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?！?/p>

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。

“天基和地基通信服務之間存在的激烈競爭會帶來降價和利潤率降低等問題。在優(yōu)化資源配置之后，融合服務能夠有效地避免這些問題?！眲嵳f。
責任編輯：tzh