Сквозное тестирование нетерриториальной (NTN) сети 5G
13.10.2026
Примечание по применению
Сквозное тестирование нетерриториальной сети 5G
Моделируйте, симулируйте, эмулируйте и валидируйте NTN с помощью решений Sky-to-Lab
Введение в нетерриториальные сети
По мере продолжающегося глобального развертывания сетей 5G стремление обеспечить связью абонентов в необслуживаемых и недостаточно обслуживаемых районах, а также такие приложения, как Интернет вещей (IoT), привлекают внимание к новой возможности — нетерриториальным сетям (NTN). В наземных сетях 5G используются привычные антенные мачты, устанавливаемые на земле или на крышах зданий. NTN позволяют преодолеть ограничения рельефа, формируя покрытие 5G с помощью космических или воздушных платформ и обеспечивая связь в ранее недоступных или экономически нецелесообразных районах. 5G NTN обеспечивают операторам эффект масштаба, заменяя проприетарные сети и обеспечивая единообразный пользовательский опыт независимо от способа предоставления услуг.
Рабочие группы 3rd Generation Partnership Project (3GPP) определяют развитие технологии 5G NTN; соответствующие элементы заданы в Release 17 и Release 18 спецификаций 5G. 5G NTN объединяет традиционную космическую и спутниковую отрасль с сотовыми сетями, как показано на рисунке 1.
На концептуальном уровне 5G NTN применяет технологии спутниковой связи (SATCOM) для расширения существующей технологии 5G. 5G NTN поддерживает несколько типов спутниковых орбит:
• геосинхронная орбита (GSO);
• средняя околоземная орбита (MEO);
• низкая околоземная орбита (LEO).
РИСУНОК 1. Интеграция наземных и нетерриториальных сетей
Ключевые проблемы NTN
3GPP определяет три категории применения NTN, в которых технология используется по-разному:
• Непрерывность обслуживания: NTN объединяются с наземными сетями.
• Повсеместность обслуживания: NTN компенсируют отсутствие наземных сетей там, где они недоступны.
• Масштабируемость обслуживания: NTN обеспечивают многоадресную или широковещательную передачу контента на большой территории.
Примеры сценариев применения:
• покрытие в удалённых районах и на границе покрытия наземных сетей;
• отслеживание грузов на маршрутах дальних автомобильных перевозок, железнодорожных линиях и морских транспортных путях;
• промышленные применения на нефтяных месторождениях, в шахтах, на морских платформах и климатических станциях мониторинга;
• коммерческие услуги для пассажиров авиалиний, высокоскоростных поездов и морских судов;
• восстановление покрытия в зонах бедствий с масштабными отказами инфраструктуры.
5G NTN наследуют многие функции наземных сетей 5G и сталкиваются со многими из тех же проблем, при этом к услугам 5G NTN предъявляются более высокие требования по надёжности по сравнению с более ранними сетями SATCOM, как показано на рисунке 2. Эти проблемы охватывают физический, протокольный и прикладной уровни. К ним относятся эмуляция физических условий распространения, таких как большие расстояния и скорости, компенсация задержки и доплеровского эффекта, а также атмосферные и погодные воздействия. Ещё одна задача — обеспечить соответствие gNB и пользовательского оборудования (UE) стандартам 3GPP, их совместную работу и бесшовное сосуществование с наземными сетями. Кроме того, необходимо оценивать ключевые показатели эффективности, такие как задержка, пропускная способность и качество обслуживания.
РИСУНОК 2. Проблемы отрасли NTN включают условия распространения, соответствие требованиям 3GPP и оценку характеристик производительности
Портфель сквозных решений Keysight Sky-to-Lab позволяет охватить все этапы процесса тестирования, включая моделирование, физические искажения канала, а также тестирование на уровне протоколов и приложений.
Инициатива Sky-to-Lab стала результатом сотрудничества с лидерами рынка NTN, предоставляющими решения уже на ранних этапах цикла разработки. Она объединяет решения для тестирования устройств и сетей в сквозные портфели. Кроме того, экспертиза Keysight помогла уточнить и разработать планы сертификационных испытаний операторов.
В таблице 1 приведены компоненты решения Sky-to-Lab. Для каждого сценария применения требуется определённый набор компонентов решения; в следующих разделах рассмотрены характерные примеры.
