5G NTN (niet-terrestrisch netwerk) Technologie Terminologie

De NTN (Non-Terrestrial Network) geïntroduceerd door 3GPP in zijn standaardisatieroutekaart heeft als doel volledige 5G-dekking en connectiviteit te bereiken via satellieten en luchtplatforms. Belangrijke terminologie omvat:

1. NTN Definitie:Dit is een draadloze netwerktechnologie goedgekeurd door 3GPP, waarbij toegangsknooppunten worden ingezet op ruimtegebaseerde of luchtgebaseerde platforms zoals satellieten of High Altitude Platform Stations (HAPS), in plaats van vast te zitten aan grondinfrastructuur. NTN-netwerken worden typisch gebruikt om dekking uit te breiden naar gebieden waar de implementatie van grondnetwerken onpraktisch of economisch onhaalbaar is. Vanuit een 3GPP-perspectief is NTN geen onafhankelijke technologie, maar eerder een uitbreiding van 5G (NR). NTN hergebruikt en past NR-protocollen, parameters en procedures zoveel mogelijk aan om lange propagatievertragingen, hoge Dopplerverschuivingen, grote celgroottes en platformmobiliteit te ondersteunen.

2. NTN Platforms:Dit is de meest basale classificatie van satellietbanen, die direct van invloed is op latentie, dekking en mobiliteit; specifiek inclusief:

• GEO (Geostationary Orbit): GEO-satellieten bevinden zich op een hoogte van ongeveer 35.786 kilometer en zijn stationair ten opzichte van de aarde. GEO (Geosynchronous Orbit) satellieten hebben een brede dekking maar een hoge round-trip delay, waardoor ze ongeschikt zijn voor latency-gevoelige diensten.
• MEO (Medium Earth Orbit): MEO-satellieten opereren op hoogtes tussen 2.000 en 20.000 kilometer, waardoor een evenwicht wordt bereikt tussen dekking en latentie; dit wordt met name benadrukt in de huidige 3GPP NTN-specificaties.
• LEO (Low Earth Orbit): LEO-satellieten opereren op hoogtes tussen 300 en 2.000 kilometer. Ze bieden lage latentie en hoge doorvoer, maar bewegen zeer snel ten opzichte van de aarde, wat leidt tot frequente inter-satelliet handovers en significante Doppler-effecten.
• VLEO (Very Low Earth Orbit): VLEO verwijst naar experimentele satellieten die zijn ontworpen om te opereren op hoogtes onder de 300 kilometer. Ze worden verwacht ultra-lage latentie te bereiken, maar worden geconfronteerd met aanzienlijke atmosferische uitdagingen.
• HAPS (High Altitude Platform Station): HAPS opereren typisch op hoogtes tussen 20 en 50 kilometer. HAPS-platforms omvatten: zonne-aangedreven drones, ballonnen en luchtschepen. High Altitude Platform Systems (HAPS) kunnen fungeren als NR-basisstations, relais of dekkingsverbeteraars, en in vergelijking met satellieten hebben ze quasi-statische kenmerken en een aanzienlijk lagere latentie.

3. Draadloze Toegang (Terminologie)

• NTN gNB:Dit is een 5G (NR) basisstation dat specifiek is aangepast voor niet-terrestrische implementatie. Afhankelijk van de architectuur kan de NTN gNB volledig worden gehost op een satelliet of HAPS, gedeeltelijk worden ingezet in de ruimte en gedeeltelijk op de grond, of volledig op de grond met de satelliet die fungeert als een relais. De functionele verdeling tussen ruimte en grond is een belangrijke ontwerpkeuze.
• Transparante Payload of Bent-Pipe Architectuur:In een transparante payload of bent-pipe architectuur voert de satelliet geen baseband-verwerking uit. Deze architectuur heeft als doel het satellietontwerp te vereenvoudigen, maar de werking ervan is sterk afhankelijk van de beschikbaarheid van grondinfrastructuur en feeder links; de transmissie payload voert de volgende functies uit:
• Het ontvangen van radiofrequentiesignalen van user equipment (UE)
• Het uitvoeren van frequentieverschuiving en -versterking
• Het doorsturen ervan naar het grondbasisstation (gNB) via de feeder link
• Regeneratieve Payload: Voert een deel of alle Layer 1 en Layer 2 verwerking uit op de satelliet. In dit model draagt de satelliet zelf de gNB-functionaliteit. Deze architectuur vermindert de feeder link latentie, verbetert de schaalbaarheid en maakt lokale besluitvorming mogelijk. Regeneratieve payloads verhogen echter de complexiteit en kosten van de satelliet.

4. NTN Links

• Service Link: Verwijst specifiek naar de draadloze verbinding tussen de user equipment (UE) en het NTN-platform (satelliet of platform op grote hoogte). Het gebruikt de NR air interface waveform die geschikt is voor grote celstralen en uitgebreide timing advance. Diagram van 5G NTN service link, inter-satelliet link, feeder link en grondnetwerkintegratie.
• Feeder Link: Dit verbindt de satelliet met het gateway grondstation, dat communiceert met het 5G core netwerk. Feeder links werken typisch op hogere frequenties en vereisen backhaul links met hoge capaciteit.
• Inter-Satellite Link (ISL): Ondersteunt directe communicatie tussen satellieten, waardoor gegevens in de ruimte kunnen worden gerouteerd zonder directe betrokkenheid van grondstations. ISL verbetert de netwerkresilience en vermindert de end-to-end latentie.

5. Netwerkarchitectuur

• Gateway Earth Station: Het gateway grondstation fungeert als de interface tussen het satelliet systeem en het 5G core netwerk. Het verbindt de feeder link en speelt een cruciale rol in mobiliteit en sessiecontinuïteit. 5GC ondersteunt NTN: Vanuit een protocolperspectief blijft het 5G core netwerk (5GC) grotendeels ongewijzigd. Verbeteringen richten zich voornamelijk op: het ondersteunen van lange latentie, het afhandelen van grote cellen en het optimaliseren van verwerkingsprocedures voor inactieve en verbonden modi.
• D2D NTN (Direct-to-Device): User equipment (UE) communiceert rechtstreeks met satellieten/platforms op grote hoogte (HAPS) zonder tussenliggende grondtoegang.
• Hybride NTN-TN architectuur: NTN vult het terrestrische netwerk aan, gebruikt voor fallback, offloading of het uitbreiden van de dekking.
• Relaisgebaseerde NTN: Satellieten of platforms op grote hoogte (HAPS) fungeren als relaisknooppunten tussen user equipment (UE) en het terrestrische netwerk.