作為 5G 及未來 6G 網(wǎng)絡(luò)的核心擴(kuò)展技術(shù)，NR-NTN（New Radio Non-Terrestrial Networks，新空口非地面網(wǎng)絡(luò)）通過衛(wèi)星與高空平臺實(shí)現(xiàn)全域無縫覆蓋，正在重塑全球通信的邊界。

本文將系統(tǒng)介紹 NR-NTN 技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，并展望其通過測試驗(yàn)證推動商業(yè)化落地的未來路徑。

NR-NTN 技術(shù)體系簡介

非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）是 3GPP 定義的新型通信架構(gòu)，通過衛(wèi)星或高空平臺系統(tǒng)（HAPS）實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋區(qū)域的通信服務(wù)，構(gòu)成天地一體化網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分。其核心架構(gòu)由三部分構(gòu)成：地面 NTN 網(wǎng)關(guān)（含 gNB 基站功能）、空間段（衛(wèi)星或 HAPS）和用戶終端（UE），三者通過服務(wù)鏈路（衛(wèi)星與 UE 之間）和饋線鏈路（網(wǎng)關(guān)與衛(wèi)星之間）建立通信連接。根據(jù)軌道特性，NTN主要分為地球靜止軌道（GEO）、中地球軌道（MEO）、低地球軌道（LEO）衛(wèi)星系統(tǒng)，以及距地面8-50公里的高空平臺，其中LEO 因 500-2000 公里的軌道高度成為當(dāng)前商業(yè)化的焦點(diǎn)。

從技術(shù)形態(tài)看，NTN 的空間段有效載荷分為透明模式和再生模式兩類。透明模式衛(wèi)星僅承擔(dān)射頻信號的變頻與放大，相當(dāng)于空中中繼器；再生模式則具備星載處理能力，可執(zhí)行解調(diào)、編碼和路由等基站功能，顯著降低對地面網(wǎng)關(guān)的依賴。這種架構(gòu)差異直接影響系統(tǒng)時延與可靠性 —— 再生模式雖復(fù)雜度更高，但能減少時間敏感功能的傳播延遲，更適合寬帶通信場景。

圖1 NTN透明模式架構(gòu)圖

圖2 NTN再生模式架構(gòu)圖

NR-NTN多維技術(shù)挑戰(zhàn)

近期 NB-NTN 已在物聯(lián)網(wǎng)中得到支持，主要的物聯(lián)網(wǎng)模塊供應(yīng)商都已支持NB-NTN。基于NB-NTN物聯(lián)網(wǎng)模塊的解決方案正在逐步發(fā)展為基于芯片組的集成解決方案，這意味著NB-NTN將進(jìn)入智能手機(jī)，可穿戴設(shè)備和汽車領(lǐng)域。至于 NR-NTN 領(lǐng)域，芯片投入市場尚需一定時間，目前更多處于早期研發(fā)階段。 隨著空天地一體化通信需求升級，非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）加速推進(jìn)，成為覆蓋偏遠(yuǎn)地區(qū)、保障應(yīng)急通信的核心技術(shù)。但快速發(fā)展中，工程師面臨多重獨(dú)特挑戰(zhàn)：

01動態(tài)多普勒頻移：大且快變的頻偏，直接沖擊 NR 載波同步與信號解調(diào)

低軌寬帶 NR 衛(wèi)星的多普勒頻移問題，遠(yuǎn)高于地面移動通信與高軌（GEO）衛(wèi)星場景，核心痛點(diǎn)在于 “頻偏幅值大 + 變化速率快 + 多源疊加”，對終端同步算法構(gòu)成極致考驗(yàn)：低軌衛(wèi)星軌道高度通常為 500-2000km，星地相對運(yùn)動產(chǎn)生的多普勒頻偏遠(yuǎn)超地面 5G NR 最大多普勒頻移；更關(guān)鍵的是，低軌衛(wèi)星過境時間短，且波束窄，終端在移動中（如車載）會同時疊加自身運(yùn)動的多普勒頻偏，導(dǎo)致總頻偏呈現(xiàn) “毫秒級動態(tài)跳變”。在低軌寬帶 NR 測試場景中，這種動態(tài)頻偏會直接導(dǎo)致終端載波同步失準(zhǔn)，解調(diào) EVM 劣化。測試時需通過儀器（如 CMX500）模擬 “動態(tài)多普勒軌跡”（按低軌衛(wèi)星過境軌跡生成頻偏變化曲線），驗(yàn)證終端在不同頻偏速率下的同步恢復(fù)能力，尤其需關(guān)注 NR 同步信號（SSB）的捕獲成功率 —— 若頻偏超終端捕獲范圍，會導(dǎo)致 SSB 同步失敗，終端無法接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