ТАБЛИЦА 1. Компоненты решения Sky-to-Lab
Сетевое моделирование
Для обеспечения оптимальной производительности перед развертыванием нетерриториальной сети необходимо провести тщательную верификацию и валидацию сквозной функциональности сети.
Ключевые проблемы и требования включают следующее:
• Стабильность оптических линий связи и плавная работа при изменении маршрута, особенно в неблагоприятных условиях.
• Точное моделирование оптической линии связи с учетом таких факторов, как шум, помехи от солнечного света, апертуры, стабильность наведения и атмосферное затухание.
• Маршрутизация, способная эффективно обрабатывать частые изменения топологии.
• Настраиваемые протоколы маршрутизации, позволяющие точно моделировать запросы маршрута, ответы и задержки для оценки поведения сети.
• Сложность сети наземных станций, включая критерии хэндовера, управляющие сигналы, синхронизацию, зоны радиопокрытия и эффекты Доплера.
• Точное моделирование влияния помех от наземных и нетерриториальных источников на коэффициент битовых ошибок.
Инструменты Keysight EXata, показанные на рисунке 3, обеспечивают надежное решение для цифрового моделирования сетей. Эти инструменты позволяют оценивать поведение и производительность сети, обеспечивая надежность и эффективность. EXata включает полный стек протоколов и позволяет выполнять комплексный анализ от физического уровня (PHY) до уровня приложений. В состав решения входят основанные на физических моделях РЧ- и оптические модели, в том числе модели передатчика, приемника и антенны для точного моделирования, а также универсальные библиотеки форм сигналов и моделей.
Управление сетевым трафиком в EXata обеспечивает устойчивость за счет механизмов приоритизации, организации очередей и обеспечения отказоустойчивости. Подробные показатели производительности позволяют проводить углубленный анализ на основе статистики с временными метками, включая задержку, пропускную способность и потери пакетов. Интеграция с реальными устройствами позволяет создавать реалистичные сценарии испытаний. Кроме того, совместное моделирование с Ansys STK предоставляет единый графический пользовательский интерфейс (GUI) для получения результатов, основанных на реальной физике, что повышает эффективность.
РИСУНОК 3. Графический пользовательский интерфейс EXata
Решение Keysight для сквозного испытательного стенда NTN, показанное на рисунке 4, включает все основные компоненты эмуляции NTN, что делает его подходящим для широкого спектра задач исследований и разработок. Компоненты решения бесшовно интегрируются с помощью программного обеспечения автоматизации, которое позволяет инженерам воспроизводить сценарии и выполнять измерения.
Эмуляция сетей во всем диапазоне частот NTN
Комплексный набор инструментов, включающий платформу беспроводного тестирования Keysight UXM 5G, выступающую в роли эмулятора сети, позволяет пользователям эмулировать несколько наземных и нетерриториальных сот в широком диапазоне частот NTN. Платформа поддерживает различные технологии сотовой связи и позволяет воссоздавать реалистичные сценарии, моделируя базовые станции с широким набором параметров протоколов. Кроме того, UXM позволяет выполнять важные измерения, включая оценку РЧ-передатчика и приёмника, а также анализ коэффициента блочных ошибок (BLER) и пропускной способности.
Дополняя UXM, Keysight UeSIM позволяет производителям инфраструктуры, поставщикам наборов микросхем и операторам мобильной связи проверять сквозную производительность сети радиодоступа (RAN). Для этого UeSIM эмулирует реальный сетевой трафик как через радиоинтерфейс, так и через интерфейсы фронтхола Open RAN.
Включение инструмента геометрического моделирования каналов Keysight F9860000A Channel Studio GCM, показанного на рисунке 5, расширяет возможности испытательного стенда. Он поддерживает моделирование и создание параметризованных орбит для различных типов орбит (GSO, NGSO) и включает модели многолучевого замирания канала. GCM позволяет инженерам без затруднений загружать модели в Keysight PROPSIM и UXM 5G для сквозной эмуляции.
Набор инструментов Keysight SJ001A WaveJudge Wireless Analyzer сочетает мощный анализ беспроводной связи по эфиру, декодирование протоколов в реальном времени и анализ физического уровня (PHY), обеспечивая эффективную разработку систем и поиск неисправностей.
