作者：賈寶豐，魏永杰，周巍

當(dāng)我們把 5G 的信號(hào)從地面基站“拉上天”，一切看起來(lái)都很美：不再有盲區(qū)、不再怕山海阻隔、全球統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)……但只要一走到技術(shù)細(xì)節(jié)里，你立刻會(huì)發(fā)現(xiàn)NTN 的難度遠(yuǎn)比想象大得多。

為什么說(shuō) NTN 難？

因?yàn)樗獛?lái)五大挑戰(zhàn)，而且每一個(gè)挑戰(zhàn)都足以讓工程師頭疼。

挑戰(zhàn)一

高延時(shí)，天生的距離問(wèn)題躲不掉

衛(wèi)星離我們有多遠(yuǎn)？

就拿現(xiàn)在研究最多的 LEO（低軌衛(wèi)星）來(lái)說(shuō)，離地 600–1500 km。信號(hào)跑上去再跑下來(lái)，即使光速這么快，也要 6 ms 到十幾 ms 才回來(lái)。這還只是“一程”。如果是“來(lái)回”，延時(shí)要到 25 ms 以上（例如 1500 km 高度時(shí)是 25.83 ms）。

而 GEO 就更夸張了。它在 3.6 萬(wàn)公里高空，一趟下來(lái)就是 120–270 ms，來(lái)回“半秒鐘”是常態(tài)。

對(duì)于地面網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，幾 ms 的調(diào)度本來(lái)就很緊張；突然變成幾十到幾百毫秒，所有機(jī)制都得跟著重新設(shè)計(jì)。

比如：HARQ 來(lái)回時(shí)間太長(zhǎng)，LEO 要增加 HARQ 進(jìn)程數(shù)，而 GEO 干脆直接關(guān)掉上行 HARQ，讓 RLC 頂上去。

挑戰(zhàn)二

多普勒飄得太快，補(bǔ)不補(bǔ)都難

多普勒原本是地面通信的事，車速再快也就 120 km/h。但衛(wèi)星呢？LEO 衛(wèi)星速度幾乎是“繞地球飛”——7.9 km/s。

這帶來(lái)什么？

在 2 GHz 頻段，多普勒就能飄到 ±48 kHz；在 20 GHz 甚至能飄到 ±480 kHz。

某種意義上，頻點(diǎn)根本不是“偏移”，而是“飛走了”。

這個(gè)頻偏快到什么程度？

快到 UE 必須依賴星歷表、位置、衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)參數(shù)來(lái)提前計(jì)算，然后自己做預(yù)補(bǔ)償。

如果 UE 沒(méi)拿到最新星歷，補(bǔ)錯(cuò)了，鏈路直接掉。

所以才會(huì)有 NTN 專門的定時(shí)提前（Timing Advance）增強(qiáng)、公共 TA（Common TA）、差分 Koffset、星歷更新定時(shí)器 T430……這些全部是為了應(yīng)對(duì)衛(wèi)星帶來(lái)的頻率漂移。

挑戰(zhàn)三

星在動(dòng)，波束在動(dòng)，切換也在“追著跑”

和地面網(wǎng)絡(luò)不同：

基站是固定的，但衛(wèi)星永遠(yuǎn)在移動(dòng)。

LEO 衛(wèi)星一個(gè)波束掃過(guò)地面區(qū)域可能只有幾分鐘。

這意味著什么？

不是 UE 在切換基站，而是基站“從你頭頂走過(guò)去”。

NTN 要面對(duì)的是：

?衛(wèi)星之間切換

?波束之間切換

?衛(wèi)星與地面站之間的鏈路變化（Feeder Link）

?多個(gè)鏈路的延時(shí)與多普勒同時(shí)變化

而且最難的是，波束覆蓋范圍大，波束邊緣和中心的延遲差可以幾毫秒（LEO 600 km 場(chǎng)景下達(dá)到 4.44 ms）。

這也是為什么 NTN 中要額外加一個(gè) K_UE,offset，專門用來(lái)補(bǔ)償波束內(nèi)部不同位置的 UE 之間產(chǎn)生的延時(shí)差。

對(duì)于一個(gè)“不斷移動(dòng)的基站”，切換難度可想而知。

挑戰(zhàn)四

信道不是“復(fù)雜”，而是“極端”

地面信道有反射、散射、多徑，看似復(fù)雜。但衛(wèi)星信道恰恰相反，簡(jiǎn)單得很極端：

?幾乎沒(méi)有角度擴(kuò)散

?NLOS 路徑很少，多的時(shí)候也就三條

?深衰落超過(guò) 150 dB

?多普勒頻偏動(dòng)得飛快

?更新率高達(dá) 10 kHz

換句話說(shuō)，它沒(méi)有地面網(wǎng)絡(luò)那種“豐富的城市多徑”，但卻有極強(qiáng)的路徑損耗、極快的動(dòng)態(tài)變化、高速幾何關(guān)系變化，這對(duì)信道模型是巨大的壓力。

尤其是 GEO，時(shí)延穩(wěn)定但時(shí)間跨度“長(zhǎng)到嚇人”，要連續(xù)跑 30 分鐘以上才夠測(cè)。

挑戰(zhàn)五

所有補(bǔ)償都得“提前算好”

在 NTN 里，不是網(wǎng)絡(luò)糾錯(cuò) UE，而是 UE 要自己搞清楚：

?我在哪里？

?衛(wèi)星在哪里？

?衛(wèi)星速度多少？

?多普勒會(huì)怎么變？

?時(shí)延會(huì)怎么變？

如果 UE 沒(méi)有有效 GNSS 位置、沒(méi)有最新星歷、沒(méi)有新的 Common TA，它根本不允許發(fā)射。

這完全不像傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)——地面基站告訴你怎么補(bǔ)償，你照做就是。

在 NTN 里，UE 自己就是“工程師”，它得算、得預(yù)測(cè)、得提前做補(bǔ)償，因?yàn)樾l(wèi)星的變化速度快、幅度大，鏈路不同步是瞬間的事情。

NTN 是“難”，但不是難得沒(méi)有意義。

NTN 的五大挑戰(zhàn)，每一個(gè)都來(lái)自“物理規(guī)律本身”：

?距離決定了延時(shí)；

?速度決定了多普勒；

?軌道決定了切換；

?空間傳播決定了信道；

?大范圍覆蓋決定了補(bǔ)償機(jī)制。

但也正因?yàn)樗y，NTN 才能真正補(bǔ)齊地面網(wǎng)絡(luò)的短板，把通信覆蓋帶到空中、海上、沙漠、極地，讓 5G 的能力第一次具備“全球性”。

這是一條艱難的路，但所有關(guān)鍵技術(shù)都在被一點(diǎn)點(diǎn)攻克。

而每解決一個(gè)難題，地面網(wǎng)絡(luò)和天空網(wǎng)絡(luò)之間的距離，就更近一步。

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