В марте 2024 года регулятор FCC согласовал нормативно-правовую базу для сервиса прямого спутникового доступа (Direct-to-Device, D2D) в США. SpaceX, использующий на правах сублизинга частоты сотового оператора T-Mobile, будут иметь вторичный приоритет. Такое правило закреплено в п. 4.4 Регламента радиосвязи ITU (non-protected/non-interference basis) — не создавать помех приоритетным сервисам, которым частоты в диапазоне были выделены ранее. Однако США стали первой страной, применившей его для D2D. Вероятно, вскоре их примеру последуют и другие страны. Использование сотовых частот даёт возможность подключить обычные устройства. Сначала это будут сообщения/сигнал SOS с координатами, потом добавится голос, а затем и передача данных на скоростях 2-4 Мбит/с. Пока D2D воспринимается как премиальный сервис (Apple iPhone и флагманы Huawei). Но приоритетным для него будут наименее развитые страны Африки и Азии, где на «границе сети» живут оставшиеся полмиллиарда абонентов, нуждающиеся в базовых услугах. И на этом рынке уже тесно и без SpaceX.

1. Вопросы стандартизации

Работы по стандартизации прямого подключения обычных смартфонов и IoT-устройств к спутникам для предоставления бесшовной услуги в гибридных сетях 4G/5G/спутник (Direct-to-Device/D2D или Direct-to-Cell/D2C) были завершены в 3GPP Release 17 в декабре 2022 года. Там появился термин «неназемные сети» (Non-terrestrial networks, NTN) и был предложен ряд методов минимизации частотных сдвигов доплеровского смещения путём точного прогнозирования положения спутников по данным ГНСС и протокольной компенсации физических задержек в радиоканале (главная проблема в D2D). В Rel.17 появились спецификации двух новых стандартов. Прежде всего, это узкополосный IoT-NTN на основе технологии NB-IoT для передачи сообщений и работы других узкополосных приложений (отслеживание местоположения, мониторинг, передача телеметрии). Скорость передачи данных сравнима с сетями 2G, но без гарантии параметров качества обслуживания (QoS) из-за задержки сигнала. А второй стандарт — широкополосный NR-NTN, определяющий использование New Radio (NR) для поддержки традиционных для сетей 4G приложений. И такие сети — пока лишь среднесрочная перспектива.

Основная задача NTN — расширить зону обслуживания сетей 5G, обеспечив услуги связи для удалённых регионов, куда сотовые операторы традиционно не дотягиваются из-за отсутствия инфраструктуры и/или высокой стоимости/минимального числа абонентов. В частности, по данным GSMA, сотовыми сетями обслуживается 80% населения Земли, но менее 40% суши. Стандартизация NTN продолжится в Release 18, финальная «заморозка» 5G Advanced ожидается в 2024 году. Развёртывание 5G-радиоинтерфейса NTN возможно в двух архитектурах: transparent mode (прозрачный режим) и regenerative mode (регенеративный режим). Из-за относительной простоты 3GPP Rel. 17 оперирует пока только прозрачным режимом. В нём спутник работает как ретранслятор (bent pipe) по принципу «что передаётся вверх, то возвращается обратно», а вся цифровая обработка сигнала происходит на базовой станции (gNB), которая совмещена с наземной станции сопряжения. Соответственно, в Rel. 18 планируется стандартизация более сложного регенеративного режима, в котором роль gNB будет играть уже сам спутник для снижения круговой задержки и маршрутизации сигнала по всему созвездию с использованием межспутниковых каналов. Это значительно усложнит КА, увеличит не только его стоимость, но и энергопотребление (а теплоотвод в вакууме и без этого сегодня — основная боль разработчиков). Всё это вызывает у некоторых экспертов сомнения в реализуемости такого режима. Так или иначе, но пока все проекты D2D ориентируются на стандартизированный в 3GPP Rel. 17 простой «прозрачный режим».

