十年前，低功耗廣域物聯網（LPWAN）進入業界(jie)視(shi)野，這一賽(sai)道(dao)開啟了(le)群(qun)雄逐(zhu)鹿的(de)過程，雖然(ran)各類技(ji)術層出不窮，但最終3GPP陣(zhen)營和(he)(he)LoRa陣(zhen)營占據(ju)了(le)主導，基本覆蓋了(le)大部分低功耗廣域連(lian)接場景(jing)，前者代表性技(ji)術包括NB-IoT和(he)(he)LTE-M，后者借助LoRa聯盟推出的(de)LoRaWAN規范和(he)(he)眾(zhong)多廠(chang)商(shang)私有化LoRa協議(yi)為(wei)用(yong)戶提供服(fu)務。
如今，以衛(wei)星通(tong)(tong)信為代表的(de)(de)非地面網(wang)絡（NTN）成為物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)的(de)(de)一個熱點領域，通(tong)(tong)過衛(wei)星物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)，為此前服務不(bu)足的(de)(de)地區提供無(wu)處(chu)不(bu)在的(de)(de)連(lian)接解決方案。而在衛(wei)星物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)發展過程中，3GPP陣(zhen)營(ying)(ying)和LoRa陣(zhen)營(ying)(ying)又一次(ci)相(xiang)遇，借助各自(zi)的(de)(de)技(ji)術體系不(bu)斷推進商用。目前，衛(wei)星物(wu)(wu)聯(lian)網(wang)還處(chu)于起步階(jie)段(duan)，這一次(ci)基本(ben)沒有其他LPWAN陣(zhen)營(ying)(ying)的(de)(de)加入，主要是NB-IoT和LoRaWAN在天上的(de)(de)角逐。
LoRa陣營拓展衛星物聯網由來已久
早在2018年(nian)，LoRa陣營的支持者就(jiu)在探索LoRa用(yong)于(yu)衛(wei)星物聯(lian)網(wang)下應(ying)用(yong)的可能性，在一次驗證中，LoRa接收(shou)機(ji)捕捉(zhuo)到了(le)(le)從低軌衛(wei)星傳(chuan)來(lai)的信號。彼時(shi)，LoRa技術(shu)得(de)到全(quan)球(qiu)廣泛支持，已(yi)經在數十(shi)項LPWAN技術(shu)競爭中表現突出。衛(wei)星物聯(lian)網(wang)的成功驗證，提(ti)升了(le)(le)LoRa陣營進(jin)一步擴大影(ying)響(xiang)力(li)的信心。
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芯片廠商Semtech也宣布LoRa芯片支持LR-FHSS，通過LoRa芯片與(yu)網關的軟件升級，可以顯著提升網絡容(rong)量和抗(kang)干(gan)擾能力(li)，實現從傳感器到(dao)衛星(xing)的低功耗(hao)、可靠的直接通信(xin)。
2024年，LoRa聯(lian)盟的3家(jia)會(hui)員已開(kai)啟了(le)NTN LoRaWAN的商業化，這三家(jia)廠商分別為(wei)EchoStar Mobile、Lacuna Space和Plan-S。
其中(zhong)，Lacuna Space這家公(gong)司率先將LoRaWAN從地(di)面技術演變為NTN技術，率先實現了(le)LoRaWAN 衛星(xing)物聯網(wang)規模化覆蓋并形成商業化服(fu)務。一個最為典型的(de)案例就(jiu)是(shi)Lacuna Space提供的(de)威爾士泰(tai)菲河水污染監測項目的(de)服(fu)務，由于這條(tiao)河流跨越120公(gong)里，途徑(jing)很多(duo)鄉村和(he)山谷，多(duo)個區域(yu)沒有地(di)面通信覆蓋，采用衛星(xing)物聯網(wang)能夠彌補這一缺陷。
