十年前，低功耗廣域物聯網（LPWAN）進入業界視野，這一賽道開(kai)啟了(le)群雄逐鹿的過(guo)程(cheng)，雖然各類技(ji)術層出不窮，但(dan)最終(zhong)3GPP陣營和(he)LoRa陣營占據了(le)主導，基(ji)本覆蓋了(le)大部分低功(gong)耗廣(guang)域連接(jie)場景，前者(zhe)(zhe)代表性技(ji)術包括NB-IoT和(he)LTE-M，后者(zhe)(zhe)借(jie)助LoRa聯盟推出的LoRaWAN規(gui)范(fan)和(he)眾多廠商私有(you)化LoRa協(xie)議(yi)為(wei)用戶提供服務。
如(ru)今，以衛(wei)(wei)星通信為(wei)代表的(de)非地面網(wang)絡（NTN）成(cheng)為(wei)物聯(lian)網(wang)的(de)一(yi)(yi)(yi)個熱點領域(yu)，通過(guo)衛(wei)(wei)星物聯(lian)網(wang)，為(wei)此(ci)前服務(wu)不足的(de)地區提供無(wu)處(chu)不在的(de)連接(jie)解決方案(an)。而在衛(wei)(wei)星物聯(lian)網(wang)發(fa)展過(guo)程中，3GPP陣營和LoRa陣營又(you)一(yi)(yi)(yi)次相遇(yu)，借助各自的(de)技術體系不斷(duan)推進商用。目前，衛(wei)(wei)星物聯(lian)網(wang)還處(chu)于(yu)起步階(jie)段(duan)，這一(yi)(yi)(yi)次基本沒(mei)有其(qi)他LPWAN陣營的(de)加入，主要是NB-IoT和LoRaWAN在天上的(de)角逐。
LoRa陣營拓展衛星物聯網由來已久
早在(zai)(zai)2018年(nian)，LoRa陣(zhen)營的(de)支(zhi)持者就在(zai)(zai)探索(suo)LoRa用(yong)于衛星物(wu)聯(lian)網下應用(yong)的(de)可能性，在(zai)(zai)一次驗證中(zhong)，LoRa接收機捕捉(zhuo)到了從低軌衛星傳來的(de)信號。彼時，LoRa技術得到全球廣(guang)泛支(zhi)持，已經在(zai)(zai)數(shu)十(shi)項(xiang)LPWAN技術競爭(zheng)中(zhong)表現突出。衛星物(wu)聯(lian)網的(de)成功驗證，提(ti)升了LoRa陣(zhen)營進(jin)一步(bu)擴大(da)影(ying)響(xiang)力的(de)信心(xin)。
2022年2月，LoRa聯盟宣布LoRaWAN協議支持LR-FHSS (長距離-跳頻擴頻) 功能，同時，LoRa芯片廠(chang)商Semtech也(ye)宣(xuan)布LoRa芯片支持(chi)LR-FHSS，通過LoRa芯片與網(wang)關的(de)軟(ruan)件升級(ji)，可(ke)以(yi)顯著(zhu)提升網(wang)絡容量和抗干擾能(neng)力，實(shi)現從(cong)傳感器到(dao)衛星的(de)低功耗(hao)、可(ke)靠的(de)直接通信(xin)。
2024年(nian)，LoRa聯盟的3家(jia)會員已開啟了NTN LoRaWAN的商業化，這三家(jia)廠商分別為EchoStar Mobile、Lacuna Space和Plan-S。
其(qi)中，Lacuna Space這(zhe)家公司率先(xian)將LoRaWAN從(cong)地面技術演變為NTN技術，率先(xian)實(shi)現了LoRaWAN 衛(wei)星(xing)物聯網(wang)(wang)規(gui)模化覆蓋并形成商(shang)業化服務(wu)。一個最為典(dian)型的(de)案例就是Lacuna Space提供(gong)的(de)威爾士泰菲河(he)水(shui)污(wu)染監測項目的(de)服務(wu)，由于這(zhe)條河(he)流跨(kua)越(yue)120公里，途徑(jing)很多鄉村和山(shan)谷，多個區(qu)域(yu)沒有地面通信覆蓋，采(cai)用衛(wei)星(xing)物聯網(wang)(wang)能夠彌補這(zhe)一缺(que)陷。
