5G上天，衛星連地——解讀當下火爆的NTN技術

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

NTN

那么究竟什么是非地面網絡呢？它和地面網絡有什么區別？又有什么優勢呢？

對于普通用戶來說，

我們又能從中得到什么好處呢？

今天就來和您聊聊

什么是NTN？NTN就是Non-Terrestrial Network，即非地面網絡，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點或基站的網絡或網絡段”，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絡的總稱，其中包括衛星通信網絡和高空平臺系統(HAPs，High Altitude Platform systems)。

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

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

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

實際上，不管是占據地球面積71%的海洋，還是由于地形、自然災害、戰爭等原因導致的地面通信設備缺失，都會阻礙我們的正常通信。而當我們放眼全球，會發現有很多地方是沒有網絡覆蓋的，而用陸地網絡去實現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射運行的衛星已經達到10000+，現在的衛星網絡已初步具備承載一定業務量的能力。伴隨著“一箭多星”、“火箭回收”這樣的技術發展，衛星發射的成本已大大降低，使得衛星通信再一次成為可能。

NTN的載體

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非地面通信網絡主要有兩類載體，一是衛星通信網絡，包括低軌（LEO）、中軌（MEO）、靜止軌道（GEO）、同步軌道（GSO）衛星在內的星載平臺；二是高空平臺系統（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 網絡架構

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NTN可以用衛星直接和用戶的手機相連，地面上再架設信關站作為網關，最終連接到5G核心網。衛星可以作為基站直接發射5G信號與終端連接，也可以作為透明轉發節點將地面站發送的信號透傳給手機。

NTN網絡難點

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

目前，是德科技已經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，并能根據星歷完成NTN的信道建模。結合基站模擬器（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的同步軌道衛星NB-IoT NTN解決方案，通過將4G和5G網絡與真實世界的信道模擬集成到一個解決方案中，確保了結果的可重復性，同時也優化了測試時間。能夠在實驗室中對地面和NTN網絡進行端到端測試，逼真地模擬軌道軌跡，以全面驗證NTN基礎設施和雙節點設備的性能。

Keysight已經和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窄帶物聯網（NB-IoT）協議的設備創建認證程序，將Keysight的蜂窩測試專業知識擴展到NTN網絡。

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