비지상파 네트워크의 장점, 과제 및 애플리케이션

비지상파 네트워크(NTN)란 무엇인가요?

비지상파 네트워크(NTN) 는 지상의 자산뿐만 아니라 공중 또는 우주 자산을 통합하는 통신 네트워크입니다. 이러한 하이브리드 네트워크는 기존 셀룰러 통신을 확장하기 위해 위성 통신(SATCOM) 기술을 적용합니다. 비지상파 네트워크 또는 NTN은 일반적으로 셀룰러 세계와 위성 링크를 연결하는 네트워크와 최종 사용자가 위성 네트워크에 직접 액세스할 수 있는 방법을 말합니다.

오늘날의 새로운 우주 경쟁은 정부와 기업이 통신, 감시, 감지 및 모니터링 기능을 발전시키려는 노력으로 주로 NTN에 초점을 맞추고 있습니다. NTN은 최신 SATCOM의 진화형이며 우주 상용화의 핵심 지원자입니다. 비지상파 네트워크가 백홀 트래픽을 위해 NTN 위성을 사용하기 때문에 NTN은 내재적으로 상당한 복잡성을 가지고 있으며, 단순한 중계기에서 중요한 구성 요소로 변모했습니다.

비지상파 네트워크(NTN)를 구성하는 요소는 무엇인가요?

NTN은 지구상에 물리적으로 위치하지 않는 노드를 포함하는 네트워크입니다. NTN에서는 주로 위성을 생각하지만, 저고도 플랫폼(LAP) 또는 드론, 고고도 유사 위성(HAPS), 드론, 다양한 궤도의 풍선 또는 이러한 요소의 조합으로 구성될 수 있습니다. 대부분의 개발은 휴대폰 및 기타 사용자 디바이스를 위한 위성 대 핸드셋 기능에 중점을 두고 있습니다.

모든 비지상파 네트워크(NTN) 에는 위성 네트워크가 지상파 인터넷에 연결되는 여러 거점이 있습니다. 광섬유 링크는 지상국을 서로 연결하고, 레이저 광학 링크는 위성 간에 사용됩니다. 지상의 위성 게이트웨이에서 광대역 링크는 피더 링크라고 하는 초당 20기가비트 이상의 대규모 연결을 통해 셀룰러 네트워크와 위성 별자리를 연결합니다. 이러한 존재 지점은 하나 이상의 게이트웨이에 연결됩니다. 그래픽은 게이트웨이와 위성 사이의 이러한 링크를 지상 기지국용 광대역 백홀 링크로 보여줍니다.

비지상파 네트워크(NTN)는 저지구궤도(LEO)에서만 작동하나요?

비지상파 네트워크(NTN)는 정지궤도 또는 지구 동기 적도 궤도(GEO), 중지구 궤도(MEO), 저지구 궤도(LEO)에서 작동합니다. 5G NTN의 주요 애플리케이션은 GEO와 LEO에 집중되어 있습니다. 오늘날 LEO 위성의 폭발적인 성장은 상업, 정부, 군사 산업 전반에 걸쳐 대부분의 NTN 사용 사례의 토대를 제공합니다. 저궤도 위성은 지구와의 거리가 짧기 때문에 지연 시간이 짧아 실시간 NTN 애플리케이션을 지원할 수 있다는 이점도 제공합니다.

각 궤도는 통신 네트워크에서 서로 다른 문제를 야기합니다. 저궤도에서는 위성이 더 가까운 거리에서 작동하지만 더 빠르게 움직입니다. 근접성 덕분에 위성에서 지상까지 지연 시간이 짧은 통신을 할 수 있습니다. 반면, 기존 GEO는 해당 궤도에 있는 위성과 지상국 사이의 신호 경로가 훨씬 더 오래 지연되는 장시간 고정 연결을 제공합니다. 이 프로세스는 신호가 지점 간에 이동해야 하는 횟수에 따라 지연 시간을 기하급수적으로 증가시킵니다. 예를 들어 위성이 지구를 한 바퀴 돌아서 이동해야 하는 경우 지연 시간이 눈에 띄게 증가합니다.

