[फ्रंटियर] 5जी और उपग्रह मोबाइल संचार प्रणालियों का एकीकरण विश्लेषण

परिचय

मोबाइल इंटरनेट के तीव्र विकास और स्मार्ट टर्मिनल उपकरणों के प्रचार-प्रसार के साथ, लोगों ने मोबाइल संचार की गति के लिए उच्चतर अपेक्षाएँ रखी हैं। पाँचवीं पीढ़ी की मोबाइल संचार प्रणाली (5G) का लक्ष्य 10Gbps से 20Gbps की अधिकतम गति और 100Mbps से 1Gbps की उपयोगकर्ता अनुभव गति प्रदान करना है, ताकि व्यावसायिक ज़रूरतों को पूरा किया जा सके। अपनी विशाल वायरलेस संचार सेवा क्षमता, अनेक सेवाओं और उच्च गति के कारण, 5G का उपयोग घनी आबादी वाले क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जा सकता है। हालाँकि, विरल आबादी वाले क्षेत्रों या उन क्षेत्रों में जहाँ स्थलीय नेटवर्क बिछाना कठिन है, इसके लाभों का पूरा उपयोग करना मुश्किल है। स्थलीय मोबाइल संचार नेटवर्क की तुलना में, उपग्रह संचार प्रणालियों में व्यापक कवरेज, विशाल संचार क्षमता, कम भूभाग प्रभाव, उच्च लचीलापन और विभिन्न सेवाओं के अनुकूलन जैसी अतुलनीय विशेषताएँ हैं। इसलिए, उपग्रहों का उपयोग विरल आबादी वाले क्षेत्रों या उन क्षेत्रों को कवर करने के लिए किया जा सकता है जहां स्थलीय नेटवर्क बिछाना मुश्किल है, जो स्थलीय नेटवर्क के अच्छे पूरक के रूप में कार्य करते हैं, जिससे वास्तविक वैश्विक कवरेज प्राप्त होता है और वैश्विक उपयोगकर्ताओं को अविभेदित संचार सेवाएं प्रदान की जाती हैं।

दरअसल, उपग्रह संचार का उपयोग स्थलीय सेलुलर वायरलेस संचार के निर्माण से पहले ही शुरू हो गया था। विश्व का पहला वाणिज्यिक संचार उपग्रह तंत्र 'अर्ली बर्ड' था, जिसे अंतर्राष्ट्रीय उपग्रह संचार संगठन (इंटरसैट) द्वारा 1965 में लॉन्च और संचालित किया गया था।उपग्रह प्रणालियों की शुरुआत हुई, जबकि दुनिया में सेलुलर वायरलेस संचार प्रणालियों की पहली पीढ़ी का निर्माण 1980 के दशक में शुरू हुआ।हाल के दशकों में, अंतरराष्ट्रीय स्तर पर परिचालन में लाई गई उपग्रह संचार प्रणालियों में न केवल भूस्थिर कक्षा में स्थित इनमारसैट, थुराया, वियासैट आदि शामिल हैं, बल्कि निम्न पृथ्वी कक्षा में स्थित इरिडियम, ग्लोबलस्टार, ऑर्बकॉम आदि भी शामिल हैं।विशेष रूप से 2015 के बाद से, वनवेब और स्टारलिंक जैसे निम्न-कक्षा वाले इंटरनेट संचार तारामंडलों के निर्माण में अंतरराष्ट्रीय स्तर पर तेजी आई है, जिन्होंने अंतरराष्ट्रीय हॉटस्पॉट में काफी ध्यान आकर्षित किया है।उपग्रह संचार प्रणालियों और स्थलीय वायरलेस संचार प्रणालियों का एकीकरण और निर्माण एक बार फिर एक विकास दिशा बन गया है जिसे अंतरराष्ट्रीय स्तर पर गहराई से प्रदर्शित किया गया है।

