مصطلحات تقنية شبكات الجيل الخامس غير الأرضية (NTN)

تهدف شبكة NTN (الشبكة غير الأرضية) التي قدمتها 3GPP في خارطة طريق التقييس الخاصة بها إلى تحقيق تغطية واتصال كاملين بتقنية 5G من خلال الأقمار الصناعية والمنصات المحمولة جواً. تشمل المصطلحات الرئيسية:

1. تعريف NTN:هذه تقنية شبكات لاسلكية معتمدة من قبل 3GPP، حيث يتم نشر عقد الوصول على منصات فضائية أو منصات جوية مثل الأقمار الصناعية أو محطات المنصات عالية الارتفاع (HAPS)، بدلاً من تثبيتها على البنية التحتية الأرضية. تُستخدم شبكات NTN عادةً لتوسيع التغطية إلى المناطق التي يكون فيها نشر الشبكات الأرضية غير عملي أو غير مجدٍ اقتصاديًا. من منظور 3GPP، NTN ليست تقنية مستقلة، بل هي امتداد لـ 5G (NR). تعيد NTN استخدام وتكييف بروتوكولات ومعلمات وإجراءات NR قدر الإمكان لدعم تأخيرات الانتشار الطويلة، وتحولات دوبلر العالية، وأحجام الخلايا الكبيرة، وحركة المنصات.

2. منصات NTN:هذا هو التصنيف الأساسي لمدارات الأقمار الصناعية، والذي يؤثر بشكل مباشر على زمن الوصول والتغطية والحركة؛ بما في ذلك على وجه التحديد:

• GEO (المدار الثابت بالنسبة للأرض): تقع أقمار GEO الصناعية على ارتفاع حوالي 35786 كيلومترًا وهي ثابتة بالنسبة للأرض. تتمتع أقمار GEO (المدار المتزامن بالنسبة للأرض) بتغطية واسعة ولكن بتأخير عودة مرتفع، مما يجعلها غير مناسبة للخدمات الحساسة لزمن الوصول.
• MEO (المدار الأرضي المتوسط): تعمل أقمار MEO الصناعية على ارتفاعات تتراوح بين 2000 و 20000 كيلومتر، مما يحقق توازنًا بين التغطية وزمن الوصول؛ يتم التأكيد على هذا بشكل خاص في مواصفات 3GPP NTN الحالية.
• LEO (المدار الأرضي المنخفض): تعمل أقمار LEO الصناعية على ارتفاعات تتراوح بين 300 و 2000 كيلومتر. إنها توفر زمن وصول منخفضًا وإنتاجية عالية، ولكنها تتحرك بسرعة كبيرة نسبيًا بالنسبة للأرض، مما يؤدي إلى عمليات تسليم متكررة بين الأقمار الصناعية وتأثيرات دوبلر كبيرة.
• VLEO (المدار الأرضي المنخفض جدًا): يشير VLEO إلى الأقمار الصناعية التجريبية المصممة للعمل على ارتفاعات أقل من 300 كيلومتر. من المتوقع أن تحقق زمن وصول منخفضًا للغاية ولكنها تواجه تحديات جوية كبيرة.
• HAPS (محطة المنصة عالية الارتفاع): تعمل HAPS عادةً على ارتفاعات تتراوح بين 20 و 50 كيلومترًا. تشمل منصات HAPS: الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية والبالونات والمناطيد. يمكن لأنظمة المنصات عالية الارتفاع (HAPS) أن تعمل كمحطات أساسية NR أو مرحلات أو معززات للتغطية، وبالمقارنة بالأقمار الصناعية، فإنها تتمتع بخصائص شبه ثابتة وزمن وصول أقل بكثير.

