将基站搬到天上,物联网迎来一场“升维”竞争

导读

经过数代的迭代更新,地面上的蜂窝通信已经可以满足用户的绝大部分需求,但在其信号覆盖不到的海洋、高空等环境下,还需要卫星通信来进行辅助和补充。 

不久前,几家主流手机厂商在发布会上推出的旗舰新品都配备了近期大火的卫星通信,可以让用户在基站信号覆盖之外的区域也能发送文本,这对面临紧急情况的用户来说是一项具有重要意义的功能。

近年来,在全球范围内,卫星通信已然成为运营商和科技公司的必争之地,如SpaceX公司旗下的星链已向空中发射了三千颗以上的低轨道卫星,最终目标是建成覆盖全球的卫星通信网络。

其实早在上世纪70年代末,卫星就已经被用于资产跟踪和远程遥测等领域,但出于对成本和能效等方面的考量,卫星物联网一直以来都未受到太多重视。如今,在地面物联网跨入“物超人”时代之际,基于卫星的物联网产业也在蓬勃发展傍边,成为一些行业和企业的全新选择。

真正实现“无处不在”的万物互联

按照瑞典的专业物联网分析公司Berg Insight的最新报告,截止到2021年底,全球卫星物联网用户已经超过390万,并且将以40.3%的复合年增长率(CAGR)持续增长,到2026年时,这一数字将达到2120万。同时,IoT Analytics也曾预测,到2026年时,全球卫星物联网连接的市场将增长到10亿美元规模,增速也将从几年前7%的CAGR加速到未来几年14%的CAGR。

放眼城市区域,随着基站数量和密度的进一步增加,目前几乎没有完全失去信号的情况出现,但从更大的范围来看,如今也只有约10%-20%的地球表面覆盖了网络通信,占据陆地面积的50%。目前的网络覆盖对于使用互联网的消费者来说已经足够,但那些身处荒漠、森林、海洋等区域的设备却仍渴求着网络的接入。而农业、海运、石油勘探以及某些公用事业等应用也大多分布在这些区域,这就给卫星物联网产业留下了巨大的机会,是对偏远地区的地面蜂窝和非蜂窝网络提供的有力补充。

不外,虽然卫星通信确实是地面通信的抱负补充,但其最初并非是为物联网应用而设计,因此比拟其他解决方案来说更昂贵也更复杂。但随着技术的进步,发射卫星的成本已经大幅降低,并且还有进一步降低的趋势,卫星通信也更加不变、便利。因此,现有的卫星运营商和各类初创公司都在押注卫星物联网这片“蓝海”市场。

不仅如此,Berg Insight 的报告中也提到,作为全球四大卫星物联网运营商,Iridium、Orbcomm、Inmarsat和Globalstar 近年来在该领域都有着不错的增长。目前,Iridium的卫星物联网用户数已经达到130万,Orbcomm更是转变为一家卫星物联网端到端解决方案提供商,去年底的用户规模已经达到110万。

在技术方面,除了利用专业的卫星连接技术来与地面的物联网设备连接,很多公司也在尝试使用地面的物联网无线连接技术,如Lacuna Space采用了LoRaWAN、Huble Network使用的蓝牙以及Eutelsat使用的Sigfox等。

卫星通信和5G融合有望成为新趋势

当前,5G网络已经进入成熟的商用阶段,已经覆盖且满足了用户的绝大部分需求,而卫星通信还处于发展初期,如果继续走此前专用、封闭的发展路线,其想要实现规模应用和商业化则还有很长的路要走。不外,二者的融合发展却有望成为行业发展的新热点。 

对于以5G等为代表的地面蜂窝通信来说,虽然其在基站信号覆盖的范围之内可以为用户提供极佳的使用体验,甚至通过5G-NR结合特殊的射频技术还能实现对近海和低空的局部覆盖,但对远海和高空等却无能为力,而这些都是卫星通信可以发挥作用的领域。不仅如此,卫星通信系统也一直在由窄带话音向高通量的宽带数据传输发展,从仅提供狭义的通信办事向更广范围的互联网和物联网演进,也在从低频的专有应用向高频的大众办事转变。 

早在2018年时,欧空局和日本国家信息与通信技术研究就签署了计划,合作研发卫星通信与5G通信无缝切换的洲际通信能力;2022年初更是成功在国际间长距离5G网络中实现了5G控制信号、高清4K视频和物联网数据的传输并完成网络传输质量测试;在本年6月的日欧联合实验中,还成功将卫星线路集成到国际间长距离5G网络中,实现太空与地面无缝连接,证明了在洲际范围内安排高度分布式可信网络连接的可行性。 

