连接下一个十亿：5G 和卫星-焦点日报

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由于与前几代地面网络相比具有多项优势，5G 将彻底改变物联网。 凭借超高速（快 10 倍）和低延迟，5G 允许设备几乎即时地收集和传输数据，非常适合任务关键型物联网应用。 5G 增加的容量和改进的可靠性还允许更多的设备连接到互联网，为更高级的物联网应用铺平道路。此外，5G 的网络切片允许创建可针对特定物联网用例进行优化的虚拟化网段，从而提高物联网部署的性能和效率。 但 5G 的主要设计目的是提高人口密度高的城市地区的网络覆盖率。到目前为止，全球只有8%的表面被5G覆盖，而地面网络的覆盖率更普遍为15%。让我们来探讨一下卫星在5G未来中越来越重要的作用，以及这种未来与现实的距离有多近。卫星补充5G网络最终，卫星可以通过三种主要方式来补充5G网络:1.扩大覆盖范围，包括农村和偏远地区2.创建冗余3.额外的回程虽然连通性不仅仅是覆盖范围，但将卫星纳入5G网络提供了完全覆盖全球的主要好处。与依赖基础设施的传统移动网络和光纤连接不同，卫星可以在地球上的任何地方提供连接。此外，低地球轨道 (LEO) 卫星可以提供高速、低延迟的连接。 由于 LEO 卫星距离地球表面 160-2,000 公里（99-1243 英里），它们可以提供低至 20 毫秒的延迟，类似于通过地面网络可实现的延迟。因此，可以使用卫星连接来管理时间敏感的应用程序，例如远程手术或自动驾驶汽车，这些应用程序的延迟可能会产生严重后果。 此外，增加的带宽可以使 5G 网络能够处理不断增长的数据流量和连接设备的数量。尽管这些好处已为人们所熟知，但即使到 2022 年，全球卫星连接市场也只有 2% 与卫星物联网收入相关。 那么，改变了什么？ 简而言之，与采用卫星连接的两个最常见障碍相关的因素——成本和复杂性——正在发生变化。具有成本效益的卫星连接卫星以前被认为是昂贵的最后选择，但近年来卫星通信行业取得了显着的增长和创新。 将卫星发射到近地轨道 (LEO) 的成本已从 1981 年的每公斤 8.5 万美元大幅下降到 2020 年的每公斤 1000 美元。更小、更轻的纳米卫星和立方体卫星的发展促成了这一趋势。 然而，由于纳米卫星体积小，覆盖范围较小，因此需要更多的纳米卫星才能实现全球覆盖。 Swarm 的全球覆盖范围由 150 颗纳米卫星组成的星座提供支持，而铱星网络则由 66 颗卫星组成。卫星通信行业的竞争也越来越激烈，仅在过去几年就有几家新公司进入该市场。 但许多人仍在启动他们的 nano 或 CubeSat 网络。 因此，其中一些运营商将无法提供实时数据，或者在某些情况下无法提供真正的全球覆盖。例如，Astrocast 和 Sateliot 分别在轨道上拥有 18 颗和 12 颗纳米卫星，并计划将它们的总体星座数量增加到 1,000 颗和 250 颗。简单地说，其中一些运营商可能只能提供几次物联网数据，甚至每天一次 ，这可能并不适合所有用例。 在这些情况下，企业需要清楚其项目所需的传输频率，并谨慎选择能够支持该频率的卫星网络。互操作性机遇与挑战目前，许多卫星运营商要求客户使用专有设备访问他们的网络。 这意味着购买专为此目的设计的独立卫星收发器——但并不总是直接与现有系统集成。 有些设备将支持您选择的消息传递协议； 在其他情况下，用户将需要操纵他们的数据，以便能够通过卫星传输数据。一段时间以来，互操作性一直是通信行业的话题，但直到 2017 年，一个正式的工作组才建议将光纤和卫星等非地面网络集成到 5G 技术中。到 2023 年，直接面向设备的领域将出现有希望的发展，例如高通公司的新型 Snapdragon X75 芯片组利用了 Iridium 的卫星网络，无需额外的 sim 卡或硬件即可利用卫星连接。然而，随着无线连接选项数量的增加，物联网部署连接的互操作性变得更加复杂。 仅举几例，5G NR（新无线电）、NB-IoT（窄带物联网）和 LoRaWAN（远程广域网）。由于必须在发射前将互操作能力内置到卫星中，从本质上讲，卫星网络运营商需要选择他们认为会长期存在的协议或/和标准。 毕竟，地面网络像目前 2G 和 3G 那样停止特定几代服务的情况并不少见。此外，仍有一些挑战和限制需要解决，尤其是需要克服的监管问题，例如频谱分配。未来：混合、无处不在的覆盖地面和卫星物联网网络运营商合作提供混合连接解决方案的趋势越来越明显。 例如，Kinéis 和德国电信已合作提供混合蜂窝卫星解决方案，其中 Kinéis 的 KIM 1 模块已获得德国电信的认证，可供后者的客户使用。此外，许多卫星物联网设备（例如 RockREMOTE Rugged）可以同时利用蜂窝和卫星连接。 在这两种情况下，蜂窝和卫星连接都需要单独的 SIM 卡，设备将在可用时使用地面连接，当地面覆盖不可用时切换到卫星。此外，通过单一通信射频 (RF) 芯片组提供地面和卫星连接的新技术正在不断涌现。 LoRa Edge LR1120 就是一个例子，它支持 Sub-GHz LoRa、SATCOM S 波段和 2.4 GHz Lora。虽然完全可互操作的网络解决方案的实现还需要数年时间，但更多成熟的卫星运营商正在考虑建立合作伙伴关系以实现产品的多样化。 位于弗吉尼亚州麦克莱恩的 Iridium 公司执行副总裁 Bryan Hartin 最近接受采访时谈到了高通合作伙伴关系的成功，并表示，“可能会有一个 NB-IoT 播放器，我们可以说好的，只是 为了稍微分散我们的影响力，我们可以考虑投资其中的一两个。”5G 和卫星归根结底，可靠的连接是任何物联网部署成功的关键，卫星技术已经被用于众多应用，包括精准农业、物流和医疗保健。 在这一领域的持续投资和合作对于充分发挥基于卫星的物联网网络的潜力至关重要。 在那之前，卫星和 5G 网络的结合仍然可以为企业和组织提供极大的灵活性，以实现空间的全部潜力。