EchoStar Mobile在歐洲提供物聯網和(he)移動(dong)(dong)衛(wei)(wei)星服(fu)(fu)務，并計劃在美國提供相關(guan)服(fu)(fu)務。該公(gong)司對(dui)外分享了(le)資產跟(gen)蹤、精(jing)準(zhun)農業、海上連接、野火(huo)(huo)和(he)關(guan)鍵基(ji)礎設施監控等案(an)(an)例，其中(zhong)野火(huo)(huo)檢測實(shi)現了(le)實(shi)時(shi)數據觸(chu)發實(shi)時(shi)行動(dong)(dong)，該公(gong)司一(yi)家客(ke)戶(hu)憑借其野火(huo)(huo)預(yu)防解決(jue)方(fang)案(an)(an)獲(huo)得了(le)今年世界移動(dong)(dong)通(tong)(tong)信大會重要獎(jiang)項，以(yi)表彰其氣候行動(dong)(dong)的(de)最(zui)佳移動(dong)(dong)創新獎(jiang)。EchoStar也通(tong)(tong)過(guo)雙模(mo)服(fu)(fu)務提供無縫連接，在衛(wei)(wei)星頻段和(he)地面頻段提供雙重連接，允許 物聯網設備根據可用性(xing)在網絡之間(jian)自動(dong)(dong)切換。
Plan-S是一(yi)家位(wei)于(yu)土(tu)(tu)耳其的公(gong)司，在(zai)一(yi)個電表監控案例中，該公(gong)司與土(tu)(tu)耳其的能(neng)源(yuan)公(gong)司合作(zuo)，在(zai)GSM覆(fu)蓋率較差的偏(pian)遠地區(qu)讀取智能(neng)電表，將抄表成(cheng)本降低(di)(di)了(le)25%，并將總碳足跡降低(di)(di)了(le)50%，減少實地訪問還通過(guo)減少偏(pian)遠地區(qu)發生事故的可能(neng)性(xing)(xing)來提高工人的安全性(xing)(xing)。
LoRa聯(lian)盟擁有多個委(wei)(wei)員會和(he)工作(zuo)組來支(zhi)持NTN LoRaWAN，其技術(shu)委(wei)(wei)員會、衛(wei)(wei)星工作(zuo)組和(he)監(jian)管工作(zuo)組不斷(duan)致(zhi)力于增強和(he)倡導 LoRaWAN 功能(neng)，以支(zhi)持衛(wei)(wei)星連接。
當然(ran)，NTN LoRaWAN也(ye)存在多方(fang)面挑(tiao)戰(zhan)(zhan)，其(qi)中一(yi)個最(zui)顯著的(de)(de)(de)挑(tiao)戰(zhan)(zhan)就是無線(xian)電頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率。LoRaWAN技術是在免許(xu)(xu)(xu)可(ke)的(de)(de)(de)ISM 頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)段(duan)上工作，在引入了(le)LEO（近地軌(gui)道）衛(wei)星(xing)時(shi)，衛(wei)星(xing)通(tong)信也(ye)在免許(xu)(xu)(xu)可(ke)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)段(duan)運(yun)行。免許(xu)(xu)(xu)可(ke)的(de)(de)(de)ISM 頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)段(duan)的(de)(de)(de)一(yi)個最(zui)大好處是訪問便捷、成本(ben)低，但(dan)也(ye)存在不少缺(que)點(dian)(dian)，一(yi)個典型(xing)的(de)(de)(de)缺(que)點(dian)(dian)是容(rong)易受到(dao)干擾。此外，面許(xu)(xu)(xu)可(ke)近端(duan)仍然(ran)受到(dao)監管的(de)(de)(de)約(yue)束，比如(ru)一(yi)些國家對于(yu)下行鏈路使用也(ye)有所限制。LoRa聯盟(meng)的(de)(de)(de)衛(wei)星(xing)工作組的(de)(de)(de)一(yi)項工作是專注(zhu)于(yu)實現免許(xu)(xu)(xu)可(ke)和許(xu)(xu)(xu)可(ke)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)段(duan)之間的(de)(de)(de)互操作性，通(tong)過倡導納入許(xu)(xu)(xu)可(ke)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)段(duan)，來(lai)解決(jue)可(ke)靠、大規模衛(wei)星(xing)物聯網部署的(de)(de)(de)需求。
3GPP 陣營構建5G IoT NTN的強大生態
3GPP陣(zhen)營(ying)相關機構持續(xu)推動(dong)NTN標(biao)準的制定和(he)商業(ye)化(hua)，目前已取得(de)顯著(zhu)成效，而(er)且(qie)3GPP陣(zhen)營(ying)的支持者群(qun)體越來越多。
