Интегрированные сети «космос-воздух-земля» (SAGIN) призваны обеспечивать бесперебойное сетевое обслуживание пользователей в космическом, воздушном, морском и наземном пространствах, удовлетворяя будущие сетевые потребности в круглосуточной, вседоменной и всекосмической связи, а также во взаимосвязанных сетях.
С точки зрения развития рынка и бизнеса, как обычные пользователи, так и представители промышленности демонстрируют все более высокий спрос на бесшовную интеграцию спутниковой и наземной связи. У обычных пользователей растут потребности в персональной мобильной связи, они ожидают бесперебойного покрытия и повсеместного доступа в любое время и в любом месте. С другой стороны, представители промышленности нуждаются в повсеместной связи, обеспечиваемой спутниковыми и наземными сетями, для экстренной связи, транспорта, морской связи и повсеместного использования на малых высотах.
Архитектуру интегрированной спутниковой и наземной сети можно разделить на два основных режима: режим спутниковой ретрансляции и режим прямого соединения терминала со спутником. Последний включает традиционное прямое соединение терминала на основе частных протоколов, прямое соединение терминала со спутником по протоколу 3GPP NTN, а также соединение неизмененных коммерческих терминалов, что обеспечивает покрытие в различных сценариях и взаимодополняемость сети.
Режим спутниковой ретрансляции
Режим спутниковой ретрансляции включает в себя пользовательские терминалы, устройства, предназначенные для конкретных сценариев, космические сети, наземные сети и доступ пользователей к наземным станциям/Wi-Fi. Пользователи подключаются к спутникам через выделенные пользовательские станции, а спутники выступают в качестве передатчиков связи. Этот режим подходит для сценариев с высокой концентрацией пользователей и свободными маршрутами передвижения, заменяя проводную оптоволоконную магистраль. В настоящее время он широко используется для обеспечения покрытия в особых сценариях и экстренной связи в различных отраслях.
Традиционный режим прямого соединения терминала и спутника
В этом режиме сотовые телефоны оснащены чипами спутниковой связи для подключения к спутникам, в то время как спутники подключаются к базовой сети сотовой связи через шлюзы, обеспечивая межсетевое взаимодействие. Спутники и сотовые сети работают с независимыми архитектурами, системами и частотами.
Традиционный режим работы в основном предполагает взаимодействие со спутниками на орбите, без необходимости получения частотных лицензий. Сотовые базовые станции и основные сети остаются неизменными, а терминалы могут устанавливать взаимосвязь посредством многорежимной модернизации и развертывания шлюзовых устройств. Этот режим имеет преимущество в быстром развертывании и позволяет оперативно решать проблемы «мертвых зон» сотовой связи для экстренной связи и сбора небольших объемов данных в отдаленных районах. Однако из-за существующих ограничений спутников на орбите он может поддерживать только обмен сообщениями, голосовую связь и узкополосные услуги, что затрудняет удовлетворение требований к широкополосным услугам. Отрасль также ограничена закрытыми системами связи, что приводит к мелкомасштабному развертыванию и высоким затратам.
Режим прямого соединения терминала и спутника 3GPP NTN
Режим прямого соединения терминала и спутника 3GPP NTN является важной сетевой моделью для будущей интегрированной спутниковой и наземной связи. Он включает две сетевые архитектуры: спутниковую NTN на основе прозрачной полезной нагрузки и спутниковую NTN на основе регенеративной архитектуры полезной нагрузки.
• Спутниковая сеть NTN на основе архитектуры прозрачной полезной нагрузки : прозрачная полезная нагрузка действует как ретрансляционный узел на стороне сети. Она изменяет частотную несущую восходящего радиочастотного сигнала, фильтрует и усиливает его перед передачей в нисходящем канале, при этом форма сигнала остается неизменной. Шлюзовая станция только передает сигнал, и разные прозрачные спутники могут подключаться к одной и той же наземной базовой станции.
• Спутниковая сеть NTN на основе архитектуры регенеративной полезной нагрузки : В этой архитектуре регенеративная полезная нагрузка для пересылки данных выступает в качестве эффективной полезной нагрузки, которая преобразует и усиливает радиочастотный сигнал восходящего канала перед его передачей в нисходящем канале. Она функционирует аналогично наличию частичных возможностей базовой станции и основной сети на спутнике, включая восходящий канал DU, восходящий канал базовой станции, восходящий канал UPF, упрощенный восходящий канал основной сети и другие режимы. Кроме того, полезная нагрузка спутника может обеспечивать межспутниковые каналы связи, позволяя пользовательскому оборудованию (UE) получать доступ к основной сети через межспутниковые каналы связи, а базовые станции gNB на разных спутниках могут подключаться к одной и той же наземной основной сети.
Немодифицированное прямое соединение терминал-спутник
Архитектура прямого соединения «терминал-спутник» без изменений не заменяет мобильный телефон, а спутник и базовая станция адаптируются к протоколу сотового терминала и радиоинтерфейса, что позволяет подключать к спутниковой сети смартфоны без модификаций. Эта архитектура не может использовать орбитальные группировки и требует использования наземных сотовых частот для решения вопросов лицензирования частот. Она также требует индивидуального проектирования группировки и базовой станции спутника, что сложно и дорого реализовать, но подходит для начального этапа построения сети. Когда уровень проникновения услуг NTN низок, спутниковые услуги могут быть быстро внедрены.
В будущем SAGIN станет важной целью для дальнейшего развития сетей и неизбежной тенденцией для комплексного развития мобильной и спутниковой связи.
