5G NTN技术助力实现终端直连卫星构建星地融合网络

    信息发布: 商务部 创建时间:2022-09-10

    ●  NTN技术是什么?

     NTN(non-terrestrial network,非地面网络)是3GPP在R17阶段制定的基于新空口技术的终端与卫星直接通信技术。针对卫星通信场景距离远、移动快、覆盖广带来的多普勒频偏大、信号衰减大和传播时延大等问题,NTN进行了空口增强协议设计,引入了调度时序管理、HARQ功能编排、上行传输时延补偿、空地快速切换等先进技术,已具备基本卫星通信能力。

     NTN是地面蜂窝通信技术的重要补充,是手机直连卫星的技术方向之一。利用卫星通信网络与地面5G网络的融合,可以不受地形地貌的限制提供无处不在的覆盖能力,连通空、天、地、海多维空间,形成一体化的泛在接入网,使能全场景随需接入。

     NTN是3GPP R17版本的重要功能,在5G-Advanced中持续演进,已成为3GPP Release 18工作计划的重要部分。NTN包括NTN-IoT(基于非陆地网络的物联终端接入)和NTN-NR(基于非陆地网络的5G智能终端接入)两个工作组,NTN-IoT侧重支持低复杂度eMTC和NB-IoT终端的卫星物联业务,如全球资产追踪(例如海上集装箱或蜂窝网络覆盖范围之外的其它终端),NTN-NR采用5G NR框架来实现智能手机直连卫星提供低速率数据服务和语音服务。

     

    ●  NTN技术应用场景丰富,价值空间巨大

     从全球网络覆盖面积来看,目前尚有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域没有地面网络覆盖。5G NTN技术可实现手机通过卫星直接连接到蜂窝宽带网络,从而构建连接泛在、场景丰富、产业链高度融合、建设运维成本低的天地融合网络。

     面向客户,利用NTN网络的强大覆盖能力,理论上可以构建全时空的基于手机直连的公众应急通信网,提供无处不在的通信网络服务,打造偏远地区、海洋、民航等全域泛在连接,提供短信、语音、上网、公众应急通信、广域物联网等全场景服务。

     面向产业,通过蜂窝通信和卫星通信两大产业链的深度融合,让接入卫星的物联终端形态向低成本、小型化、低功耗等易用性方向发展,让智能手机具备直连卫星能力,形成规模效应,推动卫星连接价格下降。

     面向运营商,提供低成本的广覆盖方案,在用户稀疏的偏远地区、海面等区域无需建设和维护蜂窝基站,可显著降低基站数量并进行集中部署,进而降低运营商的网络建设和运维成本。

    ●  全球首个运营商5G NTN手机直连卫星技术外场验证发布

     2022年8月26日下午,中国移动研究院携手中兴通讯、交通运输通信信息集团、中国移动北京公司等产业伙伴共同发布全球首个运营商5G NTN(non-terrestrial network,非地面网络)技术外场验证成果。本次验证基于3GPP R17 NTN协议,突破3.6万公里超远单程距离和普通手机直连两大挑战,形成超大时延动态补偿、星地间射频数据转化两大创新解决方案,实现了5G NTN端到端全链路技术贯通,验证了在满足3GPP协议前提下手机直连卫星的可行性。

     本次试点发布由中国移动研究院无线与终端技术研究所副所长邓伟先生主持,由中国移动研究院院长黄宇红女士、中兴通讯高级副总裁、无线产品经营部总经理张万春先生、交通通信集团陆航市场高级副总裁郭春启先生、中国移动北京公司副总经理杨洋先生四位领导共同发布。 

     1)5G NTN技术外场验证方案

     结合卫星物联市场需求及NB-IoT NTN场景价值,中国移动联合合作伙伴先行基于高轨卫星进行试点,由用户终端、卫星、卫星信关站、基站、核心网及业务服务器组成,网络拓扑如下,L波段卫星和地面信关站位于NTN终端和基站之间,完成空口消息传输,地面信关站与5G NTN基站进行对接,终端依次通过卫星、信关站、NTN基站接入地面核心网和业务平台,实现星地融合的端到端业务贯通。 

     本次试点包括核心网机房、NTN基站、信关站天线和NTN终端四大外场,并在发布会现场进行了连线和现场演示,如下图所示。外场1位于中国移动北京国际信息港核心网机房,通过广覆盖、高可靠、低时延的高品质传输网实现NTN基站到核心网的承载保障,采用全光网络设备,具备业务自动下发,电路按需切片,多路由迂回、高等级安全?;つ芰?,充分满足试验后续业务能力拓展。外场2位于交通通信集团北京信关站机房,5G NTN基站实现硬件射频适配和NTN协议软件功能,对现有基站进行时序关系、时频同步等方面的适应性协议增强,并通过变频设备将地面基站工作频段转换至可以与卫星信关站进行对接的L频段,协同小型化便携式终端原型机完成3GPP R17 NTN端到端协议验证;外场3由交通运输通信信息集团提供,通过高轨卫星中国关口站的天线和射频系统,在指定的频段成功实现了基于卫星网络的上下行全链路测试和数据传输。外场4位于上海中兴园区,5G NTN技术验证终端测试点,终端通过高轨卫星与地面NTN基站建立连接,完成了端到端全链路贯通和短消息、语音业务的现场验证。 

     2)5G NTN技术外场验证结果

     本次全球首个运营商5G NTN外场验证,实测性能符合预期,支持短消息、语音对讲等业务,从架构、协议、设备等方面全面验证了手机直连卫星技术落地能力。在测试结果方面,基站射频ACLR指标优于信关站射频指标要求,链路质量符合预期,ping 64字节时延约4s,短消息业务功能正常,语音对讲清晰流畅,性能符合预期,基本具备落地可行性。本次试点从架构方面验证了高轨卫星透明转发的NTN组网可行性,从协议方面验证了NTN解决长时延、广覆盖等问题的可行性,从设备方面验证了通信设备增加手机直连卫星模式的能力,是NTN技术“从0到1”的突破。

     3)5G NTN技术外场验证后续规划

     5G NTN技术外场验证首次实现了高轨同步卫星与地面终端直连,完成了业务端到端贯通,后续将在北京、云南等省继续开展面向个人应急、物联采集等实际业务的专项试点。面向未来,将进一步基于中轨和低轨卫星进行5G NTN技术更全面的基础业务验证和性能评估,为手机直连卫星打下坚实的理论和技术基础。

    ●  5G NTN手机直连卫星产业发展

     手机直连卫星未来将广泛应用于个人领域和丰富的垂直行业应用领域,将极大的拓展卫星的应用范围。全球正在积极开展融合技术创新,催熟相关链条,推动卫星产业与蜂窝产业深度融合,必将带来卫星网络与地面网络空天融合的巨大商用价值。

     5G NTN技术在现阶段支持智能手机和物联终端接入,智能手机通过直连卫星可实现文字短信、语音对讲和宽带上网等业务,打造偏远地区、海洋、民航等全域泛在连接。随着3GPP NTN标准研究的推进和卫星能力的增强,预计5G NTN将逐步支持更多频段及星上处理等能力。针对物联终端场景,物联网应用数据包较小,占用卫星带宽小,产业链更为成熟,终端成本和功耗更低,可能先于5G手机实现落地应用。

     5G NTN未来应用场景广阔,在支持海洋强国(走向深蓝)、交通强国、乡村振兴、全国统一大市场等国家战略方面,将与地面蜂窝移动网络一起发挥不可比拟的巨大社会价值。

     


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