[فرنٹیئر] 5G اور سیٹلائٹ موبائل کمیونیکیشن سسٹمز کا انٹیگریشن تجزیہ

تعارف

موبائل انٹرنیٹ کی تیز رفتار ترقی اور سمارٹ ٹرمینل ڈیوائسز کے فروغ اور اطلاق کے ساتھ، لوگوں نے موبائل کمیونیکیشن کی رفتار کے لیے زیادہ تقاضے پیش کیے ہیں۔ پانچویں جنریشن کے موبائل کمیونیکیشن سسٹم (5G) کا مقصد کاروباری ضروریات کو پورا کرنے کے لیے 10Gbps سے 20Gbps کی چوٹی کی شرح اور 100Mbps سے 1Gbps تک صارف کے تجربے کی شرح فراہم کرنا ہے۔ اس کی بڑی وائرلیس کمیونیکیشن سروس کی صلاحیت، متعدد خدمات اور تیز رفتاری کے ساتھ، 5G کو گنجان آباد علاقوں میں وسیع پیمانے پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، کم آبادی والے علاقوں یا ایسے علاقوں میں اس کے فوائد سے فائدہ اٹھانا مشکل ہے جہاں زمینی نیٹ ورک بچھانا مشکل ہے۔ زمینی موبائل کمیونیکیشن نیٹ ورکس کے مقابلے میں، سیٹلائٹ کمیونیکیشن سسٹم میں بنیادی طور پر بے مثال فوائد ہوتے ہیں جیسے وسیع کوریج، بڑی مواصلاتی صلاحیت، چھوٹے خطوں کے اثرات، اعلی لچک، اور مختلف قسم کی خدمات کے لیے موافقت۔ لہٰذا، سیٹلائٹس کو کم آبادی والے علاقوں یا ایسے علاقوں کا احاطہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے جہاں زمینی نیٹ ورک لگانا مشکل ہو، جو زمینی نیٹ ورکس کے لیے ایک اچھا تکمیلی حصہ بنتا ہے، اس طرح حقیقی عالمی کوریج حاصل کرتا ہے اور عالمی صارفین کو غیر متفاوت مواصلاتی خدمات فراہم کرتا ہے۔

درحقیقت، لوگوں کی سیٹلائٹ کمیونیکیشنز کا اطلاق زمینی سیلولر وائرلیس مواصلات کی تعمیر سے پہلے ہے۔ دنیا کا پہلا تجارتی کمیونیکیشن سیٹلائٹ سسٹم ارلی برڈ تھا جسے انٹرنیشنل سیٹلائٹ کمیونیکیشن آرگنائزیشن (INTERSAT) نے 1965 میں لانچ کیا اور چلایا۔سیٹلائٹ سسٹمز، جبکہ دنیا میں سیلولر وائرلیس کمیونیکیشن سسٹم کی پہلی نسل 1980 کی دہائی میں بننا شروع ہوئی۔حالیہ دہائیوں میں، سیٹلائٹ مواصلاتی نظام جو بین الاقوامی سطح پر کام میں لائے گئے ہیں، ان میں نہ صرف انمارسیٹ، تھورایا، ویاسات وغیرہ شامل ہیں، بلکہ جغرافیائی مدار میں Iridium، Global-star، Orbcom وغیرہ بھی شامل ہیں۔خاص طور پر 2015 کے بعد سے، کم مدار والے انٹرنیٹ کمیونیکیشن برجوں کی تعمیر میں ایک بین الاقوامی اضافہ ہوا ہے، جیسے OneWeb اور Starlink، جس نے بین الاقوامی ہاٹ سپاٹ میں بہت زیادہ توجہ مبذول کی ہے۔سیٹلائٹ مواصلاتی نظام اور زمینی وائرلیس مواصلاتی نظام کا انضمام اور تعمیر ایک بار پھر ترقی کی سمت بن گیا ہے جس کا بین الاقوامی سطح پر گہرائی سے مظاہرہ کیا گیا ہے۔

