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NTN衛星通信技術詳解

2024-08-28 10:42:41  點擊:

衛星通信作為一種重要的無線通信方式,具有通信範(fàn)圍廣、距離遠、容量大(dà)、傳輸質量高等特點。近(jìn)年來,衛星通信應用的領域也越(yuè)來越廣泛,我國衛星通信產業正處於快速發展階段,市場規模不斷擴大、技術創新不斷加速,產業鏈和競爭格局日益完善(shàn)。


5G NTN(Non-Terrestrial Network,非地(dì)麵網絡)是(shì)衛星通信的重要組成部分,也在衛星通信發展中具有重要(yào)意義。

01  衛(wèi)星通信類別

我國衛星通信按照軌道高度可以分為高(gāo)軌衛星通信、中軌衛星(xīng)通信和低軌衛星通信三(sān)類。


高軌衛星(xīng)通信(GEO)通常指地球同步軌道通(tōng)信衛星係統,即地球靜(jìng)止軌道衛星通(tōng)信(GEO),距離地表(biǎo)約35786 公裏高空,在赤道上繞行地球(qiú)。衛星運行速度與地(dì)球自轉速度(dù)相同,因此從地麵上看,衛(wèi)星似乎是靜止的,所以又稱同步軌道衛星或地球靜止(zhǐ)軌道(dào)衛星,適(shì)合連續通信和對(duì)地觀測。


中軌衛星通信(MEO)運行於中地球軌道,距離地表約2000公裏至35786公裏。中軌衛星位於高軌和低軌之間,既能提供一定的覆蓋範圍,又能減少鏈路損耗,在導航定(dìng)位係統中應(yīng)用較多,如我國的“北鬥”導航衛星大部分運行在中軌道,少數運行在高軌道,以兼顧導航定位和通信功能。


低軌衛(wèi)星通信(LEO)運行於低地球軌道,距(jù)離地表約200公裏至2000公裏。由於距(jù)離地(dì)麵較近,因此(cǐ)信號(hào)傳輸時延小、鏈路損耗低,且可以實現全球快速覆蓋。近年來低軌衛星(xīng)通信在(zài)衛星互聯網領域(yù)發展迅速。

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02 NTN技術


3GPP(3rd Generation Partnership Project,第三代合作夥伴(bàn)計劃)是由一係列技術規範和標準(zhǔn)組成的框架,由多個全球移動通信標(biāo)準組織合作開發。這些標準組織包括歐洲電信標準協會(ETSI)、美國電信工業協會(ATIS)、中國通信標準化協會(CCSA)、日本電信技術委員會(ARIB)和韓國電信技術委員會(TTA)等(děng)。3GPP協議的目標是為全球移動通(tōng)信提供一致的技術(shù)規(guī)範和互操作性。


NTN(Non-Terrestrial Network)技術,即非地麵網絡技術,是3GPP在R17階段製定的基於(yú)新空口技術(shù)的終端與衛星直接通信技術。它作為地麵蜂窩通信技術的重要補充,通過(guò)衛星(xīng)通信(xìn)網絡與地麵蜂(fēng)窩網絡的融合,實現了不受地形地貌限製的全覆蓋能力,連通空、天、地、海多維空(kōng)間,形成一體化(huà)的泛在接入網。


該技(jì)術旨在解決衛星(xīng)通信場景中(zhōng)的多普勒頻(pín)偏大、信號衰減大和(hé)傳(chuán)播時延大等問題,通過空口增強協議設(shè)計,實現終(zhōng)端與衛星之間的直接通信。


NTN技術(shù)包括IoT-NTNNR-NTN兩個技術方向。IoT-NTN主要(yào)支持低複雜度eMTC和NB-IoT終(zhōng)端的(de)衛星物聯(lián)網服務,如全(quán)球資產(chǎn)跟(gēn)蹤,更(gèng)側重(chóng)於物聯網領域的低功(gōng)耗、廣覆蓋和低成本通(tōng)信需求。NR-NTN則利用5G NR框架實現衛星與智能手機之間的直接連接,以提供語音(yīn)和數據服務,致力於實現空天地一體化(huà)融合通信係統,並為下一代6G網絡提供技術支撐。


3GPP定義了NTN網絡的兩種架構選項:透明轉發模式和再生(shēng)轉發模式。透明轉發模式中,衛星僅做(zuò)透明轉發;再(zài)生轉發模式中(zhōng),衛星(xīng)具備完(wán)整(zhěng)的或部(bù)分(fèn)的基站功能,即“基站上星”。