대기 시간은 저장 및 전달 시나리오에서도 발생합니다. 여기서 위성은 신호를 수신한 후 나중에 목표 지상국에 가시성이 확보되면 해당 신호를 전송합니다. 이러한 경우를 종종 불연속 전송이라고 합니다.

NTN의 장점은 무엇인가요?

NTN의 가장 큰 장점은 서비스 범위가 확장된다는 점입니다. 농촌, 섬, 고립된 지역사회와 같이 외딴 지역과 소외된 지역이 이 기술의 혜택을 받을 수 있습니다. 또한 NTN은 해상 선박과 비행 중인 항공기에도 서비스를 제공할 수 있습니다. 네트워크 서비스 제공업체는 NTN을 통해 미개척 시장에서 사업을 운영할 수 있으며 기존 지상파 네트워크의 기능을 뛰어넘는 프리미엄 서비스를 제공할 수 있습니다. NTN은 통신 및 데이터 전송을 위해 위성을 통해 더 많은 정보를 송수신하여 끊임없이 증가하는 데이터 수요를 충족시킵니다. 농업, 운송, 환경 모니터링, 자산 추적 등 M2M(사물 간 통신) 애플리케이션은 NTN을 활용하여 인터넷에 유비쿼터스하고 안정적으로 연결할 수 있습니다.

비지상파 네트워크는 또한 기존 5G 네트워크에 복원력과 이중화 계층을 추가합니다. 자연 재해, 지역 분쟁 또는 네트워크 중단이 발생하는 경우 NTN은 백업 연결을 제공하여 미션 크리티컬 통신을 위한 지속적인 서비스를 보장할 수 있습니다. 분산형 LEO 위성 구성의 장점은 위험과 비용을 수백 또는 수천 개의 위성으로 분산시킨다는 점입니다.

NTN은 비지상파 통신을 강화함으로써 다음과 같은 다양한 이점을 제공합니다:

• 유비쿼터스 커버리지.
• 중요한 긴급 지원 개선 사항.
• 감지 기능을 통한 파밍을 위한 진단 향상 기능.
• 지구 및 기후 변수를 정확하게 모니터링합니다.
• 위성 간 위험 및 비용 지출을 효과적으로 분산합니다.

NTN이 직면한 과제는 무엇인가요?

NTN과 그 애플리케이션에는 여러 가지 도전과제가 있으며, 네트워크가 발전함에 따라 추가적인 장애물이 발생할 것입니다.

우주 환경: 우주 환경은 NTN에게 가장 큰 도전 과제입니다. 일단 배치되면 장비에 접근할 수 없습니다. 게다가 시스템은 극한의 온도와 방사선이 존재하는 극도로 열악한 환경에서 작동해야 합니다. 성공적인 성능을 위해 시스템은 일관된 전력 생산과 저장도 제공해야 합니다. 우주에 메시 네트워크를 구축하면 문제가 발생할 가능성이 배가되어 이러한 복잡성이 악화됩니다.

크기, 무게, 전력, 비용: 또 다른 문제는 고주파 RF와 컴퓨팅 리소스를 하늘에 배치하는 데 따르는 물리적 한계입니다. 크기, 무게, 전력, 비용(SWaP-C)은 GEO 20톤급에서 보다 컴팩트 LEO 위성과 HAPS 플랫폼으로 이동할 때 문제가 되며, 페이로드도 그에 따라 변화해야 합니다.

끊임없이 움직이는 연결: 비지상파 네트워크는 네트워크의 일부 또는 모든 사물이 지속적으로 움직입니다. NTN 위성 및 HAPS의 움직임은 연결 설정, 신호 품질 및 핸드오버에 영향을 미칩니다. 5G NTN에서는 공중에 떠 있는 gNodeB 인스턴스와 무선 액세스 네트워크(RAN)의 일부가 지상에 있는 모든 사용자 장비(UE)의 움직임에 추가됩니다.

페이로드 선택: 투명 또는 재생 페이로드 중 하나를 선택하면 네트워크 구성 방식과 그에 따른 신호 라우팅이 완전히 달라질 수 있습니다. 움직이고 있는 LEO 위성의 경우 모든 타이밍 관계가 동적입니다. 주로 연결이 끊어질 수 있는 다양한 지연과 복잡한 핸드오버로 인해 서비스 품질(QoS) 사용자 경험이 위태로워질 수 있습니다.

