由于與前幾代地面網(wǎng)絡(luò)相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，5G 將徹底改變物聯(lián)網(wǎng)。 憑借超高速(快 10 倍)和低延遲，5G 允許設(shè)備幾乎即時(shí)地收集和傳輸數(shù)據(jù)，非常適合任務(wù)關(guān)鍵型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 5G 增加的容量和改進(jìn)的可靠性還允許更多的設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，為更高級(jí)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用鋪平道路。

此外，5G 的網(wǎng)絡(luò)切片允許創(chuàng)建可針對(duì)特定物聯(lián)網(wǎng)用例進(jìn)行優(yōu)化的虛擬化網(wǎng)段，從而提高物聯(lián)網(wǎng)部署的性能和效率。 但 5G 的主要設(shè)計(jì)目的是提高人口密度高的城市地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。

到目前為止，全球只有8%的表面被5G覆蓋，而地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率更普遍為15%。讓我們來(lái)探討一下衛(wèi)星在5G未來(lái)中越來(lái)越重要的作用，以及這種未來(lái)與現(xiàn)實(shí)的距離有多近。

衛(wèi)星補(bǔ)充5G網(wǎng)絡(luò)

最終，衛(wèi)星可以通過(guò)三種主要方式來(lái)補(bǔ)充5G網(wǎng)絡(luò):

1.擴(kuò)大覆蓋范圍，包括農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)

2.創(chuàng)建冗余

3.額外的回程

雖然連通性不僅僅是覆蓋范圍，但將衛(wèi)星納入5G網(wǎng)絡(luò)提供了完全覆蓋全球的主要好處。與依賴基礎(chǔ)設(shè)施的傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和光纖連接不同，衛(wèi)星可以在地球上的任何地方提供連接。

“雖然連接不僅僅是覆蓋，但將衛(wèi)星納入 5G 網(wǎng)絡(luò)可提供完整的全球覆蓋的主要好處。”

此外，低地球軌道 (LEO) 衛(wèi)星可以提供高速、低延遲的連接。 由于 LEO 衛(wèi)星距離地球表面 160-2,000 公里(99-1243 英里)，它們可以提供低至 20 毫秒的延遲，類似于通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)的延遲。

因此，可以使用衛(wèi)星連接來(lái)管理時(shí)間敏感的應(yīng)用程序，例如遠(yuǎn)程手術(shù)或自動(dòng)駕駛汽車，這些應(yīng)用程序的延遲可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。 此外，增加的帶寬可以使 5G 網(wǎng)絡(luò)能夠處理不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量和連接設(shè)備的數(shù)量。

盡管這些好處已為人們所熟知，但即使到 2022 年，全球衛(wèi)星連接市場(chǎng)也只有 2% 與衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)收入相關(guān)。 那么，改變了什么? 簡(jiǎn)而言之，與采用衛(wèi)星連接的兩個(gè)最常見(jiàn)障礙相關(guān)的因素——成本和復(fù)雜性——正在發(fā)生變化。

具有成本效益的衛(wèi)星連接

衛(wèi)星以前被認(rèn)為是昂貴的最后選擇，但近年來(lái)衛(wèi)星通信行業(yè)取得了顯著的增長(zhǎng)和創(chuàng)新。 將衛(wèi)星發(fā)射到近地軌道 (LEO) 的成本已從 1981 年的每公斤 8.5 萬(wàn)美元大幅下降到 2020 年的每公斤 1000 美元。

更小、更輕的納米衛(wèi)星和立方體衛(wèi)星的發(fā)展促成了這一趨勢(shì)。 然而，由于納米衛(wèi)星體積小，覆蓋范圍較小，因此需要更多的納米衛(wèi)星才能實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。 Swarm 的全球覆蓋范圍由 150 顆納米衛(wèi)星組成的星座提供支持，而銥星網(wǎng)絡(luò)則由 66 顆衛(wèi)星組成。

衛(wèi)星通信行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，僅在過(guò)去幾年就有幾家新公司進(jìn)入該市場(chǎng)。 但許多人仍在啟動(dòng)他們的 nano 或 CubeSat 網(wǎng)絡(luò)。 因此，其中一些運(yùn)營(yíng)商將無(wú)法提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，或者在某些情況下無(wú)法提供真正的全球覆蓋。

