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當(dāng)前，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)是大國競爭的新高地，在軍民領(lǐng)域都有巨大的戰(zhàn)略價值和經(jīng)濟(jì)價值，是新時代中國發(fā)展不能錯過的產(chǎn)業(yè)大賽道。因此，本文將匯總衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的落地價值和發(fā)展趨勢。
衛(wèi)星通信是近半年來科技圈的熱門話題——自從去年華為和蘋果要讓手機(jī)向上“捅破天”之后，高通和聯(lián)發(fā)科也坐不住了，相繼推出基于自己平臺的衛(wèi)星通信技術(shù)。
其實，和手機(jī)端的應(yīng)用相比，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)擁有更加廣闊的價值，多家機(jī)構(gòu)預(yù)測其可能創(chuàng)造萬億元級的產(chǎn)業(yè)價值，也由此吸引了產(chǎn)業(yè)鏈上下游的積極布局。比如，2022年7月，紫光展銳聯(lián)合鵬鵠物宇率先完成全球首個基于R17 IoT NTN標(biāo)準(zhǔn)的5G衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)上星實測，開啟了基于5G的新一代衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)模式等。2023年3月，移遠(yuǎn)通信宣布將推出CC200A-LB衛(wèi)星通信模組，同時還專門提供“模組+衛(wèi)星連接服務(wù)+天線”的“三合一”衛(wèi)星產(chǎn)品套裝，幫助用戶快速實現(xiàn)整體設(shè)計，加速技術(shù)落地。
當(dāng)前，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)是大國競爭的新高地，在軍民領(lǐng)域都有巨大的戰(zhàn)略價值和經(jīng)濟(jì)價值，是新時代中國發(fā)展不能錯過的產(chǎn)業(yè)大賽道。因此，本文將匯總衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的落地價值和發(fā)展趨勢。
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景豐富
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)是基于衛(wèi)星寬帶通信的物聯(lián)網(wǎng)，通過發(fā)射一定數(shù)量的衛(wèi)星形成規(guī)模組網(wǎng)，從而輻射全球，構(gòu)建具備實時信息處理的大衛(wèi)星系統(tǒng)，是一種能夠完成向地面和空中終端提供寬帶物聯(lián)網(wǎng)接入等通信服務(wù)的新型網(wǎng)絡(luò)，具有廣覆蓋、寬帶化、低時延、低成本等突出優(yōu)點。
這種方法使我們的網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋整個地球，包括海洋、天空、沙漠、森林和險惡山區(qū)等。同時，隨著火箭發(fā)射成本下降、衛(wèi)星制造能力提升等發(fā)展，高頻低軌道衛(wèi)星星座的建設(shè)具備條件，從而使得高帶寬、低時延、低成本的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)鏈接優(yōu)勢得以進(jìn)一步強(qiáng)化，催生更多樣更高價值的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
目前，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的主要價值體現(xiàn)在：一是實現(xiàn)對未覆蓋區(qū)域設(shè)備的跟蹤、控制與管理。施工場地的重型工程設(shè)備、遠(yuǎn)洋船舶、海上油井以及跨國集團(tuán)的全球供應(yīng)鏈管理等場景多數(shù)面臨蜂窩網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋的問題，相關(guān)設(shè)備的實時監(jiān)控、管理對于保障設(shè)備安全生產(chǎn)、運營優(yōu)化等具有重要意義，需要依賴衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全球覆蓋。二是作為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的冗余系統(tǒng)。例如車隊管理應(yīng)用，目前多采用蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接，但車隊運輸過程中由于網(wǎng)絡(luò)覆蓋、天氣變化、網(wǎng)絡(luò)干擾等問題可能會出現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)斷連的問題。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)可以作為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)冗余，在蜂窩信號丟失時保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)流的持續(xù)傳遞。
- 遠(yuǎn)洋航運
由于傳統(tǒng)地面基站無法在海上鋪設(shè)，遠(yuǎn)洋航運的網(wǎng)絡(luò)通信需要通過衛(wèi)星連接的方式滿足。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的部署不受海洋上地理空間尺度大、海洋環(huán)境復(fù)雜、氣候變化顯著等影響，在遠(yuǎn)洋聯(lián)網(wǎng)通信上具備較大優(yōu)勢。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)主要通過船載衛(wèi)星設(shè)備終端實現(xiàn)海上船只與地面通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，滿足必要數(shù)據(jù)交換、環(huán)境監(jiān)測、應(yīng)急救援、海上娛樂等應(yīng)用需求。同時，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)搭配定位導(dǎo)航設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對無人水面艇、潛航艇、潛水艇等的遠(yuǎn)程控制。未來，在衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的支持下，智能船舶、智慧港口、海外護(hù)航等的發(fā)展有望進(jìn)一步提速。
