Non-Terrestrial Networks in the 6G Era: Challenges and Opportunities¶
依旧是一篇综述. 背景颇为类似, 只是这篇文章系统整理了一下3GPP的三种NTN架构:
- transparent
- regenerative
- multi-connectivity
适合用来积累, 其他内容如无线/通信的内容忽略
Many organizations recognize non-terrestrial networks (NTNs) as a key component to provide cost-effective and high-capacity connectivity in future 6th generation (6G) wireless networks. Despite this premise, there are still many questions to be answered for proper network design, including those associated to latency and coverage constraints. In this paper, after reviewing research activities on NTNs, we present the characteristics and enabling technologies of NTNs in the 6G landscape and shed light on the challenges in the field that are still open for future research. As a case study, we evaluate the performance of an NTN scenario in which aerial/space vehicles use millimeter wave (mmWave) frequencies to provide access connectivity to on-the-ground mobile terminals as a function of different networking configurations.
许多组织已认识到，非地面网络（NTN）是未来第六代（6G）无线网络中提供低成本、高容量连接的关键组成部分。尽管有此前提，但在网络设计方面仍有许多问题亟待解决，包括与延迟和覆盖范围限制相关的问题。本文在回顾NTN研究活动的基础上，介绍了6G蓝图下NTN的特性和关键使能技术，并阐明了该领域中仍待未来研究的开放性挑战。作为一个案例研究，我们评估了一种NTN场景的性能，在该场景中，空中/空间飞行器使用毫米波（mmWave）频率为地面移动终端提供接入连接，并将其作为不同网络配置的函数进行了分析。
Introduction 重点:
- 当前网络的挑战与不足
- 覆盖范围不足
- 现有设施对未来应用的可用性不够
- 6G愿景: NTN
- 设想了一种三维（3D）异构架构: 无人机 (UAVs)、高空平台 (HAPs) 和 卫星 (LEO)
- NTN的标准化进展和既有研究
- 3GPP Rel-17 已批准一项工作项目, 旨在定义和评估NTN在NR中的解决方案 (侧重于卫星接入), Rel-18和Rel-19也确定了长期研究项目
- 纳米卫星-5G系统在毫米波（mmWave）域的运作、卫星网络配置的权衡、利用无人机在关键场景中补充地面连接 ...
NTN in 6G 重点:
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NTN 的定义与架构组件
- NTN 指通过空中或空间飞行器（无人机、高空平台、卫星）运行的通信网络
- 其通用架构包含四个主要部分: 地面终端、空中/空间站、服务链路（终端到空间站）和馈线链路（空间站到地面网关）
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NTN 的关键平台类型及其权衡
- UAV (无人机. Unmanned Aerial Vehicle): 数百米。优点是部署灵活、可按需服务; 缺点是维持飞行的推进能耗高，电源管理受限
- HAP (高空平台. High Altitude Platform): 约 20 km。优点是部署快、覆盖广（数百公里）、成本效益高; 缺点是需要补充燃料且空中稳定是挑战
- Satellites:
- GEO (静止轨道): 35,800 km。优点是覆盖面积非常大、对地面终端持续可见；缺点是信号延迟和衰减显著
- LEO (低轨) / MEO (中轨): 几百至几千公里。优点是信号强度好、延迟低；缺点是相对地面非静止，必须依赖星座组网才能维持连续服务
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3GPP 定义的三种 NTN 架构
- 透明架构 (Transparent): 卫星仅作为信号中继（转发器），不处理信号
- 再生架构 (Regenerative): 卫星有效载荷能再生（处理）信号，并支持ISL
- 多连接架构 (Multi-connectivity): 涉及两个透明 RAN（可混合 GEO/LEO），并支持地面与非地面网络的融合接入
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NTN 的五大核心用例
- 通信韧性与服务连续性:
- 在热点区域、农村、海洋或灾害后提供覆盖和备份路由
- 为蜂窝边缘用户提升公平性
- 承载 MEC 功能以提供 3D 覆盖
- 全球卫星覆盖: 利用星间链路构建“太空网状网络”, 作为昂贵长途光纤的替代方案
- 泛在物联网 (IoT) 广播:
- 利用其广覆盖和广播特性, 向大量(包括移动中) 的用户提供多媒体内容
- 充当 IoT 传感器的移动数据聚合器
- 高级回程 (Advanced backhauling):
- 为无法部署有线回程的地区提供无线回程
- 在密集区域分担地面回程流量, 实现负载均衡
- 高能效混合多业务:
- UAV 可按需部署以降低固定设施成本
- 卫星可使用太阳能(清洁能源), 提升网络整体能效
- 通信韧性与服务连续性: