人們提供預警，減少損失。尤為值得一提的是，近兩年，隨著“手機直連衛星”功能在華為、vivo等國產手機上陸續實現，衛星通信逐漸走入大眾生活，讓更多人體驗到了其便利性。

與此同時，商業衛星市場發展迅猛。根據衛星行業協會(SIA) 的年度報告，2023年，商業衛星發射次數創歷史新高，部署了2,781顆創紀錄數量的衛星，比上一年增加了20%。截至年底，地球軌道上運行的活躍衛星數量已達9691顆，五年內增長了361%。

衛星通信發展的驅動力

衛星通信技術近年來取得了顯著進步，特別是在低地球軌道(LEO)衛星的部署上。以SpaceX的Starlink為代表的LEO星座計劃已經展示了其在提供高速、低延遲全球互聯網服務中的巨大潛力。而除了SpaceX，其他公司如OneWeb、亞馬遜的Kuiper項目和Telesat也正在大力投資LEO衛星網絡的建設。隨著更多衛星的發射和部署，全球衛星互聯網服務將變得更加可行，并且成本將大幅下降。

低地球軌道(LEO)衛星正成為衛星通信領域的顛覆性力量。根據軌道高度的不同，衛星可以分為低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)和地球同步軌道(GEO)三種。其中，LEO衛星相較于GEO和MEO的同類衛星具有顯著優勢，GEO衛星信號傳輸延遲為280毫秒(ms)，而LEO衛星能夠將延遲降低至僅6至30毫秒。因此，LEO衛星能夠為地球上偏遠和欠發達地區提供低延遲(比GEO快30倍)且高速的互聯網連接。

從市場需求上來看，5G技術的商用加速了人們對高速率、低延遲通信的需求，而衛星通信能夠有效補充地面5G網絡的覆蓋不足，尤其是在偏遠地區和海上。物聯網設備的爆炸式增長對網絡連接提出了更高的要求，衛星通信能夠提供廣域覆蓋和低功耗的連接解決方案。衛星通信在無人機、自動駕駛、智慧城市等新興應用場景中發揮著越來越重要的作用。

政策也是衛星通信發展之路上的重要的推手。各國政府紛紛出臺政策，鼓勵衛星通信產業的發展，為其提供了良好的發展環境。例如，國內方面：國務院在《“十四五”數字經濟發展規劃》提出加快布局衛星通信網絡等，推動衛星互聯網建設;在《擴大內需戰略規劃綱要(2022-2035年)》中提出推進衛星及應用基礎設施建設。國外方面：2024年7月15日，Rocket Lab公司獲得《CHIPS法案》高達2,390萬美元的資金，Rocket Lab專門生產高效抗輻射復合半導體(太空級太陽能電池)——用于在太空中將光轉化為電能的設備。這項擬議的投資將使Rocket Lab能夠增加其用于航天器和衛星的復合半導體產量。

衛星通信的發展趨勢

01向高頻段邁進

衛星通信通常使用1–50千兆赫(GHz)的超高頻范圍來發送和接收信號。頻率范圍或波段用字母標識：(從低頻到高頻)L、S、C、X、Ku、Ka、Q/V、E頻段。大多數衛星部署通常使用L至Ka頻段，這些頻段廣泛應用于通信、廣播、移動寬帶等服務。

隨著頻段從L到E頻段逐漸向更高頻率發展，高頻段通信需要更加精密的射頻功率放大器、濾波器、低噪聲放大器等器件來減少信號損耗和噪聲，同時保證在高頻環境下的高效運行。在這方面，Qorvo是少有的能夠覆蓋到Ku波段和K/Ka波段的射頻器件供應商，涵蓋PA、LNA、分立式開關、RF濾波器、數字步進衰減器、混頻器、倍增器、移相器等廣泛產品組合。2023年9月，Qorvo發布了業界最高功率的Ku波段衛星通信放大器QPA0017，適用于日益增長的相控陣天線衛星終端以及高數據吞吐量的地面和移動設備。這為衛星通信向更高頻段的邁進提供了有力支持。

隨著通信技術的進步和對更大帶寬需求的增加，越來越多的衛星正逐步向Q/V和E頻譜等更高頻段發展。這些高頻段能夠提供更高的吞吐量，滿足未來更高速率的數據傳輸需求。行業仍需要積極應對這些需求。

02衛星通信與5G網絡的融合

下一代通信網絡的一個重要趨勢是地面通信與衛星通信的融合。尤其是，5G技術的快速發展帶來了全球移動通信的變革，然而，地面5G網絡的覆蓋仍然受到基礎設施的限制，尤其是在農村、山區、海洋和空中等偏遠地區。在這些受限的區域，衛星通信能夠為5G提供至關重要的回程支持。

然而，現有的地面5G NR標準不能適應低軌衛星信道，為此，國際電信標準組織3GPP已經在其第17版和第18版標準中引入了非地面網絡(NTN)的支持，包括LEO、MEO(中地球軌道)和GEO衛星系統。NTN旨在擴大全球網絡覆蓋范圍，特別是在農村及偏遠地區，并促進移動設備、物聯網(IoT)和商業自主駕駛車輛與衛星之間的直接連接。這種整合使衛星產業能夠充分利用5G生態系統的規模效應。

通過這些標準的引入，衛星通信將與地面5G網絡實現無縫銜接，滿足更廣泛的通信需求。這不僅是技術上的融合，也預示著衛星通信市場從專業和小眾領域轉向大眾市場的重大轉變。

衛星通信的挑戰

衛星通信的一個關鍵挑戰一直是成本問題，尤其是用戶終端的成本。與商用電信領域相比，開發衛星通信終端更加復雜。雖然5G系統的行業標準提供了跨市場的統一硬件規范，但衛星通信用戶終端缺乏一致的性能要求、物理接口、波形、調制解調器或中頻(IF)頻率。這使得終端開發人員面臨巨大挑戰。

在擁有數千個元件的天線陣列中，砷化鎵(GaAs)和氮化鎵(GaN)材料的每平方毫米成本較高，難以實現高產量的衛星通信終端應用。高度集成的硅基波束成形IC提供了適合的大規模陣列集成的尺寸，并且能夠在大批量生產中保持較低的成本。

衛星通信要擁抱5G，使用硅基毫米波IC的有源電子掃描天線(AESAs)已成為在成本和性能之間達到平衡的技術。用于平板AESA設計的硅IC具有高性能、應用靈活性、易于集成、高能效和良好的經濟性。

在這個領域，美國的Anokiwave公司在平板有源電子掃描陣列(AESA)天線領域已成為行業標桿，而且是LEO、MEO和GEO 衛星通信終端的毫米波平板有源天線領域中公認的硅IC首選供應商。不過在2024年1月31日, Anokiwave被Qorvo收入麾下，預計結合Qorvo在射頻領域的豐富積累，雙方的互補組合將大大推動衛星通信領域的成本下降。

結語

衛星通信正處于一個歷史性的發展機遇期，多種技術進步、成本降低和市場需求的疊加，正在推動這一產業逐漸邁向成熟。從LEO星座的部署到地面5G網絡的整合，衛星通信的應用場景將不斷拓展，最終實現全球無縫連接。在未來，我們有理由相信，在各方的共同努力下，衛星通信將為人類社會帶來更多的便利和福祉。