02時延波動與切換疊加：短時延但動態(tài)跳變，打破低軌寬帶 NR 業(yè)務(wù)時序平衡

在低軌寬帶 NR 衛(wèi)星通信的時延挑戰(zhàn)中，低軌（LEO）雖以 20-50ms 單程時延顯著優(yōu)于地球同步軌道（GEO）的 250ms，但 “動態(tài)時延波動 + 切換時延疊加” 的特性，成為低軌寬帶 NR 需突破的核心難點(diǎn)。低軌衛(wèi)星受大氣阻力、太陽輻射壓等軌道攝動影響，星地距離會出現(xiàn)上千米的動態(tài)變化，導(dǎo)致單程時延波動。

例如 URLLC 業(yè)務(wù)依賴 HARQ 快速重傳，若沿用地面 5G 默認(rèn)HARQ 定時器，會因時延波動導(dǎo)致 “重傳過早” 浪費(fèi)資源，或 “重傳過晚” 引發(fā) BLER 上升。更關(guān)鍵的是，低軌星座需多星切換覆蓋（單星覆蓋 10-15 分鐘），在未采用優(yōu)化技術(shù)的情況下，低軌衛(wèi)星間切換時延可達(dá)上百毫秒，極端情況下時延會更大，可能導(dǎo)致連接斷連。

03極端信道衰落與極低信噪比：多源衰減疊加，極限考驗(yàn)終端接收性能

低軌寬帶 NR 衛(wèi)星的信號傳輸鏈路面臨 “多源衰落疊加 + 鏈路損耗大” 的雙重打擊，導(dǎo)致極端信道條件（大衰減、極低信噪比）頻發(fā)，直接威脅傳輸連續(xù)性，測試需覆蓋 “惡劣天氣 + 遮擋 + 遠(yuǎn)距離損耗” 的復(fù)合場景：

大信號衰落，衰減幅值大且動態(tài)：低軌衛(wèi)星多采用 Ka/Ku 頻段（寬帶容量需求），該頻段對降雨衰減極為敏感；同時，低軌波束窄，終端若因移動或樓宇遮擋偏離波束覆蓋區(qū)，會瞬間產(chǎn)生陰影衰落；

極低信噪比，鏈路損耗疊加噪聲：低軌星地自由空間損耗雖低于 GEO，但疊加降雨 / 遮擋衰減后，終端接收信噪比遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)通信環(huán)境。

在測試場景中，需通過儀器構(gòu)建 “復(fù)合衰落模型”：模擬瑞利衰落（模擬多徑）、陰影衰落；若終端抗衰落能力不足，會出現(xiàn) “頻繁斷連”，導(dǎo)致低軌寬帶業(yè)務(wù)（如高清視頻）卡頓。

圖3 NTN鏈路模型示意圖

在此背景下，對于NR-NTN用戶設(shè)備在研發(fā)階段和測試階段如何接收到NR-NTN信號，如何確保接收到的NR-NTN信號與實(shí)際衛(wèi)星信號的特性相符，這是NR-NTN測試技術(shù)的難點(diǎn)。

NR-NTN測試平臺

R&S CMX500

羅德與施瓦茨依托市場領(lǐng)先的 R&S CMX500 平臺，構(gòu)建了 NR-NTN 設(shè)備的端到端測試解決方案，為衛(wèi)星通信終端的研發(fā)與驗(yàn)證提供了一站式支撐。該方案覆蓋芯片組與終端設(shè)備從早期設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能調(diào)試到性能優(yōu)化、認(rèn)證測試的全研發(fā)周期，貫穿產(chǎn)品迭代的核心階段，大幅提升研發(fā)和測試效率。

CMX500 的獨(dú)特性尤為突出：它將多軌道衛(wèi)星信號模擬（涵蓋 LEO、GSO、GEO 等不同軌道類型）、多頻段信號生成能力，以及高精度信道仿真功能集成于單一儀器，無需額外設(shè)備組合即可復(fù)現(xiàn)復(fù)雜的 NTN 實(shí)際場景，顯著簡化測試部署與操作流程。

在頻段支持上，CMX500 針對不同頻段采用適配的信號傳輸方案：L 頻段與 S 頻段直接通過射頻單元發(fā)射，確保信號直達(dá)終端；Ku 頻段通過中頻單元發(fā)送，覆蓋該頻段的信號特性；Ka 頻段則可外接 RRH（遠(yuǎn)程射頻頭）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)發(fā)射，全面滿足各主流 NTN 頻段的測試需求。

圖4 CMX 頻段支持能力

CMX500 可模擬 NR-NTN 關(guān)鍵移動場景（如地面網(wǎng)絡(luò)與非地面網(wǎng)絡(luò)、非地面網(wǎng)絡(luò)間的切換），這類場景對 NR-NTN 測試至關(guān)重要，CMX500單臺設(shè)備最多可同時配置六顆衛(wèi)星信號。如下示意圖，NR-NTN 移動場景類型：