РИСУНОК 4. Сквозной испытательный стенд Keysight NTN
Испытательный стенд позволяет в лабораторных условиях воспроизводить все возможные комбинации сценариев NTN, включающие эмуляцию пользовательского оборудования (UE) и сети, спутники, модели орбит и модели каналов. Он также позволяет измерять характеристики на уровне приложений, например энергопотребление, параметры протоколов, РЧ-характеристики, пропускную способность и задержку.
РИСУНОК 5. Инструмент моделирования F9860000A Channel Studio GCM
Решение для тестирования устройств NTN ориентировано на оценку производительности и функциональности устройств, работающих в нетерриториальных сетях. Этот сценарий применения упрощает процесс испытаний за счёт использования описанного выше стенда NTN «от неба до лаборатории», но без включения компонента эмулятора пользовательского оборудования.
На рисунке 6 показана конфигурация решения для тестирования устройств NTN, в которой реальное пользовательское оборудование (UE) подключено к сетевому эмулятору UXM 5G через эмулятор радиоканала PROPSIM.
РИСУНОК 6. Конфигурация решения для тестирования устройств NTN
Сначала инженеры должны настроить эмулируемый спутниковый канал с помощью инструмента моделирования каналов NTN. Задержка и доплеровское смещение определяют геометрию орбиты. Затем инженер настраивает модели каналов NTN 3GPP для эмуляции на уровне линии связи, например модели линий задержки с дискретными отводами (TDL) и модели линий задержки с кластерами (CDL).
Добавление моделей теневого замирания, как показано на рисунке 7, а также погодных и атмосферных условий, обеспечивает реалистичную эмуляцию канала.
РИСУНОК 7. Графики модели канала, включая потери в тракте с учётом влияния замираний
После того как инженер создаёт орбиту, система автоматически загружает её в эмулятор радиоканала PROPSIM и формирует соединение между мобильным телефоном и сетевым эмулятором.
На рисунке 8 показан графический интерфейс симулятора NTN с отображением местоположения пользовательского оборудования (UE) на поверхности земли и спутника на низкой околоземной орбите (LEO). В данном примере моделируется высота 560 км, угол места 39° и полная длительность орбитального цикла 3 минуты.
РИСУНОК 8. Графический интерфейс симулятора NTN с отображением KPI в реальном времени
Справа на экране отображаются ключевые показатели эффективности (KPI) в реальном времени, такие как задержка, доплеровское смещение, пропускная способность, задержка RTT и BLER.
Для характеристики качества сквозной линии связи задаются две конечные точки уровня приложений с трафиком VoIP 64 кбит/с с использованием приложения Keysight XR Mobile (IxChariot). На рисунке 9 показано окно измерений приложения XR Mobile с важными показателями KPI, относящимися к NTN, такими как латентность, пропускная способность, потерянные данные, джиттер, задержка и MOS (Mean Opinion Score — средняя экспертная оценка).
РИСУНОК 9. Характеризация сквозного качества обслуживания приложений с помощью программного приложения Keysight XR Mobile
Тестирование gNB для NTN
Решение для тестирования базовых станций NTN ориентировано на валидацию и оптимизацию базовых станций (gNB), работающих в нетерриториальных сетях. Аналогично решению для тестирования устройств NTN, в данном сценарии используется сквозной испытательный стенд NTN, но без компонента сетевого эмулятора.
На рисунке 10 показана конфигурация решения для тестирования gNB в NTN: реальная базовая станция gNB подключена к эмулятору UE UeSIM через эмулятор радиоканала PROPSIM.
РИСУНОК 10. Конфигурация решения для тестирования gNB в NTN
Пошаговый подход — от простых сценариев к более реалистичным, показанный на рисунке 11, помогает поставщикам gNB ускорить вывод NTN-решений на рынок.
РИСУНОК 11. Подход к валидации gNB
Первый шаг ориентирован на проверку протокола. Как показано на рисунке 12, к функциям NTN, которые необходимо валидировать, относятся:
• SIB1 и SIB19 (периодичность, кодирование);
• режим и процессы HARQ (конфигурация и передача данных);
• адаптация и ретрансляция трафика.
На этом этапе конфигурации использование PROPSIM не требуется.
