關于NTN研發(fā)測試的十個經(jīng)典問答（建議收藏?。?/h1>
“捅破天的技術”
還是面向未來6G發(fā)展的
空天地海一體化網(wǎng)絡
都離不開
“NTN”（非地面網(wǎng)絡）技術
近日，NTN技術得到業(yè)內(nèi)關注
領先企業(yè)都進行了合作交流
針對當前NTN研發(fā)測試的熱點問題
是德科技資深工程師進行了
總結和深入淺出的解答：
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什么是NTN，它有哪些應用場景？
NTN就是Non-Terrestrial Networks，非地面網(wǎng)絡。
基于 5G 標準的衛(wèi)星對地通信是構建 NTN 的關鍵一步?；?5G 星地通信的 NTN 為沒有地面網(wǎng)絡覆蓋的偏遠地區(qū)或服務欠缺地區(qū)帶來安全、可靠和高帶寬的連接；5G NTN 的廣泛部署可以為農(nóng)村人口提供重要的健康、安全和經(jīng)濟利益，同時改善農(nóng)業(yè)、能源、健康和交通等工業(yè)部門的經(jīng)濟狀況；可以為 M2M/IoT設備或移動平臺上的乘客提供服務連續(xù)性或確保任何地點的服務可用性。
NTN主要用于哪些衛(wèi)星？會帶來哪些挑戰(zhàn)？
在目前的研究階段，NTN考慮使用的衛(wèi)星主要是LEO和GEO。
LEO為低軌衛(wèi)星，通常距離地面300-2000公里，移動速度約7.9km/s。低軌衛(wèi)星通信的主要挑戰(zhàn)是衛(wèi)星高速移動引入的多普勒（幾十kHz），以及對地高度引入的較長時延（幾毫秒），以及衛(wèi)星高速移動引起的星間切換或波束切換；
GEO為地球靜止軌道衛(wèi)星，屬于GSO（地球同步軌道衛(wèi)星的一種）， GEO衛(wèi)星高度約36000公里，對地面基本保持靜止，有較小的移動速度，主要挑戰(zhàn)是遠超地面通信網(wǎng)絡的delay（幾百毫秒）；
各類衛(wèi)星主要信道參數(shù)變化情況如下：
圖1 LEO 主要信道參數(shù)變化情況
圖2 GEO主要信道參數(shù)變化情況
圖3 GSO主要信道參數(shù)變化情況
NTN相關的協(xié)議標準有哪些？
在研究階段主要參考如下研究報告：
3GPPRel-15: Study on NR to support non-terrestrial networks (3GPPTR 38.811)
本報告主要是定義了NTN的部署場景、參數(shù)，如架構、高度、軌道等，并確定對NR的關鍵潛在影響；研究了NTN的信道模型。
3GPPRel-16: Study on solutions for NR to support non-terrestrial networks (3GPPTR 38.821)
本報告針對先前研究中確定的關鍵影響評估解決方案,研究對RAN協(xié)議/架構的影響
3GPPRel-17: Study on Narrow-Band Internet of Things (NB-IoT) / enhanced Machine Type Communication (eMTC) support for Non-Terrestrial Networks (NTN)（3GPPTR36.763）
本報告的第一目標是：確定適用于物聯(lián)網(wǎng)的NTN場景，包括支持基于透明有效載荷的LEO和GEO
第二個目標是：對于上述確定的場景，研究并建議必要的更改，以支持衛(wèi)星上的NB-IoT和eMTC，盡可能重復使用3GPP TR 38.821中針對NR NTN進行的研究的結論。
本報告中將UE中的GNSS能力作為NB-IoT和eMTC設備的工作前提。有了這個前提，UE可以以足夠的精度來估計和預補償UL傳輸?shù)亩〞r和頻率偏移。
此外，在3GPP Release 17后，物理層以及RAN相關的協(xié)議中都增加了NTN相關的內(nèi)容。
NTN的網(wǎng)絡架構及衛(wèi)星功能？
在3GPP Release 17中，提出了網(wǎng)絡架構主要是下面這六種，主要差異是衛(wèi)星在整個網(wǎng)絡中所處的節(jié)點位置及功能。Release 17中推薦的是前兩種網(wǎng)絡架構。
