RUTRONIK GmbH
Avtor: Julian Clauß, vodja oddelka za brezžične izdelke v podjetju Rutronik
V mnogih regijah konvencionalna brezžična omrežja dosegajo meje svojega pokritja. Nova ne-zemeljska omrežja (NTN) pa zagotavljajo povezljivost v območjih, ki prej niso imela mobilnega pokritja – s tehnologijo, ki doseže tudi najbolj oddaljene lokacije.
S širitvijo interneta stvari (IoT) se hitro povečuje povpraševanje po brezhibni in zanesljivi povezljivosti. Mobilna omrežja LTE pokrivajo približno 90 % svetovnega prebivalstva, vendar le okoli 15 % površine Zemlje. Z vključitvijo omrežij 2G in 3G se pokritost poveča na 30–35 %. Zato ostaja povezovanje v številnih oddaljenih regijah izziv. Ukinitev 2G bo globalno pokritost še dodatno zmanjšala. Ne-zemeljska omrežja (angl. Non Terrestrial Networks: NTN) naj bi ta izziv rešila s prenosom podatkov neposredno prek satelitskih sistemov, ki obidejo tradicionalne radijske stolpe.
NTN omogoča povezljivost IoT prek satelitov
Ne-zemeljska omrežja (NTN) so radijski komunikacijski sistemi, ki delujejo daleč nad zemeljsko površino. To vključuje satelite v nizki (Low Earth Orbit, LEO), srednji (Medium Earth Orbit, MEO) in geostacionarni (GEO) orbiti, pa tudi visokogorske bazne postaje (HAPS) in drone. Ti elementi skupaj zagotavljajo neprekinjeno pokritost in dosegajo tudi oddaljene regije, ki prej niso imele dostopa do konvencionalnih mobilnih omrežij. Danes se končne naprave lahko povežejo bodisi z zemeljskimi omrežji 3GPP bodisi s sateliti. Uporabniki, ki se zanašajo na satelitsko komunikacijo, zato potrebujejo dodatno strojno opremo poleg svojega pametnega telefona. To se bo z NTN kmalu spremenilo: v prihodnosti se bodo vse mobilne naprave lahko brezhibno povezale tako s kopenskimi kot s satelitskimi omrežji znotraj ekosistema 3GPP. S tehnološkim napredkom sateliti vse bolj prevzemajo vlogo baznih postaj. V prihodnosti končne naprave tako ne bodo več odvisne od včasih omejenega pokritja stacionarnih omrežij 3GPP – brez dodatne strojne opreme. Če zemeljska povezava odpove, NTN zagotavlja nemoten prehod na satelitsko omrežje, kar je še posebej pomembno za kritične aplikacije, na primer v kmetijstvu, gozdarstvu ali naftni in plinski industriji. Zaradi stacionarnih in večjih naprav bo uvedba NTN enostavna. NTN bo še posebej pomemben za sledenje sredstev in logistiko, čeprav se lahko še vedno pojavijo izzivi pri gostovanju. Prvi omrežni operaterji pa že razvijajo rešitve.
Novi ponudniki satelitskih storitev poleg infrastrukture v zemeljski orbiti ponujajo tudi mobilna jedrna omrežja. To omogoča dostop do mobilnih storitev prek satelitov. Za končne naprave to pomeni: končne naprave se lahko samodejno povežejo v satelitsko omrežje z uporabo SIM-kartic, ki podpirajo NTN, in obstoječih pogodb za mobilne telefone (MNO/MVNO) ali dinamično preklapljajo med zemeljskimi in satelitskimi omrežji, ko zemeljska pokritost ni na voljo. NTN je integriran v obstoječa omrežja z uporabo istih APN-jev in struktur jedrnega omrežja. Glavne razlike so večja zakasnitev in manjša pasovna širina.
Dva tipa satelitov za različne zahteve
Za čim večjo učinkovitost komunikacije NTN uporablja dva satelitska sistema. Glede na posamezno uporabo imajo sateliti GEO in LEO različne prednosti in slabosti.
GEO (geostacionarna zemeljska orbita):
Višina: približno 36.000 kilometrov
Stacionarni in trajno dostopni nad isto regijo Zemlje
Visoka zakasnitev, povečana poraba energije, nizka hitrost prenosa podatkov (2–4 kbps)
LEO (nizka zemeljska orbita):
Višina: 600–800 kilometrov
Višja hitrost prenosa podatkov (20–40 kbps), nižja poraba energije
Ker se sateliti hitro premikajo, je nujna arhitektura shranjevanja in posredovanja
Idealno za rutinsko zbiranje podatkov, ki ni nujno v realnem času
Izbira orbite je v končni fazi odvisna od zahtev posamezne aplikacije. GEO omrežja so idealna za komunikacijo v nujnih primerih in alarmnih situacijah z nizkimi hitrostmi prenosa podatkov, medtem ko LEO omrežja zagotavljajo učinkovito in prilagodljivo komunikacijo za splošne podatke IoT z zmernimi zahtevami glede zakasnitve. Rešitve, ki temeljijo na 5G, se večinoma uporabljajo v sistemih LEO.
Uporaba frekvenc in zasnova antene za NTN
NTN ima dva glavna pasova: n255 (NTN 1,6 GHz ali L-pas) in n256 (NTN 2 GHz ali S-pas). Ti pasovi se delno prekrivajo s pasovi zemeljskih mobilnih frekvenc, kar olajšuje izkoriščanje obstoječih oblik anten. Aplikacije L-pasu lahko zahtevajo namensko ločitev antene od GNSS.
Začetni moduli NTN za globalno IoT povezljivost
Modul nRF9151 podjetja Nordic Semiconductor podpira tako zemeljsko kot satelitsko komunikacijo IoT (NTN). Gre za kompaktno rešitev sistema v ohišju (SiP), zasnovano za mobilne aplikacije IoT in DECT NR+. Poleg energetsko učinkovite tehnologije LTE modul vključuje integrirane funkcije obdelave, varnostne mehanizme in GNSS za pozicioniranje. Podpira 3GPP Release 14 LTE-M/NB-IoT ter DECT NR+. Polna funkcionalnost NTN (vključno s podporo GEO/LEO) je na voljo od druge polovice leta 2025 (prek posodobitve firmware) in omogoča globalno povezljivost ne glede na dostop do mobilnega omrežja. Nordic Semiconductor sodeluje s ponudniki, kot so Iridium, Skylo in Myriota, da bi zagotovil rešitve NTN. Do konca leta bo tudi Telit v svojo ponudbo vključil prve NTN module.
Kaj je 3GPP?
3rd Generation Partnership Project (3GPP) je mednarodno sodelovanje organizacij za razvoj telekomunikacijskih standardov. Razvija standarde za mobilno komunikacijo, kot so GSM, UMTS, LTE in 5G. Tehnična specifikacija NTN (Non-Terrestrial Networks) je prav tako del tega standardnega sistema in je razširjena v več izdajah:
Izdaja 17 (2022): Sateliti kot reflektorji, potrebna lastniška jedrna omrežja
Izdaja 18 (2024): uvedba prekinjenega pokritja, optimizacija GEO
Izdelek 19 (2026): Sateliti kot bazne postaje (eNB), izboljšana podpora LEO
Povzetek in napovedi
Zaradi ukinitve omrežij 2G/3G in naraščajočega povpraševanja po globalni povezljivosti NTN postaja ključna tehnologija za IoT. Kombinacija sodobne satelitske tehnologije in energetsko varčnih modulov odpira nove poslovne priložnosti in omogoča dostop do prej nedostopnih regij.