РИСУНОК 12. Захват сообщения SIB19 базовой станции gNB в UeSIM
Второй шаг проверяет, корректно ли gNB обрабатывает задержку распространения. PROPSIM добавляет статическую или динамическую задержку, а UeSIM предоставляет в реальном времени данные о пропускной способности, BLER и другие измерения для поиска и устранения неисправностей. WaveJudge анализирует IQ-данные, захваченные UeSIM и PROPSIM, чтобы определить временное выравнивание сигналов восходящей и нисходящей линий связи, как показано на рисунке 13.
РИСУНОК 13. Захват IQ-данных сервисного канала в WaveJudge
На третьем шаге в модель добавляется доплеровская задержка в соответствии с информацией о скорости спутника. На этом этапе проверяются предварительная компенсация нисходящего сигнала в фидерном канале и восстановление восходящего сигнала. Как и на предыдущем этапе, комплексные измерения в UeSIM и WaveJudge обеспечивают дополнительный анализ.
На последнем этапе в модель добавляются потери в тракте. PROPSIM настраивает величину потерь в тракте, чтобы сделать эмуляцию канала более реалистичной. Трафик, генерируемый UeSIM, подтверждает достигаемую пропускную способность. Решение позволяет варьировать параметры конфигурации gNB, например различные режимы HARQ, чтобы разработчики могли понять их влияние на пропускную способность.
Помимо перечисленных шагов, решение позволяет инженерам учитывать и другие переменные, такие как шум и помехи, затенение, атмосферные воздействия, мобильность и несколько пользовательских устройств.
Появление нетерриториальных сетей расширяет покрытие 5G на удалённые и недостаточно обслуживаемые территории. Однако внедрение таких сетей связано с рядом трудностей. К ключевым задачам относятся обеспечение совместимости на физическом, протокольном и прикладном уровнях, а также решение вопросов, связанных с условиями распространения сигнала, соответствием стандартам и достижением целевых показателей производительности.
Решение Keysight «sky-to-lab» предоставляет комплексные возможности тестирования на уровнях моделирования, физических искажений канала, протоколов и приложений, обеспечивая сквозное тестирование и валидацию развертываний NTN.
Благодаря бесшовной интеграции таких компонентов, как сетевой эмулятор UXM 5G, эмулятор радиоканала PROPSIM, эмулятор пользовательского оборудования UeSIM и беспроводной анализатор WaveJudge, Keysight предлагает надёжное решение для преодоления сложностей развертывания NTN и обеспечения стабильной производительности сети.
Решение «sky-to-lab» позволяет эмулировать сценарии NTN, проводить всестороннюю проверку функциональности сети, производительности устройств и валидацию базовых станций, что в конечном итоге способствует успешному внедрению инфраструктуры NTN.
• Посмотрите решение NTN sky-to-lab для сквозной эмуляции.
• Чтобы получить больше информации о том, как ускорить инновации 5G NTN на всех этапах рабочего процесса разработки устройств, ознакомьтесь с материалом Enable Next-Generation Non-Terrestrial Networks.
Оборудование и программное обеспечение для тестирования 5G NTN
• Keysight E7515P UXM 5G Wireless Test Platform — Эмуляция мобильной сети и тестирование устройств NTN.
• Keysight P8800S UeSIM — Эмуляция пользовательского оборудования для испытаний gNB и RAN.
• Keysight F8820B PROPSIM FS16 — Эмуляция спутниковых радиоканалов, задержек, замираний и доплеровского смещения.
• Keysight SJ001A WaveJudge Wireless Analyzer Toolset — Декодирование и анализ сигналов и протоколов 5G NR NTN.
• Keysight IXIA IxChariot — Оценка пропускной способности, задержки, джиттера и качества приложений.
• Keysight WJ5900A WaveJudge 5G Real-Time Wireless Analyzer — Аппаратная платформа для захвата и анализа 5G NR NTN.
• Keysight WJ5000A WaveJudge 5000 Wireless Analyzer Platform — Дополнительная платформа захвата и анализа радиосигналов.
• Keysight S8714A UXM 5G RF Application — Дополнительное ПО для RF-тестирования 5G NR NTN.
