Перейти к основному содержимому

2.03. Беспроводные сети

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВВ РАЗРАБОТКЕ
Разработчику Архитектору Инженеру

Беспроводные сети​

Беспроводные сети — это системы передачи данных, в которых связь между устройствами осуществляется без физического соединения проводами. Вместо меди или оптоволокна используется пространство: воздушная среда, вакуум, а иногда — и космос. Такая связь возможна благодаря распространению сигналов в форме электромагнитных волн, которые могут переносить информацию на расстояния от нескольких сантиметров до десятков тысяч километров.

Появление беспроводных технологий стало одним из ключевых этапов в развитии информационного общества. Они позволили выйти за пределы стационарных рабочих мест, сделали мобильные устройства не просто средствами связи, а полноценными вычислительными системами, способными участвовать в сложных сетевых взаимодействиях: от передачи голоса и видео до управления промышленным оборудованием в режиме реального времени.

Беспроводная связь — результат последовательного развития физики, радиотехники, цифровой обработки сигналов и протокольных стандартов. Чтобы понять, как работают современные технологии вроде Wi-Fi, 5G или спутникового интернета, необходимо рассмотреть основы, на которых они построены.

Электромагнитные волны​

В основе всех беспроводных систем лежит электромагнитная волна — периодическое возмущение электрического и магнитного полей, распространяющееся в пространстве со скоростью света (около 300 000 км/с в вакууме). Эта волна не требует материальной среды для передачи: она способна проходить через воздух, стекло, вакуум и многие другие вещества (в зависимости от длины волны и свойств материала).

Главный параметр волны — частота, измеряемая в герцах (Гц). Частота показывает, сколько полных циклов колебания поля происходит за одну секунду. Диапазон используемых в радиосвязи частот охватывает от нескольких килогерц до сотен гигагерц. Эти диапазоны условно делятся на категории по практическим свойствам:

  • Низкочастотные волны (до 300 кГц) обладают высокой способностью к дифракции — они огибают препятствия, хорошо проходят через землю и воду, распространяются на большие расстояния в пределах прямой видимости и за счёт отражения от ионосферы. Это делает их пригодными для дальней связи, например, в морской радионавигации или военных системах дальнего действия. Однако низкая частота означает ограниченную ширину полосы, а значит — малую пропускную способность канала.

  • Средние и высокие частоты (от 300 кГц до 30 МГц) использовались в первых системах радиовещания и коротковолновой связи. Их распространение сильно зависит от состояния ионосферы, что позволяет сигналу «отскакивать» от ионосферных слоёв и достигать удалённых регионов, но с нестабильным качеством.

  • Ультравысокие частоты (от 30 МГц до 3 ГГц) становятся основой для большинства современных систем: FM-радио, телевидение, сотовая связь (2G–4G), GPS, Bluetooth, первые версии Wi-Fi. В этом диапазоне сигнал распространяется преимущественно по прямой линии (line-of-sight), но ещё допускает значительную дифракцию и проникновение внутрь зданий.

  • Сверхвысокие и крайне высокие частоты (от 3 ГГц до 300 ГГц и выше) используются в Wi-Fi 5/6/7 (5 ГГц и 6 ГГц), 5G mmWave, спутниковой связи, радарах. Высокая частота позволяет выделить широкие полосы частот — это основа для достижения высоких скоростей передачи данных. Однако такие волны слабо огибают препятствия, почти не проникают сквозь стены и подвержены поглощению атмосферой (особенно в диапазоне 60 ГГц, где кислород интенсивно поглощает сигнал). Поэтому системы на этих частотах требуют плотного размещения точек доступа или базовых станций.

Выбор частотного диапазона — это баланс между дальностью, проникающей способностью, пропускной способностью и помехоустойчивостью. Ни одна частота не является универсальной — каждая применяется там, где её свойства дают наибольшее преимущество.

Модуляция​

Пустая электромагнитная волна — это несущий сигнал, «каркас» для передачи. Чтобы отправить по нему данные, требуется модуляция — процесс изменения одного или нескольких параметров несущей волны в соответствии с информационным сигналом.

На заре радиосвязи применялись два основных вида аналоговой модуляции:

  • Амплитудная модуляция (AM) предполагает изменение амплитуды («силы») несущей волны пропорционально звуковому сигналу. Такой метод прост в реализации и позволяет достигать большой дальности за счёт использования средних и низких частот, но крайне чувствителен к внешним помехам: грозы, двигатели, другие источники электромагнитного шума легко искажают амплитуду, что приводит к шипению и треску в приёмнике. AM до сих пор используется в длинноволновом и средневолновом радиовещании, особенно в регионах с низкой плотностью населения.

  • Частотная модуляция (FM) кодирует информацию изменением частоты несущей волны вблизи её центрального значения. Уровень сигнала (амплитуда) при этом остаётся постоянным, что делает FM устойчивой к большинству видов амплитудных помех. Это обеспечивает высокое качество звукопередачи и позволяет использовать стереофонические сигналы. FM применяется в УКВ-радио (диапазон 87,5–108 МГц), а также в первых системах передачи цифровых данных, например, в модемах.

С развитием цифровых технологий аналоговые методы уступили место цифровой модуляции — более сложным, но эффективным способам кодирования последовательностей битов. Среди них:

  • FSK (Frequency Shift Keying) — цифровая версия FM: две (или более) дискретные частоты соответствуют битам 0 и 1.
  • PSK (Phase Shift Keying) — информация кодируется сдвигом фазы волны (например, 0° для 0, 180° для 1 в BPSK).
  • QAM (Quadrature Amplitude Modulation) — одновременное изменение амплитуды и фазы, что позволяет передавать несколько бит за один символ (например, 256-QAM кодирует 8 бит на символ). Это ключевая технология в Wi-Fi, 4G и 5G.

Цифровая модуляция сочетается с методами кодирования с исправлением ошибок (например, LDPC, Turbo-коды), что позволяет надёжно передавать данные даже при низком отношении сигнал/шум. Современные беспроводные системы используют адаптивную модуляцию: в зависимости от условий канала устройство выбирает наиболее подходящую схему — от простой и устойчивой (BPSK) до ёмкой, но требовательной (1024-QAM).

