距離我們開(kāi)始學(xué)習(xí)衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)（FCC part25）整好已過(guò)去一年，一年期間衛(wèi)星通信領(lǐng)域又發(fā)生了很多的吸睛事件，除了我們?cè)贔CC衛(wèi)星通信頻率劃分-Part25.202中提到過(guò)的，iPhone14和Globalstar、Mate 50和北斗，最近又出現(xiàn)了Mate 60pro和天通。為什么這么吸睛？首先是因?yàn)檫@些并非是傳統(tǒng)認(rèn)知的“傻大黑粗”款專(zhuān)用衛(wèi)星終端，而是普通人使用的蜂窩網(wǎng)智能手機(jī)終端支持了衛(wèi)星通信功能。其次，如果說(shuō)這些還并未逃出傳統(tǒng)移動(dòng)衛(wèi)星服務(wù)的范疇，只是把傳統(tǒng)衛(wèi)星電話功能做到了大眾的智能手機(jī)上，那么近期出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)室條件下能夠支持Mbps峰值速率量級(jí)的5G NR NTN功能的基站，則把大家?guī)У搅肆硗庖环N衛(wèi)星通信的發(fā)展軌道。

我們確實(shí)不得不再開(kāi)啟一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)系列來(lái)追趕這個(gè)時(shí)髦的領(lǐng)域，了解相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。今天我們就先來(lái)整理一下3GPP NTN（Non-Terrestrial Networks）的射頻標(biāo)準(zhǔn)。

01—3GPP NTN概況

話說(shuō)通信系統(tǒng)在不斷的發(fā)展中正在走向歸一的境界，比如蜂窩與接入的歸一，蜂窩與衛(wèi)星的歸一，蜂窩與感知的歸一，等等。那么NTN就是為了實(shí)現(xiàn)蜂窩與衛(wèi)星的歸一，這無(wú)疑就支撐了“全球接入5G 服務(wù)”的承諾，并極大可能推動(dòng)衛(wèi)星行業(yè)的爆炸式增長(zhǎng)。3GPP的NTN標(biāo)準(zhǔn)是從2017年R15開(kāi)始啟動(dòng)，一直在朝著將衛(wèi)星納入 3GPP 技術(shù)規(guī)范的目標(biāo)前進(jìn)著。

名詞解釋?zhuān)?/p>

Non-terrestrialnetworks（NTN）: networks, or segments of networks, usingan airborne or space-borne vehicle to embark a transmission equipment relaynode or base station.非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）：使用機(jī)載或空間飛行器搭載傳輸設(shè)備中繼節(jié)點(diǎn)或基站的網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段。

Rel-17 規(guī)范已于2022年完結(jié)，包括基于4G LTENB-IoT 和 eMTC 的衛(wèi)星接入（IoT NTN），以及基于5G NR的衛(wèi)星接入（NRNTN）。其中IoT NTN用以解決農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸、物流等領(lǐng)域的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)使用場(chǎng)景。重點(diǎn)是采用 FDD 系統(tǒng)的透明有效載荷架構(gòu)，其中假定所有 UE 都具有 GNSS 功能，這樣UE就可以足夠準(zhǔn)確地估計(jì)和預(yù)補(bǔ)償時(shí)間和頻率偏移，以進(jìn)行 UL傳輸。規(guī)范內(nèi)容包括對(duì)物理層和接入層、無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)架構(gòu)、無(wú)線資源管理以及在低軌、中軌或地球同步軌道運(yùn)行的目標(biāo)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的射頻要求。NR NTN則可以使用更寬的帶寬，更窄的波束，提供更高的目標(biāo)服務(wù)速率，目標(biāo)設(shè)備是手持機(jī)或智能終端。

從R18起，針對(duì)IoT NTN的有關(guān)衛(wèi)星通信設(shè)備的射頻技術(shù)要求及測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)均被分離出來(lái)形成了單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)，并繼續(xù)為NR-NTN 和IoT-NTN 制定進(jìn)一步的增強(qiáng)功能。包括基于NR的衛(wèi)星接入在10 GHz以上頻段的使用，服務(wù)于固定和移動(dòng)平臺(tái)（如飛機(jī)、船舶、無(wú)人機(jī)）以及樓載設(shè)備（如企業(yè)和場(chǎng)所）。目標(biāo)是進(jìn)一步優(yōu)化衛(wèi)星接入性能，滿足新頻段的特定監(jiān)管要求，并隨著 5G 的不斷發(fā)展支持新的功能和服務(wù)。

這一目標(biāo)將持續(xù)到R20的6G標(biāo)準(zhǔn)工作中：

02—基于IoT的NTN射頻標(biāo)準(zhǔn)

