作者：趙小飛

十年前，低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）進入業(yè)界視野，這一賽道開啟了群雄逐鹿的過程，雖然各類技術層出不窮，但最終3GPP陣營和LoRa陣營占據(jù)了主導，基本覆蓋了大部分低功耗廣域連接場景，前者代表性技術包括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。

如今，以衛(wèi)星通信為代表的非地面網(wǎng)絡（NTN）成為物聯(lián)網(wǎng)的一個熱點領域，通過衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)，為此前服務不足的地區(qū)提供無處不在的連接解決方案。而在衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程中，3GPP陣營和LoRa陣營又一次相遇，借助各自的技術體系不斷推進商用。目前，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)還處于起步階段，這一次基本沒有其他LPWAN陣營的加入，主要是NB-IoT和LoRaWAN在天上的角逐。

LoRa陣營拓展衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)由來已久

早在2018年，LoRa陣營的支持者就在探索LoRa用于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)下應用的可能性，在一次驗證中，LoRa接收機捕捉到了從低軌衛(wèi)星傳來的信號。彼時，LoRa技術得到全球廣泛支持，已經(jīng)在數(shù)十項LPWAN技術競爭中表現(xiàn)突出。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的成功驗證，提升了LoRa陣營進一步擴大影響力的信心。

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芯片與網(wǎng)關的軟件升級，可以顯著提升網(wǎng)絡容量和抗干擾能力，實現(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家會員已開啟了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從地面技術演變?yōu)镹TN技術，率先實現(xiàn)了LoRaWAN 衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?；采w并形成商業(yè)化服務。一個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)測項目的服務，由于這條河流跨越120公里，途徑很多鄉(xiāng)村和山谷，多個區(qū)域沒有地面通信覆蓋，采用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)能夠彌補這一缺陷。

EchoStar Mobile在歐洲提供物聯(lián)網(wǎng)和移動衛(wèi)星服務，并計劃在美國提供相關服務。該公司對外分享了資產(chǎn)跟蹤、精準農(nóng)業(yè)、海上連接、野火和關鍵基礎設施監(jiān)控等案例，其中野火檢測實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)觸發(fā)實時行動，該公司一家客戶憑借其野火預防解決方案獲得了今年世界移動通信大會重要獎項，以表彰其氣候行動的最佳移動創(chuàng)新獎。EchoStar也通過雙模服務提供無縫連接，在衛(wèi)星頻段和地面頻段提供雙重連接，允許 物聯(lián)網(wǎng)設備根據(jù)可用性在網(wǎng)絡之間自動切換。

Plan-S是一家位于土耳其的公司，在一個電表監(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%，減少實地訪問還通過減少偏遠地區(qū)發(fā)生事故的可能性來提高工人的安全性。

LoRa聯(lián)盟擁有多個委員會和工作組來支持NTN LoRaWAN，其技術委員會、衛(wèi)星工作組和監(jiān)管工作組不斷致力于增強和倡導 LoRaWAN 功能，以支持衛(wèi)星連接。

當然，NTN LoRaWAN也存在多方面挑戰(zhàn)，其中一個最顯著的挑戰(zhàn)就是無線電頻率。LoRaWAN技術是在免許可的ISM 頻段上工作，在引入了LEO（近地軌道）衛(wèi)星時，衛(wèi)星通信也在免許可頻段運行。免許可的ISM 頻段的一個最大好處是訪問便捷、成本低，但也存在不少缺點，一個典型的缺點是容易受到干擾。此外，面許可近端仍然受到監(jiān)管的約束，比如一些國家對于下行鏈路使用也有所限制。LoRa聯(lián)盟的衛(wèi)星工作組的一項工作是專注于實現(xiàn)免許可和許可頻段之間的互操作性，通過倡導納入許可頻段，來解決可靠、大規(guī)模衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)部署的需求。

3GPP 陣營構(gòu)建5G IoT NTN的強大生態(tài)

3GPP陣營相關機構(gòu)持續(xù)推動NTN標準的制定和商業(yè)化，目前已取得顯著成效，而且3GPP陣營的支持者群體越來越多。

早在R15標準研究階段，NTN就被納入了研究范疇，3GPP發(fā)布了技術報告，探索NR支持NTN的可行性，報告對NTN部署場景和相關網(wǎng)絡架構(gòu)進行定義，對于支持頻段、終端設備等在內(nèi)的通信模型進行了初步研究。R16階段，3GPP組織進行NTN系統(tǒng)解決方案研究，包括對核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和終端能力的要求，定義了NTN組網(wǎng)架構(gòu)，討論了對于各類協(xié)議和接口協(xié)議的增強需求，奠定了發(fā)展路線。