Моделируйте, симулируйте, эмулируйте и валидируйте NTN с помощью решений Sky-to-Lab
Введение в нетерриториальные сети
По мере продолжающегося глобального развертывания сетей 5G стремление обеспечить связью абонентов в необслуживаемых и недостаточно обслуживаемых районах, а также такие приложения, как Интернет вещей (IoT), привлекают внимание к новой возможности — нетерриториальным сетям (NTN). В наземных сетях 5G используются привычные антенные мачты, устанавливаемые на земле или на крышах зданий. NTN позволяют преодолеть ограничения рельефа, формируя покрытие 5G с помощью космических или воздушных платформ и обеспечивая связь в ранее недоступных или экономически нецелесообразных районах. 5G NTN обеспечивают операторам эффект масштаба, заменяя проприетарные сети и обеспечивая единообразный пользовательский опыт независимо от способа предоставления услуг.
Рабочие группы 3rd Generation Partnership Project (3GPP) определяют развитие технологии 5G NTN; соответствующие элементы заданы в Release 17 и Release 18 спецификаций 5G. 5G NTN объединяет традиционную космическую и спутниковую отрасль с сотовыми сетями, как показано на рисунке 1.
На концептуальном уровне 5G NTN применяет технологии спутниковой связи (SATCOM) для расширения существующей технологии 5G. 5G NTN поддерживает несколько типов спутниковых орбит:
• геосинхронная орбита (GSO);
• средняя околоземная орбита (MEO);
• низкая околоземная орбита (LEO).
РИСУНОК 1. Интеграция наземных и нетерриториальных сетей
Ключевые проблемы NTN
3GPP определяет три категории применения NTN, в которых технология используется по-разному:
• Непрерывность обслуживания: NTN объединяются с наземными сетями.
• Повсеместность обслуживания: NTN компенсируют отсутствие наземных сетей там, где они недоступны.
• Масштабируемость обслуживания: NTN обеспечивают многоадресную или широковещательную передачу контента на большой территории.
Примеры сценариев применения:
• покрытие в удалённых районах и на границе покрытия наземных сетей;
• отслеживание грузов на маршрутах дальних автомобильных перевозок, железнодорожных линиях и морских транспортных путях;
• промышленные применения на нефтяных месторождениях, в шахтах, на морских платформах и климатических станциях мониторинга;
• коммерческие услуги для пассажиров авиалиний, высокоскоростных поездов и морских судов;
• восстановление покрытия в зонах бедствий с масштабными отказами инфраструктуры.
5G NTN наследуют многие функции наземных сетей 5G и сталкиваются со многими из тех же проблем, при этом к услугам 5G NTN предъявляются более высокие требования по надёжности по сравнению с более ранними сетями SATCOM, как показано на рисунке 2. Эти проблемы охватывают физический, протокольный и прикладной уровни. К ним относятся эмуляция физических условий распространения, таких как большие расстояния и скорости, компенсация задержки и доплеровского эффекта, а также атмосферные и погодные воздействия. Ещё одна задача — обеспечить соответствие gNB и пользовательского оборудования (UE) стандартам 3GPP, их совместную работу и бесшовное сосуществование с наземными сетями. Кроме того, необходимо оценивать ключевые показатели эффективности, такие как задержка, пропускная способность и качество обслуживания.
РИСУНОК 2. Проблемы отрасли NTN включают условия распространения, соответствие требованиям 3GPP и оценку характеристик производительности
Решение Keysight: NTN Sky-to-Lab
Портфель сквозных решений Keysight Sky-to-Lab позволяет охватить все этапы процесса тестирования, включая моделирование, физические искажения канала, а также тестирование на уровне протоколов и приложений.
Инициатива Sky-to-Lab стала результатом сотрудничества с лидерами рынка NTN, предоставляющими решения уже на ранних этапах цикла разработки. Она объединяет решения для тестирования устройств и сетей в сквозные портфели. Кроме того, экспертиза Keysight помогла уточнить и разработать планы сертификационных испытаний операторов.
В таблице 1 приведены компоненты решения Sky-to-Lab. Для каждого сценария применения требуется определённый набор компонентов решения; в следующих разделах рассмотрены характерные примеры.