先來(lái)看基于36系列的4G NB-IoT/eMTC的NTN標(biāo)準(zhǔn)：與4G、5G分為終端與基站的射頻標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)似，NTN也分為衛(wèi)星終端與衛(wèi)星接入節(jié)點(diǎn)的射頻技術(shù)要求和一致性測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)。下方給出了衛(wèi)星接入節(jié)點(diǎn)的定義：

TS 36.102 E-UTRA; User Equipment (UE) radio transmission and reception for satellite access；
TS 36.108 E-UTRA; Satellite Access Node radio transmission and reception；
TS 36.181 E-UTRA; Satellite Access Node conformance testing；
TS 36.521-4 E-UTRA; User Equipment (UE) conformance specification; Radio transmission and reception; Part 4: Satellite access Radio Frequency (RF) and performance Conformance Testing；

名詞解釋?zhuān)?/p>

SatelliteAccess Node (SAN): node providing E-UTRA user plane and control plane protocol terminations towards NTN Satellitecapable UE, and connected via the NG interface to the 5GC. It encompass atransparent NTN payload on board a NTN platform, a gateway and gNB functions.衛(wèi)星接入節(jié)點(diǎn)（SAN）：為具有 NTN 衛(wèi)星功能的 UE 提供 E-UTRA 用戶面和控制面協(xié)議的節(jié)點(diǎn)，并通過(guò) NG 接口與 5GC 連接。它包括搭載在 NTN 平臺(tái)上的透明 NTN 有效載荷、網(wǎng)關(guān)和 gNB 功能。

以下是基于透明有效載荷的非地面網(wǎng)絡(luò)典型場(chǎng)景：Non-terrestrial networktypical scenario based on transparent payload。

03—基于NR的NTN射頻標(biāo)準(zhǔn)

基于NR的NTN包含以下四個(gè)38系列的射頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，上面兩個(gè)分別是衛(wèi)星終端和衛(wèi)星接入節(jié)點(diǎn)的技術(shù)要求，下面兩個(gè)是一致性測(cè)量方法。

TS 38.101-5 NR; UE; Part 5: Satellite access Radio Frequency (RF) and performance requirements；
TS 38.108 NR; Satellite Access Node radio transmission and reception；
TS 38.181 NR; Satellite Access Node conformance testing；
TS 38.521-5 NR; UE conformance specification; Part 5: Satellite access Radio Frequency (RF) and performance；

關(guān)于應(yīng)用場(chǎng)景，NR NTN與IoT NTN的不同在于：

首先，針對(duì)基于透?jìng)鬏d荷，在頂部的衛(wèi)星處增加了“或UAS平臺(tái)（orUAS platform）”的字樣。UAS是指無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，具體定義如下：

名詞解釋?zhuān)?/p>

Unmanned Aircraft Systems（UAS）:Systems encompassing Tethered UAS (TUA), Lighter Than Air UAS (LTA), Heavier Than Air UAS (HTA), all operating in altitudes typically between 8 and 50 km including High Altitude Platforms (HAPs)

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)：系統(tǒng)包括系留無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（TUA）、輕于空氣無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（LTA）、重于空氣無(wú)人機(jī)系統(tǒng)（HTA），所有系統(tǒng)的運(yùn)行高度通常在 8 至 50 千米之間，包括高空平臺(tái)（HAPs）。

其次增加了基于再生載荷（regenerativepayload）模式：

我們來(lái)分析一下NR NTN的兩種場(chǎng)景模式：

衛(wèi)星（或UAS平臺(tái)）可以采用透明有效載荷或再生有效載荷（帶有機(jī)載處理功能）。衛(wèi)星（或UAS平臺(tái)）產(chǎn)生的波束通常會(huì)在以其視場(chǎng)（fieldof view）為邊界的特定服務(wù)區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)波束。波束的footprint通常為橢圓形。衛(wèi)星（或UAS平臺(tái)）的視場(chǎng)取決于機(jī)載天線圖和最小仰角。

透明有效載荷：只有RF濾波、頻率轉(zhuǎn)換和放大的功能。因此，波形信號(hào)不會(huì)改變，只是被有效載荷透明轉(zhuǎn)發(fā)了一下；

再生有效載荷：具有RF濾波、頻率轉(zhuǎn)換和放大以及解調(diào)/解碼、切換和/或路由、編碼/調(diào)制的功能。這實(shí)際上相當(dāng)于在衛(wèi)星（或無(wú)人機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)）上安裝了全部或部分的基站功能（如gNB）。

此外，衛(wèi)星間鏈路（ISL），在星座情況下可選。但需要在衛(wèi)星上安裝再生有效載荷。ISL可運(yùn)行在射頻或光學(xué)頻段。用戶設(shè)備UE由衛(wèi)星（或無(wú)人機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)）在目標(biāo)服務(wù)區(qū)內(nèi)提供服務(wù)。