让物联网应用上天入海，从5G到6G这一细分市场不容错过
来源:电子发烧友网发布时间:2023-07-073560浏览
询问 AI电子发烧友网报道（文/吴子鹏）自2005年国际电信联盟（ITU）正式从官方层面提出“物联网”概念至今，物联网的技术体系和应用框架已经非常成熟，并形成了巨大的产业规模。根据The Insight Partners的分析数据，全球物联网市场规模在2022年已经达到4832.8亿美元，并预计会在2028年增长到22704.2亿美元，年复合增长率（CAGR）高达29.4%。巨大的产业规模还能够继续保持高速增长，离不开创新技术对物联网发展的推动，其中包括低调起势但潜能巨大的卫星通信技术。卫星通信的加入，让物联网摆脱了地面基站的束缚，突破了地域的限制，有了更大的发展空间，进而促成了一个全新的产业——卫星物联网。
实现地球面积100%覆盖的卫星物联网
物联网应用由传感器、网络连接、数据处理、用户界面四大基本要素组成。过往，在网络连接层面，物联网主要依靠蜂窝移动、Wi-Fi、低功耗广域网（LPWAN）、蓝牙等。这些网络有一个共同点，那就是都依赖地面网络基础设备，尤其是基站。因此，即便是有NB-IoT、LoRa和Sigfox等低功耗广域网可以使用，但是在海洋、森林、沙漠等特殊场景，传统物联网的覆盖能力还是暴露出很大的不足。在移远通信MWC同期卫星物联网线上研讨会上，移远通信高级产品经理王鹏引用相关统计数据并表示：“全球现有的移动通信网络只覆盖了陆地表面的20%、地球总面积的6%。”我们都知道地球表面积超过70%都是海洋，传统的通信基础设施是无法全面覆盖的，否则会带来高昂的成本，且对设备稳定性和维护有很大的挑战。因此，智能船舶、智慧港口、海外护航等物联网应用受到了很大的限制。除了海洋，传统网络对偏远地区、天空、沙漠、森林和险恶山区等位置的覆盖也基本没有。另外，基于传统网络，起到关键作用的物联网设备容灾能力偏弱，无法满足关键时刻的通信需求。为了解决上述问题，产业界从卫星通信和HAPS（高空平台）寻找解决方案。其中，卫星主要包括低轨道卫星（LEO）、中轨道卫星（MEO）和地球同步轨道卫星（GEO）；HAPS则依托飞机、气球和飞艇等飞行设备。现阶段，随着火箭发射成本降低以及卫星制造能力提升，卫星通信发展逐渐进入快车道。尤其是低轨通信卫星，其成本已经达到一个很低的水平，因此近年来全球掀起一股建设低轨卫星通信网的狂潮。
不同类型卫星特征参数对比
图源：移远通信当然，鹏鹄物宇CEO徐佳康在本次研讨会上也指出，在低轨通信卫星领域内，卫星的类型也会进一步细分，宽带卫星主要用于构建互联网，窄带卫星则主要用于物联网。如下图所示，由于两者之间有较为明显的差异，且主要面向的应用场景不同，是无法做到替代的。
宽带卫星和窄带卫星对比
图源：鹏鹄物宇综合而言，卫星物联网主要强化了传统物联网应用在三个方面的能力：其一是无线广域网。借助卫星通信，物联网覆盖范围可以实现地表面积的全覆盖，是地面通信基础设施的有效补充。同时，卫星通信为物联网带来了跨域通信的能力，可以通过卫星中继将数据传输到地面站点或云端服务器，进一步提升了物联网系统的部署规模。其二是卫星通信可以为物联网设备提供精准的定位能力，我们熟知的全球定位系统（GPS）和北斗卫星导航系统等就是这方面应用的典型代表。其三是卫星通信可以作为蜂窝网络的冗余系统，有效解决蜂窝网络断连造成的功能失效问题，确保了关键通信，提升系统的冗余性和稳定性，这一点对铁路、海航、航空等行业意义重大。当然，我们也不能忽视，上面图片和内容中都有提到的低成本、低功耗和低延迟等优势。得益于这些性能优势，卫星物联网在运输、农业、能源、海洋、矿山和环境等领域有广泛的应用。从产业发展节奏来看，卫星互联网和卫星物联网也是5G向6G升级重要的衔接性技术。在6G愿景里，面向物的连接，希望实现数字孪生和万物互联是其中重要的一项。而要实现这样的愿景靠的就是星地融合式的网络建设。然而，很显然我们并不是要等到6G时代才能够发展卫星物联网。实际上，3GPP从2017年就开始研究NTN（non-terrestrial network，非地面网络）项目，致力于将5G和卫星通信融合，并在5G R15到R18标准中陆续加入了TR 38.811研究项目、TR 38.821研究项目、TR 36.763研究项目和TR 28.841研究项目等，逐渐完善了5G和卫星通信的融合，尤其是对物联网增强、UE位置服务规范等讨论和研究，对现阶段卫星物联网的发展有重要的指导意义。
不同NTN网络类型
图源：3GPP2023年无疑是产业界进入和扩大卫星物联网业务的关键之年。去年6月，3GPP NTN R17标准冻结，今年即将上量爆发；5G R18标准即将冻结，产业界发展卫星物联网将会有更清晰的标准指导；6G愿景已经逐渐明确，卫星物联网是不可或缺的一项。可以非常肯定地说，卫星物联网的前景是无限好的。在市场规模方面，全球知名数据分析机构麦肯锡预测，到2025年卫星物联网行业规模可达5600亿-8500亿美元。从连接数量上看，ABI Research数据显示，全球卫星物联网连接数有望从2019年的265万增至2024年的2400万，年复合增长率高达55%。移远通信丰富的卫星物联网解决方案
