芯耀
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作者：趙小飛
十年前，低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）進(jìn)入業(yè)界視野，這一賽道開(kāi)啟了群雄逐鹿的過(guò)程，雖然各類技術(shù)層出不窮，但最終3GPP陣營(yíng)和LoRa陣營(yíng)占據(jù)了主導(dǎo)，基本覆蓋了大部分低功耗廣域連接場(chǎng)景，前者代表性技術(shù)包括NB-IoT和LTE-M，后者借助LoRa聯(lián)盟推出的LoRaWAN規(guī)范和眾多廠商私有化LoRa協(xié)議為用戶提供服務(wù)。
如今，以衛(wèi)星通信為代表的非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）成為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域，通過(guò)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)，為此前服務(wù)不足的地區(qū)提供無(wú)處不在的連接解決方案。而在衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，3GPP陣營(yíng)和LoRa陣營(yíng)又一次相遇，借助各自的技術(shù)體系不斷推進(jìn)商用。目前，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段，這一次基本沒(méi)有其他LPWAN陣營(yíng)的加入，主要是NB-IoT和LoRaWAN在天上的角逐。
LoRa陣營(yíng)拓展衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)由來(lái)已久
早在2018年，LoRa陣營(yíng)的支持者就在探索LoRa用于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)下應(yīng)用的可能性，在一次驗(yàn)證中，LoRa接收機(jī)捕捉到了從低軌衛(wèi)星傳來(lái)的信號(hào)。彼時(shí)，LoRa技術(shù)得到全球廣泛支持，已經(jīng)在數(shù)十項(xiàng)LPWAN技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中表現(xiàn)突出。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的成功驗(yàn)證，提升了LoRa陣營(yíng)進(jìn)一步擴(kuò)大影響力的信心。
2022年2月，LoRa聯(lián)盟宣布LoRaWAN協(xié)議支持LR-FHSS (長(zhǎng)距離-跳頻擴(kuò)頻) 功能，同時(shí)，LoRa芯片廠商Semtech也宣布LoRa芯片支持LR-FHSS，通過(guò)LoRa芯片與網(wǎng)關(guān)的軟件升級(jí)，可以顯著提升網(wǎng)絡(luò)容量和抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)從傳感器到衛(wèi)星的低功耗、可靠的直接通信。
2024年，LoRa聯(lián)盟的3家會(huì)員已開(kāi)啟了NTN LoRaWAN的商業(yè)化，這三家廠商分別為EchoStar Mobile、Lacuna Space和Plan-S。
其中，Lacuna Space這家公司率先將LoRaWAN從地面技術(shù)演變?yōu)镹TN技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)了LoRaWAN 衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；采w并形成商業(yè)化服務(wù)。一個(gè)最為典型的案例就是Lacuna Space提供的威爾士泰菲河水污染監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的服務(wù)，由于這條河流跨越120公里，途徑很多鄉(xiāng)村和山谷，多個(gè)區(qū)域沒(méi)有地面通信覆蓋，采用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠彌補(bǔ)這一缺陷。
EchoStar Mobile在歐洲提供物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)，并計(jì)劃在美國(guó)提供相關(guān)服務(wù)。該公司對(duì)外分享了資產(chǎn)跟蹤、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、海上連接、野火和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控等案例，其中野火檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)觸發(fā)實(shí)時(shí)行動(dòng)，該公司一家客戶憑借其野火預(yù)防解決方案獲得了今年世界移動(dòng)通信大會(huì)重要獎(jiǎng)項(xiàng)，以表彰其氣候行動(dòng)的最佳移動(dòng)創(chuàng)新獎(jiǎng)。EchoStar也通過(guò)雙模服務(wù)提供無(wú)縫連接，在衛(wèi)星頻段和地面頻段提供雙重連接，允許 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備根據(jù)可用性在網(wǎng)絡(luò)之間自動(dòng)切換。