지연 시간: 지연 시간: 신호 전송 지연은 지상과 위성 간에 전송되는 신호에서 비롯됩니다. 지연 시간으로 인해 현재 NTN은 99.99%의 신뢰도로 1ms가 필요한 원격 수술과 같이 3GPP 초저지연 통신 (URLLC)이 필요한 사용 사례를 지원하지 않습니다.

보안: 분산된 LEO 위성군은 비용과 위험을 위성 전체에 분산시키지만, 비우호적인 지역을 통과할 때 하드웨어가 취약해집니다. 국가 안보에 대한 요구는 우주에 배치된 인프라를 보호하기 위한 사이버 보호와 새로운 작전을 요구합니다. 예를 들어, 미국 우주군은 모든 군과 정부 기관을 위해 이러한 임무를 맡고 있습니다.

5G NTN이란 무엇인가요?

NTN이라는 용어는 일반적으로 네트워크의 한 측면으로 5세대(5G) 셀룰러를 포함합니다. 5G NTN은 5G 지상파 네트워크에서 많은 기능을 가져오고 동일한 문제에 직면하고 있으며, 이전 SATCOM 네트워크에 비해 5G NTN 서비스에 대한 기대치가 더 높습니다. 일반적으로 지상의 타워로 구성된 지상파 네트워크인 기지국이 지상에서 공중과 우주로 이동하고 있습니다. 5G 코어 네트워크를 차세대 코어(NGC)라고 합니다. 5G NTN은 휴대폰이나 센서와 같은 모바일 디바이스로 구성된 UE로 구성됩니다. 필요한 경우 UE는 각각 gNodeB라고 하는 기지국과 통신합니다.

이 구성은 일반적인 5G NTN 설정입니다. 그러나 다양한 변형이 존재합니다. 예를 들어, 모든 NTN 애플리케이션에 gNodeB가 필요한 것은 아닙니다. 독점 시스템의 게이트웨이에 직접 연결된 인터넷인 코어 네트워크가 있을 수 있습니다. 또 다른 대안은 네트워크 엣지를 위성에 배치하여 엣지 컴퓨팅에 NTN을 사용하는 것입니다.

5G NTN 아키텍처에 대한 다양한 접근 방식이 존재합니다. 예를 들어, 공중 자산 또는 위성은 UE와 gNodeB 사이에서 벤트 파이프로 작동할 수 있습니다. 이 장치는 주파수 1에서 신호를 수신하고 주파수 2에서 전송하여 넓은 지리적 범위에서 비지상파 네트워크 통신을 용이하게 합니다. 이 모델에서는 UE가 위성 벤트 파이프에서 송수신하려면 충분한 전력과 감도가 필요하다는 점에 유의하세요. gNodeB는 NTN 위성 벤트 파이프와 통신할 수 있는 한 지상 기반일 수 있습니다.

다른 아키텍처에서는 공중 또는 우주 에셋 자체에 gNodeB가 있습니다. 이 경우 UE는 해당 공중 에셋과 통신합니다. 코어 네트워크도 해당 공중 또는 우주 자산에 연결됩니다. 추가 예제에서는 위성 벤트 파이프가 있는 표준 UE 또는 공중 또는 우주에 있는 gNodeB에 대한 UE와 인터페이스하는 릴레이 노드를 소개합니다.

5G NTN의 도입은 기존의 5G 지상파 네트워크 아키텍처를 파괴하고 연결의 패러다임 전환을 열었습니다. 여러 위성이 수 마일의 하늘에 흩어져 있는 체인에 여러 개의 위성을 사용하는 gNodeB 및 RAN 도메인에 참여하는 위성과 HAPS에 대한 많은 대안이 존재합니다. 5G NTN은 5G 지상 네트워크에서 많은 기능을 가져오고 동일한 과제에 직면하고 있으며, 이전 SATCOM 네트워크에 비해 5G NTN 서비스에 대한 신뢰성 기대치가 더 높습니다.

