今年8月左右，中國星網(wǎng)在30天內(nèi)完成了5次低軌衛(wèi)星密集發(fā)射。8月27日，工信部發(fā)布《關于優(yōu)化業(yè)務準入促進衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》，并提出到2030年發(fā)展衛(wèi)星通信用戶超千萬的目標。9月，工信部先后向中國聯(lián)通和中國移動頒發(fā)衛(wèi)星移動通信業(yè)務經(jīng)營許可。政策和產(chǎn)業(yè)的頻頻動作推動了衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和落地。借此機會，羅德與施瓦茨將從測試的角度解讀非地面網(wǎng)絡（NTN）技術，為大家全面解析從“天”到“地”、面向衛(wèi)星基礎設施和地面終端的測試技術。

NTN技術概括來說

可以分為三大類：

私有技術：波形和協(xié)議都承載在專門的星座上，可以是短消息業(yè)務，也可以是語音業(yè)務，比如北斗短消息和目前的天通衛(wèi)星通話都屬于這個范疇。對于私有技術而言，終端需要設計專門的射頻和基帶模塊來適配私有NTN技術。

3GPP NTN：這種技術和手機蜂窩移動通信一脈相承，可以很好的將其射頻和基帶集成到現(xiàn)有的射頻和基帶模塊中。比如現(xiàn)在已經(jīng)商用的Skylo。之后的內(nèi)容我們會重點關注3GPP NTN，因為3GPP NTN可以滿足終端互聯(lián)互通的要求，而且技術標準是開放融合的?，F(xiàn)在也有越來越多的運營商表示他們最終將考慮3GPP這條路線。

DTC (Direct to Cell)：意思就是手機不需要任何修改，就可以直接連接到衛(wèi)星，當然手機Firmware可能需要更新。這種方式的優(yōu)點是可以重用運營商地面頻譜，缺點是衛(wèi)星側的改動比較復雜。

圖1 三種NTN技術路線

PART-01

5G NTN衛(wèi)星基礎設施

NTN通過衛(wèi)星承載方式的不同可以分為透傳模式和再生模式兩種：

1. 透傳和再生式 NTN 有效載荷測試

透傳模式：

衛(wèi)星充當網(wǎng)關的遠程無線單元，而 5G NR 基站 (gNB) 則保留在地面。這種設置通常用于通過衛(wèi)星網(wǎng)絡或臨時 5G 網(wǎng)絡進行回程，衛(wèi)星充當 5G 信號的中繼器。

再生模式：

帶有再生式有效載荷的衛(wèi)星可以全部或部分承載 gNB 功能。5G 基站收發(fā)信機可以分為集中式單元 (CU) 和分布式單元 (DU)，不同的型號支持不同的配置，例如將 DU 和 CU 集成到衛(wèi)星中，或者將 DU 功能集成到衛(wèi)星中，而 CU 保留在地面。

圖2NTN衛(wèi)星網(wǎng)絡架構

2. 衛(wèi)星有效載荷測試涵蓋多個方面，例如：

群時延測量，用于確定相位失真并表征傳輸路徑質(zhì)量

通過增益壓縮、AM/AM、AM/PM 和失真 NPR/ACLR 等測量表征衛(wèi)星轉發(fā)器

噪聲功率比 (NPR) 測量，用于測試射頻轉發(fā)器的線性度并模擬多通道通信有效載荷的高斯噪聲分布

調(diào)制精度和誤碼率 (BER) 測量，用于驗證衛(wèi)星在軌運行期間衛(wèi)星鏈路的質(zhì)量

發(fā)射雜散搜索

噪聲系數(shù)和增益測量

3. 測試 5G NTN 衛(wèi)星基礎設施面臨三大挑戰(zhàn)：

復雜性增加

信號傳播條件挑戰(zhàn)

NTN 與地面基礎設施高效無縫同步：

? NTN 信號傳播條件涉及衛(wèi)星與地面站之間的長距離，導致固有延遲。此外，變化的大氣條件、噪聲、其他信號和服務的干擾以及互調(diào)都會降低信號質(zhì)量。

? 實現(xiàn) NTN 與地面網(wǎng)絡之間的無縫交互和同步是一項復雜的挑戰(zhàn)，需要進行復雜的一致性測試，以確保最佳的互操作性和性能。

此外，相控陣天線 (PAA) 對于 NTN 與地面網(wǎng)絡的融合至關重要。隨著 NTN 的發(fā)展，業(yè)界必須應對諸多挑戰(zhàn)，例如將衛(wèi)星功能融入電信網(wǎng)絡以及開發(fā)先進的 PAA。這些天線在實現(xiàn)地面和 NTN 組件之間的無縫連接方面發(fā)揮著關鍵作用。

4. NTN 衛(wèi)星基礎設施測試高性能解決方案

羅德與施瓦茨提供智能化的測試與測量解決方案，確保從測試子系統(tǒng)和組件到驗證在軌服務性能的每個階段都擁有卓越的性能和可靠性。此次我們將會針對以下測試內(nèi)容詳細解讀衛(wèi)星基礎設施測試解決方案：