Спектр, лицензирование и регулирование​

Радиочастотный спектр — ограниченный ресурс. Его использование строго регулируется государственными органами (в России — Роскомнадзор и Государственная комиссия по радиочастотам). Диапазоны делятся на:

  • Лицензируемые — выделяются операторам связи (например, для 4G/5G в диапазонах 800 МГц, 2,6 ГГц, 3,5 ГГц). Лицензия даёт право на эксклюзивное использование полосы, предотвращая взаимные помехи.
  • Свободные (ISM-диапазоны) — Industrial, Scientific and Medical. К ним относятся 2,4 ГГц, 5,8 ГГц, 60 ГГц. В этих диапазонах работают Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, микроволновые печи, беспроводные камеры. Пользование разрешено без лицензии при соблюдении ограничений по мощности и методам доступа. Именно это делает Wi-Fi массово доступным, но также приводит к перегрузке каналов в густонаселённых районах.

Стандартизация беспроводных технологий осуществляется международными организациями — IEEE (в частности, комитет 802), 3GPP (для сотовой связи), ITU-R (радиосвязь), ETSI (Европа). Стандарты определяют не только частоты и модуляцию, но и структуру кадров, методы множественного доступа, механизмы шифрования, процедуры аутентификации и роуминга.

Wi-Fi​

Wi-Fi — это не аббревиатура и не название стандарта, а торговая марка, введённая альянсом Wi-Fi Alliance для продвижения совместимости устройств, соответствующих стандартам IEEE 802.11. Технически корректно называть такую сеть Wireless LAN (WLAN) — беспроводной локальной вычислительной сетью. Её основное назначение — обеспечить высокоскоростной обмен данными в пределах ограниченной территории: дома, офиса, кампуса, кафе или аэропорта.

Первый официальный стандарт IEEE 802.11 был принят в 1997 году. Он предложил два физических уровня: один — в диапазоне 2,4 ГГц с использованием расширенного спектра (DSSS), другой — инфракрасный. Максимальная теоретическая скорость составляла 2 Мбит/с. Хотя этот стандарт имел ограниченное применение, он заложил основу для будущего развития.

Ключевой особенностью Wi-Fi является то, что он работает на уровне канального и частично физического в модели OSI, но полностью интегрируется в стек протоколов TCP/IP. Устройства в Wi-Fi-сети получают IP-адреса, взаимодействуют через маршрутизатор или точку доступа так же, как если бы были подключены по кабелю. Wi-Fi адаптер (встроенный или внешний) выполняет роль сетевого интерфейса: он принимает цифровые данные от операционной системы, преобразует их в радиосигнал, передаёт в эфир; в обратную сторону — принимает радиоволны, демодулирует их и передаёт полученные пакеты в сетевой стек.

Частотные диапазоны и физические уровни​

Основные рабочие диапазоны Wi-Fi:

  • 2,4 ГГц — самый первый и наиболее распространённый. В нём выделено 14 каналов шириной 20 МГц (в России разрешено 13), но соседние каналы перекрываются. Только три канала (1, 6, 11) не пересекаются полностью. Этот диапазон проникает сквозь стены лучше, чем высокочастотные, но страдает от сильных помех: микроволновые печи, беспроводные телефоны, Bluetooth-устройства и множество соседних Wi-Fi-сетей работают в том же спектре. Из-за этого реальная пропускная способность часто оказывается значительно ниже теоретической.

  • 5 ГГц — введён стандартом 802.11a (1999). Здесь доступно более 20 непересекающихся каналов шириной 20, 40, 80 или даже 160 МГц. Помех гораздо меньше, так как меньше бытовых устройств используют этот диапазон. Скорости выше, но дальность и проникающая способность ниже: сигнал слабее проходит сквозь бетон и металл.

  • 6 ГГц — добавлен с появлением Wi-Fi 6E (2021). Это полностью новый, «чистый» диапазон, где работают только устройства Wi-Fi 6E и Wi-Fi 7. Он предлагает до 14 дополнительных каналов шириной 160 МГц, что делает возможным построение высокоскоростных линий без помех. Однако регулирование этого диапазона пока не завершено во всех странах, а устройства требуют поддержки на уровне чипсета и прошивки.

Выбор диапазона зависит от сценария: 2,4 ГГц — для покрытия большой площади с множеством препятствий; 5 ГГц — для скорости в пределах одной комнаты или квартиры; 6 ГГц — для ультравысокоскоростных приложений (4K/8K-стриминг, VR, облачные рабочие столы) при условии прямой видимости или минимального количества стен.

Эволюция стандартов IEEE 802.11​

СтандартГод принятияДиапазонМакс. скорость (теор.)Ключевые технологии
802.1119972,4 ГГц2 Мбит/сDSSS, FHSS
802.11b19992,4 ГГц11 Мбит/сCCK-модуляция
802.11a19995 ГГц54 Мбит/сOFDM
802.11g20032,4 ГГц54 Мбит/сOFDM (совместимость с b)
802.11n (Wi-Fi 4)20092,4/5 ГГц600 Мбит/сMIMO, 40 МГц, фрагментация кадров
802.11ac (Wi-Fi 5)20135 ГГц6,9 Гбит/сMU-MIMO (DL), 160 МГц, 256-QAM
802.11ax (Wi-Fi 6 / Wi-Fi 6E)2019 / 20212,4/5/6 ГГц9,6 Гбит/сOFDMA, TWT, 1024-QAM, BSS Coloring
802.11be (Wi-Fi 7)20242,4/5/6 ГГцдо 46 Гбит/с320 МГц, MU-MIMO (UL+DL), Multi-Link Operation (MLO), 4096-QAM

Несмотря на нумерацию, Wi-Fi Alliance ввела маркетинговые обозначения (Wi-Fi 4/5/6/7), чтобы упростить ориентацию для пользователей: каждое новое поколение увеличивает не только скорость, но и эффективность, плотность подключений и энергоэффективность.

Рассмотрим ключевые технологии, введённые в последние поколения:

  • MIMO (Multiple Input Multiple Output) — использование нескольких антенн на передатчике и приёмнике. Пространственное мультиплексирование позволяет передавать несколько независимых потоков данных одновременно по одному частотному каналу. Например, конфигурация 4×4 означает четыре передающие и четыре приёмные антенны, что теоретически умножает пропускную способность на четыре.

  • MU-MIMO (Multi-User MIMO) — развитие MIMO: точка доступа может одновременно обслуживать несколько клиентов, направляя отдельные потоки каждому. В Wi-Fi 5 MU-MIMO работал только в направлении «точка доступа → клиенты» (downlink). В Wi-Fi 6 и тем более Wi-Fi 7 добавлена поддержка uplink MU-MIMO — клиенты могут одновременно передавать данные точке доступа без взаимных коллизий.

  • OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) — вместо выделения всего канала одному устройству на время передачи, канал разбивается на множество поднесущих, и каждое устройство получает только необходимую долю. Это особенно эффективно для IoT-устройств, передающих короткие пакеты: вместо «бронирования» всего канала на 1 мс, точка доступа может за этот же миллисекундный интервал обслужить десятки устройств параллельно.

  • Target Wake Time (TWT) — механизм планирования активности клиентов. Точка доступа договаривается с устройством, в какие моменты оно будет «просыпаться» для передачи или приёма. Это резко снижает потребление энергии у мобильных и IoT-устройств (например, датчиков), продлевая срок работы от батареи.

  • BSS Coloring — решение проблемы «соседних сетей». Каждой Wi-Fi-сети присваивается «цвет» (число от 0 до 7). Если устройство видит пакет от сети другого цвета и уровень сигнала ниже порогового, оно не ждёт освобождения эфира — передача разрешается сразу. Это уменьшает простои в многоквартирных домах с десятками сетей.

  • Multi-Link Operation (MLO) — технология Wi-Fi 7, позволяющая одному устройству одновременно использовать несколько частотных диапазонов (например, 5 ГГц и 6 ГГц) как единый логический канал. Передача одного TCP-потока может распределяться между двумя физическими соединениями, что снижает задержку, повышает отказоустойчивость и устраняет разрывы при переключении между диапазонами.

Архитектура и режимы работы​

Wi-Fi-сеть может функционировать в двух основных режимах:

  1. Инфраструктурный режим — самый распространённый. Все устройства подключаются к центральной точке — точке доступа (AP), которая обычно встроена в маршрутизатор или работает как отдельное устройство. Точка доступа управляет доступом к среде, синхронизирует клиентов, выполняет маршрутизацию или мост (bridge) между беспроводным и проводным сегментами. В этом режиме реализованы все современные функции безопасности, QoS, роуминга.

  2. Режим Ad Hoc (IBSS) — устройства соединяются напрямую, без точки доступа. Каждый узел может передавать данные любому другому. Такой режим использовался в ранних версиях для быстрого обмена файлами, но практически не применяется сегодня из-за отсутствия централизованного управления, слабой безопасности и плохой масштабируемости. На смену ему пришёл Wi-Fi Direct — стандартизированный протокол, позволяющий двум устройствам установить защищённое соединение по аналогии с Bluetooth, но со скоростью Wi-Fi (например, для печати на принтере или трансляции экрана на ТВ).

Современные Wi-Fi-сети в офисах и кампусах строятся по принципу распределённой архитектуры: множество точек доступа управляются централизованно через контроллер (физический или облачный). Контроллер координирует роуминг — плавное переключение клиента между точками при движении, без разрыва TCP-соединения. Используются механизмы 802.11r (Fast BSS Transition), 802.11k (Radio Resource Measurement) и 802.11v (Wireless Network Management), чтобы клиент выбирал оптимальную точку не по уровню сигнала, а по загрузке канала, задержке и другим параметрам.

Безопасность​

Безопасность Wi-Fi прошла долгий путь:

  • WEP (Wired Equivalent Privacy) — первый стандарт шифрования (1997). Использовал статический ключ и слабый алгоритм RC4. Уязвимости позволяли расшифровать трафик за несколько минут. Признан небезопасным и исключён из всех современных стандартов.

  • WPA (Wi-Fi Protected Access) — промежуточное решение (2003), основанное на TKIP (Temporal Key Integrity Protocol). Динамическая смена ключей и контроль целостности устранили основные уязвимости WEP, но производительность страдала, а долгосрочная безопасность оставалась под вопросом.

  • WPA2 (2004) — стал золотым стандартом на 15 лет. Основан на AES-CCMP (Advanced Encryption Standard в режиме Counter Mode with CBC-MAC). Обеспечивает надёжное шифрование и аутентификацию. Работает в двух режимах:

    • Personal (PSK) — общий пароль (pre-shared key), используется в домашних сетях.
    • Enterprise — аутентификация через сервер RADIUS (например, по сертификатам или логину/паролю), применяется в корпоративных сетях.

  • WPA3 (2018) — текущий стандарт. Внедряет:

    • Simultaneous Authentication of Equals (SAE) вместо PSK — защищает от атак перебора пароля (offline dictionary attack), даже если пароль слабый.
    • 192-битный режим безопасности для enterprise (соответствует требованиям CNSA — Committee on National Security Systems).
    • Forward secrecy — компрометация сессионного ключа не позволяет расшифровать предыдущие сессии.
    • Enhanced Open — шифрование трафика даже в открытых сетях (например, в кафе), без ввода пароля. Каждое соединение шифруется индивидуально, предотвращая прослушку «соседа по сети».

Поддержка WPA3 постепенно становится обязательной: с 2020 года все новые устройства, сертифицированные Wi-Fi Alliance, должны поддерживать WPA3-Personal.

Ограничения и мифы​

Несмотря на распространённость, Wi-Fi — не универсальное решение:

  • Задержка (latency), хотя и снижена в Wi-Fi 6/7 до 1–3 мс в идеальных условиях, всё ещё выше, чем у проводного Gigabit Ethernet (<0,1 мс). Это критично для промышленного управления, киберспорта, телемедицины.

  • Пропускная способность делится между всеми активными клиентами. При 50 подключённых устройствах (как в лекционной аудитории) даже Wi-Fi 6 может не справиться с нагрузкой без тщательного проектирования.

  • Сигнал подвержен интерференции, замираниям (fading), многолучевости (multipath). Современные чипсеты используют пространственную обработку сигналов (beamforming), но в условиях сильного отражения (металлические конструкции, лифты) стабильность соединения снижается.

  • Wi-Fi не предназначен для глобального покрытия. Он локален по определению. Для мобильности на больших расстояниях применяется сотовая связь.

Тем не менее, Wi-Fi остаётся незаменимой технологией повседневной цифровой жизни. Её развитие идёт не только в сторону увеличения скорости, но и повышения эффективности: поддержка тысяч устройств на одной точке (для «умного города»), детерминированная передача (для TSN — Time-Sensitive Networking), интеграция с 5G (в рамках концепции Fixed Wireless Access и гибридных сетей).

Bluetooth​

Bluetooth — стандарт беспроводной связи малого радиуса действия, разработанный в 1994 году инженерами Ericsson для замены кабелей между мобильными устройствами. Название происходит от прозвища датского короля Харальда I — Blåtand («Синий Зуб»), символизирующего объединение разрозненных земель, как технология объединяет устройства.