01سیٹلائٹ اور 5G انضمام کی تحقیق کی حیثیت

21 ویں صدی کے آغاز میں، آپریٹرز نے سیٹلائٹ کمیونیکیشنز کو سیٹلائٹ گراؤنڈ ہائبرڈ کمیونیکیشن نیٹ ورکس بنانے کی اجازت حاصل کرکے مرکزی دھارے کی مارکیٹ میں داخل کیا۔ سیٹلائٹ مواصلاتی نیٹ ورکس کو وسعت دینے کے لیے، آپریٹرز نے زمینی معاون اجزاء (ATC) یا زمینی اضافی اجزاء (CGC) شامل کیے ہیں۔ اے ٹی سی سے مراد زمینی معاون بیس اسٹیشن ہے جو سیٹلائٹ موبائل کمیونیکیشن کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ سیٹلائٹ اور اے ٹی سی بیس اسٹیشنوں کی ایک بڑی تعداد کو بڑے علاقوں میں ہموار کوریج حاصل کرنے کے لیے ملایا جاتا ہے، اس لیے اسے سیٹلائٹ کے مسائل حل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔اونچی عمارتوں اور گھر کے اندر والے شہروں میں سگنل کی خراب کوریج کا مسئلہ ہے، لیکن اس میں کچھپیچیدہ مسائل، جیسے: سیٹلائٹ اور اے ٹی سی بیس سٹیشنوں کا فریکوئنسی دوبارہ استعمال، جگہ اور زمینی نظام کا سوئچنگ اور مربوط کنٹرول۔

جیسے جیسے 5G ٹیکنالوجی تیزی سے پختہ ہوتی جا رہی ہے، 5G اور سیٹلائٹس کے انضمام نے اندرون اور بیرون ملک بڑے پیمانے پر توجہ مبذول کرائی ہے۔ بین الاقوامی ٹیلی کمیونیکیشن یونین (ITU) اور تھرڈ جنریشن پارٹنرشپ پروجیکٹ (3GPP) جیسی معیاری تنظیموں نے سیٹلائٹ انٹیگریشن 5G سسٹمز سے متعلق تکنیکی مظاہرے کے کام کو انجام دینے میں بہت زیادہ توانائی خرچ کی ہے۔

1) انٹرنیشنل ٹیلی کمیونیکیشن یونین نے 2016 میں تجویز پیش کی کہ "اگلی نسل کے موبائل کمیونیکیشن نیٹ ورک کو کسی بھی وقت اور کہیں بھی خدمات تک رسائی حاصل کرنے کے لیے صارفین کی ضروریات کو پورا کرنا چاہیے"، اور سیٹلائٹ تک رسائی کی ٹیکنالوجی کے شعبے میں ITU-RM کو انجام دیا۔ [NGAT_SAT] معیار پر تحقیق سیٹلائٹ گراؤنڈ انضمام کے لیے چار عام ایپلیکیشن کے منظر نامے تجویز کرتی ہے، بشمول ریلے براڈ بینڈ ٹرانسمیشن سروسز، ڈیٹا بیک ہال اور ڈسٹری بیوشن سروسز، براڈ بینڈ موبائل کمیونیکیشن سروسز، اور ہائبرڈ ملٹی میڈیا سروسز، جیسا کہ نیچے دی گئی تصویر میں دکھایا گیا ہے، اور مندرجہ بالا ایپلی کیشنز کو سپورٹ کرنے کے لیے کلیدی خصوصیات کو واضح کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، ITU سیٹلائٹس اور 5G کے تعدد کے استعمال پر بھی فعال طور پر کام کو فروغ دے رہا ہے، اور اس نے سیٹلائٹس اور 5G پر سپیکٹرم شیئرنگ اور برقی مقناطیسی مطابقت کے تجزیوں کا ایک سلسلہ انجام دیا ہے۔

شکل 1 4 ITU کے ذریعہ دیے گئے سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریشن سسٹم کے اطلاق کے منظرنامے۔

2) تھرڈ جنریشن پارٹنرشپ پروجیکٹ (3GPP) نے 2017 میں ریلیز 14 معیار کے بعد سے زمینی موبائل کمیونیکیشن سسٹمز کے لیے سیٹلائٹ کمیونیکیشنز کے فوائد کو ظاہر کرنا شروع کر دیا ہے۔ 2017 کے آخر میں جاری ہونے والی تکنیکی رپورٹ TR22.822 میں، 3GPP ورکنگ گروپ SA5 کے تین بڑے طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے: خدمت، ہر جگہ سروس اور توسیعی خدمت۔مقدمات کا استعمال کریں اور نئی اور موجودہ خدمات کے تقاضوں پر تبادلہ خیال کریں۔ فی الحال، 3GPP بنیادی طور پر "نان ٹیریسٹریل نیٹ ورک (NTN)" نامی ایک تحقیقی پروجیکٹ پر انحصار کرتا ہے جو 5G میں سیٹلائٹ کمیونیکیشنز کی تعیناتی کے منظرناموں اور ایئر انٹرفیس ڈیزائن پر تحقیق کرتا ہے۔

