今年8月左右，中國星網在30天內完成了5次低軌衛星密集發射。8月27日，工信部發布《關于優化業務準入促進衛星通信產業發展的指導意見》，并提出到2030年發展衛星通信用戶超千萬的目標。9月，工信部先后向中國聯通和中國移動頒發衛星移動通信業務經營許可。政策和產業的頻頻動作推動了衛星通信產業的快速發展和落地。借此機會，羅德與施瓦茨將從測試的角度解讀非地面網絡（NTN）技術，為大家全面解析從“天”到“地”、面向衛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：波形和協議都承載在專門的星座上，可以是短消息業務，也可以是語音業務，比如北斗短消息和目前的天通衛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有的射頻和基帶模塊中。比如現在已經商用的Skylo。之后的內容我們會重點關注3GPP NTN，因為3GPP NTN可以滿足終端互聯互通的要求，而且技術標準是開放融合的。現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星，當然手機Firmware可能需要更新。這種方式的優點是可以重用運營商地面頻譜，缺點是衛星側的改動比較復雜。

圖1 三種NTN技術路線

PART-01

5G NTN衛星基礎設施

NTN通過衛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：

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

再生模式：

帶有再生式有效載荷的衛星可以全部或部分承載 gNB 功能。5G 基站收發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 集成到衛星中，或者將 DU 功能集成到衛星中，而 CU 保留在地面。

圖2 NTN衛星網絡架構

2. 衛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量

通過增益壓縮、AM/AM、AM/PM 和失真 NPR/ACLR 等測量表征衛星轉發器

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

調制精度和誤碼率 (BER) 測量，用于驗證衛星在軌運行期間衛星鏈路的質量

發射雜散搜索

噪聲系數和增益測量

3. 測試 5G NTN 衛星基礎設施面臨三大挑戰：

復雜性增加

信號傳播條件挑戰

NTN 與地面基礎設施高效無縫同步：

? NTN 信號傳播條件涉及衛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都會降低信號質量。

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

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

4. NTN 衛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容詳細解讀衛星基礎設施測試解決方案：

衛星工廠測試之一-載荷與整星的全面測試-從時延到EVM

衛星工廠測試之二-創新的相控陣天線測試

衛星工廠測試之三-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測

衛星EMC測試

PART-02

非地面網絡 (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，通常運行在高軌衛星上，但是現在也有一些低軌衛星在考慮NB NTN技術，它的應用場景主要是以物聯網為主，業務也以低速數據類業務為主。NB NTN移動設備包括物聯網傳感器、追蹤器、智能電表、可穿戴設備和工業監控設備。這些設備通常具有低功耗、裁剪的網絡協議以及支持各種物聯網通信技術（例如窄帶物聯網或LTE-M）等特點。

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

2. NR NTN 設備測試

NR NTN主要是運行在大規模低軌衛星上，可以支持寬帶，語音，視頻和游戲業務。NR NTN 設備包括配備 5G NR 調制解調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化，包括 TN-NTN、NTN-TN 以及衛星內/衛星間轉換的條件切換。這種優化使語音、數據和消息服務能夠不間斷地進行。

圖3 NTN頻段業務劃分

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星運動引起的頻率偏移。

主要測試類別包括射頻(RF)測試、協議測試、性能測試、運營商驗收測試和互操作性測試。這些測試由業內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等法規要求。

應對NTN設備測試挑戰

非地面通信的動態特性、衛星連接的復雜性以及不斷發展的技術格局帶來了一系列挑戰，例如：

時間同步：用戶設備 (UE) 到衛星的距離會導致較長的絕對延遲。

頻率同步：低軌 (LEO) 衛星的移動會導致多普勒頻移。

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

電池效率和電源管理：性能密集型計算需要進行節能優化。

NTN 移動性：TN 到 NTN、NTN 到 TN、衛星間/衛星內的條件切換

如有需要請聯系安泰測試！