Первая спецификация Bluetooth 1.0 была утверждена в 1999 году. Она обеспечивала скорость до 1 Мбит/с на расстоянии до 10 метров, использовала частотный диапазон 2,4 ГГц и метод прыжковой перестройки частоты (FHSS) для устойчивости к помехам. Несмотря на медленное начало — из-за высокой стоимости чипов и проблем совместимости — к середине 2000-х Bluetooth стал стандартом де-факто для гарнитур, мышей и клавиатур.

Архитектура​

Основная логическая единица в классическом Bluetooth — piconet (пикосеть). Это сеть из одного мастера и до семи активных слейвов (ведомых устройств). Все устройства синхронизируются по часам мастера и работают в одном временном цикле, разбитом на 1600 слотов по 625 мкс. Передача данных происходит по принципу TDD (Time Division Duplex): в чётных слотах мастер передаёт слейву, в нечётных — слейв отвечает. Дополнительно могут быть до 255 приостановленных (parked) устройств, которые периодически просыпаются для синхронизации.

Несколько piconet могут пересекаться, образуя scatternet — сеть сетей. В этом случае одно устройство может выступать мастером в одной piconet и слейвом — в другой. Однако из-за сложности синхронизации и высокого энергопотребления scatternet редко используются на практике.

Эволюция​

Bluetooth развивался по двум параллельным ветвям:

  1. Bluetooth Classic (BR/EDR — Basic Rate / Enhanced Data Rate)
    Ориентирован на непрерывную, относительно высокоскоростную передачу: аудиопотоки (A2DP), передача файлов (OBEX), последовательный порт (SPP).

    • Bluetooth 2.0 + EDR (2004) — скорость до 3 Мбит/с.
    • Bluetooth 3.0 + HS (2009) — гибридный режим: управление по Bluetooth, данные — по Wi-Fi (реализован редко).
    • Bluetooth 4.0 (2010) — ключевой рубеж: введён Bluetooth Low Energy (BLE) как отдельный, совместимый на уровне радио, но несовместимый на уровне протоколов стек.

  2. Bluetooth Low Energy (BLE)
    Полностью переработанная архитектура для устройств с питанием от батареек: датчиков, браслетов, маяков, умных замков.

    • Радиочасть осталась в 2,4 ГГц, но используется только 40 каналов вместо 79, из них 3 — широковещательных (advertising channels), остальные — для соединений.
    • Устройства большую часть времени находятся в спящем режиме, просыпаясь на миллисекунды для передачи небольших пакетов.
    • Энергопотребление снижено на порядки: батарейка CR2032 способна питать BLE-маяк более года.
    • Введена концепция GATT (Generic Attribute Profile) — иерархическая структура данных: сервисы → характеристики → дескрипторы. Это позволяет стандартизировать взаимодействие: например, сервис «Heart Rate» всегда предоставляет характеристику «Heart Rate Measurement» в заданном формате — независимо от производителя.

Bluetooth 4.2 (2014) добавил поддержку IPv6 через протокол 6LoWPAN — BLE-устройства могут напрямую подключаться к интернету без шлюза.
Bluetooth 5.0 (2016) удвоил скорость (2 Мбит/с), учетверил дальность (до 240 м в режиме кодирования Coded PHY), увеличил ёмкость advertising-пакетов в 8 раз — что дало толчок развитию beacon-технологий (iBeacon, Eddystone) для indoor-навигации и proximity-маркетинга.

Bluetooth 5.1 (2019) внёс direction finding — определение направления на источник сигнала с точностью до нескольких градусов с помощью фазовых решёток антенн. Это база для высокоточной indoor-локализации без GPS.

Bluetooth 5.3–5.4 (2022–2023) усилили безопасность (аутентифицированный advertising), улучшили стабильность соединений в перегруженных условиях и ввели Periodic Advertising with Responses (PAwR) — эффективный способ опроса множества устройств (например, датчиков в умном доме), не требующий установки соединения.

LE Audio и Auracast​

Bluetooth 5.2 (2020) заложил основу для LE Audio — полноценной замены классическому аудио на базе BLE.

Ключевые компоненты:

  • LC3 (Low Complexity Communication Codec) — новый кодек, обеспечивающий лучшее качество при половине битрейта по сравнению с SBC. Поддерживает масштабируемость: от 16 кбит/с (для голосовых вызовов) до 320 кбит/с (Hi-Res).
  • Multi-Stream Audio — позволяет одному источнику (например, смартфону) независимо управлять несколькими аудиопотоками: левый и правый наушники, а также, например, звук на колонку и субтитры на планшет — без синхронизации задержек.
  • Auracast Broadcast Audio — революционная функция: одно устройство (передатчик) может транслировать аудио в открытом эфире, а любое число приёмников (наушники, слуховые аппараты) может подключиться без спаривания. Это открывает сценарии:
    • Трансляция аудиогида в музеях.
    • Синхронный перевод на конференциях.
    • Доступность: слуховые аппараты автоматически принимают звук с экрана в кинотеатре.

LE Audio требует аппаратной поддержки новых чипов (начиная с 2022 года), но совместимость с классическим A2DP сохраняется через двойные стеки.

Топология mesh​

Bluetooth Mesh (спецификация 2017) — отдельный профиль на основе BLE, предназначенный для промышленного IoT и умного освещения.

В отличие от piconet, mesh-сеть не имеет мастеров: все узлы равноправны и могут ретранслировать сообщения. Используется flooding с управлением TTL (time-to-live), шифрование на уровне сети и приложения, а также механизмы предотвращения петель. Такая топология позволяет охватить целое здание десятками или сотнями узлов, где сигнал от выключателя проходит через 5–10 промежуточных светильников, прежде чем достигнет цели.

Mesh особенно эффективен там, где важна отказоустойчивость: выход из строя одного узла не разрывает сеть.

Другие короткодистанционные технологии​

NFC (Near Field Communication)​

NFC — технология радиосвязи на крайне коротких расстояниях (до 10 см), основанная на принципе магнитной индукции. Работает на частоте 13,56 МГц, скорость — до 424 кбит/с.

В отличие от Bluetooth и Wi-Fi, NFC не требует спаривания: взаимодействие инициируется физическим приближением. Есть три режима:

  • Reader/Writer — устройство считывает пассивные метки (например, NFC-бирки на товарах).
  • Peer-to-Peer — обмен данными между двумя активными устройствами (например, передача контакта между телефонами — Android Beam).
  • Card Emulation — устройство имитирует бесконтактную карту (платёжную, транспортную). Здесь вся обработка идёт в защищённом элементе (Secure Element) или через HCE (Host Card Emulation), что позволяет использовать смартфон как карту.

