شبکه‌های غیرزمینی در استاندارد 3GPP؛ گام بزرگ صنعت ارتباطات به سوی آسمان

مفهوم NTN؛ یکپارچه‌سازی زمین و فضا

شبکه‌های غیرزمینی یا NTN، یکی از مهم‌ترین توسعه‌های استانداردهای مخابراتی 3GPP به شمار می‌رود. در این معماری، ارتباطات ماهواره‌ای و پلتفرم‌های هوایی در کنار شبکه‌های زمینی و با همان فناوری 5G و نسل‌های بعدی فعالیت می‌کنند. هدف اصلی این فناوری آن است که تلفن‌همراه یا تجهیزات اینترنت اشیا (IoT) بتوانند بدون نیاز به فناوری جداگانه، مستقیماً با ماهواره یا سامانه‌های هوایی ارتباط برقرار کنند. این رویکرد، شبکه‌ای فراگیر ایجاد می‌کند که محدود به دکل‌های زمینی نیست و پوشش را به تمام نقاط جهان گسترش می‌دهد.

پیشرفت‌های استانداردی از Release 17 تا Release 19

استاندارد 3GPP از نسخه 17 به بعد، پشتیبانی رسمی از ارتباطات NTN را وارد دنیای 5G کرده است. در Release 17، قابلیت ارائه خدمات 5G و همچنین NB-IoT و LTE-M از طریق ماهواره فراهم شد؛ امکانی که اجازه می‌دهد دستگاه‌های کم‌مصرف IoT حتی در مناطق بدون پوشش زمینی نیز به شبکه متصل شوند.

در Release 18 بهبودهای بیشتری در زمینه پوشش، مدیریت تحرک، پخش گسترده (Broadcast/Multicast) و کاهش مصرف انرژی اعمال شد.
اما نقطه اوج پیشرفت‌ها در Release 19 دیده می‌شود؛ جایی که امکان استقرار ایستگاه پایه 5G (gNB) روی خود ماهواره معرفی شده است. این فناوری به شبکه‌های فضایی اجازه می‌دهد بخشی از پردازش را در مدار انجام دهند و وابستگی به زیرساخت‌های زمینی را کاهش دهند.

انواع معماری ارتباطی: شفاف و بازتولیدی

در شبکه‌های NTN دو نوع معماری اصلی تعریف می‌شود:

۱. معماری شفاف (Bent-Pipe)

در این ساختار، ماهواره تنها سیگنال را تقویت و بازتاب می‌کند و پردازش اصلی در ایستگاه‌های زمینی انجام می‌شود. این روش ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر است، اما نیازمند ارتباط پایدار و پرظرفیت میان ماهواره و ایستگاه‌های زمینی است.

۲. معماری بازتولیدی (Regenerative)

در این مدل، ماهواره بخشی از عملکرد ایستگاه پایه را در خود دارد و قادر است سیگنال را پردازش و مدیریت کند. این ساختار پایداری بیشتر، انعطاف‌پذیری بالاتر و در برخی کاربردها تأخیر کمتری را فراهم می‌سازد و گامی مهم در جهت هوشمندسازی شبکه‌های فضایی به‌شمار می‌رود.

طیف‌های فرکانسی و بسترهای پروازی

NTN تنها به ماهواره‌ها محدود نمی‌شود و پلتفرم‌های متنوعی را پوشش می‌دهد؛ از ماهواره‌های مدار پایین (LEO) و مدار متوسط (MEO) گرفته تا ماهواره‌های GEO، همچنین هواپیماهای ارتفاع بالا (HAPS) و سامانه‌های پروازی بدون‌سرنشین.

برای پشتیبانی از این ارتباطات، باندهای فرکانسی L و S در استاندارد 3GPP برای دستگاه‌های قابل‌حمل تعریف شده‌اند. این باندها با توان نفوذ بهتر و ابعاد مناسب آنتن، گزینه‌ای ایده‌آل برای ارتباط مستقیم با گوشی‌های هوشمند و تجهیزات قابل‌حمل محسوب می‌شوند. در کنار این باندها، باندهای فرکانسی بالاتر نیز برای تأمین ظرفیت بیشتر در کاربردهای خاص در نظر گرفته می‌شوند.