如上所述，和传统物联网方案相比，卫星物联网方案最大的差异性就体现在网络传输层，因此需要搭建全新的网络链路。具体来看，NTN网络主要由用户设备、网关、馈线链路、服务链路、卫星和星间链路组成。
基于透明载荷和再生载荷的NTN典型场景
图源：移远通信王鹏在演讲中提到了目前较为流行的几种卫星物联网设备，包括野生动物监测、对讲机、无人机、卫星DTU和海洋浮漂等。王鹏指出，针对上述卫星物联网应用，移远通信能够提供从模组、天线到IoT平台及软件解决方案等一站式服务，且已经携手客户成功开发相关终端。
移远通信卫星物联网方案框图
图源：移远通信目前移远通信的卫星模组家族已经有丰富的方案可供选择。包括可支持IDP（IsatData Pro）卫星通信的CC200A-LB；符合3GPP NTN R17标准的NTN only模组CC950U-LS和CC660D-LS；以及符合3GPP NTN R17标准，可同时支持IoT NTN和Cat-M的BG77X和BG95X。支持卫星通信的CC200A-LB
今年3月份，移远通信正式推出面向物联网行业应用的CC200A-LB卫星通信模组。这款模组搭载物联网通信和解决方案提供商ORBCOMM的卫星物联网连接平台，使用Inmarsat GEO星座的L频段，通过IDP卫星服务提供可靠的全球连接，并支持双向通信、低延时和近乎实时的报告功能。如下图所示，CC200A-LB模组拥有体型小巧、低功耗、低延时的性能优势。其支持的最大发送消息为6.4 Kbytes，最大接收消息为10 Kbytes；典型的传输延迟在100字节时为20秒，在1 KB时为40秒；接收延迟在100字节时为12秒，在1 KB时为70秒；支持多星座的GNSS定位服务。
CC200A-LB性能优势
图源：移远通信主打国内市场的CC950U-LS
CC950U-LS模组是移远通信在2023上海世界移动通信大会期间重磅推出的卫星通信新品，基于紫光展锐首颗卫星通信SoC芯片V8821打造。这款芯片采用领先的22nm工艺打造，符合R17 IoT NTN标准，支持S、L双频段，并具有功耗低、面积小、可靠性高、集成度高等特点。CC950U-LS模组将V8821优势性能完美地发挥了出来，比如该模组的尺寸仅为23.6 mm×19.9 mm×2.2 mm，体型非常小巧；支持PSM省电模式和2.1 V-4.2 V宽电压工作范围，有效延长了终端的电池寿命；100B数据传输的时延约3s。此外，CC950U-LS模组支持Inmarsat和天通双卫星通信，还可为各类设备提供双向数据传输，因此特别适用于需要双向通信的使用场景。基于CC950U-LS模组打造的鹏鹄物宇水文水质检测终端
图源：移远通信CC950U-LS模组主要面向国内卫星物联网应用场景，已参与了天通卫星的实际卫星网络连接测试，在传感器监测、应急消息、终端位置等方面表现良好。已覆盖欧美市场的CC660D-LS
CC660D-LS同样是移远通信在2023上海世界移动通信大会期间隆重推出的新品，现阶段面向北美和欧洲市场。CC660D-LS模组
图源：移远通信CC660D-LS模组符合3GPP Release 17 IoT NTN标准，支持GEO星座的L波段、S波段和波段23等多频段，可为各类设备提供双向数据传输，因此特别适用于需要双向通信的使用场景。该模组有着非常出色的低功耗特性，支持不连续接收(DRX)、扩展DRX (eDRX) 和省电模式(PSM)，能够显著延长终端的待机时间，非常利于打造功耗敏感型的卫星物联网应用。同时，借助CC660D-LS模组IoT-NTN连接和高效传输，在紧急情况下，用户也可通过搭载CC660D-LS模组的设备发出SOS紧急求助短信，来获得及时救援。另外，这款模组支持增强型AT命令、SIM/eSIM以及丰富的嵌入式网络协议，并通过UART通信接口实现灵活的通信服务。除了提供类型丰富的卫星通信模组，移远通信的卫星定位模组阵营也在不断壮大。2023上海世界移动通信大会前夕（6月26日），移远通信推出了一款自主研发的双天线定位定向GNSS模组LC02H。该模组具有高性能、高稳定性、低功耗的特点，内置2个独立的卫星导航接收机芯片，可同时接收和处理BDS、GPS、Galileo、GLONASS和QZSS多星座信号，支持双天线输入，集成先进的定位定向算法。这些优秀的特性让LC02H即便在复杂的环境中依然能快速给出精准的定位。结语
传统物联网基于地面通信基础设施，其地域上的限制已经非常明显，且冗余性有待提高。随着卫星物联网的逐渐渗透普及，这些难题都将迎刃而解。在部署卫星物联网应用时，离不开移远通信品类丰富、性能领先的模组产品，它们是物联网产业打开下一个万亿规模市场的钥匙。
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