NFC часто служит «триггером» для более ёмких технологий: например, прикосновение NFC-метки может инициировать подключение по Bluetooth или Wi-Fi.

UWB (Ultra-Wideband)​

UWB — технология, использующая импульсы очень короткой длительности в диапазоне от 3,1 до 10,6 ГГц с полосой сигнала не менее 500 МГц. Такая ширина полосы позволяет с высокой точностью измерять время распространения сигнала, а значит — расстояние между устройствами.

Точность локализации достигает ±10 см, что делает UWB идеальной для:

  • Цифровых ключей (например, Apple CarKey — автомобиль распознаёт владельца и открывает двери при приближении).
  • Поиска потерянных вещей (AirTag использует UWB для точного наведения в приложении «Локатор»).
  • Промышленного позиционирования (перемещение грузов на складе).

UWB не предназначен для передачи больших объёмов данных — его роль — высокоточное измерение расстояния и направления.

Zigbee и Thread​

Обе технологии работают в 2,4 ГГц (ISM), но используют сетевые уровни, отличные от Bluetooth.

  • Zigbee — стандарт на базе IEEE 802.15.4, ориентированный на низкоскоростные, самоорганизующиеся mesh-сети. Энергопотребление сопоставимо с BLE, но протокол сложнее, а задержки выше. Широко применяется в промышленной автоматизации и умном доме (освещение Philips Hue, датчики Samsung SmartThings).

  • Thread — более современный протокол, также на основе 802.15.4, но с использованием IPv6 (через 6LoWPAN) и протоколов маршрутизации, заимствованных из проводных сетей (RPL — Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks). Thread обеспечивает прямую интеграцию в домашнюю сеть: каждое устройство имеет IPv6-адрес и доступно без облачного посредника. Поддерживается альянсом Connectivity Standards Alliance (бывш. Zigbee Alliance), вместе с Matter — единым стандартом прикладного уровня для умного дома.

IrDA​

Хотя вы упомянули IrDA в тезисах, стоит отметить: технология практически вышла из употребления. IrDA (Infrared Data Association) использовала модулированный инфракрасный свет (обычно 850–900 нм) для передачи данных до 4 Мбит/с. Обязательным условием была прямая видимость и расстояние до 1 метра. Уязвимость к засветке (солнечный свет содержит ИК-компонент), отсутствие изотропности (нужно точно «навести» устройства) и появление Bluetooth сделали IrDA нежизнеспособной для массового рынка.

Тем не менее, инфракрасные передатчики остаются в некоторых смартфонах (редко — в 2020-х), но уже не как средство обмена данными, а как универсальный ИК-пульт — для управления ТВ, кондиционерами, проекторами. Здесь используется простая модуляция (например, протоколы NEC, RC-5), а не сетевой стек.

Сравнительная эффективность в IoT-сценариях​

ПараметрBLEZigbeeThreadNFCUWB
Диапазон2,4 ГГц2,4 ГГц2,4 ГГц13,56 МГц3,1–10,6 ГГц
Дальностьдо 240 м (Coded PHY)до 100 мдо 100 мдо 10 смдо 50 м
Скоростьдо 2 Мбит/с250 кбит/с250 кбит/с424 кбит/сдо 27 Мбит/с
Топологиязвезда, meshmeshmesh (IPv6)точка-точказвезда, позиционирование
Энергопотреблениеочень низкоенизкоенизкоеумеренное (при активном режиме)среднее
Интернет-интеграциячерез шлюз или 6LoWPANчерез шлюзпрямая (IPv6)нетчерез шлюз
Типичное применениеносимые устройства, маякипромышленный IoT, освещениеумный дом (Matter)платежи, инициализацияточное позиционирование

Выбор технологии определяется не скоростью, а профилем использования: потребление энергии, топология, необходимость интернет-доступа, требования к безопасности и локализации.

Сотовая связь​

Сотовая связь — это технология беспроводной связи, в которой географическая зона обслуживания разбивается на множество смежных участков, называемых сотами. Каждая сота обслуживается базовой станцией (Base Station, BS), представляющей собой антенный комплекс и радиооборудование, установленное на вышке, крыше здания или уличном шкафу.

Форма соты близка к шестиугольнику — это оптимальная геометрическая фигура для равномерного покрытия плоскости без пробелов и минимального перекрытия. На практике границы соты определяются рельефом, застройкой, мощностью передатчика и интерференцией соседних станций — поэтому реальные зоны имеют неправильную форму.

Принцип работы следующий:
— Мобильное устройство (телефон, модем) регистрируется в сети и подключается к ближайшей базовой станции с наилучшим качеством сигнала.
— Базовая станция соединена с ядром сети (Core Network) через транспортную сеть — обычно оптоволоконную, реже — микроволновую радиорелейную линию.
— Когда пользователь перемещается, устройство непрерывно измеряет уровень сигнала от соседних станций. При достижении порогового значения происходит хэндовер (handover) — плавная передача сеанса связи от одной соты к другой без разрыва соединения.
— Одна и та же частота может быть использована в несмежных сотах — это называется реюзом частот и позволяет многократно увеличить ёмкость сети.

Такая структура обеспечивает масштабируемость: для роста ёмкости не требуется расширение спектра — достаточно уплотнить соты (уменьшить их размер), добавив больше базовых станций. Современные мегаполисы используют иерархию:

  • Макросоты — вышки высотой 15–50 м, покрывающие километры.
  • Микросоты — уличные шкафы или фонарные столбы, покрытие до 500 м.
  • Пикосоты — в торговых центрах, вокзалах (до 200 м).
  • Фемтосоты — домашние базовые станции, подключаемые к домашнему интернету, для улучшения покрытия внутри здания.

Эволюция поколений​

Каждое поколение мобильной связи определяет парадигму использования. Ниже — развёрнутое описание, без сокращений и упрощений.

1G​

Первые коммерческие сотовые системы — AMPS (США), TACS (Великобритания), NMT (Скандинавия) — работали в диапазоне 450–900 МГц. Связь была аналоговой: речь модулировалась непосредственно на несущую волну с помощью FM. Каждый разговор занимал отдельный частотный канал шириной 30 кГц (AMPS) или 25 кГц (TACS).

Ограничения:
— Отсутствие шифрования: прослушка возможна простым сканером.
— Низкая ёмкость: только один разговор на канал.
— Чувствительность к шумам и интерференции.
— Отсутствие поддержки передачи данных.

