Terminologia technologii 5G NTN (Sieć Nieterytorialna)

NTN (Non-Terrestrial Network) wprowadzone przez 3GPP w swojej mapie drogowej standaryzacji ma na celu osiągnięcie pełnego zasięgu i łączności 5G za pośrednictwem satelitów i platform powietrznych. Kluczowa terminologia obejmuje:

1. Definicja NTN: Jest to technologia sieci bezprzewodowej zatwierdzona przez 3GPP, w której węzły dostępowe są rozmieszczone na platformach kosmicznych lub platformach powietrznych takich jak satelity lub stacje platform wysokich wysokości (HAPS), zamiast być przymocowane do infrastruktury naziemnej. Sieci NTN są zazwyczaj używane do rozszerzania zasięgu na obszary, gdzie wdrażanie sieci naziemnej jest niepraktyczne lub nieopłacalne. Z perspektywy 3GPP, NTN nie jest niezależną technologią, ale raczej rozszerzeniem 5G (NR). NTN ponownie wykorzystuje i adaptuje protokoły, parametry i procedury NR w jak największym stopniu, aby obsługiwać duże opóźnienia propagacji, duże przesunięcia Dopplera, duże rozmiary komórek i mobilność platformy.

2. Platformy NTN: To najbardziej podstawowa klasyfikacja orbit satelitarnych, która bezpośrednio wpływa na opóźnienia, zasięg i mobilność; w szczególności obejmująca:

• GEO (Geostacjonarna Orbita): Satelity GEO znajdują się na wysokości około 35 786 kilometrów i są stacjonarne względem Ziemi. Satelity GEO (Geosynchronous Orbit) mają szeroki zasięg, ale duże opóźnienie w obiegu zwrotnym, co sprawia, że ​​są nieodpowiednie dla usług wrażliwych na opóźnienia.
• MEO (Średnia Orbita Ziemi): Satelity MEO działają na wysokościach od 2000 do 20 000 kilometrów, osiągając równowagę między zasięgiem a opóźnieniami; jest to szczególnie podkreślone w obecnych specyfikacjach 3GPP NTN.
• LEO (Niska Orbita Ziemi): Satelity LEO działają na wysokościach od 300 do 2000 kilometrów. Oferują niskie opóźnienia i wysoką przepustowość, ale poruszają się bardzo szybko względem Ziemi, co prowadzi do częstych przekazań między satelitami i znacznych efektów Dopplera.
• VLEO (Bardzo Niska Orbita Ziemi): VLEO odnosi się do eksperymentalnych satelitów zaprojektowanych do działania na wysokościach poniżej 300 kilometrów. Oczekuje się, że osiągną one ultra-niskie opóźnienia, ale napotykają znaczne wyzwania atmosferyczne.
• HAPS (Stacja Platformy Wysokiej Wysokości): HAPS działają zazwyczaj na wysokościach od 20 do 50 kilometrów. Platformy HAPS obejmują: drony zasilane energią słoneczną, balony i sterowce. Systemy platform wysokich wysokości (HAPS) mogą działać jako stacje bazowe NR, przekaźniki lub wzmacniacze zasięgu, a w porównaniu z satelitami mają charakterystyki quasi-statyczne i znacznie niższe opóźnienia.

3. Dostęp bezprzewodowy (Terminologia)

• NTN gNB: Jest to stacja bazowa 5G (NR) specjalnie zmodyfikowana do rozmieszczenia pozaziemskiego. W zależności od architektury, NTN gNB może być w pełni hostowany na satelicie lub HAPS, częściowo rozmieszczony w kosmosie, a częściowo na ziemi, lub całkowicie naziemny, a satelita działa jako przekaźnik. Podział funkcjonalny między przestrzenią kosmiczną a ziemią jest kluczowym wyborem projektowym.
• Przejrzysty ładunek lub architektura Bent-Pipe: W architekturze przejrzystego ładunku lub bent-pipe, satelita nie wykonuje przetwarzania pasma podstawowego. Architektura ta ma na celu uproszczenie konstrukcji satelity, ale jej działanie jest wysoce zależne od dostępności infrastruktury naziemnej i łączy zasilających; ładunek transmisyjny wykonuje następujące funkcje:
• Odbieranie sygnałów radiowych od urządzeń użytkownika (UE)
• Wykonywanie przesunięcia częstotliwości i wzmocnienia
• Przekazywanie ich do naziemnej stacji bazowej (gNB) za pośrednictwem łącza zasilającego
• Ładunek regeneracyjny: Wykonuje część lub całość przetwarzania warstwy 1 i warstwy 2 na satelicie. W tym modelu sam satelita przenosi funkcjonalność gNB. Architektura ta zmniejsza opóźnienia łącza zasilającego, poprawia skalowalność i umożliwia podejmowanie lokalnych decyzji. Jednak ładunki regeneracyjne zwiększają złożoność i koszt satelity.

4. Łącza NTN

• Łącze serwisowe: Odnosi się konkretnie do połączenia bezprzewodowego między urządzeniem użytkownika (UE) a platformą NTN (satelitą lub platformą wysokiej wysokości). Wykorzystuje interfejs radiowy NR odpowiedni dla dużych promieni komórek i rozszerzonego wyprzedzenia czasowego. Schemat łącza serwisowego 5G NTN, łącza między satelitami, łącza zasilającego i integracji sieci naziemnej.
• Łącze zasilające: To łączy satelitę ze stacją naziemną bramy, która łączy się z siecią rdzeniową 5G. Łącza zasilające działają zazwyczaj na wyższych częstotliwościach i wymagają łączy backhaul o dużej pojemności.
• Łącze między satelitami (ISL): Obsługuje bezpośrednią komunikację między satelitami, umożliwiając routowanie danych w kosmosie bez bezpośredniego udziału stacji naziemnych. ISL zwiększa odporność sieci i zmniejsza opóźnienia end-to-end.

5. Architektura sieci

• Stacja naziemna bramy: Stacja naziemna bramy działa jako interfejs między systemem satelitarnym a siecią rdzeniową 5G. Łączy łącze zasilające i odgrywa kluczową rolę w mobilności i ciągłości sesji. 5GC obsługujące NTN: Z perspektywy protokołu, sieć rdzeniowa 5G (5GC) pozostaje w dużej mierze niezmieniona. Ulepszenia koncentrują się przede wszystkim na: obsłudze dużych opóźnień, obsłudze dużych komórek i optymalizacji procedur przetwarzania dla trybów bezczynności i połączenia.
• D2D NTN (Direct-to-Device): Urządzenie użytkownika (UE) komunikuje się bezpośrednio z satelitami/platformami wysokiej wysokości (HAPS) bez pośredniego dostępu naziemnego.
• Architektura hybrydowa NTN-TN: NTN uzupełnia sieć naziemną, używaną do powrotu, odciążania lub rozszerzania zasięgu.
• NTN oparte na przekaźnikach: Satelity lub platformy wysokiej wysokości (HAPS) działają jako węzły przekaźnikowe między urządzeniem użytkownika (UE) a siecią naziemną.