浅谈NTN技术带来的五大挑战

作者：贾宝丰，魏永杰，周巍

当我们把 5G 的信号从地面基站“拉上天”，一切看起来都很美：不再有盲区、不再怕山海阻隔、全球统一网络……但只要一走到技术细节里，你立刻会发现 NTN 的难度远比想象大得多。

为什么说 NTN 难？

因为它要带来五大挑战，而且每一个挑战都足以让工程师头疼。

挑战一

高延时，天生的距离问题躲不掉

卫星离我们有多远？

就拿现在研究最多的 LEO（低轨卫星）来说，离地 600–1500 km。信号跑上去再跑下来，即使光速这么快，也要 6 ms 到十几 ms 才回来。这还只是“一程”。如果是“来回”，延时要到 25 ms 以上（例如 1500 km 高度时是 25.83 ms）。

而 GEO 就更夸张了。它在 3.6 万公里高空，一趟下来就是 120–270 ms，来回“半秒钟”是常态。

对于地面网络来说，几 ms 的调度本来就很紧张；突然变成几十到几百毫秒，所有机制都得跟着重新设计。

比如：HARQ 来回时间太长，LEO 要增加 HARQ 进程数，而 GEO 干脆直接关掉上行 HARQ，让 RLC 顶上去。

挑战二

多普勒飘得太快，补不补都难

多普勒原本是地面通信的事，车速再快也就 120 km/h。但卫星呢？LEO 卫星速度几乎是“绕地球飞”——7.9 km/s。

这带来什么？

在 2 GHz 频段，多普勒就能飘到 ±48 kHz；在 20 GHz 甚至能飘到 ±480 kHz。

某种意义上，频点根本不是“偏移”，而是“飞走了”。

这个频偏快到什么程度？

快到 UE 必须依赖星历表、位置、卫星运动参数来提前计算，然后自己做预补偿。

如果 UE 没拿到最新星历，补错了，链路直接掉。

所以才会有 NTN 专门的定时提前（Timing Advance）增强、公共 TA（Common TA）、差分 Koffset、星历更新定时器 T430……这些全部是为了应对卫星带来的频率漂移。

挑战三

星在动，波束在动，切换也在“追着跑”

和地面网络不同：

基站是固定的，但卫星永远在移动。

LEO 卫星一个波束扫过地面区域可能只有几分钟。

这意味着什么？

不是 UE 在切换基站，而是基站“从你头顶走过去”。

NTN 要面对的是：

•卫星之间切换

•波束之间切换

•卫星与地面站之间的链路变化（Feeder Link）

•多个链路的延时与多普勒同时变化

而且最难的是，波束覆盖范围大，波束边缘和中心的延迟差可以几毫秒（LEO 600 km 场景下达到 4.44 ms）。

这也是为什么 NTN 中要额外加一个 K_UE,offset，专门用来补偿波束内部不同位置的 UE 之间产生的延时差。

对于一个“不断移动的基站”，切换难度可想而知。

挑战四

信道不是“复杂”，而是“极端”

地面信道有反射、散射、多径，看似复杂。但卫星信道恰恰相反，简单得很极端：

•几乎没有角度扩散

•NLOS 路径很少，多的时候也就三条

•深衰落超过 150 dB

•多普勒频偏动得飞快

•更新率高达 10 kHz

换句话说，它没有地面网络那种“丰富的城市多径”，但却有极强的路径损耗、极快的动态变化、高速几何关系变化，这对信道模型是巨大的压力。

尤其是 GEO，时延稳定但时间跨度“长到吓人”，要连续跑 30 分钟以上才够测。

挑战五

所有补偿都得“提前算好”

在 NTN 里，不是网络纠错 UE，而是 UE 要自己搞清楚：

•我在哪里？

•卫星在哪里？

•卫星速度多少？

•多普勒会怎么变？

•时延会怎么变？

如果 UE 没有有效 GNSS 位置、没有最新星历、没有新的 Common TA，它根本不允许发射。

这完全不像传统网络——地面基站告诉你怎么补偿，你照做就是。

在 NTN 里，UE 自己就是“工程师”，它得算、得预测、得提前做补偿，因为卫星的变化速度快、幅度大，链路不同步是瞬间的事情。

NTN 是“难”，但不是难得没有意义。

NTN 的五大挑战，每一个都来自“物理规律本身”：

•距离决定了延时；

•速度决定了多普勒；

•轨道决定了切换；

•空间传播决定了信道；

•大范围覆盖决定了补偿机制。

但也正因为它难，NTN 才能真正补齐地面网络的短板，把通信覆盖带到空中、海上、沙漠、极地，让 5G 的能力第一次具备“全球性”。

这是一条艰难的路，但所有关键技术都在被一点点攻克。

而每解决一个难题，地面网络和天空网络之间的距离，就更近一步。

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