Тем не менее, 1G доказал жизнеспособность концепции мобильной связи и заложил инфраструктурную основу для последующих поколений.

2G​

Второе поколение началось с запуска стандарта GSM (Global System for Mobile Communications) в Европе. Ключевое отличие — полный переход к цифровой модуляции (GMSK — Gaussian Minimum Shift Keying) и использованию TDMA/FDMA: частотный диапазон делился на каналы шириной 200 кГц, каждый из которых разбивался на 8 временных слотов. Один пользователь занимал один слот в каждом кадре — так достигалась многопользовательская эффективность.

Возможности 2G:
— Цифровое кодирование речи (кодеки FR, EFR, AMR) — лучшее качество и сжатие.
— Шифрование вызовов (COMP128) — хотя и с уязвимостями.
— Передача коротких текстовых сообщений — SMS, ставшая культурным феноменом.
— Пакетная передача данных — GPRS (General Packet Radio Service, 2000), «2,5G», скорость до 50–115 Кбит/с. Впервые появилось понятие «Always-on»: устройство постоянно в сети, данные передаются по мере необходимости.
— EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution, «2,75G») — модернизация модуляции (8-PSK вместо GMSK), скорость до 474 Кбит/с.

GSM стал глобальным стандартом благодаря открытой спецификации, международному роумингу и сменным SIM-картам — что отделило абонента от устройства и ускорило конкуренцию операторов.

3G​

Третье поколение, представленное стандартом UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), перешло от TDMA к CDMA (Code Division Multiple Access) — технологии, где все пользователи передают одновременно в одном частотном канале, но с разными кодовыми последовательностями. Приёмник выделяет нужный сигнал, коррелируя с известным кодом.

Диапазон — 2100 МГц (основной), позже добавлены 900 и 1800 МГц. Ширина канала — 5 МГц (против 200 кГц у GSM). Это позволило достичь:
— Теоретической скорости до 2 Мбит/с в неподвижном режиме.
— Поддержки видеозвонков (по протоколу 3G-324M).
— Постоянного IP-соединения: каждое устройство получает публичный или NAT-ированный IPv4-адрес.
— Развития мобильного веба: WAP уступил место полноценным HTML-браузерам.

Позже появился HSPA (High-Speed Packet Access) — «3,5G»:
— HSDPA (2005) — до 14,4 Мбит/с в нисходящем канале.
— HSUPA (2007) — до 5,76 Мбит/с в восходящем канале.
— HSPA+ (2008) — 64-QAM, MIMO 2×2, до 42 Мбит/с.

3G сделал смартфон функциональным инструментом: электронная почта, карты, мессенджеры, потоковое аудио стали повседневностью.

4G​

Четвёртое поколение — LTE (Long-Term Evolution) — это первый полностью пакетный стандарт: в нём нет канального коммутатора, только IP. Голос передаётся через VoLTE (Voice over LTE) — как любой другой IP-трафик.

LTE использует OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) в нисходящем канале и SC-FDMA (Single Carrier FDMA) в восходящем — для снижения пик-фактора и экономии энергии у устройств. Ширина канала — от 1,4 до 20 МГц (и до 100 МГц в агрегации несущих).

Ключевые особенности:
— Простая архитектура: eNodeB (базовая станция) напрямую соединена с Evolved Packet Core (EPC). Исключены промежуточные контроллеры (RNC, MSC).
— Поддержка MIMO: 2×2, 4×4, 8×8 — пространственное мультиплексирование и beamforming.
— Агрегация несущих (CA — Carrier Aggregation): объединение нескольких частотных блоков (например, 1800 МГц + 2600 МГц) в один логический канал.
— Теоретическая скорость: 150 Мбит/с (LTE Cat 4), 300 Мбит/с (Cat 6), до 1 Гбит/с (LTE-Advanced Pro, Cat 18, 4×4 MIMO + 5CA + 256-QAM).

LTE обеспечил прорыв в медиапотреблении: HD-видео, облачные игры, видеоконференции стали стабильными даже на ходу.

5G​

Пятое поколение — это не просто «быстрее 4G», а новая архитектура, охватывающая три ключевых сценария использования (определённых ITU-R как IMT-2020):

  1. eMBB (enhanced Mobile Broadband) — сверхширокополосный доступ:
    — Скорость до 10–20 Гбит/с в нисходящем канале.
    — Задержка менее 10 мс (в идеальных условиях — до 1 мс).
    — Поддержка плотности до 1 млн устройств на км² (против 100 тыс. у 4G).

  2. uRLLC (ultra-Reliable Low-Latency Communication) — ультранадёжная связь с минимальной задержкой:
    — Задержка 1 мс с надёжностью 99,999 %.
    — Применение: удалённое управление роботами, хирургия, промышленный IoT, V2X (автомобиль-инфраструктура).

  3. mMTC (massive Machine-Type Communication) — массовые подключения машин:
    — Энергоэффективность: 10 лет работы от одной батарейки.
    — Поддержка NB-IoT и LTE-M как переходных решений, а в полной реализации — 5G NR в режиме RedCap (Reduced Capability) для лёгких IoT-устройств.

Физический уровень​

5G NR (New Radio) — новый радиоинтерфейс, совместимый с LTE (в режиме NSA — Non-Standalone), но способный работать автономно (SA — Standalone).

— Диапазоны:

  • Sub-1 GHz (600–900 МГц) — дальность и проникновение, «покрытие».
  • 1–6 ГГц (3,5 ГГц — основной в Европе/России) — баланс скорости и покрытия.
  • mmWave (24–100 ГГц) — ультравысокие скорости (до 10 Гбит/с), но дальность — 100–200 м, чувствительность к препятствиям.

— Модуляция и множественный доступ:
— OFDMA — в обоих направлениях (в отличие от LTE).
— Поддержка 256-QAM и 1024-QAM (в Sub-6).
— Flexible numerology: разные размеры поднесущих (15, 30, 60, 120 кГц) для адаптации под сценарий (широкая полоса для eMBB, узкая — для mMTC).

— Massive MIMO и beamforming:
Базовые станции оснащаются фазированными антенными решётками (64T64R, 128T128R), формирующими узкие направленные лучи (beams) на каждое устройство. Это повышает спектральную эффективность, снижает интерференцию и компенсирует потери в mmWave-диапазоне.