3) جون 2017 میں، یورپ نے SaT5G (Satellite and Terrestrial Network for 5G) اتحاد قائم کیا، جس کے اراکین میں BT، SES، Avanti، Surrey یونیورسٹی اور دیگر یورپی کمپنیاں اور تحقیقی ادارے شامل ہیں۔ اس کا مقصد 5G کے لیے ایک سرمایہ کاری مؤثر، پلگ اینڈ پلے سیٹلائٹ حل فراہم کرنا اور سیٹلائٹ انڈسٹری چین کے لیے مسلسل ترقی کے بازار کے مواقع فراہم کرنا ہے۔ 2018 یورپی نیٹ ورک اور کمیونیکیشنز کانفرنس Ljubljana، Slovenia میں منعقد ہوئی۔ کانفرنس میں، SaT5G کے پانچ اراکین نے VT iDi-rect اور SES سمیت سیٹلائٹ اور 3GPP نیٹ ورک فن تعمیر کے انضمام کا مظاہرہ کیا۔

شکل 2 سیٹلائٹ 5G ایپلیکیشن کے منظرنامے جو Sat5G کے ذریعہ دیئے گئے ہیں۔

4) 5G سسٹم کی طرف سے تجویز کردہ 1000x صلاحیت میں اضافے کے ہدف سے نمٹنے کے لیے، SANSA (Shared Access Terrestrial-Satellite Backhaul Network enabled by Smart Antennas) پروگرام یورپی یونین H2020 کی فنڈنگ ​​سے شروع کیا گیا ہے جس کا مقصد مستقبل کے بڑے-capac مواصلاتی نظام کے لیے ایک اچھا بیک ہال لنک حل فراہم کرنا ہے۔ SANSA پروجیکٹ نے کم اوور ہیڈ سمارٹ اینٹینا بیمفارمنگ ٹیکنالوجی، سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ وائرلیس نیٹ ورکس کے لیے متحرک ذہین وائرلیس ریسورس مینجمنٹ ٹیکنالوجی، ڈیٹا بیس کی مدد سے متحرک سپیکٹرم شیئرنگ ٹیکنالوجی، وغیرہ کی تجویز پیش کی، اور گہرائی سے تحقیقی کام انجام دیا۔

02  سیٹلائٹ 5G انضمام کے لیے کلیدی ٹیکنالوجیز

چونکہ سیٹلائٹ مواصلات اور زمینی وائرلیس مواصلات کے درمیان پھیلاؤ کے فاصلے، کوریج، اور طاقت کی صلاحیتوں کے لحاظ سے فرق ہے، دونوں کے گہرے انضمام کو کچھ ناگزیر چیلنجوں کا سامنا ہے۔ سیٹلائٹ 5G انضمام کے لیے کلیدی ٹیکنالوجیز کا تجزیہ ذیل میں پانچ پہلوؤں سے کیا گیا ہے: سسٹم آرکیٹیکچر، بیم کوریج، ایئر انٹرفیس ویوفارم، سپیکٹرم شیئرنگ، اور نیٹ ورک کنٹرول۔

2.1 سسٹم کا فن تعمیر

سیٹلائٹ 5G انٹیگریشن فن تعمیر میں، ایک مخلوط اعلی اور کم مدار والے سیٹلائٹ نکشتر کو سمجھا جاتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، کمیونیکیشن فریکوئنسی بینڈز کے ڈیزائن میں درمیانے درجے کی کم رفتار اور براڈ بینڈ ٹرانسمیشن سروس کی ضروریات کو مدنظر رکھتے ہوئے کم فریکوئنسی بینڈ (جیسے L اور S بینڈ) اور ہائی فریکوئنسی بینڈ (جیسے Ku اور Ka بینڈ) بھی شامل ہیں۔ سیٹلائٹ کوریج ایریا منتقل ہوتا ہے جیسا کہ ذیلی سیٹلائٹ پوائنٹ کی حرکت ہوتی ہے، اور آخری صارف مختلف خلیوں کے درمیان سوئچ کرتا ہے۔

کم مدار والے سیٹلائٹ برجوں کے بین سیٹلائٹ لنکس لیزر یا مائیکرو ویو لنکس پر مشتمل ہوتے ہیں، اور متعدد سیٹلائٹ ایک دوسرے سے جڑے ہوتے ہیں تاکہ سیٹلائٹ کے ساتھ ایک خلائی کمیونیکیشن نیٹ ورک کو سوئچنگ نوڈس کے طور پر بنایا جا سکے۔ برجوں کو عام طور پر قطبی مدار کے برجوں کا استعمال کرتے ہوئے ڈیزائن کیا جاتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ملحقہ مداری طیاروں میں سیٹلائٹس کا نسبتاً مستحکم رشتہ دار پوزیشن کا رشتہ ہوتا ہے (سوائے قطبی خطوں یا ریورس سیمس کے)، جو بین سیٹلائٹ روابط کو برقرار رکھنے اور بلند عرض بلد کے علاقے کی کوریج حاصل کرنے کے لیے موزوں ہے۔ اس کے علاوہ، سیٹلائٹ فیڈر لنک کا کاروبار گیٹ وے اسٹیشن پر لاگو کیا جاتا ہے، جو سیٹلائٹ نیٹ ورک اور زمینی PSTN، PLMN اور انٹرنیٹ کے درمیان باہمی ربط اور انٹرآپریبلٹی کا احساس کرتا ہے۔ یہ تمام کارروائیاں Ka یا Q/V فریکوئنسی بینڈز میں لاگو ہوتی ہیں۔

