Интеграция NTN в экосистему 6G: когда мы придем к полностью взаимосвязанному цифровому миру

Новое поколение систем сотовой связи внедряется примерно каждые 10 лет. Каждое следующее поколение помимо повышения скорости передачи данных имеет некоторые отличительные особенности. Переход с первого поколения на второе означал переход с аналоговых стандартов на цифровые, третье поколение позволило выходить в интернет, четвертое уже обеспечило полноценный интернет-доступ и высокоскоростную передачу данных. 5G представил новые парадигмы связи, включая широкополосный доступ, низкую задержку и надежность. Теперь, с появлением 6G, мы движемся к полностью интегрированному цифровому миру, где искусственный интеллект будет играть ключевую роль. В этом мире будут предоставляться разнообразные услуги и сценарии использования в рамках единой сложной инфраструктуры. Подробнее – в материале SATCOMRUS.

6G и стандартизация

Неотъемлемой частью инфраструктуры 6G являются неназемные сети. Тенденция к созданию неназемных сетей (NTN) усилилась в последние несколько лет благодаря развитию новых технологий: исследования в области антенн, материалов и электромагнетизма; бортовая обработка сигналов; формирование многолучевой зоны покрытия.

Как обычно, процесс внедрения новых технологий проходит через стандартизацию, организованную Международным союзом электросвязи. Стандартизация включает исследования, обсуждения и консенсус для создания правил, определяющих, какой должна быть система.

Этот процесс долгий и сложный, но 6G уже активно изучается, и услуги нового поколения, по мнению экспертов, должны появиться на рынке в ближайшие пять лет. Параллельно идет работа над стандартизацией неназемных сетей, что является важной частью этого процесса.

3GPP, одна из ключевых организаций по стандартизации, разработала документы, касающиеся неназемных сетей 5G (NR), включая использование миллиметровых волн и новые архитектурные решения. 17-й релиз 3GPP включает стандарты для широкополосного спутникового доступа, прописывает функции и для интернета вещей. Последующие релизы — 18, 19 и 20 — будут добавлять новые функции, делая инфраструктуру более гибкой и мощной.

NTN закрывает актуальные потребности современных сетей

Рассматривая NTN как инструмент подключения необслуживаемых регионов, нужно понимать, что со временем запрос на пропускную способность только растет, и в некоторых регионах, которые сейчас считаются подключенными, наземные технологии с этим запросом могут не справиться. И это серьезно усиливает влияние NTN в будущем.

В сотовых сетях существует сильная зависимость возможности обслуживать трафик от взаиморасположения этого трафика и инфраструктуры. Чем дальше трафик от базовой станции, тем с меньшей эффективностью она его обслуживает. Этот недостаток ярко проявляется при миграции обслуживаемого населения, самым характерным примером служат различные массовые мероприятия, когда базовые станции либо находятся далеко, либо их пропускная способность не может справиться с массовым запросом. В любом случае, люди остаются без качественной связи. Интеграция NTN делает инфраструктуру гибкой, способной отзываться на быстрые изменения, разрывает географическую привязку трафика к инфраструктуре. Кроме того, инфраструктура NTN намного устойчивее к воздействиям стихийных бедствий, техногенных катастроф, терроризма и боевых действий.

Трехмерные зоны обслуживания

Неназемные сети призваны обеспечить современными цифровыми услугами необслуживаемые удаленные регионы, но на самом деле их роль гораздо шире, чем покрытие сельских районов. NTN обеспечивает связь с подвижными объектами, поэтому область действия неназемных сетей включает транспортные средства и датчики.

Управление ресурсами гибридных сетей — ключевая задача

В последнее время появилось множество платформ для создания неназемных сетей, включая дроны, высотные платформы, геостационарные и низкоорбитальные спутники. Каждая из этих платформ имеет свои преимущества и недостатки, такие как радиус действия, время полета, энергопотребление и стоимость. Например, дроны позволяют очень гибко конфигурировать сеть, но имеют ограниченный радиус действия и время полета. КА на ГСО обеспечивают непрерывное покрытие, но имеют высокую задержку. Для решения проблем с задержкой используются аппараты на средних и низких орбитах.

Объединение различных платформ в единую инфраструктуру позволяет предоставлять пользователям более качественные услуги. Важно учитывать необходимость интеграции с пользовательскими терминалами, что требует разработки компактных и мощных антенн. Также нужно решать вопросы управления мобильностью и обеспечения непрерывного покрытия. Типичная система NTN включает в себя летающую платформу, подключенную к пользовательскому терминалу и шлюзу на земле. Эти шлюзы, в свою очередь, могут быть подключены к Интернету и другим сетям передачи данных.

Спутниковая связь развивается, усложняясь и переходя от простого канала «точка-точка» к многоспутниковым системам с многоуровневыми переходами сигналов. Это создает проблемы с взаимодействием узлов и помехами. Ключевыми особенностями неназемных сетей являются движение спутников, высота орбиты, задержка сигнала, размер ячеек, спектр и помехи от других служб. Нормативные ограничения требуют учета при разработке, чтобы избежать вмешательства в работу существующих служб. Протоколы связи необходимо оптимизировать или адаптировать из-за длительных задержек.

Для создания эффективной сети необходимо решить множество задач, включая планирование, управление и оптимизацию протоколов. Важно учитывать энергоэффективность, особенно для летающих узлов сети, которые не подключены к постоянному источнику энергии. Необходимо оптимизировать расположение функциональных возможностей как с точки зрения коммуникаций, так и вычислений. Экологическая и экономическая устойчивость сети должны быть приоритетами, чтобы она могла существовать и развиваться. Важно также понимать производительность системы и проводить наблюдения для анализа текущих технологий и их возможностей.

Задержка сигнала

Главная и практически неустранимая проблема всех неназемных сетей — задержка сигнала. Сигналу требуется определенное время, чтобы преодолеть расстояние от спутника, находящегося на орбите. И с этим сложно что-то сделать.

Но если эту проблему нельзя устранить, то ее все-таки можно попытаться минимизировать. Например, с помощью интеллектуальных систем прогнозирования. Если у нас есть возможность достоверно предсказать, что происходит на прикладном уровне, то мы сможем компенсировать некоторую задержку. Не ждать, когда информация действительно поступит, но, зная, какая информация придет, использовать ее с подтверждением при поступлении. Обучение такой системы будет повышать достоверность прогноза. Это та область, где активное использование искусственного интеллекта может реально помочь.

Неназемные сети NTN будут интегрированы в экосистему 6G, серьезно расширив ее возможности. Заинтересованные игроки ведут исследования в этом направлении — стандартизация в рамках релизов 3GPP, расчет оптимальных параметров каналов в миллиметровом спектре и пр.