為何通道模擬是成功部署 5G 非地面網路的關鍵？

僅仰賴傳統的地面基礎設施存在其局限性，特別是在為偏遠或服務不足的地區提供通訊覆蓋時，5G 非地面網路 (NTN) 能夠透過整合非地面平台，增強地面系統的能力，進而於多樣化的環境中提供可靠且廣泛的無線連接，本文將探討不同類型的非地面平台，以及通道模擬在確保非地面網路符合所需效能標準方面的重要性。

非地面平台

5G 非地面網路可採用多種空中與太空平台來擴展通訊覆蓋，平台類型包括：

• 衛星：
  衛星在擴展地面網路基礎設施的覆蓋範圍方面扮演著舉足輕重的角色，依據軌道特性，衛星可分為三種常見類型：低地球軌道 (LEO)、中地球軌道 (MEO) 和地球同步軌道 (GEO)。
  • 低地球軌道 (LEO)：
    此類衛星通常在不超過 1,200 英里 (1,931 公里) 的高度運行，由於其鄰近地球，可提供高速、低延遲的資料傳輸；然而，低地球軌道衛星的高速度限制了其覆蓋範圍，同時也增加了都卜勒頻移和換手次數。
  • 中地球軌道 (MEO)：
    運行於低地球軌道與地球同步軌道之間，高度介於 7,000 公里至 25,000 公里 的中地球軌道衛星，在覆蓋範圍、延遲、都卜勒頻移、換手和路徑損耗方面提供了平衡的特性，O3b 網路是中地球軌道衛星群的一個例子。
  • 地球同步軌道 (GEO)：
    地球同步軌道衛星在距離地球表面非常遠的距離（略高於 22,000 英里，約 35,786 公里）運行，可提供廣闊的覆蓋區域和較長的操作壽命；同時，地球同步軌道衛星訊號經常會經歷大量延遲和高路徑損耗。
• 高空平台系統 (HAPS)：
  從氣球到太陽能空中系統，高空平台系統通常部署在約 12 英里 (19 公里) 高的平流層中。機載的專業儀器使高空平台系統能夠為 5G 非地面網路提供擴展的通訊覆蓋。
• 飛機和無人機：
  飛機可在廣泛的服務區域內提供通訊支援，而無人機則可作為動態、高度靈活的工具，適用於快速部署場景，例如局部緊急任務。

表 1：不同非地面平台類型概述

通道模擬的重要性

當射頻 (RF) 訊號在發射器和接收器之間傳播時，通訊路徑會產生各種損害，通道模擬器用於模擬真實世界的條件，使工程師能夠在受控環境中調整和最佳化設計，確保部署的系統能如預期運行。

由於在廣闊且動態的環境中運行，非地面網路面臨著與地面網路獨特的挑戰，例如：顯著的時間延遲、都卜勒頻移等，地面網路主要會遇到多路徑衰落，其是指由於建築物、山脈和水體等各種障礙物的反射或折射，導致訊號經由多個路徑到達接收器，考量到維修和服務通常不可行、不切實際或價格昂貴，能夠滿足非地面網路特定需求的先進通道模擬器，例如：Maury Microwave dBm 產品線的 ACE9600 衛星與無線通訊通道模擬器，對於全面的部署前測試和效能分析至關重要。

ACE9600 進階通道模擬器

Maury Microwave 的先進通道模擬器 (ACE) 是目前最先進的非地面射頻通道模擬解決方案，該機種可模擬的損害包括：延遲、訊號都卜勒頻移、衰減、相位偏移、類比白高斯雜訊 (AWGN)、跳頻、酬載和多路徑衰落，該儀器最多可容納四個 600 MHz 瞬時頻寬通道，損害模擬可設定為靜態模式下的固定值、或在動態模式下即時連續變更，且不會產生任何相位不連續性。

通道模擬器可模擬一系列損害，以精確重現非地面網路的部署條件，其中包括：

• 時間延遲：
  長距離傳輸會增加訊號從發射器傳播到接收器並返回所需的時間，這稱為往返時間延遲，由於衛星經常會經歷時間延遲變化，模擬器必須能夠為特定軌道產生相位連續的時間延遲。
• 都卜勒頻移：
  衛星，特別是低地球軌道衛星，以高相對速度運行，這會導致高都卜勒頻移；在這種情況下，一個或多個天線之間的相對運動（例如：移動中的衛星相對於靜止的地面接收器）會改變頻率並影響訊號品質。
• 訊號頻寬：
  非地面網路具有各種頻寬要求，模擬器能夠處理顯著連續訊號頻寬，確保訊號特性的精確表示。
• 路徑損耗和大氣閃爍：
  訊號功率在穿越長距離大氣擾動時會減弱，因此，通道模擬器必須能夠重現由地球大氣層引起的相位和訊號強度波動。
• 硬體迴路 (HITL) 損害：
  來自地面站和衛星酬載組件的硬體相關失真會降低訊號品質，硬體迴路測試期間，通道模擬器應處理的重要損害包括訊號壓縮、互調失真、調幅/調相 (AM/PM) 失真、相位雜訊、群延遲斜率和振幅斜率，以及通帶陷波以模擬不同國家的監管頻譜要求。

5G 非地面網路與通道模擬器深度剖析

Microwave Journal 現已發布白皮書《5G 非地面網路如何推動衛星鏈路損害和硬體迴路模擬？》，該白皮書涵蓋了 5G 非地面網路兩個主要子類別——5G NTN-IoT 和 5G NTN-NR 之間的區別，並總結了 3GPP 版本中允許地表以上無線連接的技術、月球非地面網路通訊的發展，以及關鍵 5G 非地面網路合作夥伴關係；此外，該白皮書強調了使用 ACE9600 衛星與無線通訊通道模擬器 等通道模擬器，在部署前正確評估電磁和環境效應以及硬體產生的訊號路徑損害的重要性，立即下載白皮書，了解如何最大限度地提升 5G 非地面網路的效能。

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• SATGEN 衛星軌道建模軟體

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