01सैटेलाइट और 5G एकीकरण की अनुसंधान स्थिति

21वीं सदी की शुरुआत में, ऑपरेटरों ने सैटेलाइट-ग्राउंड हाइब्रिड संचार नेटवर्क बनाने की अनुमति प्राप्त करके सैटेलाइट संचार को मुख्यधारा के बाज़ार में शामिल किया। सैटेलाइट संचार नेटवर्क का विस्तार करने के लिए, ऑपरेटरों ने ग्राउंड सहायक घटक (ATC) या ग्राउंड पूरक घटक (CGC) जोड़े। ATC से तात्पर्य सैटेलाइट मोबाइल संचार के लिए उपयोग किए जाने वाले ग्राउंड सहायक बेस स्टेशन से है। सैटेलाइट और बड़ी संख्या में ATC बेस स्टेशनों को मिलाकर बड़े क्षेत्रों में निर्बाध कवरेज प्राप्त किया जाता है, जिससे सैटेलाइट संबंधी समस्याओं का समाधान हो सकता है।ऊंची इमारतों वाले शहरों और घरों के अंदर सिग्नल कवरेज की समस्या तो है ही, लेकिन इसमें कुछ अन्य समस्याएं भी शामिल हैं।जटिल मुद्दे, जैसे: उपग्रहों और एटीसी बेस स्टेशनों की आवृत्ति का पुन: उपयोग, अंतरिक्ष और जमीनी प्रणालियों का स्विचिंग और समन्वित नियंत्रण।

जैसे-जैसे 5G तकनीक परिपक्व होती जा रही है, 5G और उपग्रहों के एकीकरण ने देश-विदेश में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। अंतर्राष्ट्रीय दूरसंचार संघ (ITU) और थर्ड जेनरेशन पार्टनरशिप प्रोजेक्ट (3GPP) जैसे मानकीकरण संगठनों ने उपग्रहों के साथ एकीकृत 5G प्रणालियों से संबंधित तकनीकी प्रदर्शन कार्यों को करने में काफी ऊर्जा लगाई है।

1) अंतर्राष्ट्रीय दूरसंचार संघ (ITU) ने 2016 में प्रस्ताव दिया था कि "अगली पीढ़ी के मोबाइल संचार नेटवर्क को उपयोगकर्ताओं की किसी भी समय और कहीं भी सेवाओं तक पहुंच की जरूरतों को पूरा करना चाहिए", और उपग्रह पहुंच प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में ITU-RM को कार्यान्वित किया। [NGAT_SAT] मानक पर शोध में उपग्रह-ग्राउंड एकीकरण के लिए चार विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य प्रस्तावित किए गए हैं, जिनमें रिले ब्रॉडबैंड ट्रांसमिशन सेवाएं, डेटा बैकहॉल और वितरण सेवाएं, ब्रॉडबैंड मोबाइल संचार सेवाएं और हाइब्रिड मल्टीमीडिया सेवाएं शामिल हैं, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, और उपरोक्त अनुप्रयोगों का समर्थन करने वाली प्रमुख विशेषताओं को स्पष्ट किया गया है। इसके अतिरिक्त, ITU उपग्रहों और 5G की आवृत्ति उपयोग पर भी सक्रिय रूप से काम कर रहा है, और उपग्रहों और 5G पर स्पेक्ट्रम साझाकरण और विद्युत चुम्बकीय संगतता विश्लेषण की एक श्रृंखला को कार्यान्वित किया है।

चित्र 1 में आईटीयू द्वारा दिए गए उपग्रह-भूमि एकीकरण प्रणाली के 4 अनुप्रयोग परिदृश्य दर्शाए गए हैं।

2) थर्ड जेनरेशन पार्टनरशिप प्रोजेक्ट (3GPP) ने 2017 में रिलीज़ 14 मानक के बाद से स्थलीय मोबाइल संचार प्रणालियों के लिए उपग्रह संचार के लाभों को प्रदर्शित करना शुरू कर दिया है। 2017 के अंत में जारी तकनीकी रिपोर्ट TR22.822 में, 3GPP कार्य समूह SA1 ने 5G में उपग्रह पहुंच का उपयोग करने के तीन प्रमुख तरीकों को परिभाषित किया: निरंतर सेवा, सर्वव्यापी सेवा और विस्तारित सेवा।नए और मौजूदा सेवाओं के लिए उपयोग के मामलों पर चर्चा करें और आवश्यकताओं पर विचार-विमर्श करें। वर्तमान में, 3GPP मुख्य रूप से "गैर-स्थलीय नेटवर्क (NTN)" नामक एक शोध परियोजना पर निर्भर है, जिसका उपयोग 5G में उपग्रह संचार के परिनियोजन परिदृश्यों और हवाई इंटरफ़ेस डिज़ाइन पर शोध करने के लिए किया जाता है।

3) जून 2017 में, यूरोप ने SaT5G (सैटेलाइट एंड टेरेस्ट्रियल नेटवर्क फॉर 5G) गठबंधन की स्थापना की, जिसके सदस्यों में BT, SES, Avanti, सरे विश्वविद्यालय और अन्य यूरोपीय कंपनियां और अनुसंधान संस्थान शामिल हैं। इसका उद्देश्य 5G के लिए एक किफायती, प्लग-एंड-प्ले सैटेलाइट समाधान प्रदान करना और सैटेलाइट उद्योग श्रृंखला के लिए निरंतर विकास के बाजार अवसर प्रदान करना है। 2018 का यूरोपीय नेटवर्क और संचार सम्मेलन स्लोवेनिया के लजुब्लजाना में आयोजित किया गया था। सम्मेलन में, VT iDi-rect और SES सहित पांच SaT5G सदस्यों ने सैटेलाइट और 3GPP नेटवर्क आर्किटेक्चर के एकीकरण का प्रदर्शन किया।

चित्र 2 सैटेलाइट 5जी द्वारा दिए गए 5जी अनुप्रयोग परिदृश्यों को दर्शाता है।

4) 5G प्रणाली द्वारा प्रस्तावित 1000 गुना क्षमता वृद्धि लक्ष्य को पूरा करने के लिए, यूरोपीय संघ के H2020 अनुदान से शुरू किए गए SANSA (स्मार्ट एंटेना द्वारा सक्षम साझा पहुंच स्थलीय-उपग्रह बैकहॉल नेटवर्क) कार्यक्रम का उद्देश्य भविष्य की उच्च क्षमता वाली वायरलेस संचार प्रणालियों के लिए एक बेहतर बैकहॉल लिंक समाधान प्रदान करना है। SANSA परियोजना ने कम ओवरहेड वाली स्मार्ट एंटेना बीमफॉर्मिंग तकनीक, उपग्रह-ग्राउंड एकीकृत वायरलेस नेटवर्क के लिए गतिशील बुद्धिमान वायरलेस संसाधन प्रबंधन तकनीक, डेटाबेस-सहायता प्राप्त गतिशील स्पेक्ट्रम साझाकरण तकनीक आदि का प्रस्ताव दिया और गहन शोध कार्य किया।

02  सैटेलाइट 5G एकीकरण के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियाँ

प्रसार दूरी, कवरेज और विद्युत क्षमता के संदर्भ में उपग्रह संचार और स्थलीय वायरलेस संचार में अंतर होने के कारण, इन दोनों के गहन एकीकरण में कुछ अपरिहार्य चुनौतियाँ सामने आती हैं। उपग्रह 5G एकीकरण के लिए प्रमुख प्रौद्योगिकियों का विश्लेषण नीचे पाँच पहलुओं से किया गया है: सिस्टम आर्किटेक्चर, बीम कवरेज, एयर इंटरफ़ेस वेवफॉर्म, स्पेक्ट्रम शेयरिंग और नेटवर्क नियंत्रण।

2.1 सिस्टम आर्किटेक्चर

5G सैटेलाइट एकीकरण आर्किटेक्चर में, उच्च और निम्न कक्षा वाले सैटेलाइटों के मिश्रित समूह पर विचार किया गया है। साथ ही, संचार आवृत्ति बैंड के डिज़ाइन में मध्यम-निम्न गति और ब्रॉडबैंड ट्रांसमिशन सेवा आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, निम्न-आवृत्ति बैंड (जैसे L और S बैंड) और उच्च-आवृत्ति बैंड (जैसे Ku और Ka बैंड) भी शामिल किए गए हैं। सैटेलाइट कवरेज क्षेत्र सब-सैटेलाइट बिंदु के हिलने के साथ बदलता रहता है, और अंतिम उपयोगकर्ता विभिन्न सेल के बीच स्विच करता रहता है।

निम्न-कक्षा उपग्रह समूह के अंतर-उपग्रहीय संपर्क लेजर या माइक्रोवेव लिंक से बने होते हैं, और कई उपग्रह आपस में जुड़कर एक अंतरिक्ष संचार नेटवर्क बनाते हैं, जिसमें उपग्रह स्विचिंग नोड के रूप में कार्य करते हैं। ये समूह आमतौर पर ध्रुवीय कक्षा समूहों का उपयोग करके डिज़ाइन किए जाते हैं। इसका कारण यह है कि आसन्न कक्षीय तलों में उपग्रहों की सापेक्ष स्थिति अपेक्षाकृत स्थिर होती है (ध्रुवीय क्षेत्रों या विपरीत सीमों को छोड़कर), जो अंतर-उपग्रहीय संपर्क बनाए रखने और उच्च अक्षांश क्षेत्रों को कवर करने में सहायक होती है। इसके अतिरिक्त, गेटवे स्टेशन पर उपग्रह फीडर लिंक सेवा लागू की जाती है, जो उपग्रह नेटवर्क और जमीनी PSTN, PLMN तथा इंटरनेट के बीच अंतर्संबंध और अंतर-संचालनीयता को सुनिश्चित करती है। ये सभी कार्य Ka या Q/V आवृत्ति बैंड में किए जाते हैं।

