По всему миру активизировались исследования в сфере расширения возможностей коммуникации. Новое явление называется гибридные сети связи и предполагает коллаборацию спутниковых и наземных сотовых сетей.
Работа ведется по двум направлениям:
Задача гибридов — обеспечение абонента беспрерывным подключением к сети. По задумке, в моменты, когда абонент выходит из зоны действия наземных сетей оператора, его телефон автоматически переключается на спутниковую сеть.
Первые примеры работы гибридных сетей связи уже есть. Так, один из новых смартфонов бренда Apple имеет функции отправки коротких текстовых и голосовых сообщений через спутниковую связь. Ожидается, что в будущем развитие гибридных сетей позволит абонентам пользоваться всем спектром наземной связи, вплоть до просмотра телевизионных передач и онлайн-трансляций прямых эфиров.
Работа ведется по двум направлениям:
- Утверждение стратегии развития гибридных каналов, разработка наилучших алгоритмов взаимодействия сетей связи на Земле и в космосе, поиск оптимальных комбинаций для их одновременного и поэтапного задействования.
- Отдельное внимание в рамках развития гибридных сетей связи уделяется частотам для их работы.
Задача гибридов — обеспечение абонента беспрерывным подключением к сети. По задумке, в моменты, когда абонент выходит из зоны действия наземных сетей оператора, его телефон автоматически переключается на спутниковую сеть.
Первые примеры работы гибридных сетей связи уже есть. Так, один из новых смартфонов бренда Apple имеет функции отправки коротких текстовых и голосовых сообщений через спутниковую связь. Ожидается, что в будущем развитие гибридных сетей позволит абонентам пользоваться всем спектром наземной связи, вплоть до просмотра телевизионных передач и онлайн-трансляций прямых эфиров.
Мировой тренд на унификацию наземной и спутниковой связи для создания гибридных сетей
Работа с гибридными сетями связи ведется во всех технически продвинутых странах. В сфере развития космических телекоммуникационных систем это мировая тенденция. В будущем такой подход к прогрессу обещает изменить сферу телекоммуникации в целом.
Сегодня эксперты говорят о том, что создание сетей-гибридов находится на начальном этапе интеграции спутниковых и наземных сетей связи. Предполагается, что в результате должны появиться оптимизированные разработки компонентов сетей связи на Земле и в космосе.
Первые успехи уже есть. В пример приведем инновационный опыт крупнейшего субъекта Российской Федерации — Республики Саха (Якутия). В этом регионе мобильные сети стандарта 3G и 4G взаимодействуют со спутниковыми системами. Находящиеся в труднодоступных населённых пунктах абоненты сотовых операторов получают доступ к спутниковому каналу связи. Сигнал идёт на общий узел в населённом пункте, после чего раздаётся по наземным каналам. Для распространения спутникового сигнала используются волоконно-оптические линии, радиоканалы, локальные вычислительные сети (LAN), Wi-Fi.
Что касается мировых разработок, то в обозримом будущем на основе сетей стандарта 5G ожидается реализация таких нововведений, как:
Все перечисленное касается наземного компонента связи. Со стороны космических технологий разработки ведутся в сфере модификации узлов для соединения земных и космических сетей.
Иными словами, абонентские терминалы стандарта 5G развиваются в сторону совершения со смартфонов спутниковых звонков. Для 6G предусмотрено такое же развитие. О первых разработках нового стандарта известно следующее: наземные и космические системы связи будут полностью унифицированы. Это полностью изменит облик сотовой связи за счет взаимной оптимизации двух систем.
Сегодня эксперты говорят о том, что создание сетей-гибридов находится на начальном этапе интеграции спутниковых и наземных сетей связи. Предполагается, что в результате должны появиться оптимизированные разработки компонентов сетей связи на Земле и в космосе.
Первые успехи уже есть. В пример приведем инновационный опыт крупнейшего субъекта Российской Федерации — Республики Саха (Якутия). В этом регионе мобильные сети стандарта 3G и 4G взаимодействуют со спутниковыми системами. Находящиеся в труднодоступных населённых пунктах абоненты сотовых операторов получают доступ к спутниковому каналу связи. Сигнал идёт на общий узел в населённом пункте, после чего раздаётся по наземным каналам. Для распространения спутникового сигнала используются волоконно-оптические линии, радиоканалы, локальные вычислительные сети (LAN), Wi-Fi.
