Skip to content

NTN Overview

NTN (Non-Terrestrial Networks) là mạng di động dùng vệ tinh hoặc nền tảng bay làm nút trung gian, thay vì chỉ dùng trạm mặt đất. Trang này giới thiệu NTN dưới góc nhìn RAN và firmware: các loại nền tảng, kiến trúc, những vấn đề vật lý làm NR phải sửa, lộ trình chuẩn hóa của 3GPP và tác động lên phần mềm hệ thống. Thiết kế vệ tinh, payload RF và liên kết ngân sách đường truyền nằm ngoài phạm vi.

Về số liệu

Các con số vật lý (độ cao, độ trễ, Doppler) là mức tham khảo để hình dung bậc độ lớn, tính từ hình học quỹ đạo. Giá trị chính thức nằm ở TR 38.821 và TR 38.811 của 3GPP, nên đối chiếu trước khi trích dẫn. Tình hình thương mại hóa thay đổi theo từng quý, nên kiểm tra lại các nguồn ở cuối trang.

Vì sao cần NTN

Mạng mặt đất chỉ phủ khoảng một phần nhỏ diện tích bề mặt Trái Đất. Phần còn lại là biển, núi, sa mạc, vùng thưa dân và không phận, nơi dựng trạm mặt đất không kinh tế. NTN nhắm vào các nhu cầu:

  • Phủ sóng vùng chưa có hạ tầng, và dự phòng khi mạng mặt đất hỏng do thiên tai.
  • Kết nối cho tàu biển, máy bay, tàu hỏa.
  • IoT diện rộng (cảm biến, theo dõi tài sản) ở vùng không có sóng.
  • Nhắn tin và gọi khẩn cấp từ điện thoại thông thường.

Điểm khác với vệ tinh truyền thống là NTN của 3GPP dùng chung giao diện vô tuyến NR (và NB-IoT/LTE-M) với mạng mặt đất, nên điện thoại và core network dùng lại phần lớn thiết kế sẵn có.

Các loại nền tảng

Loại Độ cao (tham khảo) Độ trễ một chiều trên service link Đặc điểm
LEO (Low Earth Orbit) Cỡ 500–1200 km Vài ms Di chuyển nhanh so với mặt đất, cần nhiều vệ tinh để phủ liên tục
MEO (Medium Earth Orbit) Cỡ 8000–20000 km Vài chục ms Số vệ tinh vừa phải, ít dùng cho di động trực tiếp
GEO (Geostationary) 35.786 km Cỡ 120 ms Đứng yên so với mặt đất, ba vệ tinh phủ gần toàn cầu, trễ lớn
HAPS (High Altitude Platform Station) Cỡ 20 km Dưới 1 ms Bóng bay hoặc máy bay cao tầng, giống trạm mặt đất rất cao

Hai xu hướng triển khai thực tế: LEO cho băng rộng và direct-to-device (độ trễ thấp nhưng chuyển động nhanh), GEO cho IoT và dịch vụ băng hẹp (ít vệ tinh, ổn định, nhưng trễ lớn).

Kiến trúc

Thành phần chính: UE, vệ tinh, NTN gateway (trạm mặt đất nối vệ tinh với mạng), gNB và 5GC. Hai đường vô tuyến:

  • Service link: giữa UE và vệ tinh.
  • Feeder link: giữa vệ tinh và NTN gateway.

3GPP có hai kiểu payload vệ tinh:

So sánh transparent payload và regenerative payload

Transparent payload giữ toàn bộ gNB dưới đất; regenerative payload đặt gNB (hoặc gNB-DU) trên vệ tinh.

Kiểu Vệ tinh làm gì Release Hệ quả
Transparent (bent-pipe) Khuếch đại và đổi tần số, không xử lý giao thức Rel-17, Rel-18 gNB ở dưới đất, RTT gồm cả hai link
Regenerative Chạy gNB hoặc gNB-DU trên vệ tinh Rel-19 Vòng điều khiển ngắn hơn, có inter-satellite link và store-and-forward cho IoT-NTN

Liên hệ với RAN Architecture & Splits: nếu chỉ đặt gNB-DU trên vệ tinh thì giao diện F1 chạy qua feeder link, tức midhaul đi qua không gian. Nếu đặt cả gNB thì feeder link đóng vai trò backhaul (NG).

Những vấn đề vật lý và cách NR xử lý

NR của mạng mặt đất giả định khoảng cách vài km, độ trễ truyền sóng cỡ vài chục µs và UE gần như đứng yên so với trạm. NTN phá vỡ các giả định đó.