早在(zai)R15標準研究(jiu)階段(duan)，NTN就被納入了(le)研究(jiu)范(fan)疇，3GPP發布了(le)技術報(bao)告，探(tan)索(suo)NR支(zhi)持NTN的(de)可行性(xing)，報(bao)告對(dui)NTN部署場景(jing)和(he)(he)相關網絡架構進(jin)行定義，對(dui)于支(zhi)持頻段(duan)、終(zhong)端設備等在(zai)內的(de)通信模(mo)型進(jin)行了(le)初步研究(jiu)。R16階段(duan)，3GPP組織進(jin)行NTN系(xi)統解決方案(an)研究(jiu)，包括對(dui)核心網、接入網和(he)(he)終(zhong)端能力的(de)要求，定義了(le)NTN組網架構，討論了(le)對(dui)于各類協(xie)議和(he)(he)接口協(xie)議的(de)增(zeng)強需求，奠定了(le)發展路線。
R17階段(duan)5G NTN迎來(lai)了(le)實質性(xing)進展，基于前期研究(jiu)積累，3GPP正(zheng)式啟動NTN規范版本制(zhi)定(ding)，并與2022年6月實現版本凍(dong)結。R17針(zhen)對(dui)NTN的(de)研究(jiu)涵蓋了(le)無線接(jie)入(ru)網(wang)、承載網(wang)、核心網(wang)、終端等(deng)方(fang)(fang)面(mian)的(de)標準制(zhi)定(ding)，針(zhen)對(dui)寬帶接(jie)入(ru)和窄(zhai)帶物聯網(wang)2類場景，形(xing)成了(le)NR NTN和IoT NTN兩(liang)個方(fang)(fang)向，標志著NTN和5G融合發展正(zheng)式啟動。
R18階段，3GPP組織推(tui)進NTN進一步增(zeng)強(qiang)(qiang)，其(qi)中針對(dui)(dui)IoT NTN，采用移動性(xing)增(zeng)強(qiang)(qiang)技術(shu)，研究改(gai)進接入(ru)和移動管理功能增(zeng)強(qiang)(qiang)對(dui)(dui)不(bu)連續覆蓋的(de)支持(chi)。R19版本的(de)研究則關注(zhu)星上再生模式，增(zeng)強(qiang)(qiang)對(dui)(dui)于(yu)新的(de)衛星通(tong)信場景的(de)研究。
在R17凍結(jie)后，大量衛(wei)星通(tong)信運營(ying)商快速擁抱3GPP標準，推出相關服務。lobalstar、Skylo、Sateliot和OQ Technology等創新(xin)型衛(wei)星運營(ying)商是3GPP陣營(ying)IoT NTN的擁護者，而諸如銥星公司(si)這(zhe)類(lei)老牌衛(wei)星廠商也啟(qi)動了IoT NTN項目。
2024年2月(yue)，美國衛訊(xun)公司（ViaSat）、Terrestar Solutions、Ligado Networks、Omnispace和Yahsat五家(jia)知名的(de)(de)衛星(xing)運營(ying)商(shang)發起了移(yi)動(dong)衛星(xing)服務(wu)協(xie)(xie)會(hui)(hui)，該(gai)協(xie)(xie)會(hui)(hui)將(jiang)對于全球統一的(de)(de)標準和規則建設(she)作(zuo)為工(gong)作(zuo)重點。值得關(guan)注的(de)(de)是，該(gai)協(xie)(xie)會(hui)(hui)在多個場合專門(men)提(ti)到了3GPP標準，可見3GPP NTN標準成(cheng)為該(gai)組(zu)(zu)織最關(guan)注的(de)(de)全球統一標準，例如在新聞(wen)稿(gao)中協(xie)(xie)會(hui)(hui)就(jiu)提(ti)出將(jiang)推(tui)動(dong)3GPP標準擴(kuo)展移(yi)動(dong)網(wang)絡運營(ying)商(shang)和OTT廠(chang)商(shang)服務(wu)覆(fu)蓋(gai)的(de)(de)范圍，也提(ti)出其(qi)擁有的(de)(de)頻譜有一定的(de)(de)優勢，包括能夠(gou)推(tui)動(dong)現(xian)有衛星(xing)網(wang)絡立即提(ti)供NB-IoT服務(wu)，推(tui)動(dong)5G NR服務(wu)，培育一個由解決方案提(ti)供商(shang)組(zu)(zu)成(cheng)的(de)(de)D2D生態系統。
