低轨星座狂潮和卫星物联网

天下无双

卫星互联网是基于卫星通信的互联网，是一种能够完成向地面和空中终端提供宽带互联网接入等通信服务的新型网络，具有广覆盖、低延时、宽带化、低成本等特点。

按照轨道高度，通信卫星主要包括 LEO（低地球轨道）、MEO（中地球轨道）、GEO（地球静止轨道）、SSO（太阳同步轨道）以及 IGSO（倾斜地球同步轨道）。其中低轨卫星由于传输延时小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、整体制造成本低，适合卫星互联网业务的发展。

正是由于卫星互联网能够带来的 " 万物互联 "，使得这一领域成为国际上角逐的重要方向之一。毫无疑问，美国是目前该领域的领头羊，SpaceX、OneWeb 等公司都在积极推进卫星互联网计划。

近年来，我国政府也高度重视和支持卫星互联网产业的发展，多个部门陆续发布了一系列法律法规和鼓励政策，助力行业发展。其中，2020 年 4 月，卫星互联网首次作为重要的信息基础设施被纳入国家 " 新基建 " 政策支持的重点方向，我国低轨卫星互联网发展迎来重大发展机遇。

目前，卫星物联网国外市场参与企业除了Inmarsat、Iridium、Eutelsat等传统卫星运营商，还有Astrocast、Fleet Space Technologies、Hiber、Kepler Communications、Lynk、Myriota、Skylo、SpaceX和Totum Labs、Viasat等；国内市场除了中国电信等电信运营商，还有航天科技、航天科工、九天微星、国电高科等企业。



只有卫星才能提供的真正的全球物联网连接，将改变环境监测、农业、公共基础设施管理以及与广域遥感相关的任何事情。低成本、低功耗、全球连接的可用性将增加连接传感器的总数，以及各种全球环境、社会、工业、农业和物流应用中的数据点，从而提高基于数据的预测和趋势的准确性。


卫星物联网的技术进展


近年来，卫星通信技术的进步很快。高通量卫星（HTS，High Throughput Satellite）的出现，还有低轨（LEO）卫星星座的建设，大大提升了卫星通信的速率、容量以及覆盖。

高通量卫星的带宽能力，比传统卫星（低通量，1-2Gbps以内）多了几倍甚至几十倍。它采用了更高的通信频段，更大的卫星搭载平台，更多的转发器，更先进的天线技术，现在已经成为各个国家发展GEO卫星的首选。



低轨卫星（LEO）星座就更不用说了，大家应该都比较熟悉。马斯克的星链，就属于低轨星座。因为轨道高度更低，卫星数量更多，所以低轨卫星能实现更小的时延，还有更高的速率和容量。

低功率设备非常适合利用低地球轨道 (LEO) 卫星，这些卫星非常适合窄带要求。卫星物联网技术优势：

低延迟——大多数卫星返回数据的延迟只有几毫秒。

范围更广——地面上的通信连接可以覆盖中短距离范围。然而，卫星可以覆盖整个地球的物联网设备。随着物联网的使用扩展到包括越来越多的设备，基于卫星的 5G 网络将有助于缓解拥塞。

更高的可靠性——使用卫星网络提高通信的稳定性，因此远程资产监控等应用可以利用卫星物联网技术，保持始终在线的通信连接。

基础设施转型——交通基础设施将成为卫星物联网的主要受益者。火车、海运船舶和货运车辆上宽带连接的使用正在增加，卫星通信使之成为可能。

赋能智慧城市——卫星物联网让智能电网延伸到传统地面网络无法到达的更多农村、偏远地区。

提高海上工作的安全性——通过在石油、钻井平台等海上设备使用物联网传感器，可以提高员工的安全性和监控能力。

LoRa集成LR-FHSS功能 支持卫星通讯与密集部署

LoRa Alliance（LoRa联盟）宣布LoRaWAN协议支持LR-FHSS（长距离-跳频扩频，Long Range – Frequency Hopping Spread Spectrum）功能，可以显著提升网络容量和抗干扰能力，实现从传感器到卫星的低功耗、可靠的直接通信。

LR-FHSS的两大主要特点：超大容量接入、超强抗干扰

LR-FHSS通过ISM频段和专用频段，能够支持数以百万计的终端节点，为物联网服务提供更高的可靠性，并且它显著提高了网络容量，可以解决之前一直制约LoRaWAN发展的信道拥塞问题。

此外，LR-FHSS还具有高抗干扰性，可通过提高频谱效率来缓解数据包冲突，并拥有上行链路跳频调制能力。在运行过程中，LR-FHSS将终端节点发送的每个数据包分解成小块（每块大约50毫秒长），并在定义的频率带宽（包括137kHz、336kHz和1.523MHz，取决于地区）上随机扩散。此外，LR-FHSS在不同频率上使用冗余物理接头，进一步提高对带内干扰源的调制稳健性。

集成了LR-FHSS功能的LoRa卫星项目具备多重优势：

可接入十倍于LoRa网络的终端容量;

传输距离更远，可达600-1600km;