圖5 NR-NTN移動性場景

上圖系統(tǒng)呈現(xiàn)了NTN（非地面網(wǎng)絡(luò)，以衛(wèi)星為核心的 5G 延伸網(wǎng)絡(luò)）場景下的四大移動性關(guān)鍵場景，完整覆蓋終端在 “衛(wèi)星接入、單星內(nèi)部、衛(wèi)星之間、空 - 地融合” 全維度的連接管理與切換邏輯，是實(shí)現(xiàn) “天地一體、全域無縫”5G 通信的核心技術(shù)載體：

小區(qū)選擇 / 重選：

終端需像搜索地面 5G 小區(qū)一樣，掃描衛(wèi)星通過波束形成的 “空中小區(qū)”。終端需高效測量多顆衛(wèi)星的同步信號（如 SSB 同步信號塊），在動態(tài)波動的衛(wèi)星信號環(huán)境中，快速篩選出信號質(zhì)量最優(yōu)的衛(wèi)星波束完成駐留，建立初始的NR-NTN 連接，為后續(xù)通信奠定基礎(chǔ)。

波束間切換：

單顆低軌衛(wèi)星通常采用多波束技術(shù)拓展覆蓋范圍，當(dāng)終端在地面移動從衛(wèi)星的一個波束覆蓋區(qū)進(jìn)入另一波束，會觸發(fā)波束間切換。由于低軌衛(wèi)星與終端相對運(yùn)動速度極快，波束覆蓋的 “有效時間窗口” 極短，因此切換需以更快的判決與執(zhí)行速度完成。

衛(wèi)星間切換：

當(dāng)終端從一顆衛(wèi)星的覆蓋范圍移動至另一顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)時，需執(zhí)行衛(wèi)星間切換以保障連接連續(xù)性。低軌星座由數(shù)十至上百顆衛(wèi)星組成，單星覆蓋時間有限，需通過衛(wèi)星間切換實(shí)現(xiàn) “接力式” 連續(xù)通信。該過程需解決切換判決的準(zhǔn)確性、信令交互的時延與可靠性問題，確保業(yè)務(wù)（如視頻、語音傳輸）在衛(wèi)星間無縫過渡。

NTN 與地面網(wǎng)絡(luò)切換：

這是“空 - 地融合”的核心場景：終端在衛(wèi)星覆蓋的偏遠(yuǎn)區(qū)域（如海洋、荒漠）時依賴NR-NTN 連接，當(dāng)進(jìn)入地面 5G 基站覆蓋的城市區(qū)域時，需切換為地面 5G 連接；反之，從地面網(wǎng)絡(luò)向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的切換也需支持。該場景需突破空 - 地網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議異構(gòu)，頻率差異等挑戰(zhàn)，確保語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在切換時 “零感知” 銜接，真正實(shí)現(xiàn) “天地一張網(wǎng)” 的連續(xù)覆蓋體驗(yàn)。

這些場景共同構(gòu)成 NTN 移動性管理的技術(shù)全景，是 NTN 從 “實(shí)驗(yàn)室技術(shù)” 走向 “全域商用” 必須突破的核心挑戰(zhàn)領(lǐng)域。

未來進(jìn)行時

CMX500其核心優(yōu)勢在于 NR-NTN 端到端測試 —— 可搭建從 5G NTN 衛(wèi)星信號生成（模擬衛(wèi)星接入網(wǎng)）、信道仿真（復(fù)現(xiàn)空 - 地傳輸損耗）、終端接入發(fā)起業(yè)務(wù)，到核心網(wǎng)交互、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)落地的完整鏈路，復(fù)現(xiàn)空天地通信全流程，排查終端與網(wǎng)絡(luò)兼容性問題，為 5G NTN 終端全鏈路性能驗(yàn)證提供 “一站式” 支撐。

同時，基于 CMX500 的 NR-NTN 一致性測試系統(tǒng)，已落地首個協(xié)議與射頻一致性測試用例 —— 既為當(dāng)前 NR-NTN 終端標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)證提供關(guān)鍵依據(jù)，更為奠定 6G NTN 一致性測試體系基礎(chǔ)，助力行業(yè)形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

R&S CMX500 既是當(dāng)前 NR-NTN（5G 非地面網(wǎng)絡(luò)）用戶設(shè)備測試的核心平臺，更是具備 6G NTN 前瞻適配能力，為空天地一體化通信演進(jìn)提供關(guān)鍵測試保障，基于此能實(shí)現(xiàn)終端多維度性能精準(zhǔn)測試。

作為兼具 “當(dāng)前實(shí)用性” 與 “未來擴(kuò)展性” 的平臺，R&S CMX500 為 NR-NTN 設(shè)備從芯片研發(fā)、終端調(diào)試、量產(chǎn)認(rèn)證及未來6G NTN 早期研發(fā)的全階段，提供覆蓋性能、協(xié)議、一致性的一站式測試方案。它能幫助企業(yè)大幅縮短研發(fā)周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量，確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)管要求，既是當(dāng)前 NR-NTN 終端測試首選，更是企業(yè)搶占 6G NTN 先機(jī)、加速空天地一體化產(chǎn)品商業(yè)化的核心工具。