5G 的 NTN 非地面網絡到底是什么？
從全球網絡覆蓋的角度來看，超過 80% 的陸地地區和 95% 的海洋地區沒有被地面蜂窩網絡覆蓋。5G 網絡的建設不僅要提供高網速，還要提供無處不在的移動網絡接入。然而，在山區、沙漠和海洋等偏遠地區，建設和維護 5G 地面網絡的成本極其高昂，因此無法在這些地區提供 5G 網絡覆蓋。
幸運的是，航空航天技術的發展使基于衛星的寬帶通信系統能夠以更低的成本為大片甚至全球區域提供無線覆蓋。因此，5G 網絡將與衛星通信系統深度融合，構成一個無縫覆蓋全球的融合通信網絡，滿足全球任何地方的各種服務需求。
什么是非地面網絡（NTN）？
非地面網絡（NTN）是一種基于 3GPP R17 開發的新型無線電（NR）接口技術的終端-衛星直接通信技術，也是地面蜂窩通信技術的重要補充。通過衛星通信網絡與地面5G網絡的融合，NTN可以不受地形地貌的限制，提供泛在覆蓋，將天、地、海等空間連接起來，形成一體化的泛在接入網絡，實現全場景的按需接入。
NTN 是 3GPP R17 的一項重要功能。它在 5G-Advanced 階段繼續發展，并已成為 3GPP R18 工作計劃的重要組成部分。NTN 包括兩個工作組：IoT NTN 和 NR NTN。
IoT NTN 專注于支持低復雜度 eMTC 和 NB-IoT 終端的衛星物聯網服務，如全球資產跟蹤（蜂窩網絡覆蓋范圍以外的海運集裝箱或其他終端）。NR NTN 利用 5G NR 框架實現衛星與智能手機之間的直接連接，以提供語音和數據服務。
透明的 NTN 架構
NTN 由用戶設備 (UE)、衛星、衛星網關、基站 (gNB)、核心網 (CN) 和服務器組成。其架構將從更可行的透明有效載荷發展而來。
NTN 可以是一個由低地軌道、中地軌道或地球同步軌道衛星組成的星座，也可以是一個由 HAPS（高空平臺站）組成的網絡。NTN 節點（LEO、MEO、GEO、HAPS）充當中繼器，執行頻率轉換和功率放大，對 UE 是透明的。eNB/ gNB 位于地面，通過 NTN 網關與 NTN 節點連接。
由于衛星信號的往返延遲，NTN 功能僅適用于 FDD 操作。在 Rel-17 中，NTN 適用于使用 S 波段或 L 波段的 FR1。連接 NTN 的 UE 可以是手持設備、物聯網設備或 VSAT 終端（具有定向天線和較高發射功率）。支持 NTN 的 UE 必須補償上行鏈路傳輸中傳播延遲和衛星移動造成的時間和頻率偏移。UE 必須具備 GNSS 定位能力，才能在系統信息廣播中計算時間和頻率補償以及衛星位置和速度。
5G NTN 的優勢
- 與傳統地面網絡相比，覆蓋范圍更廣。由于 NTN 網絡在高空運行，因此無需大量地面基礎設施即可覆蓋廣闊區域。這使得 5G NTN 網絡成為向偏遠和農村地區提供連接的可靠方式，而在這些地區，傳統的基礎設施并不實用。
- 理想情況下，5G NTN 網絡的速度可達 20 Gbps，可以快速高效地處理大量數據。這使其成為需要實時數據處理的應用（如遠程監控、監視和自動駕駛汽車）的理想選擇。
5G NTN的不足
盡管 5G NTN 技術有許多優點，但也存在一些挑戰：
- 主要障礙之一是部署成本。建造和發射衛星及其他航空飛行器是一項成本高昂的工作，這些成本可能需要一段時間的網絡運營的收入才能收回。
- 與傳統地面網絡相比，5G NTN 技術的另一個缺點是不可靠。由于網絡是從高空無線運行的，因此很容易受到地形、天氣和其他可能破壞無線網絡的因素的干擾。這意味著 5G NTN 網絡可能無法在惡劣環境中提供連接
- 影響 5G NTN 性能的另一個因素是大氣衰減。當信號穿過大氣層時，會導致信號減弱或失真。造成這種情況的原因有多種，包括濕度、溫度和壓力。
- 網絡攻擊和其他安全漏洞的可能性，因為網絡在高空運行，難以監控和保護。
下一步計劃是什么？
為支持 NTN 連接，Rel-18 已決定在以下領域增強 NR 功能：
- 為 VSAT 設備將 NR（FDD 模式）NTN 擴展到大于 10 GHz 的頻段，如 Ka 波段。VSAT 終端具有更高的天線增益和發射功率，可安裝在空中、海上或陸地交通工具上，用于寬帶數據服務。由于高頻路徑損耗較大，手持式 UE 和物聯網設備無法使用這些頻段。
- 在 NTN 場景下，通過商用智能手機增強低數據速率和 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，而低數據速率服務可通過足夠的重復傳輸由所有衛星（低地球軌道、中地球軌道、地球同步軌道）提供。
- 通過增強測量、小區重選和切換程序，提高 UE 在 NTN 固定和移動小區中的移動性，以及 NTN 和 TN 之間的移動性，以保證服務的連續性。跟蹤區域將與 Rel-17 中一樣固定在地面上。
- 網絡驗證 UE 位置報告，以滿足各種目的（如緊急呼叫、合法攔截、公共警告、收費/計費）在準確性、延遲、可靠性等方面的監管要求。
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