衛(wèi)星工廠測試之一-載荷與整星的全面測試-從時延到EVM

衛(wèi)星工廠測試之二-創(chuàng)新的相控陣天線測試

衛(wèi)星工廠測試之三-電源與信號完整性測試

透視太空-基于精準授時的在軌測試與監(jiān)測

衛(wèi)星EMC測試

PART-02

非地面網(wǎng)絡 (NTN) 移動設備測試解決方案

3GPP NTN技術主要分為NB NTN和NR NTN，從R17版本開始定義。

1. NB NTN 設備測試

NB NTN是基于窄帶技術NB-IoT的NTN，通常運行在高軌衛(wèi)星上，但是現(xiàn)在也有一些低軌衛(wèi)星在考慮NB NTN技術，它的應用場景主要是以物聯(lián)網(wǎng)為主，業(yè)務也以低速數(shù)據(jù)類業(yè)務為主。NB NTN移動設備包括物聯(lián)網(wǎng)傳感器、追蹤器、智能電表、可穿戴設備和工業(yè)監(jiān)控設備。這些設備通常具有低功耗、裁剪的網(wǎng)絡協(xié)議以及支持各種物聯(lián)網(wǎng)通信技術（例如窄帶物聯(lián)網(wǎng)或LTE-M）等特點。

IoT NTN設備開發(fā)人員需要了解不同衛(wèi)星軌道之間的區(qū)別及其影響。測試不同軌道的 IoT NTN設備對于優(yōu)化性能、連接范圍和整體技術經(jīng)濟性至關重要。

2. NR NTN 設備測試

NR NTN主要是運行在大規(guī)模低軌衛(wèi)星上，可以支持寬帶，語音，視頻和游戲業(yè)務。NR NTN 設備包括配備 5G NR 調(diào)制解調(diào)器或芯片組的智能手機、平板電腦、筆記本電腦和其他移動設備。這些設備使用戶能夠訪問先進的 5G 服務，可不受地理位置的限制而隨時隨地享受可靠的通信。

NR NTN 設備比IoT NTN設備使用更大的帶寬。它們可以提供更高的吞吐量，并在 1 GHz 至 30 GHz 的擴展頻譜范圍內(nèi)工作。IoT NTN和 NR NTN 設備有許多共同的特性，但 NR NTN 設備的信令層專門針對移動性進行了定制和優(yōu)化，包括 TN-NTN、NTN-TN 以及衛(wèi)星內(nèi)/衛(wèi)星間轉換的條件切換。這種優(yōu)化使語音、數(shù)據(jù)和消息服務能夠不間斷地進行。

圖3 NTN頻段業(yè)務劃分

3. NTN 設備一致性測試

NTN設備一致性測試可驗證用于NTN通信的設備是否符合特定的技術標準，例如3GPP、ETSI、FCC和ITU制定的標準。這確保了可靠高效的通信。測試內(nèi)容涵蓋了專門針對NTN通信特點的用例，例如傳播延遲和多普勒效應，以確保設備能夠處理較長的信號往返時間和衛(wèi)星運動引起的頻率偏移。

主要測試類別包括射頻(RF)測試、協(xié)議測試、性能測試、運營商驗收測試和互操作性測試。這些測試由業(yè)內(nèi)認可的測試實驗室進行，遵循GCF和PTCRB制定的認證標準以及CE等法規(guī)要求。

應對NTN設備測試挑戰(zhàn)

非地面通信的動態(tài)特性、衛(wèi)星連接的復雜性以及不斷發(fā)展的技術格局帶來了一系列挑戰(zhàn)，例如：

時間同步：用戶設備 (UE) 到衛(wèi)星的距離會導致較長的絕對延遲。

頻率同步：低軌 (LEO) 衛(wèi)星的移動會導致多普勒頻移。

信號衰落：衛(wèi)星連接需要新的衰落曲線，例如大氣衰落和地面衰落的組合，以及以及模擬特定天氣的影響。

低信噪比：長距離會導致較高的自由空間路徑損耗，最終導致用戶設備 (UE) 端的 SINR 較低。

GNSS 測量和衛(wèi)星星歷：必須知道用戶設備 (UE) 的位置才能計算到衛(wèi)星的距離。

電池效率和電源管理：性能密集型計算需要進行節(jié)能優(yōu)化。

NTN 移動性：TN 到 NTN、NTN 到 TN、衛(wèi)星間/衛(wèi)星內(nèi)的條件切換

4. 羅德與施瓦茨為NTN設備測試的每個階段提供解決方案：

此次我們將對以下測試方案展開詳細介紹。

窄帶NTN終端為物聯(lián)網(wǎng)市場注入新活力

從測試角度透視NR NTN未來

Direct to Cell (DTC): 就是這么簡單

衛(wèi)星運營商準入測試解決方案

一網(wǎng)打盡NTN一致性測試

NTN 數(shù)字孿生端到端測試

VSAT 終端OTA測試的方方面面

OTA NR-NTN 測試床---LEO衛(wèi)星模擬

另外羅德與施瓦茨還推出了針對NTN技術的兩本白皮書：

《邁向非地面網(wǎng)絡和衛(wèi)星5G/物聯(lián)網(wǎng)的下一步：從3GPP 視角看非地面網(wǎng)絡技術》

《5G NTN啟航：5G非地面網(wǎng)絡技術概論》

羅德與施瓦茨業(yè)務涵蓋測試測量、技術系統(tǒng)、網(wǎng)絡與網(wǎng)絡安全，致力于打造一個更加安全、互聯(lián)的世界。成立 90 多年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發(fā)展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產(chǎn)品和解決方案賦能眾多行業(yè)客戶，助其獲得數(shù)字技術領導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業(yè)，公司在全球范圍內(nèi)獨立、長期、可持續(xù)地開展業(yè)務。