一、卫星通信NTN是什么
NTN，即非地面网络（Non-Terrestrial Networks），是地面蜂窝通信技术的重要补充。3GPP将其定义为使用机载或太空运载工具搭载传输设备中继节点或基站的网络或网络段。
其工作原理主要是通过卫星或高空平台作为中继，实现地面用户设备之间的通信。NTN网络架构中，用户设备（UE）和卫星或高空平台之间通过服务链路连接，卫星或高空平台和网关之间通过馈电链路连接，最后网关和数据中心网络相连接。
与传统通信方式相比，NTN具有明显的区别。传统通信主要依赖地面基站进行信号传输，覆盖范围有限，在偏远地区、海洋、航空等场景中往往存在信号盲区。而NTN能够突破地理限制，为这些地面网络难以覆盖的区域提供通信服务。
在传输性能方面，NTN由于卫星与用户设备之间的距离较远，会导致通信延迟较长。同时，卫星的移动还会引发多普勒频移，影响通信的频率同步。然而，传统通信在延迟和频率稳定性方面通常表现更优。
此外，NTN在覆盖范围上具有巨大优势，能够实现全球覆盖，为地面网络无法触及的区域提供可靠的连接。但在成本方面，NTN的建设和运营成本相对较高，传统通信则相对较为经济实惠。
1. 早期探索阶段
在早期，卫星通信领域就已经出现了NTN的初步尝试。例如，早在1987年提出的铱星系统，就是卫星通信的早期方案之一。然而，由于当时技术的限制，如卫星通信的稳定性欠佳、速率较低、资费高昂以及终端成本过高等因素，这些早期的尝试未能实现大规模商用。但这为后续的发展积累了宝贵的经验。
随着时间的推移，技术不断进步。在卫星通信的早期技术积累中，对不同轨道类型的研究逐渐深入，包括低轨（LEO）、中轨（MEO）和静止轨道（GEO）卫星等。人们开始认识到不同轨道卫星在覆盖范围、时延、多普勒频移等方面的特点和优势。
此外，早期对卫星通信的频率研究也为后来的发展奠定了基础，从L波段到Ka波段等不同频段的特性和应用逐渐被探索和了解。
2. 技术突破与进步
近年来，NTN在技术方面取得了众多重大突破。
在信号传输方面，通过优化协议和算法，有效地解决了卫星与地面设备之间的高延时和多普勒频移问题，提升了信号传输的稳定性和准确性。
网络架构方面，3GPP NTN提出了透明转发和星上再生两种典型模式，为不同场景的应用提供了灵活选择。同时，基于再生模式的卫星还进一步细分为基站部分功能上星和基站全部功能上星，通过星间链路实现信息交互，大大提升了网络的性能和覆盖范围。
芯片技术也取得了显著进展，如联发科技研发的MT6825芯片组，为设备制造商将双向卫星通信技术集成到智能手机等设备中提供了便利。
此外，在标准制定方面，5G NTN R17标准的确定以及R18版本研究课题的明确，为NTN的发展提供了规范和方向。
三、NTN的技术优势
1. 全球覆盖无死角
NTN通过利用卫星或高空平台作为通信中继，实现了不受地理限制的通信覆盖。卫星可以覆盖地球上包括海洋、沙漠、高山等地面网络难以到达的区域。从全球网络覆盖面积来看，目前尚有80%以上的陆地区域和95%以上的海洋区域没有地面网络覆盖，而5G NTN技术可使手机通过卫星直接连接到蜂窝宽带网络。不同类型的卫星，如低轨卫星（LEO）、中轨卫星（MEO）和静止轨道卫星（GEO），各自具有不同的覆盖特点和优势。低轨卫星速度快，能为移动设备提供高速服务；中轨卫星扩大了覆盖范围；静止轨道卫星则提供持续稳定的通信服务。通过合理配置和协同这些卫星，NTN能够构建起一个无缝连接的天地融合网络，实现真正的全球覆盖。
2. 高速稳定的信号传输
NTN在传输速度和信号稳定性方面具有显著优势。例如，5G NTN技术吸收了传统卫星通信和地面移动通信的双重优势技术，通过优化协议和算法，有效解决了卫星与地面设备之间的高延时和多普勒频移问题。在架构上，5G NTN提出了透明转发和星上再生两种模式，保证了信号的有效传输和处理。同时，诸如紫光展锐推出的首颗卫星通信SoC芯片V8821等先进芯片的应用，为NTN提供了强大的支持，使其能够提供高速的数据传输和稳定的信号连接，满足人们对快速、可靠通信的需求。
3. 应对特殊场景的能力
NTN在应急和偏远地区等特殊场景中表现出色。在应急场景中，如抢险救灾、突发公共事件等，当地面网络基础设施因灾难损坏时，NTN能够迅速发挥作用，为救援工作提供通信保障。在偏远地区，如沙漠、海洋、高山等，NTN能够为当地居民和工作人员提供稳定的通信服务。例如，中兴通讯已在浙江舟山进行了一系列海洋与应急通信的场景落地测试，实现了海洋水质监测、船舶监管以及环境数据监测、应急通信等应用。此外，中国移动联合中兴通讯、紫光展锐完成的全球首个手机直连高轨卫星基于运营商网络IoT-NTN IMS的语音通话实验室验证，为应急通信提供了更坚实的技术支持。
四、NTN的应用领域
1. 手机通信
在偏远地区，NTN 让手机通信保持畅通的关键在于其独特的通信架构和技术手段。通过卫星作为通信中继，NTN 能够突破地面基站覆盖的限制。例如，在山区，由于高山阻挡基站信号，手机往往信号微弱。NTN 利用卫星的覆盖能力，将信号传递到这些地区，使手机能够接收到稳定的通信服务。
为实现这一目标，相关技术不断优化。如采用更先进的信号调制和编码方式，以增强信号在远距离传输中的抗干扰能力和准确性。同时，在手机终端方面，也研发出了专门适应 NTN 信号的芯片和天线，提高信号接收和处理的效率。
此外，运营商还通过与卫星通信企业的合作，建立了更广泛的 NTN 网络覆盖。例如中国电信联合中兴通讯等进行的 5G NTN 技术测试和应用，为手机在偏远地区保持信号畅通提供了有力支持。
2. 偏远地区行业
航空领域：NTN 为航空业带来了重大变革。它使得飞机在飞行过程中能够保持稳定的通信，包括实时的飞行数据传输、乘客的通信需求等。无论是长途国际航班还是短途国内航班，NTN 确保了通信的连续性和可靠性。
航海领域：在广袤的海洋上，NTN 为船舶提供了可靠的通信手段。不仅能够实现船舶与陆地之间的信息交流，还能支持船舶之间的通信。这对于海上运输的安全管理、航线规划以及紧急救援等方面都具有重要意义。
沙漠地区：在沙漠这样的极端环境中，NTN 保障了探险队、科研团队等的通信需求。无论是进行地质勘探还是生态研究，都能及时将数据和信息传输出来，提高了工作的效率和安全性。
3. 物联网
在工业制造中，NTN 实现了设备的远程监控和管理。通过传感器采集数据，并利用 NTN 网络传输到控制中心，能够及时发现设备故障，提高生产效率。
在农业方面，NTN 应用于农田的环境监测和自动化灌溉系统。实时获取土壤湿度、气温等数据，实现精准农业操作。
车联网领域，NTN 让车辆在行驶过程中保持与外部的稳定通信，支持自动驾驶所需的实时数据传输，提升了行车安全性和智能化水平。
五、NTN的未来展望
