低轨宽带星座市场分析之车联网
核心摘要：
3月3日，吉利集团宣布吉利卫星项目正式启动。该项目将在台州投资22.7亿人民币用于建造卫星制造工厂。由旗下子公司时空道宇自主设计完成的首发两颗低轨卫星目前已通过各项鉴定试验与测试，预计将于2020年内完成发射。前9 5 4 ^ u y W (有马斯克星链计划，现有李书福吉利卫星，这两位汽车行业大佬似乎都将低轨宽带星座作为辅助汽车实现自i ! $ @ } # - 2 !动驾驶的重要方式之一。无独有偶，国内新兴商业航天企业银河航天也将车联网视作低轨宽带星座的一个重要应用场景。本文将就车联网这一场景进C W p / Z行重点分析，剖析其对低轨宽带星座的需求并预测相关市场D c以实现& = u P 3 % a - 3与RSU和其他OBU进行交互；RSU可以在c F x C o f覆盖范围内对路况、信号灯) F 9 h 6、行人等方面信息进行广播，此外可以实现覆盖范围内车辆的时间同步和位置同步等，同时具有移动网络接入能力，接入智能运输系统平台（ITS）；Uu接口是指OBU@ + a L p {、RSU与基站C $ F p X P U之间的接口，实现与移动网络通信；P% r W h ; ]C5接口是指OBU与OBU，OBU与RSU之间的直联通信接口，即车辆与其他设施之间不借助移动网络而直* ; [ 7 ` 9 m z接进行通信。因此在没有移动网络覆盖的场景下，车辆之间的通T j % r q , Y e Q信只能使用PC5接口。
DSRC可以实现在特定小区域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，实时传输图像、语音和数据信息，将车辆和道路有机+ s ` M j q k P连接。DSRC系统包含OBU与RSU两项重要组件，透过OBU与RSU提供车间与车路间信息的双向传输，RSU再透过光纤或移动蜂H j B : d l & D 8 W ]大增加了卫星通信系统的容量，同时通信成本也可以有效降低（成本降低原因在“低轨N & & i ) 6 O宽带星座细分应用分析之航空宽带”一文中有详细分析）。由此，低3 F i ] H ~ *轨宽带星座消除了高轨卫星通信的劣势，敲开了车联网应用的大门。具体来说，低m $ ^ R m ! F r轨宽带星座应用于车联网有着如下的优势：
1、低轨宽~ ! . g d P P F T带星座建成后，是天然的全球网。这种全球网体现在其覆盖全球任何d i v ; ` N w位置时在成本没有显著差别，1 { ~ 6 u @ T而且灵活性较好。对车联网中的许多服o H ^务如来说，这会带来很大r 0 g 3 2的优势。如对于其中% o c { | 4的自动驾驶服务，从驾驶的安全性和可靠性角度尤其需要保证这种服务的连续性（即不能突4 6 o然“断网”），但由于车辆一般可在很大范围内移动，其所到9 c n L ? H D之处又具有随意性，- D @ = b G因此由低轨宽带星座来保障这种连续性和安全性则具有优势。
2、低轨星座提供车联网通信服W D W ~ N : 8务具有较好的容量弹性。相对于地面基站在局部地区信号带宽的固定性，卫星通信可以提供具有一定容量弹性的服务。可以设` / h 4 I 5 - c !想某个局部道路如果车辆非常拥堵，从而导致附近能够提供车联网服务的地面基站总带宽不5 b ( X } p 1 z l够为每辆汽车提供车联网服务。此时如果汽车可以切换到卫星网，由于卫星点波束可以在一定时间范围内改变其覆盖区域，因此可以将一些卫星的闲置容量临时调到该区域进行信号增强，从而保证该拥堵地区的车联网能够提供稳定的接入服务。
