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5G NTN技術助力實現終端直連衛星構建星地融合網絡

信息發布: 商務部 創建時間:2022-09-10

●  NTN技術是什么?

 NTN(non-terrestrial network,非地面網絡)是3GPP在R17階段制定的基于新空口技術的終端與衛星直接通信技術。針對衛星通信場景距離遠、移動快、覆蓋廣帶來的多普勒頻偏大、信號衰減大和傳播時延大等問題,NTN進行了空口增強協議設計,引入了調度時序管理、HARQ功能編排、上行傳輸時延補償、空地快速切換等先進技術,已具備基本衛星通信能力。

 NTN是地面蜂窩通信技術的重要補充,是手機直連衛星的技術方向之一。利用衛星通信網絡與地面5G網絡的融合,可以不受地形地貌的限制提供無處不在的覆蓋能力,連通空、天、地、海多維空間,形成一體化的泛在接入網,使能全場景隨需接入。

 NTN是3GPP R17版本的重要功能,在5G-Advanced中持續演進,已成為3GPP Release 18工作計劃的重要部分。NTN包括NTN-IoT(基于非陸地網絡的物聯終端接入)和NTN-NR(基于非陸地網絡的5G智能終端接入)兩個工作組,NTN-IoT側重支持低復雜度eMTC和NB-IoT終端的衛星物聯業務,如全球資產追蹤(例如海上集裝箱或蜂窩網絡覆蓋范圍之外的其它終端),NTN-NR采用5G NR框架來實現智能手機直連衛星提供低速率數據服務和語音服務。

 

●  NTN技術應用場景豐富,價值空間巨大

 從全球網絡覆蓋面積來看,目前尚有80%以上的陸地區域和95%以上的海洋區域沒有地面網絡覆蓋。5G NTN技術可實現手機通過衛星直接連接到蜂窩寬帶網絡,從而構建連接泛在、場景豐富、產業鏈高度融合、建設運維成本低的天地融合網絡。

 面向客戶,利用NTN網絡的強大覆蓋能力,理論上可以構建全時空的基于手機直連的公眾應急通信網,提供無處不在的通信網絡服務,打造偏遠地區、海洋、民航等全域泛在連接,提供短信、語音、上網、公眾應急通信、廣域物聯網等全場景服務。

 面向產業,通過蜂窩通信和衛星通信兩大產業鏈的深度融合,讓接入衛星的物聯終端形態向低成本、小型化、低功耗等易用性方向發展,讓智能手機具備直連衛星能力,形成規模效應,推動衛星連接價格下降。

 面向運營商,提供低成本的廣覆蓋方案,在用戶稀疏的偏遠地區、海面等區域無需建設和維護蜂窩基站,可顯著降低基站數量并進行集中部署,進而降低運營商的網絡建設和運維成本。

●  全球首個運營商5G NTN手機直連衛星技術外場驗證發布

 2022年8月26日下午,中國移動研究院攜手中興通訊、交通運輸通信信息集團、中國移動北京公司等產業伙伴共同發布全球首個運營商5G NTN(non-terrestrial network,非地面網絡)技術外場驗證成果。本次驗證基于3GPP R17 NTN協議,突破3.6萬公里超遠單程距離和普通手機直連兩大挑戰,形成超大時延動態補償、星地間射頻數據轉化兩大創新解決方案,實現了5G NTN端到端全鏈路技術貫通,驗證了在滿足3GPP協議前提下手機直連衛星的可行性。

 本次試點發布由中國移動研究院無線與終端技術研究所副所長鄧偉先生主持,由中國移動研究院院長黃宇紅女士、中興通訊高級副總裁、無線產品經營部總經理張萬春先生、交通通信集團陸航市場高級副總裁郭春啟先生、中國移動北京公司副總經理楊洋先生四位領導共同發布。 

 1)5G NTN技術外場驗證方案

 結合衛星物聯市場需求及NB-IoT NTN場景價值,中國移動聯合合作伙伴先行基于高軌衛星進行試點,由用戶終端、衛星、衛星信關站、基站、核心網及業務服務器組成,網絡拓撲如下,L波段衛星和地面信關站位于NTN終端和基站之間,完成空口消息傳輸,地面信關站與5G NTN基站進行對接,終端依次通過衛星、信關站、NTN基站接入地面核心網和業務平臺,實現星地融合的端到端業務貫通。 

 本次試點包括核心網機房、NTN基站、信關站天線和NTN終端四大外場,并在發布會現場進行了連線和現場演示,如下圖所示。外場1位于中國移動北京國際信息港核心網機房,通過廣覆蓋、高可靠、低時延的高品質傳輸網實現NTN基站到核心網的承載保障,采用全光網絡設備,具備業務自動下發,電路按需切片,多路由迂回、高等級安全保護能力,充分滿足試驗后續業務能力拓展。外場2位于交通通信集團北京信關站機房,5G NTN基站實現硬件射頻適配和NTN協議軟件功能,對現有基站進行時序關系、時頻同步等方面的適應性協議增強,并通過變頻設備將地面基站工作頻段轉換至可以與衛星信關站進行對接的L頻段,協同小型化便攜式終端原型機完成3GPP R17 NTN端到端協議驗證;外場3由交通運輸通信信息集團提供,通過高軌衛星中國關口站的天線和射頻系統,在指定的頻段成功實現了基于衛星網絡的上下行全鏈路測試和數據傳輸。外場4位于上海中興園區,5G NTN技術驗證終端測試點,終端通過高軌衛星與地面NTN基站建立連接,完成了端到端全鏈路貫通和短消息、語音業務的現場驗證。 

 2)5G NTN技術外場驗證結果

 本次全球首個運營商5G NTN外場驗證,實測性能符合預期,支持短消息、語音對講等業務,從架構、協議、設備等方面全面驗證了手機直連衛星技術落地能力。在測試結果方面,基站射頻ACLR指標優于信關站射頻指標要求,鏈路質量符合預期,ping 64字節時延約4s,短消息業務功能正常,語音對講清晰流暢,性能符合預期,基本具備落地可行性。本次試點從架構方面驗證了高軌衛星透明轉發的NTN組網可行性,從協議方面驗證了NTN解決長時延、廣覆蓋等問題的可行性,從設備方面驗證了通信設備增加手機直連衛星模式的能力,是NTN技術“從0到1”的突破。

 3)5G NTN技術外場驗證后續規劃

 5G NTN技術外場驗證首次實現了高軌同步衛星與地面終端直連,完成了業務端到端貫通,后續將在北京、云南等省繼續開展面向個人應急、物聯采集等實際業務的專項試點。面向未來,將進一步基于中軌和低軌衛星進行5G NTN技術更全面的基礎業務驗證和性能評估,為手機直連衛星打下堅實的理論和技術基礎。

●  5G NTN手機直連衛星產業發展

 手機直連衛星未來將廣泛應用于個人領域和豐富的垂直行業應用領域,將極大的拓展衛星的應用范圍。全球正在積極開展融合技術創新,催熟相關鏈條,推動衛星產業與蜂窩產業深度融合,必將帶來衛星網絡與地面網絡空天融合的巨大商用價值。

 5G NTN技術在現階段支持智能手機和物聯終端接入,智能手機通過直連衛星可實現文字短信、語音對講和寬帶上網等業務,打造偏遠地區、海洋、民航等全域泛在連接。隨著3GPP NTN標準研究的推進和衛星能力的增強,預計5G NTN將逐步支持更多頻段及星上處理等能力。針對物聯終端場景,物聯網應用數據包較小,占用衛星帶寬小,產業鏈更為成熟,終端成本和功耗更低,可能先于5G手機實現落地應用。

 5G NTN未來應用場景廣闊,在支持海洋強國(走向深藍)、交通強國、鄉村振興、全國統一大市場等國家戰略方面,將與地面蜂窩移動網絡一起發揮不可比擬的巨大社會價值。

 


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