3. الوصول اللاسلكي (المصطلحات)

• NTN gNB: هذه محطة أساسية 5G (NR) معدلة خصيصًا للنشر غير الأرضي. اعتمادًا على البنية، يمكن استضافة NTN gNB بالكامل على قمر صناعي أو HAPS، أو نشرها جزئيًا في الفضاء وجزئيًا على الأرض، أو بالكامل على الأرض مع عمل القمر الصناعي كمرحل. يعد التقسيم الوظيفي بين الفضاء والأرض خيار تصميم رئيسي.
• الحمولة الشفافة أو بنية الأنبوب المنحني: في الحمولة الشفافة أو بنية الأنبوب المنحني، لا يقوم القمر الصناعي بإجراء معالجة النطاق الأساسي. تهدف هذه البنية إلى تبسيط تصميم الأقمار الصناعية، لكن تشغيلها يعتمد بشكل كبير على توفر البنية التحتية الأرضية وروابط التغذية؛ تؤدي حمولة الإرسال الوظائف التالية:
• استقبال إشارات التردد اللاسلكي من معدات المستخدم (UE)
• إجراء تحويل التردد والتضخيم
• إعادة توجيهها إلى المحطة الأساسية الأرضية (gNB) عبر رابط التغذية
• الحمولة التجديدية: تقوم بإجراء جزء أو كل معالجة الطبقة 1 والطبقة 2 على القمر الصناعي. في هذا النموذج، يحمل القمر الصناعي نفسه وظيفة gNB. تعمل هذه البنية على تقليل زمن وصول رابط التغذية، وتحسين قابلية التوسع، وتمكين اتخاذ القرارات المحلية. ومع ذلك، تزيد الحمولة التجديدية من تعقيد وتكلفة القمر الصناعي.

4. روابط NTN

• رابط الخدمة: يشير على وجه التحديد إلى الاتصال اللاسلكي بين معدات المستخدم (UE) ومنصة NTN (القمر الصناعي أو المنصة عالية الارتفاع). يستخدم شكل موجة واجهة NR الهوائية المناسبة لنصف قطر الخلية الكبيرة والتقدم الزمني الممتد. رسم تخطيطي لرابط خدمة 5G NTN، ورابط بين الأقمار الصناعية، ورابط التغذية، وتكامل الشبكة الأرضية.
• رابط التغذية: يربط القمر الصناعي بمحطة البوابة الأرضية، والتي تتفاعل مع شبكة 5G الأساسية. تعمل روابط التغذية عادةً بترددات أعلى وتتطلب روابط تجميع خلفي عالية السعة.
• رابط بين الأقمار الصناعية (ISL): يدعم الاتصال المباشر بين الأقمار الصناعية، مما يسمح بتوجيه البيانات في الفضاء دون تدخل مباشر من المحطات الأرضية. يعزز ISL مرونة الشبكة ويقلل زمن الوصول الشامل.

5. بنية الشبكة

• محطة بوابة أرضية: تعمل محطة البوابة الأرضية كواجهة بين نظام الأقمار الصناعية وشبكة 5G الأساسية. تربط رابط التغذية وتلعب دورًا حاسمًا في التنقل واستمرارية الجلسة. 5GC تدعم NTN: من منظور البروتوكول، تظل شبكة 5G الأساسية (5GC) دون تغيير إلى حد كبير. تركز التحسينات في المقام الأول على: دعم زمن الوصول الطويل، والتعامل مع الخلايا الكبيرة، وتحسين إجراءات المعالجة للأوضاع الخاملة والمتصلة.
• D2D NTN (من الجهاز إلى الجهاز): تتواصل معدات المستخدم (UE) مباشرة مع الأقمار الصناعية/المنصات عالية الارتفاع (HAPS) دون الوصول الأرضي الوسيط.
• بنية NTN-TN الهجينة: تكمل NTN الشبكة الأرضية، وتستخدم للعودة إلى الخلف أو التفريغ أو توسيع التغطية.
• NTN المستندة إلى المرحل: تعمل الأقمار الصناعية أو المنصات عالية الارتفاع (HAPS) كعقد ترحيل بين معدات المستخدم (UE) والشبكة الأرضية.