3、低轨宽带星座的设计不同于任何高轨星座或北斗这样的大型星座。可以认为是一种“开放式”设计，即可以根据l d x | c用户数量的需求，在一个很大范围内增加卫星的数量，卫星V . $ + E可以简单理解为倒挂在天上的基站，而且具有更广的位置覆盖性和波束移动的灵活性。i 9 9因此其总体服务的用户数量也可以不断增加。这不同于任何一颗高轨通信卫星或大卫星星座所提供的服务模式，其整体服务能力的可塑性非常强大。
相较于DSRC与C-H = + 9 j ?V2X这两种技术，低轨宽带星座也有一定的局限性。在利用低轨宽带星座实4 # s S * H ! U现车与人、车与车、车与基础设施的通信时，如所有信息都需要经过运行在低轨道的卫星，这不仅增加了整个系统的延时，同时也会T R U X {占用过多的带宽资源。J $ W / E 8因此低轨卫星通信在实现这三个场景的通信时，具有较大的劣势。在实现车与网络通信时，低轨宽带星座具有较大程度的优势。
四、低轨宽带星座与车联网结合的应用场景
基于前文分析，我们认为在车联网领域，未来通信导航一体化、天地网融合发展是必然趋势。车载终端预计将是可连接地面网络、卫星网络的多模终端。在一端网络拥堵的时候能快速自动接入到另一个m { H c (网络中，并且可以通过北斗三代提供全球服务和增值服务，以提高自动驾驶等服? K N务的安全性。这种天地一体化融合的趋势不仅在车联网领域可能发生，在其他通信领域也非常明显，3GPP、ITU等组织已经2 H 2进行了非常多的天地一H d / 2体化标准的研究和制定工作。
在这一认知的基础上，我们将结合车联网W A : N 1 } S @ N具体应用场景进行分析。中国智能交通产业联盟、中国智慧交通管理产业联盟等四机构编写的《C-V2X产s f V l i k F d业化路H k )径和时间表研究白皮书》详细列出基于C-V2X的应用场景。我们将从下列具体应用中筛选出可以与低轨宽带星座结合的主要场景。3 E Z
在交通安全方面的应用中，我们认为大部分V2I场景和V2V场景都可以由低轨星座和地面网络结合提供联网服务。如紧急车辆提示、前方拥堵/排队提醒以及超载/超员警告这三个S o 7 S细分场景下的应用，需要车联网平台在距离目标位置（紧急车辆、拥堵位置）1-2公里以外就给予车辆提示，因此在地面蜂窝网络出现带宽不足f h A y *或者覆盖不够的情况下，低轨宽带星座T q : 4区域后减速，尽可能使得车J | & $辆不需要停车就可以经过路口。通常引导区域需要超过100米，按照车速20m/s（72mk/h）考虑，通过引导区域至少需要5s。此时低轨宽带星座30ms的延时已然符合系统的标准。这就使得低轨宽带星座得以应用到车速引导中。
绝大多数以V2N作为实4 M p现方式的信息服务. @ 4 6类车联网应用，都0 ) j U 0可以采用低轨宽带星座作为代替的解决方案。只有少数场景低轨星座难以提供服务，如地下停车场停车，由于较多的停车场都处在地下，卫星信号难以触达，自动停车引导及控制这一应用不适合采用低轨宽带星座方案。
五、车联网网络M j 3架构实现方式
基于前文分析，我们认为将C-V2X与低轨宽带星座融合的天地一体x [ 9 Z化的网络，更加适合车联[ $ u K i f S g 6网通信解决m v $ U 9 .方案。天地一体r C 7 w 6 ~ 化车联网的网络架? j } K T 5 J N构如下图所示。u N o g u !