Что касается мировых разработок, то в обозримом будущем на основе сетей стандарта 5G ожидается реализация таких нововведений, как:
- оптимизация алгоритмов гибридных сетей связи;
- улучшение динамического распределения спектра;
- дальнейшее развитие New Radio (NR) по линии широкого вещания и многоадресности;
- добавление возможностей мультирадио (DCCA);
- расширение покрытия и прочее.
Все перечисленное касается наземного компонента связи. Со стороны космических технологий разработки ведутся в сфере модификации узлов для соединения земных и космических сетей.
Иными словами, абонентские терминалы стандарта 5G развиваются в сторону совершения со смартфонов спутниковых звонков. Для 6G предусмотрено такое же развитие. О первых разработках нового стандарта известно следующее: наземные и космические системы связи будут полностью унифицированы. Это полностью изменит облик сотовой связи за счет взаимной оптимизации двух систем.
Способы и подходы к интеграции спутниковых и наземных сетей связи
В современных технических реалиях экспертам видится три направления в объединении наземных и космических сетей связи. Расскажем об этом подробнее:
Цель у всех перечисленных способов одна — обеспечение абонентов сотовых операторов звонками и мобильным интернетом в местах, куда не доходит сигнал наземных станций. Этот эффект должен достигаться путём подключения гаджета к космическим спутникам.
В России спутниково-наземной системой связи первой заинтересовалась компания «МТС». Представители корпорации уже подали заявку на выделение частот. Официальных заявлений «МТС» нет, но в СМИ тиражируется информация, что в заявке этой компании указаны полосы частот для передачи данных с планеты на космические спутники в пределах 1950−1965 МГц, а для приёма сигнала из космоса на Земле — в диапазоне от 2140 до 2155 МГц.
В заявке содержится информация, что разрабатываемая гибридная система будет действовать по технологии 5G. На зарезервированных частотах «МТС» собирается проводить исследования, опыты и эксперименты в рамках научных и конструкторских работ.
Сторонние эксперты считают заявленные «МТС» полосы частот весьма перспективными для развития гибридных сетей связи в будущем. В пример приводится опыт США, где сотовый оператор «T.Mobile» сделал заявку на диапазоны частот от 1910 до 1915 МГц, а также от 1990 до 1995 МГц. Эти полосы предназначены для связи с космическими аппаратами Илона Маска «Starlink».
В перспективе интересные компании «МТС» диапазоны частот наверняка войдут в гибридные системы связи, которые будут развиваться на мировом уровне целой плеядой сотовых и спутниковых компаний. Предполагается, что такая работа будет проводиться в рамках развития сервиса D2D (direct to device).
Конечно, описанные перспективы будут реализованы еще не скоро. Ведь обязательным условием для участия российских компаний в развитии и использовании таких технологий является наличие спутниковой сети на низкой орбите. Пока у нашей страны такого нет.
Если вернуться к сегодняшнему дню, то о заинтересованности в гибридных системах связи, помимо «МТС», официально заявил и оператор «Tele2». Внимание к этой технологии представители корпорации объясняют открывающимися возможностями расширить ареал покрытия и обслуживания абонентов за счёт включения в сеть пока недоступных для наземного сигнала территорий. В «Tele2» также видят перспективы снижения затрат на спутниковую связь и обслуживание наземных станций.
Еще один крупный российский оператор сотовой связи «Мегафон» назвал создание гибридных каналов одним из важных приоритетов в среднесрочной перспективе. Основная заинтересованность, как и у остальных операторов, заключается в выходе на новую аудиторию. Это абоненты, которые пока недоступны для подключения по техническим причинам. Ввод в эксплуатацию сетей-гибридов позволил бы «Мегафону» решить многие проблемы с предоставлением базовых услуг в труднодоступных районах страны.
- Подключенный к спутниковой сети абонентский терминал вступает в связь со всевозможными подвижными радиотелефонными сетями.
- Размещение в смартфонах стандарта 5G одновременно двух модемов для связи с сотовой сетью и спутниковой группировкой.
- Подключение стандартных сотовых телефонов и смартфонов через подвижную радиотелефонную связь к наземным и космическим спутниковым сетям связи.