EchoStar Mobile在(zai)歐洲(zhou)提供(gong)物聯網和(he)移動(dong)衛星(xing)服(fu)務，并計劃在(zai)美(mei)國提供(gong)相關服(fu)務。該公(gong)司對外分享了(le)資產跟(gen)蹤、精準(zhun)農業、海上連接、野火(huo)和(he)關鍵基礎(chu)設施監控(kong)等案(an)例，其(qi)中(zhong)野火(huo)檢測實(shi)現了(le)實(shi)時(shi)(shi)數據觸發實(shi)時(shi)(shi)行(xing)動(dong)，該公(gong)司一(yi)家客戶憑(ping)借其(qi)野火(huo)預防解決(jue)方案(an)獲得了(le)今年(nian)世(shi)界移動(dong)通信大會重要獎項，以表彰其(qi)氣候行(xing)動(dong)的最佳移動(dong)創新獎。EchoStar也通過雙模服(fu)務提供(gong)無縫連接，在(zai)衛星(xing)頻段(duan)和(he)地面頻段(duan)提供(gong)雙重連接，允許 物聯網設備根(gen)據可用性在(zai)網絡之間自(zi)動(dong)切換(huan)。
Plan-S是(shi)一家位于(yu)土耳其(qi)的公(gong)司，在一個電表監控案例中，該公(gong)司與(yu)土耳其(qi)的能(neng)源公(gong)司合作，在GSM覆蓋率較差的偏遠(yuan)地(di)區(qu)讀(du)取智能(neng)電表，將抄表成(cheng)本降低(di)了25%，并將總碳(tan)足跡降低(di)了50%，減少實地(di)訪問還通過(guo)減少偏遠(yuan)地(di)區(qu)發生事故的可能(neng)性(xing)來提高工人的安全性(xing)。
LoRa聯(lian)盟擁(yong)有(you)多個委員會和(he)工(gong)作組來支持NTN LoRaWAN，其(qi)技術(shu)委員會、衛星工(gong)作組和(he)監管工(gong)作組不(bu)斷致力于增強和(he)倡導(dao) LoRaWAN 功(gong)能，以支持衛星連接。
當然(ran)，NTN LoRaWAN也存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)多方面挑戰，其中一個最顯(xian)著的挑戰就是無線(xian)電(dian)頻(pin)(pin)(pin)率。LoRaWAN技術是在(zai)(zai)(zai)(zai)免(mian)(mian)許(xu)(xu)可(ke)(ke)的ISM 頻(pin)(pin)(pin)段上工(gong)作(zuo)，在(zai)(zai)(zai)(zai)引入(ru)了LEO（近地(di)軌道）衛(wei)星(xing)時，衛(wei)星(xing)通信也在(zai)(zai)(zai)(zai)免(mian)(mian)許(xu)(xu)可(ke)(ke)頻(pin)(pin)(pin)段運行。免(mian)(mian)許(xu)(xu)可(ke)(ke)的ISM 頻(pin)(pin)(pin)段的一個最大好處(chu)是訪(fang)問便捷(jie)、成本低(di)，但也存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)不少缺點，一個典型(xing)的缺點是容易受到干擾(rao)。此(ci)外，面許(xu)(xu)可(ke)(ke)近端仍然(ran)受到監管的約束，比如一些(xie)國家對于下行鏈路使用也有(you)所限制。LoRa聯盟的衛(wei)星(xing)工(gong)作(zuo)組的一項工(gong)作(zuo)是專(zhuan)注于實現免(mian)(mian)許(xu)(xu)可(ke)(ke)和(he)許(xu)(xu)可(ke)(ke)頻(pin)(pin)(pin)段之間的互操作(zuo)性，通過倡導納入(ru)許(xu)(xu)可(ke)(ke)頻(pin)(pin)(pin)段，來(lai)解(jie)決可(ke)(ke)靠、大規模衛(wei)星(xing)物(wu)聯網部署的需求。
3GPP 陣營構建5G IoT NTN的強大生態
3GPP陣營(ying)相關機構持(chi)(chi)續推(tui)動NTN標準的制(zhi)定(ding)和商業化，目前已取(qu)得顯(xian)著成(cheng)效，而且3GPP陣營(ying)的支持(chi)(chi)者群體(ti)越(yue)來越(yue)多。