کاربردهای گسترده NTN در دنیای واقعی

کارکردهای NTN بسیار گسترده و متنوع است و تنها به یک سناریوی خاص محدود نمی‌شود. مهم‌ترین کاربردها عبارت‌اند از:

• •
  ارتباط مستقیم با گوشی‌های همراه در مناطق فاقد پوشش زمینی، مانند کوهستان‌ها، دریاها و مناطق دورافتاده
• •
  اتصال گسترده برای اینترنت اشیا (IoT) شامل کشاورزی هوشمند، حمل‌ونقل دریایی، خطوط لوله، معادن و زیرساخت‌های دور از شهر
• •
  پوشش ارتباطی برای ناوگان هوایی و دریایی و وسایل نقلیه در حال حرکت
• •
  پشتیبانی از عملیات امداد و مدیریت بحران در شرایطی که شبکه زمینی آسیب دیده باشد یا به‌طور کامل از کار افتاده باشد
• •
  پخش یکپارچه محتوا و به‌روزرسانی نرم‌افزاری برای میلیون‌ها دستگاه به صورت هم‌زمان در سطح وسیع جغرافیایی

این کاربردها نشان می‌دهد NTN نه‌تنها یک فناوری مخابراتی جدید، بلکه زیرساختی حیاتی برای آینده ارتباطات جهانی و تحول دیجیتال محسوب می‌شود.

چالش‌های فنی: از تأخیر تا جابه‌جایی سلول

با وجود پیشرفت‌های چشمگیر، شبکه‌های غیرزمینی با چالش‌های فنی جدی روبه‌رو هستند.
تأخیر سیگنال در مسیر طولانی فضا، به‌خصوص در مدارهای بالاتر، یکی از مهم‌ترین چالش‌هاست. این تأخیر روی پروتکل‌های لایه فیزیکی و MAC، از جمله زمان‌بندی پاسخ‌ها و مکانیزم‌های بازپخش تأثیر می‌گذارد.

از سوی دیگر، حرکت سریع ماهواره‌ها نسبت به کاربر باعث ایجاد شیفت داپلر و تغییرات مداوم در شرایط کانال رادیویی می‌شود. همچنین در مدارهای پایین، خود «سلول» و محدوده پوشش روی زمین دائماً در حال حرکت است و این موضوع مدیریت تحرک و تحویل‌دهی (Handover) بین ماهواره‌ها و بین شبکه زمینی و فضایی را پیچیده‌تر می‌کند.

برای مقابله با این چالش‌ها، استاندارد 3GPP روی روش‌های جبران تأخیر، الگوریتم‌های پیشرفته کنترل توان، تکنیک‌های جبران داپلر و طراحی رویه‌های اختصاصی برای اتصال، صفحه‌بندی و مدیریت تحرک در NTN تمرکز کرده است.

گسترش واقعی در صنعت و نخستین آزمایش‌های سراسری

در سال‌های اخیر، NTN از مرحله تحقیقاتی فراتر رفته و به‌صورت جدی وارد فاز آزمایش‌ها و پیاده‌سازی‌های واقعی شده است. در سال ۲۰۲۵ نخستین آزمایش‌های 5G مبتنی بر NTN با استفاده از ماهواره‌های نسل جدید و تراشه‌های سازگار با استاندارد 3GPP انجام شد. هدف این آزمایش‌ها، فراهم کردن دسترسی پایدار و مقرون‌به‌صرفه برای مناطق دورافتاده و همچنین کاربردهای صنعتی و حیاتی بود.

علاوه بر این، بسیاری از سازندگان تجهیزات مخابراتی و ارائه‌دهندگان نرم‌افزارهای مخابراتی، نسل اول دستگاه‌ها و راهکارهای سازگار با NTN را معرفی کرده‌اند. این راهکارها شامل مودم‌ها، ماژول‌های IoT و ایستگاه‌های پایه‌ای است که می‌توانند از همان هسته شبکه 5G برای ارائه خدمات زمینی و غیرزمینی استفاده کنند.

جمع‌بندی

شبکه‌های غیرزمینی در استاندارد 3GPP از یک ایده مفهومی به یک فناوری عملی و در حال گسترش تبدیل شده‌اند. این شبکه‌ها، زمین و آسمان را در یک بستر واحد یکپارچه می‌کنند و آینده‌ای را نوید می‌دهند که در آن هیچ نقطه‌ای از جهان بدون دسترسی ارتباطی باقی نماند. با توسعه بیشتر استانداردهای 5G و حرکت به‌سوی نسل بعدی ارتباطات، نقش NTN در ایجاد شبکه‌ای مقاوم، فراگیر و هوشمند بیش از پیش برجسته خواهد شد.

برای اطلاعات بیشتر از آخرین اخبار تکنولوژی به وبسایت ما سر بزنید.