第一種網(wǎng)絡架構是透傳模式（transparent payload），衛(wèi)星只進行透明轉發(fā)；
第二種網(wǎng)絡架構是再生模式（regenerative），衛(wèi)星需要具備gNB的全部或部分功能，就是我們常說的“基站上星”。
NTN使用的頻段有哪些？
衛(wèi)星通信使用到的頻段涵蓋L、S、Ku、Ka、Q/V等頻段，3GPP 協(xié)議將 L、S頻段的2段小帶寬頻譜定義為BAND n255、n256，用于NTN通信。在目前的研究階段，手持設備主要考慮S頻段；而甚小孔徑終端站等設備主要考慮Ka頻段，也可能使用Ku、Q/V等毫米波頻段傳輸。
NTN的信道模型有哪些特點？
3GPP TR 38.811協(xié)議對于NTN信道模型建模要求如下：
信道建模的要求如下：
? 支持從0.5 GHz到100 GHz的頻率范圍。特別針對兩個頻段：6千兆赫以下頻段和Ka頻段。對于Ka波段通信，上行鏈路頻率約為30GHz，而下行鏈路頻率約為20GHz。
? 適應UE移動性。對于衛(wèi)星信道模型，支持高達1000公里/小時的移動速度；這對應于可以由衛(wèi)星接入服務的飛行器。對于HAPS信道模型，支持高達500公里/小時左右的移動速度，與高速列車相對應。
NTN的信道與地面通信的信道相比具有如下特點：
① 幾乎沒有角度擴散以及較少的NLOS反射徑（地面通信場景里可以有多達24根NLOS徑，而衛(wèi)星信道一般最多只有3根NLOS徑）；
② 深衰落（超過150dB）、大頻偏（LEO衛(wèi)星可達幾十kHz）、高延遲(幾毫秒到幾百毫秒)；
③ 超高的模型更新率（可以高達10kHz量級）保證平滑動態(tài)變化的衛(wèi)星信道；
④ 超長時間的動態(tài)衛(wèi)星模型場景，尤其是GEO場景，至少需要30分鐘才可以保證完整的通信流程及相關應用的驗證。
3GPP TR 38.811協(xié)議中定義了四種CDL模型和4種TDL模型：
CDL模型是為S和Ka波段定義的，適用于不同的環(huán)境和仰角。NTN-CDL-A和NTN-CDL-B被構造為表示NLOS的兩種不同的信道模型，而NTN-CDL-C和NTN-CD-D被構造為表示LOS的兩種不同信道模型。
TDL模型則是根據(jù)3GPP TR 38.901協(xié)議第7.7.4節(jié)，通過假設各向同性UE天線，從CDL模型中過濾抽頭延遲線（TDL）模型。其中NTN-TDL-A和NTN-TDL-B用以表示NLOS的兩種不同信道模型，而NTN-TDL-C和NTN-TDM-D則用于表示LOS的兩種不同信道模型。
gNB和UE如何獲取星歷？
gNB獲取星歷的方式：
O&M (Operations & Maintenance) 會定期或按需求給gNB提供描述NTN有效載荷的軌道軌跡信息或坐標的星歷信息。星歷表有兩種格式，一種是包含NTN有效載荷位置和速度狀態(tài)向量的格式；另一種則是六根數(shù)格式。
此外，O&M還會給gNB提供與星歷表數(shù)據(jù)相關聯(lián)的顯式歷元時間以及NTN網(wǎng)關的位置。
UE獲取星歷的方式：
3GPP TR 38.821中給出的方案有兩種：
一種是可以在uSIM/UE中預存為UE提供服務的所有衛(wèi)星軌道參數(shù)，每個衛(wèi)星的星歷表數(shù)據(jù)可以鏈接到衛(wèi)星ID或索引。在系統(tǒng)信息中廣播服務衛(wèi)星的衛(wèi)星ID或索引，使得UE能夠找到存儲在uSIM中的相應詳細星歷表數(shù)據(jù)，以導出服務衛(wèi)星的位置坐標。還可以經(jīng)由系統(tǒng)信息或專用RRC信令將相鄰衛(wèi)星的衛(wèi)星ID或索引提供給UE，以輔助移動性處理。
另一種是在系統(tǒng)信息中廣播服務衛(wèi)星的衛(wèi)星軌道參數(shù)，UE將導出服務衛(wèi)星的位置坐標。相鄰衛(wèi)星的星歷表數(shù)據(jù)也可以通過系統(tǒng)信息或專用RRC信令提供給UE。在uSIM/UE中提供基線軌道平面參數(shù)的情況下，只需要向UE廣播參考時間點的平均異常和歷元，這樣可以顯著減少信令開銷。
NTN的HARQ進程和地面網(wǎng)絡有什么差異？