早在R15標準研究階段，NTN就被納入了(le)研究范疇，3GPP發布了(le)技術(shu)報告，探索NR支(zhi)持NTN的可行(xing)性(xing)，報告對(dui)(dui)(dui)NTN部署場景和相關網(wang)絡(luo)架構進行(xing)定義，對(dui)(dui)(dui)于支(zhi)持頻段、終端設備等在內的通信模型(xing)進行(xing)了(le)初步研究。R16階段，3GPP組織(zhi)進行(xing)NTN系統解(jie)決方案(an)研究，包括對(dui)(dui)(dui)核(he)心網(wang)、接入網(wang)和終端能力的要求(qiu)，定義了(le)NTN組網(wang)架構，討論了(le)對(dui)(dui)(dui)于各類協議和接口協議的增強(qiang)需求(qiu)，奠定了(le)發展路(lu)線。
R17階段5G NTN迎來了實(shi)質性進展，基(ji)于前期研究積累，3GPP正式啟(qi)動NTN規范版(ban)本制(zhi)定，并(bing)與2022年6月實(shi)現版(ban)本凍結(jie)。R17針對NTN的研究涵蓋了無線接入(ru)網(wang)、承載網(wang)、核心(xin)網(wang)、終端等方面的標準制(zhi)定，針對寬帶接入(ru)和窄帶物聯網(wang)2類場景，形成了NR NTN和IoT NTN兩個(ge)方向(xiang)，標志著NTN和5G融(rong)合發展正式啟(qi)動。
R18階段，3GPP組織推(tui)進(jin)NTN進(jin)一步增(zeng)(zeng)強(qiang)，其中針對IoT NTN，采用移動性增(zeng)(zeng)強(qiang)技術，研究改進(jin)接入和(he)移動管理功能(neng)增(zeng)(zeng)強(qiang)對不連(lian)續覆蓋的支持(chi)。R19版本的研究則關注(zhu)星(xing)上再生模式，增(zeng)(zeng)強(qiang)對于新的衛星(xing)通信場(chang)景的研究。
在R17凍(dong)結(jie)后，大(da)量衛星通信(xin)運營商(shang)快速擁抱3GPP標(biao)準，推出(chu)相關(guan)服務。lobalstar、Skylo、Sateliot和OQ Technology等創新(xin)型衛星運營商(shang)是3GPP陣營IoT NTN的(de)擁護(hu)者，而諸如銥星公司這類(lei)老牌衛星廠商(shang)也啟動了IoT NTN項目。
2024年(nian)2月，美(mei)國衛(wei)訊公司(si)（ViaSat）、Terrestar Solutions、Ligado Networks、Omnispace和(he)Yahsat五家知名的衛(wei)星運(yun)營商(shang)發起了移動(dong)(dong)衛(wei)星服(fu)(fu)務(wu)(wu)協會(hui)，該協會(hui)將對(dui)于全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)統一的標(biao)準(zhun)和(he)規(gui)則(ze)建設作為(wei)工作重(zhong)點。值得關注(zhu)的是，該協會(hui)在多個(ge)場合專門提(ti)到了3GPP標(biao)準(zhun)，可見3GPP NTN標(biao)準(zhun)成為(wei)該組(zu)織(zhi)最(zui)關注(zhu)的全(quan)(quan)球(qiu)(qiu)統一標(biao)準(zhun)，例如在新(xin)聞(wen)稿中協會(hui)就提(ti)出將推動(dong)(dong)3GPP標(biao)準(zhun)擴展移動(dong)(dong)網絡(luo)運(yun)營商(shang)和(he)OTT廠商(shang)服(fu)(fu)務(wu)(wu)覆蓋的范圍，也提(ti)出其(qi)擁有的頻(pin)譜有一定的優勢(shi)，包括能(neng)夠推動(dong)(dong)現(xian)有衛(wei)星網絡(luo)立(li)即提(ti)供NB-IoT服(fu)(fu)務(wu)(wu)，推動(dong)(dong)5G NR服(fu)(fu)務(wu)(wu)，培育一個(ge)由解決方案提(ti)供商(shang)組(zu)成的D2D生態(tai)系統。
另外(wai)，馬(ma)斯克旗下的(de)(de)星鏈（Starlink）是一個重要的(de)(de)角色，該公司的(de)(de)技術路線(xian)對于(yu)衛星物聯(lian)(lian)網(wang)會產生顯著影響。從Starlink的(de)(de)官(guan)網(wang)可以(yi)看出(chu)，該公司宣(xuan)布2025年將推出(chu)物聯(lian)(lian)網(wang)服(fu)務，這一服(fu)務不(bu)需要硬件(jian)做專門的(de)(de)改(gai)變(bian)，能夠兼容現(xian)有的(de)(de)LTE Cat 1、LTE Cat 1 bis和LTE Cat 4等模(mo)組。Starlink這一服(fu)務，源于(yu)該公司與美國運(yun)營商T-Mobile在蜂窩網(wang)絡方面的(de)(de)合作，Starlink可以(yi)借助T-Mobile的(de)(de)LTE頻段，無需對LTE終端進(jin)行更(geng)改(gai)。