- 航空航天
航天航空的網(wǎng)絡(luò)通信長期以來是地面基站難以解決的需求。目前，部分航空航天網(wǎng)絡(luò)采取地對空基站覆蓋直接傳送（Air To Ground，ATG）的解決方案，而ATG形式的空中聯(lián)網(wǎng)對基站建設(shè)存在較高依賴性，需沿飛行航線或特定空域建設(shè)地面基站，從而達(dá)到高空通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋的效果，但在飛經(jīng)無基站覆蓋的海上或偏僻地區(qū)時，聯(lián)網(wǎng)需求將無法實現(xiàn)。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠滿足航空航天對于全地域穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求。
根據(jù)民航局?jǐn)?shù)據(jù)，截至2021年底，共842架飛機(jī)具備客艙無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，僅占整體機(jī)架數(shù)的21%。隨著衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟度不斷提高，以及商業(yè)推廣進(jìn)程加速，航空航天領(lǐng)域的衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模有望持續(xù)增長。
- 資產(chǎn)管理
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展可以有效應(yīng)用于我國礦產(chǎn)開發(fā)、發(fā)電、油田生產(chǎn)等重要領(lǐng)域。相關(guān)業(yè)務(wù)場景及企業(yè)資產(chǎn)的分布較廣，一般均在偏遠(yuǎn)地區(qū)（例如戈壁地區(qū)的油田、深山中的水電站等）。采用人力前往巡查，會產(chǎn)生較大的成本，而傳統(tǒng)蜂窩基站又覆蓋不到，此時可以讓數(shù)據(jù)采集終端通過衛(wèi)星通信及時上報企業(yè)資產(chǎn)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。
例如，在露天礦產(chǎn)資源開發(fā)中，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)可以幫助開發(fā)者及時獲取高空遙感成像、關(guān)鍵位置位移監(jiān)控數(shù)據(jù)和礦山工程機(jī)械施工情況等信息，從而制定高效的開發(fā)方案，提升開發(fā)效率及安全性；我國在海外布局的油田、煉油廠等基礎(chǔ)設(shè)施也能夠通過衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的方式實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測和遠(yuǎn)程管理，提升海外資產(chǎn)管理的效率。
- 農(nóng)林業(yè)應(yīng)用
眾多農(nóng)林牧漁場景都是規(guī)?；\作，面臨著面積大、距離遠(yuǎn)等問題。農(nóng)業(yè)場景對環(huán)境的要求較高，需要實時對溫濕度、土壤成分等進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測，但人力所能采集到的數(shù)據(jù)不僅在準(zhǔn)確性上有待驗證，同時還存在效率低、成本高等問題。同時，在畜牧業(yè)中，針對大量牲畜進(jìn)行放牧的場景，可以借助衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)防止牲畜走失。此外，野生動物保護(hù)、重要植被保護(hù)等，也可以應(yīng)用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)大大提升保護(hù)效率、降低成本。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)已成為解決相關(guān)問題的新思路。
- 災(zāi)害預(yù)測
地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生前，會有若干抖動、山體位移等征兆，靠人力很難察覺，但通過安裝檢測設(shè)備，自動上報監(jiān)測到的抖動信息、位移信息，就可以提前進(jìn)行災(zāi)害預(yù)警，減少損失。同時，監(jiān)測點一般都比較偏遠(yuǎn)，且都是室外露天場所，非常適合采用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。此外，城區(qū)很多危險品爆燃事故，也可以通過衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測?？梢栽诒O(jiān)測點設(shè)置有害氣體傳感器，及時連接上報異常。
低功耗衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)逐漸起勢
過去幾年中，多家新創(chuàng)衛(wèi)星公司宣布推出基于衛(wèi)星的新型物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)，有望大大降低傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)的成本和能耗。這些衛(wèi)星通信系統(tǒng)要么利用新的物聯(lián)網(wǎng)空口協(xié)議，要么利用現(xiàn)有的LPWAN技術(shù)，如LoRa或NB-IoT，為全球各地的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和在軌衛(wèi)星提供通信連接，可被視為低功耗廣域網(wǎng)市場的一部分。近年來，多項低功耗衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品/服務(wù)面市，滿足客戶低成本實現(xiàn)無處不在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求。
