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506日前，聯(lián)發(fā)科宣布成功利用高軌衛(wèi)星測試了NB-IoT衛(wèi)星基站的數(shù)據(jù)傳輸能力，證明移動網(wǎng)絡的技術應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)濟性的方式。一時間，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，建設基站和鋪設線路的難度大、成本高。這降低了實現(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)向太空進軍的勢頭開始增強。目前，國內(nèi)外已有多家企業(yè)啟動了衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計劃，讓衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場綻放出了巨大的潛力。
衛(wèi)星成助力“萬物互聯(lián)”關鍵一環(huán)
5G時代，萬物互聯(lián)當?shù)?。移動物?lián)網(wǎng)的快速部署已經(jīng)成為5G時代乃至未來的重要趨勢。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術需要依靠基站等基礎設施來完成區(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設施建設。由于在島嶼、沙漠、海洋等人跡罕至的偏遠地區(qū)安裝基站和鋪設光纖線路的難度大、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，且具備全天候服務能力的衛(wèi)星通信近年來常常獲得業(yè)內(nèi)的青睞。
中國航天科工集團行云工程總設計師劉蕭磊對《中國電子報》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”，因此對速率沒有過高要求。
根據(jù)全球多家咨詢機構(gòu)的預測情況，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?。從市場?guī)模來看，美國權(quán)威衛(wèi)星行業(yè)咨詢公司NSR預測，2022年將有1億至2億臺物聯(lián)網(wǎng)設備有接入衛(wèi)星的需求。麥肯錫公司預測，天基物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)值在2025年可達5600億美元至8500億美元。
從應用場景來看，農(nóng)業(yè)管理、工程建筑、海上運輸和能源行業(yè)將成為衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)最重要的應用方向，能夠?qū)ο嚓P行業(yè)的發(fā)展模式產(chǎn)生重大影響。在農(nóng)業(yè)應用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠大面積收集農(nóng)場的土壤成分、溫度、濕度等數(shù)據(jù)。在工程應用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對偏遠地區(qū)土木工程項目的遠程監(jiān)控。預計到2022年，該市場將以每年25%的增速達到34億美元。在海運應用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠全程跟蹤海上船舶和集裝箱，并提高貨運的效率。在能源應用方面，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)可以監(jiān)控天然氣、石油和風能等能源在市場上下游的流動數(shù)據(jù)，以此得到投資回報比更高的解決方案。此外，水資源監(jiān)控可以提高缺水地區(qū)的水資源利用率，而這也將促進缺水地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。
各國加緊布局衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計劃
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)并不是新興概念。自20世紀90年代末以來，以銥星(Iridium)、全球星(Globalstar)、軌道通信(Orbcomm)為代表的低軌移動星座均展開了各自的物聯(lián)網(wǎng)計劃，并持續(xù)推動了應用范圍和深度的不斷拓展。
近年來，隨著商業(yè)航天領域的快速發(fā)展，可回收運載火箭、“一箭多星”等技術正在持續(xù)降低衛(wèi)星發(fā)射的成本，因此利用小衛(wèi)星及其先進的制造技術來推動流水線的批量生產(chǎn)已經(jīng)成為行業(yè)標配。隨著衛(wèi)星研發(fā)和制造成本的不斷下降，準入門檻正在進一步降低，而這能夠幫助許多初創(chuàng)企業(yè)縮短建設周期、降低研制成本并實現(xiàn)快速組網(wǎng)。
軌道通信公司的Orbcomm-2是較早在軌運行的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計劃。該計劃的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)百萬個衛(wèi)星物聯(lián)設備部署在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域。天空和空間全球公司由英國、以色列和澳大利亞三國聯(lián)合建立，該公司計劃在2020年創(chuàng)建200顆由3u立方體星組成的大型星座，前三顆實驗衛(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)星預計于2020年至2021年之間發(fā)射，入軌后將提供商業(yè)服務。
