核心摘要：
3月3日，吉利集團宣布吉利衛星項目正式啟動。該項目將在台州投資22.7億人民幣用於建造衛星製造工廠。由旗下子公司時空道宇自主設計完成的首發兩顆低軌衛星目前已通過各項鑑定試驗與測試，預計將於2020年內完成發射。前有馬斯剋星鏈計劃，現有李書福吉利衛星，這兩位汽車行業大佬似乎都將低軌寬帶星座作為輔助汽車實現自動駕駛的重要方式之一。無獨有偶，國內新興商業航天企業銀河航天也將車聯網視作低軌寬帶星座的一個重要應用場景。本文將就車聯網這一場景進行重點分析，剖析其對低軌寬帶星座的需求並預測相關市場規模。
一、車聯網的前世今生
車聯網(internet of vehicles)的概念引申自物聯網(internet of things)。根據中國物聯網校企聯盟的定義，車聯網是由車輛位置、速度和路線等信息構成的巨大交互網絡。通過全球定位系統(GNSS)、車載雷達、傳感器等傳感器，車輛可以完成自身環境和狀態信息的採集；通過網際網路技術，所有的車輛可以將自身的各種信息傳輸匯聚到中央處理器；通過計算機技術，這些大量車輛的信息可以被分析和處理，從而計算出不同車輛的最佳路線、及時匯報路況和安排信號燈周期。
談到車聯網，總會有許多人將其與自動駕駛、智能網聯汽車等概念混淆。那麼我們首先有必要將這幾個概念進行區分。如下圖所示，智能汽車是智慧交通的一個屬概念。智能汽車與車聯網之間的交集部分是智能網聯汽車。自動駕駛汽車必須藉助智能網聯技術，但不是所有智能網聯汽車都能夠實現自動駕駛，因此自動駕駛汽車是智能網聯汽車的一個子集。
車聯網大體包含車載信息通信系統及服務（Telematics）、智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）和汽車主動安全（Automobile Active Safety）三大板塊業務。其中Telematics是「車聯網」中的核心，它能為廣大中國車主提供最便利的汽車移動互聯服務。
車聯網按照用戶可以分為乘用車車聯網和商用車車聯網。這兩者的需求有者極大不同之處。針對乘用車車聯網，最初應用主要集中在安全防盜及車載信息娛樂方面，隨著相關技術的發展以及人們對行車安全要求的提高，乘用車車聯網在自動駕駛（感知手段）以及智慧交通管控方面起到了舉足輕重的作用。商用車車聯網主要是用來協助客戶解決當前存在的公路運輸亂象。主流商用車車聯網平臺，針對各類使用主體推出的功能不盡相同。針對車主，車聯網主要針對車輛故障進行預警、診斷以及維修預約；針對物流企業，車聯網助力企業降低成本、增加運輸效率；針對整車廠，車聯網幫助企業更好實現車輛營銷，同時結合行駛過程的車輛狀態數據輔助車輛進行生產。
車聯網的終極階段，將乘用車與商用車的需求打通。通過新一代信息和通信技術，實現了車內、車與人、車與車、車與路、車與服務平臺的全方位網絡連接，提高了交通效率，改善駕乘體驗，提高駕駛安全，為用戶提供智能、舒適、安全、節能、高效的綜合服務。
二、車聯網通信技術
無論是乘用車或者是商用車車聯網，最主要的一環都是通信技術。多種通信技術都渴望在車聯網的舞臺獲得一席之地。目前IEEE（電氣電子工程師學會）與3GPP分別提出各自的車聯網技術標準C-V2X和DSRC。
C-V2X技術基於蜂窩移動通信技術，主要解決交通實體之間的「共享傳感」（Sensor Sharing）問題。C-V2X主要包括車載單元（On Board Unit，OBU）、路側單元（Road Site Unit，RSU）、UU接口和PC5接口。OBU可以採集路況、車況和行人信息，此外OBU具有行動網路接入能力，接入智能運輸系統平臺（ITS），同時OBU也可以實現與RSU和其他OBU進行交互；RSU可以在覆蓋範圍內對路況、信號燈、行人等方面信息進行廣播，此外可以實現覆蓋範圍內車輛的時間同步和位置同步等，同時具有行動網路接入能力，接入智能運輸系統平臺（ITS）；Uu接口是指OBU、RSU與基站之間的接口，實現與行動網路通信；PC5接口是指OBU與OBU，OBU與RSU之間的直聯通信接口，即車輛與其他設施之間不藉助行動網路而直接進行通信。因此在沒有行動網路覆蓋的場景下，車輛之間的通信只能使用PC5接口。
DSRC可以實現在特定小區域內（通常為數十米）對高速運動下的移動目標的識別和雙向通信，實時傳輸圖像、語音和數據信息，將車輛和道路有機連接。DSRC系統包含OBU與RSU兩項重要組件，透過OBU與RSU提供車間與車路間信息的雙向傳輸，RSU再透過光纖或移動蜂窩網絡將交通信息傳送至後端智能運輸系統平臺（ITS）。