Semtech于2022年4月宣布推出全新的LoRa EdgeTM LR1120芯片組，具備支持衛(wèi)星S頻段以及2.4GHz等多頻段能力，使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以直接借助衛(wèi)星通信，在全球范圍內(nèi)幫助供應(yīng)鏈管理和物流行業(yè)實現(xiàn)互聯(lián)互通部署和低功耗地理定位。例如，眾多客戶對在海洋、沙漠等場景有定位需求，可以結(jié)合該產(chǎn)品，借助衛(wèi)星通信實現(xiàn)。在Semtech公布的合作案例中，位于上海的座頭鯨信息技術(shù)有限公司，將LoRa等最新物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與其在物聯(lián)網(wǎng)智能硬件、定位導(dǎo)航和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗相結(jié)合，為冷鏈產(chǎn)業(yè)全流程監(jiān)控提供了端到端解決方案。
美國Skylo Technologies為全球物聯(lián)網(wǎng)用戶提供基于衛(wèi)星的全球化NB-IoT網(wǎng)絡(luò)泛在連接服務(wù)，主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、交通、航海、應(yīng)急等領(lǐng)域。Skylo公司基于衛(wèi)星的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是采用地球同步通信衛(wèi)星連接Skylo部署在地球上的網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)的。網(wǎng)絡(luò)運行頻段除了專門的同步衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)頻段外，也運行在 3GPP 所定義的頻段上。作為一個雙向通信網(wǎng)絡(luò)，除了網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)回傳給衛(wèi)星外，由于專有的天線技術(shù)，衛(wèi)星無需額外設(shè)備也可將數(shù)據(jù)反饋至網(wǎng)關(guān)。2023年2月，公司與聯(lián)發(fā)科合作，結(jié)合聯(lián)發(fā)科的3GPP NTN標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器和自身的NTN服務(wù)，助力智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)制造商開發(fā)具有內(nèi)置衛(wèi)星連接的新設(shè)備、傳感器和可穿戴設(shè)備。目前，Skylo的NTN服務(wù)已使用聯(lián)發(fā)科的3GPP NTN芯片組進(jìn)行了廣泛的壓力測試。
盧森堡衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)運營商OQ Technology打造衛(wèi)星星座業(yè)務(wù)，能夠支持在偏遠(yuǎn)和農(nóng)村地區(qū)的IoT和M2M應(yīng)用的實時數(shù)據(jù)處理。相關(guān)應(yīng)用包括SCADA系統(tǒng)、資產(chǎn)跟蹤、無人機(jī)控制和井口監(jiān)測等。OQ Technology的雙模式衛(wèi)星蜂窩物聯(lián)網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器和跟蹤器，可以從1000多個傳感器收集數(shù)據(jù)，內(nèi)置GPS，并支持5G NB-IoT、GSM、LTE-M和雙向衛(wèi)星鏈路。銷售數(shù)據(jù)預(yù)付套餐是該公司的一大主營業(yè)務(wù)，相關(guān)套餐流量從千字節(jié)到兆字節(jié)不等。
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)通過與地面LPWAN更好地融合，將以其無處不在的覆蓋補(bǔ)充地面網(wǎng)絡(luò)的不足和斷點。隨著5G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)以及6G標(biāo)準(zhǔn)研究的開展，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)融合成為演進(jìn)和重點研究的方向之一。
《中國聯(lián)通空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)白皮書》指出，“空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)是未來6G網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展趨勢，目前正處于發(fā)展初期“。推動衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)成熟落地、加快衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)與5G網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展，將成為建設(shè)空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵抓手。未來，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)與地面LPWAN的互補(bǔ)合作、融合發(fā)展，有望成為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的主力之一，將為更多客戶在更廣地域范圍內(nèi)提供優(yōu)質(zhì)低價連接服務(wù)。
