5G NTN (비지상 네트워크) 기술 용어

3GPP에서 표준화 로드맵에 따라 도입된 NTN(비지상 네트워크)은 위성 및 항공 플랫폼을 통해 완전한 5G 커버리지와 연결성을 달성하는 것을 목표로 합니다. 주요 용어는 다음과 같습니다.

1. NTN 정의: 이는 3GPP에서 승인한 무선 네트워크 기술로, 액세스 노드가 지상 인프라에 고정되는 대신 우주 기반 또는 항공 기반 플랫폼 (예: 위성 또는 고고도 플랫폼 스테이션(HAPS))에 배치됩니다. NTN 네트워크는 일반적으로 지상 네트워크 배치가 비실용적이거나 경제적으로 실현 불가능한 지역으로 범위를 확장하는 데 사용됩니다. 3GPP 관점에서 NTN은 독립적인 기술이 아니라 5G(NR)의 확장입니다. NTN은 장거리 전파 지연, 높은 도플러 이동, 큰 셀 크기 및 플랫폼 이동성을 지원하기 위해 가능한 한 NR 프로토콜, 매개변수 및 절차를 재사용하고 적용합니다.

2. NTN 플랫폼: 이는 위성 궤도의 가장 기본적인 분류로, 지연 시간, 커버리지 및 이동성에 직접적인 영향을 미칩니다. 구체적으로 다음을 포함합니다.

• GEO(정지 궤도): GEO 위성은 약 35,786km 고도에 위치하며 지구에 대해 정지되어 있습니다. GEO(정지 궤도) 위성은 넓은 커버리지를 제공하지만 왕복 지연 시간이 길어 지연 시간에 민감한 서비스에는 적합하지 않습니다.
• MEO(중간 지구 궤도): MEO 위성은 2,000~20,000km 고도에서 작동하며 커버리지와 지연 시간 사이의 균형을 이룹니다. 이는 현재 3GPP NTN 사양에서 특히 강조됩니다.
• LEO(저궤도): LEO 위성은 300~2,000km 고도에서 작동합니다. 낮은 지연 시간과 높은 처리량을 제공하지만 지구에 대해 매우 빠르게 움직여 위성 간 핸드오버가 자주 발생하고 도플러 효과가 큽니다.
• VLEO(초저궤도): VLEO는 300km 미만의 고도에서 작동하도록 설계된 실험 위성을 의미합니다. 초저 지연 시간을 달성할 것으로 예상되지만 상당한 대기 문제에 직면합니다.
• HAPS(고고도 플랫폼 스테이션): HAPS는 일반적으로 20~50km 고도에서 작동합니다. HAPS 플랫폼에는 태양광 드론, 풍선 및 비행선이 포함됩니다. 고고도 플랫폼 시스템(HAPS)은 NR 기지국, 릴레이 또는 커버리지 향상 장치 역할을 할 수 있으며 위성에 비해 준정적 특성을 가지며 지연 시간이 현저히 짧습니다.

3. 무선 액세스(용어)

• NTN gNB: 이는 비지상 배치를 위해 특별히 수정된 5G(NR) 기지국입니다. 아키텍처에 따라 NTN gNB는 위성 또는 HAPS에서 완전히 호스팅되거나, 일부는 우주에, 일부는 지상에 배치되거나, 위성이 릴레이 역할을 하는 완전히 지상 기반일 수 있습니다. 우주와 지상 간의 기능적 분할은 주요 설계 선택입니다.
• 투명 페이로드 또는 벤트 파이프 아키텍처: 투명 페이로드 또는 벤트 파이프 아키텍처에서 위성은 기저대역 처리를 수행하지 않습니다. 이 아키텍처는 위성 설계를 단순화하는 것을 목표로 하지만 작동은 지상 인프라 및 피더 링크의 가용성에 크게 의존합니다. 전송 페이로드는 다음 기능을 수행합니다.
• 사용자 장비(UE)에서 무선 주파수 신호 수신
• 주파수 이동 및 증폭 수행
• 피더 링크를 통해 지상 기지국(gNB)으로 전달
• 재생 페이로드: 위성에서 레이어 1 및 레이어 2 처리의 일부 또는 전부를 수행합니다. 이 모델에서 위성 자체는 gNB 기능을 수행합니다. 이 아키텍처는 피더 링크 지연 시간을 줄이고 확장성을 개선하며 지역화된 의사 결정을 가능하게 합니다. 그러나 재생 페이로드는 위성의 복잡성과 비용을 증가시킵니다.

4. NTN 링크

• 서비스 링크: 특히 사용자 장비(UE)와 NTN 플랫폼(위성 또는 고고도 플랫폼) 간의 무선 연결을 의미합니다. 대형 셀 반경 및 확장된 타이밍 어드밴스에 적합한 NR 에어 인터페이스 파형을 사용합니다. 5G NTN 서비스 링크, 위성 간 링크, 피더 링크 및 지상 네트워크 통합 다이어그램.
• 피더 링크: 이는 위성을 5G 코어 네트워크와 인터페이스하는 게이트웨이 지상국에 연결합니다. 피더 링크는 일반적으로 더 높은 주파수에서 작동하며 고용량 백홀 링크가 필요합니다.
• 위성 간 링크(ISL): 위성 간의 직접 통신을 지원하여 지상국의 직접적인 관여 없이 우주에서 데이터를 라우팅할 수 있습니다. ISL은 네트워크 복원력을 향상시키고 종단 간 지연 시간을 줄입니다.

5. 네트워크 아키텍처

• 게이트웨이 지구국: 게이트웨이 지구국은 위성 시스템과 5G 코어 네트워크 간의 인터페이스 역할을 합니다. 피더 링크를 연결하고 이동성 및 세션 연속성에 중요한 역할을 합니다. NTN을 지원하는 5GC: 프로토콜 관점에서 5G 코어 네트워크(5GC)는 크게 변경되지 않습니다. 향상은 주로 장거리 지연 시간 지원, 대형 셀 처리, 유휴 및 연결 모드에 대한 처리 절차 최적화에 중점을 둡니다.
• D2D NTN(Direct-to-Device): 사용자 장비(UE)는 중간 지상 액세스 없이 위성/고고도 플랫폼(HAPS)과 직접 통신합니다.
• 하이브리드 NTN-TN 아키텍처: NTN은 지상 네트워크를 보완하여 폴백, 오프로딩 또는 커버리지 확장에 사용됩니다.
• 릴레이 기반 NTN: 위성 또는 고고도 플랫폼(HAPS)은 사용자 장비(UE)와 지상 네트워크 간의 릴레이 노드 역할을 합니다.