«Прозрачный» режим работы КА в сетях 5G NTN

При этом в части абонентских устройств возможны два пути развёртывания систем D2D. Первый путь — разработка кастомизированных мобильных чипсетов для интеграции поддержки частот уже имеющегося спутникового спектра. Так делает Apple с Qualcomm на частотах Globalstar, а также Huawei и до недавнего времени Iridium. Ключевое преимущество — в использовании существующего глобального спутникового спектра, дополнительных разрешений от национальных регуляторов не требуется. Но есть и минус — кастомизированные чипсеты фактически ограничивают рынок премиальным сегментом. Второй путь заключается в использовании типовых мобильных устройств сетей 3G/4G при условии обеспечения сопряжения спутниковой системы с ядром сети 5G. В этом случае становится доступным массовый рынок с обычными устройствами, но требуются разрешения национальных регуляторов на сублизинг частот партнёрских сотовых операторов. По этому пути идут SpaceX (частоты T-Mobile USA), а также AST SpaceMobile (частоты AT&T) и Lynk Global.

2. Использование в D2D спутниковых частот: не только Apple iPhone

Apple в сентябре 2022 года запустил услугу отправки сигнала SOS с координатами в отсутствие покрытия сотовой связи для iPhone 14. Они созданы на базе радиомодема Qualcomm X65 с поддержкой частот спутникового оператора Globalstar (n53, S-диапазон/2,4 ГГц). В идеальных условиях отправка сигнала SOS занимает минимум 15 с и максимум 3 мин. Сервис не работает в автоматическом режиме — над обработкой и диспетчеризацией экстренных сообщений занято более 300 сотрудников Globalstar. В итоге на III кв 2023 года на сервис D2D для Apple приходилась уже половина квартальной выручки спутникового оператора ($55 млн). Для масштабирования сервиса он заказал производство 17 КА следующего поколения, их запуск планируется в 2025 году. Apple возместит 95% стоимости их создания и запуска в обмен на предоставление 85% ёмкости нового созвездия под себя. Кроме того, для автовладельцев Apple совместно с AAA также предлагает сервис помощи на дороге. Как и отправка SOS, он для владельцев iPhone 14 и 15 бесплатный в течение первых двух лет.



По такому же пути пошёл и Huawei, флагманская линейка абонентских устройств Mate 50 которого на базе чипсета Qualcomm Snapdragon 8+ Gen 1 SoC, позволяет обмениваться короткими сообщениями (78 байт) через навигационные спутники BeiDou-3. Да, это специфическая особенность навигационных спутников Китая, которые в отличие от GPS и ГЛОНАСС несут дополнительной полезной нагрузкой ещё и ретрансляторы RSMCS (BeiDou regional short message communication service). Но сервис этот не глобальный, работает только в Китае и на территории сопредельных стран. К маю 2023 года сервис спутниковых SMS был расширен на Huawei P60 Pro, Mate X3, Mate Xs 2 и Nova 11 Ultra, а также умные часы Huawei Watch Ultimate/4. Ну а в августе 2023 года Huawei представил обновлённую флагманскую линейку устройств Mate 60 уже на базе собственных мобильных чипсетов. Смартфон в версии Pro позволял совершать экстренные голосовые вызовы через ГСО-спутники Tiantong оператора China SatCom (S-диапазон). А обмен сообщениями по-прежнему шёл через навигационные КА Beidou. Специальный радиомодем для этого был разработан одним из НИИ госкорпорации CETC (China Electronics Technology Group Corporation). Устройство было доступно только в Китае по цене $985.