目前,卫星通信与5G的融合业务尚未进行大面积推广,想要实现真正的“星地融合”,未来还要与6G通信相结合,甚至在低轨卫星之外,还将进一步支持同步卫星、高轨卫星、平流层浮空器以及无人机等。由地面通信和卫星通信融合带来的全新机遇,虽然在技术研发上面临着无比艰巨的挑战,但也将鞭策卫星通信行业迈进前所未有的大市场。 

卫星物联网也能低功耗

今天,在全球遍地人迹罕至的地方,都可能会存在企业的各种业务,安排在这些地方的设备等资产也都有被追踪和连接的需求。由于蜂窝网络通常无法提供无处不在的连接,使用低功耗广域网(LPWAN)这种非蜂窝连接,虽然可以在某种程度上满足远距离、低数据量和低功耗的物联网连接需求,但由于缺乏统一的标准和全球连接,也依然面临挑战,这也是卫星物联网比拟前两者具有的独到优势。 

通过使用卫星物联网来补充蜂窝和非蜂窝网络连接,企业几乎可以实时获取到需要的数据并进行分析,进而反馈相应的指令,实现远比传统方式更加高效的运营。同时,卫星物联网的连接也非常可靠,能保证在全球范围内提供一致的办事。 

不外,卫星物联网的目标并非完全替代现有的地面通信方式,而是通过与它们进行融合,从而补充地面网络的不足,提供更加优质的办事。在过去几年,多家卫星初创公司已经颁布颁发推出基于卫星的新型物联网通信系统,有望大大降低传统卫星系统的成本和能耗。这些卫星通信系统要么利用新的物联网空口协议,要么利用现有的LPWAN技术,如LoRa或NB-IoT,为全球各地的物联网设备和在轨卫星之间提供直接通信,也可以被视为是低功耗广域网市场的一部分。

卫星物联网是模组厂商的一块“大蛋糕”

目前,在5G相关标准演进以及6G标准研究中,都将空天地一体化网络融合作为重点研究标的目的,可见卫星物联网未来必将成为物联网发展的一大趋势。早在2020年4月,国家发改委便首次将卫星物联网和5G、工业互联网等一起列入信息基础设施,明确了建设卫星物联网在新一代信息技术演进上的重大战略意义。

在标准的制定方面,NTN(non-terrestrial network,非地面网络)是 3GPP 在 R17 阶段制定的基于新空口技术的终端与卫星直接通信的技术,同时也是 3GPP R17 版本的重要功能,在 5G-Advanced 中持续演进,已成为 3GPP Release 18 工作计划的重要部分。 当然,标准的演进也伴随着各种技术指标的不竭增强,如频谱效率、移动性、功耗、时延等,卫星物联网通信自然也不例外。对于NTN来说,未来势必也需要使用专用的芯片或模组,这就需要相应的芯片和模组厂商在研发过程中,更加注重技术积累、科研人员投入、新方法和新设备的使用,同时也为各类厂商带来了全新的发展机遇。 

众所周知,当前物联网连接需求和模组出货的主要增量来自于以5G、4G和NB-IoT为代表的LPWAN。以4G Cat 1为例,其在短短一两年的时间内便使国内芯片和模组的出货量从不到千万提升到了上亿级别。按照这种相似的发展路径可以推测,虽然短期内卫星物联网还暂时无法与已有的地面物联网连接正面竞争,但在可见的未来,卫星物联网的总份额必将在整个物联网市场中占据一席之地。

从产业规模来说,麦肯锡曾经给出过2025年卫星物联网产值达到5600-8500亿美元的预测,这对于物联网产业链的重要一环——模组厂商来说,更是一块不成被忽视的蛋糕,有利于通过研发技术含量更高的产品进一步提升售价和利润。不久前,按照Counterpoint发布的2022年Q1追踪报告,中国的三家模组厂商首次支撑起了全球蜂窝物联网模组出货量的半壁江山。 

作为全球领先的物联网无线通信解决方案和无线模组供应商,广和通一直在紧随标准,不竭推陈出新,已拥有近22年的物联网通信技术和经验积累。事实上,广和通也早已布局智慧能源、智慧城市、智慧农业、运输等场景多年,这些都是未来的卫星物联网能够大规模发挥作用的典型场景。相信在未来卫星物联网的竞争中,广和通依然会保持领先地位,成为让运营商、物联网设备厂商、系统集成商等深度信赖的合作伙伴。 

“物联网智库”(ID:iot101),作者:Levin,经。

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