5G上天，衛(wèi)星連地——解讀當下火爆的NTN技術(shù)

隨著3GPP R17中關(guān)于NTN（Non-Terrestrial Network，非地面網(wǎng)絡）的實施方案確定，從2022年下半年開始，各個芯片、終端和衛(wèi)星網(wǎng)絡運營商不斷的發(fā)布衛(wèi)星通信相關(guān)的進展，衛(wèi)星通信的熱浪開始席卷整個通信行業(yè)。

什么是NTN？NTN就是Non-Terrestrial Network，即非地面網(wǎng)絡，3GPP給出的標準定義是“使用機載或太空運載工具搭載傳輸設備中繼節(jié)點或基站的網(wǎng)絡或網(wǎng)絡段”，聽起來有點拗口，簡單來說，就是任何涉及非地面飛行物的網(wǎng)絡的總稱，其中包括衛(wèi)星通信網(wǎng)絡和高空平臺系統(tǒng)(HAPs，High Altitude Platform systems)。

它使傳統(tǒng)的3GPP地面網(wǎng)絡突破地表的限制，向太空、空中、海洋、陸地等自然空間擴展，實現(xiàn)“空天海地一體化”的新技術(shù)。由于當前3GPP工作重點一直圍繞衛(wèi)星通信網(wǎng)絡展開，所以狹義的NTN又主要指衛(wèi)星通信。

隨著SOS衛(wèi)星急救功能的蘋果14發(fā)布，衛(wèi)星通信便迅速發(fā)酵，成為了通信行業(yè)的熱點。其實衛(wèi)星通信不是一個新鮮事物，早在1987年提出的銥星系統(tǒng)就是最初的衛(wèi)星通信方案，但是由于早期衛(wèi)星通信的穩(wěn)定性、速率、資費，終端成本等與當時的GSM通信相差較多，早期銥星系統(tǒng)就沒有形成大規(guī)模的商用。

而隨著4G和5G陸地網(wǎng)絡的大規(guī)模建設，地面網(wǎng)絡的覆蓋似乎已經(jīng)滿足了大多數(shù)用戶的需求，“通話難”、“上網(wǎng)難”的問題似乎不在困擾我們，但是地面網(wǎng)絡的覆蓋真的“夠用了”嗎？遠洋貨輪海上失聯(lián)，獨行“驢友”深山失蹤，地震中心通信困難，身陷戰(zhàn)場蹤跡難尋，這些新聞仍然常常出現(xiàn)在我們的視野中。

實際上，不管是占據(jù)地球面積71%的海洋，還是由于地形、自然災害、戰(zhàn)爭等原因?qū)е碌牡孛嫱ㄐ旁O備缺失，都會阻礙我們的正常通信。而當我們放眼全球，會發(fā)現(xiàn)有很多地方是沒有網(wǎng)絡覆蓋的，而用陸地網(wǎng)絡去實現(xiàn)這種覆蓋所需的成本費用是非常昂貴的。當前地球周邊目前已發(fā)射運行的衛(wèi)星已經(jīng)達到10000+，現(xiàn)在的衛(wèi)星網(wǎng)絡已初步具備承載一定業(yè)務量的能力。伴隨著“一箭多星”、“火箭回收”這樣的技術(shù)發(fā)展，衛(wèi)星發(fā)射的成本已大大降低，使得衛(wèi)星通信再一次成為可能。

NTN的載體

非地面通信網(wǎng)絡主要有兩類載體，一是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡，包括低軌（LEO）、中軌（MEO）、靜止軌道（GEO）、同步軌道（GSO）衛(wèi)星在內(nèi)的星載平臺；二是高空平臺系統(tǒng)（HASP，High Altitude Platform Systems），包括飛機、飛艇、熱氣球、直升機、無人機等。

3GPP Rel-17 NTN 網(wǎng)絡架構(gòu)

NTN可以用衛(wèi)星直接和用戶的手機相連，地面上再架設信關(guān)站作為網(wǎng)關(guān)，最終連接到5G核心網(wǎng)。衛(wèi)星可以作為基站直接發(fā)射5G信號與終端連接，也可以作為透明轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點將地面站發(fā)送的信號透傳給手機。

NTN網(wǎng)絡難點

NTN網(wǎng)絡主要的難點是由于衛(wèi)星的軌道高度引起的高延時（GSO衛(wèi)星可達120ms以上）以及深衰落（最高可達170dB），還有低軌衛(wèi)星高速移動引入的大doppler（幾十kHz）。對于深衰落，通常會在衛(wèi)星側(cè)通過提高天線和面板的尺寸來提升發(fā)射和接收能力，以確保當前在網(wǎng)的普通手機也能正常進行衛(wèi)星通信；對于延時和多普勒，3GPP在協(xié)議中制定了一系列的解決方案，讓終端和基站能夠通過衛(wèi)星星歷信息確認延時和多普勒的變化，并在發(fā)射端完成補償，確保通信的正常進行。

目前，是德科技已經(jīng)與多個芯片和終端廠商完成了實驗室的3GPP NR NTN及NB-IoT NTN端到端測試，是德科技可提供如下解決方案：

NR/NB-IoT NTN（LEO）端到端測試解決方案

Keysight擁有第一個經(jīng)過市場驗證的NTN仿真解決方案，通過信道模擬器提供NTN端到端測試所需的時延、doppler及路損模擬，并能根據(jù)星歷完成NTN的信道建模。結(jié)合基站模擬器（UXM）和UE模擬器（UEE），Keysight的NTN解決方案可以完成時延和多普勒預補償、擴展混合自動重傳請求（HARQ）以及DUT的誤碼率和吞吐率驗證。

此外，還可以抓取上下行空口信號，通過Wavejudge軟件對測試過程中的L1/2/3信令流程進行分析，協(xié)助客戶分析和解決問題。

NB-IoT NTN（GEO/GSO）端到端測試解決方案

Keysight的同步軌道衛(wèi)星NB-IoT NTN解決方案，通過將4G和5G網(wǎng)絡與真實世界的信道模擬集成到一個解決方案中，確保了結(jié)果的可重復性，同時也優(yōu)化了測試時間。能夠在實驗室中對地面和NTN網(wǎng)絡進行端到端測試，逼真地模擬軌道軌跡，以全面驗證NTN基礎(chǔ)設施和雙節(jié)點設備的性能。

Keysight已經(jīng)和NTN服務商Skylo Technologies簽署了諒解備忘錄，通過使用Skylo的測試案例為3GPP 5G Release 17 NTN芯片組、模塊和使用NTN窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）協(xié)議的設備創(chuàng)建認證程序，將Keysight的蜂窩測試專業(yè)知識擴展到NTN網(wǎng)絡。