ТАБЛИЦА 1. Компоненты решения Sky-to-Lab
| Компонент | Функция | Описание |
|---|---|---|
UXM 5G Network Emulator | • Мощный интегрированный эмулятор сети 5G • Компактное исполнение • Встроенный интерфейс BBIQ • Моделирование замираний в основной полосе, встроенный ПК • Сенсорный интерфейс для настольного использования | • Диапазон частот: > 380 МГц – 15 ГГц (FR1 и FR2) • Одновременная работа с несколькими RAT: 5G NR (NSA и SA), LTE, W-CDMA, C-V2X, Wi-Fi® (legacy, 6, 6E и 7) • Расширения mmWave и OTA • Полоса пропускания > 1600 МГц • Пропускная способность 12+ Гбит/с |
PROPSIM Channel Emulator | • Эмуляция спутниковой линии — реалистичные условия распространения канала для беспроводных устройств и радиосистем | • Средство моделирования и переноса в аппаратную реализацию задержки, доплеровского сдвига, атмосферных / погодных условий, динамического многолучевого распространения, потерь в тракте из-за дальности, шума, эффектов блокирования и помех для широкого спектра испытаний |
UeSIM UE Emulator | • Эмуляция UE со всеми функциями NTN, определёнными в 3GPP Release 17 • Эмуляция поддержки немодифицированного UE | • Поддержка NTN Release 17 • Несколько UE на соту • Поддержка нескольких сот / лучей • Дамп и экспорт IQ в формате, совместимом с WaveJudge |
WaveJudge Wireless Analyzer | • Модульная масштабируемая тестовая платформа для захвата и декодирования сигналов LTE, 5G и Wi‑Fi в составе набора средств беспроводного анализатора SJ001A WaveJudge | • 3GPP NR Release 15–17 (NR NTN, RedCap, V2X) • Полоса пропускания до 800 МГц • Масштабируемое число ВЧ-портов: 2, 4, 6 или 8 • SSD-накопитель для длительной записи IQ • Импорт / экспорт IQ для программного варианта |
EXata Network Modeling | • Цифровые двойники сетей для разработки, анализа, тестирования и оценки кибербезопасности • Экономически эффективная оценка новых сетевых технологий до построения систем или сетей | • Моделирование и эмуляция сети в реальном времени воспроизводят поведение сети • Система взаимодействует на одном или нескольких уровнях протокола с реальными радиоустройствами и другими устройствами, обеспечивая возможности работы с аппаратурой в контуре (hardware-in-the-loop, HIL) • EXata подключается к системам с реальными приложениями так же, как они работали бы в реальных сетях |
Сетевое моделирование
Для обеспечения оптимальной производительности перед развертыванием нетерриториальной сети необходимо провести тщательную верификацию и валидацию сквозной функциональности сети.
Ключевые проблемы и требования включают следующее:
• Стабильность оптических линий связи и плавная работа при изменении маршрута, особенно в неблагоприятных условиях.
• Точное моделирование оптической линии связи с учетом таких факторов, как шум, помехи от солнечного света, апертуры, стабильность наведения и атмосферное затухание.
• Маршрутизация, способная эффективно обрабатывать частые изменения топологии.
• Настраиваемые протоколы маршрутизации, позволяющие точно моделировать запросы маршрута, ответы и задержки для оценки поведения сети.
• Сложность сети наземных станций, включая критерии хэндовера, управляющие сигналы, синхронизацию, зоны радиопокрытия и эффекты Доплера.
• Точное моделирование влияния помех от наземных и нетерриториальных источников на коэффициент битовых ошибок.
Полноценное и надежное решение
Инструменты Keysight EXata, показанные на рисунке 3, обеспечивают надежное решение для цифрового моделирования сетей. Эти инструменты позволяют оценивать поведение и производительность сети, обеспечивая надежность и эффективность. EXata включает полный стек протоколов и позволяет выполнять комплексный анализ от физического уровня (PHY) до уровня приложений. В состав решения входят основанные на физических моделях РЧ- и оптические модели, в том числе модели передатчика, приемника и антенны для точного моделирования, а также универсальные библиотеки форм сигналов и моделей.
Управление сетевым трафиком в EXata обеспечивает устойчивость за счет механизмов приоритизации, организации очередей и обеспечения отказоустойчивости. Подробные показатели производительности позволяют проводить углубленный анализ на основе статистики с временными метками, включая задержку, пропускную способность и потери пакетов. Интеграция с реальными устройствами позволяет создавать реалистичные сценарии испытаний. Кроме того, совместное моделирование с Ansys STK предоставляет единый графический пользовательский интерфейс (GUI) для получения результатов, основанных на реальной физике, что повышает эффективность.
