ماهواره‌ها به برج‌های سلولی متحرک تبدیل می‌شوند؛ ارتباط مستقیم با گوشی‌های هوشمند

به گزارش پیوست، موفقیت استارلینک تازه‌ترین مثال از ترکیب ماهواره با ایستگاه‌های سلولی است. چندین شرکت دیگر نیز به دنبال کنترل هزینه ماهواره و پرتاب آن هستند و از فناوری‌هایی مثل پرتوسازی برای پیمودن صدها کیلومتر فاصله بین گوشی موبایل و ماهواره استفاده می‌کنند. یکی از مشکلاتی که شرکت‌های امروز با آن روبرو هستند این است که در این سازوکار جدید، برج‌های مخابراتی خودشان اجزای متحرکی در شبکه هستند: ماهواره‌های مدار پایینی زمین (LEO) در هر ساعت ده‌ها هزار کیلومتر جابجا می‌شوند و درنتیجه زمان کمی برای ارتباط با یک گوشی موبایل روی سطح زمین دارند.

براساس گزارش IEEE Spectrum، شرکت‌هایی که برای برطرف کردن این مشکل تلاش می‌کنند تا به اینجای کار توانسته‌اند پیام‌های متنی خود را از طریق یک ماهواره‌ تجاری به گوشی هوشمند ارسال کنند (هواوی/چاینا تلکام؛ Lynk Global؛ اپل/گلوبال‌استار) و تماس صوتی و خدمات داده را از طریق 5G و یک ماهواره آزمایشی (AST SpaceMobile) فراهم کنند. توجه سرمایه‌گذاران نیز جلب شده است: شرکت Lynk Global طی قراردادی که ارزش آن را به ۸۰۰ میلیون دلار می‌رساند برای عرضه عمومی آماده می‌شود و AT&T، گوگل و وودافون به تازگی روی AST SpaceMobile سرمایه‌گذاری کرده‌اند که ارزش این شرکت را به ۶۷۴.۶ میلیون دلار می‌رساند.

تا همین چندی پیش، ماهواره‌ها توان ارتباط با گوشی‌هایی در فاصله صدها کیلومتری از خود را نداشتند. گوشی‌های ویژه ماهواره‌ای هم که برای موارد خاص استفاده می‌شدند، آنتن‌های بزرگی داشتند و برای ارتباط با ماهواره به هوای صافی نیاز بود و دریافت سیگنال هم مدت زیادی زمان می‌برد. ادغام شبکه‌های سلولی زمینی و ماهواره‌ای هم به سادگی جابجا شدن بین برج‌های سلولی و انتقال سیگنال از یک برج ثابت به برج ثابت دیگری نیست.

در واقع این کار به حدی دشوار است که یک گروه تحقیقاتی برای کمک به عملکرد یک سیستم ردیابی کامیون یک اپلیکیشن آزمایشی را با دکمه خاصی طراحی کرده تا وقتی که سیگنال شبکه سلولی قطع می‌شود، کامیون با یک دکمه کامپیوتری به پایگاه استارلینک متصل شود. مطالعه‌ای از ملیسا لوپز، محقق ارتباطات بی‌سیم در دانشگاه آلبورگ دانمارک، می‌گوید که هدف نهایی یکپارچه‌سازی و ادغام شبکه‌های زمینی و غیرزمینی است.

با اینکه استارلینک بخش زیادی از جزئیات اتصال 4G خود را فاش نکرده است اما منظومه‌های تجاری امروز تا حد زیادی اتصال‌های سلولی به ماهواره را ممکن کرده‌ است و محققان حداقل یک سرنخ امیدوارکننده برای منظومه‌های آینده را منتشر کرده‌اند.

سه کلید اتصال گوشی‌ها به ماهواره

به جای بازطراحی گوشی‌های موبایل برای اتصال به ماهواره‌ها، شرکت‌ها در حال بازطراحی شبکه ماهواره‌ای خود هستند تا همخوانی بیشتری با گوشی‌ها داشته باشند. آنها آنتن‌های بسیار بزرگتری را روی ماهواره‌ها نصب کرده‌اند تا ماهواره به چیزی شبیه به یک برج سلولی تبدیل شود. برای مثال اولین ماهواره‌های شرکت AST SpaceMoblie آنتن‌هایی با سطح ۶۴ متر مربع داشتند و در نسل بعدی سطح آنها به ۱۲۸ مترمربع رسید و قرار است تا ۴۰۰ مترمربع نیز افزایش یابد. همچنین با اینکه آنتن ماهواره جدید v2mini استارلینک هم سطح ۶.۲۱ متر مربعی دارد، اما اسپیس‌اکس ماهواره‌های سلولی جدید و بزرگتری را در دست ساخت دارد که با آغاز به کار موشک استارشیپ به مدار می‌روند.