R17階段5G NTN迎來了實質(zhì)性進展，基于前期研究積累，3GPP正式啟動NTN規(guī)范版本制定，并與2022年6月實現(xiàn)版本凍結(jié)。R17針對NTN的研究涵蓋了無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、終端等方面的標準制定，針對寬帶接入和窄帶物聯(lián)網(wǎng)2類場景，形成了NR NTN和IoT NTN兩個方向，標志著NTN和5G融合發(fā)展正式啟動。

R18階段，3GPP組織推進NTN進一步增強，其中針對IoT NTN，采用移動性增強技術，研究改進接入和移動管理功能增強對不連續(xù)覆蓋的支持。R19版本的研究則關注星上再生模式，增強對于新的衛(wèi)星通信場景的研究。

在R17凍結(jié)后，大量衛(wèi)星通信運營商快速擁抱3GPP標準，推出相關服務。lobalstar、Skylo、Sateliot和OQ Technology等創(chuàng)新型衛(wèi)星運營商是3GPP陣營IoT NTN的擁護者，而諸如銥星公司這類老牌衛(wèi)星廠商也啟動了IoT NTN項目。

2024年2月，美國衛(wèi)訊公司（ViaSat）、Terrestar Solutions、Ligado Networks、Omnispace和Yahsat五家知名的衛(wèi)星運營商發(fā)起了移動衛(wèi)星服務協(xié)會，該協(xié)會將對于全球統(tǒng)一的標準和規(guī)則建設作為工作重點。值得關注的是，該協(xié)會在多個場合專門提到了3GPP標準，可見3GPP NTN標準成為該組織最關注的全球統(tǒng)一標準，例如在新聞稿中協(xié)會就提出將推動3GPP標準擴展移動網(wǎng)絡運營商和OTT廠商服務覆蓋的范圍，也提出其擁有的頻譜有一定的優(yōu)勢，包括能夠推動現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)絡立即提供NB-IoT服務，推動5G NR服務，培育一個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）是一個重要的角色，該公司的技術路線對于衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)會產(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，這一服務不需要硬件做專門的改變，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，源于該公司與美國運營商T-Mobile在蜂窩網(wǎng)絡方面的合作，Starlink可以借助T-Mobile的LTE頻段，無需對LTE終端進行更改。

將能夠利用蜂窩通信領域標準化產(chǎn)品、組件的大型生態(tài)系統(tǒng)，為技術供應商提供了在設備間快速擴展和兼容性的機會。同時，也可以有效利用蜂窩通信產(chǎn)業(yè)鏈與用戶群，快速擴大天基網(wǎng)絡的用戶群體，從而攤薄天地一體化網(wǎng)絡建設、維護、推廣的成本。3GPP陣營多年來推動全球移動通信的普及，擁有廣泛的“群眾基礎”，這一規(guī)模是其他通信技術陣營無法比擬的，3GPP陣營依賴這一優(yōu)勢來擴大其在NTN領域的影響力。

筆者曾在《衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)：奢侈的業(yè)務、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)單個連接價值較高，但有限的連接數(shù)讓該領域的市場規(guī)模保持在一定水平。IoT Analytics預測到2026年衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)年市場規(guī)模為10億美元，這10億美元將被提供衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)連接服務的眾多運營商瓜分，這個賽道顯得有些“擁擠”。

不過，我們?nèi)匀灰浞终J識到，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)市場中必不可少的領域，在連接和通信的基礎上還有很多應用服務未得到挖掘。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)連接和通信是基礎，而通過其獲得的各類數(shù)據(jù)具有獨一無二的價值，以及各類場景能夠拓展更豐富的服務。因此，3GPP陣營和LoRa陣營堅決投入多方面資源布局NTN業(yè)務，或許未來針對衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和場景服務進行創(chuàng)新，形成新的業(yè)態(tài)。這次，NB-IoT和LoRa的爭奪領域在“天上”，未來能夠形成什么樣的市場格局，我們拭目以待。