На MWC-23 MediaTek объявил о доступности чипсета MT6825 стандарта IoT-NTN (NB-IoT) с поддержкой двусторонней передачи SMS и сигнала SOS с координатами через ГСО-спутники Inmarsat (L/S-диапазоны). Отраслевым партнёром выступил Bullitt со своей коммуникационной платформой Bullitt Satellite Messenger. Через год на ней были доступны два смартфона Motorola Defy 2 за $600 и CAT S75, а также спутниковый модем Motorola Defy Satellite Link за $149. Поскольку используются спутники на ГСО, отправка SMS занимает до 30 с. Bullitt через компанию Focus Point также предлагает автовладельцам сервис SOS Assist. Всем покупателям смартфонов Bullitt предлагает бесплатное использование спутниковым сервисом на три месяца (для модема — на год), а после тарифы начинаются от $5/месяц для 30 SMS. В Барселоне о планах по интеграции технологии D2D в референсную платформу Exynos Modem 5300 объявил и Samsung. Также компания планировала интегрировать в свои радиомодемы и стандарт IoT-NTN (NB-IoT) для спутниковой узкополосной связи Интернета вещей.

Действительно, D2D — это не только живые абоненты, но и новые возможности в сегменте М2М/IoT. Среди многочисленных стартапов самым серьёзным «тузом» является Skylo Technologies, который разрабатывает виртуальное ядро и радиосеть (vRAN) сетей NTN NB-IoT по спецификациям 3GPP Rel.17. Компания объявила в начале 2024 года о партнёрстве с ГСО-операторами Viasat/Inmarsat, Ligado Networks, TerreStar и Yahsat/Thuraya (L/S-диапазоны). Идея понятна, — можно тремя КА покрыть территорию с 90% населения Земли. Правда потребуется компенсация высокого уровня задержки (~ 15 с), но для этого разрабатывается программное решение уровня ядра сети. Для приложений реального времени и голоса это не подходит, а вот для обмена сообщениями до 140 байт и некритических приложений в M2M/IoT — вполне. Skylo Technologies будет работать через операторов-партнёров, за каждое устройство они ориентировочно будут платить $6/месяц.

Skylo работает с Qualcomm, MediaTek, Samsung и Sony Semiconductors для встраивания поддержки спутниковых частот в их чипсеты. Среди ключевых инвесторов компании — SoftBank и Boeing. ViaSat объявил о планах запуска со Skylo Technologies коммерческой бесшовной сети NB-IoT в 2024 году. Skylo и Deutsche Telekom объявили о начале тестирования с первыми 20 заказчиками бесшовной сети NB-IoT, коммерческий запуск также ожидается в 2024 году. Как утверждает Skylo Technologies, для этого не требуется замены «железа», — только программный апдейт наземных станций сопряжения спутниковых операторов, чьи КА работают по принципу bent-pipe. У сотовых операторов требуется провести соответствующие программные изменения в ядре сети и радиочасти базовых станций. А для бесшовного переключения между наземные и спутниковыми сетями в абонентские устройства NB-IoT нужно будет установить специальные Global SIM. По утверждению компании, тесты с умными часами в такой бесшовной сети показали, что это не приводит к критическому росту энергопотребления.

Архитектура решения Skylo Technologies на базе виртуальной радиочасти для бесшовных сетей NB-IoT на примере партнёрского решения с трекером Flex iENBL

В январе 2023 года Qualcomm объявил о разработке функции Snapdragon Satellite — экстренной связи через спутники Iridium (L-диапазон/1,6 ГГц) для премиальных смартфонов на Android OS. Первые устройства должны были появиться во второй половине 2023 года, но что-то пошло не так. В ноябре 2023 года Iridium объявил о прекращении сотрудничества с Qualcomm по этому направлению. Получившийся чипсет оказался слишком дорогим, — ни один из OEM-производителей не интегрировал его в свою продуктовую линейку. В итоге в январе 2024 года Iridium объявил о Project Stardust — начале работ по интеграции поддержки IoT-NTN на частотах партнёрских сотовых операторов. Тестирование услуги D2D планируется начать в 2025 году, запуск коммерческого сервиса SOS/SMS — в 2026 году.

