从测试角度透视 NR-NTN 未来

作为 5G 及未来 6G 网络的核心扩展技术，NR-NTN（New Radio Non-Terrestrial Networks，新空口非地面网络）通过卫星与高空平台实现全域无缝覆盖，正在重塑全球通信的边界。

本文将系统介绍 NR-NTN 技术面临的挑战，并展望其通过测试验证推动商业化落地的未来路径。

NR-NTN 技术体系简介

非地面网络（NTN）是 3GPP 定义的新型通信架构，通过卫星或高空平台系统（HAPS）实现地面网络无法覆盖区域的通信服务，构成天地一体化网络的关键组成部分。其核心架构由三部分构成：地面 NTN 网关（含 gNB 基站功能）、空间段（卫星或 HAPS）和用户终端（UE），三者通过服务链路（卫星与 UE 之间）和馈线链路（网关与卫星之间）建立通信连接。根据轨道特性，NTN主要分为地球静止轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）、低地球轨道（LEO）卫星系统，以及距地面8-50公里的高空平台，其中LEO 因 500-2000 公里的轨道高度成为当前商业化的焦点。

从技术形态看，NTN 的空间段有效载荷分为透明模式和再生模式两类。透明模式卫星仅承担射频信号的变频与放大，相当于空中中继器；再生模式则具备星载处理能力，可执行解调、编码和路由等基站功能，显著降低对地面网关的依赖。这种架构差异直接影响系统时延与可靠性 —— 再生模式虽复杂度更高，但能减少时间敏感功能的传播延迟，更适合宽带通信场景。

图1 NTN透明模式架构图

图2 NTN再生模式架构图

NR-NTN多维技术挑战

近期 NB-NTN 已在物联网中得到支持，主要的物联网模块供应商都已支持NB-NTN。基于NB-NTN物联网模块的解决方案正在逐步发展为基于芯片组的集成解决方案，这意味着NB-NTN将进入智能手机，可穿戴设备和汽车领域。至于 NR-NTN 领域，芯片投入市场尚需一定时间，目前更多处于早期研发阶段。 随着空天地一体化通信需求升级，非地面网络（NTN）加速推进，成为覆盖偏远地区、保障应急通信的核心技术。但快速发展中，工程师面临多重独特挑战：

01动态多普勒频移：大且快变的频偏，直接冲击 NR 载波同步与信号解调

低轨宽带 NR 卫星的多普勒频移问题，远高于地面移动通信与高轨（GEO）卫星场景，核心痛点在于 “频偏幅值大 + 变化速率快 + 多源叠加”，对终端同步算法构成极致考验：低轨卫星轨道高度通常为 500-2000km，星地相对运动产生的多普勒频偏远超地面 5G NR 最大多普勒频移；更关键的是，低轨卫星过境时间短，且波束窄，终端在移动中（如车载）会同时叠加自身运动的多普勒频偏，导致总频偏呈现 “毫秒级动态跳变”。在低轨宽带 NR 测试场景中，这种动态频偏会直接导致终端载波同步失准，解调 EVM 劣化。测试时需通过仪器（如 CMX500）模拟 “动态多普勒轨迹”（按低轨卫星过境轨迹生成频偏变化曲线），验证终端在不同频偏速率下的同步恢复能力，尤其需关注 NR 同步信号（SSB）的捕获成功率 —— 若频偏超终端捕获范围，会导致 SSB 同步失败，终端无法接入卫星网络。

02时延波动与切换叠加：短时延但动态跳变，打破低轨宽带 NR 业务时序平衡

在低轨宽带 NR 卫星通信的时延挑战中，低轨（LEO）虽以 20-50ms 单程时延显著优于地球同步轨道（GEO）的 250ms，但 “动态时延波动 + 切换时延叠加” 的特性，成为低轨宽带 NR 需突破的核心难点。低轨卫星受大气阻力、太阳辐射压等轨道摄动影响，星地距离会出现上千米的动态变化，导致单程时延波动。

例如 URLLC 业务依赖 HARQ 快速重传，若沿用地面 5G 默认HARQ 定时器，会因时延波动导致 “重传过早” 浪费资源，或 “重传过晚” 引发 BLER 上升。更关键的是，低轨星座需多星切换覆盖（单星覆盖 10-15 分钟），在未采用优化技术的情况下，低轨卫星间切换时延可达上百毫秒，极端情况下时延会更大，可能导致连接断连。

03极端信道衰落与极低信噪比：多源衰减叠加，极限考验终端接收性能

低轨宽带 NR 卫星的信号传输链路面临 “多源衰落叠加 + 链路损耗大” 的双重打击，导致极端信道条件（大衰减、极低信噪比）频发，直接威胁传输连续性，测试需覆盖 “恶劣天气 + 遮挡 + 远距离损耗” 的复合场景：

大信号衰落，衰减幅值大且动态：低轨卫星多采用 Ka/Ku 频段（宽带容量需求），该频段对降雨衰减极为敏感；同时，低轨波束窄，终端若因移动或楼宇遮挡偏离波束覆盖区，会瞬间产生阴影衰落；

极低信噪比，链路损耗叠加噪声：低轨星地自由空间损耗虽低于 GEO，但叠加降雨 / 遮挡衰减后，终端接收信噪比远低于传统通信环境。

在测试场景中，需通过仪器构建 “复合衰落模型”：模拟瑞利衰落（模拟多径）、阴影衰落；若终端抗衰落能力不足，会出现 “频繁断连”，导致低轨宽带业务（如高清视频）卡顿。

