5G NTN丨構(gòu)建全球網(wǎng)絡(luò)空間互聯(lián)新格局

更新時(shí)間 : 2024-01-10 17:27:01

“天地一體化網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，有很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要產(chǎn)業(yè)界協(xié)同開(kāi)展攻關(guān)研究，一套好的系統(tǒng)級(jí)衛(wèi)星仿真軟件對(duì)開(kāi)展這些研究工作非常有用。”IPLOOK 連全斌博士講道。

隨著5G NTN關(guān)鍵技術(shù)突破、3GPP標(biāo)準(zhǔn)完善以及國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展壯大，未來(lái)幾年5G NTN產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)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(guān)于5G NTN的五個(gè)問(wèn)題。

5G NTN是什么？
非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）是基于3GPP在R17中開(kāi)發(fā)的新無(wú)線電（NR）接口技術(shù)的終端衛(wèi)星直接通信技術(shù)。作為地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，NTN在帶寬、延遲、可靠性等方面使得空天地一體化網(wǎng)絡(luò)（SAGIN）超越了地面基礎(chǔ)設(shè)施的限制。它通過(guò)提供更大的覆蓋范圍，為全球用戶提供無(wú)縫的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于全時(shí)、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(yùn)行，提供可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接。將核心網(wǎng)絡(luò)部署在衛(wèi)星上可以利用地面移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)的能力，并擴(kuò)展其應(yīng)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(wǎng)絡(luò)的覆蓋。為了確保無(wú)處不在的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入，5G網(wǎng)絡(luò)必須超越這些限制。然而，在山區(qū)、沙漠和海洋等偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)和維護(hù)5G地面網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。5G NTN通過(guò)使用相控陣天線、毫米波技術(shù)、自適應(yīng)波束成形等技術(shù)，有助于縮小數(shù)字鴻溝，實(shí)現(xiàn)“Connect the unconnected”。

5G NTN

5G NTN的優(yōu)勢(shì)
· 擴(kuò)展覆蓋和連接性
5G NTN克服了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所面臨的限制，為偏遠(yuǎn)地區(qū)、農(nóng)村地區(qū)和受災(zāi)區(qū)提供高速互聯(lián)網(wǎng)接入。基于衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)覆蓋了廣闊的土地，而無(wú)人機(jī)和高空平臺(tái)（HAPs）則在緊急情況或活動(dòng)期間提供臨時(shí)或按需覆蓋。
· 推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市
5G NTN釋放了物聯(lián)網(wǎng)部署和智慧城市發(fā)展的潛力。它有助于設(shè)備和傳感器之間進(jìn)行實(shí)時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改進(jìn)、提供增強(qiáng)的公共服務(wù)和優(yōu)化的資源管理。可以應(yīng)用到智能電網(wǎng)、醫(yī)療保健和環(huán)境監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景。
· 后備作用
通過(guò)提供替代的通信渠道，5G NTN可以在地面網(wǎng)絡(luò)受到自然災(zāi)害影響或破壞時(shí)，也能保持連接。此時(shí)，衛(wèi)星或空中平臺(tái)作為備用選項(xiàng)，能夠使通信服務(wù)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(wèn)題。例如，在地面和非地面網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，管理切換，并確保多個(gè)平臺(tái)間的無(wú)縫切換和連接需要強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施和高效的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。同時(shí)，監(jiān)管框架、頻譜分配和國(guó)際合作對(duì)于充分發(fā)揮5G NTN的潛力也至關(guān)重要。

另一個(gè)主要難點(diǎn)是NTN的高延遲（GSO衛(wèi)星可達(dá)120毫秒）和深衰落（高達(dá)170分貝），這是由于衛(wèi)星的軌道高度引起的，同時(shí)還有低軌衛(wèi)星的高速運(yùn)動(dòng)引起的大多普勒（數(shù)十千赫茲）。對(duì)于深衰落，通常通過(guò)增加衛(wèi)星側(cè)天線和面板的尺寸來(lái)改善傳輸和接收能力，以確保未經(jīng)修改的智能手機(jī)也能正常進(jìn)行衛(wèi)星通信；至于延遲和多普勒，3GPP已經(jīng)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(guò)衛(wèi)星星歷信息確認(rèn)延遲和多普勒的變化，并在發(fā)射端完成補(bǔ)償，以確保通信的正常進(jìn)行。

5G NTN未來(lái)的增強(qiáng)點(diǎn)
3GPP R18為NR引入了支持NTN連接的增強(qiáng)功能，包括以下領(lǐng)域：
· 將NR（FDD模式）NTN擴(kuò)展到超過(guò)10 GHz的頻段，如Ka波段，以適應(yīng)VSAT（非常小口徑終端）設(shè)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(jī)、船舶或陸地車輛上，提供寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)。由于高頻率下經(jīng)歷的路徑損耗較大，這些頻段將無(wú)法用于手持UE設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
· 在NTN場(chǎng)景下，商用智能手機(jī)可擴(kuò)大低數(shù)據(jù)速率和VoIP服務(wù)的覆蓋范圍。由于與傳播距離相關(guān)的延遲，VoIP只適用于低地球軌道，而低數(shù)據(jù)速率服務(wù)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(guò)足夠的重復(fù)傳輸來(lái)提供。
· 改進(jìn)UE在NTN 固定和移動(dòng)小區(qū)中的移動(dòng)性，以及NTN和地面網(wǎng)絡(luò)之間的移動(dòng)性，以確保服務(wù)的連續(xù)性。這將通過(guò)增強(qiáng)測(cè)量、小區(qū)重選和切換程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。跟蹤區(qū)域?qū)⒑蚏17中的標(biāo)準(zhǔn)一樣，固定在地面上。
· 網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證UE位置報(bào)告，滿足準(zhǔn)確性、延遲、可靠性等監(jiān)管要求。這種驗(yàn)證對(duì)于實(shí)現(xiàn)緊急呼叫、合法攔截、公共警告和計(jì)費(fèi)/收費(fèi)過(guò)程是必要的。

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