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614日前，聯(lián)發(fā)科宣布成功利用高軌衛(wèi)星測(cè)試了NB-IoT衛(wèi)星基站的數(shù)據(jù)傳輸能力，證明移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)應(yīng)用在地球同步軌道衛(wèi)星也能有效工作，這將為無處不在的全球物聯(lián)網(wǎng)覆蓋提供一種更具經(jīng)濟(jì)性的方式。一時(shí)間，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)再次引發(fā)熱議。
世界銀行數(shù)據(jù)顯示，目前地面物聯(lián)網(wǎng)(IoT)業(yè)務(wù)在陸地的覆蓋率僅為20%，而海洋覆蓋率則不到5%。在這些人跡罕至卻又需要通信的區(qū)域，建設(shè)基站和鋪設(shè)線路的難度大、成本高。這降低了實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的可能性。為突破地面基站覆蓋范圍的限制，近年來物聯(lián)網(wǎng)向太空進(jìn)軍的勢(shì)頭開始增強(qiáng)。目前，國(guó)內(nèi)外已有多家企業(yè)啟動(dòng)了衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，讓衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)綻放出了巨大的潛力。
衛(wèi)星成助力“萬物互聯(lián)”關(guān)鍵一環(huán)
5G時(shí)代，萬物互聯(lián)當(dāng)?shù)馈Ｒ苿?dòng)物聯(lián)網(wǎng)的快速部署已經(jīng)成為5G時(shí)代乃至未來的重要趨勢(shì)。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要依靠基站等基礎(chǔ)設(shè)施來完成區(qū)域的覆蓋，而這種連續(xù)不間斷的覆蓋需要大量地投資基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。由于在島嶼、沙漠、海洋等人跡罕至的偏遠(yuǎn)地區(qū)安裝基站和鋪設(shè)光纖線路的難度大、成本高，目前地面蜂窩基站的陸地覆蓋率約為20%，而海洋覆蓋率則不到5%。
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)能夠突破因地面基站所不能及而帶來的物聯(lián)網(wǎng)覆蓋限制。因此，不受地理環(huán)境和氣候環(huán)境影響，且具備全天候服務(wù)能力的衛(wèi)星通信近年來常常獲得業(yè)內(nèi)的青睞。
中國(guó)航天科工集團(tuán)行云工程總設(shè)計(jì)師劉蕭磊對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，與衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)相比，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)不追求傳輸速率。物聯(lián)網(wǎng)連接的是人與物、物與物，且主要追求的是“廣鏈接”，因此對(duì)速率沒有過高要求。
根據(jù)全球多家咨詢機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)情況，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)在未來全球物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中表現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿Α氖袌?chǎng)規(guī)模來看，美國(guó)權(quán)威衛(wèi)星行業(yè)咨詢公司NSR預(yù)測(cè)，2022年將有1億至2億臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有接入衛(wèi)星的需求。麥肯錫公司預(yù)測(cè)，天基物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)值在2025年可達(dá)5600億美元至8500億美元。
從應(yīng)用場(chǎng)景來看，農(nóng)業(yè)管理、工程建筑、海上運(yùn)輸和能源行業(yè)將成為衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)最重要的應(yīng)用方向，能夠?qū)ο嚓P(guān)行業(yè)的發(fā)展模式產(chǎn)生重大影響。在農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠大面積收集農(nóng)場(chǎng)的土壤成分、溫度、濕度等數(shù)據(jù)。在工程應(yīng)用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)土木工程項(xiàng)目的遠(yuǎn)程監(jiān)控。預(yù)計(jì)到2022年，該市場(chǎng)將以每年25%的增速達(dá)到34億美元。在海運(yùn)應(yīng)用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠全程跟蹤海上船舶和集裝箱，并提高貨運(yùn)的效率。在能源應(yīng)用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)可以監(jiān)控天然氣、石油和風(fēng)能等能源在市場(chǎng)上下游的流動(dòng)數(shù)據(jù)，以此得到投資回報(bào)比更高的解決方案。此外，水資源監(jiān)控可以提高缺水地區(qū)的水資源利用率，而這也將促進(jìn)缺水地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。