فی الحال، سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریشن نیٹ ورکس کے لیے تین اہم فن تعمیرات ہیں۔ پہلا سیٹلائٹ زمینی تکمیلی نیٹ ورک ہے۔ اس فن تعمیر کے تحت، 5G سسٹمز اور سیٹلائٹ سسٹمز ایک نیٹ ورک مینجمنٹ سینٹر کا اشتراک کرتے ہیں، لیکن ان کے متعلقہ رسائی والے نیٹ ورکس اور بنیادی نیٹ ورک آزاد رہتے ہیں۔ رسائی نیٹ ورک اور کچھ بنیادی نیٹ ورک فنکشن سیٹلائٹ گیٹ وے سٹیشنز کے ذریعے فراہم کیے جاتے ہیں، اور یا تو سیلولر اور سیٹلائٹ رسائی کے طریقوں کو ٹرمینلز کے ذریعے سپورٹ کیا جاتا ہے۔ دوسری قسم سیٹلائٹ گراؤنڈ ہائبرڈ نیٹ ورک ہے۔ اس فن تعمیر کے تحت، زمینی نظام اور سیٹلائٹ سسٹم نیٹ ورک مینجمنٹ سینٹر کا اشتراک کرتے ہیں، اور ایئر انٹرفیس کے پرزے بھی اپنے متعلقہ بنیادی نیٹ ورکس اور فریکوئنسی بینڈ کی آزادی کو برقرار رکھنے کے لیے زیادہ سے زیادہ متحد ہیں۔ ٹرمینل زمینی اور سیٹلائٹ تک رسائی کے طریقوں دونوں کو سپورٹ کر سکتا ہے۔ تیسری قسم سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ نیٹ ورک ہے۔ اس کی اہم خصوصیات یہ ہیں: ایکسیس پوائنٹ (AP)، فریکوئنسی، ایکسیس نیٹ ورک، اور پورے سسٹم کا بنیادی نیٹ ورک مکمل طور پر متحد منصوبہ بند اور ڈیزائن کیا گیا ہے۔ واضح رہے کہ سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ نیٹ ورک سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ کمیونیکیشن سسٹم کا اعلیٰ ترین مرحلہ ہے اور اسے بڑے تکنیکی چیلنجز کا سامنا ہے۔

2.2 بیم کوریج

سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ موبائل کمیونیکیشن سسٹم میں، اس کے اسپاٹ بیم اور وائرلیس وسائل کو ایڈجسٹ کرکے، یہ ہاٹ اسپاٹ علاقوں کے لیے پہلے سے طے شدہ صلاحیت سے زیادہ آواز اور ڈیٹا سروسز فراہم کر سکتا ہے۔ یہ لچکدار فنکشن ڈیجیٹل بیمفارمنگ (DBF) ٹیکنالوجی کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے۔ اس وقت، سیٹلائٹ کمیونیکیشن کے لیے ڈیجیٹل بیمفارمنگ ٹیکنالوجی میں بنیادی طور پر تین شکلیں شامل ہیں: گراؤنڈ ڈی بی ایف، اسپیس بورن ڈی بی ایف اور ہائبرڈ ڈی بی ایف۔ ان میں سے، ہائبرڈ ڈیجیٹل بیمفارمنگ میں کارکردگی اور پیچیدگی کے درمیان اچھا سمجھوتہ ہے اور اس کا بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ جب ہائبرڈ DBF استعمال کیا جاتا ہے، تو گراؤنڈ نیٹ ورک کنٹرول سینٹر بیم ایڈجسٹمنٹ کی ضروریات اور متعلقہ حکمت عملیوں کی بنیاد پر آپٹمائزڈ بیمفارمنگ میٹرکس کا حساب لگاتا ہے، اور پھر بیمفارمنگ میٹرکس کے پیرامیٹرز کو فیڈ لنک کے ذریعے سیٹلائٹ کو بھیجتا ہے، اور متحرک طور پر بیم کی کوریج کو ایڈجسٹ کرتا ہے۔

