什么是5G NTN？5G NTN有哪些優(yōu)勢？

隨著衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，5GNTN正在成為新一代星地融合通信技術(shù)。

縱觀歷史，傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)依賴于行業(yè)驅(qū)動的技術(shù)規(guī)范，導(dǎo)致專有架構(gòu)、協(xié)議棧和無線電接入解決方案，這使得不同供應(yīng)商之間的衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)的互操作性沒有被授予。衛(wèi)星通信行業(yè)的這種做法導(dǎo)致了一個(gè)由供應(yīng)商鎖定的解決方案分散的市場，以及與移動系統(tǒng)的有限互通。

隨著最近3GPP技術(shù)規(guī)范的發(fā)布引入新定義的衛(wèi)星系統(tǒng)全球標(biāo)準(zhǔn)NTN，旨在支持任何軌道、任何頻段和任何設(shè)備。這些規(guī)范為5G系統(tǒng)(5GS)及以后(包括5G- Advanced和即將推出的6G)中機(jī)載和星載網(wǎng)絡(luò)組件的無縫集成打開了大門，提供了一個(gè)無處不在的移動系統(tǒng)的承諾，可以支持新的用例。

如圖1所示，在3GPP Release-17之前，3GPP網(wǎng)絡(luò)僅針對基于地面的蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了本地設(shè)計(jì)和優(yōu)化。另一方面，如前所述，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是以專有技術(shù)為基礎(chǔ)的。因此，基于satcom的網(wǎng)絡(luò)與3GPP移動網(wǎng)絡(luò)組件之間只能進(jìn)行有限的互通，主要包括回程業(yè)務(wù)。NTN上的大量3GPP工作，以及從3GPP Release-17開始的衛(wèi)星技術(shù)在3GPP規(guī)范中的整合，為3GPP蜂窩系統(tǒng)開辟了一個(gè)全新的領(lǐng)域，并為互聯(lián)社會帶來了新的范式，從而實(shí)現(xiàn)了無處不在的端到端生態(tài)系統(tǒng)的承諾，可以支持無數(shù)的新用例。

在這里，“一體化”意味著網(wǎng)絡(luò)的空間/空中和地面組件能夠無縫地協(xié)同工作，為最終用戶提供連續(xù)的覆蓋。由于5G設(shè)計(jì)最初針對TN組件進(jìn)行了優(yōu)化，因此在支持最大范圍的NTN部署場景的同時(shí)，極大地減少了對用戶設(shè)備(UE)、5G無線接入網(wǎng)(RAN)和5G核心(5GC)網(wǎng)絡(luò)級別的影響。

圖1面向NTN-TN網(wǎng)絡(luò)組件統(tǒng)一組網(wǎng)

為了支持這種通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)新空口(NR)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)服務(wù)的混合地面衛(wèi)星系統(tǒng)，3GPP的工作從第15和16版的NTN研究項(xiàng)目(SI)開始，如圖2所示;支持NTN組件的必要功能已被指定為3GPP Release-17的一部分。3GPP技術(shù)規(guī)范組(TSG) RAN和TSG業(yè)務(wù)和系統(tǒng)方面(SA)中NTN和衛(wèi)星的第17版規(guī)范工作已于2022年6月完成，相關(guān)ASN.1于2022年9月凍結(jié)。如前所述，我們特別注意盡量減少對UE、NG-RAN和5GC級別的影響，通過盡可能多地重復(fù)使用現(xiàn)有的地面優(yōu)化5G規(guī)范來支持NTN。第一個(gè)3GPP NTN標(biāo)準(zhǔn)提供了基于5G NR協(xié)議和4G窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)以及增強(qiáng)型機(jī)器類型通信(eMTC)無線電協(xié)議的3GPP衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范;在這兩種情況下，系統(tǒng)都工作在頻率范圍1 (FR1)頻段。

在第17版中，基于NR的衛(wèi)星接入旨在為手持設(shè)備提供增強(qiáng)型移動寬帶(eMBB)服務(wù)，而基于NB-IoT/ eMTC的衛(wèi)星接入旨在為農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸、物流和安全市場的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供MTC服務(wù)。為了支持10ghz以上的新場景和部署，以及為NR-NTN和IoT-NTN引入一些增強(qiáng)功能，作為Release 18的一部分，目前正在開展一項(xiàng)規(guī)范工作。

圖2 3GPP Rel-18適用于NTN

IoT-NTN的支持與5G中的NR-NTN基本一致。值得一提的是，由于基于無人機(jī)系統(tǒng)(UAS)的接入網(wǎng)絡(luò)，包括HAPS和無人機(jī)，可以被視為具有較低延遲和多普勒值和變化率的NTN接入的特殊情況，因此主要關(guān)注的僅是基于衛(wèi)星的NTN。

在3GPP中，NTN是指通過搭載在機(jī)載或星載NTN運(yùn)載工具上的NTN有效載荷和NTN網(wǎng)關(guān)提供非地面接入終端的網(wǎng)絡(luò)。星載飛行器可以搭載彎管式（透明轉(zhuǎn)發(fā)）或再生式（星上處理）有效載荷通信發(fā)射機(jī)，并且可以放置在LEO、MEO或GEO軌道上；一種機(jī)載飛行器是包含無人機(jī)的HAPS，包括輕于空氣的無人機(jī)(LTA)和重于空氣的無人機(jī)(HTA)，所有無人機(jī)通常在8至50公里之間的高度運(yùn)行，即準(zhǔn)靜止。

圖3 3GPP定義的5G衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)解決方案

如圖3所示，從3GPP Release-17開始，已在5GS內(nèi)集成以下衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)解決方案：

3Gpp定義的基于NR的衛(wèi)星接入網(wǎng)：基于衛(wèi)星接入節(jié)點(diǎn)(SAN)的NG-RAN，連接到5GC，通過衛(wèi)星(eMBB-s)和通過衛(wèi)星(HRC-s)服務(wù)向3Gpp定義的終端提供eMBB和高可靠性通信。它支持3GPP NR接入技術(shù)，也可以提供集成接入和回程(IAB)節(jié)點(diǎn)的連接。

3GPP定義的基于LTE的衛(wèi)星接入網(wǎng)：基于SAN的演進(jìn)通用地面無線電接入(E-UTRA) RAN，連接到演進(jìn)分組核心網(wǎng)(EPC)，通過衛(wèi)星(mMTC-s)服務(wù)向3GPP UE提供mMTC。支持4G NB-IoT/eMTC接入技術(shù)。

衛(wèi)星回程:在衛(wèi)星上提供5GC和gNB之間連接的傳輸網(wǎng)絡(luò)，它可以基于3GPP或非3GPP定義的無線電協(xié)議。

我們注意到，5G NTN基于前期的5G標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，針對非地面網(wǎng)絡(luò)接入做了適應(yīng)性調(diào)整。因此，對于從事相關(guān)的通信設(shè)備研發(fā)工程師而言，掌握5G的關(guān)鍵技術(shù)，可以很容易融入到5G NTN體制的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中。因此，我們需要解決兩個(gè)問題：5G關(guān)鍵技術(shù)和針對NTN場景的適應(yīng)性技術(shù)。

審核編輯：劉清