NTN과 위성 통신은 같은 건가요?

비지상파 네트워크는 셀룰러 네트워크의 일부가 된 위성 통신(SATCOM)의 차세대 물결을 예고합니다. 위성 통신 기술은 셀룰러 네트워크 구축을 지원하기 위한 인프라나 고립된 플랫폼이 없는 도달하기 어려운 지역을 커버합니다. 또한 SATCOM을 사용하면 기계 간 통신(M2M)/IoT의 안정성을 높이고 비행기, 기차, 자동차 등 이동 플랫폼의 연결성을 강화할 수 있습니다.

위성 업계는 SATCOM에 대한 새로운 성능 요구를 충족하기 위해 더 높은 처리량, 더 넓은 대역폭, 더 높은 작동 주파수를 달성하기 위해 노력하고 있습니다. 점점 더 많은 네트워크가 광 포토닉스 링크에 의존하고 있습니다. 비지상파 네트워크도 여유 공간, 날씨, 구름 및 기타 전리층 조건에도 불구하고 수신기에 충분한 전력을 공급해야 합니다. NTN과 SATCOM의 복잡성이 증가함에 따라 실제 환경 모델을 사용하여 위성 통신 시스템을 테스트하고 지연된 신호에 대한 버퍼링을 추가하고 실제 위성 운동학을 생성하기 위한 슬라이딩 지연을 시뮬레이션해야 합니다. 키사이트는 5G NR NTN 위성 링크 테스트를 포함하여 전체 지상 및 항공/우주 워크플로에 걸쳐 비지상 네트워크의 개발, 제조, 배포, 유지보수를 지원합니다.

키사이트는 NTN 사용 사례를 어떻게 지원합니까?

키사이트는 다음과 같은 NTN 사용 사례에 대한 개발 및 지속적인 성능 검증을 지원합니다:

• 서비스 미제공 지역 커버리지
• 항공기, 선박, 기차, 버스 등을 위한 서비스
• 인간 대 기계 및 IoT
• 완화된 지연 시간 요구 사항
• 서비스 가용성
• 5G 네트워크 확장성

키사이트는 네트워크 액세스는 물론 전체 위성 구성까지 가상화할 수 있는 엔드투엔드 NTN 테스트 환경을 제공합니다. NTN 지원 무선 네트워크를 완전한 NTN 네트워크 에뮬레이션 디바이스인 키사이트 UXM 5G로 교체하십시오. 키사이트 고급 VXG 마이크로웨이브 신호 발생기 및 키사이트 UXA 신호 분석기와 함께 키사이트 PROPSIM 채널 에뮬레이터로 위성 링크를 다시 생성할 수 있습니다. 테스트 중인 시스템을 완벽하게 제어하고 NTN 노드 및 링크에 대한 완벽한 가시성을 확보할 수 있습니다. 하드웨어를 쉽게 추가하여 주파수 범위를 확장하여 X-밴드 및 K-밴드와 같은 모든 주요 NTN 대역을 커버할 수 있습니다.

유연한 채널 스튜디오 시나리오 생성을 통해 노드와 네트워크 수준 모두에서 실제 위성 라디오 하드웨어와 솔루션을 테스트할 수도 있습니다. UXA 신호 분석기에서 실행되는 키사이트 WaveJudge 무선 분석기와 키사이트 PathWave 벡터 신호 분석(VSA )을 사용하여 성능 문제를 해결할 수 있습니다. WaveJudge를 넘어서는 IQ 스트림을 분석하려면 PROPSIM 내부 IQ 캡처 및 스트리밍 기능을 사용할 수 있습니다.

또한 VXG 마이크로웨이브 신호 발생기와 사용자 단말기 동작을 사실적으로 표현하는 PROPSIM 및 UeSIM을 결합하여 실험실에서 현실적인 테스트 조건을 생성할 수 있습니다. 키사이트가 전체 워크플로우에서 지상에서 공중까지 NTN의 지속적인 개발을 지원하여 미래의 통신을 연결하고 보호하는 데 어떻게 도움을 주는지 자세히 알아보십시오.