作者：趙小飛
物聯網智庫 原創
十年前，低功耗廣域物聯網（LPWAN）進入業界視野，這一賽道開啟了群雄逐鹿的過程，雖然各類技術層出不窮，但最終3GPP陣營和LoRa陣營佔據了主導，基本覆蓋了大部分低功耗廣域連線場景，前者代表性技術包括NB-IoT和LTE-M，後者藉助LoRa聯盟推出的LoRaWAN規範和眾多廠商私有化LoRa協議為使用者提供服務。
如今，以衛星通訊為代表的非地面網路（NTN）成為物聯網的一個熱點領域，透過衛星物聯網，為此前服務不足的地區提供無處不在的連線解決方案。而在衛星物聯網發展過程中，3GPP陣營和LoRa陣營又一次相遇，藉助各自的技術體系不斷推進商用。目前，衛星物聯網還處於起步階段，這一次基本沒有其他LPWAN陣營的加入，主要是NB-IoT和LoRaWAN在天上的角逐。
LoRa陣營拓展衛星物聯網由來已久
早在2018年，LoRa陣營的支持者就在探索LoRa用於衛星物聯網下應用的可能性，在一次驗證中，LoRa接收機捕捉到了從低軌衛星傳來的訊號。彼時，LoRa技術得到全球廣泛支援，已經在數十項LPWAN技術競爭中表現突出。衛星物聯網的成功驗證，提升了LoRa陣營進一步擴大影響力的信心。
2022年2月，LoRa聯盟宣佈LoRaWAN協議支援LR-FHSS (長距離-跳頻擴頻) 功能，同時，LoRa晶片廠商Semtech也宣佈LoRa晶片支援LR-FHSS，透過LoRa晶片與閘道器的軟體升級，可以顯著提升網路容量和抗干擾能力，實現從感測器到衛星的低功耗、可靠的直接通訊。
2024年，LoRa聯盟的3家會員已開啟了NTN LoRaWAN的商業化，這三家廠商分別為EchoStar Mobile、Lacuna Space和Plan-S。
其中，Lacuna Space這家公司率先將LoRaWAN從地面技術演變為NTN技術，率先實現了LoRaWAN 衛星物聯網規模化覆蓋並形成商業化服務。一個最為典型的案例就是Lacuna Space提供的威爾士泰菲河水汙染監測專案的服務，由於這條河流跨越120公里，途徑很多鄉村和山谷，多個區域沒有地面通訊覆蓋，採用衛星物聯網能夠彌補這一缺陷。
EchoStar Mobile在歐洲提供物聯網和移動衛星服務，並計劃在美國提供相關服務。該公司對外分享了資產跟蹤、精準農業、海上連線、野火和關鍵基礎設施監控等案例，其中野火檢測實現了即時資料觸發即時行動，該公司一家客戶憑藉其野火預防解決方案獲得了今年世界行動通訊大會重要獎項，以表彰其氣候行動的最佳移動創新獎。EchoStar也透過雙模服務提供無縫連線，在衛星頻段和地面頻段提供雙重連線，允許 物聯網裝置根據可用性在網路之間自動切換。
Plan-S是一家位於土耳其的公司，在一個電錶監控案例中，該公司與土耳其的能源公司合作，在GSM覆蓋率較差的偏遠地區讀取智慧電錶，將抄表成本降低了25%，並將總碳足跡降低了50%，減少實地訪問還透過減少偏遠地區發生事故的可能性來提高工人的安全性。
LoRa聯盟擁有多個委員會和工作組來支援NTN LoRaWAN，其技術委員會、衛星工作組和監管工作組不斷致力於增強和倡導 LoRaWAN 功能，以支援衛星連線。
當然，NTN LoRaWAN也存在多方面挑戰，其中一個最顯著的挑戰就是無線電頻率。LoRaWAN技術是在免許可的ISM 頻段上工作，在引入了LEO（近地軌道）衛星時，衛星通訊也在免許可頻段執行。免許可的ISM 頻段的一個最大好處是訪問便捷、成本低，但也存在不少缺點，一個典型的缺點是容易受到干擾。此外，面許可近端仍然受到監管的約束，比如一些國家對於下行鏈路使用也有所限制。LoRa聯盟的衛星工作組的一項工作是專注於實現免許可和許可頻段之間的互操作性，透過倡導納入許可頻段，來解決可靠、大規模衛星物聯網部署的需求。
3GPP 陣營構建5G IoT NTN的強大生態
3GPP陣營相關機構持續推動NTN標準的制定和商業化，目前已取得顯著成效，而且3GPP陣營的支持者群體越來越多。
