5G上天，卫星连地——解读当下火爆的NTN技术

作者：时间：2023-08-02来源：KEYSIGHT收藏

随着3GPP R17中关于NTN（Non-Terrestrial Network，非地面网络）的实施方案确定，从2022年下半年开始，各个芯片、终端和卫星网络运营商不断的发布卫星通信相关的进展，卫星通信的热浪开始席卷整个通信行业。

本文引用地址：http://www.amcfsurvey.com/article/202308/449199.htm

什么是NTN？NTN就是Non-Terrestrial Network，即非地面网络，3GPP给出的标准定义是“使用机载或太空运载工具搭载传输设备中继节点或基站的网络或网络段”，听起来有点拗口，简单来说，就是任何涉及非地面飞行物的网络的总称，其中包括卫星通信网络和高空平台系统(HAPs，High Altitude Platform systems)。

它使传统的3GPP地面网络突破地表的限制，向太空、空中、海洋、陆地等自然空间扩展，实现“空天海地一体化”的新技术。由于当前3GPP工作重点一直围绕卫星通信网络展开，所以狭义的NTN又主要指卫星通信。

随着SOS卫星急救功能的苹果14发布，卫星通信便迅速发酵，成为了通信行业的热点。其实卫星通信不是一个新鲜事物，早在1987年提出的铱星系统就是最初的卫星通信方案，但是由于早期卫星通信的稳定性、速率、资费，终端成本等与当时的GSM通信相差较多，早期铱星系统就没有形成大规模的商用。

而随着4G和5G陆地网络的大规模建设，地面网络的覆盖似乎已经满足了大多数用户的需求，“通话难”、“上网难”的问题似乎不在困扰我们，但是地面网络的覆盖真的“够用了”吗？远洋货轮海上失联，独行“驴友”深山失踪，地震中心通信困难，身陷战场踪迹难寻，这些新闻仍然常常出现在我们的视野中。

实际上，不管是占据地球面积71%的海洋，还是由于地形、自然灾害、战争等原因导致的地面通信设备缺失，都会阻碍我们的正常通信。而当我们放眼全球，会发现有很多地方是没有网络覆盖的，而用陆地网络去实现这种覆盖所需的成本费用是非常昂贵的。当前地球周边目前已发射运行的卫星已经达到10000+，现在的卫星网络已初步具备承载一定业务量的能力。伴随着“一箭多星”、“火箭回收”这样的技术发展，卫星发射的成本已大大降低，使得卫星通信再一次成为可能。

NTN的载体

非地面通信网络主要有两类载体，一是卫星通信网络，包括低轨（LEO）、中轨（MEO）、静止轨道（GEO）、同步轨道（GSO）卫星在内的星载平台；二是高空平台系统（HASP，High Altitude Platform Systems），包括飞机、飞艇、热气球、直升机、无人机等。

3GPP Rel-17 NTN 网络架构

NTN可以用卫星直接和用户的手机相连，地面上再架设信关站作为网关，最终连接到5G核心网。卫星可以作为基站直接发射5G信号与终端连接，也可以作为透明转发节点将地面站发送的信号透传给手机。

NTN网络难点

NTN网络主要的难点是由于卫星的轨道高度引起的高延时（GSO卫星可达120ms以上）以及深衰落（最高可达170dB），还有低轨卫星高速移动引入的大doppler（几十kHz）。对于深衰落，通常会在卫星侧通过提高天线和面板的尺寸来提升发射和接收能力，以确保当前在网的普通手机也能正常进行卫星通信；对于延时和多普勒，3GPP在协议中制定了一系列的解决方案，让终端和基站能够通过卫星星历信息确认延时和多普勒的变化，并在发射端完成补偿，确保通信的正常进行。

目前，是德科技已经与多个芯片和终端厂商完成了实验室的3GPP NR NTN及NB-IoT NTN端到端测试，是德科技可提供如下解决方案：

NR/NB-IoT NTN（LEO）端到端测试解决方案

Keysight拥有第一个经过市场验证的NTN仿真解决方案，通过信道模拟器提供NTN端到端测试所需的时延、doppler及路损模拟，并能根据星历完成NTN的信道建模。结合基站模拟器（UXM）和UE模拟器（UEE），Keysight的NTN解决方案可以完成时延和多普勒预补偿、扩展混合自动重传请求（HARQ）以及DUT的误码率和吞吐率验证。

此外，还可以抓取上下行空口信号，通过Wavejudge软件对测试过程中的L1/2/3信令流程进行分析，协助客户分析和解决问题。