三、低軌寬帶星座應用到車聯網中的優劣勢分析
根據前文分析，目前主流車聯網通信技術將衛星通信排除在外，主要是由於當前衛星通信成本高、延時高、帶寬不足。未來低軌寬帶星座可以滿足車聯網在主動安全（20-100ms）、交通效率（500ms）以及信息娛樂（1-10s）這三類應用在延時方面的要求。同時成千上萬顆衛星的規劃也極大增加了衛星通信系統的容量，同時通信成本也可以有效降低（成本降低原因在「低軌寬帶星座細分應用分析之航空寬帶」一文中有詳細分析）。由此，低軌寬帶星座消除了高軌衛星通信的劣勢，敲開了車聯網應用的大門。具體來說，低軌寬帶星座應用於車聯網有著如下的優勢：
1、低軌寬帶星座建成後，是天然的全球網。這種全球網體現在其覆蓋全球任何位置時在成本沒有顯著差別，而且靈活性較好。對車聯網中的許多服務如來說，這會帶來很大的優勢。如對於其中的自動駕駛服務，從駕駛的安全性和可靠性角度尤其需要保證這種服務的連續性（即不能突然「斷網」），但由於車輛一般可在很大範圍內移動，其所到之處又具有隨意性，因此由低軌寬帶星座來保障這種連續性和安全性則具有優勢。
2、低軌星座提供車聯網通信服務具有較好的容量彈性。相對於地面基站在局部地區信號帶寬的固定性，衛星通信可以提供具有一定容量彈性的服務。可以設想某個局部道路如果車輛非常擁堵，從而導致附近能夠提供車聯網服務的地面基站總帶寬不夠為每輛汽車提供車聯網服務。此時如果汽車可以切換到衛星網，由於衛星點波束可以在一定時間範圍內改變其覆蓋區域，因此可以將一些衛星的閒置容量臨時調到該區域進行信號增強，從而保證該擁堵地區的車聯網能夠提供穩定的接入服務。
3、低軌寬帶星座的設計不同於任何高軌星座或北鬥這樣的大型星座。可以認為是一種「開放式」設計，即可以根據用戶數量的需求，在一個很大範圍內增加衛星的數量，衛星可以簡單理解為倒掛在天上的基站，而且具有更廣的位置覆蓋性和波束移動的靈活性。因此其總體服務的用戶數量也可以不斷增加。這不同於任何一顆高軌通信衛星或大衛星星座所提供的服務模式，其整體服務能力的可塑性非常強大。
相較於DSRC與C-V2X這兩種技術，低軌寬帶星座也有一定的局限性。在利用低軌寬帶星座實現車與人、車與車、車與基礎設施的通信時，如所有信息都需要經過運行在低軌道的衛星，這不僅增加了整個系統的延時，同時也會佔用過多的帶寬資源。因此低軌衛星通信在實現這三個場景的通信時，具有較大的劣勢。在實現車與網絡通信時，低軌寬帶星座具有較大程度的優勢。
四、低軌寬帶星座與車聯網結合的應用場景
基於前文分析，我們認為在車聯網領域，未來通信導航一體化、天地網融合發展是必然趨勢。車載終端預計將是可連接地面網絡、衛星網絡的多模終端。在一端網絡擁堵的時候能快速自動接入到另一個網絡中，並且可以通過北鬥三代提供全球服務和增值服務，以提高自動駕駛等服務的安全性。這種天地一體化融合的趨勢不僅在車聯網領域可能發生，在其他通信領域也非常明顯，3GPP、ITU等組織已經進行了非常多的天地一體化標準的研究和制定工作。
在這一認知的基礎上，我們將結合車聯網具體應用場景進行分析。中國智能交通產業聯盟、中國智慧交通管理產業聯盟等四機構編寫的《C-V2X產業化路徑和時間表研究白皮書》詳細列出基於C-V2X的應用場景。我們將從下列具體應用中篩選出可以與低軌寬帶星座結合的主要場景。
在交通安全方面的應用中，我們認為大部分V2I場景和V2V場景都可以由低軌星座和地面網絡結合提供聯網服務。如緊急車輛提示、前方擁堵/排隊提醒以及超載/超員警告這三個細分場景下的應用，需要車聯網平臺在距離目標位置（緊急車輛、擁堵位置）1-2公裡以外就給予車輛提示，因此在地面蜂窩網絡出現帶寬不足或者覆蓋不夠的情況下，低軌寬帶星座可以作為補充提前給予車輛提示。
在交通效率方面，上述場景都可以通過低軌星座提供服務而得到應用上的有效擴展。如在車速引導方面，車速引導是指為保證車輛高效率通過交通路口，車輛針對不同的交通路口的信號，針對被引導車輛採取的加速或減速行為。具體來說，在綠燈期間車輛在車輛到達引導區域內優化引導車輛行駛速度，儘量保證車輛在當前綠燈時間內通過停車線。而在紅燈期間，車輛在進入引導區域後減速，儘可能使得車輛不需要停車就可以經過路口。通常引導區域需要超過100米，按照車速20m/s（72mk/h）考慮，通過引導區域至少需要5s。此時低軌寬帶星座30ms的延時已然符合系統的標準。這就使得低軌寬帶星座得以應用到車速引導中。
