​IOT NTN 与 NR NTN​

NTN（Non-Terrestrial Network)），即非地面网络通信，通过不同轨道高度的卫星对地面上的终端提供网络连接的服务。利用卫星通信网络与地面蜂窝网络的融合，可以在不受地形地貌的限制和影响下，连通空、天、地、海多维空间，是地面蜂窝通信技术的重要补充。

NTN的两类载体

（1）卫星网络通信

包括低轨（LEO）、中轨（MEO）、静止轨道（GEO）、同步轨道（GSO）卫星在内的星载平台；

（2）高空平台系统（HAPS，High Altitude Platform Systems）

包括如飞机、飞艇、热气球、直升机、无人机等。

目前NTN通信主要有两类协议：私有化协议及标准化的3GPP协议。

苹果和华为手机，以及现在非常火热的星链，都不是标准化的方案，而是使用私有协议

3GPP正在推动卫星通信的NTN标准，到时候所有的手机及物联网设备，都可以直接接入卫星网络，就像使用4G/5G网络一样成为一种标准能力。3GPP标准的 NTN网络复用庞大的蜂窝网络产业生态资源，加上运营商的介入，能够显著降低成本并快速实现普及

IOT NTN 和 NR NTN

NTN通信包含IoT-NTN和NR-NTN两个技术方向：IoT-NTN主要支持低复杂度 eMTC 和 NB-IOT 终端的卫星物联网服务，如全球资产跟踪（蜂窝网络覆盖范围以外的海运集装箱或其他终端）；NR-NTN则利用 5G NR 框架实现卫星与智能机之间的直接连接，以提供语音和数据服务。

NTN网络架构

NTN网络的部署，3GPP定义了两种架构选项：透明转发模式和再生转发模式。对于透明转发模式，卫星在上行和下行两个方向只做透明转发，实现滤波、频率转换、射频放大和射频收发。这种方式已经在3GPP Rel17/18定义并应用。

3GPP Rel19开始定义NTN的再生转发模式。其中，卫星具备完整的或部分的基站功能，也就是所谓的“基站上星”。

在3GPP中，NTN是指通过搭载在机载或星载NTN运载工具上的NTN有效载荷和NTN网关提供非地面接入终端的网络。星载飞行器可以搭载弯管式（透明转发）或再生式（星上处理）有效载荷通信发射机，并且可以放置在LEO、MEO或GEO轨道上；一种机载飞行器是包含无人机的HAPS，包括轻于空气的无人机(LTA)和重于空气的无人机(HTA)，所有无人机通常在8至50公里之间的高度运行，即准静止。

NTN通信使用什么频谱？

NTN通信属于无线通信，提到无线通信，频谱就是个很重要的话题。3GPP Release 17 为 5G NTN 引入了两个频段：L 波段 n255和 S 波段 n256。

ITU（国际电联）也在设想为NTN分配频率更高但是具有更宽频谱的Ku/Ka/Q/V频段。

NTN通信带来的挑战

NTN通信这么好用，但是从3GPP的规划来看，离真正无处不在的NTN连接还是有很长一段路要走，这是因为NTN通信相对传统的地面基站网络面临很多新的挑战：

1. 时间延迟：与地面网络通信相比，基于卫星的NTN通信可能会带来更高延迟。使用同步卫星的延迟超过500ms，即使是使用低轨卫星，也会有大概40ms的延迟，都远远高于传统地面网络的延迟；、

2. 频率同步：低轨卫星相对地面高速移动，将带来很大的多普勒频移；

3. 低信噪比：由于终端距离卫星（及基站）非常远，终端接收到的基站信号将非常低；

4. 信号衰落：除了传统的地面通信相关的衰落场景之外，卫星通信可能会受到恶劣天气条件的影响，例如大雨或大气干扰，这可能会破坏信号并降低可靠性；

5. 终端功耗优化：上述种种挑战将大大增加NTN终端的耗电，用途广泛的IoT-NTN终端的功耗优化，是3GPP需要重点考虑的一个话题

作为星地融合通信发展的主流方向，5G NTN标准演进的步伐不断加快。在3GPP R15启动星地融合研究之初，即设立了NTN非地面网络议题，持续推进解决方案形成。R17全面开展系统架构和空口接入技术研究，确立了首个基准版本技术规范。当前，全球研究机构正紧密协作，积极推进NTN技术发展及标准落地。

　　标准演进

    （1）3GPP R15

　　3GPP R15完成了“支持NTN的NR研究”，定义了NTN部署场景和相关系统参数，为NTN调整了3GPP信道模型，并明确了需要进一步开展关键性能评估的范围方向。

　　（2）3GPP R16

　　3GPP R16完成了“支持NTN的NR解决方案”，明确NR支持NTN应用的基础功能要优先考虑卫星场景，对3GPP相关技术规范组的研究指明了方向。

　　（3）3GPP R17

　　3GPP R17聚焦LEO和GEO（高地球轨道）的透明转发场景，兼顾HAPS应用，进一步增强NTN相关功能，同时专门完成了一项关于NTN物联网场景研究：“对NTN的NB-IoT/eMTC支持研究”。该研究目的在于确定适用于LTE-M和NB-IoT的场景并提出相应的改进方案，以支持卫星上的LTE-M和NB-IoT。同时针对网络和UE所需的通用射频核心要求、相邻信道共存场景展开研究，完善NR支持NTN的解决方案。

　　（4）3GPP R18

　　NTN技术在R18的演进方向主要集中在新特性支持和现有特性增强。新特性支持包括MBS（多播广播业务）支持、RedCap（轻量能力）支持、新频谱支持、再生模式支持以及无GNSS（全球导航卫星系统）能力的终端支持等。现有特性增强方面，R18将对NTN覆盖增强、波束管理增强、移动性增强、10GHz以上频谱支持、物联网增强、UE位置服务规范进行进一步讨论。3GPP还在R18中设立了相关研究项目，继续对IoT NTN增强管理及NR NTN网络技术开展进一步研究。

　　（5）展望6G

　　5G NTN演进的最终目标是6G星地融合通信。基于低轨卫星、无人机、浮空平台的空地通信将成为6G的重要组成部分，可实现任何人在任何地点、任何时间的无缝接入，并最终走向系统融合。要达成以上目标，需要将非地面网络设备与地面蜂窝网络设备组成异构接入，设计包含统一空口传输、统一接入控制、统一认证、统一组网协议、以用户为中心的智能网络架构，支持用户终端在星地网络间无缝切换，满足不同部署场景和多样化业务发展需要。上述星地融合网络技术的演进集中体现在网络架构及组网方式增强、星地频率资源统一分配、统一的无线空口设计、移动性管理、卫星波束管理和大规模天线技术的应用、终端的一体化设计、更丰富的业务提供能力等六个方面。