03 NTN的頻段

衛星通信使用到的頻段涵蓋L、S、Ku、Ka、Q/V等頻段,3GPP 協議將(jiāng) L、S頻段的2段小帶寬頻譜(pǔ)定義(yì)為BAND n255 (1626.5-1660.5 MHz / 1525-1559 MHz) 、n256 (1980-2010 MHz / 2170-2200 MHz),用於NTN通信。


04 5G NTN技術

隨著5G技術的不斷發(fā)展,其應用場景逐漸從(cóng)地麵通信擴展到空間通信。5G NTN技術作為地麵蜂窩通信技術的重要補充,為構建連(lián)接泛在、場景豐富、產業鏈高度融合的天地融合網絡提供了可能。


5G NTN設計支持手機等終端設(shè)備直接與高低軌衛星進行通(tōng)信,地麵上(shàng)再架設信關站作為網關,最終連接到5G核心網。衛星可以作為基站直接發射5G信號與終端連接,也可以作為透明轉發節點將地麵站發送的信號透(tòu)傳給(gěi)手機。


5G NTN 網絡分為用戶段、空間(jiān)段和(hé)地麵段三部分。


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05 5G NTN主要應(yīng)用場景

5G NTN技術對於偏遠地區、海洋(yáng)、極地等地(dì)麵基(jī)站難以覆蓋的區域(yù)尤(yóu)為重要,同時也為應急通信、物聯網(IoT)等應用場(chǎng)景提供了更加(jiā)靈活和可靠(kào)的通信解決方案。


應急(jí)通信


在遭遇重大自然災害或突發事件時,地麵通信設施可能受損,導致通信中(zhōng)斷。此時,5G NTN技(jì)術可以通(tōng)過衛星通信提(tí)供緊急通(tōng)信服務,確保信息的及時傳遞和(hé)指揮調(diào)度的順利進(jìn)行。


交通領域


5G NTN技術可以實現汽車與衛星的直接通信,提(tí)供不間斷的低數(shù)據速率(lǜ)服務,保障汽車安全,同時支持緊急救援呼叫、監控和訪問(wèn)控製等遠程服務。


在海上運輸中,衛星通信(xìn)是確保船隻與岸基之間信息暢通的(de)重要手段。5G NTN技(jì)術可以進一步提升(shēng)海事通信的(de)可靠性和效率,滿足(zú)輪船狀態、環境和位置信息上報、視頻監控以及寬帶上網(wǎng)等需求。


物聯網(wǎng)(IOT)


5G NTN技術中的IoT-NTN路線主要(yào)應用於衛星物聯網領域,集成了NB-IoT多次重傳、低(dī)功耗、長待機的優(yōu)點,同(tóng)時兼具衛星的(de)立體廣覆蓋能力。在智慧農業、智慧物流等領域具有廣泛應用前(qián)景。


手機通信


隨(suí)著技術的不斷成熟和成本(běn)的降低,5G NTN技術將逐步拓展到(dào)普通大眾消費群體。手機直(zhí)連衛星可以滿足(zú)人們對“永不失聯、永遠(yuǎn)在線”的需求,提供全區域、全維(wéi)度的(de)泛在連接服務。其應用場景包括(kuò)旅遊探(tàn)險(xiǎn)、蜂窩補盲等。


勘探開發


在礦產和油氣勘探開發中,衛星通信是確保現場與總部之間信息暢通的關(guān)鍵。5G NTN技術可以提供更可靠、更高效的通信服務。


星地融合通(tōng)信


5G NTN技術的(de)最終目標是實現星(xīng)地融(róng)合通信,即任何人在任何地點、任何時間都能無縫接(jiē)入通信網絡。這將為未來的移動通信和物聯網發展帶來革命性的變化。


06 為準電子NTN測試

為準(zhǔn)電子(zǐ)的T6290F無線綜測儀產品(pǐn)可滿足NTN設備的射頻測試(shì),進行TX/RX 信號分析,T6290F采用雙通道設計,單個通道支持4射頻端口,可實現(xiàn)多DUT並行測試,在(zài)5G NTN設備的研(yán)發和生產階段提供更高效率的精準測試。同(tóng)時,T6290F頻率範圍從75MHz到10GHz,可支持衛星通信涉及的全部頻段信號測(cè)試,為衛星通信終端測試提供可靠、便捷的解決方案。

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