GSM vanuit de ruimte

Ja ja, ik weet het. Dit is ook een satelliet.

Ja ja, ik weet het. Dit is ook een satelliet.Voor iedereen die wel eens in de middle of nowhere gestrand is en wanhopig op zoek was naar dekking voor de mobiele telefoon is het een schrale troost om te weten dat er een heel stelsel aan communicatiesatellieten over je heen vliegt. Om die te kunnen bereiken heb je speciale apparatuur nodig en er zijn maar weinig mensen die er de kosten daarvan voor over hebben, en nog minder die met zo'n baksteen met flinke antenne rond willen lopen als primaire telefoon.

 

 

Maar wat nou als je gewone telefoon op een of andere manier die satellieten zou kunnen bereiken om te bellen of een SMS te versturen? Het ziet er naar uit dat dit inderdaad mogelijk is, en een startup in Virginia met de naam UbiquitiLink is bezig om de gaten in de dekking van telefoons in te vullen met een reeks satellieten die dienst gaan doen als GSM basisstation in geval van nood. En het goede nieuws is dat het gaat werken met een gewone telefoon. Geen baksteen meer nodig.

Het idee achter UbiquitiLink’s plan om de witte plekken in te vullen is simpel, en gebaseerd op het feit dat de ruimte helemaal niet zo ver weg is als het lijkt; als je op een of andere manier recht omhoog zou kunnen rijden, is het maar een paar uur rijden. De satellieten die de backbone van het UbiquitiLink netwerk gaan vormen zitten in een iets hogere baan — zo ongeveer 500 km. Maar dat is nog steeds niet ver weg (althans, in termen van radio propagatie) via een pad dat over het algemeen vrij is van aardse obstakels (zichtverbinding). Denk maar aan het ontvangen van het ISS op een portofoontje, wat ook prima lukt.

UbiquitiLink heeft wat rekenwerk gedaan en daaruit blijkt dat standaard mobiele telefoons maar net genoeg vermogen hebben om verbinding te maken met een satelliet via een zichtverbinding, waarmee een netwerk van rondcirkelende basisstations in elk geval tot de mogelijkheden behoort. Maar om dat mogelijk te maken is niet alleen HF vermogen nodig. Aan de aardse kant moet ook wat aan de software gerommeld worden.

Mobiele telefoonnetwerken zijn allemaal gebaseerd op gedeelde toegangsmethoden, waardoor een enkel basisstation gebruikt kan worden door meerdere telefoons. De methode die in de meeste 2G netwerken gebruikt werd was Time-division multiple access (TDMA), waarbij een datastroom toegewezen wordt aan een bepaald tijdslot dat uitonderhandeld wordt tussen het basisstation en de gebruiker. TDMA werd ook toegepast in samenwerking met code-division multiple access (CDMA) in 3G netwerken. Hoewel deze netwerken uitgefaseerd worden en migreren naar 4G en spoedig 5G netwerken, startte UbiquitiLink’s pogingen om het systeem voor de gek te houden met TDMA.

Het probleem met een time-division systeem is dat hoe verder een telefoon van een basisstation is, hoe langer het duurt voor de radiogolven om de afstand te overbruggen. Zelfs met de snelheid van het licht kan de vertraging genoeg zijn om de tijdsloten in elkaar over te laten lopen. Dat betekent dat er synchronisatie plaats moet vinden dat bepaalt hoever de telefoon van het basisstation verwijderd is, en als de telefoon ver genoeg weg is — ongeveer 35 km — dan komt het signaal te laat om nog in het toegewezen tijdslot te passen. Zelfs al heeft de zender in de telefoon vermogen genoeg om die 35km te overbruggen, dan worden signalen over die afstand keihard gedropt.

Dat zou het gebruik van rondvliegende basisstations onmogelijk maken, omdat die altijd een ordegrootte verder weg zijn dan de maximaal toegestane afstand. Echter, UbiquitiLink heeft een techniek gepatenteerd die een valse timing adverteert aan de kant van de satellieten. TDMA netwerken gebruiken een timing advance signaal om telefoons binnen de cel te vertellen hoever ze van het basisstation verwijderd zijn, en dat wordt door de telefoon gebruikt om zijn signaal een beetje te vertragen zodat dit nog binnen het tijdslot blijft. Aangezien het aan het basisstation is om de timing advance te sturen, sturen de rondvliegende basisstations van UbiquitiLink gewoon eenvoudigweg een constante waarde die overeenkomt met een basisstation op 20km afstand. De telefoon denkt dan dat hij verbinding heeft met een zwak basisstation, maar dat is OK.

UbiquitiLink’s gemodifeerde basisstation software moet zich ook aanpassen aan de Doppler shift die door de omloopsnelheid van het platform veroorzaakt wordt. Maar afgezien daarvan zijn de rondvliegende basisstations vrijwel gelijk aan de hardware en software die in een aards basisstation geïnstalleerd zouden worden. De verbindingen tussen de verschillende satellieten en met de grondstations moeten uiteraard ook draadloos zijn, maar in vrijwel alle aspecten van de manier waarop het UbiquitiLink netwerk werkt, lijkt het op een constellatie van minimaal aangepaste basisstations die in een baan om de aarde gebracht zijn, en die gewone standaard telefoons op aarde ondersteunen.

De eerste testen van de TDMA versie van dit systeem vond plaats nadat een testsysteem naar het ISS gestuurd was met een Commercial Resupply Service (CRS) missie in november 2018. In februari daarna, voordat het Cygnus bevoorradingsvaartuig met afval geladen werd, zetten de ISS astronauten het platform in elkaar en testten het. Het bevoorradingsvaartuig verliet zijn baan en verbrandde in de atmosfeer, maar niet voordat een volle twee weken van testen doorlopen was. UbiquitiLink was in staat om met mobiele telefoons in Nieuw Zeeland en op de Falkland eilanden verbinding te maken tijdens het testen van het platform, waarmee aangetoond was dat de software wijzigingen ook echt werken.

Verdere testen staan nog voor deze zomer op het programma, met een ander testplatform dat in juni met een CRS missie afgeleverd is bij het ISS. Deze keer krijgt de Cygnus een verlengde missie, waardoor UbiquitiLink maximaal zes maanden krijgt om hun systeem te testen. Gaat alles goed, dan opent dat de deur voor het lanceren van echt operationele satellieten.

Net als Starlink en andere microsatelliet organisaties die volledige dekking willen leveren vanuit de ruimte, is UbiquitiLink van plan om een constellatie van duizenden satellieten te lanceren die het grootste deel van de aarde van signaal kunnen voorzien. Maar ze zijn ervan overtuigd dat zelfs een gering aantal satellieten zoals een half dozijn, gebruikers al in staat zullen stellen om een paar uur binnen bereik te zijn. Misschien niet genoeg voor een telefoongesprek, maar wel om een paar SMS-jes overgestuurd te krijgen, wat alles is wat je nodig kan hebben om hulp te vragen in een of ander verlaten gebied of midden op de oceaan. En de mogelijkheden voor het ondersteunen van echt afgelegen IoT sensors en systemen zijn natuurlijk eindeloos.

Het valt te bezien hoe goed UbiquitLink’s systeem gaat werken, en of het zal overleven in een overvolle markt met ruimte-gebaseerde netwerk providers. Maar omdat je als gebruiker niet verplicht wordt om speciale hardware te kopen, zou het bedrijf wel eens een aanzienlijk voordeel kunnen hebben ten opzichte van de concurrentie.