3. Использование в D2D частот сотовых операторов: не только SpaceX

Конечно, как только мы говорим об использовании частот партнёрских операторов, все сразу же вспоминают Илона Маска. SpaceX заключил соглашение о сублизинге частот T-Mobile USA в S-диапазоне (1,9 ГГц) для оказания услуги D2D в США на базе своих спутников Starlink Gen 2. SpaceX подписал аналогичные соглашения и с сотовыми операторами ряда других стран: в Канаде Rogers, в Японии KDDI, в Австралии Optus, в Швейцарии SALT, ONE NZ в Новой Зеландии, Entel в Чили и Перу. После получения ограниченной экспериментальной лицензии SpaceX запустил в начале января 2024 года первую партию из 6 доработанных КА Starlink V2 Mini массой 970 кг с дополнительной антенной SCS (Supplemental Coverage from Space). На картинке ниже видна антенна SCS массой 170 кг и площадью около 20 м2 (размеры V2 Mini 7,4х2,7 м). Всего таких аппаратов будет 840. Текущий год уйдёт на тестирование услуги и получение коммерческой лицензии. Запустить услугу месседжинга SpaceX планирует во второй половине 2024 года, а в 2025 году — подключить голос и передачу данных (2-4 Мбит/с), в т. ч. для устройств M2M/IoT. Кстати, на сайте приобретённого в 2021 года стартапа Swarm предлагается записаться на подключение к будущему D2D-сервису SpaceX. Развитие собственной системы на базе проприетарного протокола и кубсатов SpaceBEE заморожено.

Но подобную схему с сублизингом частот сотового оператора для D2D использует не только SpaceX. В эту же сторону смотрят стартапы AST SpaceMobile и Lynk Global. Среди инвесторов AST SpaceMobile — сотовые операторы Rakuten (доля 18,1%) и Vodafone (5,8%). Компания заключила с ними пятилетнее соглашение на сублизинг частот в странах их присутствия. AST SpaceMobile и AT&T первыми в США заключили соглашение о сублизинге частот в диапазоне 700 и 850 МГц. А первые тесты начались в апреле 2023 года после запуска экспериментального спутника BlueWalker 3 массой 1,5 т с очень большой АФАР площадью 64 м2. В июне 2024 года компания планирует запустить пять первых предсерийных спутников Block 1 BlueBird. Спутники Block 2 будут в два раза больше и иметь 10-кратно большую ёмкость. По подсчётам компании, для непрерывного покрытия США хватит 45-60 таких КА. Технологическим партнёром AST SpaceMobile стала Nokia (оборудование AirScale Single RAN на основе чипсета ReefShark SoC). Диаметр «пятна» луча на земной поверхности с высоты орбиты в 700 км составит около 1100 км. Как утверждается, компания сможет предоставлять не только SMS/голос (outdoor и indoor), но и передачу данных, причём на скорости до 35 Мбит/с (пока на тестах достигли только 14 Мбит/с).

Стартап идёт по пути создания тяжёлых аппаратов-ретрансляторов. Орбитальная группировка будет состоять из 110 (в идеале 168) таких КА со сроком службы до 10 лет. Но пока всё упирается в недостаток финансирования. После выхода на IPO компания «подняла» $417 млн, но уже III кв. 2023 году потратила 2/3 этой суммы на налаживание производства. И если пару лет назад стоимость сборки и запуска первых 20 КА оценивалась стартапом в $300 млн, то теперь речь идёт уже от $650 млн. Скорее всего, и это не предел. Положение несколько исправили стратегические инвестиции в $155 млн, о которых в январе 2024 года объявили AT&T и Google. Но этого всё равно не хватит, нужно будет ещё.