Plan-S是一家位于土耳其的公司，在一個(gè)電表監(jiān)控案例中，該公司與土耳其的能源公司合作，在GSM覆蓋率較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)讀取智能電表，將抄表成本降低了25%，并將總碳足跡降低了50%，減少實(shí)地訪問(wèn)還通過(guò)減少偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)生事故的可能性來(lái)提高工人的安全性。
LoRa聯(lián)盟擁有多個(gè)委員會(huì)和工作組來(lái)支持NTN LoRaWAN，其技術(shù)委員會(huì)、衛(wèi)星工作組和監(jiān)管工作組不斷致力于增強(qiáng)和倡導(dǎo) LoRaWAN 功能，以支持衛(wèi)星連接。
當(dāng)然，NTN LoRaWAN也存在多方面挑戰(zhàn)，其中一個(gè)最顯著的挑戰(zhàn)就是無(wú)線電頻率。LoRaWAN技術(shù)是在免許可的ISM 頻段上工作，在引入了LEO（近地軌道）衛(wèi)星時(shí)，衛(wèi)星通信也在免許可頻段運(yùn)行。免許可的ISM 頻段的一個(gè)最大好處是訪問(wèn)便捷、成本低，但也存在不少缺點(diǎn)，一個(gè)典型的缺點(diǎn)是容易受到干擾。此外，面許可近端仍然受到監(jiān)管的約束，比如一些國(guó)家對(duì)于下行鏈路使用也有所限制。LoRa聯(lián)盟的衛(wèi)星工作組的一項(xiàng)工作是專注于實(shí)現(xiàn)免許可和許可頻段之間的互操作性，通過(guò)倡導(dǎo)納入許可頻段，來(lái)解決可靠、大規(guī)模衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)部署的需求。
3GPP 陣營(yíng)構(gòu)建5G IoT NTN的強(qiáng)大生態(tài)
3GPP陣營(yíng)相關(guān)機(jī)構(gòu)持續(xù)推動(dòng)NTN標(biāo)準(zhǔn)的制定和商業(yè)化，目前已取得顯著成效，而且3GPP陣營(yíng)的支持者群體越來(lái)越多。
早在R15標(biāo)準(zhǔn)研究階段，NTN就被納入了研究范疇，3GPP發(fā)布了技術(shù)報(bào)告，探索NR支持NTN的可行性，報(bào)告對(duì)NTN部署場(chǎng)景和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行定義，對(duì)于支持頻段、終端設(shè)備等在內(nèi)的通信模型進(jìn)行了初步研究。R16階段，3GPP組織進(jìn)行NTN系統(tǒng)解決方案研究，包括對(duì)核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和終端能力的要求，定義了NTN組網(wǎng)架構(gòu)，討論了對(duì)于各類協(xié)議和接口協(xié)議的增強(qiáng)需求，奠定了發(fā)展路線。
R17階段5G NTN迎來(lái)了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，基于前期研究積累，3GPP正式啟動(dòng)NTN規(guī)范版本制定，并與2022年6月實(shí)現(xiàn)版本凍結(jié)。R17針對(duì)NTN的研究涵蓋了無(wú)線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、終端等方面的標(biāo)準(zhǔn)制定，針對(duì)寬帶接入和窄帶物聯(lián)網(wǎng)2類場(chǎng)景，形成了NR NTN和IoT NTN兩個(gè)方向，標(biāo)志著NTN和5G融合發(fā)展正式啟動(dòng)。
R18階段，3GPP組織推進(jìn)NTN進(jìn)一步增強(qiáng)，其中針對(duì)IoT NTN，采用移動(dòng)性增強(qiáng)技術(shù)，研究改進(jìn)接入和移動(dòng)管理功能增強(qiáng)對(duì)不連續(xù)覆蓋的支持。R19版本的研究則關(guān)注星上再生模式，增強(qiáng)對(duì)于新的衛(wèi)星通信場(chǎng)景的研究。
在R17凍結(jié)后，大量衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)商快速擁抱3GPP標(biāo)準(zhǔn)，推出相關(guān)服務(wù)。lobalstar、Skylo、Sateliot和OQ Technology等創(chuàng)新型衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商是3GPP陣營(yíng)IoT NTN的擁護(hù)者，而諸如銥星公司這類老牌衛(wèi)星廠商也啟動(dòng)了IoT NTN項(xiàng)目。
