LoRa與衛(wèi)星通訊LR-FHSS：全域物聯(lián)網(wǎng)

最早，LoRa技術(shù)是為低功耗、長(zhǎng)距離物聯(lián)網(wǎng)通信服務(wù)的。隨后，物聯(lián)網(wǎng)對(duì)定位的需求不斷增長(zhǎng)，因此在LoRa連接基礎(chǔ)上增加了低功耗定位功能，也誕生了LoRa Edge LR1110。LR1120在LR1110的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加衛(wèi)星及2.4GHz全球通用頻段，從而支持全場(chǎng)景區(qū)域覆蓋。

4月21日，Semtech發(fā)布LR1120芯片組，支持LoRa直連衛(wèi)星通信。通訊距離500km-800km。

LR1120是全球唯 一支持多接收機(jī)的通用低功耗LoRa定位芯片。

■ 2020年，Semtech宣布推出基于LoRa低功耗平臺(tái)的地理定位解決方案LoRa Edge，將為室內(nèi)和室外資產(chǎn)管理提供多樣化的應(yīng)用組合，主要面向工業(yè)、樓宇、家居、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸和物流等應(yīng)用領(lǐng)域。并為L(zhǎng)oRa Edge應(yīng)用推出了LR1110芯片組。時(shí)隔兩年，LR1120的推出，進(jìn)一步增強(qiáng)了LoRa Edge的定位能力。“實(shí)現(xiàn)了從區(qū)域性覆蓋到支持全球部署。”

■ 2022年4月，Semtech宣布推出全新的LoRa EdgeTM LR1120芯片組，該產(chǎn)品支持多頻段能力，從而使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用可以直接借助衛(wèi)星通信，以幫助供應(yīng)鏈管理和物流行業(yè)在全球范圍內(nèi)部署互聯(lián)互通、低功耗的地理定位設(shè)備。

LoRa集成LR-FHSS功能 支持衛(wèi)星通訊與密集部署

LoRa Alliance（LoRa聯(lián)盟）宣布LoRaWAN協(xié)議支持LR-FHSS（長(zhǎng)距離-跳頻擴(kuò)頻，Long Range – Frequency Hopping Spread Spectrum）功能，可以顯著提升網(wǎng)絡(luò)容量和抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)從傳感器到衛(wèi)星的低功耗、可靠的直接通信。

■ LR-FHSS的兩大主要特點(diǎn)：超大容量接入、超強(qiáng)抗干擾

LR-FHSS通過(guò)ISM頻段和專(zhuān)用頻段，能夠支持?jǐn)?shù)以百萬(wàn)計(jì)的終端節(jié)點(diǎn)，為物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供更高的可靠性，并且它顯著提高了網(wǎng)絡(luò)容量，可以解決之前一直制約LoRaWAN發(fā)展的信道擁塞問(wèn)題。

此外，LR-FHSS還具有高抗干擾性，可通過(guò)提高頻譜效率來(lái)緩解數(shù)據(jù)包沖突，并擁有上行鏈路跳頻調(diào)制能力。在運(yùn)行過(guò)程中，LR-FHSS將終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包分解成小塊（每塊大約50毫秒長(zhǎng)），并在定義的頻率帶寬（包括137kHz、336kHz和1.523MHz，取決于地區(qū)）上隨機(jī)擴(kuò)散。此外，LR-FHSS在不同頻率上使用冗余物理接頭，進(jìn)一步提高對(duì)帶內(nèi)干擾源的調(diào)制穩(wěn)健性。

■ 集成了LR-FHSS功能的LoRa衛(wèi)星項(xiàng)目具備多重優(yōu)勢(shì)：

1、可接入十倍于LoRa網(wǎng)絡(luò)的終端容量;

2、傳輸距離更遠(yuǎn)，可達(dá)600-1600km;

3、抗干擾性更強(qiáng);

