卫星通信的IoT可行性

在陆续找到技术突破的通信技术和航天技术的推动下，全球卫星通信产业迎来的新的一轮热潮。高中低轨的卫星全部参与到天地通信的环节中来，哪怕是民营航空企业开展的卫星发射活动也变得极其频繁。正因如此，不少厂商都将目光投向了卫星IoT通信。
 
卫星通信直达室内
 
去年9月份，卫星通信公司Totum宣布其卫星直连IoT方案成功在室内运行，而这套方案并没有像传统卫星调制解调器一样，用到高增益的定向天线，而是只需微型全向天线。至于地面设备的芯片，Totum选择了Fabless公司Orca Systems开发的ORC3990，通过2.4GHz的ISM频段，将Totum的LEO低轨卫星与室内的IoT设备完成联通。
 

ORC3990 SoC/ Orca Systems

 
ORC3990基于格芯的22nm工艺，提供了完整的低功耗卫星通信SoC方案，整个芯片集成了低噪声放大器、数字功率放大器、Totum卫星调制解调器、电源管理单元、双核Arm Cortex-M0+ CPU、片上易失性和非易失性存储器，还有安全等关键功能的模拟与数字外设。Orca对该芯片的功耗和电源管理相当有自信，称足以支持设备持续运转10数年以上。
 
但看到2.4GHz，有的人可能会有提出疑问：又一个2.4GHz网络，该怎么保证不会干扰蓝牙和Wi-Fi网络呢？Totum表示，在其多普勒多通道扩频技术（DMSS）的支持下，其通信不仅可以与其他ISM频段信号共存，也不会对其它2.4GHz网络产生干扰。
 
依照Totum的说法，他们为低功耗的IoT应用提供了连接和定位方案，可以满足供应链、物流、农业、交通运输、能源和工业市场中的大规模位置追踪和监控应用，完成全球范围包括室内的覆盖，开启200亿美元以上的卫星通信市场。这个野心可能有些夸大，但随着越来越多的卫星厂商纷纷入局卫星通信，这个市场的体量确实是相当可观的，要不然Totum的OEM、方案商和经销商客户也不会提前下单200万台设备。
 
话虽如此，要想切入这个市场，首先就要提供靠谱的通信质量，比如优秀的网络速度、延时和带宽等，否则难以与已经开始全面发力室内的5G相比，更不用说这类公司的支出远高于其他物联网芯片/模组公司。Totum的计划是在今年发射20多颗低轨卫星，而ORC3990的成本也在4美元左右，无论是基建成本还是芯片拥有成本都将成为卫星IoT通信大规模商用的障碍。
 
5G与卫星通信的结合
 
不知大家是否还记得数年前被索尼收购的一家半导体公司，Altair，当然了这家公司如今已经更名为索尼半导体以色列分公司，主要负责基IoT相关的芯片开发，近来也开发了支持5G的CAT-M&NB-IoT芯片。日前，美国卫星通信公司Ligado宣布与索尼半导体以色列分公司达成合作，交由后者来开发Ligado的IoT 5G移动卫星网络芯片组。
 

ALT1250 NB-IoT芯片 / 索尼半导体

 
卫星通信可以用来与5G互补，解决覆盖率问题和地面基建无法突破的用例挑战。正因如此，5G标准也将非地表网络（NTN）作为5G通信系统中的一部分，其中一大通信方式正是卫星5G通信。
 

5G通信中确定的非地表网络通信波段 / 3GPP
 

Ligado选用的是卫星移动通信业务的L波段，具体为3GPP在Rel.17中非地表网络中规定的255频段。索尼半导体以色列分公司将在其原有5G IoT芯片的基础上加入卫星通信能力，让主流设备使用较低的芯片成本就能同时支持地面与卫星通信。
 
不过要想做到一定的覆盖度，哪怕仅仅只是覆盖Ligado宣称的的美国区域，单靠Ligado目前仅有的SkyTerra 1这一颗卫星似乎有些难当大任吧？其实不然，与上文Totum的低轨卫星不同，SkyTerra 1作为一颗GEO高轨卫星，若想覆盖大面积区域或者全球范围的话，所需的卫星数量确实不多，但也正因如此，这类卫星通信很难用于对时延要求高的即时应用中。
 
因此，在使用场景上，Ligado选择了广域车辆诊断、环境监测、智能表计和关键信息传递等适合小型模块或设备的应用，考虑到索尼半导体以色列的产品主打的就是超低功耗，而且也在智能表计和车辆远程信息管理上有所建树，与Ligado的定位可谓是一拍即合了。
 
不过我们还是绕不开成本这一问题，虽说Ligado可能不需要发射更多的卫星来提高覆盖范围，但要想继续扩展这一市场的话，单个卫星提供的带宽明显是不够的，再算上运维的话，仍然是一笔不小的支出，而这套与铺设更多的5G基站相比，真的能有成本上的优势吗？