我國衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)有望創(chuàng)造萬億級產(chǎn)業(yè)價值
衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊，綜合Omdia、ABI Research、麥肯錫等機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，全球衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)有望從2019年的265萬增至2024年的2400萬，年復(fù)合增長率高達(dá)55%；預(yù)計到2025年，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值可達(dá)5600億美元至8500億美元。
2020年，我國正式明確新基建的概念范圍，其中信息基礎(chǔ)設(shè)施部分主要包括“以5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)為代表的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”。首次納入“新基建”范疇的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)已上升為國家戰(zhàn)略性工程，成為我國空天地一體化信息系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分。
2021年以來，全國人大、國務(wù)院、國資委、工信部、科技部等進(jìn)一步密集發(fā)布利好政策，推動衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時，各省市層面，也有多項扶持商業(yè)航天行業(yè)發(fā)展的規(guī)劃陸續(xù)發(fā)布。這些政策正推動衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化應(yīng)用及商業(yè)化服務(wù)，行業(yè)有望實現(xiàn)跨越式發(fā)展。
根據(jù)NSR預(yù)測，未來10年，我國或成為全球衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)唯一有望實現(xiàn)產(chǎn)值年復(fù)合增長率超10%的市場，將帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)全面實現(xiàn)信息化、智能化，并推動服務(wù)創(chuàng)新、業(yè)態(tài)創(chuàng)新、金融創(chuàng)新和相關(guān)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造萬億元級的產(chǎn)業(yè)價值。
低軌衛(wèi)星通信蓄勢待發(fā)
按照軌道高度，衛(wèi)星主要分為低軌、中軌、高軌三類。其中低軌衛(wèi)星主要指運行在低地球軌道（距離地面500-2000km，LEO）的衛(wèi)星。對比高軌（地球靜止軌道，GEO）衛(wèi)星。
在通信應(yīng)用中，低軌具有距離近、傳輸時延小、鏈路損耗低、發(fā)射靈活、應(yīng)用場景豐富、整體制造成本低等優(yōu)勢。低軌衛(wèi)星單個衛(wèi)星的覆蓋范圍一般在幾百公里到上千公里直徑的面積，非常適合衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展。目前，低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)在全球物聯(lián)網(wǎng)通信和互聯(lián)網(wǎng)接入、5G、太空軍事能力應(yīng)用等方面極具潛力，是商業(yè)航天技術(shù)和主要大國太空戰(zhàn)略博弈的必爭之地，已成為下一代空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展重點：
- 截至2023年5月初，SpaceX已發(fā)射4161顆星鏈衛(wèi)星，該公司的目標(biāo)是發(fā)射4.2萬顆衛(wèi)星，建立覆蓋全球的天基通訊系統(tǒng)
- 英國通信公司Oneweb推出星座計劃，初始星座將由648顆Ku波段衛(wèi)星組成，第二、三階段（2027年前）將發(fā)射2000顆V波段衛(wèi)星
- 亞馬遜計劃構(gòu)建Kuiper星座，將發(fā)射3236顆Ka波段衛(wèi)星
- Facebook計劃構(gòu)建Facebook Athena Project星座，將發(fā)射77顆低軌衛(wèi)星
- OQ Technology于2022年計劃將其星座從三顆衛(wèi)星增加到十顆，以接收更多的日常傳輸。2023年OQ Technology將發(fā)射更多的衛(wèi)星，目標(biāo)是接近實時覆蓋
- 美國Omnispace希望成為第一家提供全球5G非地面網(wǎng)絡(luò)的公司，該網(wǎng)絡(luò)可從其LEO衛(wèi)星直接連接到移動設(shè)備。2022年，Omnispace通過其Omnispace Spark計劃完成了兩顆衛(wèi)星的發(fā)射
- 俄羅斯開展“球體”Sphere計劃以對標(biāo)美國Oneweb和Starlink，積極布局和發(fā)展自己的商業(yè)低軌星座
- 韓國三星公司提出打造除Starlink外數(shù)量最多的低軌衛(wèi)星星座計劃
低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有緊迫性。國際衛(wèi)星界遵循的是“衛(wèi)星軌道和頻譜先占先得”原則，后上去的衛(wèi)星必須避讓已在軌的。目前，低軌道衛(wèi)星空間軌道和頻譜資源日益緊張，賽迪顧問等機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，地球近地軌道最多可容納大約6萬顆衛(wèi)星。目前，國外已經(jīng)公布的低軌通信衛(wèi)星方案中，衛(wèi)星總數(shù)量已將近2.5萬顆。
為保障經(jīng)濟(jì)社會和信息通信產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展，我國必須加快低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐，確保在軌道與頻譜戰(zhàn)略資源的爭奪中處于有利地位。