4、實(shí)現(xiàn)了更低的成本，包括管理和部署成本(不需要額外開(kāi)發(fā)硬件，自身具備衛(wèi)星通訊能力)。

全球衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)商Swarm Technologies已將Semtech的LoRa器件集成到其連接解決方案中，從而實(shí)現(xiàn)近地軌道（LEO）衛(wèi)星間的雙向通信。

Semtech的LoRa技術(shù)可支持遠(yuǎn)距離、低功率和廣域應(yīng)用，為Swarm在物流、農(nóng)業(yè)、聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)和能源等領(lǐng)域開(kāi)辟了新的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）使用場(chǎng)景。通過(guò)LoRa技術(shù)，可以為IoT設(shè)備提供更多高性?xún)r(jià)比的全球連接器。

搭建地面到其衛(wèi)星的上行和下行鏈路，Swarm在甚高頻（VHF）頻率上集成了LoRa技術(shù)。此線(xiàn)路共有72顆商業(yè)衛(wèi)星，全球覆蓋率可達(dá)100％。Swarm計(jì)劃在2021年底前部署150顆商業(yè)衛(wèi)星，從而有望將延遲時(shí)間減少至一分鐘以下。集成到IoT設(shè)備中的用戶(hù)調(diào)制解調(diào)器可與衛(wèi)星進(jìn)行通信，從而在地球的任何地方都可實(shí)現(xiàn)可靠數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

LoRa與小型、相對(duì)低成本的近地軌道衛(wèi)星通信相結(jié)合，將推動(dòng)LoRa以及物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的變革。在LoRa中增加用于衛(wèi)星通信的S頻段，將幫助其取代傳統(tǒng)的SCADA監(jiān)控，拓展新的應(yīng)用與市場(chǎng)，特別是其在偏遠(yuǎn)地區(qū)的部署。目前，LoRa技術(shù)已受到數(shù)家衛(wèi)星通信解決方案提供商的青睞，包括EchoStar和Lacuna。

低功耗衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)入局玩家越來(lái)越多

海外LoRa衛(wèi)星項(xiàng)目不斷涌現(xiàn)

麥肯錫公司曾預(yù)測(cè)，天基物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)值在2025年可能達(dá)到5600-8500億美元的產(chǎn)值，這也許是大量企業(yè)追逐這一市場(chǎng)的主要原因。當(dāng)前，已有近幾十家廠商提出了衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)計(jì)劃。

從海外市場(chǎng)來(lái)看，衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)一個(gè)創(chuàng)新的重要領(lǐng)域。LoRa作為低功耗衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)中的一部分，在海外市場(chǎng)上已經(jīng)有了不少應(yīng)用：

■ 2019年，Space Lacuna聯(lián)合Miromico開(kāi)始對(duì)LoRa衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行商業(yè)試驗(yàn)，并于次年成功應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)或資產(chǎn)跟蹤當(dāng)中。通過(guò)使用 LoRaWAN，電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用壽命可以延長(zhǎng)，節(jié)省運(yùn)維成本。

■ IRNAS 與Space Lacuna合作探索 LoRaWAN技術(shù)的新用途，包括跟蹤南極洲的野生動(dòng)物以及使用 LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)的浮標(biāo)，以便在海洋環(huán)境中部署密集的傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而支持系泊應(yīng)用和漂流。

■ Swarm (已被Space X收購(gòu))已將Semtech的LoRa器件集成到其連接解決方案中，從而實(shí)現(xiàn)近地軌道衛(wèi)星間的雙向通信。為Swarm在物流、農(nóng)業(yè)、聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)和能源等領(lǐng)域開(kāi)辟了新的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)使用場(chǎng)景。

■ Inmarsat與Actility合作形成Inmarsat LoRaWAN網(wǎng)絡(luò)，該平臺(tái)以Inmarsat ELERA骨干網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，為物聯(lián)網(wǎng)客戶(hù)提供豐富的解決方案，包括農(nóng)業(yè)、電力、石油和天然氣、采礦、物流等行業(yè)。