Цель у всех перечисленных способов одна — обеспечение абонентов сотовых операторов звонками и мобильным интернетом в местах, куда не доходит сигнал наземных станций. Этот эффект должен достигаться путём подключения гаджета к космическим спутникам.
В России спутниково-наземной системой связи первой заинтересовалась компания «МТС». Представители корпорации уже подали заявку на выделение частот. Официальных заявлений «МТС» нет, но в СМИ тиражируется информация, что в заявке этой компании указаны полосы частот для передачи данных с планеты на космические спутники в пределах 1950−1965 МГц, а для приёма сигнала из космоса на Земле — в диапазоне от 2140 до 2155 МГц.
В заявке содержится информация, что разрабатываемая гибридная система будет действовать по технологии 5G. На зарезервированных частотах «МТС» собирается проводить исследования, опыты и эксперименты в рамках научных и конструкторских работ.
Сторонние эксперты считают заявленные «МТС» полосы частот весьма перспективными для развития гибридных сетей связи в будущем. В пример приводится опыт США, где сотовый оператор «T.Mobile» сделал заявку на диапазоны частот от 1910 до 1915 МГц, а также от 1990 до 1995 МГц. Эти полосы предназначены для связи с космическими аппаратами Илона Маска «Starlink».
В перспективе интересные компании «МТС» диапазоны частот наверняка войдут в гибридные системы связи, которые будут развиваться на мировом уровне целой плеядой сотовых и спутниковых компаний. Предполагается, что такая работа будет проводиться в рамках развития сервиса D2D (direct to device).
Конечно, описанные перспективы будут реализованы еще не скоро. Ведь обязательным условием для участия российских компаний в развитии и использовании таких технологий является наличие спутниковой сети на низкой орбите. Пока у нашей страны такого нет.
Если вернуться к сегодняшнему дню, то о заинтересованности в гибридных системах связи, помимо «МТС», официально заявил и оператор «Tele2». Внимание к этой технологии представители корпорации объясняют открывающимися возможностями расширить ареал покрытия и обслуживания абонентов за счёт включения в сеть пока недоступных для наземного сигнала территорий. В «Tele2» также видят перспективы снижения затрат на спутниковую связь и обслуживание наземных станций.
Еще один крупный российский оператор сотовой связи «Мегафон» назвал создание гибридных каналов одним из важных приоритетов в среднесрочной перспективе. Основная заинтересованность, как и у остальных операторов, заключается в выходе на новую аудиторию. Это абоненты, которые пока недоступны для подключения по техническим причинам. Ввод в эксплуатацию сетей-гибридов позволил бы «Мегафону» решить многие проблемы с предоставлением базовых услуг в труднодоступных районах страны.
Актуальность гибридных сетей для России
Для полноценной реализации потенциала гибридных сетей связи на территории Российской Федерации необходимо создание отечественной низкоорбитальной спутниковой группировки. Такие космические аппараты смогут обеспечить высокий уровень сервиса с хорошей скоростью передачи сигналов. Российские спутники на низкой орбите также станут площадкой для разработки стандартов нового вида связи.
Эксперты оценивают стоимость работ более чем в 900 миллиардов рублей. Такая сумма понадобится для создания на низкой орбите космической группировки с численностью до 2000 спутников.
Будущие сети-гибриды планируется использовать повсеместно для голосовой связи, различных способов передачи данных, проведения видеоконференций и т. д. Среди преимуществ гибридных сетей называется не только расширение покрытия сигналом, но и большая устойчивость к сбоям и помехам за счет перекрёстной работы наземных и спутниковых каналов.
Эксперты оценивают стоимость работ более чем в 900 миллиардов рублей. Такая сумма понадобится для создания на низкой орбите космической группировки с численностью до 2000 спутников.
Будущие сети-гибриды планируется использовать повсеместно для голосовой связи, различных способов передачи данных, проведения видеоконференций и т. д. Среди преимуществ гибридных сетей называется не только расширение покрытия сигналом, но и большая устойчивость к сбоям и помехам за счет перекрёстной работы наземных и спутниковых каналов.
