5G NTN: transformando el panorama de la conectividad
¿Qué es NTN?
Las redes no terrestres (NTN) son una tecnología de comunicación directa terminal-satélite basada en la nueva tecnología de interfaz de radio (NR) desarrollada por 3GPP en R17. Como complemento a la red celular terrestre, NTN permite una red integrada espacio-aire-tierra (SAGIN) más allá de la infraestructura terrestre en cuanto a ancho de banda, latencia, confiabilidad, etc. Proporciona servicios de red sin interrupciones a usuarios globales al proporcionar una mayor cobertura y resiliencia, satisfaciendo los futuros requisitos de red en comunicaciones en todo momento, en todos los dominios y en todo el espacio y en redes interconectadas.
La comunicación inalámbrica NTN involucra satélites de órbita terrestre baja (LEO), satélites de órbita terrestre media (MEO) y satélites de órbita geoestacionaria (GEO) que operan sobre la superficie de la Tierra para ofrecer una conectividad de red confiable y estable. La implementación de una red central en satélites puede aprovechar la competencia de la red central móvil terrestre y ampliar sus aplicaciones.
¿Por qué es esencial la NTN 5G?
Una parte importante de las áreas terrestres y marinas, alrededor del 80% y el 95% respectivamente, carecen de cobertura de redes celulares terrestres. Para garantizar un acceso ubicuo a la red móvil, las redes 5G deben extenderse más allá de estas limitaciones. Sin embargo, construir y mantener redes terrestres 5G en lugares remotos como montañas, desiertos y océanos son desafíos abrumadores. 5G NTN ofrece una solución mediante el uso de antenas de matriz en fase, tecnología de ondas milimétricas, formación de haz adaptativa, etc., para ayudar a cerrar la brecha digital y conectar a los desconectados.
Ventajas
· Cobertura y conectividad ampliadas
5G NTN supera las limitaciones que enfrentan las redes tradicionales, proporcionando acceso a Internet de alta velocidad a regiones remotas, áreas rurales y zonas afectadas por desastres. Las redes basadas en satélites cubren vastas extensiones de tierra, mientras que los drones y las plataformas de gran altitud (HAP) ofrecen cobertura temporal o bajo demanda durante emergencias o eventos.
· Habilitación de IoT y ciudades inteligentes
5G NTN libera el potencial para la implementación de IoT y el desarrollo de ciudades inteligentes. Facilita la conectividad en tiempo real entre dispositivos y sensores, lo que conduce a una mejor automatización, mejores servicios públicos y una gestión optimizada de los recursos. Las aplicaciones van desde redes inteligentes hasta atención sanitaria conectada y monitoreo ambiental.
· Redundancia
Al ofrecer un canal de comunicación alternativo, 5G NTN garantiza la conectividad incluso si la red terrestre se ve afectada o destruida. Las plataformas satelitales o aéreas sirven como opciones de respaldo, garantizando un servicio ininterrumpido.
Desafíos
Si bien 5G NTN es una gran promesa, también presenta desafíos. La coordinación entre redes terrestres y no terrestres, la gestión de transferencias y la garantía de una conectividad perfecta entre plataformas requieren una infraestructura sólida y sistemas de gestión de red eficientes. Los marcos regulatorios, la asignación de espectro y la cooperación internacional son cruciales para aprovechar todo el potencial de la NTN 5G.
Además, las principales dificultades de las redes NTN son la alta latencia (hasta 120 ms para los satélites GSO) y el desvanecimiento profundo (hasta 170 dB) debido a la altitud orbital de los satélites, así como el gran efecto Doppler (decenas de kHz) introducido por el movimiento a alta velocidad de los satélites en órbita baja. Para el desvanecimiento profundo, las capacidades de transmisión y recepción generalmente se mejoran aumentando el tamaño de la antena y el panel en el lado del satélite para garantizar que los teléfonos inteligentes no modificados también puedan realizar comunicaciones satelitales con normalidad; En cuanto al retardo y Doppler, 3GPP ha formulado una serie de soluciones en el protocolo, de modo que los terminales y estaciones base puedan confirmar el retardo y los cambios Doppler a través de la información de efemérides satelitales, y completar la compensación en el transmisor para asegurar el progreso normal de la comunicación.
Mejoras futuras
3GPP R18 para NR introduce mejoras para soportar la conectividad NTN, incluyendo:
· Expansión de NTN NR (modo FDD) en bandas de frecuencia superiores a 10 GHz, como la banda Ka, para acomodar dispositivos VSAT (terminal de apertura muy pequeña). Los terminales VSAT poseen mayor ganancia de antena y potencia de transmisión, lo que los hace adecuados para su instalación en vehículos aéreos, marítimos o terrestres para proporcionar servicios de datos de banda ancha. Estas bandas de frecuencia no serán accesibles para equipos de usuario portátiles (UE) y dispositivos IoT debido a la pérdida de trayectoria significativa experimentada en frecuencias más altas.
· Mejora de la cobertura para servicios de baja velocidad de datos y VoIP (Voz sobre Protocolo de Internet) a través de teléfonos inteligentes comerciales en escenarios NTN. VoIP es específicamente aplicable a satélites LEO debido a la latencia asociada con distancias de propagación más largas, mientras que los servicios de baja velocidad de datos pueden ser ofrecidos por todos los tipos de satélites (LEO, MEO, GEO) a través de suficientes repeticiones de transmisiones.
· Mejora de la movilidad de UE dentro de celdas fijas a tierra y de movimiento de tierra de NTN, así como la movilidad entre NTN y redes terrestres, para garantizar la continuidad del servicio. Esto se logrará a través de procedimientos mejorados para mediciones, re-selección de celdas y transferencia. Las áreas de seguimiento permanecerán fijas a la Tierra, de manera similar a las especificaciones de R17.
· Verificación de red de los informes de ubicación de UE para cumplir con los requisitos regulatorios en cuanto a precisión, latencia, confiabilidad y otros factores. Esta verificación es necesaria para varios propósitos, incluidas llamadas de emergencia, intercepción legal, advertencias públicas y procesos de cobro/facturación.