سیٹلائٹ یا ٹرمینل کی نقل و حرکت کی وجہ سے ہینڈ اوور کی دو اہم اقسام ہیں: ایک سیٹلائٹ سسٹم کے اندر ہینڈ اوور ہے۔ کم مدار والے مصنوعی سیاروں کے لیے، زمین کی نسبت ان کی پوزیشن تیزی سے تبدیل ہوتی ہے، جس سے ٹرمینل صرف دس منٹ تک اسی سیٹلائٹ سے مسلسل ڈھکا رہتا ہے۔ اس لیے، ہینڈ اوور کے عمل کے دوران ڈیٹا کے نقصان کو روکنے کے لیے، انٹر سیٹلائٹ یا انٹر بیم ہینڈ اوور کو پہلے سے تیار کیا جانا چاہیے اور تیزی سے عمل میں لانا چاہیے۔ دوسرا ٹیریسٹریل 5G نیٹ ورک اور سیٹلائٹ نیٹ ورک کے درمیان ٹرمینل کا سوئچنگ ہے۔ اس سوئچ کو آن بورڈ پروسیسنگ اور موڑ پائپ شفاف فارورڈنگ فن تعمیر، وقت کی ہم آہنگی، پیمائش اور معلوماتی کوآرڈینیشن جیسے عوامل پر غور کرنے کی ضرورت ہے۔ جب سیلولر نیٹ ورک کا سگنل بہت کمزور ہوتا ہے، تو ٹرمینل سیلولر نیٹ ورک سے سیٹلائٹ نیٹ ورک میں بدل جائے گا، بصورت دیگر یہ ٹیریسٹریل نیٹ ورک تک رسائی کو برقرار رکھے گا۔

2.3 ایئر انٹرفیس ویوفارم

آرتھوگونل فریکوئنسی ڈویژن ملٹی پلیکسنگ (OFDM) اب بھی 5G سسٹم کا بنیادی ٹرانسمیشن سسٹم ہے، لیکن انٹر کیریئر مداخلت (ICI) سسٹم کی کارکردگی میں سنگین کمی کا سبب بنے گی۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ OFDM ٹیکنالوجی خود فریکوئنسی آفسیٹ کے لیے بہت حساس ہے، اور فریکوئنسی آفسیٹ کی وجہ سے ذیلی کیریئرز کے درمیان کراسسٹالک کمیونیکیشن کی کارکردگی کو کم کر دے گا۔ سسٹم کی کارکردگی پر بقایا فریکوئنسی آفسیٹ کے اثر کو مؤثر طریقے سے روکنے کے لیے، متغیر سب کیرئیر بینڈوتھ کے ساتھ ایک ڈیزائن اسکیم کو اپنایا جا سکتا ہے۔ ایک تنگ فریکوئنسی بینڈ والے L-بینڈ کے لیے، چونکہ صوتی سروس کے کوڈ کی شرح یہ سپورٹ کرتی ہے 2.4Kbps تک کم ہے، اس لیے 15KHz یا اس سے کم کا سب کیرئیر ڈیزائن استعمال کیا جانا چاہیے۔ کا فریکوئنسی بینڈ میں، سب کیرئیر کی چوڑائی جو استعمال کی جا سکتی ہے وہ بڑی ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ صارفین اکثر براڈ بینڈ کے ذریعے انٹرنیٹ تک رسائی حاصل کرتے ہیں اور کم از کم بلندی کا زاویہ بڑا ہوتا ہے جس سے ڈوپلر اثر کے اثر کو مؤثر طریقے سے کم کیا جا سکتا ہے۔

اس کے علاوہ، 5G کے ذریعے تعاون یافتہ نان آرتھوگونل ایک سے زیادہ رسائی (NOMA) ہر صارف کو خصوصی وسائل پر قبضہ کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ صارفین نان آرتھوگونل وسائل پر بیک وقت معلومات بھیج اور وصول کر سکتے ہیں۔ ملٹی یوزر جوائنٹ ڈٹیکشن کی بنیاد پر، سگنل پروسیسنگ کے ذریعے صارفین کے درمیان باہمی مداخلت سے بچا جا سکتا ہے۔ روایتی آرتھوگونل رسائی کے طریقوں کے مقابلے میں، NOMA ٹیکنالوجی کا اطلاق سپیکٹرم کی کارکردگی کو تین گنا سے زیادہ بڑھا سکتا ہے۔ فی الحال، زمینی 5G سسٹمز کے لیے NOMA چپس تیار اور پروموشن اور لاگو کیے گئے ہیں۔ NOMA ٹیکنالوجی سپیکٹرم کی کارکردگی کے بدلے پیچیدگی کا استعمال کرتی ہے، جس کا مطلب یہ بھی ہے کہ طویل مدتی جغرافیائی مدار (GEO) سیٹلائٹ کمیونیکیشن کے منظرناموں پر لاگو کرنا مشکل ہو گا کیونکہ صارف کی رسائی کے پیرامیٹرز کو متحرک طور پر کنٹرول کرنے کے لیے سگنلنگ تعاملات کی ایک بڑی مقدار کا استعمال کیا جاتا ہے۔ بعد ازاں تکنیکی تحقیق کا کام سیٹلائٹ مواصلات میں NOMA ٹیکنالوجی پر کیا جانا چاہیے۔

