去年，华为全新一代Mate系列旗舰机发布，备受业界关注的“向上捅破天”的技术亮相，而就在刚刚过去不久的世界移动通信大会（MWC2023）上，联发科（MediaTek）带来了突破性的 5G NTN 双向卫星通信技术，NTN再次进入大众视野，该技术可以填补移动通信网络覆盖的空白，为偏远地区提供更广泛、更高速的网络服务，真正实现智能设备的全球连接。

表1. NTN平台类型

应用

3GPP协议38.811比较全面地介绍了NTN的应用前景。得益于广泛的服务覆盖能力，以及空间、飞行器可以降低物理攻击和自然灾害的伤害，NTN有望促进在地面5G网络无法覆盖的地区（如偏远地区、飞机或船只上）和服务欠缺地区（如郊区、农村地区）推出5G完备的高性能服务；通过为M2M/IoT设备或移动平台上的乘客（如客运车辆、飞机、轮船、高速火车、公共汽车等）提供服务连续性，或确保任何地方的服务可用性，特别是关键通信——未来铁路/海上/航空通信，以及通过为向网络边缘的用户终端传输数据提供高效的多播/广播资源，从而实现5G网络的可扩展性；NTN的好处涉及方方面面，包括单独运行的非地面网络，或集成的地面和非地面网络，它们将影响覆盖范围、用户带宽、系统容量、服务可用性和可靠性、能源消耗、连接密度等等。预计5G NTN将在以下垂直领域发挥重要作用：交通、公共安全、媒体和娱乐、电子健康、能源、农业、金融、汽车等。

图1. NTN应用场景

架构

NTN网络架构中，UE和卫星或UAS平台之间通过Service link连接，由NR实现；卫星或UAS平台和Gateway之间通过Feeder link连接，可以是3GPP定义的无线接口，也可以是non 3GPP的无线接口；最后Gateway和数据中心网络相连接。NTN有两种典型的架构，分别是透传模式和再生模式。

1. A transparent payload：透传模式，具备射频滤波、变频和放大功能。因此，有效载荷重复的波形信号不变。也就是说卫星或UAS平台只对信号进行转发，不做任何其它处理；

2. A regenerative payload：再生模式，具备射频滤波、频率转换和放大以及解调/解码、交换和/或路由、编码/调制功能。这实际上相当于在卫星（或UAS平台）上具有全部或部分基站功能（例如gNB），它将对数据进行处理。

R17工作的重心是透传模式，即卫星充当射频中继器的方式，gNB作为Gateway的一部分位于地面。

挑战

NTN网络部署在卫星上时，虽然能够很方便地覆盖偏远地区，实现全球连接，但由于卫星距离远、速度快，也不可避免的带来了如下一些问题。

1 时延

Gateway或者UE与卫星之间的距离很远。因此，无线电波到达Gateway或者UE需要相当长的时间。如GEO卫星，和地面UE的单向传播延迟可能高达272.4ms。即便是HAPS这样的低空平台，单向延迟可能小于1.6ms，也仍远高于地面蜂窝网络的0.033ms。另外，虽然NTN部署在LEO上时，某些情况下的延迟可以比地面的WIFI还要短，但这样的方案，覆盖的成本将是巨大的。

根据22.261，3GPP归纳的卫星传播时延如下表所示。

表2. 卫星传播时延

大的时延导致NTN中的许多方面会受到影响，如协议层，重传机制和资源调度中的响应时间，特别是接入和切换等这些需要多次信令交互的过程，以及HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request）重传过程等。下图3就展示大时延导致上下行定时的巨大偏移。Figure6.2.1-1通过引入一个巨大的TA来使gNB的DL和UL定时对齐，但UE的DL和UL帧定时将出现巨大偏移；Figure6.2.1-2则不需要gNB的DL和UL对齐，它们相差一个共同的timing shift，UE通过应用UE级特定差分TA，使得gNB的DL和UL帧定时同步，这种方案需要在网络侧增加额外的信令和复杂性来管理，需要增强各种NR物理层定时关系。