Развитие средств беспроводной связи идет в направлении унификации наземных и спутниковых систем.
7 октября на конференции SATCOMRUS-2021 генеральный директор ФГУП НИИР Олег Иванов рассказал о вариантах развития спутниковых систем связи нового поколения. В своем докладе он затронул крайне интересную тему, связанную с тем, как космический сегмент найдет свое место в экосистеме мобильной связи стандартов 5G и 6G.
Гибридные сети
Итак, одной из ключевых мировых тенденций развития телекоммуникационных систем спутниковой связи является интеграция в системе связи общего пользования наземного и спутникового компонентов, т.е. переход на так называемые «гибридные сети». Сегодня эта тенденция только нарождается, но она грозит перевернуть практически все подходы к организации спутниковых телекоммуникаций.
Эксперты определяют три достаточно четких этапа в процессе интеграции в системе связи общего пользования наземного и спутникового компонентов. В настоящее время можно наблюдать за первым этапом, на котором мы видим некое взаимодействие мобильных сетей стандарта 3G и 4G и спутниковых систем, когда, например, в труднодоступных населенных пунктах клиентам предоставляется спутниковый канал связи, поступающий на общий узел и раздающийся далее уже по наземным каналам: Wi-Fi, радио, LAN и даже по волоконно-оптическим линиям, как это делается в некоторых поселках Якутии. Таким образом, на первом этапе мы имеем дело с независимо оптимизированной разработкой спутниковых и наземных компонентов.
Что ожидает нас в ближайшей перспективе? Выход нового релиза 5G R17 & Advanced 5G, который сейчас пока находится в разработке. Уже к середине следующего 2022 года ожидается его «заморозка» – этап, на котором правила внесения изменений в исходный документ ужесточаются. Такого рода «замораживание» помогает обеспечить стадию разработки, для которой характерна стабильность.
Релиз 5G R17 обещает нам множество серьезных нововведений, таких как: оптимизация алгоритмов Massive MIMO (Multiple Input Multiple Output), улучшение DSS (Dynamic Spectrum Sharing), расширение покрытия, улучшение возможностей мультирадио DCCA, улучшение промышленного IoT/URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication), улучшение NR V2X., NB-IoT/eMTC (enhanced Machine Type Communication), а также услуги многоадресной и широковещательной передачи NR.
Однако нас интересуют не эти разнообразные улучшения наземного компонента связи, а то, что релиз 5G R17 предоставит космической связи: оптимизированную разработку для наземного компонента с минимальной модификацией для интеграции со спутниковым компонентом. В этом релизе уже заложено использование спутниковой составляющей непосредственно с абонентского терминала стандарта 5G, что означает возможность делать спутниковые звонки с сотового телефона, хоть сейчас это и кажется ненаучной фантастикой.
Эта модификация технологии сотовой связи стандарта 5G может оказать существенное влияние на дальнейшее развитие спутниковой связи.
Уже сейчас идет этап первоначальной разработки нового стандарта 6G – там ожидается полная унификация спутниковых и наземных систем связи. Т.е., речь идет о взаимной оптимизированной разработке наземного и космического компонентов, что изменит существующий облик космической связи.
Варианты интеграции наземной и спутниковой связи
Возможны три варианта интеграции в системе связи общего пользования наземного и спутникового компонентов. В первом случае спутниковая и наземная сети доступа подключаются к абонентскому устройству (смартфону) стандарта 3GPP 5G за счет наличия на мобильном устройстве сразу двух модемов – спутникового и сотового. Кажется фантастикой, но подобные аппараты уже появляются, причем, не только в тестовых лабораториях, но и в серийном производстве, предназначенном для коммерческого использования.
Второй вариант интеграции предполагает, что спутниковый абонентский терминал получает доступ к различным сетям подвижной радиотелефонной связи.
Самый интересный вариант интеграции третий, который предполагает возможность использования стандартного абонентского устройства (обычного сотового телефона или смартфона, которыми мы все сегодня пользуемся) подвижной радиотелефонной связи для обеспечения подключения как к наземной связи, так и к спутниковой группировке.
Первые опыты
Американский стартап Lynk из штата Вирджиния (США) вывел новый спутник связи под названием Shannon на орбиту (доставку аппарата осуществила ракета Falcon 9 компании SpaceX Илона Маска) и успешно протестировал работу своей первой «космической базовой станции сотовой связи».
Как утверждают в Lynk, компанией была проведена серия тестов, в которых обычные мобильные телефоны, без каких-либо аппаратных модификаций, смогли подключиться и наладить двусторонний обмен данными со спутником, как если бы тот был обыкновенной наземной базовой станцией сотовой связи. По данным Lynk, в этом тестировании приняли участие сотни людей в США, Великобритании и на Багамских островах. Подключение осуществлялось в моменты пролета спутника над территориями упомянутых государств.
Здесь была решена важнейшая проблема – обеспечение электромагнитной совместимости сетей наземной подвижной радиотелефонной связи и спутниковой связи. Причем, связь осуществлялась через спутниковую группировку на тех же самых частотах, на которых работает обычная подвижная радиотелефонная связь.
Техасская AST SpaceMobile в 2019 году запустила небольшой тестовый спутник связи BlueWalker 1 для испытания собственной архитектуры Satellite-to-Cellular («спутник – сотовый»), использующей стандарт LTE. Следующий прототип AST, получивший название BlueWalker 3, как ожидается, будет запущен с мыса Канаверал во Флориде (США) в марте 2022 года с помощью ракеты SpaceX. Космический аппарат BlueWalker 3 несет антенны суммарной площадью апертуры 64 квадратных метра и предназначен для обеспечения связи с сотовыми телефонами, работающими на стандартных частотах.
Как видим, те очевидные технологические проблемы, которые возникают на пути создания такого рода «гибридных сетей», достаточно успешно преодолеваются уже сегодня отдельными передовыми компаниями.
Кстати, у Илона Маска с его сетью связи Starlink и достаточно сложными, дорогими и неудобными фиксированными терминалами возникнут очень серьезные проблемы, если такие «гибридные сети» получат распространение.
