北斗牵手LPWAN将带来哪些改变?

低功耗广域网络(Low Power Wide Area Network, LPWAN)的出现成为满足物联网远距离和大数量无线通信的关键性技术。与当初设计移动蜂窝通信技术主要是用于人与人的通信不同,LPWAN 技术是一种革命性的物联网接入技术,具有远距离、低功耗、低运维成本、大接入量等特点,与现有的WiFi、蓝牙、ZigBee 等短距离无线通信技术和3G、4G、5G 等蜂窝网络远距无线通信技术相比,LPWAN 真正实现了大区域物联网的低成本和全覆盖。LPWAN 的数据传输距离,在复杂的城市环境中达到3km 以上,空旷地域高达15km 以上,穿透性较强,很多恶劣环境下也能保证信号的稳定;它还支持窄带数据传输,网络通信成本极低;此外, 由于低数据传输速率,基于LPWAN 的设备功耗极低,一个普通电池便可支撑数年甚至十多年之久。虽然3G、4G 蜂窝网络的快速部署和5G 的研发在一定程度上推进了物联网的落地,但是当前移动蜂窝网络的承载能力并不足以支撑物与物的连接,最终实现物联网的将是LPWAN。由于物联网碎片化需求的典型特征,一张广域覆盖的LPWAN 网络可以实现不同行业、不同用户随时随地的设备接入,成为单个用户、行业应用乃至智慧城市发展的重要基础设施。

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行,并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。北斗导航系统从最初的设计开始, 就实现了导航通信的一体化,而这正是北斗系统的后发优势所在。北斗系统的主任务是卫星导航, 提供定位、测速、单双向授时的服务,同时还具备短报文的通信功能。从技术特性上看,短报文已经属于卫星通信业务。北斗系统的短报文通信功能,使用的频率包括S 频段(2491.75±4.08)MHz和L频段(1615.68±4.08)MHz。北斗系统短报文通信具有用户机与用户机、用户机与地面控制中心之间双向数字报文通信功能,一般的用户机一次可传输36 个汉字或72 个字节,申请核准的用户可以一次传送120 个汉字或240 个字节。短报文不仅可进行点对点的双向通信,而且可进行一点对多点的广播传输,为各种平台应用提供了极大便利。

短报文通信作为北斗的特色优势,从目前来看尚未得到充分的挖掘和运用,不论在海洋、渔业领域的短消息应用还是应急通信领域中的应用, 均是基于传统的信息通信模式,尚无颠覆性的技术和模式能够发挥北斗短报文通信所具有的特殊优势。在物联网如火如荼的发展中,LPWAN 技术的发展为北斗应用的发展带来了前所未有的机遇。LPWAN 传输的信息均为传输量少且通信频率不高的数据,完全符合北斗短报文通信的要求。只需要在LPWAN 技术中进行简单的改造,即可实现基于星基的LPWAN 技术,从而解决在特定场景中LPWAN 网络数据从网关传输到广域网困难的问题,使得分布广泛且连接形式多样、数量众多的终端设备,可以在缺少主干通信网络的情况下接入广域网,进而形成物联网服务。具体而言,在一般的LPWAN 网关中加入北斗短报文模块即可实现这一功能。物联网中各终端设备产生的数据,通过LPWAN 进入网关,由处理器对数据进行处理后,向北斗短报文模块发送数据,最后由北斗短报文模块将其发出。

星基LPWAN 网关结构图

LPWAN 的网络运营商可以通过星基LPWAN 技术解决特定场景下与主干通信网络难以连接的问题,从而大大提高了LPWAN 的连接效率,这不仅对LPWAN 技术的发展有着革命性的推动,同时也对北斗的应用有极大的促进作用,将对北斗RDSS 的应用产生颠覆性影响。原有的北斗短报文应用模式要求每个终端都配备一个北斗RDSS 的模块,较高的花费、高耗电量等问题严重的限制了北斗短报文通信功能的应用。在应用终端加入了LPWAN 技术后,可以在5~40km 的范围内布设LPWAN 网络,然后在LPWAN 网络的网关内加入北斗RDSS 终端,由北斗终端进行收集、编辑和传输,不仅解决了物联网信息传输的问题,同时也有效地推动了北斗短报文的广泛应用。LPWAN 与北斗的结合,拓展了北斗短报文通信功能在新领域的应用,北斗系统可以为数据传输量小且传输频率低的终端系统提供服务,星基LPWAN 技术的创新服务应用,将成为北斗产业发展新的增长点。

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