Терминология технологии 5G NTN (Нетерrestrial Network)

В дорожной карте стандартизации 3GPP NTN (Non-Terrestrial Network) направлена на достижение полного покрытия и связности 5G через спутники и воздушные платформы. Ключевая терминология включает в себя:

1. Определение NTN:Это технология беспроводной сети, одобренная 3GPP, в которой узлы доступа развернуты на космических или воздушных платформах , таких как спутники или высотные платформы (HAPS), а не привязаны к наземной инфраструктуре. Сети NTN обычно используются для расширения покрытия в районах, где развертывание наземной сети нецелесообразно или экономически невыгодно. С точки зрения 3GPP, NTN - это не независимая технология, а скорее расширение 5G (NR). NTN повторно использует и адаптирует протоколы, параметры и процедуры NR, насколько это возможно, для поддержки больших задержек распространения, больших доплеровских сдвигов, больших размеров ячеек и мобильности платформ.

2. Платформы NTN:Это самая основная классификация спутниковых орбит, которая напрямую влияет на задержку, покрытие и мобильность; в частности, включая:

• GEO (Геостационарная орбита): Спутники GEO расположены на высоте примерно 35 786 километров и неподвижны относительно Земли. Спутники GEO (геосинхронная орбита) имеют широкое покрытие, но большую задержку туда и обратно, что делает их непригодными для чувствительных к задержкам сервисов.
• MEO (Средняя околоземная орбита): Спутники MEO работают на высотах от 2000 до 20 000 километров, достигая баланса между покрытием и задержкой; это особенно подчеркивается в текущих спецификациях 3GPP NTN.
• LEO (Низкая околоземная орбита): Спутники LEO работают на высотах от 300 до 2000 километров. Они обеспечивают низкую задержку и высокую пропускную способность, но движутся очень быстро относительно Земли, что приводит к частым переключениям между спутниками и значительным эффектам Доплера.
• VLEO (Очень низкая околоземная орбита): VLEO относится к экспериментальным спутникам, предназначенным для работы на высотах ниже 300 километров. Ожидается, что они достигнут сверхнизкой задержки, но столкнутся со значительными атмосферными проблемами.
• HAPS (Высотная платформа): HAPS обычно работают на высотах от 20 до 50 километров. Платформы HAPS включают: дроны на солнечных батареях, воздушные шары и дирижабли. Системы высотных платформ (HAPS) могут выступать в качестве базовых станций NR, ретрансляторов или усилителей покрытия, и по сравнению со спутниками они имеют квазистатические характеристики и значительно меньшую задержку.

3. Беспроводной доступ (Терминология)

• NTN gNB:Это базовая станция 5G (NR), специально модифицированная для внеземного развертывания. В зависимости от архитектуры, NTN gNB может быть полностью размещена на спутнике или HAPS, частично развернута в космосе и частично на земле, или полностью наземной, при этом спутник выступает в качестве ретранслятора. Функциональное разделение между космосом и землей является ключевым проектным решением.
• Прозрачная полезная нагрузка или архитектура Bent-Pipe:В архитектуре прозрачной полезной нагрузки или bent-pipe спутник не выполняет обработку в полосе частот. Эта архитектура направлена на упрощение конструкции спутника, но ее работа сильно зависит от наличия наземной инфраструктуры и каналов связи; передающая полезная нагрузка выполняет следующие функции:
• Прием радиочастотных сигналов от пользовательского оборудования (UE)
• Выполнение сдвига частоты и усиления
• Пересылка их на наземную базовую станцию (gNB) через канал связи
• Регенеративная полезная нагрузка: Выполняет часть или всю обработку уровня 1 и уровня 2 на спутнике. В этой модели сам спутник несет функциональность gNB. Эта архитектура уменьшает задержку канала связи, улучшает масштабируемость и обеспечивает принятие локальных решений. Однако регенеративные полезные нагрузки увеличивают сложность и стоимость спутника.

4. NTN Links

• Сервисная ссылка: Конкретно относится к беспроводному соединению между пользовательским оборудованием (UE) и платформой NTN (спутником или высотной платформой). Он использует воздушный интерфейс NR, подходящий для больших радиусов ячеек и расширенной синхронизации. Схема сервисной ссылки 5G NTN, межспутниковой ссылки, канала связи и интеграции наземной сети.
• Канал связи: Это соединяет спутник с наземной шлюзовой станцией, которая взаимодействует с основной сетью 5G. Каналы связи обычно работают на более высоких частотах и требуют высокоемких каналов обратной связи.
• Межспутниковая связь (ISL): Поддерживает прямую связь между спутниками, позволяя маршрутизировать данные в космосе без непосредственного участия наземных станций. ISL повышает устойчивость сети и уменьшает сквозную задержку.

5. Архитектура сети

• Шлюзовая земная станция: Шлюзовая земная станция действует как интерфейс между спутниковой системой и основной сетью 5G. Она соединяет канал связи и играет решающую роль в мобильности и непрерывности сеанса. 5GC, поддерживающая NTN: С точки зрения протокола, основная сеть 5G (5GC) остается в основном неизменной. Улучшения в основном сосредоточены на: поддержке большой задержки, обработке больших ячеек и оптимизации процедур обработки для режимов простоя и подключения.
• D2D NTN (Direct-to-Device): Пользовательское оборудование (UE) обменивается данными напрямую со спутниками/высотными платформами (HAPS) без промежуточного наземного доступа.
• Гибридная архитектура NTN-TN: NTN дополняет наземную сеть, используемую для резервирования, разгрузки или расширения покрытия.
• NTN на основе ретрансляции: Спутники или высотные платформы (HAPS) действуют как узлы ретрансляции между пользовательским оборудованием (UE) и наземной сетью.