2024年2月，美國(guó)衛(wèi)訊公司（ViaSat）、Terrestar Solutions、Ligado Networks、Omnispace和Yahsat五家知名的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商發(fā)起了移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)將對(duì)于全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則建設(shè)作為工作重點(diǎn)。值得關(guān)注的是，該協(xié)會(huì)在多個(gè)場(chǎng)合專門(mén)提到了3GPP標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)3GPP NTN標(biāo)準(zhǔn)成為該組織最關(guān)注的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，例如在新聞稿中協(xié)會(huì)就提出將推動(dòng)3GPP標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和OTT廠商服務(wù)覆蓋的范圍，也提出其擁有的頻譜有一定的優(yōu)勢(shì)，包括能夠推動(dòng)現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)立即提供NB-IoT服務(wù)，推動(dòng)5G NR服務(wù)，培育一個(gè)由解決方案提供商組成的D2D生態(tài)系統(tǒng)。
另外，馬斯克旗下的星鏈（Starlink）是一個(gè)重要的角色，該公司的技術(shù)路線對(duì)于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生顯著影響。從Starlink的官網(wǎng)可以看出，該公司宣布2025年將推出物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，這一服務(wù)不需要硬件做專門(mén)的改變，能夠兼容現(xiàn)有的LTE Cat 1、LTE Cat 1 bis和LTE Cat 4等模組。Starlink這一服務(wù)，源于該公司與美國(guó)運(yùn)營(yíng)商T-Mobile在蜂窩網(wǎng)絡(luò)方面的合作，Starlink可以借助T-Mobile的LTE頻段，無(wú)需對(duì)LTE終端進(jìn)行更改。
將能夠利用蜂窩通信領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品、組件的大型生態(tài)系統(tǒng)，為技術(shù)供應(yīng)商提供了在設(shè)備間快速擴(kuò)展和兼容性的機(jī)會(huì)。同時(shí)，也可以有效利用蜂窩通信產(chǎn)業(yè)鏈與用戶群，快速擴(kuò)大天基網(wǎng)絡(luò)的用戶群體，從而攤薄天地一體化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、維護(hù)、推廣的成本。3GPP陣營(yíng)多年來(lái)推動(dòng)全球移動(dòng)通信的普及，擁有廣泛的“群眾基礎(chǔ)”，這一規(guī)模是其他通信技術(shù)陣營(yíng)無(wú)法比擬的，3GPP陣營(yíng)依賴這一優(yōu)勢(shì)來(lái)擴(kuò)大其在NTN領(lǐng)域的影響力。
筆者曾在《衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)：奢侈的業(yè)務(wù)、有限的連接、擁擠的賽道》一文中提出，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)占物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)的比例僅為0.1%，雖然衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)單個(gè)連接價(jià)值較高，但有限的連接數(shù)讓該領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模保持在一定水平。IoT Analytics預(yù)測(cè)到2026年衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)年市場(chǎng)規(guī)模為10億美元，這10億美元將被提供衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)連接服務(wù)的眾多運(yùn)營(yíng)商瓜分，這個(gè)賽道顯得有些“擁擠”。
不過(guò)，我們?nèi)匀灰浞终J(rèn)識(shí)到，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中必不可少的領(lǐng)域，在連接和通信的基礎(chǔ)上還有很多應(yīng)用服務(wù)未得到挖掘。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)連接和通信是基礎(chǔ)，而通過(guò)其獲得的各類數(shù)據(jù)具有獨(dú)一無(wú)二的價(jià)值，以及各類場(chǎng)景能夠拓展更豐富的服務(wù)。因此，3GPP陣營(yíng)和LoRa陣營(yíng)堅(jiān)決投入多方面資源布局NTN業(yè)務(wù)，或許未來(lái)針對(duì)衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和場(chǎng)景服務(wù)進(jìn)行創(chuàng)新，形成新的業(yè)態(tài)。這次，NB-IoT和LoRa的爭(zhēng)奪領(lǐng)域在“天上”，未來(lái)能夠形成什么樣的市場(chǎng)格局，我們拭目以待。