例如，Astrocast 和 Sateliot 分別在軌道上擁有 18 顆和 12 顆納米衛(wèi)星，并計(jì)劃將它們的總體星座數(shù)量增加到 1,000 顆和 250 顆。簡(jiǎn)單地說(shuō)，其中一些運(yùn)營(yíng)商可能只能提供幾次物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，甚至每天一次 ，這可能并不適合所有用例。 在這些情況下，企業(yè)需要清楚其項(xiàng)目所需的傳輸頻率，并謹(jǐn)慎選擇能夠支持該頻率的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

互操作性機(jī)遇與挑戰(zhàn)

目前，許多衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商要求客戶使用專有設(shè)備訪問(wèn)他們的網(wǎng)絡(luò)。 這意味著購(gòu)買專為此目的設(shè)計(jì)的獨(dú)立衛(wèi)星收發(fā)器——但并不總是直接與現(xiàn)有系統(tǒng)集成。 有些設(shè)備將支持您選擇的消息傳遞協(xié)議; 在其他情況下，用戶將需要操縱他們的數(shù)據(jù)，以便能夠通過(guò)衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)。

一段時(shí)間以來(lái)，互操作性一直是通信行業(yè)的話題，但直到 2017 年，一個(gè)正式的工作組才建議將光纖和衛(wèi)星等非地面網(wǎng)絡(luò)集成到 5G 技術(shù)中。

到 2023 年，直接面向設(shè)備的領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)有希望的發(fā)展，例如高通公司的新型 Snapdragon X75 芯片組利用了 Iridium 的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需額外的 sim 卡或硬件即可利用衛(wèi)星連接。

然而，隨著無(wú)線連接選項(xiàng)數(shù)量的增加，物聯(lián)網(wǎng)部署連接的互操作性變得更加復(fù)雜。 僅舉幾例，5G NR(新無(wú)線電)、NB-IoT(窄帶物聯(lián)網(wǎng))和 LoRaWAN(遠(yuǎn)程廣域網(wǎng))。

由于必須在發(fā)射前將互操作能力內(nèi)置到衛(wèi)星中，從本質(zhì)上講，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要選擇他們認(rèn)為會(huì)長(zhǎng)期存在的協(xié)議或/和標(biāo)準(zhǔn)。 畢竟，地面網(wǎng)絡(luò)像目前 2G 和 3G 那樣停止特定幾代服務(wù)的情況并不少見(jiàn)。

此外，仍有一些挑戰(zhàn)和限制需要解決，尤其是需要克服的監(jiān)管問(wèn)題，例如頻譜分配。

未來(lái)：混合、無(wú)處不在的覆蓋

地面和衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商合作提供混合連接解決方案的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。 例如，Kinéis 和德國(guó)電信已合作提供混合蜂窩衛(wèi)星解決方案，其中 Kinéis 的 KIM 1 模塊已獲得德國(guó)電信的認(rèn)證，可供后者的客戶使用。

此外，許多衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(例如 RockREMOTE Rugged)可以同時(shí)利用蜂窩和衛(wèi)星連接。 在這兩種情況下，蜂窩和衛(wèi)星連接都需要單獨(dú)的 SIM 卡，設(shè)備將在可用時(shí)使用地面連接，當(dāng)?shù)孛娓采w不可用時(shí)切換到衛(wèi)星。

此外，通過(guò)單一通信射頻 (RF) 芯片組提供地面和衛(wèi)星連接的新技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)。 LoRa Edge LR1120 就是一個(gè)例子，它支持 Sub-GHz LoRa、SATCOM S 波段和 2.4 GHz Lora。

雖然完全可互操作的網(wǎng)絡(luò)解決方案的實(shí)現(xiàn)還需要數(shù)年時(shí)間，但更多成熟的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商正在考慮建立合作伙伴關(guān)系以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化。 位于弗吉尼亞州麥克萊恩的 Iridium 公司執(zhí)行副總裁 Bryan Hartin 最近接受采訪時(shí)談到了高通合作伙伴關(guān)系的成功，并表示，“可能會(huì)有一個(gè) NB-IoT 播放器，我們可以說(shuō)好的，只是 為了稍微分散我們的影響力，我們可以考慮投資其中的一兩個(gè)。”

5G 和衛(wèi)星

歸根結(jié)底，可靠的連接是任何物聯(lián)網(wǎng)部署成功的關(guān)鍵，衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)被用于眾多應(yīng)用，包括精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、物流和醫(yī)療保健。 在這一領(lǐng)域的持續(xù)投資和合作對(duì)于充分發(fā)揮基于衛(wèi)星的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的潛力至關(guān)重要。 在那之前，衛(wèi)星和 5G 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合仍然可以為企業(yè)和組織提供極大的靈活性，以實(shí)現(xiàn)空間的全部潛力。