作為 5G 及未來 6G 網絡的核心擴展技術，NR-NTN（New Radio Non-Terrestrial Networks，新空口非地面網絡）通過衛星與高空平臺實現全域無縫覆蓋，正在重塑全球通信的邊界。

本文將系統介紹 NR-NTN 技術面臨的挑戰，并展望其通過測試驗證推動商業化落地的未來路徑。

NR-NTN 技術體系簡介

非地面網絡（NTN）是 3GPP 定義的新型通信架構，通過衛星或高空平臺系統（HAPS）實現地面網絡無法覆蓋區域的通信服務，構成天地一體化網絡的關鍵組成部分。其核心架構由三部分構成：地面 NTN 網關（含 gNB 基站功能）、空間段（衛星或 HAPS）和用戶終端（UE），三者通過服務鏈路（衛星與 UE 之間）和饋線鏈路（網關與衛星之間）建立通信連接。根據軌道特性，NTN主要分為地球靜止軌道（GEO）、中地球軌道（MEO）、低地球軌道（LEO）衛星系統，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前商業化的焦點。

從技術形態看，NTN 的空間段有效載荷分為透明模式和再生模式兩類。透明模式衛星僅承擔射頻信號的變頻與放大，相當于空中中繼器；再生模式則具備星載處理能力，可執行解調、編碼和路由等基站功能，顯著降低對地面網關的依賴。這種架構差異直接影響系統時延與可靠性 —— 再生模式雖復雜度更高，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透明模式架構圖

圖2 NTN再生模式架構圖

NR-NTN多維技術挑戰

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

01動態多普勒頻移：大且快變的頻偏，直接沖擊 NR 載波同步與信號解調

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

02時延波動與切換疊加：短時延但動態跳變，打破低軌寬帶 NR 業務時序平衡

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

例如 URLLC 業務依賴 HARQ 快速重傳，若沿用地面 5G 默認HARQ 定時器，會因時延波動導致 “重傳過早” 浪費資源，或 “重傳過晚” 引發 BLER 上升。更關鍵的是，低軌星座需多星切換覆蓋（單星覆蓋 10-15 分鐘），在未采用優化技術的情況下，低軌衛星間切換時延可達上百毫秒，極端情況下時延會更大，可能導致連接斷連。

03極端信道衰落與極低信噪比：多源衰減疊加，極限考驗終端接收性能

低軌寬帶 NR 衛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，導致極端信道條件（大衰減、極低信噪比）頻發，直接威脅傳輸連續性，測試需覆蓋 “惡劣天氣 + 遮擋 + 遠距離損耗” 的復合場景：

大信號衰落，衰減幅值大且動態：低軌衛星多采用 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，會瞬間產生陰影衰落；

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，終端接收信噪比遠低于傳統通信環境。

在測試場景中，需通過儀器構建 “復合衰落模型”：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 “頻繁斷連”，導致低軌寬帶業務（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用戶設備在研發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信號與實際衛星信號的特性相符，這是NR-NTN測試技術的難點。

NR-NTN測試平臺

R&S CMX500

羅德與施瓦茨依托市場領先的 R&S CMX500 平臺，構建了 NR-NTN 設備的端到端測試解決方案，為衛星通信終端的研發與驗證提供了一站式支撐。該方案覆蓋芯片組與終端設備從早期設計驗證、功能調試到性能優化、認證測試的全研發周期，貫穿產品迭代的核心階段，大幅提升研發和測試效率。

CMX500 的獨特性尤為突出：它將多軌道衛星信號模擬（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，無需額外設備組合即可復現復雜的 NTN 實際場景，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射，確保信號直達終端；Ku 頻段通過中頻單元發送，覆蓋該頻段的信號特性；Ka 頻段則可外接 RRH（遠程射頻頭）實現精準發射，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 關鍵移動場景（如地面網絡與非地面網絡、非地面網絡間的切換），這類場景對 NR-NTN 測試至關重要，CMX500單臺設備最多可同時配置六顆衛星信號。如下示意圖，NR-NTN 移動場景類型：