另外，馬斯克(ke)旗(qi)下的(de)星(xing)鏈（Starlink）是一個重要(yao)的(de)角色，該(gai)(gai)公(gong)司的(de)技(ji)術路線(xian)對(dui)于衛星(xing)物(wu)聯網(wang)會(hui)產生顯(xian)著影響。從(cong)Starlink的(de)官網(wang)可以(yi)看出(chu)，該(gai)(gai)公(gong)司宣布(bu)2025年(nian)將推出(chu)物(wu)聯網(wang)服(fu)務(wu)，這一服(fu)務(wu)不需要(yao)硬件做專門的(de)改變，能(neng)夠兼容現有的(de)LTE Cat 1、LTE Cat 1 bis和(he)LTE Cat 4等模組。Starlink這一服(fu)務(wu)，源于該(gai)(gai)公(gong)司與美(mei)國運營商T-Mobile在蜂(feng)窩(wo)網(wang)絡(luo)方面的(de)合作，Starlink可以(yi)借助T-Mobile的(de)LTE頻(pin)段，無需對(dui)LTE終端進行(xing)更改。
衛星通(tong)(tong)(tong)信(xin)服務(wu)采用(yong)(yong)3GPP陣(zhen)營(ying)技(ji)術，將能夠利(li)(li)用(yong)(yong)蜂窩通(tong)(tong)(tong)信(xin)領域標(biao)準化(hua)產品(pin)、組件的(de)(de)大型生態系統，為技(ji)術供(gong)應商提供(gong)了在(zai)設備間快速擴(kuo)展和兼容性的(de)(de)機(ji)會(hui)。同時，也可(ke)以有(you)效利(li)(li)用(yong)(yong)蜂窩通(tong)(tong)(tong)信(xin)產業(ye)鏈與用(yong)(yong)戶群，快速擴(kuo)大天(tian)基(ji)網絡的(de)(de)用(yong)(yong)戶群體(ti)(ti)，從而攤薄天(tian)地(di)一體(ti)(ti)化(hua)網絡建設、維護、推廣的(de)(de)成本(ben)。3GPP陣(zhen)營(ying)多年(nian)來推動全(quan)球移動通(tong)(tong)(tong)信(xin)的(de)(de)普及，擁有(you)廣泛的(de)(de)“群眾基(ji)礎”，這一規模(mo)是其他(ta)通(tong)(tong)(tong)信(xin)技(ji)術陣(zhen)營(ying)無(wu)法比擬的(de)(de)，3GPP陣(zhen)營(ying)依賴這一優勢來擴(kuo)大其在(zai)NTN領域的(de)(de)影響力。
筆者(zhe)曾在(zai)一文中提出，衛星物聯網(wang)(wang)(wang)連接數(shu)占物聯網(wang)(wang)(wang)總連接數(shu)的比(bi)例(li)僅(jin)為0.1%，雖然衛星物聯網(wang)(wang)(wang)單個連接價值(zhi)較(jiao)高(gao)，但(dan)有限(xian)的連接數(shu)讓該(gai)領域(yu)的市場規模保持在(zai)一定水平。IoT Analytics預測到2026年衛星物聯網(wang)(wang)(wang)年市場規模為10億美(mei)元，這10億美(mei)元將被提供衛星物聯網(wang)(wang)(wang)連接服務的眾多運營商瓜分，這個賽道顯得有些(xie)“擁擠”。
不過，我(wo)們(men)(men)仍然要(yao)充分(fen)認識到(dao)，衛(wei)星(xing)(xing)物(wu)聯網(wang)作為物(wu)聯網(wang)市場中必(bi)不可少(shao)的(de)領域，在(zai)連接和(he)(he)通信的(de)基礎上還有很多應用服務(wu)未(wei)得到(dao)挖掘。衛(wei)星(xing)(xing)物(wu)聯網(wang)連接和(he)(he)通信是基礎，而通過其獲得的(de)各類數據具有獨一無(wu)二的(de)價(jia)值，以(yi)及各類場景(jing)能夠拓(tuo)展更豐富(fu)的(de)服務(wu)。因此，3GPP陣(zhen)營和(he)(he)LoRa陣(zhen)營堅決(jue)投入多方面(mian)資源布局NTN業務(wu)，或(huo)許(xu)未(wei)來針對(dui)衛(wei)星(xing)(xing)物(wu)聯網(wang)數據和(he)(he)場景(jing)服務(wu)進行創新，形成新的(de)業態。這次，NB-IoT和(he)(he)LoRa的(de)爭奪領域在(zai)“天上”，未(wei)來能夠形成什么樣的(de)市場格局，我(wo)們(men)(men)拭目以(yi)待。
