Технология беспроводного доступа 5G с новыми частотными диапазонами NR (New Radio) (начиная с Релиза 15 3GPP) может гибко использовать радиоспектр, передавать данные с низкими задержками, что требуется для новых приложений, таких как дополненная и виртуальная реальность, автоматизация производственных процессов из облака, а также многие другие полезные функции. Не в последнюю очередь эти функции обеспечиваются новыми технологиями антенн.

Между тем, в последние годы возрождается интерес к спутниковой связи. Широко обсуждается концепция использования низкоорбитальных (LEO low earth orbit) спутниковых групп (constellations), таких как OneWeb[1] и SpaceX[2] для обеспечения публичного широкополосного доступа, в дополнение к существующим спутниковым системам, таким как Iridium.

Ожидается, что интеграция спутниковой связи и 5G сможет обеспечить давно ожидаемую от сетей связи всеобщую коннективность «всего, всегда и везде» (anything, anytime, anywhere connectivity).

Идея не нова, поскольку серия проектов спутниковой связи (Iridium and Globalstar) планировались ещё в 90-е годы, но с ограниченным применением, что отчасти было вызвано быстрым ростом наземных сетей, которые казались более экономически эффективными.

Возрождение интереса к связи из космоса началось примерно с 2014 года, в чём немало поспособствовал прогресс технологий и требований обеспечению всеобщей коннективности. Достижения в микроэлектронике сделали возможным для использования в спутниковой связи таких технологий, как много-направленных (многоточечных) антенн, встроенной цифровой обработки (onboard digital processing) радиосигнала, а также улучшенных схем модуляции и кодирования сигналов[3]. Между тем, длительность разработки и себестоимость оборудования для спутниковых систем продолжали существенно снижаться.

Успех в развитии наземных систем в немалой степени был обусловлен усилиями стандартизирующих организаций, таких как 3GPP. Это позволило обеспечить совместимость между системами различных производителей, хотя их коммерческие интересы были, в общем, противоположными. Стандартизация позволила развитие конкуренции на рынке оборудования наземных мобильных систем и привела к существенному снижению уровня цен.

Однако, достижение совместимости между оборудованием различных производителей спутниковых систем пока нельзя отнести к достигнутым целям. Устройства для спутниковой связи выпускаются небольшими тиражами, они дороги, и это приводит к значительной фрагментации рынка услуг спутниковой связи.

Развитие стандартов 5G предоставляет уникальную возможность пересмотра концепции спутниковой связи. 3GPP провел несколько исследований по развитию решений 5G для спутниковой связи и продолжает работу в этом направлении. Академические круги также проявляют большой интерес к этой области. Подобные же усилия по использованию для спутников можно наблюдать и в области систем 4-го поколения сотовой связи 4G (LTE)[4].

Роль спутниковой связи

До последнего времени спутниковые системы играли лишь дополнительную роль в экосистеме сетей связи и предназначались, в основном, для резервирования каналов связи наземных систем. Однако, наземные системы неспособны (чаще всего, по экономическим причинам) охватить абсолютно все территории Земли, даже те, где живут люди, не говоря уже о местах, которые посещаются людьми т.н. «вахтовым методом».

На рисунке показано покрытие земной поверхности наиболее распространёнными и по сей день сетями 2G и 3G. Сети 4G и 5G создаются, как правило, на тех же территориях, где уже работают сети 2G.

Покрытие земной поверхности сетями 2G и 3G (источник: GSMA 2013).

За семь лет с момента публикации этого отчёта GSMA ситуация кардинально не поменялась и в мире до сих пор есть много мест, где нет никакой связи, кроме спутниковой, а есть и такие, где нет даже её.

Спутники связи могут обеспечит большие площади покрытия, что делает спутниковую связь привлекательной для таких применений, как удалённые нефтепромыслы, геофизическая разведка, морские нефтяные платформы, морские суда, связь и ШПД в воздушных судах и пр. Кроме того, такие применения как межмашинные коммуникации М2М и телеметрия, также хорошо вписываются в сценарии использования спутниковой связи. Кроме того, спутниковая связь остаётся незаменимым средством при природных катастрофах, когда наземные сети связи выходят из строя.

Спутниковая связь – хорошее средство для повышения качества услуг в условиях ненадёжности наземной связи. Интеграция спутниковых каналов с наземными способна повысить непрерывность связи через наземные сети, особенно при перемещении абонента между зонами «островного» покрытия наземных сетей мобильной связи.

[1] http://licensing.fcc.gov/cgi-bin/ws.exe/prod/ib/forms/reports/swr031b.hts?q_set=V_SITE_ANTENNA_FREQ.file_numberC/File+Number/%3D/SATMOD2018031900022&prepare=&column=V_SITE_ANTENNA_FREQ.file_numberC/File+Number.

[2] http://licensing.fcc.gov/cgi-bin/ws.exe/prod/ib/forms/reports/swr031b.hts?q_set=V_SITE_ANTENNA_FREQ.file_numberC/File+Number/%3D/SATLOA2017030100027&prepare=&column=V_SITE_ANTENNA_FREQ.file_numberC/File+Number.

[3]https://www.researchgate.net/publication/331795087_A_technical_comparison_of_three_low_earth_orbit_satellite_constellation_systems_to_provide_global_broadband

[4] https://www.researchgate.net/publication/46260822_LTE_Adaptation_for_Mobile_Broadband_Satellite_Networks