2.4 سپیکٹرم شیئرنگ

سیٹلائٹ کمیونیکیشنز ہوں یا زمینی موبائل کمیونیکیشن سسٹم، دستیاب سپیکٹرم کی کمی ایک فوری مسئلہ بن گیا ہے جس کو حل کیا جانا چاہیے۔ خاص طور پر، سیٹلائٹ مواصلات اور زمینی مواصلات نے سپیکٹرم وسائل میں ایک سخت مقابلہ قائم کیا ہے۔ مثال کے طور پر، سی-بینڈ اور کا-بینڈ، جو کئی سالوں سے سیٹلائٹ کمیونیکیشن سسٹمز کے ذریعے استعمال ہو رہے ہیں، کو ITU نے زمینی 5G سسٹمز کے لیے اختیار دیا ہے۔ دونوں کے درمیان سپیکٹرم مسابقت کی صورتحال میں خاص طور پر شامل ہیں:

1) کا بینڈ: صارف کی رفتار اور سسٹم کی صلاحیت کی تیز رفتار ترقی کو پورا کرنے کے لیے، 5G اور سیٹلائٹ کمیونیکیشن دونوں کا-بینڈ یا ملی میٹر ویو فریکوئنسی بینڈ استعمال کرنے کی امید کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر: 2019 کی عالمی ریڈیو کمیونیکیشن کانفرنس (WRC-19) نے 24.25 GHz-27.5 GHz، 37 GHz-43.5 GHz، 66 GHz-71 GHz، کل 14.75 GHz بینڈوتھ اسپیکٹرم اور مستقبل کے بین الاقوامی مواصلات کے لیے موبائل کے نظام کی شناخت؛ US FCC نے 27.5 GHz-28.35 GHz، 37 GHz-38.6 GHz فریکوئنسی بینڈز کو زمینی 5G کے استعمال کے لیے لائسنس دیا ہے، اور یہ فریکوئنسی بینڈ سیٹلائٹ کمیونیکیشن سسٹم کے ذریعے استعمال ہونے والے فریکوئنسی بینڈز کے ساتھ ایک خاص حد تک اوورلیپ ہوتے ہیں۔

2) 3GHz-6GHz C-band: بہت سے ممالک نے C-band کو 5G سسٹمز کے لیے امیدوار فریکوئنسی بینڈ کے طور پر استعمال کرنے کی تجویز پیش کی ہے، بشمول چین، یورپی یونین، جاپان، اور جنوبی کوریا۔ تاہم، ایشیا میں، چین، ویتنام، اور ملائیشیا جیسے ممالک نے اس فریکوئنسی بینڈ میں سیٹلائٹ مواصلاتی نظام کی ایک بڑی تعداد بنائی ہے۔ زمینی 5G سسٹمز کے لیے سی بینڈ کے استعمال کو مربوط کرنا مشکل ہے۔

سیٹلائٹ گراؤنڈ تعاونی منصوبہ بندی کے ذریعے ترتیب کو بہتر بنانا فریکوئنسی وسائل کے موثر استعمال کو بہتر بنا سکتا ہے۔ مشترکہ سیٹلائٹ گراؤنڈ سپیکٹرم سینسنگ سسٹم کی تعمیر سے، سیٹلائٹ گراؤنڈ کمیونیکیشن سسٹم کے درمیان سپیکٹرم شیئرنگ حاصل کی جا سکتی ہے اور سپیکٹرم کے استعمال کی کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ زمینی وائرلیس کمیونیکیشن نیٹ ورکس کے مقابلے میں، علمی صارفین کے لیے نیٹ ورک کے ماحول میں تمام سپیکٹرم کا پتہ لگانا زیادہ مشکل ہے۔ یہ سیٹلائٹ مواصلات کے وسیع علاقے کی کوریج کی وجہ سے ہے. سپیکٹرم ڈیٹا بیس کی تیز رفتار اپ ڈیٹ، بیم کی تشکیل، سپیکٹرم سینسنگ کی درستگی، اور علمی علاقے کی تفصیل اس ٹیکنالوجی کے تمام تحقیقی مرکز ہیں۔ اس کے علاوہ، وسائل کے انضمام کے نقطہ نظر سے، "سپیکٹرم شیئرنگ" کی صورت میں مداخلت کو حل کرنے کے لیے سیلولر کمیونیکیشنز اور سیٹلائٹ کمیونیکیشنز کی متحد منصوبہ بندی اور ڈیزائن، اس طرح فریکوئنسی وسائل کے مشترکہ استعمال کو فروغ دینا، سیٹلائٹ کمیونیکیشن سسٹمز اور 5G سسٹمز کے گہرے انضمام کے لیے ایک ہم آہنگ بنیاد فراہم کر سکتا ہے۔

