从全球网络覆盖的角度来看，超过 80% 的陆地地区和 95% 的海洋地区没有被地面蜂窝网络覆盖。5G 网络的建设不仅要提供高网速，还要提供无处不在的移动网络接入。然而，在山区、沙漠和海洋等偏远地区，建设和维护 5G 地面网络的成本极其高昂，因此无法在这些地区提供 5G 网络覆盖。
幸运的是，航空航天技术的发展使基于卫星的宽带通信系统能够以更低的成本为大片甚至全球区域提供无线覆盖。因此，5G 网络将与卫星通信系统深度融合，构成一个无缝覆盖全球的融合通信网络，满足全球任何地方的各种服务需求。
什么是非地面网络（NTN）？
非地面网络（NTN）是一种基于 3GPP R17 开发的新型无线电（NR）接口技术的终端-卫星直接通信技术，也是地面蜂窝通信技术的重要补充。通过卫星通信网络与地面5G网络的融合，NTN可以不受地形地貌的限制，提供泛在覆盖，将天、地、海等空间连接起来，形成一体化的泛在接入网络，实现全场景的按需接入。
NTN 是 3GPP R17 的一项重要功能。它在 5G-Advanced 阶段继续发展，并已成为 3GPP R18 工作计划的重要组成部分。NTN 包括两个工作组：IoT NTN 和 NR NTN。
IoT NTN 专注于支持低复杂度 eMTC 和 NB-IoT 终端的卫星物联网服务，如全球资产跟踪（蜂窝网络覆盖范围以外的海运集装箱或其他终端）。NR NTN 利用 5G NR 框架实现卫星与智能手机之间的直接连接，以提供语音和数据服务。
透明的 NTN 架构
NTN 由用户设备 (UE)、卫星、卫星网关、基站 (gNB)、核心网 (CN) 和服务器组成。其架构将从更可行的透明有效载荷发展而来。
NTN 可以是一个由低地轨道、中地轨道或地球同步轨道卫星组成的星座，也可以是一个由 HAPS（高空平台站）组成的网络。NTN 节点（LEO、MEO、GEO、HAPS）充当中继器，执行频率转换和功率放大，对 UE 是透明的。eNB/ gNB 位于地面，通过 NTN 网关与 NTN 节点连接。
由于卫星信号的往返延迟，NTN 功能仅适用于 FDD 操作。在 Rel-17 中，NTN 适用于使用 S 波段或 L 波段的 FR1。连接 NTN 的 UE 可以是手持设备、物联网设备或 VSAT 终端（具有定向天线和较高发射功率）。支持 NTN 的 UE 必须补偿上行链路传输中传播延迟和卫星移动造成的时间和频率偏移。UE 必须具备 GNSS 定位能力，才能在系统信息广播中计算时间和频率补偿以及卫星位置和速度。
5G NTN 的优势
- 与传统地面网络相比，覆盖范围更广。由于 NTN 网络在高空运行，因此无需大量地面基础设施即可覆盖广阔区域。这使得 5G NTN 网络成为向偏远和农村地区提供连接的可靠方式，而在这些地区，传统的基础设施并不实用。
- 理想情况下，5G NTN 网络的速度可达 20 Gbps，可以快速高效地处理大量数据。这使其成为需要实时数据处理的应用（如远程监控、监视和自动驾驶汽车）的理想选择。
5G NTN的不足
尽管 5G NTN 技术有许多优点，但也存在一些挑战：
- 主要障碍之一是部署成本。建造和发射卫星及其他航空飞行器是一项成本高昂的工作，这些成本可能需要一段时间的网络运营的收入才能收回。
- 与传统地面网络相比，5G NTN 技术的另一个缺点是不可靠。由于网络是从高空无线运行的，因此很容易受到地形、天气和其他可能破坏无线网络的因素的干扰。这意味着 5G NTN 网络可能无法在恶劣环境中提供连接
- 影响 5G NTN 性能的另一个因素是大气衰减。当信号穿过大气层时，会导致信号减弱或失真。造成这种情况的原因有多种，包括湿度、温度和压力。
- 网络攻击和其他安全漏洞的可能性，因为网络在高空运行，难以监控和保护。
下一步计划是什么？
为支持 NTN 连接，Rel-18 已决定在以下领域增强 NR 功能：
- 为 VSAT 设备将 NR（FDD 模式）NTN 扩展到大于 10 GHz 的频段，如 Ka 波段。VSAT 终端具有更高的天线增益和发射功率，可安装在空中、海上或陆地交通工具上，用于宽带数据服务。由于高频路径损耗较大，手持式 UE 和物联网设备无法使用这些频段。
- 在 NTN 场景下，通过商用智能手机增强低数据速率和 VoIP 服务的覆盖范围。由于与传播距离相关的延迟，VoIP 只适用于低地球轨道，而低数据速率服务可通过足够的重复传输由所有卫星（低地球轨道、中地球轨道、地球同步轨道）提供。
- 通过增强测量、小区重选和切换程序，提高 UE 在 NTN 固定和移动小区中的移动性，以及 NTN 和 TN 之间的移动性，以保证服务的连续性。跟踪区域将与 Rel-17 中一样固定在地面上。
- 网络验证 UE 位置报告，以满足各种目的（如紧急呼叫、合法拦截、公共警告、收费/计费）在准确性、延迟、可靠性等方面的监管要求。
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