絕大多數以V2N作為實現方式的信息服務類車聯網應用，都可以採用低軌寬帶星座作為代替的解決方案。只有少數場景低軌星座難以提供服務，如地下停車場停車，由於較多的停車場都處在地下，衛星信號難以觸達，自動停車引導及控制這一應用不適合採用低軌寬帶星座方案。
五、車聯網網絡架構實現方式
基於前文分析，我們認為將C-V2X與低軌寬帶星座融合的天地一體化的網絡，更加適合車聯網通信解決方案。天地一體化車聯網的網絡架構如下圖所示。
對於車載信息通信服務類業務可以利用衛星和C-V2X兩種方式實現。工作流程如下：用戶可以通過蜂窩基站或是低軌衛星連接到核心網進而與網際網路和車聯網雲平臺連接，從而實現媒體、路況等方面信息的獲取。其中低軌寬帶衛星主要在地面蜂窩網絡出現難以覆蓋或帶寬不足的情況起到補充作用。對於智慧交通業務，大量信息需要依賴車輛與路側單元通信，在邊緣雲平臺進行計算和處理。對於交通安全方面的業務，主要依靠車輛之間的互相通信。至於高精度定位，目前依靠多種定位方式融合的模式，常見的定位方式包括：1. GNSS衛星與低軌衛星導航增強系統結合慣性傳感器的定位方式；2. 基於雷射雷達點雲與高精地圖的匹配；3. 基於計算機視覺技術的道路特徵識別，GNSS衛星定位為輔助的形式。
六、車聯網市場規模推算
未來車聯網市場可能會採取類似北鬥應用推廣的方式。對有自動駕駛、車輛實時故障監測和診斷等需求的汽車來說，保持和網際網路的穩定、持續的連接直接關係到車輛的可使用性和安全性，是一個必要條件。同時，由於低軌寬帶星座的投資巨大，需要很大的用戶數量才能體現出其優勢，國家將很有可能採取類似北鬥終端推廣的方式通過立法、行政管理（如制定類似北鬥的《衛星導航條例》）等方式強制在符合要求的車輛和輪船等載體進行安裝。
參照北鬥，預計將採取階梯型發展方式推廣低軌寬帶星座在車聯網中的應用。第一階段由於星座中衛星數量和規模有限，可能將優先在商用車中推廣。待衛星數量增加，星座整體能力增強後將在部分普通乘用車中進行推廣。增量車輛可能在這種強制推廣下主要採取ODM的方式直接在特定車型的汽車出廠時就擁有了所需要的終端設備。對存量汽車來說，預計將由車主自由選擇是否安裝相應車載終端。
預計國內運營商將壟斷國內低軌寬帶衛星運營市場。不同於GPS的民用化在中國的落地，衛星寬帶業務本質上屬於電信運營商業務，參照我國電信業務的現有運營模式，國家不太可能允許如Oneweb或Starlink等星座的運營在我國落地，至少應該不會允許其直接面向C端的業務落地我國境內。我國的相關業務極大概率將由我國企業壟斷，這是不同於導航應用終端的一個重要特點（導航應用終端一般都能兼容北鬥、GPS、伽利略等）。由於這個特點，當包括自動駕駛在內的車聯網市場進一步成熟後，對數量龐大的存量車也將有很大動力進行相應改裝，從而享受未來車聯網所能提供的優質服務。
基於上述分析，我們就車聯網衛星通信終端的市場規模進行估算。市場估算主要分為兩部分進行，第一部分是車載終端設備市場，這部分市場包括車輛前裝市場和後裝市場。第二部分市場是指車聯網運營服務市場。國內低軌寬帶星座預計於2023年初步建成，因此市場規模預測從2023年開始。預測如下圖所示：
可以看到終端的市場規模呈現先增加後減小的趨勢，原因主要有兩點：1. 目前適合安裝於車輛的相控陣天線市場價格較高，而價格較低的液晶天線出於材料的限制，信號衰減較大、成品率低、散熱問題難以解決，無法大規模商用。我們預測在2029年，液晶天線的材料限制將會得以很好解決使得終端價格大幅降低。2. 另一方面，隨著越來越多的車輛完成改裝以及老舊車輛的報廢，需要進行改裝的車輛總量大幅下降，這令後裝的市場規模大幅降低。
在運營服務市場方面，由於車聯網服務將接入未來天地融合的「大網」中，低軌寬帶衛星在其中佔用的份額難以預測，因此本文車聯網服務市場規模時沒有區分採用低軌寬帶通信或者C-V2X，而是估算車聯網網服務的整體市場規模。
由上述計算看出，未來10年來我國低軌星座+車聯網的設備和運營市場相加大概能達到兩三千億元人民幣。正是基於如此龐大的市場規模以及對於大批量製造的優勢，車企才會考慮進入到低軌寬帶星座的建設和運營之中，至於未來會不會有更多的車企考慮進入到這一市場，讓我們拭目以待。
來源：錢學森空間技術實驗室發展戰略研究部、艾瑞科技研究院
作者：汪夏、汪明哲、李同希