抗干扰性更强;

实现了更低的成本，包括管理和部署成本(不需要额外开发硬件，自身具备卫星通讯能力)。

全球卫星通信网络开发商Swarm Technologies已将Semtech的LoRa器件集成到其连接解决方案中，从而实现近地轨道（LEO）卫星间的双向通信。

Semtech的LoRa技术可支持远距离、低功率和广域应用，为Swarm在物流、农业、联网汽车和能源等领域开辟了新的物联网（IoT）使用场景。通过LoRa技术，可以为IoT设备提供更多高性价比的全球连接器。

搭建地面到其卫星的上行和下行链路，Swarm在甚高频（VHF）频率上集成了LoRa技术。此线路共有72颗商业卫星，全球覆盖率可达100％。Swarm计划在2021年底前部署150颗商业卫星，从而有望将延迟时间减少至一分钟以下。集成到IoT设备中的用户调制解调器可与卫星进行通信，从而在地球的任何地方都可实现可靠数据的实时传输。

LoRa与小型、相对低成本的近地轨道卫星通信相结合，将推动LoRa以及物联网行业的变革。在LoRa中增加用于卫星通信的S频段，将帮助其取代传统的SCADA监控，拓展新的应用与市场，特别是其在偏远地区的部署。目前，LoRa技术已受到数家卫星通信解决方案提供商的青睐，包括EchoStar和Lacuna。

低功耗卫星物联网入局玩家越来越多

海外LoRa卫星项目不断涌现

麦肯锡公司曾预测，天基物联网的产值在2025年可能达到5600-8500亿美元的产值，这也许是大量企业追逐这一市场的主要原因。当前，已有近几十家厂商提出了卫星物联网组网计划。

从海外市场来看，卫星物联网是物联网市场一个创新的重要领域。LoRa作为低功耗卫星物联网中的一部分，在海外市场上已经有了不少应用：

2019年，Space Lacuna联合Miromico开始对LoRa卫星物联网项目进行商业试验，并于次年成功应用到农业、环境监测或资产跟踪当中。通过使用 LoRaWAN，电池供电的物联网设备的使用寿命可以延长，节省运维成本。

IRNAS 与Space Lacuna合作探索 LoRaWAN技术的新用途，包括跟踪南极洲的野生动物以及使用 LoRaWAN网络的浮标，以便在海洋环境中部署密集的传感器网络，从而支持系泊应用和漂流。

Swarm (已被Space X收购)已将Semtech的LoRa器件集成到其连接解决方案中，从而实现近地轨道卫星间的双向通信。为Swarm在物流、农业、联网汽车和能源等领域开辟了新的物联网(IoT)使用场景。

Inmarsat与Actility合作形成Inmarsat LoRaWAN网络，该平台以Inmarsat ELERA骨干网络为基础，为物联网客户提供丰富的解决方案，包括农业、电力、石油和天然气、采矿、物流等行业。

但是从国内市场角度来看，LoRa在这方面的发展仍处于起步阶段。

相比海外，面临着更多的难题：

需求方面：由于海事卫星的网络覆盖已经非常好且数据可以双向传输，因此并不强劲;

应用方面：国内仍然比较局限，主要盯着集装箱项目，鉴于以上原因，国内卫星企业想要推动LR-FHSS的应用也比较难;

资本方面：由于项目的不确定比较大，项目可大可小、周期很长，因此这种类型的项目很大程度上取决于资本的投入。

LoRa卫星通信服务逐渐展开

Lacuna 低轨 LoRa 卫星星座：

截至22年5月，Lacuna 已经发射了7颗左右的LoRa卫星，服务的区域不仅有欧洲、非洲、还有赤道轨道的东南亚及拉丁美洲。

并且还提供了相应的终端开发套件，尺寸比手掌还小，一次充电可通过卫星连接数年，为客户提供经济实惠且简化的通信。



Lacuna 客户生产的环境监控传感器用于印尼的泥炭地水文监测。

EchoStar 高轨 LoRa 卫星星座

EchoStar 是一家拥有 10 颗卫星的老牌卫星通信运营商。

EchoStar Mobile 通过其 EchoStar XXI 卫星在全欧洲提供连接服务。物联网传感器将数据发送到 EchoStar Mobile LoRa 模块。然后，该模块使用许可的 S 波段频率将数据发送到 EchoStar Mobile 自己的卫星。最后通过卫星网关地面站和网络基础设施发送到互联网。

EchoStar XXI 是一颗功能强大的 GEO 卫星，天线长 18 米。它采用先进的波束成形技术，可在重点地理区域提供高质量服务。该卫星工作在 S 波段，上行链路和下行链路容量为 100 Mbit/s。

国内目前卫星领域有基于Lora技术研发项目的有和德宇航和东方红

大致方案实现是地面人员手持节点（这里指lora终端)向卫星发送一键求救信号，卫星lora基站(网关)收到终端信号后，下行使用卫星自身的通信方式，地面站接收到卫星数据，转入网络，获得地面求救人员的位置信息。

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