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5G上天,衛(wèi)星連地——解讀當(dāng)下火爆的NTN技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2023-09-01 來(lái)源:KEYSIGHT 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著3GPP R17中關(guān)于NTN(Non-Terrestrial Network,非地面網(wǎng)絡(luò))的實(shí)施方案確定,從2022年下半年開(kāi)始,各個(gè)芯片、終端和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商不斷的發(fā)布衛(wèi)星通信相關(guān)的進(jìn)展,衛(wèi)星通信的熱浪開(kāi)始席卷整個(gè)通信行業(yè)。


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什么是NTN?NTN就是Non-Terrestrial Network,即非地面網(wǎng)絡(luò),3GPP給出的標(biāo)準(zhǔn)定義是“使用機(jī)載或太空運(yùn)載工具搭載傳輸設(shè)備中繼節(jié)點(diǎn)或基站的網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)段”,聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)拗口,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),就是任何涉及非地面飛行物的網(wǎng)絡(luò)的總稱(chēng),其中包括衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和高空平臺(tái)系統(tǒng)(HAPs,High Altitude Platform systems)。


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


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隨著SOS衛(wèi)星急救功能的蘋(píng)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(diǎn)。其實(shí)衛(wèi)星通信不是一個(gè)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(fèi),終端成本等與當(dāng)時(shí)的GSM通信相差較多,早期銥星系統(tǒng)就沒(méi)有形成大規(guī)模的商用。


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


實(shí)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(zāi)害、戰(zhàn)爭(zhēng)等原因?qū)е碌牡孛嫱ㄐ旁O(shè)備缺失,都會(huì)阻礙我們的正常通信。而當(dāng)我們放眼全球,會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多地方是沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的,而用陸地網(wǎng)絡(luò)去實(shí)現(xiàn)這種覆蓋所需的成本費(fèi)用是非常昂貴的。當(dāng)前地球周邊目前已發(fā)射運(yùn)行的衛(wèi)星已經(jīng)達(dá)到10000+,現(xiàn)在的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)已初步具備承載一定業(yè)務(wù)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。


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NTN的載體


非地面通信網(wǎng)絡(luò)主要有兩類(lèi)載體,一是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò),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(tái);二是高空平臺(tái)系統(tǒng)(HASP,High Altitude Platform Systems),包括飛機(jī)、飛艇、熱氣球、直升機(jī)、無(wú)人機(jī)等。


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3GPP Rel-17 NTN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)


NTN可以用衛(wèi)星直接和用戶(hù)的手機(jī)相連,地面上再架設(shè)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(hào)與終端連接,也可以作為透明轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)將地面站發(fā)送的信號(hào)透?jìng)鹘o手機(jī)。


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NTN網(wǎng)絡(luò)難點(diǎn)


NTN網(wǎng)絡(luò)主要的難點(diǎn)是由于衛(wèi)星的軌道高度引起的高延時(shí)(GSO衛(wèi)星可達(dá)120ms以上)以及深衰落(最高可達(dá)170dB),還有低軌衛(wèi)星高速移動(dòng)引入的大doppler(幾十kHz)。對(duì)于深衰落,通常會(huì)在衛(wèi)星側(cè)通過(guò)提高天線和面板的尺寸來(lái)提升發(fā)射和接收能力,以確保當(dāng)前在網(wǎng)的普通手機(jī)也能正常進(jìn)行衛(wèi)星通信;對(duì)于延時(shí)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(guò)衛(wèi)星星歷信息確認(rèn)延時(shí)和多普勒的變化,并在發(fā)射端完成補(bǔ)償,確保通信的正常進(jìn)行。


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


NR/NB-IoT NTN(LEO)端到端測(cè)試解決方案


Keysight擁有第一個(gè)經(jīng)過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證的NTN仿真解決方案,通過(guò)信道模擬器提供NTN端到端測(cè)試所需的時(shí)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(shí)延和多普勒預(yù)補(bǔ)償、擴(kuò)展混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(HARQ)以及DUT的誤碼率和吞吐率驗(yàn)證。


此外,還可以抓取上下行空口信號(hào),通過(guò)Wavejudge軟件對(duì)測(cè)試過(guò)程中的L1/2/3信令流程進(jìn)行分析,協(xié)助客戶(hù)分析和解決問(wèn)題。


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NB-IoT NTN(GEO/GSO)端到端測(cè)試解決方案


Keysight的同步軌道衛(wèi)星NB-IoT NTN解決方案,通過(guò)將4G和5G網(wǎng)絡(luò)與真實(shí)世界的信道模擬集成到一個(gè)解決方案中,確保了結(jié)果的可重復(fù)性,同時(shí)也優(yōu)化了測(cè)試時(shí)間。能夠在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)地面和NTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行端到端測(cè)試,逼真地模擬軌道軌跡,以全面驗(yàn)證NTN基礎(chǔ)設(shè)施和雙節(jié)點(diǎn)設(shè)備的性能。


Keysight已經(jīng)和NTN服務(wù)商Skylo Technologies簽署了諒解備忘錄,通過(guò)使用Skylo的測(cè)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(shè)備創(chuàng)建認(rèn)證程序,將Keysight的蜂窩測(cè)試專(zhuān)業(yè)知識(shí)擴(kuò)展到NTN網(wǎng)絡(luò)。


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