A conectividade digital é um pilar do progresso global, mas seu alcance ainda é limitado. Apesar dos avanços das Redes Terrestres (TN), uma parcela expressiva da população mundial continua desconectada, freando o desenvolvimento econômico, educacional e social.
De acordo com o relatório Measuring Digital Development: Facts and Figures 2024 [1], publicado pela ITU, 2,6 bilhões de pessoas — um terço da humanidade — continuam sem acesso à internet. A maioria vive em áreas rurais, mas 800 milhões em centros urbanos também são afetados. Para muitos, a barreira é física: 4% da população mundial sequer reside em uma área com cobertura de banda larga móvel.
A razão é simples: em regiões remotas ou de geografia complexa, instalar a infraestrutura tradicional é inviável ou caro demais. O alto custo e o baixo retorno financeiro desestimulam o investimento das operadoras. Soma-se a isso a vulnerabilidade das Redes Terrestres a desastres naturais e ataques físicos, que podem interromper serviços essenciais em momentos críticos.
Este cenário exige uma nova abordagem. É aqui que as Non-Terrestrial Networks (NTN) surgem como uma solução.
Arquitetura
As NTNs são redes de comunicação que operam parcial ou totalmente por meio de plataformas aéreas ou espaciais [2]. Sua vantagem é a versatilidade: podem tanto estender o alcance de uma Rede Terrestre, funcionando como retransmissores, quanto operar como estações base totalmente independentes [3]. A Figura 1 ilustra essa arquitetura.
Figura 1
As plataformas aéreas incluem Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), como os drones, que operam em baixas altitudes (centenas de metros) e as High-Altitude Platform Stations (HAPS) — como aviões, balões e dirigíveis — que alcançam altitudes muito maiores, entre 20 e 200 km.
As plataformas espaciais, por sua vez, são compostas por satélites. Eles se dividem em duas categorias principais: Geostationary Earth Orbit (GEO) e Non-Geostationary Earth Orbit (NGEO).
Os satélites GEO orbitam a 35,786 km sobre a linha do Equador e acompanham a rotação da Terra. Para um observador no solo, eles parecem “parados” no céu. Devido à grande altitude, a área de cobertura pode variar de 200 km a 3.500 km, porém com uma latência elevada (cerca de 600 milissegundos, segundo a Starlink).
Os satélites NGEO operam em órbitas mais próximas da Terra. Eles podem ser subdivididos em Medium Earth Orbit (MEO) e Low Earth Orbit (LEO), de acordo com suas altitudes.
- Os satélites MEO operam entre 2.000 km e 25.000 km de altitude, com áreas de cobertura de 100 km a 500 km.
- Os satélites LEO operam entre 200 km e 2.000 km de altitude, com áreas de cobertura de 5 km a 200 km.
Embora os satélites GEO e MEO sejam usados para muitos serviços de comunicação, sua alta latência os torna inviáveis para determinadas aplicações atuais e futuras. Por isso, os satélites LEO emergem como plataformas promissoras: sua proximidade com a Terra reduz o atraso de propagação do sinal, viabilizando sua utilização.
Desafios
A implementação das NTNs, contudo, impõe desafios técnicos. Os principais são:
- Propagation Delay e Path Loss: A altitude elevada das plataformas resulta inevitavelmente em um maior atraso de propagação no enlace de comunicação, além de introduzir um path loss significativo. Juntos, esses fatores dificultam a sincronização e o estabelecimento da conexão inicial do usuário.
- Estimação do Canal: A eficácia dos sistemas de comunicação atuais depende da precisão da Estimação de Canal. O longo atraso de propagação pode tornar essa informação obsoleta rapidamente, inviabilizando muitos métodos de estimação tradicionais.
- Efeito Doppler: Devido às altas velocidades relativas entre a plataforma e o User Equipment (UE), as NTNs introduzem efeitos Doppler significativos. Por exemplo, um satélite LEO operando a 600 km de altitude, por exemplo, pode induzir um desvio Doppler de até 48 kHz em uma portadora de 2 GHz [4] — cerca de dez vezes superior àquela experimentada em um trem de alta velocidade, representando um desafio para os algoritmos de compensação de frequência.
- Gerenciamento de Mobilidade: Como os satélites NGEO têm períodos orbitais curtos, os usuários em solo só conseguem observar um determinado satélite por alguns minutos, forçando a rede a executar handovers constantes para evitar a perda de conexão.
- Gerenciamento de Recursos: Para compensar o path loss significativo, as plataformas NTN precisam transmitir os sinais com potências elevadas. Isso introduz um novo desafio, devido às restrições de geração e armazenamento de energia inerentes às plataformas NTN, que não dispõem de fontes de alimentação estáveis e ilimitadas. Além disso, as faixas de frequência alocadas para NTN, como as bandas S e Ka, já são intensamente utilizadas por serviços terrestres, incluindo 4G LTE e 5G. Isso cria um alto risco de interferência co-canal, exigindo o desenvolvimento de soluções inovadoras de compartilhamento de espectro.
Referências
1. Measuring Digital Development — Facts and Figures 2024
2. Emerging Technologies for 6G Non-Terrestrial Networks — From Academia to Industrial Applications
3. Evolution of Non-Terrestrial Networks From 5G to 6G – A Survey
4. 5G New Radio Evolution Meets Satellite Communications: Opportunities, Challenges, and Solutions