但是從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)角度來(lái)看，LoRa在這方面的發(fā)展仍處于起步階段。

 相比海外，面臨著更多的難題：

1、需求方面：由于海事衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)覆蓋已經(jīng)非常好且數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，因此并不強(qiáng)勁;

2、應(yīng)用方面：國(guó)內(nèi)仍然比較局限，主要盯著集裝箱項(xiàng)目，鑒于以上原因，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星企業(yè)想要推動(dòng)LR-FHSS的應(yīng)用也比較難;

3、資本方面：由于項(xiàng)目的不確定比較大，項(xiàng)目可大可小、周期很長(zhǎng)，因此這種類(lèi)型的項(xiàng)目很大程度上取決于資本的投入。

LoRa衛(wèi)星通信服務(wù)逐漸展開(kāi)

■ Lacuna 低軌 LoRa 衛(wèi)星星座：

截至22年5月，Lacuna 已經(jīng)發(fā)射了7顆左右的LoRa衛(wèi)星，服務(wù)的區(qū)域不僅有歐洲、非洲、還有赤道軌道的東南亞及拉丁美洲。

并且還提供了相應(yīng)的終端開(kāi)發(fā)套件，尺寸比手掌還小，一次充電可通過(guò)衛(wèi)星連接數(shù)年，為客戶(hù)提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且簡(jiǎn)化的通信。

Lacuna 客戶(hù)生產(chǎn)的環(huán)境監(jiān)控傳感器用于印尼的泥炭地水文監(jiān)測(cè)。

■ EchoStar 高軌 LoRa 衛(wèi)星星座

EchoStar 是一家擁有 10 顆衛(wèi)星的老牌衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)商。

EchoStar Mobile 通過(guò)其 EchoStar XXI 衛(wèi)星在全歐洲提供連接服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)傳感器將數(shù)據(jù)發(fā)送到 EchoStar Mobile LoRa 模塊。然后，該模塊使用許可的 S 波段頻率將數(shù)據(jù)發(fā)送到 EchoStar Mobile 自己的衛(wèi)星。最后通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)地面站和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)。

EchoStar XXI 是一顆功能強(qiáng)大的 GEO 衛(wèi)星，天線(xiàn)長(zhǎng) 18 米。它采用先進(jìn)的波束成形技術(shù)，可在重點(diǎn)地理區(qū)域提供高質(zhì)量服務(wù)。該衛(wèi)星工作在 S 波段，上行鏈路和下行鏈路容量為 100 Mbit/s。

■ 國(guó)內(nèi)目前衛(wèi)星領(lǐng)域有基于Lora技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目的有和德宇航和東方紅

大致方案實(shí)現(xiàn)是地面人員手持節(jié)點(diǎn)（這里指lora終端)向衛(wèi)星發(fā)送一鍵求救信號(hào)，衛(wèi)星lora基站(網(wǎng)關(guān))收到終端信號(hào)后，下行使用衛(wèi)星自身的通信方式，地面站接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入網(wǎng)絡(luò)，獲得地面求救人員的位置信息。

另外作衛(wèi)星的同學(xué)都知道，實(shí)際上現(xiàn)在低軌衛(wèi)星的數(shù)量還遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到實(shí)時(shí)覆蓋，也就意味著衛(wèi)星可能是每隔幾十分鐘才會(huì)從節(jié)點(diǎn)上通過(guò)，lora終端只有在過(guò)頂?shù)臋C(jī)會(huì)才能將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，那么GPS就在這里發(fā)揮作用了，當(dāng)用戶(hù)發(fā)送求救請(qǐng)求后，通過(guò)GPS同步衛(wèi)星過(guò)頂時(shí)間，在衛(wèi)星過(guò)頂時(shí)將用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。隨著星鏈的不斷完善，實(shí)時(shí)性也會(huì)逐漸增強(qiáng)。