5G NTN丨构建全球网络空间互联新格局

发布时间 : 2024-01-10

“天地一体化网络是一个极其复杂的系统工程，有很多关键技术问题需要产业界协同开展攻关研究，一套好的系统级卫星仿真软件对开展这些研究工作非常有用。”IPLOOK 连全斌博士讲道。

随着5G NTN关键技术突破、3GPP标准完善以及国内产业链的发展壮大，未来几年5G NTN产业将迎来爆发式发展。IPLOOK在2023年深化布局5G NTN。今天主要跟大家分享一下，关于5G NTN的五个问题。

5G NTN是什么？
非地面网络（NTN）是基于3GPP在R17中开发的新无线电（NR）接口技术的终端卫星直接通信技术。作为地面蜂窝网络的补充，NTN在带宽、延迟、可靠性等方面使得空天地一体化网络（SAGIN）超越了地面基础设施的限制。它通过提供更大的覆盖范围，为全球用户提供无缝的网络服务，满足未来网络对于全时、全域和全空间通信以及互联互通的需求。
NTN涉及低地球轨道（LEO）卫星、中地球轨道（MEO）卫星和地球同步轨道（GEO）卫星，这些卫星在地球表面上方运行，提供可靠稳定的网络连接。将核心网络部署在卫星上可以利用地面移动核心网络的能力，并扩展其应用。

我们为何需要5G NTN？
大约80%的陆地面积和95%的海洋面积缺乏地面蜂窝网络的覆盖。为了确保无处不在的移动网络接入，5G网络必须超越这些限制。然而，在山区、沙漠和海洋等偏远地区建设和维护5G地面网络是一项艰巨的挑战。5G NTN通过使用相控阵天线、毫米波技术、自适应波束成形等技术，有助于缩小数字鸿沟，实现“Connect the unconnected”。

5G NTN

5G NTN的优势
· 扩展覆盖和连接性
5G NTN克服了传统网络所面临的限制，为偏远地区、农村地区和受灾区提供高速互联网接入。基于卫星的网络覆盖了广阔的土地，而无人机和高空平台（HAPs）则在紧急情况或活动期间提供临时或按需覆盖。
· 推动物联网和智慧城市
5G NTN释放了物联网部署和智慧城市发展的潜力。它有助于设备和传感器之间进行实时连接，实现自动化改进、提供增强的公共服务和优化的资源管理。可以应用到智能电网、医疗保健和环境监测等场景。
· 后备作用
通过提供替代的通信渠道，5G NTN可以在地面网络受到自然灾害影响或破坏时，也能保持连接。此时，卫星或空中平台作为备用选项，能够使通信服务不间断。

5G NTN面临的挑战
尽管5G NTN具有巨大的发展潜力，但目前仍存在亟需解决的问题。例如，在地面和非地面网络之间进行协调，管理切换，并确保多个平台间的无缝切换和连接需要强大的基础设施和高效的网络管理系统。同时，监管框架、频谱分配和国际合作对于充分发挥5G NTN的潜力也至关重要。

另一个主要难点是NTN的高延迟（GSO卫星可达120毫秒）和深衰落（高达170分贝），这是由于卫星的轨道高度引起的，同时还有低轨卫星的高速运动引起的大多普勒（数十千赫兹）。对于深衰落，通常通过增加卫星侧天线和面板的尺寸来改善传输和接收能力，以确保未经修改的智能手机也能正常进行卫星通信；至于延迟和多普勒，3GPP已经在协议中制定了一系列解决方案，使终端和基站可以通过卫星星历信息确认延迟和多普勒的变化，并在发射端完成补偿，以确保通信的正常进行。

5G NTN未来的增强点
3GPP R18为NR引入了支持NTN连接的增强功能，包括以下领域：
· 将NR（FDD模式）NTN扩展到超过10 GHz的频段，如Ka波段，以适应VSAT（非常小口径终端）设备。VSAT终端具有更高的天线增益和发射功率，适合安装在飞机、船舶或陆地车辆上，提供宽带数据服务。由于高频率下经历的路径损耗较大，这些频段将无法用于手持UE设备和物联网设备。
· 在NTN场景下，商用智能手机可扩大低数据速率和VoIP服务的覆盖范围。由于与传播距离相关的延迟，VoIP只适用于低地球轨道，而低数据速率服务则可由所有卫星（低地球轨道、中地球轨道、地球同步轨道）通过足够的重复传输来提供。
· 改进UE在NTN 固定和移动小区中的移动性，以及NTN和地面网络之间的移动性，以确保服务的连续性。这将通过增强测量、小区重选和切换程序来实现。跟踪区域将和R17中的标准一样，固定在地面上。
· 网络验证UE位置报告，满足准确性、延迟、可靠性等监管要求。这种验证对于实现紧急呼叫、合法拦截、公共警告和计费/收费过程是必要的。