以中國航天科工的“行云工程”和中國航天科技的“鴻雁星座”為代表的低軌衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)星座計劃正在穩(wěn)步推進。今年5月，中國航天科工集團的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)計劃取得進展，“行云工程”的“行云二號”01星、02星兩顆衛(wèi)星全部發(fā)射成功。據(jù)悉，“行云工程”計劃分三個階段，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。這能夠為極地環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)災害監(jiān)測、氣象數(shù)據(jù)預報、海洋環(huán)境監(jiān)測、海上運輸通信等多個行業(yè)提供應用測試，并為后續(xù)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)奠定基礎，以實現(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
中國航天系統(tǒng)科學與工程研究員戰(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，且各具優(yōu)勢。從SpaceX、亞馬遜、OneWeb等新入局的新興初創(chuàng)企業(yè)的星座計劃來看，低軌已成為衛(wèi)星通信計劃的“新賽道”。
低軌衛(wèi)星在衛(wèi)星通信計劃中的優(yōu)勢明顯?！暗蛙壭l(wèi)星傳輸?shù)难舆t更短、路徑損耗更小，因此發(fā)射成本相對更低?！敝袊茖W院國家空間科學中心空間頻譜感知技術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)星運營商提出星座計劃，并發(fā)射了多顆試驗星和業(yè)務星以搶占藍海市場。一時間，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。預計到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)展的趨勢之一，而高軌也將在星座計劃中釋放出更多的潛力和更大的市場空間。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)星運營商Optus合作，結(jié)合高低軌衛(wèi)星的各自優(yōu)勢來服務于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場。
日前，聯(lián)發(fā)科基于標準NB-IoT芯片開發(fā)出了支持衛(wèi)星功能的設備。該設備通過國際海事衛(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，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的全球覆蓋。國際海事衛(wèi)星組織產(chǎn)品高級總監(jiān)Jonathan Beavon先生介紹，此次試驗表明，通過小幅修改即可讓移動通信技術有效地應用于GEO衛(wèi)星。這將為混合型全球物聯(lián)網(wǎng)的覆蓋提供一個極具成本效益的途徑，同時也能釋放出高軌衛(wèi)星的更多應用價值?！?
高、低軌共同發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務可以打造立體式的物聯(lián)網(wǎng)服務模式，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”服務仍有待探索
實現(xiàn)衛(wèi)星和地面設備的互聯(lián)會涉及地面通信和衛(wèi)星通信等多種手段的結(jié)合，因此這種“天地一體化”的服務需要將二維地面網(wǎng)絡與近地三維衛(wèi)星通信網(wǎng)絡進行融合與升級，以此打破通信基礎設施由于空間分布不同而導致的業(yè)務、服務的隔閡。目前，雖然“天地一體”物聯(lián)網(wǎng)服務的前景被廣泛看好，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)研究中心高級分析師劉暾看來，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)會更多地面向行業(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。然而，由于“天地一體化”網(wǎng)絡涉及復雜的通信環(huán)境和多個通信系統(tǒng)，其節(jié)點比傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境更加繁多和復雜。與此同時，由于多個通信系統(tǒng)的運營者不同，更多安全、可靠、高效的網(wǎng)絡接口需要被設計出來，以此實現(xiàn)網(wǎng)絡深度和安全的融合。這將給整個通信設備產(chǎn)業(yè)帶來更多挑戰(zhàn)。
賽迪智庫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)絡需要攻克技術難題。要做到地面物聯(lián)網(wǎng)信號和非地面網(wǎng)絡信號的無感切換，一是要重新設計兼容的星地通信協(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，以應對每條鏈路上不同的數(shù)據(jù)速率需求;三是要實現(xiàn)衛(wèi)星等非地面通信設備小型化和輕量化設計，以此避免非地面通信網(wǎng)絡的載荷限制。
此外，由于衛(wèi)星與地面運營商之間的利益關系還有待協(xié)調(diào)，這種協(xié)議體制競爭存在著極大變數(shù)。劉潔指出，“天地一體化”的網(wǎng)絡融合需要優(yōu)化資源配置，并平衡好協(xié)議體制的競爭，從而更好地發(fā)揮作用。目前，國際通信衛(wèi)星公司、歐洲衛(wèi)星通信公司、天空完美日星公司等衛(wèi)星運營服務商在融合服務方面已經(jīng)進行多種嘗試并積累了成功的經(jīng)驗，因此能夠向用戶提供融合天地通信網(wǎng)絡資源的解決方案。