वर्तमान में, सैटेलाइट-ग्राउंड इंटीग्रेशन नेटवर्क के लिए तीन मुख्य आर्किटेक्चर मौजूद हैं। पहला है सैटेलाइट-ग्राउंड कॉम्प्लिमेंट्री नेटवर्क। इस आर्किटेक्चर के तहत, 5G सिस्टम और सैटेलाइट सिस्टम एक नेटवर्क मैनेजमेंट सेंटर साझा करते हैं, लेकिन उनके संबंधित एक्सेस नेटवर्क और कोर नेटवर्क स्वतंत्र रहते हैं। एक्सेस नेटवर्क और कुछ कोर नेटवर्क फ़ंक्शन सैटेलाइट गेटवे स्टेशनों द्वारा प्रदान किए जाते हैं, और टर्मिनल सेलुलर और सैटेलाइट एक्सेस मोड, या दोनों को सपोर्ट करते हैं। दूसरा प्रकार है सैटेलाइट-ग्राउंड हाइब्रिड नेटवर्क। इस आर्किटेक्चर के तहत, ग्राउंड सिस्टम और सैटेलाइट सिस्टम नेटवर्क मैनेजमेंट सेंटर साझा करते हैं, और उनके संबंधित कोर नेटवर्क और फ़्रीक्वेंसी बैंड की स्वतंत्रता बनाए रखने के लिए एयर इंटरफ़ेस भागों को भी यथासंभव एकीकृत किया जाता है। टर्मिनल स्थलीय और सैटेलाइट एक्सेस मोड दोनों को सपोर्ट कर सकता है। तीसरा प्रकार है सैटेलाइट-ग्राउंड इंटीग्रेटेड नेटवर्क। इसकी मुख्य विशेषताएं हैं: पूरे सिस्टम के एक्सेस प्वाइंट (AP), फ़्रीक्वेंसी, एक्सेस नेटवर्क और कोर नेटवर्क को पूरी तरह से एकीकृत रूप से योजनाबद्ध और डिज़ाइन किया गया है। यह ध्यान देने योग्य है कि सैटेलाइट-ग्राउंड इंटीग्रेटेड नेटवर्क, सैटेलाइट-ग्राउंड इंटीग्रेटेड कम्युनिकेशन सिस्टम का उच्चतम चरण है और इसे तकनीकी रूप से कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है।

2.2 बीम कवरेज

सैटेलाइट-ग्राउंड इंटीग्रेटेड मोबाइल कम्युनिकेशन सिस्टम में, स्पॉट बीम और वायरलेस संसाधनों को समायोजित करके, हॉटस्पॉट क्षेत्रों के लिए पूर्व निर्धारित क्षमता से अधिक वॉइस और डेटा सेवाएं प्रदान की जा सकती हैं। यह लचीला कार्य डिजिटल बीमफॉर्मिंग (DBF) तकनीक के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। वर्तमान में, सैटेलाइट संचार के लिए डिजिटल बीमफॉर्मिंग तकनीक में मुख्य रूप से तीन रूप शामिल हैं: ग्राउंड DBF, स्पेसबोर्न DBF और हाइब्रिड DBF। इनमें से, हाइब्रिड डिजिटल बीमफॉर्मिंग प्रदर्शन और जटिलता के बीच एक अच्छा संतुलन प्रदान करती है और इस पर व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है। हाइब्रिड DBF का उपयोग करते समय, ग्राउंड नेटवर्क कंट्रोल सेंटर बीम समायोजन आवश्यकताओं और संबंधित रणनीतियों के आधार पर अनुकूलित बीमफॉर्मिंग मैट्रिक्स की गणना करता है, और फिर फीड लिंक के माध्यम से बीमफॉर्मिंग मैट्रिक्स के मापदंडों को सैटेलाइट को भेजता है, और सैटेलाइट पर मल्टी-बीम एंटीना का पुनर्निर्माण करके ग्राउंड पर बीम कवरेज को गतिशील रूप से समायोजित करता है।