衛星通信(xin)(xin)服(fu)務采用3GPP陣(zhen)(zhen)營技術，將(jiang)能夠利用蜂(feng)窩(wo)通信(xin)(xin)領域標準化(hua)產品、組件(jian)的(de)大(da)型生態系統，為技術供應商提供了在設備間快(kuai)速擴(kuo)(kuo)展和(he)兼容性的(de)機(ji)會。同時，也可以有效利用蜂(feng)窩(wo)通信(xin)(xin)產業(ye)鏈與用戶(hu)群(qun)，快(kuai)速擴(kuo)(kuo)大(da)天基網絡(luo)的(de)用戶(hu)群(qun)體，從而攤薄天地一體化(hua)網絡(luo)建設、維護、推(tui)廣的(de)成(cheng)本(ben)。3GPP陣(zhen)(zhen)營多(duo)年來推(tui)動全球移動通信(xin)(xin)的(de)普及，擁有廣泛的(de)“群(qun)眾基礎(chu)”，這(zhe)一規(gui)模是其(qi)(qi)他通信(xin)(xin)技術陣(zhen)(zhen)營無法(fa)比擬的(de)，3GPP陣(zhen)(zhen)營依賴這(zhe)一優勢來擴(kuo)(kuo)大(da)其(qi)(qi)在NTN領域的(de)影響力。
筆者曾在一(yi)(yi)文中提出，衛(wei)星(xing)物聯網(wang)(wang)連(lian)(lian)接(jie)數(shu)占(zhan)物聯網(wang)(wang)總連(lian)(lian)接(jie)數(shu)的比例僅(jin)為0.1%，雖然衛(wei)星(xing)物聯網(wang)(wang)單個連(lian)(lian)接(jie)價(jia)值(zhi)較高(gao)，但有限的連(lian)(lian)接(jie)數(shu)讓該領域的市(shi)(shi)場規模(mo)保持在一(yi)(yi)定水平(ping)。IoT Analytics預測到2026年衛(wei)星(xing)物聯網(wang)(wang)年市(shi)(shi)場規模(mo)為10億美(mei)元(yuan)(yuan)，這10億美(mei)元(yuan)(yuan)將被提供衛(wei)星(xing)物聯網(wang)(wang)連(lian)(lian)接(jie)服務的眾多運(yun)營商瓜分(fen)，這個賽(sai)道(dao)顯得(de)有些“擁擠”。
不(bu)過(guo)，我(wo)們仍然(ran)要充(chong)分認識到，衛星(xing)物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)作為(wei)物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)市場(chang)中必不(bu)可(ke)少(shao)的(de)領(ling)域，在連(lian)接和(he)通信的(de)基礎上還有很多應用服(fu)(fu)務(wu)(wu)未(wei)(wei)得到挖掘。衛星(xing)物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)連(lian)接和(he)通信是基礎，而通過(guo)其獲得的(de)各類數據具有獨一無(wu)二的(de)價值，以(yi)及各類場(chang)景能夠拓展(zhan)更豐富的(de)服(fu)(fu)務(wu)(wu)。因(yin)此，3GPP陣(zhen)營和(he)LoRa陣(zhen)營堅(jian)決投入多方面資源(yuan)布局(ju)NTN業務(wu)(wu)，或許(xu)未(wei)(wei)來針對衛星(xing)物(wu)聯(lian)網(wang)(wang)數據和(he)場(chang)景服(fu)(fu)務(wu)(wu)進行(xing)創(chuang)新(xin)，形(xing)成新(xin)的(de)業態。這次，NB-IoT和(he)LoRa的(de)爭(zheng)奪(duo)領(ling)域在“天上”，未(wei)(wei)來能夠形(xing)成什(shen)么樣的(de)市場(chang)格局(ju)，我(wo)們拭目以(yi)待。
