5G NTN丨構建全球網絡空間互聯(lián)新格局

更新時間 : 2024-01-10 17:27:01

“天地一體化網絡是一個極其復雜的系統(tǒng)工程，有很多關鍵技術問題需要產業(yè)界協(xié)同開展攻關研究，一套好的系統(tǒng)級衛(wèi)星仿真軟件對開展這些研究工作非常有用。”IPLOOK 連全斌博士講道。

隨著5G NTN關鍵技術突破、3GPP標準完善以及國內產業(yè)鏈的發(fā)展壯大，未來幾年5G NTN產業(yè)將迎來爆發(fā)式發(fā)展。IPLOOK在2023年深化布局5G NTN。今天主要跟大家分享一下，關于5G NTN的五個問題。

5G NTN是什么？
非地面網絡（NTN）是基于3GPP在R17中開發(fā)的新無線電（NR）接口技術的終端衛(wèi)星直接通信技術。作為地面蜂窩網絡的補充，NTN在帶寬、延遲、可靠性等方面使得空天地一體化網絡（SAGIN）超越了地面基礎設施的限制。它通過提供更大的覆蓋范圍，為全球用戶提供無縫的網絡服務，滿足未來網絡對于全時、全域和全空間通信以及互聯(lián)互通的需求。
NTN涉及低地球軌道（LEO）衛(wèi)星、中地球軌道（MEO）衛(wèi)星和地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星，這些衛(wèi)星在地球表面上方運行，提供可靠穩(wěn)定的網絡連接。將核心網絡部署在衛(wèi)星上可以利用地面移動核心網絡的能力，并擴展其應用。

我們?yōu)楹涡枰?G NTN？
大約80%的陸地面積和95%的海洋面積缺乏地面蜂窩網絡的覆蓋。為了確保無處不在的移動網絡接入，5G網絡必須超越這些限制。然而，在山區(qū)、沙漠和海洋等偏遠地區(qū)建設和維護5G地面網絡是一項艱巨的挑戰(zhàn)。5G NTN通過使用相控陣天線、毫米波技術、自適應波束成形等技術，有助于縮小數(shù)字鴻溝，實現(xiàn)“Connect the unconnected”。

5G NTN

5G NTN的優(yōu)勢
· 擴展覆蓋和連接性
5G NTN克服了傳統(tǒng)網絡所面臨的限制，為偏遠地區(qū)、農村地區(qū)和受災區(qū)提供高速互聯(lián)網接入?；谛l(wèi)星的網絡覆蓋了廣闊的土地，而無人機和高空平臺（HAPs）則在緊急情況或活動期間提供臨時或按需覆蓋。
· 推動物聯(lián)網和智慧城市
5G NTN釋放了物聯(lián)網部署和智慧城市發(fā)展的潛力。它有助于設備和傳感器之間進行實時連接，實現(xiàn)自動化改進、提供增強的公共服務和優(yōu)化的資源管理?？梢詰玫街悄茈娋W、醫(yī)療保健和環(huán)境監(jiān)測等場景。
· 后備作用
通過提供替代的通信渠道，5G NTN可以在地面網絡受到自然災害影響或破壞時，也能保持連接。此時，衛(wèi)星或空中平臺作為備用選項，能夠使通信服務不間斷。

5G NTN面臨的挑戰(zhàn)
盡管5G NTN具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ壳叭源嬖谪叫杞鉀Q的問題。例如，在地面和非地面網絡之間進行協(xié)調，管理切換，并確保多個平臺間的無縫切換和連接需要強大的基礎設施和高效的網絡管理系統(tǒng)。同時，監(jiān)管框架、頻譜分配和國際合作對于充分發(fā)揮5G NTN的潛力也至關重要。

另一個主要難點是NTN的高延遲（GSO衛(wèi)星可達120毫秒）和深衰落（高達170分貝），這是由于衛(wèi)星的軌道高度引起的，同時還有低軌衛(wèi)星的高速運動引起的大多普勒（數(shù)十千赫茲）。對于深衰落，通常通過增加衛(wèi)星側天線和面板的尺寸來改善傳輸和接收能力，以確保未經修改的智能手機也能正常進行衛(wèi)星通信；至于延遲和多普勒，3GPP已經在協(xié)議中制定了一系列解決方案，使終端和基站可以通過衛(wèi)星星歷信息確認延遲和多普勒的變化，并在發(fā)射端完成補償，以確保通信的正常進行。

5G NTN未來的增強點
3GPP R18為NR引入了支持NTN連接的增強功能，包括以下領域：
· 將NR（FDD模式）NTN擴展到超過10 GHz的頻段，如Ka波段，以適應VSAT（非常小口徑終端）設備。VSAT終端具有更高的天線增益和發(fā)射功率，適合安裝在飛機、船舶或陸地車輛上，提供寬帶數(shù)據(jù)服務。由于高頻率下經歷的路徑損耗較大，這些頻段將無法用于手持UE設備和物聯(lián)網設備。
· 在NTN場景下，商用智能手機可擴大低數(shù)據(jù)速率和VoIP服務的覆蓋范圍。由于與傳播距離相關的延遲，VoIP只適用于低地球軌道，而低數(shù)據(jù)速率服務則可由所有衛(wèi)星（低地球軌道、中地球軌道、地球同步軌道）通過足夠的重復傳輸來提供。
· 改進UE在NTN 固定和移動小區(qū)中的移動性，以及NTN和地面網絡之間的移動性，以確保服務的連續(xù)性。這將通過增強測量、小區(qū)重選和切換程序來實現(xiàn)。跟蹤區(qū)域將和R17中的標準一樣，固定在地面上。
· 網絡驗證UE位置報告，滿足準確性、延遲、可靠性等監(jiān)管要求。這種驗證對于實現(xiàn)緊急呼叫、合法攔截、公共警告和計費/收費過程是必要的。

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