सैटेलाइट या टर्मिनल की गति के कारण दो मुख्य प्रकार के हैंडओवर होते हैं: पहला, सैटेलाइट सिस्टम के भीतर हैंडओवर। कम ऑर्बिट वाले सैटेलाइट्स की ज़मीन के सापेक्ष स्थिति तेज़ी से बदलती रहती है, जिससे टर्मिनल लगातार केवल दस मिनट के लिए ही एक ही सैटेलाइट के कवरेज में रहता है। इसलिए, हैंडओवर प्रक्रिया के दौरान डेटा हानि से बचने के लिए, इंटर-सैटेलाइट या इंटर-बीम हैंडओवर की पहले से तैयारी करके उसे तुरंत पूरा करना आवश्यक है। दूसरा, टर्मिनल का टेरेस्ट्रियल 5G नेटवर्क और सैटेलाइट नेटवर्क के बीच स्विच करना है। इस स्विच के लिए ऑन-बोर्ड प्रोसेसिंग और बेंड-पाइप ट्रांसपेरेंट फॉरवर्डिंग आर्किटेक्चर, टाइम सिंक्रोनाइज़ेशन, माप और सूचना समन्वय जैसे कारकों पर विचार करना आवश्यक है। जब सेलुलर नेटवर्क सिग्नल बहुत कमज़ोर होता है, तो टर्मिनल सेलुलर नेटवर्क से सैटेलाइट नेटवर्क पर स्विच हो जाता है, अन्यथा वह टेरेस्ट्रियल नेटवर्क का उपयोग करता रहता है।

2.3 वायु इंटरफ़ेस तरंगरूप

ऑर्थोगोनल फ़्रीक्वेंसी डिवीज़न मल्टीप्लेक्सिंग (OFDM) अभी भी 5G सिस्टम का मूल ट्रांसमिशन सिस्टम है, लेकिन इंटर-कैरियर इंटरफेरेंस (ICI) सिस्टम के प्रदर्शन में गंभीर गिरावट का कारण बन सकता है। इसका कारण यह है कि OFDM तकनीक स्वयं फ़्रीक्वेंसी ऑफ़सेट के प्रति बहुत संवेदनशील है, और फ़्रीक्वेंसी ऑफ़सेट के कारण सब-कैरियरों के बीच क्रॉसस्टॉक संचार प्रदर्शन को कम कर देता है। सिस्टम के प्रदर्शन पर अवशिष्ट फ़्रीक्वेंसी ऑफ़सेट के प्रभाव को प्रभावी ढंग से कम करने के लिए, परिवर्तनीय सबकैरियर बैंडविड्थ वाली डिज़ाइन योजना को अपनाया जा सकता है। संकीर्ण फ़्रीक्वेंसी बैंड वाले L-बैंड के लिए, चूंकि यह जिस वॉइस सेवा का समर्थन करता है उसकी कोड दर 2.4Kbps जितनी कम है, इसलिए 15KHz या उससे कम चौड़ाई वाले सबकैरियर डिज़ाइन का उपयोग किया जाना चाहिए। Ka फ़्रीक्वेंसी बैंड में, उपयोग की जा सकने वाली सबकैरियर चौड़ाई अधिक होती है। इसका कारण यह है कि उपयोगकर्ता अक्सर ब्रॉडबैंड के माध्यम से इंटरनेट का उपयोग करते हैं और न्यूनतम ऊंचाई कोण अधिक होता है, जिससे डॉप्लर प्रभाव के प्रभाव को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है।

इसके अतिरिक्त, 5G द्वारा समर्थित नॉन-ऑर्थोगोनल मल्टीपल एक्सेस (NOMA) तकनीक में प्रत्येक उपयोगकर्ता को विशेष संसाधनों का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं होती है। उपयोगकर्ता नॉन-ऑर्थोगोनल संसाधनों पर एक साथ जानकारी भेज और प्राप्त कर सकते हैं। मल्टी-यूज़र जॉइंट डिटेक्शन के आधार पर, सिग्नल प्रोसेसिंग के माध्यम से उपयोगकर्ताओं के बीच पारस्परिक हस्तक्षेप से बचा जा सकता है। पारंपरिक ऑर्थोगोनल एक्सेस विधियों की तुलना में, NOMA तकनीक के अनुप्रयोग से स्पेक्ट्रम दक्षता तीन गुना से अधिक बढ़ सकती है। वर्तमान में, स्थलीय 5G प्रणालियों के लिए NOMA चिप्स विकसित, प्रचारित और उपयोग में लाई जा रही हैं। NOMA तकनीक स्पेक्ट्रम दक्षता के बदले जटिलता का उपयोग करती है, जिसका अर्थ यह भी है कि लंबी विलंबता वाले भूस्थिर कक्षा (GEO) उपग्रह संचार परिदृश्यों में इसका अनुप्रयोग कठिन होगा क्योंकि उपयोगकर्ता एक्सेस मापदंडों को गतिशील रूप से नियंत्रित करने के लिए बड़ी मात्रा में सिग्नलिंग इंटरैक्शन का उपयोग किया जाता है। उपग्रह संचार में NOMA तकनीक पर आगे तकनीकी अनुसंधान कार्य किया जाना चाहिए।

