الاتصال اللاسلكي: أين يتجه حقًا؟

يمكن اعتبار Satcom ذات مرة بشكل منفصل للتواصل الأرضي ، لكننا نتحرك اليوم بسرعة نحو التكامل الكامل بين الحلول القمر الصناعي والأطراف.
يتوقع المستهلكون والمؤسسات والحكومات بشكل متزايد الوصول في كل مكان غير متوقف إلى البيانات والاتصالات ، بغض النظر عن الموقع أو الموقف.

تم تعيين اتجاهين ناشئين ، وهما تقارب الشبكات الأرضية وغير الإرهابية (NTN) وخدمات الجهاز المباشر (D2D) ، لإعادة تعريف التغطية اللاسلكية العالمية ، التي تربط في عصر يربط فيه الحلول المتكاملة المتكاملة من المستخدمين المتنقلين اليوميين إلى التواصل الهائل.

قد تبدو فكرة وجود تغطية خلوية أثناء المشي لمسافات طويلة في الجبال أو الإبحار في البحر مثل السماء للبعض والجحيم للآخرين ولكن بغض النظر ، هذا هو المكان الذي نتجه فيه بلا شك.

الاستثمارات والشراكات الهامة تقود هذه التطورات إلى الواقع الوشيك. ومن الأمثلة على ذلك استثمارات Apple التي تبلغ قيمتها 1.5 مليار دولار في كوكبة القمر الصناعي المباشر إلى الجهاز في Globalstar.

أعلنت شركة StarLink التابعة لـ T-Mobile و SpaceX عن تجارب تجريبية عامة للوصول إلى الاتصال للهواتف المتوافقة. حقق Vodafone مؤخرًا مكالمة فيديو ناجحة من جبل بعيد في Ceredigion ، غرب ويلز ، باستخدام هاتف ذكي قياسي يتصل بأقمار Bluebird الضخمة من AST Spacemobile ، والذي يقيس ما يزيد قليلاً عن 64 مترًا 2 ، مما يجعله أحد ألمع الأشياء في سماء الليل.

كما أعلنت AST Spacemobile و Vodafone عن مشروع مشترك جديد ، Satco ، والذي يهدف إلى جلب النطاق العريض Mobile D2D القائم على الفضاء مع تغطية جغرافية بنسبة 100 ٪ إلى أوروبا في عام 2026.

مقارنة NTN و D2D

يجدر تفسير الفرق بين NTN و D2D. تكمل NTNS الشبكات الأرضية ، باستخدام منصات غير طرفية مثل الأقمار الصناعية في مدارات مختلفة-مدارات منخفضة ومتوسطة وجغرافية (LEO ، MEO ، GEO)-أنظمة منصات الارتفاع العالية (HAPs) أو منصات محمولة جواً مثل الطائرات والبالونات والهواء.

تمتد هذه التقنيات إلى تغطية إلى المناطق التي تكون فيها البنية التحتية التقليدية غير عملية أو غير متوفرة ، مما يدعم تطبيقات النطاق العريض ، وتطبيقات إنترنت الأشياء ، ودخل الشبكة الأرضية.

يُعرف D2D أيضًا باسم مباشرة إلى الخلايا (D2C). إنها تقنية محددة ضمن عرض NTN الأوسع. يسمح للأجهزة الاستهلاكية العادية ، مثل الهواتف المحمولة ، بالاتصال مباشرة بالأقمار الصناعية دون الحاجة إلى أجهزة إضافية. تتضمن الميزات الرئيسية لـ D2D التوافق مع الهواتف المحمولة غير المعدلة ، والقدرة على توفير الخدمات الأساسية مثل الرسائل النصية والاتصال والبيانات في المناطق التي لا تُفصل بين التغطية الخلوية التقليدية واستخدام نطاقات تردد المتنقل الحالية للتواصل مع الأقمار الصناعية.

بنيات الشبكة

من أجل تحقيق ذلك ، هناك عدد من بنية الشبكة الممكنة التي يمكن استخدامها ، اعتمادًا على مكان وجود محطة 5G (GNB).

أمثلة على الحالات الأساسية هي العمارة الشفافة (أو المنحنى) والهندسة المعمارية التجديدية. (هناك بنية أخرى منقسمة ولكن هذه المقالة لن تركز على تلك.)

تمثل بنية الحمولة الشفافة ، التي يشار إليها غالبًا باسم “أنبوب بنت” ، أبسط من النهجين للاتصالات القائمة على الأقمار الصناعية في NTNs. في هذا التكوين ، تعمل الأقمار الصناعية في المقام الأول كمرحلات إشارة مع الحد الأدنى من إمكانيات المعالجة على متن الطائرة.

يقوم Digitiser بتبسيط نقل الإشارة لدمج أنظمة RF التقليدية في البنية التحتية الرقمية لتكنولوجيا SATCOM (مثال على ذلك: جنس ETL الرقمي)

يقوم القمر الصناعي بإجراء العمليات الأساسية مثل ترشيح RF وتحويل التردد والتضخيم دون تغيير بنية الشكل الموجي الأساسي للإشارات المرسلة.

على عكس النهج الشفاف ، تدمج الهندسة المعمارية المتجددة إمكانيات المعالجة الهامة مباشرة على متن القمر الصناعي. هذا التكوين ينقل بشكل فعال بعض أو جميع وظائف GNB على القمر الصناعي بدلاً من الأرض.

