新风口卫星互联网：战火早已熊熊燃烧

卫星互联网的发展历史可以追溯到上世纪80年代，至今已发展30多年。近年来，卫星产业产值增幅逐步趋稳，产值规模稳中有升。《2020年卫星产业状况报告》数据显示，2019年全球航天产业收入规模为3660亿美元，同比增长17%，其中卫星产业收入为2710亿美元，占航天产业总收入的74%。卫星互联网赛道中卫星运营及服务和地面设备制造收入占比较高，2019年两者合计占整体卫星收入比例的93%。

2020年4月，卫星互联网首次作为重要的信息基础设施被纳入国家“新基建”政策支持的重点方向。卫星互联网被纳入“新基建”范畴会为行业带来广阔的发展机遇，未来蓝海无限。

卫星互联网进入与地面通信融合发展阶段

卫星互联网的发展历史可以追溯到上世纪80年代，至今已发展30多年，主要经历了三个阶段的迭代升级。

第一阶段：企图替代地面通信网络阶段(20世纪80年代-2000年)。这个阶段主要以提供语音、低速数据、物联网等服务为主，后来随着地面通信系统快速发展，卫星互联网由于市场定位错误、技术复杂度高、投资过大、研发周期长及系统能力弱等多方面原因，在与地面通信网络的竞争中宣告失败。

第二阶段：卫星成为地面通信网络的补充阶段(2000-2014年)。这个阶段的主要定位是对地面通信系统的补充和延伸，同时也在极端条件下向航空、航海等用户提供移动通信服务。

第三阶段：卫星与地面通信网络融合阶段(2014年至今)。卫星互联网与地面通信系统开始进行更多的互补合作、融合发展，向着高通量方向持续升级，卫星互联网建设逐渐步入宽带互联网时期。

卫星互联网应用空间广阔

传统地面通信骨干网受限于铺设成本、技术攻克等因素，仅覆盖了约20%的陆地面积，在互联网渗透率低的区域进行延伸普及存在现实障碍。

而卫星互联网突破了地面基站的固定连接方式，通过太空基站动态覆盖的连接方式，包括星地互联和星星互联，实现全球连接。

卫星互联网的覆盖范围和成本优势明显，可以应用于偏远地区通信、海洋作业及科考宽带、航空宽带和灾难应急通道等行业，作为地面移动通信的有效补充。

卫星互联网产业链分析

卫星互联网产业链根据上下游关系，主要分为卫星制造、卫星发射、地面设备制造和卫星运营及服务四个环节。

产业链的上游主要为电器元件及材料、燃料厂商，产业链的下游主要是企业、政府、高校、个人等终端用户。

产业链的中游主要分为卫星制造、卫星发射、地面设备制造和卫星运营及服务四个环节。其中，卫星制造主要包括卫星平台和有效载荷两个部分;卫星发射主要包括运载火箭研制、发射服务提供和卫星在轨交付;地面设备制造主要包括网络设备和大众消费设备;卫星运营则主要由地面运营商、卫星通信运营商、北斗导航运营商和遥感数据运营商组成。

卫星运营及服务收入占比较高

卫星互联网赛道中卫星运营及服务和地面设备制造收入占比较高。根据SIA的统计数据，2019年全球航天产业收入规模为3660亿美元，同比增长17%，其中卫星产业收入为2710亿美元，占航天产业总收入的74%。

2012-2018年，全球卫星产业收入保持增长态势，2018年全球卫星产业收入2774亿美元，同比上升328%;2019年，受到卫星制造和卫星制造收入的影响，全球卫星产业收入为2710亿美元。

从细分卫星互联网赛道来看，卫星运营及服务和地面设备制造收入占比较高，2019年两者合计占整体卫星收入比例的93%，而卫星制造和卫星发射仅分别占到整体卫星产业收入的5%、2%。

我国卫星互联网迎来快速发展的契机

我国处于卫星互联网发展初期，产业链结构逐渐完善。在我国产业链发展初期，处于卫星制造与卫星发射行业的公司将优先释放业绩;

在中国卫星互联网体系逐渐建设完善之后，地面设备制造和卫星运营及服务行业潜力巨大，有望迎来快速发展的契机，且这两个领域未来的市场空间将更为广阔。国内加快部署星座计划，重点卫星计划已具雏形。