2.4 स्पेक्ट्रम साझाकरण

चाहे उपग्रह संचार हो या स्थलीय मोबाइल संचार प्रणाली, उपलब्ध स्पेक्ट्रम की कमी एक गंभीर समस्या बन गई है जिसका समाधान करना आवश्यक है। विशेष रूप से, उपग्रह संचार और स्थलीय संचार के बीच स्पेक्ट्रम संसाधनों को लेकर कड़ी प्रतिस्पर्धा चल रही है। उदाहरण के लिए, सी-बैंड और का-बैंड, जिनका उपयोग उपग्रह संचार प्रणालियों द्वारा कई वर्षों से किया जा रहा है, को आईटीयू द्वारा स्थलीय 5जी प्रणालियों के लिए अधिकृत कर दिया गया है। इन दोनों के बीच स्पेक्ट्रम प्रतिस्पर्धा की स्थिति में विशेष रूप से निम्नलिखित शामिल हैं:

1) Ka-बैंड: उपयोगकर्ता की गति और सिस्टम क्षमता में तेजी से हो रही वृद्धि को पूरा करने के लिए, 5G और उपग्रह संचार दोनों Ka-बैंड या मिलीमीटर-वेव आवृत्ति बैंड का उपयोग करने की उम्मीद कर रहे हैं। उदाहरण के लिए: 2019 विश्व रेडियोसंचार सम्मेलन (WRC-19) ने 24.25 GHz-27.5 GHz, 37 GHz-43.5 GHz, 66 GHz-71 GHz, कुल 14.75 GHz बैंडविड्थ स्पेक्ट्रम को 5G और भविष्य के अंतरराष्ट्रीय मोबाइल संचार प्रणालियों के लिए वैश्विक स्तर पर नामित किया; अमेरिकी FCC ने 27.5 GHz-28.35 GHz, 37 GHz-38.6 GHz आवृत्ति बैंड को स्थलीय 5G के उपयोग के लिए लाइसेंस दिया है, और ये आवृत्ति बैंड उपग्रह संचार प्रणालियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले आवृत्ति बैंड के साथ कुछ हद तक ओवरलैप करते हैं।

2) 3GHz-6GHz सी-बैंड: चीन, यूरोपीय संघ, जापान और दक्षिण कोरिया सहित कई देशों ने 5G प्रणालियों के लिए सी-बैंड को एक संभावित आवृत्ति बैंड के रूप में उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है। हालांकि, एशिया में, चीन, वियतनाम और मलेशिया जैसे देशों ने इस आवृत्ति बैंड में बड़ी संख्या में उपग्रह संचार प्रणालियां स्थापित की हैं। स्थलीय 5G प्रणालियों के लिए सी-बैंड के उपयोग में समन्वय स्थापित करना कठिन है।