Основным конкурентом AST SpaceMobile является Lynk Global. В 2022 году компания получила разрешение FCC развернуть 10 спутников, на март 2024 года было выведено пять небольших предсерийных спутников Lynk Tower. Партнёрского оператора в США для сублизинга частот у Lynk Global нет, поэтому компания ориентируется на мировой рынок. Lynk Global сделал ставку на малый КА размерами 1х1х0,15 м массой 50 кг и узконаправленной АФАР площадью 1 м2. Серийные аппараты будут чуть больше, 80 кг с «гранью» в 1,5 м. Но и без этого видна разница с гигантскими КА от AST SpaceMobile, отражающая способность которых уже вызывает опасения у оптических астрономов. Мегасозвездие Lynk Global для непрерывного глобального обслуживания в реальном времени потребует 150 МКА для базовых услуг (SMS/голос, NB-IoT) и 1000 для передачи данных (в идеале 5100). «Пятно» обслуживания на поверхности Земли с орбиты высотой около 500 км составит 100 км.

Свои МКА компания называет Lynk Tower, фактически речь идёт о размещении на НОО базовой станции (регенеративный режим). Максимальная скорость доступа для сети 2G составит 180 кбит/с. Для разорванного покрытия экваториальных областей (доступность 5 мин каждый час) хватит 24 таких МКА. Если бы компания Lynk Global заказывала их производство «на стороне», каждый КА Gen 1 обошёлся бы в $10 млн, хотя оценочная стоимость его компонентов составляет всего $0,2 млн. Поэтому при собственном массовом производстве стоимость каждого КА будет в 10 раз ниже (на уровне $0,5-1 млн). По утверждению CEO компании Charles Miller, самый большой вызов представляет сегодня не техническая реализация, а обеспечение финансирования. Поэтому Lynk Global также нацеливается на IPO.

Два разных подхода к созданию созвездий D2D: большая АФАР BlueWalker 3 от AST SpaceMobile (слева) и компактный МКА от Lynk Global, оптимизированный для массового производства (справа)

4. Хватит ли места в D2D после прихода SpaceX?

AST SpaceMobile, учитывая стратегические инвестиции AT&T, целится на рынок США. И здесь он вступит в прямую конкуренцию со SpaceX и T-Mobile USA, поэтому Северной Америкой его планы не ограничиваются. Как и Lynk Global, он ориентируется на беднейшие страны Тропической Африки и Южной Азии. Именно эти регионы, по данным GSMA, сегодня лидируют по числу ещё не подключённых абонентов или находящихся на границе зоны обслуживания. В целом, на 2022 году таких было 570 млн человек или 8,7% взрослого населения. Поэтому места в D2D хватит всем. Другое дело, — хватит ли на всех денег.

Распределение ещё не подключённых абонентов по регионам мира. Данные GSMA, 2020

Кроме Vodafone и Rakuten (якорные инвесторы), партнёрами AST SpaceMobile стали операторы AT&T, Telefonica, Telestra, Indosat, Telecom Argentina, Tigo, Liberty LatAm и другие. Их совокупная абонентская база оценивается в 1,8 млрд абонентов. В странах присутствия только одного Vodafone число потенциальных и пока не обслуживаемых абонентов в сотовой сети оценивается в 271 млн человек. В бизнес-модель AST SpaceMobile заложен низкий месячный ARPU на уровне $1 с базовыми услугами SMS/голос, что только подтверждает приоритетное подключение абонентов в бедных экваториальных странах (первая фаза развёртывания группировки из 20 КА). Следующие 90 КА будут предназначены для создания достаточного глобального покрытия (фаза 2 и 3). И последние 58 КА (фаза 4) будут иметь на борту уже антенны 5G/MIMO для спутникового ШПД, это требование японского Rakuten, одного из ключевых инвесторов. Стоимость 2-4 фаз развёртывания группировки оценивалась в $1,4 млрд. Компания ожидает годовую выручку после развёртывания фазы 2 на уровне $181 млн и до $1 млрд после завершения фазы 3.

Бизнес-модель AST SpaceMobile заключается в передаче в собственность партнёрским сотовым операторам региональных станций сопряжения (возможная аренда и лизинг), а также в оптовых продажах им спутниковой ёмкости своей сети. Операторы, в свою очередь, берут на себя дистрибуцию и маркетинг услуги D2D на массовом рынке. Предусмотрено паритетное разделение доходов. Предполагается, что абонент сможет не только оформить месячную подписку, но и подключать услугу посуточно.

