连接下一个十亿用户：5G与卫星

插图：© IoT For All 得益于相比以往地面网络几代的多项优势，5G 正准备彻底革新物联网 (IoT)。凭借超高速（快十倍）和低延迟，5G 允许设备几乎即时收集和传输数据，非常适合关键任务的物联网应用。5G 提升的容量和改进的可靠性还可以支持更多设备连接到互联网，为更先进的物联网应用铺平道路。此外，5G 的网络切片功能可以创建虚拟化的网络片段，这些网络片段可针对特定的物联网用例进行优化，从而提高物联网部署的性能和效率。然而，5G 主要是为提高高人口密度城市地区的网络覆盖而设计的。迄今为止，全球地表只有 8% 被 5G 覆盖，而地面网络整体覆盖率也仅为 15%。让我们来探讨卫星在未来 5G 中日益增长的影响力，以及这距离现实到底还有多远。 卫星补充 5G 网络 最终，卫星可以通过三种主要方式来补充 5G 网络： - 拓展覆盖范围，包括农村和偏远地区 - 创建冗余 - 提供回程支持 尽管连接性并不只是关于覆盖范围，但将卫星整合到 5G 网络中，其主要优势在于实现全球完全覆盖。与依赖基础设施的传统移动网络和光纤连接不同，卫星可以在地球的任何地方提供连接。“虽然连接性不仅仅关乎覆盖范围，但将卫星整合到 5G 网络中，其主要优势在于实现全球完全覆盖。”此外，近地轨道（LEO）卫星可以提供高速、低延迟的连接。由于 LEO 卫星距离地表 160-2000 公里（99-1243 英里），其延迟可以低至 20 毫秒，与地面网络所能实现的延迟相当。因此，对于远程手术或自动驾驶等对时间敏感、延迟可能导致严重后果的应用，也可以通过卫星连接来管理。此外，额外的带宽还能让 5G 网络更好地应对日益增长的数据流量和连接设备数量。尽管这些优势已经被广泛认知，但在 2022 年，全球卫星连接市场中，只有 2% 与卫星物联网收入有关。那么，到底是什么发生了变化？简而言之，与卫星连接采纳率的两个主要障碍——成本和复杂性相关的因素正在发生变化。 **成本更具吸引力的卫星连接** 过去，卫星通常被视为昂贵的最后选择，但近年来卫星通信行业经历了显著的增长与创新。将卫星送入近地轨道（LEO）的成本已从 1981 年的每公斤 85,000 美元大幅降至 2020 年的每公斤 1,000 美元。较小且较轻的纳米卫星和立方卫星的发展也推动了这一趋势。然而，由于纳米卫星覆盖范围较小，因此需要更多的卫星才能实现全球覆盖。Swarm 提供全球覆盖依赖于 150 颗纳米卫星组成的星座，而 Iridium 则由 66 颗卫星组成。近年来，卫星通信行业竞争日益激烈，许多新玩家已进入市场。然而，其中许多公司仍在部署其纳米卫星或立方卫星网络。因此，一些运营商可能缺乏提供实时数据的能力，甚至在某些情况下，无法提供真正的全球覆盖。例如，Astrocast 和 Sateliot 目前分别有 18 颗和 12 颗纳米卫星在轨，计划将总卫星数量增加到 1,000 和 250。简而言之，一些运营商可能每天只能传输几次甚至一次物联网数据，这可能并不适合所有应用场景。在这些情况下，企业需要明确其项目所需的传输频率，并仔细选择能够支持该频率的卫星网络。 **互操作性机会与挑战** 目前，许多卫星运营商要求客户使用专用设备来接入他们的网络。这意味着需要购买专门为此目的设计的独立卫星接收器，但这种方式并不总是便于与现有系统集成。一些设备可能支持您选择的通信协议，而在其他情况下，用户可能需要对数据进行处理，以便通过卫星传输。互操作性一直是通信行业的讨论话题，但直到 2017 年，一个正式的工作组才推荐将非地面网络（如光纤和卫星）整合到 5G 技术中。2023 年，直接到设备领域的进展令人期待，比如高通推出的全新 Snapdragon X75 芯片，该芯片利用 Iridium 的卫星网络，无需额外的 SIM 卡或硬件即可实现卫星连接。然而，随着无线连接选项的不断增加，物联网部署的互操作性变得更加复杂。仅举几个例子：5G NR（新无线电）、NB-IoT（窄带物联网）和 LoRaWAN（长距离广域网络）。由于互操作性功能必须在卫星发射前就构建进去，因此卫星网络运营商需要选择他们认为将长期存在的协议或标准。毕竟，地面网络经常会淘汰特定的网络世代，如目前正在进行的 2G 和 3G 的停用。此外，仍然存在一些必须解决的挑战和限制，其中不乏一些监管问题，例如频谱分配，都需要加以克服。 **未来：混合、无处不在的覆盖** 地面和卫星物联网网络运营商合作提供混合连接解决方案的趋势正在增长。例如，Kinéis 与德国电信已合作推出混合蜂窝-卫星解决方案，其中 Kinéis 的 KIM 1 模块已获得德国电信认证，可由后者用户使用。此外，许多卫星物联网设备，例如 RockREMOTE Rugged，可以同时利用蜂窝和卫星连接。在这些情况下，蜂窝和卫星连接需要分别使用不同的 SIM 卡，设备在可获得地面网络时将使用其进行连接，在无法获得地面覆盖时则切换为卫星连接。此外，提供通过单一通信射频 (RF) 芯片同时支持地面和卫星连接的新技术正在出现。一个例子是 LoRa Edge LR1120，它同时支持 Sub-GHz LoRa、SATCOM S 频段和 2.4 GHz LoRa。尽管完全互操作的网络解决方案距离现实仍需几年时间，但许多成熟的卫星运营商已经开始考虑通过合作来扩展其服务。位于弗吉尼亚州麦克莱恩的 Iridium 高级副总裁 Bryan Hartin 最近接受采访时谈到与高通的合作，并表示：“我们可能会发现某个 NB-IoT 运营商，为了扩大我们的覆盖范围，我们可能愿意投资其 1 至 2 家。” **5G 与卫星** 最终，可靠的连接性是物联网部署成功的关键，而卫星技术已经在包括精准农业、物流和医疗健康在内的众多应用中投入使用。持续的投资与合作对该领域全面潜力的实现至关重要。在那之前，卫星与 5G 网络的结合仍然为公司和组织提供了巨大的灵活性，帮助他们充分释放太空的潜力。 TweetShareShareEmail 5GConnectivityLoRaWANNB-IoTSatellite --> 5GConnectivityLoRaWANNB-IoTSatellite