各國(guó)加緊布局衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)并不是新興概念。自20世紀(jì)90年代末以來，以銥星(Iridium)、全球星(Globalstar)、軌道通信(Orbcomm)為代表的低軌移動(dòng)星座均展開了各自的物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，并持續(xù)推動(dòng)了應(yīng)用范圍和深度的不斷拓展。
近年來，隨著商業(yè)航天領(lǐng)域的快速發(fā)展，可回收運(yùn)載火箭、“一箭多星”等技術(shù)正在持續(xù)降低衛(wèi)星發(fā)射的成本，因此利用小衛(wèi)星及其先進(jìn)的制造技術(shù)來推動(dòng)流水線的批量生產(chǎn)已經(jīng)成為行業(yè)標(biāo)配。隨著衛(wèi)星研發(fā)和制造成本的不斷下降，準(zhǔn)入門檻正在進(jìn)一步降低，而這能夠幫助許多初創(chuàng)企業(yè)縮短建設(shè)周期、降低研制成本并實(shí)現(xiàn)快速組網(wǎng)。
軌道通信公司的Orbcomm-2是較早在軌運(yùn)行的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃。該計(jì)劃的18顆微型衛(wèi)星在2012—2015年間全部完成了發(fā)射，目前已有數(shù)百萬個(gè)衛(wèi)星物聯(lián)設(shè)備部署在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。天空和空間全球公司由英國(guó)、以色列和澳大利亞三國(guó)聯(lián)合建立，該公司計(jì)劃在2020年創(chuàng)建200顆由3u立方體星組成的大型星座，前三顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星已于2017年發(fā)射成功。歐盟Eutelsat公司初期部署的物聯(lián)網(wǎng)星座由25顆衛(wèi)星組成，第一批四顆衛(wèi)星預(yù)計(jì)于2020年至2021年之間發(fā)射，入軌后將提供商業(yè)服務(wù)。
以中國(guó)航天科工的“行云工程”和中國(guó)航天科技的“鴻雁星座”為代表的低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座計(jì)劃正在穩(wěn)步推進(jìn)。今年5月，中國(guó)航天科工集團(tuán)的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃取得進(jìn)展，“行云工程”的“行云二號(hào)”01星、02星兩顆衛(wèi)星全部發(fā)射成功。據(jù)悉，“行云工程”計(jì)劃分三個(gè)階段，由80顆低軌通信衛(wèi)星組成的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座將在2023年前建成。這能夠?yàn)闃O地環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣象數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、海上運(yùn)輸通信等多個(gè)行業(yè)提供應(yīng)用測(cè)試，并為后續(xù)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)奠定基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)真正的全球萬物互聯(lián)。
高、低軌聯(lián)合提供衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)新型解決方案
中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究員戰(zhàn)略規(guī)劃研究部咨詢師劉潔在接受記者采訪時(shí)指出，從軌道分布來看，GEO(高軌)、LEO(低軌)兩種軌道配置均被用來提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，且各具優(yōu)勢(shì)。從SpaceX、亞馬遜、OneWeb等新入局的新興初創(chuàng)企業(yè)的星座計(jì)劃來看，低軌已成為衛(wèi)星通信計(jì)劃的“新賽道”。
低軌衛(wèi)星在衛(wèi)星通信計(jì)劃中的優(yōu)勢(shì)明顯。“低軌衛(wèi)星傳輸?shù)难舆t更短、路徑損耗更小，因此發(fā)射成本相對(duì)更低。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間頻譜感知技術(shù)研究室副主任閆毅告訴記者。
目前，已有多家互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商提出星座計(jì)劃，并發(fā)射了多顆試驗(yàn)星和業(yè)務(wù)星以搶占藍(lán)海市場(chǎng)。一時(shí)間，低軌空間變得擁擠不堪。根據(jù)賽迪顧問發(fā)布的《“新基建”之中國(guó)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》，近地軌道可容納約6萬顆衛(wèi)星。預(yù)計(jì)到2029年，地球近地軌道將部署約5.7萬顆衛(wèi)星，因此軌位空間將所剩無幾。