对于车载信息通信服务类业务可9 { =以利用卫星和C-V2X两种方式实现。工作流程如下：用户可以通过蜂窝基站或9 . /是低轨卫星连接到核心网进而与互联网和车联网云平台连接，从而实x c } X %现媒体、路况等方面信息的获取。其中低轨宽带卫星主要在地面蜂窝网络出现难以覆盖或带宽不足的情况起到补充作用。对于智慧交通业务，大量信息I ^ - F S M需要I l D !依赖J H I : 车辆与路侧单元通信，在边缘云平台进行计算和处理。对于交通安全方面的业务，主要依靠车辆之间的互相通信。至于高精度定位，目前依靠多种定位方式融合的模式，常见的定位方Y t 1 X P V V N a式包括：1. GNSS卫星与低轨卫星导航增强系统结合惯性传感器的定位方式；2. 基于激光雷达点云与高精地图的匹配；3. 基于计算机视觉技术的道路特征识别，GNSS卫星定位为辅助的形式。
六、车联网市场规模推算
未来车联网市场可能会采取类似北斗应用P w l推广的方式。% : 对有自动驾驶、车辆实时故障监测和l x @ : h u d (诊断等需I K s _ ( Y ( C -求的汽车来说，保持和互联网的稳定、持续的连接直接关系到车辆的可使用性和安全性，是一个必要条件。同时，由于低轨宽带星座的投资} 9 v X g V C巨大，需要很大的用户数量才能体现出其优势，国家将很有可能采取类似北斗终端推广的方式通过立法、行政管理（如制定Y E p j类似北斗的《卫星导航条例》）等方式强制在符合要求的车辆和轮r 2 Z p船等载体进行安装。
参照北斗，预计将采取阶梯型发展方式推广低轨宽带星座在车联网中的应用。第一阶段由于星座中卫星数量和规模有限，可能将优先在商用车中推广。待卫星数量增加，星座整体能力增强后将在部分普通乘用车中进行推广。增量车辆可能在这种强7 ~ r = { 3 ; e %制推广下主要采取ODM的方式直接在特定车型的汽车出厂时就拥有m h c K U了所需要的终端设备。对存量汽车来说，预计将由车主自由选择是否安装相应/ ` }业垄断，G ~ B ) :这是不同于导航应用终端的一个重要特点（导航应用终端一般都能兼容北斗、GPS、伽利略等）。由于这个特点，当包括自动驾驶在内的车联网市场进一步成熟后，对数量庞大的存量车也将有很大动力进行相应改装，从而享受未来车联网所能提供的优@ ~ 0质服务。
基于上述分析，我们就车联网卫星通信终端的市场规模进行估算。市x 6 ( T z d / A场估算主要分为两部分进行，第一部分是车载终端设备市场，这部分市场{ )包括车辆前装市场和后装市场。第J G h # i二? d A k C V i F部分市场是指车联网运营服务 M l Y N市场。国内低轨宽带星座预计于2023年初步d ~ g v w , T + E建成，因此市场规模预测从2023年开始。预T P _ m 2测如下图所示：
可以看到终端的市场规模呈现先增加后减小的趋势，原因主要有两点：1. 目前适合安装于车辆的相控阵天线市场价格较高，而价格较低的液晶天线出于材料的限制，信号衰减较大、W ` * y ( | a 9 K成品率低、散热问题难以解决，无法大规模商用。我们预测在2029年，液晶天线的材料限制将会得以很好解决使得终端价格大幅% m M r Q降低。2. 另一方面，随3 c M h qC3 M ! ^ S ~ U-VW f Z G2X，而是估算车联网网服务的整体市场规模。
由上述计算看出，未来10年E = u来我国低轨星座+车h : i f y d联网的设备和运营市场相加大概能达到两三千亿元人民币。正是基于o , S P : P # &如此庞大的市场规模以及对于大批量制造的优势，车企才会考虑进入到低轨宽8 ^ 4带星座的建设和运营之中，至于未来会不会有更多的车企考虑进入到这一市场，让我们拭目以待。
来源：钱学森空间 u ! G w技术实验室发展战略研; & f t J h &究部、艾A g n瑞科技研究院
作者：汪夏、汪明哲、李% - . u M A同希