Nas últimas duas décadas, o mundo tem experimentado uma ampla inovação em tecnologias sem fio. Temos visto avanços na conectividade Wi-Fi, celular e crescimento significativo em dispositivos conectados. No entanto, cobertura irregular, chamadas perdidas e velocidades de dados inconsistentes continuam a desafiar as redes 4G e 5G, decorrentes das limitações inerentes das redes terrestres. À medida que avançamos em direção à criação de cobertura world de serviço 5G, a tecnologia de rede não terrestre (NTN) tem o potencial de eliminar esses desafios.
Redes terrestres versus não terrestres
Como seus nomes indicam, os provedores de rede implantam redes terrestres no solo e as NTNs são implantadas na órbita da Terra. Usando sistemas de satélite ou plataformas aéreas, as NTNs permitem que os serviços de telecomunicações alcancem áreas remotas que seriam impraticáveis para redes tradicionais baseadas em solo. Uma rede de telecomunicações terrestre 5G típica, composta de equipamento de usuário (UE), rede de acesso de rádio (RAN) e núcleo, é mostrada abaixo na Figura 1. Em poucas palavras, as UEs precisam se comunicar com uma RAN 5G, que retransmite voz e dados das UEs para o núcleo 5G e vice-versa. O desafio é que isso depende de torres de celular que têm capacidade limitada quando se trata de atender a vários usuários.

Para superar esse desafio, as operadoras de rede normalmente instalam uma torre de celular a cada 300-800 metros em áreas densamente povoadas e a cada 2-3 quilômetros em outros lugares. Mas cobrir um país dessa forma, ou o planeta, se mostra impraticável e muito caro.
As NTNs oferecem uma solução mais prática, expandindo significativamente a cobertura 5G em todo o mundo. Aproveitar satélites ou veículos aéreos como transceptores RAN não apenas suporta mais demanda e tráfego, mas também oferece conectividade em áreas de difícil acesso. No entanto, ainda há desafios quando se trata de redes NTN. Um dos principais obstáculos a serem superados é garantir a compatibilidade física, de protocolo e de camada de aplicação, bem como abordar questões relacionadas à conformidade com padrões e benchmarks de desempenho.
Órgãos padrão como o third Technology Partnership Mission (3GPP) introduziram NTN no padrão 5G. Isso significa que os engenheiros podem adicionar hyperlinks de satélite a dispositivos 5G, permitindo a conectividade seja de infraestrutura terrestre ou não terrestre. A introdução de NTNs 3GPP 5G também expandiu o mercado de comunicações through satélite além de sistemas proprietários para operadoras de redes móveis terrestres. Isso permite a integração perfeita entre NTNs compatíveis com 5G e redes móveis terrestres, permitindo aos usuários acesso direto a serviços móveis through satélite.
Este é um grande passo à frente, mas ainda há desafios quando se trata de NTNs proprietárias que operam fora dos requisitos padrão. Por exemplo, o Starlink da SpaceX oferece acesso world à web, mas como o Starlink opera fora dos padrões 3GPP, os usuários ainda precisam de um dispositivo de gateway adicional para acesso à web do Starlink.
Satélites e veículos aéreos
Quando se trata de NTNs baseadas em satélite, elas consistem em gateways NTN, hyperlinks de serviço e hyperlinks alimentadores. Existem algumas funções diferentes que o satélite pode desempenhar, uma das quais é atuar como um hyperlink de retransmissão entre UEs e gateways NTN, mostrado na Figura 2 abaixo.

Alternativamente, os desenvolvedores de rede podem usar o satélite como uma estação base gNB, como visto na Figura 3. Além disso, como mostrado na Figura 4, os satélites podem operar como backhaul entre uma RAN terrestre remota e um núcleo 5G. Uma operadora de rede pode usar um satélite como um relé, gNB ou backhaul para estender a cobertura da rede para áreas remotas, fornecer redundância em caso de falhas na rede terrestre e suportar transmissão de dados de alta capacidade e alta velocidade.


Os satélites não são a única opção quando se trata de NTNs 5G, pois os padrões também oferecem suporte a veículos aéreos. O padrão 5G inclui plataformas de alta altitude (HAPs) voando em altitudes de 8 a 50 quilômetros, incluindo sistemas mais pesados que o ar, como aviões ou drones, e sistemas mais leves que o ar, como dirigíveis ou balões. Semelhante aos satélites, eles funcionam como relés transparentes, estações base ou backhauls. Os HAPs permitem lançamentos mais rápidos, fáceis e baratos em comparação aos satélites. No entanto, eles normalmente permanecem no ar por apenas horas ou dias, permitindo apenas cobertura temporária.
O futuro
Seja confiando em redes terrestres ou NTNs, os usuários esperam a mesma qualidade de serviço. Enquanto as redes terrestres oferecem capacidade e cobertura limitadas, as NTNs também vêm com seu próprio conjunto exclusivo de desafios, como problemas de latência devido à altitude do satélite, complexidade de transferência devido ao movimento simultâneo de usuários e satélites e mudança Doppler na frequência relacionada à velocidade da órbita do satélite.
As NTNs são comumente discutidas quando se trata de casos de uso para segurança nacional, defesa e resposta a desastres. Embora esses cenários de emergência definitivamente se beneficiem de uma cobertura de rede onipresente, as NTNs podem ser ainda mais impactantes comercialmente, especialmente para aplicações de transporte e IoT industrial. Permitir a comunicação em locais de difícil acesso terá um grande impacto quando se trata de dar suporte a plataformas de petróleo offshore, navios mercantes, equipes de pesca ou comunicação aérea. Quando se trata de aplicações de IoT industrial, a maioria dos casos de uso se relaciona a tecnologias de rastreamento e detecção, como rastreamento de ativos em tempo actual, monitoramento de equipamentos e agricultura inteligente. Essas aplicações tendem a funcionar em taxas de dados mais baixas, mas precisam atender aos seus próprios padrões, que a 5G NTN foi projetada para suportar.
Fundamentalmente, as NTNs não são uma bala de prata para fornecer conectividade mundial. No entanto, os órgãos de padrões estão planejando melhorias para as NTNs em lançamentos futuros dos padrões 5G New Radio e 6G. As melhorias incluem maiores taxas de dados usando beamforming de matriz em fase e maior cobertura usando técnicas de transmissão mais eficientes. Da mesma forma, as NTNs proprietárias continuarão inovando com base nas demandas do mercado. É por meio de aplicações de banda larga e IoT industrial que as NTNs revolucionarão a conectividade sem fio e permitirão cobertura de rede rápida e confiável em todo o mundo.