2.5 نیٹ ورک کنٹرول

SDN اور NFV ٹیکنالوجی کے ذریعے اینڈ ٹو اینڈ نیٹ ورک سلائسنگ 5G سسٹم میں نیٹ ورک کنٹرول کلاؤڈ کی سب سے بڑی خصوصیت ہے۔ SDN اور NFV ٹیکنالوجیز بالترتیب نیٹ ورک بیئرر اور کنٹرول کی علیحدگی اور بنیادی نیٹ ورک عناصر کی سافٹ ویئرائزیشن کا احساس کرتی ہیں۔ وہ نیٹ ورک سلائسنگ کو سمجھنے کے لیے ایک ٹھوس بنیاد فراہم کرتے ہیں۔ٹھوس بنیاد.

جب سیٹلائٹ کمیونیکیشن سسٹم کو زمینی 5G کے ساتھ گہرائی سے مربوط کیا جاتا ہے، تو سیٹلائٹ کور نیٹ ورک کے کنٹرول فنکشن اور فارورڈنگ فنکشن کو الگ کیا جا سکتا ہے، فارورڈنگ فنکشن کو مزید آسان بنا کر۔ ہائی ٹریفک ٹرانسمیشن کی ضروریات اور لچکدار اور متوازن ٹریفک لوڈ شیڈولنگ کو سپورٹ کرنے کے لیے، کاروباری اسٹوریج اور کمپیوٹنگ کی صلاحیتوں کو نیٹ ورک سینٹر سے نیٹ ورک کے کنارے پر منتقل کیا جا سکتا ہے۔

زمین کے ساتھ انضمام کو سپورٹ کرنے کے لیے، 3GPP بنیادی سروس فنکشنز فراہم کرنے والے نو نیٹ ورک فنکشنز کے علاوہ، 5G سیٹلائٹ کور نیٹ ورک کے یوزر پلین میں غیر 3GPP انٹر کنکشن فنکشنز اور یوزر پلین فنکشنز کو شامل کرنا ضروری ہے۔

03 سیٹلائٹ 5G انضمام کی وجہ سے درپیش چیلنجز اور تحقیقی جہات

اگرچہ سیٹلائٹ 5G انٹیگریشن کے کام میں کافی پیش رفت ہوئی ہے، لیکن سیٹلائٹ اور 5G انضمام کے خوبصورت وژن کو حقیقی معنوں میں محسوس کرنے کے لیے ابھی بھی بہت سے تکنیکی چیلنجز درپیش ہوں گے۔ سیٹلائٹ اور زمینی ڈومینز میں بہت سے مشترکہ چیلنجز ہیں۔ ذیل میں ہم اہم تکنیکی چیلنجوں اور مستقبل کی تحقیقی سمتوں کی فہرست دیتے ہیں۔

1) ٹرانسمیشن سسٹم میں چیلنجز: سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ نیٹ ورک ٹرانسمیشن میں، ڈوپلر فریکوئنسی شفٹ، فریکوئنسی مینجمنٹ اور مداخلت، بجلی کی حد بندی اور ٹائمنگ ایڈوانس ایسے مسائل ہیں جنہیں فوری طور پر حل کرنے کی ضرورت ہے۔ ڈوپلر فریکوئنسی شفٹ کے جواب میں، 5G ٹرانسمیشن سسٹم میں ملٹی کیریئر OFDM استعمال کرتا ہے۔ اس کا ذیلی کیریئر اسپیسنگ ڈیزائن ڈوپلر فریکوئنسی شفٹ کے اثرات پر غور نہیں کرتا، جو ذیلی کیریئرز کے درمیان مداخلت کا سبب بنے گا۔ پاور کی حد کے لحاظ سے، یہ سگنل کی چوٹی سے اوسط تناسب کو کم کرتے ہوئے ہائی فریکوئنسی بینڈ کے استعمال کو یقینی بناتا ہے۔ آخر میں، ٹائمنگ ایڈوانس کے حوالے سے، وائرلیس لنک ٹرانسمیشن کی تاخیر میں تیز تبدیلیوں کے نتیجے میں ٹرمینل کی انفرادی ٹائمنگ ایڈوانسز کو متحرک طور پر اپ ڈیٹ کرنے کی ضرورت ہو سکتی ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ تمام اپلنک ٹرانسمیشنز ہم آہنگ ہیں۔