Этапы развёртывания сервиса AST SpaceMobile

Что касается Lynk Global, то на начало 2024 года компания заключила соглашения с 35 мобильными операторами 50 стран мира и тестировала услугу D2D в 17 странах мира. В ноябре 2023 года в бета-версии заработал первый в мире коммерческий сервис D2D от Lynk Global на частотах оператора bmobile на одном из Соломоновых островов, а также на островах Кука и Палау в Микронезии. Пока функционал крайне ограничен — абонентам доступен обмен SMS несколько раз в день (на орбите пока только 5 МКА) и рассылка оповещений о надвигающихся стихийных бедствиях. Сервисы второго этапа развёртывания сети Lynk Global также не будут требовать широкого канала — простейшие сервисы мобильного банкинга, ряд приложений, функция Push-to-Talk. Скорость доступа на этом этапе обещают до 180 кбит/с. И третий этап развёртывания — уже голос, интернет-доступ и спутниковое видео (планировалось в 2025 году, но всё уезжает вправо). Как и в случае AST SpaceMobile, компания ориентируется на базовые услуги для абонентов экваториальных стран. Бизнес-модель также основана на разделении доходов.

Бизнес-план Lynk Global, согласно презентации для инвесторов

Но рынок D2D — это не только живые абоненты, но и М2М/IoT-устройства. Согласно оценкам GSMA, потенциал здесь составляет до 1,9 млрд новых подключений. При этом 45% будущей выручки придётся на авто (высокий ARPU), остальное примерно равными долями распределится между ЖКХ, промышленностью, добывающим сектором и с/х (большое число устройств, но низкий ARPU). Однако здесь следует помнить, что IoT-NTN сможет обеспечить лишь ограниченную совместимость с устройствами, уже работающими в сетях 3G/4G. Для D2D нужна спутниковая навигация (такие модули есть не везде), чтобы быстро вычислять дальность до КА и компенсировать допплеровское смещение. А значит уже не идёт речи о дешёвых и автономных М2М/IoT-устройствах, способных годами без обслуживания работать на одном заряде аккумулятора. Для них лучше подходит стандарт LoRa/LoRaWAN, который предусмотрен в спутниковых системах «Марафон-IoT», EchoStar Mobile, Fossa Systems или HEAD Aerospace. Из-за использования избыточной полосы пропускания канала в этом протоколе, компенсации эффекта Доплера практически не требуется («коридор» изменения частоты составляет только 25%).

Поэтому в части М2М/IoT перспективы D2D могут быть несколько завышены, как это часто бывает на этапе подогрева аппетитов инвесторов (см. бизнес-план Lynk Global выше). Кроме того, возникает вопрос, а нужно ли вообще столько игроков на довольно бедном рынке D2D обычных, ещё не подключённых абонентов, где ARPU ожидается на уровне $1. Бизнес-кейс остальных игроков, которые не были рассмотрены выше (Omnispace, Sateliot, OQ Technology, Monogoto и прочие), попросту может не сойтись из-за ограниченности рынка, на который обязательно попробует зайти ещё и тяжеловес Китай (в 2024 году был запущен экспериментальный КА China Mobile 01 разработки крупнейшего национального оператора, работающий в регенеративном режиме).

Всегда лёгкий на подъём Analysys Mason прогнозировал, что даже к 2031 году ежемесячная активная база абонентов D2D не превысит 8 млн. «Я думаю, пока преждевременно называть рынок D2D многомиллиардным», — лучше Мэтта Дэша, CEO Iridium, и не скажешь. Поэтому я бы пока не стал утвердительно отвечать на вопрос, хватит ли места в сегменте D2D другим игрокам после прихода SpaceX. Есть вероятность, что одного слона посудной лавке хватит.

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT ?