卫星接入，5G NTN的大范围无缝网络连接

电子发烧友网报道（文/李宁远）随着卫星接入的引入，5G网络不断的进化现在已经可以确保随时随地的无缝连接。早在5G非地面网络NTN正式成为 3GPP Rel-17的一部分之前，由于各方技术厂商对5G NTN的急迫需求，其实很多技术开发早在之前就已经开始进行，比如无线网络和手机都需要NTN支持，网络运营商和卫星服务提供商也需要支持使用卫星的蜂窝接入。
 

 

 
5G NTN优势在哪里？
 
众所周知，5G网络进入我们日常生活已经有一些年头了，过去很多年，业界也一直在进行蜂窝网络部署。如今支撑5G网络的技术无法实现偏远地区的网络覆盖，而在人口稠密的城市中，部署的则是热点型网络。现在随着5G NTN的推出，5G新空口网络有了卫星链路。
 
如今，借助卫星网络，可以扩大全球网络的覆盖范围，不再有难以实现网络覆盖的地方，如难以进行基础设施建设的偏远地区以及一些孤立的网络平台。此外，5G网络的卫星接入链路上还能助力一些现在火热的应用类型，比如物联网、机器对机器通信。随着互联网所连接的链路数量不断增加，5G NTN这种卫星解决方案能够解决各种网络部署难题。
 
例如在今年9月中国移动研究院和中兴通讯发布的5G NTN手机直连卫星技术外场验证成果发布上，5G NTN成功实现了超过3.6万公里的网络连接，并解决了普通手机5G NTN直连的困难，是一次5G NTN端到端全链路技术贯通。随时随地建立连接，这就是5G NTN带来的全新的优势。
 
早在5G Rel-15上，就已经为NTN奠定了一些基础的要素，对信道模型做了定义，5G Rel-16确定了基础功能和相关场景，网络的全面部署预计会在2023年完成。而5G Rel-17则进一步增强了相关具体功能，而且网络协议栈以及网络体系结构都有不少变化。
 
5G NTN带给5G网络的改变和挑战
 
作为第五代蜂窝网络的卫星接入，5G NTN肯定是能够改善卫星链路。这听起来比较简单，但实现的过程并不容易。在最早推出的用例场景中，推出的所谓的蜂窝接入（可以接收卫星信号的蜂窝电话），是对蜂窝电话有要求的，不管是功耗还是尺寸，都有很严苛的要求才能实现这样一个直连系统。
 
对蜂窝电话获得卫星访问权限这种用例来说，现在直连蜂窝接入利用L和S频段（1-2GHz）降低了蜂窝电话的功耗，并提供固定的链路接入，但是在小型化、低功耗上还需要进一步优化。
 
从网络的角度看，技术厂商也在试图当用户使用蜂窝电话访问基站时，对最终用户隐藏卫星网关和卫星本身。技术厂商的考量是希望在基站和终端设备之间建立无缝连接，避免长距离传播链路特性发生巨大变化产生时延等各种问题。
 
此外，由于低轨道卫星的移动速度非常快，不仅卫星和信号的移动会导致频移，信号功率也会有很大的损耗。在基站和终端设备之间推出5G NTN的无缝连接需要对信号作出补偿才能稳定地接收信号。这里面有许多细节需要考虑，应该推出什么样的接口，如何应对信号的各种行为等等。
 
对移动网络运营商、卫星服务提供商、芯片组提供商来说，部署5G新空口地面蜂窝网络需要整合所有实体，将最新的5G基站与他们的波束赋形天线整合到一起，然后是整合蜂窝电话、最新的芯片组以及有缘和自适应天线，然后不断扩大带宽和频率范围。最大的挑战在于各端如何协作将所有这些端到端连接的构建模块整合到一起。
 
5G NTN手机直连卫星进展
 
上面提到今年9月中国移动研究院和中兴通讯发布的5G NTN手机直连卫星技术外场验证成果发布上，5G NTN成功实现了超过3.6万公里的网络连接，并解决了普通手机5G NTN直连的困难。该技术验证这也验证了在满足3GPP前提下5G NTN直连的可行性。
 
联发科采用与智能手机相同的组件，搭载5G NR NTN卫星网络功能的移动通信芯片，合作Rohde & Schwarz也完成了5G NTN卫星手机连接验证。不过这次验证是实验室环境，采用低轨卫星通讯模式，时速超2.7万公里。
 
小结
 
5G NTN通信网络是地面蜂窝通信网络强有力的补充，是未来实现全球无缝连接的基础。从全球各地的技术验证上来看，在技术上实现与3GPP NTN标准兼容，并没有太大技术障碍。随着NTN标准的进一步推进，解决传播延时、链路预算、频移等技术问题，无处不在的无缝网络连接时代已经不远了。