Сетевой уровень​

Ядро 5G — 5GC (5G Core) — построено по принципам NFV (Network Functions Virtualization) и SDN (Software-Defined Networking). Все функции — AMF (Access and Mobility Management), SMF (Session Management), UPF (User Plane Function) — работают как виртуальные сервисы в облачной инфраструктуре.

Ключевая инновация — network slicing. Оператор может создать несколько логических сетей «поверх» одной физической инфраструктуры:
— Slice для AR/VR — высокая пропускная способность, низкая задержка.
— Slice для счётчиков ЖКХ — низкая скорость, сверхнизкое энергопотребление.
— Slice для экстренных служб — гарантированная надёжность и приоритет.
Каждый slice имеет собственные политики QoS, маршрутизации и безопасности.

Инфраструктура​

Современные сети используют C-RAN (Centralized RAN): радиочасть (RU — Radio Unit) выносится на вышку, а обработка (DU — Distributed Unit, CU — Centralized Unit) концентрируется в дата-центре. Это позволяет:
— Совместно использовать ресурсы между сотами.
— Внедрять ИИ-алгоритмы для оптимизации радиоресурсов.
— Интегрировать с MEC (Multi-access Edge Computing) — размещением серверов вблизи базовых станций. Приложения (например, распознавание видео с камер наблюдения) работают локально, без отправки данных в облако, что снижает задержку до 1–5 мс.

Сотовая связь — не спутниковая​

Сотовые сети строятся на наземной инфраструктуре. Базовые станции соединяются между собой и с ядром сети проводными каналами (оптика, медь) или радиорелейными линиями. Даже в удалённых регионах покрытие обеспечивается мобильными вышками на грузовиках или солнечных станциях — но всегда на земле.

Спутники не участвуют в работе классических мобильных операторов (МТС, Билайн, Tele2 и др.). Если телефон работает в море или в тайге, это не означает, что он подключился к спутнику — скорее всего, там установлена наземная станция (например, на нефтяной платформе или в посёлке геологов).

Существуют гибридные технологии (например, NTN — Non-Terrestrial Networks в 3GPP Release 17), где 5G-стандарт адаптируется для работы через LEO-спутники (Starlink, OneWeb), но это — отдельный режим, требующий специфических антенн и модемов. Обычные смартфоны его не поддерживают.

6G (исследовательский этап)​

Хотя коммерческое внедрение 6G ожидается не ранее 2030 года, работы уже ведутся. Основные направления:

— Терагерцовые частоты (0,1–10 ТГц): потенциальная скорость — до 1 Тбит/с. Но требуются новые материалы, антенны, схемы компенсации поглощения атмосферой.

— Интеграция коммуникации и сенсинга (ISAC): одна радиосистема одновременно передаёт данные и сканирует окружающее пространство — как радар. Это позволит автомобилям «видеть» сквозь туман, а дронам — строить 3D-карту в реальном времени.

— Искусственный интеллект на всех уровнях: от прогнозирования загрузки сот до автономной оптимизации параметров сети.

— Квантовая безопасность: распределение квантовых ключей через радиоканал (QKD over RF).

6G рассматривается не как сотовая сеть, а как платформа для цифровых двойников реального мира — с непрерывным, прозрачным, интеллектуальным взаимодействием человека, машин и окружающей среды.

Спутниковая связь​

Спутниковая связь — это система передачи информации, в которой в качестве ретранслятора используется искусственный спутник Земли. Сигнал отправляется с наземной станции (Ground Station, Gateway), принимается спутником, усиливается, преобразуется по частоте (чтобы избежать самовозбуждения) и ретранслируется обратно на Землю — либо на другую наземную станцию (для межконтинентальной связи), либо непосредственно на пользовательский терминал (для прямого доступа).

Такая архитектура применяется в следующих случаях:

  • Отсутствие наземной инфраструктуры: океаны, полярные регионы, пустыни, горные массивы.
  • Экстренные ситуации: стихийные бедствия, когда наземные линии связи разрушены.
  • Мобильные объекты: суда в открытом море, авиация, экспедиционные группы.
  • Вещание: спутниковое телевидение и радио — сигнал рассылается одновременно миллионам приёмников.

Ключевая особенность спутниковой связи — большая задержка (latency), обусловленная конечной скоростью света и расстоянием до спутника. Она — фундаментальное ограничение, вытекающее из физики, и не устраняется ни модернизацией чипов, ни алгоритмами компрессии.

Орбиты и их влияние на характеристики связи​

Параметры спутниковой системы определяются, прежде всего, типом орбиты. Различают три основных класса:

1. Геостационарная орбита (GEO — Geostationary Earth Orbit)​

— Высота: 35 786 км над экватором.
— Период обращения: ровно 23 ч 56 мин 4 с — совпадает с периодом вращения Земли.
— Спутник «висит» над одной точкой земной поверхности.

Преимущества:
— Одним спутником можно покрыть до 42 % поверхности Земли (например, вся Европа, Африка и часть Азии — одним аппаратом).
— Наземные антенны неподвижны: достаточно направить их один раз — и система работает годами.
— Устойчивая геометрия упрощает проектирование и обслуживание.

Недостатки:
— Общая задержка «туда-обратно»: ~540–600 мс (только за счёт распространения сигнала). Это делает невозможным интерактивные приложения в реальном времени: видеозвонки с эхом, онлайн-игры с «лагом», дистанционное управление — работают плохо.
— Высокая мощность передатчика и крупные антенны требуются на пользовательской стороне из-за огромного расстояния и потерь по свободному пространству (~200 дБ на частоте 12 ГГц).
— Сигнал не доходит до полярных регионов: выше ~81° широты спутники скрываются за горизонтом.

Применение:
— Спутниковое телевидение (Tricolor, НТВ-Плюс, DirecTV).
— VSAT-сети (Very Small Aperture Terminal) — корпоративные каналы для удалённых офисов, нефтебаз, метеостанций.
— Авиационная и морская связь (через Inmarsat, Intelsat).
— Навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС) используют геосинхронные спутники (не стационарные — они движутся по наклонным орбитам), но их орбиты тоже высокие (~19 000–23 000 км), поэтому задержка сигнала составляет ~130 мс.

2. Средневысотная орбита (MEO — Medium Earth Orbit)​

— Высота: 5 000–12 000 км.
— Период обращения: 2–12 часов.
— Спутники движутся относительно Земли, но медленнее, чем LEO.

Особенности:
— Задержка: ~120–150 мс — приемлема для большинства приложений, кроме ultra-low-latency.
— Для непрерывного покрытия требуется созвездие из 10–20 спутников.
— Антенны могут быть компактнее, чем для GEO, но всё ещё крупнее, чем для LEO.