图3 NTN链路模型示意图

在此背景下，对于NR-NTN用户设备在研发阶段和测试阶段如何接收到NR-NTN信号，如何确保接收到的NR-NTN信号与实际卫星信号的特性相符，这是NR-NTN测试技术的难点。

NR-NTN测试平台

R&S CMX500

罗德与施瓦茨依托市场领先的 R&S CMX500 平台，构建了 NR-NTN 设备的端到端测试解决方案，为卫星通信终端的研发与验证提供了一站式支撑。该方案覆盖芯片组与终端设备从早期设计验证、功能调试到性能优化、认证测试的全研发周期，贯穿产品迭代的核心阶段，大幅提升研发和测试效率。

CMX500 的独特性尤为突出：它将多轨道卫星信号模拟（涵盖 LEO、GSO、GEO 等不同轨道类型）、多频段信号生成能力，以及高精度信道仿真功能集成于单一仪器，无需额外设备组合即可复现复杂的 NTN 实际场景，显著简化测试部署与操作流程。

在频段支持上，CMX500 针对不同频段采用适配的信号传输方案：L 频段与 S 频段直接通过射频单元发射，确保信号直达终端；Ku 频段通过中频单元发送，覆盖该频段的信号特性；Ka 频段则可外接 RRH（远程射频头）实现精准发射，全面满足各主流 NTN 频段的测试需求。

图4 CMX 频段支持能力

CMX500 可模拟 NR-NTN 关键移动场景（如地面网络与非地面网络、非地面网络间的切换），这类场景对 NR-NTN 测试至关重要，CMX500单台设备最多可同时配置六颗卫星信号。如下示意图，NR-NTN 移动场景类型：

图5 NR-NTN移动性场景

上图系统呈现了NTN（非地面网络，以卫星为核心的 5G 延伸网络）场景下的四大移动性关键场景，完整覆盖终端在 “卫星接入、单星内部、卫星之间、空 - 地融合” 全维度的连接管理与切换逻辑，是实现 “天地一体、全域无缝”5G 通信的核心技术载体：

小区选择 / 重选：

终端需像搜索地面 5G 小区一样，扫描卫星通过波束形成的 “空中小区”。终端需高效测量多颗卫星的同步信号（如 SSB 同步信号块），在动态波动的卫星信号环境中，快速筛选出信号质量最优的卫星波束完成驻留，建立初始的NR-NTN 连接，为后续通信奠定基础。

波束间切换：

单颗低轨卫星通常采用多波束技术拓展覆盖范围，当终端在地面移动从卫星的一个波束覆盖区进入另一波束，会触发波束间切换。由于低轨卫星与终端相对运动速度极快，波束覆盖的 “有效时间窗口” 极短，因此切换需以更快的判决与执行速度完成。

卫星间切换：

当终端从一颗卫星的覆盖范围移动至另一颗卫星的覆盖区时，需执行卫星间切换以保障连接连续性。低轨星座由数十至上百颗卫星组成，单星覆盖时间有限，需通过卫星间切换实现 “接力式” 连续通信。该过程需解决切换判决的准确性、信令交互的时延与可靠性问题，确保业务（如视频、语音传输）在卫星间无缝过渡。

NTN 与地面网络切换：

这是“空 - 地融合”的核心场景：终端在卫星覆盖的偏远区域（如海洋、荒漠）时依赖NR-NTN 连接，当进入地面 5G 基站覆盖的城市区域时，需切换为地面 5G 连接；反之，从地面网络向卫星网络的切换也需支持。该场景需突破空 - 地网络的协议异构，频率差异等挑战，确保语音、数据业务在切换时 “零感知” 衔接，真正实现 “天地一张网” 的连续覆盖体验。

这些场景共同构成 NTN 移动性管理的技术全景，是 NTN 从 “实验室技术” 走向 “全域商用” 必须突破的核心挑战领域。

未来进行时

CMX500其核心优势在于 NR-NTN 端到端测试 —— 可搭建从 5G NTN 卫星信号生成（模拟卫星接入网）、信道仿真（复现空 - 地传输损耗）、终端接入发起业务，到核心网交互、互联网业务落地的完整链路，复现空天地通信全流程，排查终端与网络兼容性问题，为 5G NTN 终端全链路性能验证提供 “一站式” 支撑。

同时，基于 CMX500 的 NR-NTN 一致性测试系统，已落地首个协议与射频一致性测试用例 —— 既为当前 NR-NTN 终端标准化认证提供关键依据，更为奠定 6G NTN 一致性测试体系基础，助力行业形成统一标准。

R&S CMX500 既是当前 NR-NTN（5G 非地面网络）用户设备测试的核心平台，更是具备 6G NTN 前瞻适配能力，为空天地一体化通信演进提供关键测试保障，基于此能实现终端多维度性能精准测试。

作为兼具 “当前实用性” 与 “未来扩展性” 的平台，R&S CMX500 为 NR-NTN 设备从芯片研发、终端调试、量产认证及未来6G NTN 早期研发的全阶段，提供覆盖性能、协议、一致性的一站式测试方案。它能帮助企业大幅缩短研发周期、提升产品质量，确保符合行业标准与监管要求，既是当前 NR-NTN 终端测试首选，更是企业抢占 6G NTN 先机、加速空天地一体化产品商业化的核心工具。