新星座、新市場、新話題——衛星物聯網應該被列入新基建嗎？

2021年7月19日，隨著火箭的轟鳴聲，天啟星座15星成功發射入軌。星座運營方北京國電高科科技有限公司發布消息稱，天啟物聯網星座在軌衛星達到14顆，第一階段組網宣告完成，星座的時間重返率達到1.5小時，地面衛星終端的功率降低到0.1瓦，為開展大規模地面應用提供了良好基礎。可以認為，這標誌著中國資訊基礎設施建設達成了一個重大成績。

新星座、新市場、新話題

——衛星物聯網應該被列入新基建嗎？

文 | 楊艷

衛星物聯網是通過地球軌道上的衛星，以相對統一的協議，在機器設備和資產之間建立起通訊聯繫，它是萬物互聯目標的一個必要組成部分，也是工業互聯網的一個不可缺少的有機構成。在資訊基礎設施的規劃、建設、運營和研究當中，給衛星物聯網留出一個恰當的位置，或許是資訊化與工業化融合的題中應有之義。

前景廣闊的衛星物聯網

物聯網，「聯」是基礎和前提。目前，地面運營商網路僅覆蓋陸地的20%，即有人活動的區域。作為物聯網主戰場的許多應用場景卻發生在地面運營商不能覆蓋的海洋、天空及超過70%以上的陸地，且終端常呈分散狀分布（例如電力設施監測、水資源監測、野生動物跟蹤保護等）。位於太空中、覆蓋範圍比地面基站大得多的衛星，恰好能解決這些痛點。

因此衛星物聯網產業已經成為國際發達國家和地區新經濟發展熱點，整個行業正在進入爆發前關鍵階段。根據國際主流研究機構相幹報告，到2025年衛星物聯網相幹產業產值有望達5600億美元至8500億美元之巨。目前全球比較成熟的低軌衛星物聯網星座系統有美國軌道通訊星座（Orbcomm）、法國的ARGOS以及中國的天啟星座。

互聯網星座能否用於衛星物聯網？

考慮到衛星互聯網和衛星物聯網都是新生事物，它們的概念劃分和知識普及正在進行當中。

應該說，這兩者之間存在一定的交叉與重疊。也有相當多運營商提出了用互聯網星座來實現物聯網應用的解決方案。但是，從用戶角度來說，這兩個概念是有顯著差異的。

衛星互聯網以寬帶、高速為主要特征。但實際上，大部分的物聯網應用並不需要實時通訊和高速率通訊。例如：自主周期報告業務類型，比如智能公用事業（煤氣、水、電）測量報告，智能農業，智能環境監測等，僅需要上行較小數據量（百字節量級），發送周期多以天、小時為單位；網路指令業務類型，如開啟、關閉，設備觸發發送上行報告等，下行僅需要極小數據量需求（10字節數量級），周期多以天、小時為單位。這兩種服務類型已經覆蓋了大部分物聯網應用需求。

類似美國Orbcomm、中國天啟星座這樣的非實時、窄帶通訊星座，僅需要幾十顆衛星就可以覆蓋全球，與動輒幾百上千、甚至數萬顆的低軌互聯網星座相比，建設成本低、建設周期短，甚至在星座尚未部署完成時，利用少量衛星就可以開展業務，可謂「經濟實用」。在過去幾年的時間裡，天啟星座的運營商——北京國電高科科技有限公司就是這樣做的，不斷發射新衛星的同時，他們積極拓展國內外市場，在智慧農業、水資源監測、電力監測、煤礦水文、貨櫃運輸、森林防火等領域都取得了諸多應用成績。如今，星座第一階段組網完成後，時間重返率達到1.5小時，無論速率還是發送周期，完全能夠滿足大部分物聯網應用場景的需求，星座的應用推廣即將進入爆發期。

物聯網終端強調低功耗、低成本。這類終端需要大量部署，數量未來將達到百億級別，如果運營商及設備提供商不能實現終端的低成本化，在物聯網領域就難以獲得大規模的應用。我們可以對比一下，美國太空探索技術公司的星鏈系統和一網公司的星座，因為衛星數量多、飛行高度低，可以支撐體積較小的用戶終端。但即使這樣的終端，對大多數物聯網應用來說，還是顯得體積太大、功耗太高、價格太高。

圖為目前星鏈系統的用戶終端，天線直徑約60公分，終端售價499美元，運行功率幾十瓦。衛星物聯網星座的終端種類較多，最小的最寬處僅幾公分，規模生產後售價可低至幾十元~幾百元人民幣。

中國可用於物聯網的衛星系統不僅僅是天啟星座。北鬥衛星導航系統同樣具備物聯網應用的潛力。北鬥星座獨特的短報文功能，使北鬥終端可以進行文檔和數據的交換，這是其他所有全球導航衛星系統都不具備的功能。歐洲一些大型航空太空應用企業為了達到同樣的功能，需要把GPS星座/伽利略星座和銥星星座結合在一起，才能夠實現類似的物聯網應用。

此外我國的移動通訊系統天通一號星座也能夠開展物聯網應用。天通一號星座位於大約3.6萬千米的地球同步軌道，依靠少數幾顆衛星就能覆蓋全球，並且沒有重訪時間的限制。但是由於通訊距離遠，對用戶地面設備的發射功率和天線尺寸有一定的要求，因此定位於對時間重返率敏感的高端市場。