圖5 NR-NTN移動性場景

上圖系統呈現了NTN（非地面網絡，以衛星為核心的 5G 延伸網絡）場景下的四大移動性關鍵場景，完整覆蓋終端在 “衛星接入、單星內部、衛星之間、空 - 地融合” 全維度的連接管理與切換邏輯，是實現 “天地一體、全域無縫”5G 通信的核心技術載體：

小區選擇 / 重選：

終端需像搜索地面 5G 小區一樣，掃描衛星通過波束形成的 “空中小區”。終端需高效測量多顆衛星的同步信號（如 SSB 同步信號塊），在動態波動的衛星信號環境中，快速篩選出信號質量最優的衛星波束完成駐留，建立初始的NR-NTN 連接，為后續通信奠定基礎。

波束間切換：

單顆低軌衛星通常采用多波束技術拓展覆蓋范圍，當終端在地面移動從衛星的一個波束覆蓋區進入另一波束，會觸發波束間切換。由于低軌衛星與終端相對運動速度極快，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行速度完成。

衛星間切換：

當終端從一顆衛星的覆蓋范圍移動至另一顆衛星的覆蓋區時，需執行衛星間切換以保障連接連續性。低軌星座由數十至上百顆衛星組成，單星覆蓋時間有限，需通過衛星間切換實現 “接力式” 連續通信。該過程需解決切換判決的準確性、信令交互的時延與可靠性問題，確保業務（如視頻、語音傳輸）在衛星間無縫過渡。

NTN 與地面網絡切換：

這是“空 - 地融合”的核心場景：終端在衛星覆蓋的偏遠區域（如海洋、荒漠）時依賴NR-NTN 連接，當進入地面 5G 基站覆蓋的城市區域時，需切換為地面 5G 連接；反之，從地面網絡向衛星網絡的切換也需支持。該場景需突破空 - 地網絡的協議異構，頻率差異等挑戰，確保語音、數據業務在切換時 “零感知” 銜接，真正實現 “天地一張網” 的連續覆蓋體驗。

這些場景共同構成 NTN 移動性管理的技術全景，是 NTN 從 “實驗室技術” 走向 “全域商用” 必須突破的核心挑戰領域。

未來進行時

CMX500其核心優勢在于 NR-NTN 端到端測試 —— 可搭建從 5G NTN 衛星信號生成（模擬衛星接入網）、信道仿真（復現空 - 地傳輸損耗）、終端接入發起業務，到核心網交互、互聯網業務落地的完整鏈路，復現空天地通信全流程，排查終端與網絡兼容性問題，為 5G NTN 終端全鏈路性能驗證提供 “一站式” 支撐。

同時，基于 CMX500 的 NR-NTN 一致性測試系統，已落地首個協議與射頻一致性測試用例 —— 既為當前 NR-NTN 終端標準化認證提供關鍵依據，更為奠定 6G NTN 一致性測試體系基礎，助力行業形成統一標準。

R&S CMX500 既是當前 NR-NTN（5G 非地面網絡）用戶設備測試的核心平臺，更是具備 6G NTN 前瞻適配能力，為空天地一體化通信演進提供關鍵測試保障，基于此能實現終端多維度性能精準測試。

作為兼具 “當前實用性” 與 “未來擴展性” 的平臺，R&S CMX500 為 NR-NTN 設備從芯片研發、終端調試、量產認證及未來6G NTN 早期研發的全階段，提供覆蓋性能、協議、一致性的一站式測試方案。它能幫助企業大幅縮短研發周期、提升產品質量，確保符合行業標準與監管要求，既是當前 NR-NTN 終端測試首選，更是企業搶占 6G NTN 先機、加速空天地一體化產品商業化的核心工具。