Как отразится развертывание гибридных сетей сотово-спутниковой связи на хозяйственной деятельности страны
Интеграция спутниковых и наземных сетей — перспективный и важный в технологическом плане проект. Россия должна участвовать в этих разработках, чтобы не оказаться в списке технически отсталых государств.
Эксперты утверждают, что наша страна имеет все возможности стать одним из флагманов таких разработок. Это объясняется тем, что в России имеется обширный потребительский спрос на услуги связи, работающей даже в труднодоступных районах без сбоев и помех.
Сейчас в РФ реализуется обширная программа «Стратегия развития телекоммуникационной отрасли». Утвержденный на федеральном уровне план мероприятий расписан до 2035 года. Один из пунктов «Стратегии…» касается подключения малонаселённых и удалённых территорий к спутниковому интернету. На указанных территориях проживает множество людей, которые могут стать новыми пользователями сетей связи. В документе указывается, что к 2035 году объём мирового рынка широкополосного доступа в глобальную сеть должен вырасти на 28%. Значительная доля в этом показателе будет у России.
Конкретные цифры экономического эффекта от введения в обиход сетей-гибридов пока подсчитать сложно. Однако уже понятно, что покрытие устойчивой спутниково-сотовой связью удалённых и труднодоступных территорий вызовет экономический бум. Ведь благодаря стабильным каналам передачи данных промышленность и сельское хозяйство получат дополнительные возможности.
Так, в сельском хозяйстве можно будет повсеместно использовать такие возможности цифровизации, как:
Объекты промышленности, работающие на региональном и федеральном уровнях, смогут за счёт постоянного спутникового мониторинга транспорта повысить операционную эффективность, оптимизировать логистику, снизить издержки.
Плюсы для хозяйственной деятельности страны будут и в сфере добычи полезных ископаемых. Это сбор информации в рамках геологоразведки, связь с группами специалистов, работающих вахтовым методом, и многое другое.
Эксперты утверждают, что наша страна имеет все возможности стать одним из флагманов таких разработок. Это объясняется тем, что в России имеется обширный потребительский спрос на услуги связи, работающей даже в труднодоступных районах без сбоев и помех.
Сейчас в РФ реализуется обширная программа «Стратегия развития телекоммуникационной отрасли». Утвержденный на федеральном уровне план мероприятий расписан до 2035 года. Один из пунктов «Стратегии…» касается подключения малонаселённых и удалённых территорий к спутниковому интернету. На указанных территориях проживает множество людей, которые могут стать новыми пользователями сетей связи. В документе указывается, что к 2035 году объём мирового рынка широкополосного доступа в глобальную сеть должен вырасти на 28%. Значительная доля в этом показателе будет у России.
Конкретные цифры экономического эффекта от введения в обиход сетей-гибридов пока подсчитать сложно. Однако уже понятно, что покрытие устойчивой спутниково-сотовой связью удалённых и труднодоступных территорий вызовет экономический бум. Ведь благодаря стабильным каналам передачи данных промышленность и сельское хозяйство получат дополнительные возможности.
Так, в сельском хозяйстве можно будет повсеместно использовать такие возможности цифровизации, как:
- Управление землями с учётом влияния климатических зон на агрокультуры.
- Наблюдение за посевами и своевременное выявление угроз для сельскохозяйственных культур.
- Отслеживание состояния крупного и мелкого рогатого скота в стадах.
Объекты промышленности, работающие на региональном и федеральном уровнях, смогут за счёт постоянного спутникового мониторинга транспорта повысить операционную эффективность, оптимизировать логистику, снизить издержки.
Плюсы для хозяйственной деятельности страны будут и в сфере добычи полезных ископаемых. Это сбор информации в рамках геологоразведки, связь с группами специалистов, работающих вахтовым методом, и многое другое.
Проблемы создания гибридных систем спутниковой и наземной связи
Технология формирования сетей-гибридов — дорогостоящая и трудоёмкая. На сегодняшний день во всем мире существует не более двух десятков компаний, обладающих достаточными ресурсами для реализации таких проектов.
Одна из проблем заключается в несоответствии сетевых размеров антенн геостационарных и негеостационарных спутниковых систем для корректной работы с новыми спутнико-сотовыми сетями. Существующие антенны невозможно миниатюризировать. Это не позволяет сделать их мобильные модификации. Поэтому пока антенны используются как терминалы на разных видах транспорта.