與3.6萬公里高度的天通一號及2.2萬公里的北鬥衛星相比，低軌物聯網星座的地面終端能夠做到更小、更低功耗、更低成本，似乎更加貼近物聯網應用的規模化甚至消費級市場。隨著星座建設和研發工作的順利推進，天啟星座的終端性能不斷大幅度提高，而且價格不斷下降。到目前為止，天啟星座已經能夠實現衛星終端運行功率僅0.1瓦（100毫瓦），也就是說一臺能夠與低軌道衛星通訊的物聯網衛星終端，它的功耗還不到手機背後的一盞照明燈，用小型鋰電池甚至幾節幹電池供電，就可以工作幾個月甚至幾年時間，這對於大量「無人值守」型物聯網應用能不能開展起來，是決定性的。同時，低功耗，意味著天線尺寸、功放尺寸、電源功率和尺寸都可以更小。進而，衛星和終端的整體尺寸、重量、價格也可以降低到一個前所未有的程度。這為沒有地面網路覆蓋的航海、航空、邊遠地區等物聯網應用提供了良好的物質條件。

（圖）天啟衛星物聯網系統監測電塔形變，保障國家電網

中國發展衛星物聯網水到渠成

中國在發展衛星物聯網方面具有良好的基礎條件。

作為窄帶衛星物聯網星座。天啟星座計劃於2022年年底前完成全部38顆衛星的組網，將實現物聯網星座系統的全球覆蓋，時間分辨率達到實時，地面終端的功耗更是低至0.05瓦。可以期待，屆時隨著天啟星座為更多行業和領域提供優質的全球物聯數據通訊服務，國內的衛星物聯網產業乃至整個物聯網產業，都能夠登上一個新的臺階。

中國的衛星物聯網應用擁有良好的硬件基礎，衛星物聯網的運營，讓國內產業界和應用界有了極好的條件，去開發各類終端應用和商業模式。最終，低軌衛星物聯網與高軌衛星通訊系統、北鬥系統、低軌衛星互聯網系統，將共同與地面5G等移動通訊系統等實現網路融合和互補發展，更好地實現我國天地一體化資訊系統的網路效應。

中國在開展衛星物聯網應用方面具有良好的市場基礎。中國是現在世界第一大制造業國家，在疫情以來的一年多時間裡，中國幾乎是靠一己之力，撐起了全球的主要生活必需品生產以及抗疫物資生產，為人類走出疫情、重建經濟社會秩序產生了決定性的影響，相信這樣的趨勢在今後幾年內還將繼續持續下去。這樣的世界性責任，推進著中國制造和物流業向更高效、更靈活、更敏捷、更安全的方向大步邁進，而衛星物聯網就是其中一項不可缺少的資訊化手段。

（圖）在農田安裝天啟物聯網星座系統地面終端設備，為智能化、數字化的精準農業提供數據通道服務

衛星物聯網的尷尬局面：目錄之外

然而人們可能會提出疑問，既然衛星物聯網有如此巨大的現實意義和潛在發展潛力，那麼人們為什麼很少聽到行業媒體和公眾媒體討論這個詞匯呢？這就需要指出一個多少讓人有點意外的實際情況，雖然物聯網以及衛星互聯網都已經被列入十四五期間的新基建發展規劃，但是衛星物聯網卻並沒有名列其中。

有些學者指出，物聯網既然是互聯網的延伸和發展，那麼衛星物聯網也應當被列入衛星互聯網的范疇，加以研究和發展和規劃。另有一部分學者認為衛星物聯網是物聯網的一種實現形式，那麼應當在物聯網的產業規劃當中對它加以考慮。

但是必須指出，衛星物聯網和上述兩種概念之間雖然有著很大的重合性，卻也不能完全看作是同類事物。事實上它在兩個領域之間的交叉與跨越，正體現了衛星物聯網的特點。

我們討論幾個現實問題，首先衛星是一種在全球範圍內運營的星座，尤其是低軌道衛星。它不能夠按照5G概念下的物聯網應用，來簡單地加以討論，目前的物聯網主流是採用地面無線通訊手段來解決通訊連接的問題，比如說採用4G或者5G技術來實現物與物之間的連通。依托公眾網路，這樣的技術手段已經能夠在經濟發達地區達到比較好的覆蓋，但是對於移動網路覆蓋區之外的地區，比如南極、北極和廣大的海洋，這兩種技術都是不能發揮作用的。

因此我們有必要把衛星物聯網作為一種獨立的概念提取出來，加以研究和規劃。

一帶一路的必要資訊基礎設施

需要指出，衛星物聯網對今天的中國經濟、對於「一帶一路」倡議來說，並不是可有可無的東西，而應當被認為是一種非常必要的資訊基礎設施。特別是在連接一帶一路國家的海上航路、空中航線、建設工地，有沒有衛星物聯網的支持，決定了智能化是不是能開展起來，也在很大程度上決定了「一帶一路」倡議的資訊化程度。另外，在部分地區陷入政局動蕩的時候，如果有衛星物聯網的支持，不但能夠保證貨物運輸的可控、受控，在有些時候也能夠為人道主義活動和人員安全提供重要的備份手段。

因此天啟星座第一階段的部署完成，為人們提供了一個很好的機會，去從國家層面探討和研究，是不是應該把衛星物聯網列入重要的新型國家基礎設施。如果這場討論能夠得到令人滿意的結果，不但能夠有效促進中國社會經濟資訊化進程的發展，也能夠為國家提供又一種行之有效的中國標準的全球資訊化手段。