基于此，高、低軌聯(lián)合提供的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)解決方案將成未來衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)之一，而高軌也將在星座計(jì)劃中釋放出更多的潛力和更大的市場(chǎng)空間。2019年8月，澳大利亞物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)Myriota與澳大利亞最大的GEO衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商Optus合作，結(jié)合高低軌衛(wèi)星的各自優(yōu)勢(shì)來服務(wù)于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。
日前，聯(lián)發(fā)科基于標(biāo)準(zhǔn)NB-IoT芯片開發(fā)出了支持衛(wèi)星功能的設(shè)備。該設(shè)備通過國(guó)際海事衛(wèi)星組織的Alphasat L波段衛(wèi)星，已成功與商用GEO衛(wèi)星建立了雙向鏈路，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的全球覆蓋。國(guó)際海事衛(wèi)星組織產(chǎn)品高級(jí)總監(jiān)Jonathan Beavon先生介紹，此次試驗(yàn)表明，通過小幅修改即可讓移動(dòng)通信技術(shù)有效地應(yīng)用于GEO衛(wèi)星。這將為混合型全球物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋提供一個(gè)極具成本效益的途徑，同時(shí)也能釋放出高軌衛(wèi)星的更多應(yīng)用價(jià)值。”
高、低軌共同發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)可以打造立體式的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式，并為行業(yè)提供衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新解決方案。
“天地一體化”服務(wù)仍有待探索
實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面設(shè)備的互聯(lián)會(huì)涉及地面通信和衛(wèi)星通信等多種手段的結(jié)合，因此這種“天地一體化”的服務(wù)需要將二維地面網(wǎng)絡(luò)與近地三維衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合與升級(jí)，以此打破通信基礎(chǔ)設(shè)施由于空間分布不同而導(dǎo)致的業(yè)務(wù)、服務(wù)的隔閡。目前，雖然“天地一體”物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的前景被廣泛看好，但尚未形成真正成熟的商業(yè)模式。
在賽迪顧問物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心高級(jí)分析師劉暾看來，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)會(huì)更多地面向行業(yè)用戶。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)具有傳輸覆蓋廣、不受地理環(huán)境限制、可靠性高等特性，將有望為行業(yè)客戶提供更加優(yōu)質(zhì)的專網(wǎng)服務(wù)。然而，由于“天地一體化”網(wǎng)絡(luò)涉及復(fù)雜的通信環(huán)境和多個(gè)通信系統(tǒng)，其節(jié)點(diǎn)比傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境更加繁多和復(fù)雜。與此同時(shí)，由于多個(gè)通信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)者不同，更多安全、可靠、高效的網(wǎng)絡(luò)接口需要被設(shè)計(jì)出來，以此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)深度和安全的融合。這將給整個(gè)通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)帶來更多挑戰(zhàn)。
賽迪智庫(kù)無線電管理研究所副研究員周鈺哲此前向記者表示，這種“天地一體化”網(wǎng)絡(luò)需要攻克技術(shù)難題。要做到地面物聯(lián)網(wǎng)信號(hào)和非地面網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的無感切換，一是要重新設(shè)計(jì)兼容的星地通信協(xié)議，比如優(yōu)化通信系統(tǒng)間的切換流程;二是要考慮智能、高效的頻率共享與干擾消除方法，以應(yīng)對(duì)每條鏈路上不同的數(shù)據(jù)速率需求;三是要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星等非地面通信設(shè)備小型化和輕量化設(shè)計(jì)，以此避免非地面通信網(wǎng)絡(luò)的載荷限制。
此外，由于衛(wèi)星與地面運(yùn)營(yíng)商之間的利益關(guān)系還有待協(xié)調(diào)，這種協(xié)議體制競(jìng)爭(zhēng)存在著極大變數(shù)。劉潔指出，“天地一體化”的網(wǎng)絡(luò)融合需要優(yōu)化資源配置，并平衡好協(xié)議體制的競(jìng)爭(zhēng)，從而更好地發(fā)揮作用。目前，國(guó)際通信衛(wèi)星公司、歐洲衛(wèi)星通信公司、天空完美日星公司等衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)服務(wù)商在融合服務(wù)方面已經(jīng)進(jìn)行多種嘗試并積累了成功的經(jīng)驗(yàn)，因此能夠向用戶提供融合天地通信網(wǎng)絡(luò)資源的解決方案。
