5G NTN非地面网络-移动通信技术革命

什么是NTN？

NTN：Non-Terrestrial Networks 非地面网络

NTN已成为任何涉及非地面飞行物的网络的总称

NTN包括卫星通信网络、高空平台系统（HAPS，high altitude platform systems）和空对地网络，如下图所示。

1.1 卫星通信系统

卫星通信网络包括，低轨（LEO，low Earth orbiting）卫星、中轨（MEO，medium Earth orbiting）卫星和地球同步轨道（GEO，geosynchronous Earth orbiting）卫星在内的星载平台。在过去几年中，人们对LEO NTN提供的宽带服务重新产生了兴趣，这些NTN使用了大型卫星星座（如Starlink、Kuiper和OneWeb）。

1.2 HAPS

High Altitude Platform Systems（HAPS）是一种空中平台，包括飞机、气球和飞艇。在3GPP的NTN工作中，重点是高海拔平台站，即国际移动通信基站（HIBS）。HIBS系统使用与地面移动网络相同的频带来提供移动服务。

1.3 空对地网络

空对地网络旨在利用地面站为飞机提供飞行中的连接，地面站在地面移动网络中扮演类似基站的角色，但是地面站天线向上倾斜，站点间距离远大于地面移动网络。

到目前为止，3GPP的NTN工作重点一直是卫星通信网络，也兼容支持HIBS系统和空对地网络。值得注意的是，3GPP还一直在研究可移动的低空无人机（UAV，又名无人机），在广义上可以被认为是NTN家族的一部分

为什么我们需要NTN?

要了解NTN的兴起，我们可以先思考下这个问题：移动通信网络是否无处不在？

关于地球，陆地面积只占29%，海洋面积占到了71%。

而这个29%的陆地面积，移动通信网络也仅仅覆盖了20%；相比之下海洋的网络覆盖率就更低了, 只有5%。

也就是说，移动通信网络只覆盖了全球约10%的面积。

那么，没有信号覆盖的边缘地带的通信需求该如何满足？洪水、地震、海啸等自然灾害往往导致断电、断网、断路，使救援工作困难重重。怎样建设一张覆盖全球，不受地面限制的通信网络？卫星通信应运而生。

5G NTN

卫星手机

近年来，各大手机厂商都纷纷进入卫星手机研发。华为M50旗舰机的上市，苹果和GlobalStar合作的iPhone 14，揭开了卫星通信消费领域的序幕。由于技术上的限制，华为和苹果的这两款手机还不支持卫星电话。

去年SpaceX宣布和T-Mobile将达成频谱共享，新一代的Starlink V2卫星将通过1.9GHz来向现网的手机提供服务。意味着Starlink已经走出了卫星电话一步。

Starlink V2卫星对信号接收能力进行了增强，将卫星天线加长到7米，面板增加到25平米，通信性能达到上一代V1的10倍。

这样一来，现网已有的手机终于可以直连卫星上5G了，预计吞吐率可达2~4Mbps。

跟地面上的5G网络相比，这种飘在天上的5G网络自然就叫做“非地面网络（Non-Terrestrial Network）”，简称作NTN。

广义的NTN包含的范围很广，有无人机、地对空通信、高空基站、卫星网络等等。基于卫星的NTN自然是最受关注的重点，因此在一般情况下，我们说的NTN都是基于卫星的。

5G NTN的思路是：卫星发射5G信号，直接和用户的手机相连，地面上再架设信关站作为网关，最终连接到5G核心网。

其中，卫星和用户之间的链路叫做服务链路（Service Link）；卫星和信关站之间的链路叫做馈电链路（Feeder Link）；卫星之间的链路叫做星间链路（Inter-Satellite Link，ISL）。

随着全球卫星制造及发射组网的提速，卫星互联网的标准演进以及场景落地也在加快。2022年6月3GPP R17标准冻结，而非地面网络NTN（Non-Terrestrial Networks）是R17定义的重要特性之一。通过地面网络和卫星网络的融合，为个人消费者以及垂直行业用户提供更加全面的覆盖，同时也为6G时代万物互联的泛在网络需求提供支撑。

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