إلى جانب عمليات RF الأساسية التي يتم إجراؤها في أنظمة شفافة ، تشمل الأقمار الصناعية التجديدية معالجة الإشارات المتطورة بما في ذلك إزالة التشكيل/فك التشفير والتبديل والتوجيه والترميز/التعديل. تقوم هذه المعالجة المتقدمة بتحويل القمر الصناعي من التتابع البسيط إلى عقدة شبكة نشطة مع قدرات الذكاء واتخاذ القرارات.

كل بنية تقدم مزاياها وتحدياتها. تستفيد الهندسة المعمارية الشفافة من بساطتها النسبية وانخفاض تكاليف النشر.

هذه البساطة ، ومع ذلك ، تأتي مع عيوب ، بما في ذلك الكمون الأعلى. نظرًا لأن جميع معالجة الإشارات تحدث على الأرض ، يجب أن تعبر عمليات إعادة الإرسال أو التصحيحات المسار الكامل من معدات المستخدم إلى القمر الصناعي إلى المحطة الأرضية والعودة مرة أخرى. يقدم مسار الإشارة الممتد تأخيرات انتشار كبيرة ، وهو أمر يمثل مشكلة في التطبيقات التي تتطلب استجابة في الوقت الفعلي.

قضايا الكمون

تقدم الهندسة المعمارية التجديدية العديد من المزايا المقنعة ، بما في ذلك معالجة قضية الكمون. من خلال دمج وظائف GNB مباشرة على القمر الصناعي ، يمكن معالجة عمليات إعادة الإرسال والتصحيحات دون تأخيرات الانتشار الطويلة المرتبطة بالمعالجة الأرضية.

يمكّن هذا الكمون الأدنى من GNB القائم على الأقمار الصناعية من اتخاذ القرارات الجدولة والتعديل التكيفي ومراقبة الطاقة على أساس ظروف الارتباط في الوقت الفعلي القريب ، مما يؤدي إلى جودة الخدمة الفائقة وتحسين استخدام النطاق الترددي.

على الرغم من مزاياها العديدة ، تواجه الهندسة المعمارية التجديدية تحديات تنفيذ كبيرة. الأبرز هو زيادة التعقيد والتكلفة المرتبطة بوضع معدات المعالجة المتطورة في الفضاء.

الحفاظ على الأرض

في حين أن الكثير من التركيز على معدات الأقمار الصناعية وأدوات المستخدم ، فإن المحطة الأرضية بمثابة رابط بين القمر الصناعي والبنية التحتية للشبكة الأرضية ، مما يجعل هذا الأمر ممكنًا.

تاريخيا ، كان الجزء الأرضي تقريبًا حصريًا ، حيث يتحرك وتبديل البيانات بين الهوائي والمودم كإشارات RF. العامل التمكين الرئيسي لـ NTN هو المحاكاة الافتراضية والتكامل السحابي. وهي تهدف إلى نقل أكبر عدد ممكن من وظائف الأجهزة إلى منصات الحوسبة القياسية قدر الإمكان واستضافةها على السحابة. يوفر هذا المرونة النهائية ويحدد بنية Satcom الأرضية مع بنية شبكة الجوال ، حيث يتم بالفعل افتراضية وظائف الشبكة.

إن العامل الرئيسي للتمكين للظاهرة هو جهاز يسمى Digitiser ، والذي يسد الفجوة بين تقنية RF التقليدية والشريحة الأرضية السحابة المتطورة عن طريق تحويل إشارات RF التماثلية إلى حزم IP التي يمكن نقلها عبر اتصال Ethernet. يشار إلى هذه العملية عادة باسم RF عبر IP. هذا لا يبسط النقل الإشارات فحسب ، بل يسهل أيضًا دمج أنظمة الترددات اللاسلكية التقليدية في البنية التحتية الرقمية الحديثة ، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا SATCOM.

التحديات

على الرغم من أن هذا قد يبدو إيجابيًا ، إلا أنه لا يزال هناك العديد من التحديات التي يجب التغلب عليها للوصول إلى نموذج تشغيل مستدام وصليفي من الناحية الفنية وقابل للاستمرار.

الأول هو إغلاق ميزانية الارتباط بين القمر الصناعي وهاتف محمول مصمم للاتصال بقاع الأرض المحلي. تكون الهواتف المحمولة محدودة في مستويات الطاقة المشعة المسموح بها في RF يمكن أن تنبعث منها بسبب الآثار السلبية المحتملة على جسم الإنسان. هذه قوة الإرسال المحدودة تحد بطبيعتها من سرعات التحميل المحتملة التي يمكن تحقيقها ومن الصعب رؤية حل سهل لتحقيق سرعات النطاق العريض الحقيقية. هذا ، مع ذلك ، أقل أهمية بكثير بالنسبة لمعظم إنترنت الأشياء أو غيرها من حالات استخدام معدلات البيانات المنخفضة.

والتحدي الآخر هو المصاريف الهامة المطلوبة في بناء وتشغيل الأبراج الأقمار الصناعية والبنية التحتية الأرضية القادرة على توفير تغطية دون انقطاع – عادة ما تكون عمر القمر الصناعي Leo من خمس إلى 10 سنوات وتتطلب استبدالًا منتظمًا. قد يثبت مناطق التوصيل غير المتصلة حاليًا عن طريق البنية التحتية الأرضية احتمالًا صعبًا لعائد إيجابي على الاستثمار.

مع استمرار تطور صناعة SATCOM ، فإن تقارب الشبكات الأرضية وغير الإرهابية والدفع نحو 6G ، والرقمنة المعززة ، والواجهات الموحدة والبروتوكولات ليست مجرد تحسينات تدريجية ، فهي لبنات بناء نموذج اتصال جديد بشكل أساسي.

عن المؤلف

بول جوس هو كبير موظفي التكنولوجيا ، ETL Systems