从目前国内已发布的卫星星座项目来看，卫星发射将集中在2022-2025年;从建设进展来看，目前已发射的多为试验星，并未实现星座组网，典型代表有“鸿雁”星座、“虹云”工程、“行云”工程等项目。

—— 更多数据参考前瞻产业研究院发布的《中国卫星应用行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

随着经济和 社会 的发展，城市公共照明已经成为城市现代化水平的重要标志之一，城市照明设施规模日益增大，用电量节节攀升， 社会 各方对城市公共照明的要求和希望越来越高。而目前国内城市照明的监控和管理方式相对简单、粗放，服务质量和节能水平有待提高，难以满足现代化城市照明的需要，主要表现在以下几个方面：

监控管理方式相对粗放。传统“三遥”系统只能实现回路级别的采集和控制，对单灯运行情况无法实时、准确监控，不能实现智能化监控和精细化管理；部分城市仍停留在“时控”时代，缺少基本的信息化管理手段。

运行维护效率低、成本高。现有的照明设施故障发现机制主要采用人工巡查模式，工作量巨大，需要投入大量的人力物力，并且还可能留有盲区，运维效率低、成本高，难以实现主动服务、保障服务质量。

照明能耗偏大。缺少灵活有效的节能控制手段，过度照明和照明不足的矛盾难以调和，无法实现按需照明，从而在保障照明质量的前提下有效降低照明能耗设施安全难以保障。缺少实时监管措施，设施被盗时有发生，给照明管理部门造成直接的经济损失，严重影响城市照明的正常运行，同时带来安全隐患。

1 设计与实现

本系统由3大部分组成：NB-IoT通信模块、云端控制系统、手机端APP。

图1

11 NB-IoT通信模块

基于高通MDM9206平台高性能、低功耗的CAT-M1/CAT-NB1/GSM三模无线通信模块，支持全球各主流定位系统GNSS，不仅支持当前运营商的主流物联网频段，对未来可能会部署的频段也最大可能性的支持 ，其尺寸仅 为 225mm265mm27mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，

通过该模块实现路灯信息传输、调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明节约电能，真正实现节能、环保、安全、舒适的照明，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。

12 云端控制中心

是根据路灯管控开发的一款远程 *** 作与监控管理平台，方便了管理人员的管理与维护。通过灯联网集中监控管理平台可以远程控制每一个回路的开、关状态，也可以实时监测每个设备的当前信息，并根据采集到的参数的情况，实时判断线路情况，给用户直观的解析。系统同时还具备短消息报警和声音报警的功能。

13 手机端APP

一种基于智能手机APP应用的城市路灯控制方法，包括将智能手机APP应用与路灯管理系统相关联，形成APP调节城市路灯的架构，构建智能手机 APP 节点，每个 APP 节点代表一个APP 注册用户；当用户登录 APP 应用时，APP 应用将包含用户地理位置、行进方式的 APP 应用信息传送到路灯管理系统；路灯管理系统根据APP应用信息，查询用户所属路段的路灯实时状态，并对路灯进行调节控制。采用NB-IoT物联网概念，通过手机 APP 应用按照用户实际需求开启路灯、调节路灯亮度，合理分配路灯照明资源，降低了路灯能耗、节约了路灯使用成本。

2 测试与分析

硬件调试：分为电源电路、通信链路、LED驱动电路调试。

21 电源电路

图2 电源电路

图 2 中，EUP3420 是一款恒定频率，采用电流模脉宽调制（PWM）架构的降压型变换器。芯片集成了主开关和同步整流开关，可以获得更高的效率。本系统采取5V适配器输入，转化给NB-IoT无线通讯模块VBAT网络33V供电。

C1000：适配器的输入端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为5V。

L1000：开关电源 buck 电感输出端，用万用表或者示波器测试该点电压是否为33V，通过调整R1000和R1007阻值调整VBAT输出的大小。

22 通信链路

NB-IoT模块上电后sim卡状态测试。

图3 NB-IoT模块Sim卡状态查询

23 LED驱动电路

图4 LED驱动电路

上图中，三极管驱动电路由Q11、R128、D30、J26（焊接LED模组）组成，NB-IoT通信模块通过GPIO口控制三极管的基集，使三极管Q11工作在开关状态，实现对LED的开断。