सैटेलाइट-ग्राउंड सहयोगात्मक योजना के माध्यम से कॉन्फ़िगरेशन को अनुकूलित करने से आवृत्ति संसाधनों का कुशल उपयोग बेहतर हो सकता है। एक संयुक्त सैटेलाइट-ग्राउंड स्पेक्ट्रम सेंसिंग सिस्टम बनाकर, सैटेलाइट-ग्राउंड संचार प्रणालियों के बीच स्पेक्ट्रम साझाकरण प्राप्त किया जा सकता है और स्पेक्ट्रम उपयोग दक्षता में सुधार किया जा सकता है। स्थलीय वायरलेस संचार नेटवर्क की तुलना में, संज्ञानात्मक उपयोगकर्ताओं के लिए नेटवर्क वातावरण में सभी स्पेक्ट्रम का पता लगाना कहीं अधिक कठिन है। इसका कारण सैटेलाइट संचार का व्यापक क्षेत्र कवरेज है। स्पेक्ट्रम डेटाबेस का तीव्र अद्यतन, बीम निर्माण, स्पेक्ट्रम सेंसिंग की सटीकता और संज्ञानात्मक क्षेत्र विवरण, ये सभी इस तकनीक के अनुसंधान के प्रमुख बिंदु हैं। इसके अलावा, संसाधन एकीकरण के दृष्टिकोण से, "स्पेक्ट्रम साझाकरण" के रूप में हस्तक्षेप को हल करने के लिए सेलुलर संचार और सैटेलाइट संचार की एकीकृत योजना और डिजाइन, जिससे आवृत्ति संसाधनों के साझा उपयोग को बढ़ावा मिलता है, सैटेलाइट संचार प्रणालियों और 5G प्रणालियों के गहन एकीकरण के लिए एक संगत आधार प्रदान कर सकता है।

2.5 नेटवर्क नियंत्रण

एसडीएन और एनएफवी तकनीक के माध्यम से हासिल की गई एंड-टू-एंड नेटवर्क स्लाइसिंग, 5जी सिस्टम में नेटवर्क कंट्रोल क्लाउड की सबसे बड़ी विशेषता है। एसडीएन और एनएफवी तकनीकें क्रमशः नेटवर्क बियरर और कंट्रोल को अलग करती हैं और कोर नेटवर्क तत्वों का सॉफ्टवेयरीकरण करती हैं। ये नेटवर्क स्लाइसिंग को साकार करने के लिए एक ठोस आधार प्रदान करती हैं।ठोस नींव।

जब उपग्रह संचार प्रणाली को स्थलीय 5G के साथ गहराई से एकीकृत किया जाता है, तो उपग्रह कोर नेटवर्क के नियंत्रण कार्य और अग्रेषण कार्य को अलग किया जा सकता है, जिससे अग्रेषण कार्य और भी सरल हो जाता है। उच्च-ट्रैफ़िक संचरण आवश्यकताओं और लचीले एवं संतुलित ट्रैफ़िक लोड शेड्यूलिंग का समर्थन करने के लिए, व्यावसायिक भंडारण और कंप्यूटिंग क्षमताओं को नेटवर्क केंद्र से नेटवर्क किनारे पर स्थानांतरित किया जा सकता है।

जमीनी स्तर पर एकीकरण को समर्थन देने के लिए, 3GPP द्वारा प्रदान किए जाने वाले नौ बुनियादी सेवा कार्यों के अतिरिक्त, 5G उपग्रह कोर नेटवर्क के उपयोगकर्ता तल में गैर-3GPP अंतर्संबंध कार्यों और उपयोगकर्ता तल कार्यों को जोड़ना आवश्यक है।

03 सैटेलाइट 5G एकीकरण के सामने आने वाली चुनौतियाँ और अनुसंधान दिशाएँ

हालांकि सैटेलाइट 5G एकीकरण के क्षेत्र में काफी प्रगति हुई है, फिर भी सैटेलाइट और 5G एकीकरण के आदर्श को साकार करने के लिए कई तकनीकी चुनौतियां अभी भी मौजूद हैं। सैटेलाइट और स्थलीय दोनों क्षेत्रों में कई समान चुनौतियां हैं। नीचे हम मुख्य तकनीकी चुनौतियों और भविष्य के अनुसंधान दिशाओं को सूचीबद्ध करते हैं।

1) ट्रांसमिशन सिस्टम में चुनौतियाँ: सैटेलाइट-ग्राउंड इंटीग्रेटेड नेटवर्क ट्रांसमिशन में, डॉप्लर फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट, फ़्रीक्वेंसी मैनेजमेंट और इंटरफ़ेरेंस, पावर लिमिटेशन और टाइमिंग एडवांस जैसी समस्याएँ हैं जिनका तत्काल समाधान आवश्यक है। डॉप्लर फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट के समाधान के लिए, 5G ट्रांसमिशन सिस्टम में मल्टी-कैरियर OFDM का उपयोग करता है। इसके सब-कैरियर स्पेसिंग डिज़ाइन में डॉप्लर फ़्रीक्वेंसी शिफ्ट के प्रभाव को ध्यान में नहीं रखा गया है, जिससे सब-कैरियर के बीच इंटरफ़ेरेंस उत्पन्न हो सकता है। पावर लिमिटेशन के संदर्भ में, यह सिग्नल पीक-टू-एवरेज अनुपात को कम करते हुए हाई फ़्रीक्वेंसी बैंड के उपयोग को सुनिश्चित करता है। अंत में, टाइमिंग एडवांस के संबंध में, वायरलेस लिंक ट्रांसमिशन विलंब में तीव्र परिवर्तन के कारण सभी अपलिंक ट्रांसमिशन को सिंक्रनाइज़ करने के लिए टर्मिनल के व्यक्तिगत टाइमिंग एडवांस को गतिशील रूप से अपडेट करने की आवश्यकता हो सकती है।