В настоящее время усилия разработчиков сосредоточены на развитии прямой связи смартфонов со спутниками. К 2030 году анонсируется выпуск мобильных устройств стандарта 6G, которые станут дополнением к наземным сетям связи. Такой подход будет использоваться для расширения покрытия сетей.
Гибриды смогут работать как со смартфонами, так и со специализированным абонентским оборудованием. Основы технологии, когда смартфон воспринимает спутник в качестве базовой станции, уже применяются в сетях 5G. В следующем поколении гаджетов этот стандарт будет усовершенствован.
Среди ближайших планов — создание группировок негеостационарных спутниковых систем, обладающих сложными антеннами. Использование в таком плане геостационарных спутниковых систем себя не оправдывает, поскольку они по техническим характеристикам практически не отличаются от современных систем мобильной спутниковой связи.
Одна из проблем заключается в несоответствии сетевых размеров антенн геостационарных и негеостационарных спутниковых систем для корректной работы с новыми спутнико-сотовыми сетями. Существующие антенны невозможно миниатюризировать. Это не позволяет сделать их мобильные модификации. Поэтому пока антенны используются как терминалы на разных видах транспорта.
В настоящее время усилия разработчиков сосредоточены на развитии прямой связи смартфонов со спутниками. К 2030 году анонсируется выпуск мобильных устройств стандарта 6G, которые станут дополнением к наземным сетям связи. Такой подход будет использоваться для расширения покрытия сетей.
Гибриды смогут работать как со смартфонами, так и со специализированным абонентским оборудованием. Основы технологии, когда смартфон воспринимает спутник в качестве базовой станции, уже применяются в сетях 5G. В следующем поколении гаджетов этот стандарт будет усовершенствован.
Среди ближайших планов — создание группировок негеостационарных спутниковых систем, обладающих сложными антеннами. Использование в таком плане геостационарных спутниковых систем себя не оправдывает, поскольку они по техническим характеристикам практически не отличаются от современных систем мобильной спутниковой связи.
Мировой опыт построения гибридных сетей
Первые попытки создания космической базовой станции сотовой связи были осуществлены несколько лет назад в США. Участниками проекта стали стартап «Lynk» и компания «SpaceX» Илона Маска. Результат получился удовлетворительный. Смартфоны стандарта 5G смогли без каких-либо дополнительных приспособлений подключиться к спутнику. В ходе тестов был успешно осуществлён двусторонний обмен данными. При этом смартфон позиционировал спутник, как обычную базовую станцию.
Тесты проводились в США, на Багамских островах и в Великобритании. Смартфоны подключались к космическому аппарату в период пролета спутника над указанными территориями. Отовсюду были получены положительные отзывы.
В научном плане проведённый опыт дал необходимые сведения для решения такой задачи, как налаживание электромагнитной совместимости наземных и космических сетей.
Также в США был запущен тестовый спутник связи с оригинальной архитектурой «Спутник — Сотовый» и стандартом LTE. Известно, что в настоящее время в Америке ведется работа над очередным прототипом спутника связи, в котором учтены все данные, полученные первым аппаратом.
Подобные примеры доказывают, что возникающие при создании сетей-гибридов технологические проблемы вполне решаемы. Есть надежда, что в ближайшее десятилетие российские специалисты по космическим технологиям и сотовой связи продемонстрируют собственные успехи.
Тесты проводились в США, на Багамских островах и в Великобритании. Смартфоны подключались к космическому аппарату в период пролета спутника над указанными территориями. Отовсюду были получены положительные отзывы.
В научном плане проведённый опыт дал необходимые сведения для решения такой задачи, как налаживание электромагнитной совместимости наземных и космических сетей.
Также в США был запущен тестовый спутник связи с оригинальной архитектурой «Спутник — Сотовый» и стандартом LTE. Известно, что в настоящее время в Америке ведется работа над очередным прототипом спутника связи, в котором учтены все данные, полученные первым аппаратом.
Подобные примеры доказывают, что возникающие при создании сетей-гибридов технологические проблемы вполне решаемы. Есть надежда, что в ближайшее десятилетие российские специалисты по космическим технологиям и сотовой связи продемонстрируют собственные успехи.