3 软件测试

安卓手机端可以控制指定路灯的亮与灭以及全开全灭。

图5 手机控制端界面

PC端实现对各个端口的控制。

图6 云端控制端界面

4 控制系统特性

41 管道NB-IoT设计

一是广覆盖：NB-IoT 覆盖能力强，在同样的频段下，NB-IoT 比现有的网络增益 20dB，覆盖面积扩大 100 倍。它不仅可以满足广覆盖需求，对于厂区、地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。因此不只是道路照明，在室内、工业照明领域的应用前景也十分广阔。

二是强链接：在同一基站的情况下，NB-IoT可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。这将意味着，基于 NB-IoT 通信技术的照明控制系统，将能够管控更多的终端设备，满足未来智慧城市中大量设备联网需求。

三是低功耗：低功耗特性是智慧照明应用一项重要指标，NB-IoT聚焦小数据量、小速率应用，因此NB-IoT设备功耗可以做到非常小，终端模块的待机时间可长达10年，特别适用于智能家居的应用。

四是低成本：低速率、低功耗、低带宽同样给 NB-IoT 芯片以及模块带来低成本优势。单个接连模块预期价格不超过 5美元，最终低至 1 美元，这对降低智慧照明应用的成本起到关键性作用。

42 云端智能管理

采用单灯控制技术，构建路灯物联网，精准控制每一盏路灯，在保证照明需求的前提下，根据季节、路段、天气、特殊场合等条件设定路灯运行方案，真正实现“按需照明”，深化节能减排。因本项目范围内 LED 路灯电源不具备调光接口，单灯节能方式采用开关灯控制方式。

通过单灯“在线巡测”，及时发现路灯故障并在地图上进行精准定位，转变“人工巡检、热线报修”的传统运维方式，实现定向运维、主动服务，减轻劳动强度，提高路灯运维效率，降低运维成本。

43 客户端APP

智慧公共照明管理平台具有全面和优化的路灯智能控制功能，为路灯管理人员提供更高效的管理和维护手段，主要体现为：实时监控：可以对任意一盏、一路或任意自定义组的路灯进行开关灯、调光。同时支持多终端，支持基于 Android *** 作系统的移动终端远程控制，可采用平板电脑、手机等终端下发开关灯、调光等控制命令等。

5 应用前景分析

对于 NB-IoT 产业的发展，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商皆就NB-IOT发布了各自的发展计划。工信部也发文要求加快 NB-IoT 在国内落地，到今年年底建成基站规模 40万个，到 2020 年建成基站规模 150 万个。中国 NB-IoT 产业加速布局，将是全球 NB-IoT 产业领跑者。目前在上海、广州、江

门、鹰潭、长沙落地了NB-IoT智慧路灯项目，实现了到处开花、处处结果。

6 结束语

城市智慧照明是智慧能源的开端，以 NB-IoT 新一代通信技术为支撑，实现整个城市一张网，对城市道路每盏灯实现全面的感知、智能的控制、广泛的交互和深度的融合，在满足市民正常照明需求的前提下，通过智能调光、降功率、按需开关灯等管理方式，减少过度照明，电能节约率可达30% 60%，真正实现节能减排，减少对大气的污染，建设资源节约型、环境友好型 社会 。同时通过对城市照明设施实现精细化管理，通过对城市道路每个灯具的运行状态进行准确分析和故障报警，并根据故障等级启动相应的处置流程，将被动巡检改为定点维护，反应更加敏捷处置效率更高，将使城市的灯光管理水平与现代化的大都市相适应，提高亮灯率，减少各种故障，合理照明，美化照明，安全照明，营造出现代城市科学和艺术完美结合的照明效果，树立和提升城市的品牌形象。

物联网概念股一览：
平台型标的：关注宜通世纪(收购天河鸿城、迈出转型物联网的战略一步，关注公司自主物联网平台、跨领域垂直物联网行业应用生态布局的新跨越)。
重点行业应用龙头：交通领域，关注高新兴（300098）；医疗领域，关注思创医惠；电力领域，关注东软载波（300183）、新联电子（002546）；水务领域，关注三川智慧。
物联网芯片领域：关注北京君正（300223）、中科创达、全智科技、润欣科技等。