2) पहुँच और संसाधन प्रबंधन संबंधी चुनौतियाँ: उपग्रह-ग्राउंड एकीकृत नेटवर्क में लंबे विलंब के कारण MAC और RLC लेयर की पहुँच नियंत्रण, HARQ, ARQ और अन्य प्रक्रियाओं में चुनौतियाँ उत्पन्न हुई हैं। पहुँच नियंत्रण के संदर्भ में, 5G और उपग्रहों के प्रभावी एकीकरण को सुनिश्चित करने के लिए, पूर्व-प्राधिकरण, अर्ध-स्थायी शेड्यूलिंग और प्राधिकरण-मुक्त जैसी उचित पहुँच व्यवस्थाओं को डिज़ाइन करना आवश्यक है। HARQ के लिए, राउंड-ट्रिप समय आमतौर पर अधिकतम HARQ टाइमर की अवधि से अधिक होता है, और HARQ प्रक्रिया में समय की सख्त आवश्यकताएँ होती हैं। MAC और RLC लेयर की शेड्यूलिंग प्रक्रिया के दौरान, उपग्रह प्रणाली के लंबे विलंब से शेड्यूलिंग की समयबद्धता भी प्रभावित होती है, और शेड्यूलिंग विलंब मापदंडों को समायोजित करने की आवश्यकता होती है।

3) गतिशीलता प्रबंधन चुनौतियाँ: उपग्रह-भूमि एकीकृत नेटवर्क में गतिशीलता प्रबंधन चुनौतियाँ और भी गंभीर होती हैं। संचार स्तर के आधार पर, इसे नेटवर्क-स्तरीय स्विचिंग और लिंक-स्तरीय स्विचिंग में विभाजित किया जा सकता है। अनुप्रयोग परिदृश्यों के आधार पर, इसे ग्राउंड सेलों के बीच हैंडओवर, उपग्रहों और ग्राउंड सेलों के बीच हैंडओवर, उपग्रह सेलों के बीच हैंडओवर और अंतर-उपग्रह हैंडओवर में विभाजित किया जाता है। इस मुद्दे पर अध्ययन किया गया है, लेकिन आगे शोध की आवश्यकता है।

04 निष्कर्ष

उपग्रह संचार और स्थलीय सेलुलर संचार प्रणालियों ने लगभग तीस वर्षों का विकास देखा है और शानदार परिणाम प्राप्त किए हैं। हालांकि, अपनी अंतर्निहित सीमाओं के कारण, मोबाइल संचार और व्यापक डेटा इंटरकनेक्शन के लिए लोगों की बढ़ती जरूरतों को पूरा करना मुश्किल है। हाल के वर्षों में, इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) प्रौद्योगिकी के तीव्र विकास के साथ, भविष्य की वायरलेस संचार प्रणालियाँ "व्यक्ति और व्यक्ति" से "व्यक्ति और वस्तुएँ" और "वस्तुएँ और वस्तुएँ" में परिवर्तन की ओर उन्मुख होंगी, जिससे सर्वव्यापी संचार और इंटरनेट ऑफ एवरीथिंग का साकार होना संभव होगा। उपग्रह संचार और स्थलीय सेलुलर संचार के एकीकृत विकास के माध्यम से, पूरक लाभ प्राप्त होंगे और विकास के नए अवसर खुलेंगे। यह लेख उपग्रह संचार और 5G के एकीकरण की विकास स्थिति, प्रमुख प्रौद्योगिकियों और चुनौतियों का परिचय और चर्चा करता है, और इस प्रौद्योगिकी के विकास के लिए संदर्भ और मार्गदर्शन प्रदान करने की आशा करता है।

यह लेख " से लिया गया हैउपग्रह और नेटवर्कबौद्धिक संपदा अधिकारों के संरक्षण का समर्थन करते हुए, पुनर्मुद्रण करते समय कृपया मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन होता है, तो कृपया इसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।