衛(wèi)星通信的IoT可行性

在陸續(xù)找到技術(shù)突破的通信技術(shù)和航天技術(shù)的推動(dòng)下，全球衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)迎來(lái)的新的一輪熱潮。高中低軌的衛(wèi)星全部參與到天地通信的環(huán)節(jié)中來(lái)，哪怕是民營(yíng)航空企業(yè)開展的衛(wèi)星發(fā)射活動(dòng)也變得極其頻繁。正因如此，不少廠商都將目光投向了衛(wèi)星IoT通信。

衛(wèi)星通信直達(dá)室內(nèi)

去年9月份，衛(wèi)星通信公司Totum宣布其衛(wèi)星直連IoT方案成功在室內(nèi)運(yùn)行，而這套方案并沒(méi)有像傳統(tǒng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器一樣，用到高增益的定向天線，而是只需微型全向天線。至于地面設(shè)備的芯片，Totum選擇了Fabless公司Orca Systems開發(fā)的ORC3990，通過(guò)2.4GHz的ISM頻段，將Totum的LEO低軌衛(wèi)星與室內(nèi)的IoT設(shè)備完成聯(lián)通。

ORC3990 SoC/ Orca Systems

ORC3990基于格芯的22nm工藝，提供了完整的低功耗衛(wèi)星通信SoC方案，整個(gè)芯片集成了低噪聲放大器、數(shù)字功率放大器、Totum衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器、電源管理單元、雙核ArmCortex-M0+CPU、片上易失性和非易失性存儲(chǔ)器，還有安全等關(guān)鍵功能的模擬與數(shù)字外設(shè)。Orca對(duì)該芯片的功耗和電源管理相當(dāng)有自信，稱足以支持設(shè)備持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)10數(shù)年以上。

但看到2.4GHz，有的人可能會(huì)有提出疑問(wèn)：又一個(gè)2.4GHz網(wǎng)絡(luò)，該怎么保證不會(huì)干擾藍(lán)牙和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)呢？Totum表示，在其多普勒多通道擴(kuò)頻技術(shù)（DMSS）的支持下，其通信不僅可以與其他ISM頻段信號(hào)共存，也不會(huì)對(duì)其它2.4GHz網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生干擾。

依照Totum的說(shuō)法，他們?yōu)榈凸牡腎oT應(yīng)用提供了連接和定位方案，可以滿足供應(yīng)鏈、物流、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、能源和工業(yè)市場(chǎng)中的大規(guī)模位置追蹤和監(jiān)控應(yīng)用，完成全球范圍包括室內(nèi)的覆蓋，開啟200億美元以上的衛(wèi)星通信市場(chǎng)。這個(gè)野心可能有些夸大，但隨著越來(lái)越多的衛(wèi)星廠商紛紛入局衛(wèi)星通信，這個(gè)市場(chǎng)的體量確實(shí)是相當(dāng)可觀的，要不然Totum的OEM、方案商和經(jīng)銷商客戶也不會(huì)提前下單200萬(wàn)臺(tái)設(shè)備。

話雖如此，要想切入這個(gè)市場(chǎng)，首先就要提供靠譜的通信質(zhì)量，比如優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)速度、延時(shí)和帶寬等，否則難以與已經(jīng)開始全面發(fā)力室內(nèi)的5G相比，更不用說(shuō)這類公司的支出遠(yuǎn)高于其他物聯(lián)網(wǎng)芯片/模組公司。Totum的計(jì)劃是在今年發(fā)射20多顆低軌衛(wèi)星，而ORC3990的成本也在4美元左右，無(wú)論是基建成本還是芯片擁有成本都將成為衛(wèi)星IoT通信大規(guī)模商用的障礙。

5G與衛(wèi)星通信的結(jié)合

不知大家是否還記得數(shù)年前被索尼收購(gòu)的一家半導(dǎo)體公司，Altair，當(dāng)然了這家公司如今已經(jīng)更名為索尼半導(dǎo)體以色列分公司，主要負(fù)責(zé)基IoT相關(guān)的芯片開發(fā)，近來(lái)也開發(fā)了支持5G的CAT-M&NB-IoT芯片。日前，美國(guó)衛(wèi)星通信公司Ligado宣布與索尼半導(dǎo)體以色列分公司達(dá)成合作，交由后者來(lái)開發(fā)Ligado的IoT 5G移動(dòng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)芯片組。

ALT1250 NB-IoT芯片 / 索尼半導(dǎo)體

衛(wèi)星通信可以用來(lái)與5G互補(bǔ)，解決覆蓋率問(wèn)題和地面基建無(wú)法突破的用例挑戰(zhàn)。正因如此，5G標(biāo)準(zhǔn)也將非地表網(wǎng)絡(luò)（NTN）作為5G通信系統(tǒng)中的一部分，其中一大通信方式正是衛(wèi)星5G通信。

5G通信中確定的非地表網(wǎng)絡(luò)通信波段 / 3GPP

Ligado選用的是衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的L波段，具體為3GPP在Rel.17中非地表網(wǎng)絡(luò)中規(guī)定的255頻段。索尼半導(dǎo)體以色列分公司將在其原有5G IoT芯片的基礎(chǔ)上加入衛(wèi)星通信能力，讓主流設(shè)備使用較低的芯片成本就能同時(shí)支持地面與衛(wèi)星通信。

不過(guò)要想做到一定的覆蓋度，哪怕僅僅只是覆蓋Ligado宣稱的的美國(guó)區(qū)域，單靠Ligado目前僅有的SkyTerra 1這一顆衛(wèi)星似乎有些難當(dāng)大任吧？其實(shí)不然，與上文Totum的低軌衛(wèi)星不同，SkyTerra 1作為一顆GEO高軌衛(wèi)星，若想覆蓋大面積區(qū)域或者全球范圍的話，所需的衛(wèi)星數(shù)量確實(shí)不多，但也正因如此，這類衛(wèi)星通信很難用于對(duì)時(shí)延要求高的即時(shí)應(yīng)用中。

因此，在使用場(chǎng)景上，Ligado選擇了廣域車輛診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能表計(jì)和關(guān)鍵信息傳遞等適合小型模塊或設(shè)備的應(yīng)用，考慮到索尼半導(dǎo)體以色列的產(chǎn)品主打的就是超低功耗，而且也在智能表計(jì)和車輛遠(yuǎn)程信息管理上有所建樹，與Ligado的定位可謂是一拍即合了。

不過(guò)我們還是繞不開成本這一問(wèn)題，雖說(shuō)Ligado可能不需要發(fā)射更多的衛(wèi)星來(lái)提高覆蓋范圍，但要想繼續(xù)擴(kuò)展這一市場(chǎng)的話，單個(gè)衛(wèi)星提供的帶寬明顯是不夠的，再算上運(yùn)維的話，仍然是一筆不小的支出，而這套與鋪設(shè)更多的5G基站相比，真的能有成本上的優(yōu)勢(shì)嗎？