افزون بر این شرکت‌های ارائه‌دهنده ماهواره‌های خود را بیش از پیش به برج‌های سلولی متحرکی شبیه‌کرده‌اند که در حداقل فاصله از زمین حرکت می‌کنند. در اولین دهه‌های رقابت فضایی، ماهواره‌های ارتباطی در مدار‌های دورکره و در فاصله زیاد از زمین قرار می‌گرفتند تا سطح بیشتری از زمین را برای مدت زمان طولانی تحت پوشش بگیرند. اما مشکل این بود که چنین ماهواره‌هایی به نسبت ماهواره‌های امروزی، از تعداد کمی دستگاه، پشتیبانی می‌کنند.

اختراع ماهواره‌های کوچک‌تر و ارزان‌تر در کنار کاهش هزینه پرتاب در یک دهه گذشته باعث شده تا مدل‌های تجاری جدیدی پیدار شوند و با هزینه کمتر حالا به سراغ مدار پایینی زمین بروند. با اینکه ماهواره‌های جدید عمر کمتری دارند، اما سیگنال ضعیف گوشی‌های موبایل را بهتر شناسایی کرده و ترافیک آنها را بهتر اداره می‌کنند.

آنرس ناپ، مهندس پردازش سیگنال در دانشگاه بوندسوره مونیخ، می‌گوید: «به یاد دارم که ۱۰ سال پیش صحبت‌های زیادی می‌شد و اوپراتورهای موبایل به ماهواره‌ای‌ها می‌گفتند، قیمت شما بیش از حد بالا است. شرایط با فراگیر شدن فناوری، توسعه چابک و نگاه متفاوت به شکست، به کلی تغییر کرد.»

یکی دیگر از پیشرفت‌های مهم نیز پرتوسازی است که یک دستگاه انتقال دهنده از طریق آن بهترین روش هدایت سیگنال به یک گیرنده خاص را محاسبه می‌کند و دیگر اخلالی در وضعیت گیرنده‌های دیگر ایجاد نمی‌شود. این فرایند کارهایی مثل منعکس کردن یک سیگنال از سطح ساختمان یا کوهستان و از برج‌های زمینی را شامل می‌شود و حتی ممکن است که یک ماهواره با سرعت ده‌ها هزار کیلومتر در ساعت، سیگنال پرسرعتی را برای یک مقصد خاص هدف‌گیری کند.

در روش‌های پیشرفته‌تر پرتوسازی ممکن است یک سیگنال مشترک از چندین آنتن پرتاب شده و این سیگنال‌ها یکدیگر را تقویت کنند؛ چیزی شبیه به همگام‌سازی امواج صوتی. درواقع هرکسی که در منزل یک سیستم صوتی با چندین اسپیکر را برای بهترین تجربه روی کاناپه تنظیم کرده باشد پرتوسازی انجام داده و بخشی از این فرایند هم توسط نرم‌افزار پیچیده در پس زمینه انجام می‌شود.

مولفان چند تحقیق در این حوزه می‌گویند بهتر است که در آینده وظیفه پرتوسازی را بین ماهواره‌های بیشتری تقسیم کنیم. یکی از سناریوهایی مطرح شده در مطالعات، استفاده از ۲۴ ماهواره کوچکی است که نزدیک به هم پرواز کرده و ماهواره‌های سلولی امروز را شبیه‌سازی کنند. دیگو توزی، فارق‌التحصیل مطالعات پردازش سیگنال در دانشگاه بوندسوره، که با ناپ در یکی از مطالعه‌ها مشارکت داشته می‌گوید: «در حال حاضر هرکدام از این ماهواره‌ها مستقل هستند و اجزای خودشان را دارند. مساله اصلی الگوریتم همگام‌سازی است که فرکانس، فاز و زمان سیگنال‌ها را برای رسیدن به مقصد هماهنگ کند.»

در حال حاضر استارلینک و رقبایش گام‌های کوچک اما مهمی را در این مسیر برداشته‌اند. توماس دلاموت، یکی دیگر از مولفان مقاله جدیدی درمورد مهندسی پردازش سیگنال از دانسگاه بوندسوره، می‌گوید: «از هیچ بهتر است اما در نگاه بلند‌مدت، به رویکرد‌های تازه‌ای برای جهش 6G نیاز است.»