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LoRa升级!可支持卫星通信,将解锁哪些新应用?

作者:智汉科技 日期:2022-04-11 10:33:21 点击数:154

2021下半年,英国太空初创公司SpaceLacuna首次使用荷兰Dwingeloo的射电望远镜从月球上反射回LoRa信息。从数据捕获的质量来看,这绝对是一次令人印象深刻的实验,因为其中一条消息甚至包含完整的LoRaWAN®帧。


LoRa升级!可支持卫星通信,将解锁哪些新应用?(图1)

接收到的消息频谱图,包含调制的呼号“PI9CAM”


LoRa升级!可支持卫星通信,将解锁哪些新应用?(图2)

接收信号的延迟多普勒图


据悉,LacunaSpace 使用一组低地球轨道卫星从与Semtech 的 LoRa设备和地面无线射频技术集成的传感器接收信息。卫星在距地面500 公里处每100 分钟在地球两极上空盘旋一次。随着地球自转,卫星覆盖全球。LoRaWAN由卫星使用,它可以节省电池电量,并且消息会在短时间内存储,直到它们通过地面站网络。然后将数据中继到地面网络上的应用程序,或者可以在基于Web 的应用程序上查看。


此次,LacunaSpace发出的LoRa信号持续了2.44 秒后被同一芯片接收,其传播距离大约730360公里,截至目前,这或许是LoRa消息传输的最远距离。


要说基于LoRa技术的星地通信,其实早在2018年 2 月的TTN(TheThings Network)大会上,就已经取得了里程碑式的进展,证明了LoRa 可在卫星物联网下应用的可能性。在当时现场演示中,接收机捕捉到了从低轨卫星传来的LoRa信号。


如今,利用现有的低功耗远距离物联网技术,如LoRa或NB-IoT,为全球各地的物联网设备和在轨卫星之间提供直接通信,可以被视为低功耗广域网市场的一部分。在其商业价值在被大范围认可之前,不妨碍这些技术成为一个很有意思的应用方向。





Semtech发力LR-FHSS

填补物联网连接的市场空白


早在前几年,Semtech就开始发力LR-FHSS,并于2021年年底正式宣布LoRa平台增加对LR-FHSS的支持。


所谓LR-FHSS,即长距离-跳频扩频,英文全称为LongRange – Frequency Hopping SpreadSpectrum。同LoRa一样,也是一种物理层调制技术,其性能大部分与LoRa保持一致,如灵敏度、带宽支持等。


LR-FHSS理论上可支持数以百万计的终端节点,这显著提高了网络容量,解决之前制约着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。




集成LR-FHSS功能后,LoRa更适用于终端密集、数据包多的应用场景。也因此,集成了LR-FHSS功能的LoRa卫星项目具备多重优势:


一是,可接入十倍于LoRa网络的终端容量;


二是,传输距离更远,可达600-1600km;


三是,抗干扰性更强;


四是,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)。


据悉,Semtech的LoRaSX1261、SX1262收发器和 LoRaEdgeTM 平台以及V2.1网关参考设计均已支持LR-FHSS。因此,在现实应用中,通过LoRa终端网关分别进行软件升级与更换,即可先提升网络容量和抗干扰能力,而对于已经部署了V2.1网关的LoRaWAN 网络,运营商可以通过简单的网关固件升级来启用新功能。





集成LR-FHSS

LoRa不断拓展应用版图


此前,物联网市场研究机构BergInsight发布了一份卫星物联网的调研报告,数据显示,虽然受到新冠疫情的不利影响,2020年全球卫星物联网用户数仍然实现增长,总规模达到340万;预计未来几年全球卫星物联网用户年复合年增长率将高达35.8%,在2025年将达到1570万。


目前,全球仅有10%的地区可以访问卫星通信服务,这为卫星物联网的发展提供了广阔的市场空间,也是低功耗卫星物联网的机会。


LR-FHSS也将在全球范围内推动LoRa部署的发展,LoRa平台增加对LR-FHSS的支持后,不仅有助于其为偏远地区提供具有更高性价比、无处不在的连接服务,更标志其向在人口稠密地区实现大规模物联网部署迈出了重要一步,将进一步推动LoRa的全球部署以及进一步拓展创新应用:


01

支持卫星物联网服务

LR-FHSS让卫星能够连接到全球的广大偏远地区,支持无网络覆盖区域的定位和数据传输需求。相关LoRa用例包括野生动物的追踪、海上船只集装箱定位、牧场牲畜定位、提高农作物产量的智能农业解决方案、以及用于提高供应链效率的全球分销资产跟踪等。



02

支持更频繁的数据交换

在以往的LoRa应用领域中,如物流及资产追踪、智慧楼宇及园区、智能家居、智慧社区等,由于这些应用场景下发出的信号越来越长、信号交换越来越频繁的原因,空中的LoRa调制信号量将显著增加。由此带来的LoRaWAN发展的信道拥塞问题也可通过升级LoRa终端及更换网关来解决这一问题。


03

增强室内深度覆盖

除了拓展网络容量之外,LR-FHSS支持在同一网络基础设施中实现更深的室内终端节点,从而提高了大型物联网项目的可扩展性。例如,LoRa是全球智能电表市场的首选技术,而增强的室内覆盖将进深度一步巩固其地位。





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。


LoRa升级!可支持卫星通信,将解锁哪些新应用?(图3)


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。


……


纵观海外市场,不仅已有不少成熟的应用该项目。很多企业的积极性也非常高,Omnispace、EchoStarMobile、Lunark等等众多公司都在尝试利用LoRaWAN网络以提供更成本更低、容量更大、覆盖范围更广的物联网服务。




写在最后


虽说,LoRa技术还可用于填补缺乏传统网络覆盖的农村地区和海洋的空白,是解决“万物互联”的极佳路径。


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。



文章转自物联传媒



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