Применение:
— Основное — навигационные системы: GPS (20 200 км), ГЛОНАСС (19 100 км), Galileo (23 222 км), BeiDou (MEO + GEO + IGSO).
— Некоторые системы связи, например, O3b (ныне часть SES) — ориентированы на обеспечение backhaul для наземных операторов в развивающихся странах. O3b использует 20 спутников на высоте 8062 км, обеспечивая задержку ~150 мс и пропускную способность до 1,6 Гбит/с на спутник.

3. Низкая околоземная орбита (LEO — Low Earth Orbit)​

— Высота: 300–2 000 км (чаще всего 500–1 200 км).
— Период обращения: 90–120 минут.
— Спутник виден с одной точки Земли от 2 до 10 минут.

Преимущества:
— Минимальная задержка: ~20–50 мс (в зависимости от высоты и числа перескоков между спутниками). Это сопоставимо с задержкой в наземных сетях.
— Меньшие потери по трассе → компактные пользовательские терминалы (антенны размером с ноутбук).
— Возможность использования современных модуляций (256-QAM, 1024-QAM) и MIMO даже на борту.

Недостатки:
— Для непрерывного глобального покрытия требуется крупное созвездие: сотни или тысячи спутников.
— Спутники должны быть связаны друг с другом (межспутниковая связь, ISL — Inter-Satellite Link) через лазерные или радиочастотные каналы, иначе каждый терминал должен постоянно переключаться между наземными шлюзами, что увеличивает задержку и нагрузку на наземную сеть.
— Высокая скорость движения требует точного слежения за спутниками и быстрого handover между ними.

Применение:
— Starlink (SpaceX): более 6 000 запущенных спутников (план — до 42 000), высота ~550 км, лазерные ISL на большинстве аппаратов. Скорость — 50–200 Мбит/с для потребительских терминалов, до 1 Гбит/с — для enterprise. Задержка — 25–45 мс.
— OneWeb: ~650 спутников (план — 6 372), высота 1 200 км, фокус на backhaul и правительственных заказчиках.
— Иридиум NEXT: 66 спутников на 780 км, полностью замкнутая сеть с ISL, поддержка голоса и коротких сообщений напрямую на спутниковый телефон (например, Iridium 9555).
— Amazon Kuiper: запуски начались в 2024 году, план — 3 236 спутников.

LEO-системы кардинально изменили экономику спутниковой связи: снижение стоимости запусков (многоразовые ракеты), массовое производство спутников, интеграция с наземными сетями — сделали спутниковый интернет доступным для широкого круга пользователей.

Архитектура спутниковой системы​

Любая современная спутниковая система состоит из четырёх уровней:

  1. Пользовательский сегмент (User Segment)
    — Терминалы: от стационарных VSAT-антенн (1,2–2,4 м) до мобильных «тарелок» (Starlink Dish, 0,48 м) и компактных модемов (Iridium GO!, Inmarsat BGAN).
    — Для LEO-систем используются фазированные антенные решётки — электронное сканирование без механического поворота. Устройство автоматически «цепляется» за пролетающий спутник и переключается на следующий без участия пользователя.

  2. Космический сегмент (Space Segment)
    — Спутники, оснащённые:

    • Транспондерами (приём → усиление → сдвиг частоты → передача);
    • Солнечными батареями и системами ориентации;
    • Для LEO — оптическими терминалами для ISL (например, Starlink использует лазерные связи со скоростью 100+ Гбит/с между спутниками).

  3. Наземный сегмент (Ground Segment)
    — Шлюзы (Gateways) — крупные станции с антеннами 5–13 м, подключённые к интернет-магистрали. Через них трафик пользователей выходит в глобальную сеть.
    — Центры управления полётами (TT&C — Telemetry, Tracking & Command) — мониторинг орбиты, коррекция, загрузка ПО.

  4. Сегмент управления и сервисов (Service Segment)
    — Системы биллинга, аутентификации, мониторинга качества, сетевого управления.
    — Для спутниковых IoT-систем — облачные платформы для сбора и анализа данных с датчиков.

Протоколы и адаптация к высокой задержке​

Стандартные протоколы (TCP, TLS, HTTP) разрабатывались для наземных сетей с задержкой <100 мс. При работе через GEO они работают неэффективно:

— TCP медленно выходит на полную скорость (slow start), так как ждёт подтверждения ACK после каждого RTT. При RTT = 600 мс загрузка страницы может занять десятки секунд.

Решения:

  • TCP acceleration: прокси-серверы на шлюзах разрывают TCP-соединение на два участка — наземный (быстрый) и спутниковый (с адаптированными таймаутами и окнами).
  • SCPS-TP (Space Communications Protocol Standards — Transport Protocol) — версия TCP, оптимизированная для космоса: устойчивость к разрывам, сжатие заголовков, ускоренный slow start.
  • HTTP/3 поверх QUIC: снижает влияние потерь пакетов и задержки за счёт мультиплексирования и 0-RTT handshake.

Для LEO-систем с задержкой <50 мс эти меры уже не обязательны — можно использовать стандартные протоколы.

Спутниковая связь и мобильные сети​

В 3GPP Release 17 (2022) введена поддержка NTN (Non-Terrestrial Networks) — возможности работы 5G NR и NB-IoT через спутники. Это не означает, что обычные смартфоны внезапно начали «цеплять» Starlink. NTN требует:

— Модификации радиоинтерфейса: компенсация доплеровского сдвига (до ±200 кГц для LEO), увеличение временных окон для передачи, адаптация к длительному handover между спутниками.
— Специальных чипсетов: Qualcomm, MediaTek и другие разрабатывают NTN-совместимые модемы (например, Snapdragon X75).
— Спутников, поддерживающих 5G NR в L/S-диапазонах (1–2 ГГц), где антенны могут быть встроены в смартфон.

Первые коммерческие реализации:

  • AST SpaceMobile — строит спутники размером с автобус, чтобы обычные телефоны (LTE/5G) могли напрямую подключаться к спутнику без внешнего терминала.
  • Huawei Mate 60 Pro (2023) — поддержка спутниковых SMS через китайскую систему Tiantong.
  • iPhone 14/15/16 — экстренные сообщения через спутник (SOS via Satellite) с помощью Globalstar (LEO, 1 700 км), но только текст, без голоса и интернета.

Это — направление развития. Пока спутниковый и сотовый доступ остаются раздельными системами с разными терминалами, протоколами и бизнес-моделями.