Vấn đề Hệ quả với NR Giải pháp trong Rel-17
RTT lớn (LEO cỡ vài ms đến hơn chục ms, GEO cỡ 500 ms) Các quan hệ timing giữa DCI, PUSCH, HARQ-ACK, CSI, SRS đặt cho trễ rất nhỏ K_offset dịch các quan hệ timing đó; mạng phát common TA theo beam, UE cộng thêm phần TA riêng
HARQ stalling Số HARQ process không đủ để lấp khoảng chờ ACK Tăng số HARQ process (tới 32 cho NGSO); cho phép tắt HARQ feedback và để RLC ARQ lo (GSO)
Doppler lớn (LEO) Lệch tần số lớn cả hướng lên và hướng xuống UE dùng vị trí GNSS và ephemeris của vệ tinh để tự bù timing và tần số
Vùng phủ rộng Chênh lệch trễ giữa các UE trong cùng một beam rất lớn TA chia làm hai thành phần: chung cho beam và riêng cho UE
Cell di chuyển (LEO) Beam quét qua mặt đất, UE phải đổi cell thường xuyên Hai mô hình cell: earth-fixed (beam bám theo điểm cố định) và earth-moving; ephemeris và thông tin phục vụ phát trong SIB

Ước lượng bậc độ lớn cho LEO ở 600 km: RTT trên service link cỡ 4 ms khi vệ tinh ngay trên đầu và hơn 10 ms ở góc ngẩng thấp, chưa tính feeder link; Doppler cỡ vài chục kHz ở băng S. GEO có RTT service link cỡ 250 ms và Doppler gần bằng không.

Lộ trình chuẩn hóa 3GPP

Release NTN có gì
Rel-17 (2022) Nền tảng: NR-NTN và IoT-NTN (NB-IoT/LTE-M qua vệ tinh), transparent payload
Rel-18 (2024) Cải tiến NR-NTN: băng tần cao hơn, hỗ trợ VSAT, tiết kiệm năng lượng, mobility, cải tiến IoT-NTN
Rel-19 (đóng băng 12/2025) Regenerative payload, inter-satellite link, cải thiện vùng phủ DL và dung lượng UL, RedCap qua NTN, định vị, băng Ku, cảnh báo công cộng (PWS), IoT-NTN TDD, store-and-forward cho IoT
Rel-20, Rel-21 NTN là một phần của thiết kế 6G từ đầu (hội tụ TN/NTN); nghiên cứu độ bền khi GNSS bị gián đoạn, chống giả mạo và nhiễu

Mốc 6G chi tiết xem 6G Roadmap. Nội dung NTN cụ thể của Rel-21 chưa được chốt ở thời điểm viết, nên bảng chỉ nêu hướng chung.

Hệ sinh thái và hiện trạng

Chỉ nêu bức tranh chung, số liệu chi tiết nên lấy từ báo cáo thị trường mới nhất:

  • Direct-to-device trên LEO: Starlink hợp tác với nhà mạng (T-Mobile ở Mỹ), AST SpaceMobile (AT&T, Verizon, Vodafone, Orange), Lynk. Dịch vụ ban đầu tập trung vào nhắn tin, rồi mở rộng sang dữ liệu và thoại.
  • IoT qua GEO: Skylo dùng băng L qua vệ tinh GEO cho thiết bị nhắn tin và IoT.
  • Các nguồn thị trường mâu thuẫn nhau về ngày thương mại hóa, giấy phép và số vệ tinh đã phóng, nên các con số này cần được kiểm chứng từ thông báo của nhà mạng và hồ sơ FCC trước khi dùng.

Tác động lên RAN và firmware

  • L2/Scheduler: thêm trạng thái theo dõi ephemeris, K_offset và common TA theo từng beam. Timing không còn là hằng số như mạng mặt đất.
  • L1/DU: bù Doppler và timing cho từng UE; bộ đệm HARQ phải đủ lớn cho nhiều process chờ lâu. Xem L1 & Acceleration.
  • Đồng bộ: GNSS trở thành điểm lỗi chung của cả UE lẫn trạm, nên bài toán GNSS bị nhiễu hoặc mất là mối quan tâm của Rel-20. Xem Synchronization.
  • Kiến trúc triển khai: với regenerative payload, một phần gNB chạy trên phần cứng trong không gian có giới hạn điện năng, bức xạ và không thể sửa chữa, ảnh hưởng đến cách chọn split và cách cập nhật firmware.
  • Chưa rõ: mức độ chuẩn hóa xử lý on-board, cách phối hợp phổ giữa TN và NTN trong cùng một band.

Đọc thêm