据报道，中国航天科工四院院旗下航天行云科技有限公司今天揭牌，并正式启动“行云工程”天基物联网卫星组建工作，该工程计划发射80颗行云小卫星，建设我国首个低轨窄带通信卫星星座，打造最终覆盖全球的天基物联网。

中国航天科工四院副院长、行云公司董事长张镝表示，现阶段，全球超过80%的陆地及95%以上的海洋，移动蜂窝网络都无法覆盖。但有了天基物联网，这一切都有望被改写，海洋、岛屿、沙漠等地或能轻松互联。

所谓天基物联网，是指通过卫星系统将全球范围内各通信节点进行联结，并提供人-物、物-物有机联系的信息生态系统，具有覆盖地域广、不受气候条件影响、系统抗毁性强、可靠性高等特点，具有广阔的应用前景。

张镝说，行云科技致力于研制和发射在低轨道运行的小卫星并组网形成星座，建设天基物联网，实现全球范围内物联网信息的无缝获取、传输与共享，同时构建包括云计算、大数据等服务的信息生态系统。

2017年1月，“行云工程”首颗技术验证星“行云试验一号”卫星乘快舟一号甲运载火箭已成功发射入轨。

如今，“行云工程”进入卫星星座的正式组建阶段。

根据计划，行云科技的80颗行云小卫星，将分α、β、γ三个阶段逐步建设系统。其中α阶段，计划建设由“行云二号”01星与02星组成的系统，同步开展试运营、示范工程建设；β阶段，将实现小规模组网；γ阶段将完成全系统构建，并进行国内以及“一带一路”等国外市场的开拓。

物联网是指物物相连的互联网。还有另外一种说法就是：万物互联。涵盖Wi-Fi、蓝牙、ZigBee、2G/4G/5G、NB-IoT、 LoRa

 NB-IoT窄带蜂窝物联网

针对2G/4G/5G的缺点，一种新的技术诞生了，NB-IoT 窄带物联网，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。

互联网

通过在物体上植入各种微型感应芯片、借助无线通信网络，与互联网相连接，可以让物体自己"说话"，不仅人可以与物体"对话"，物体与物体之间也能"交流"。

50-100倍。
根据信息安全与通信保密网的相关内容可知，窄带物联网单个NB-IoT基站较传统2G、蓝牙、WiFi等基站可多提供50-100倍的接入终端，一个扇区可以支持10万个连接，是传统的移动通讯容量的50至100倍。
窄带物联网是指基于蜂窝网络构建，仅消耗180千赫兹（kHz）左右带宽的物联网。

窄带物联网之所以能够在5 G时代被寄予厚望，是因为其本身的多覆盖、低能耗、低成本的特点所决定的。

一、窄带物联网

物联网时代已经慢慢开始取代互联网时代了。其中最为出名的就是我们的5G技术，这是一种承接物联网发展的梯次技术。其中，窄带物联网是与其一同支撑的。窄带物联网是基于蜂窝网络构建，是物联网的一个分支技术。消耗180千赫兹左右的宽带物联网，是目前消耗宽带最低的互联网。

二、窄带互联网的优势

5 G基站的建设帮助窄带物联网的无线接入，从2015年起我国就开始了这项工作。5 G助力窄带互联网实现万物互联，迎合70%以上的物联网场景需求，窄带物联网需要接入的宽度很短，并且能够实现广覆盖，在同样的频段下能够在速度上比一般网络速度提升一倍，其耗能相应较低，可实现十年内的不间断工作，单个连接模块的成本仅有二三十元不到。相比过去的蜂窝状网络结构，对于公共事业服务或工业 *** 作控制等垂直管理行业来说会很方便。

三、5G技术在其中发挥的作用

5G技术在窄带物联网中帮助满足了高传输、低消耗的物联网接入。万物互联让流量的消耗大大增加，对运营商而言是一次不可错过的“财机”。由于5G技术的低消耗、高传输、覆盖广的特点，窄带物联网和5G手可打造智慧城市，为窄带物联网的发展打下坚实基础。目前，5G技术已经逐步投入到各行各业中，窄带物联网也在不断开辟自己的发展道路，作为分支中的一员，二者属于强强联手，提高我们物联网企业的效率，改善顾客的使用感官。

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