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全新领域
5G网络在全球范围内正在加速部署，但5G网络的发展已不仅是满足部署陆基的基站和核心网设备，5G网络正在与卫星的紧密集成，形成非地面网络（NTN），非地面网络希翼将高速覆盖范围扩展到以往通信网络难以到达的区域，沙漠、高山、海洋等。设计者们还希翼非地面网络（NTN）可以在本地网络不可用时，为紧急通信提供备份覆盖。
正如3GPP研究项目“Study on New Radio (NR) to support non-terrestrial networks”所述，NTN包括低地球轨道（LEO）卫星、中地球轨道（MEO）卫星和地球同步轨道（GEO）卫星等星载平台（Spaceborne platforms），同时还包括飞机和高空基站等机载网络（Airborne networks）。空天领域对地面移动网络来说是一个全新的未知领域，也给5G部署和试验验证带来一系列挑战。
技术挑战
通过非地面网络提供5G能力意味着将高速宽带覆盖范围扩大到偏远地区，无论是小城镇或矿区，还是地面基础设施无法到达的地区，如飞机或海洋等。与陆地5G网络相比，NTN增加了网络的水平复杂性，沙漠、山脉、轮船等这些以往非典型的陆地网络覆盖场景，都成了NTN的典型场景。NTN也带来垂直维度的复杂性，因为NTN连接距离远大于地面网络，机载平台可能位于约20km高度，卫星则可位于600公里或更高的位置。当卫星间相互通信以及与飞机和机载基站通信时，还需要考虑多条通信路径的路由问题，在这种动态Mesh网状网络下，通信链路数可能成阶乘式增长。除了通信链路成倍增长，卫星通信会受到特殊天体现象的干扰，比如当卫星处于地球和太阳之间且三者处于一条直线上时，卫星天线会受到太阳辐射的干扰，地面站天线也会接收到强大的太阳噪声，造成通讯中断。由于地球和通讯卫星的距离较远，电波的传播延时较大，并且存在回波干扰，信号衰减大等。快速移动卫星的多普勒频移较大以及地面和卫星链路之间的切换，都会带来NTN与地面网络不同的技术挑战。
设备挑战
空天网络设备外形因素、功率水平和成本都与陆地5G网络不同。首先，通信卫星的使用寿命较短。因为通讯卫星是由无数个零部件组成的综合高科技产品，任何一个零部件发生故障，会直接导致整颗卫星故障，并且由于维修成本太高，基本无法进行修复。其次，卫星通信的终端成本必须最小化，而一般卫星电话比普通智能手机大，电池和天线更大。这是因为LEO卫星电话必须以智能手机10倍的功率（约10瓦）发送信号，这种手机显然难以用于广大普通用户。同时集成5G和非地面网络的双模标准终端是广大用户能够使用NTN网络的重要前提。
技术成熟度
当前非地面网络处于早期阶段，5G网络也正处于成长期，原本它们各自有独立的业务，拥有自己的模型和业务案例，同时陆地网络的运营商与卫星通信运营商也有不同的经营策略。如果要推进5G与NTN网络的集成，需要不同运营企业间或两个产业链间相互协调，共同推进，才能实现真正的星地融合通信。
监管和法律挑战
当前的地面蜂窝网络通常仅在一个国家内部署并提供覆盖，运营商仅履行所在地国家的相关法律法规。然而，基于卫星的无线电系统可能覆盖多个国家或国际水域。虽然卫星运营商可能熟悉这种情况下的运营，但对移动网络运营商来说是新的领域，包括新的法律管辖权和运营实践，例如，移动运营商必须遵循的数据收集、存储和保护等法规，具体取决于其服务的多个国家。
难于到达，难于测试
众所周知，陆地移动通信网络经历了约30年的发展，其信道模型，仿真方法，网络的规划、测试、维护都积累了大量的经验，并且凭借庞大的客户群，收集足够的数据用于系统设计和优化。而卫星通信缺乏这样的用户基础和测试积累，其服务的很多典型场景，如高山，海洋，边远地区，恰恰都是人迹罕至，这给研究人员对环境数据收集、性能测试验证等带来极大困难，如果在高楼测试垂直覆盖算是挑战的话，那在深山，海洋的测试如何做呢？
与其采用不符合实际的通用信道模型来仿真NTN网络性能，不如设计测试用例，通过饱和测试来检测最有可能导致发射机和接收机故障的那些关键参数。可能采用这些最重要参数的系统测试能够简化测试流程，并且是一种可追溯、经济高效的测试方法。
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发表于 2022-6-14 10:01:20