早在R15標準研究階段，NTN就被納入了研究範疇，3GPP釋出了技術報告，探索NR支援NTN的可行性，報告對NTN部署場景和相關網路架構進行定義，對於支援頻段、終端裝置等在內的通訊模型進行了初步研究。R16階段，3GPP組織進行NTN系統解決方案研究，包括對核心網、接入網和終端能力的要求，定義了NTN組網架構，討論了對於各類協議和介面協議的增強需求，奠定了發展路線。
R17階段5G NTN迎來了實質性進展，基於前期研究積累，3GPP正式啟動NTN規範版本制定，並與2022年6月實現版本凍結。R17針對NTN的研究涵蓋了無線接入網、承載網、核心網、終端等方面的標準制定，針對寬頻接入和窄帶物聯網2類場景，形成了NR NTN和IoT NTN兩個方向，標誌著NTN和5G融合發展正式啟動。
R18階段，3GPP組織推進NTN進一步增強，其中針對IoT NTN，採用移動性增強技術，研究改進接入和移動管理功能增強對不連續覆蓋的支援。R19版本的研究則關注星上再生模式，增強對於新的衛星通訊場景的研究。
在R17凍結後，大量衛星通訊運營商快速擁抱3GPP標準，推出相關服務。lobalstar、Skylo、Sateliot和OQ Technology等創新型衛星運營商是3GPP陣營IoT NTN的擁護者，而諸如銥星公司這類老牌衛星廠商也啟動了IoT NTN專案。
2024年2月，美國衛訊公司（ViaSat）、Terrestar Solutions、Ligado Networks、Omnispace和Yahsat五家知名的衛星運營商發起了移動衛星服務協會，該協會將對於全球統一的標準和規則建設作為工作重點。值得關注的是，該協會在多個場合專門提到了3GPP標準，可見3GPP NTN標準成為該組織最關注的全球統一標準，例如在新聞稿中協會就提出將推動3GPP標準擴充套件行動網路運營商和OTT廠商服務覆蓋的範圍，也提出其擁有的頻譜有一定的優勢，包括能夠推動現有衛星網路立即提供NB-IoT服務，推動5G NR服務，培育一個由解決方案提供商組成的D2D生態系統。
另外，馬斯克旗下的星鏈（Starlink）是一個重要的角色，該公司的技術路線對於衛星物聯網會產生顯著影響。從Starlink的官網可以看出，該公司宣佈2025年將推出物聯網服務，這一服務不需要硬體做專門的改變，能夠相容現有的LTE Cat 1、LTE Cat 1 bis和LTE Cat 4等模組。Starlink這一服務，源於該公司與美國運營商T-Mobile在蜂窩網路方面的合作，Starlink可以藉助T-Mobile的LTE頻段，無需對LTE終端進行更改。
衛星通訊服務採用3GPP陣營技術，將能夠利用蜂窩通訊領域標準化產品、元件的大型生態系統，為技術供應商提供了在裝置間快速擴充套件和相容性的機會。同時，也可以有效利用蜂窩通訊產業鏈與使用者群，快速擴大天基網路的使用者群體，從而攤薄天地一體化網路建設、維護、推廣的成本。3GPP陣營多年來推動全球行動通訊的普及，擁有廣泛的“群眾基礎”，這一規模是其他通訊技術陣營無法比擬的，3GPP陣營依賴這一優勢來擴大其在NTN領域的影響力。
筆者曾在《衛星物聯網：奢侈的業務、有限的連線、擁擠的賽道》一文中提出，衛星物聯網連線數佔物聯網總連線數的比例僅為0.1%，雖然衛星物聯網單個連線價值較高，但有限的連線數讓該領域的市場規模保持在一定水平。IoT Analytics預測到2026年衛星物聯網年市場規模為10億美元，這10億美元將被提供衛星物聯網連線服務的眾多運營商瓜分，這個賽道顯得有些“擁擠”。
不過，我們仍然要充分認識到，衛星物聯網作為物聯網市場中必不可少的領域，在連線和通訊的基礎上還有很多應用服務未得到挖掘。衛星物聯網連線和通訊是基礎，而透過其獲得的各類資料具有獨一無二的價值，以及各類場景能夠拓展更豐富的服務。因此，3GPP陣營和LoRa陣營堅決投入多方面資源佈局NTN業務，或許未來針對衛星物聯網資料和場景服務進行創新，形成新的業態。這次，NB-IoT和LoRa的爭奪領域在“天上”，未來能夠形成什麼樣的市場格局，我們拭目以待。