NR的HARQ往返時間是幾毫秒的數(shù)量級，而NTN中的傳播延遲要長得多，根據(jù)衛(wèi)星軌道的不同，從幾毫秒到幾百毫秒不等。因此在NTN中，HARQ RTT會比地面網(wǎng)絡長得多。在38.821中針對RTT長度的不同給出了兩種解決方案：
一種解決方案是增加HARQ進程的數(shù)量以匹配較長的衛(wèi)星往返延遲，從而避免HARQ過程中的停止和等待，此方案主要用于LEO衛(wèi)星；
另一種解決方案是禁用UL HARQ反饋以避免HARQ過程中的停止和等待，并且依賴RLC ARQ來獲得可靠性，此方案更多地用于RTT更大的GEO衛(wèi)星。
NTN鏈路的delay和Doppler如何補償？
對于服務小區(qū)，網(wǎng)絡廣播有效的星歷表信息和公共TA參數(shù)（例如可通過SIB 19發(fā)送給終端）。在連接到NTN小區(qū)之前，UE應具有有效的GNSS位置以及星歷表和公共TA。為了實現(xiàn)同步，在連接到NTN小區(qū)之前和期間，UE應根據(jù)GNSS位置、星歷表和公共TA參數(shù)計算UE和RP（上行鏈路時間同步參考點）之間的RTT，并自主地為UE和RP間的RTT預補償TTA。
UE可以被配置為在隨機接入過程期間或在連接模式中報告定時提前。在連接模式下，UE應能夠連續(xù)更新定時提前和頻率預補償，并支持定時提前的事件觸發(fā)報告。
UE應計算服務鏈路的頻率多普勒頻移，并通過考慮UE位置和星歷表，在上行鏈路傳輸中自主地對其進行預補償。如果UE不具有有效的GNSS位置和/或有效的星歷表和公共TA，則在重新獲得兩者之前，UE不應進行發(fā)射。
在服務鏈路上經(jīng)歷的瞬時多普勒頻移的預補償將由UE執(zhí)行，但在饋線鏈路上經(jīng)歷多普勒頻移和轉發(fā)器頻率誤差的管理留給網(wǎng)絡實現(xiàn)。
NTN對于地面終端的能力要求？
UE需要具備GNSS能力，針對UL傳輸，能夠以足夠的精度估計和預補償定時和頻率偏移；
支持FR1中PC3的手持或IOT設備（發(fā)射功率23dBm）；
支持FR2中規(guī)定的具有外部天線的甚小孔徑終端站設備（固定或安裝在移動平臺上）；
支持將智能手機連接到軌道高達1200公里、最小仰角為5-30?的衛(wèi)星。
3GPP TR 38.811協(xié)議中規(guī)定了衛(wèi)星和空中接入網(wǎng)中UE的典型最小射頻特性如下：
特別介紹：是德科技NTN解決方案
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NR NTN端到端測試，是德科技可提供如下解決方案：
上述解決方案中，主要設備功能如下：
PROPSIM：信道模擬器，有FS16和F64兩種，支持NTN所需的delay、doppler及pathloss模擬功能。可模擬NTN信道模型，包括3GPP TR 38.811中規(guī)定的TDL和CDL模型；
UXM：基站模擬器，可模擬NR及NB-IoT基站的功能及部分核心網(wǎng)功能；
UeSIM：終端模擬器，可模擬多達1000個以上用戶接入；
Wavejudge：無線分析工具，可通過捕獲和處理空口信號，來查看無線傳輸中基站與用戶設備之間高層控制信息和用戶面信息與物理層信道信息的映射關系；可以查找控制或用戶面消息在物理層的時頻性能參數(shù)；協(xié)助分析和解決問題。
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是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創(chuàng)新者，助力他們將改變世界的技術帶入生活。作為一家標準普爾 500 指數(shù)公司，我們提供先進的設計、仿真和測試解決方案，旨在幫助工程師在整個產(chǎn)品生命周期中更快地完成開發(fā)和部署，同時控制好風險。我們的客戶遍及全球通信、工業(yè)自動化、航空航天與國防、汽車、半導體和通用電子等市場。我們與客戶攜手，加速創(chuàng)新，創(chuàng)造一個安全互聯(lián)的世界。了解更多信息，請訪問是德科技官網(wǎng) www.keysight.com.cn。
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