2) رسائی اور وسائل کے انتظام کے چیلنجز: اس بات کو مدنظر رکھتے ہوئے کہ سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ نیٹ ورک کی طویل تاخیر نے رسائی کنٹرول، HARQ، ARQ اور MAC لیئر اور RLC پرت کے دیگر عملوں کو چیلنج کیا ہے۔ رسائی کنٹرول کے لحاظ سے، 5G اور سیٹلائٹس کے مؤثر انضمام کی حمایت کرنے کے لیے، یہ ضروری ہے کہ رسائی کے معقول طریقہ کار کو ڈیزائن کیا جائے جیسے کہ پہلے سے اجازت، نیم مستقل شیڈولنگ اور اجازت سے پاک۔ HARQ کے لیے، راؤنڈ ٹرپ کا وقت عام طور پر HARQ ٹائمر کی زیادہ سے زیادہ لمبائی سے زیادہ ہوتا ہے، اور HARQ کے عمل میں وقت کے سخت تقاضے ہوتے ہیں۔ میک لیئر اور آر ایل سی پرت کے شیڈولنگ کے عمل کے دوران، سیٹلائٹ سسٹم کی طویل تاخیر شیڈولنگ کی بروقتیت کو بھی متاثر کرے گی، اور شیڈولنگ میں تاخیر کے پیرامیٹرز کو ایڈجسٹ کرنے کی ضرورت ہے۔

3) موبلٹی مینجمنٹ کے چیلنجز: سیٹلائٹ گراؤنڈ انٹیگریٹڈ نیٹ ورک میں، موبلٹی مینجمنٹ کے چیلنجز اور بھی شدید ہیں۔ مواصلات کی سطح کے مطابق، اسے نیٹ ورک لیول سوئچنگ اور لنک لیول سوئچنگ میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ درخواست کے منظرناموں کے مطابق، اسے زمینی خلیات کے درمیان ہینڈ اوور، سیٹلائٹ اور گراؤنڈ سیلز کے درمیان حوالے، سیٹلائٹ سیلز کے درمیان حوالے، اور انٹر سیٹلائٹ ہینڈ اوور میں تقسیم کیا گیا ہے۔ یہ مسئلہ دریافت کیا گیا ہے لیکن مزید تحقیق کی ضرورت ہے۔

04 نتیجہ

سیٹلائٹ مواصلات اور زمینی سیلولر مواصلاتی نظام نے تقریباً تیس سال کی ترقی کا تجربہ کیا ہے اور شاندار نتائج حاصل کیے ہیں۔ تاہم، ان کی موروثی حدود کی وجہ سے، موبائل مواصلات اور بڑے پیمانے پر ڈیٹا انٹرکنیکشن کے لیے لوگوں کی بڑھتی ہوئی ضروریات کو پورا کرنا مشکل ہے۔ حالیہ برسوں میں، انٹرنیٹ آف تھنگز ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، مستقبل کے وائرلیس مواصلاتی نظام کو "لوگ اور لوگ" سے "لوگ اور چیزیں" اور "چیزیں اور چیزیں" میں تبدیلی کی طرف گامزن کیا جائے گا، ہر جگہ مواصلات اور ہر چیز کے انٹرنیٹ کا ادراک ہو گا۔ سیٹلائٹ مواصلات اور زمینی سیلولر مواصلات کی مربوط ترقی کے ذریعے، تکمیلی فوائد حاصل کیے جائیں گے، اور ترقی کے نئے مواقع شروع کیے جائیں گے۔ یہ مضمون ترقی کی حیثیت، کلیدی ٹیکنالوجیز، اور سیٹلائٹ کمیونیکیشنز اور 5G کے انضمام سے درپیش چیلنجوں کا تعارف اور تبادلہ خیال کرتا ہے، امید ہے کہ اس ٹیکنالوجی کی ترقی اور رہنمائی کے لیے رہنمائی فراہم کی جائے گی۔

یہ مضمون " سے دوبارہ پیش کیا گیا ہےسیٹلائٹ اور نیٹ ورک"، دانشورانہ املاک کے حقوق کے تحفظ کی حمایت کرتے ہیں، براہ کرم دوبارہ پرنٹ کرتے وقت اصل ماخذ اور مصنف کی نشاندہی کریں۔ اگر کوئی خلاف ورزی ہو تو اسے حذف کرنے کے لیے براہ کرم ہم سے رابطہ کریں۔