随着物联网技术的迅猛发展,连接各种设备的需求不断增加。3GPP Release17引入NTN(非陆地网络,主要基于卫星网络)的NB-IoT技术,来进一步扩展覆盖范围,特别适用于地面网络无法触及的区域。
IoT-NTN包含三种透传卫星类型,如表 1 所示,
LEO(低地球轨道)和GEO(地球同步轨道)轨道在高度和部署特性上呈现出截然不同的场景。LEO卫星由于更接近地表,其具有发射成本较低的优势,但需要更多的卫星数量和复杂的部署策略,网络设备需要维持连续覆盖。相比之下,GEO是在地球上空固定位置的卫星,为特定区域提供持续覆盖,则无需频繁切换或复杂的中继系统。虽然GEO卫星有较高的部署成本,但它们提供了简便的网络管理,使其对寻求逐步覆盖的运营商具有吸引力。
这些频段具有较低的路径衰减,但频段较窄,带宽受限。不过应用于NB-IoT用户场景也够用。
NTN通信面临的主要挑战源于卫星与地球之间的通信距离以及卫星相对于地球的运动。通信距离导致较大的传播延迟,如GEO卫星,往返延迟大约为500毫秒。卫星又会带来多普勒频移效应,需要进行补偿抵消。这些都会对上下行链路造成较大影响。所以用户设备在连接至NTN网络前,应获取其GNSS位置、卫星星历和公共TA(common Timing Advance)信息。为了实现上行同步,在进行随机接入之前,用户设备应自主预补偿TA,同时考虑公共TA,并结合卫星位置和用户设备位置的公共TA,来得到多普勒频偏。这里GNSS精度需要在10米的误差范围内。
下行和上行时序要在上行时间同步参考点(RP)处进行帧对齐。为了适应NTN的长距离传播延时,通过支持两个调度偏移来增强时序关系,如下图所示:
对于以上参数信息,3GPP引入新的SIB来承载它们,包括卫星星历信息、公共TA、Koffset和ul-SyncValidityDuration-r17等信息,如下图所示:
以上NB-IoT NTN的关键参数信息可以在安立MT8821C综测仪上进行对应设置以便进行测试,包括设置GEO卫星轨道和UE位置信息,还有公共TA、Koffset和ul-SyncValidityDuration-r17,操作如下图所示:
用户设备连接到NTN小区之前和期间,应根据GNSS位置、星历和公共TA参数计算出用户设备和RP之间的RTT,并自主为RTT预补偿Koffset。满足接入要求后,进入注册连接,可以进行TRX case测试。
NB-IoT加入NTN,为物联网连接带来巨大的进步。这种融合带来覆盖范围的提升、应用的多样性、电池寿命的延长、全球可用性以及创新方案的潜力。
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