什么是5G NTN？5G NTN有哪些優勢？

隨著衛星互聯網技術的發展，5GNTN正在成為新一代星地融合通信技術。

縱觀歷史，傳統衛星通信系統的設計和開發依賴于行業驅動的技術規范，導致專有架構、協議棧和無線電接入解決方案，這使得不同供應商之間的衛星接入網絡的互操作性沒有被授予。衛星通信行業的這種做法導致了一個由供應商鎖定的解決方案分散的市場，以及與移動系統的有限互通。

隨著最近3GPP技術規范的發布引入新定義的衛星系統全球標準NTN，旨在支持任何軌道、任何頻段和任何設備。這些規范為5G系統(5GS)及以后(包括5G- Advanced和即將推出的6G)中機載和星載網絡組件的無縫集成打開了大門，提供了一個無處不在的移動系統的承諾，可以支持新的用例。

如圖1所示，在3GPP Release-17之前，3GPP網絡僅針對基于地面的蜂窩網絡進行了本地設計和優化。另一方面，如前所述，衛星網絡是以專有技術為基礎的。因此，基于satcom的網絡與3GPP移動網絡組件之間只能進行有限的互通，主要包括回程業務。NTN上的大量3GPP工作，以及從3GPP Release-17開始的衛星技術在3GPP規范中的整合，為3GPP蜂窩系統開辟了一個全新的領域，并為互聯社會帶來了新的范式，從而實現了無處不在的端到端生態系統的承諾，可以支持無數的新用例。

在這里，“一體化”意味著網絡的空間/空中和地面組件能夠無縫地協同工作，為最終用戶提供連續的覆蓋。由于5G設計最初針對TN組件進行了優化，因此在支持最大范圍的NTN部署場景的同時，極大地減少了對用戶設備(UE)、5G無線接入網(RAN)和5G核心(5GC)網絡級別的影響。

圖1面向NTN-TN網絡組件統一組網

為了支持這種通過衛星實現新空口(NR)和物聯網(IoT)服務的混合地面衛星系統，3GPP的工作從第15和16版的NTN研究項目(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技術規范組(TSG) RAN和TSG業務和系統方面(SA)中NTN和衛星的第17版規范工作已于2022年6月完成，相關ASN.1于2022年9月凍結。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使用現有的地面優化5G規范來支持NTN。第一個3GPP NTN標準提供了基于5G NR協議和4G窄帶物聯網(NB-IoT)以及增強型機器類型通信(eMTC)無線電協議的3GPP衛星接入網絡的規范;在這兩種情況下，系統都工作在頻率范圍1 (FR1)頻段。

在第17版中，基于NR的衛星接入旨在為手持設備提供增強型移動寬帶(eMBB)服務，而基于NB-IoT/ eMTC的衛星接入旨在為農業、運輸、物流和安全市場的物聯網設備提供MTC服務。為了支持10ghz以上的新場景和部署，以及為NR-NTN和IoT-NTN引入一些增強功能，作為Release 18的一部分，目前正在開展一項規范工作。

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，由于基于無人機系統(UAS)的接入網絡，包括HAPS和無人機，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，因此主要關注的僅是基于衛星的NTN。

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

圖3 3GPP定義的5G衛星網絡解決方案

如圖3所示，從3GPP Release-17開始，已在5GS內集成以下衛星網絡解決方案：

3Gpp定義的基于NR的衛星接入網：基于衛星接入節點(SAN)的NG-RAN，連接到5GC，通過衛星(eMBB-s)和通過衛星(HRC-s)服務向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，也可以提供集成接入和回程(IAB)節點的連接。

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

衛星回程:在衛星上提供5GC和gNB之間連接的傳輸網絡，它可以基于3GPP或非3GPP定義的無線電協議。

我們注意到，5G NTN基于前期的5G標準規范，針對非地面網絡接入做了適應性調整。因此，對于從事相關的通信設備研發工程師而言，掌握5G的關鍵技術，可以很容易融入到5G NTN體制的衛星互聯網產業中。因此，我們需要解決兩個問題：5G關鍵技術和針對NTN場景的適應性技術。

審核編輯：劉清