РИСУНОК 3. Графический пользовательский интерфейс EXata
Сквозной испытательный стенд NTN
Решение Keysight для сквозного испытательного стенда NTN, показанное на рисунке 4, включает все основные компоненты эмуляции NTN, что делает его подходящим для широкого спектра задач исследований и разработок. Компоненты решения бесшовно интегрируются с помощью программного обеспечения автоматизации, которое позволяет инженерам воспроизводить сценарии и выполнять измерения.
Эмуляция сетей во всем диапазоне частот NTN
Комплексный набор инструментов, включающий платформу беспроводного тестирования Keysight UXM 5G, выступающую в роли эмулятора сети, позволяет пользователям эмулировать несколько наземных и нетерриториальных сот в широком диапазоне частот NTN. Платформа поддерживает различные технологии сотовой связи и позволяет воссоздавать реалистичные сценарии, моделируя базовые станции с широким набором параметров протоколов. Кроме того, UXM позволяет выполнять важные измерения, включая оценку РЧ-передатчика и приёмника, а также анализ коэффициента блочных ошибок (BLER) и пропускной способности.
Дополняя UXM, Keysight UeSIM позволяет производителям инфраструктуры, поставщикам наборов микросхем и операторам мобильной связи проверять сквозную производительность сети радиодоступа (RAN). Для этого UeSIM эмулирует реальный сетевой трафик как через радиоинтерфейс, так и через интерфейсы фронтхола Open RAN.
Включение инструмента геометрического моделирования каналов Keysight F9860000A Channel Studio GCM, показанного на рисунке 5, расширяет возможности испытательного стенда. Он поддерживает моделирование и создание параметризованных орбит для различных типов орбит (GSO, NGSO) и включает модели многолучевого замирания канала. GCM позволяет инженерам без затруднений загружать модели в Keysight PROPSIM и UXM 5G для сквозной эмуляции.
Набор инструментов Keysight SJ001A WaveJudge Wireless Analyzer сочетает мощный анализ беспроводной связи по эфиру, декодирование протоколов в реальном времени и анализ физического уровня (PHY), обеспечивая эффективную разработку систем и поиск неисправностей.
РИСУНОК 4. Сквозной испытательный стенд Keysight NTN
Испытательный стенд позволяет в лабораторных условиях воспроизводить все возможные комбинации сценариев NTN, включающие эмуляцию пользовательского оборудования (UE) и сети, спутники, модели орбит и модели каналов. Он также позволяет измерять характеристики на уровне приложений, например энергопотребление, параметры протоколов, РЧ-характеристики, пропускную способность и задержку.
РИСУНОК 5. Инструмент моделирования F9860000A Channel Studio GCM
Тестирование устройств NTN
Решение для тестирования устройств NTN ориентировано на оценку производительности и функциональности устройств, работающих в нетерриториальных сетях. Этот сценарий применения упрощает процесс испытаний за счёт использования описанного выше стенда NTN «от неба до лаборатории», но без включения компонента эмулятора пользовательского оборудования.
На рисунке 6 показана конфигурация решения для тестирования устройств NTN, в которой реальное пользовательское оборудование (UE) подключено к сетевому эмулятору UXM 5G через эмулятор радиоканала PROPSIM.
РИСУНОК 6. Конфигурация решения для тестирования устройств NTN
Сначала инженеры должны настроить эмулируемый спутниковый канал с помощью инструмента моделирования каналов NTN. Задержка и доплеровское смещение определяют геометрию орбиты. Затем инженер настраивает модели каналов NTN 3GPP для эмуляции на уровне линии связи, например модели линий задержки с дискретными отводами (TDL) и модели линий задержки с кластерами (CDL).
Добавление моделей теневого замирания, как показано на рисунке 7, а также погодных и атмосферных условий, обеспечивает реалистичную эмуляцию канала.
РИСУНОК 7. Графики модели канала, включая потери в тракте с учётом влияния замираний
После того как инженер создаёт орбиту, система автоматически загружает её в эмулятор радиоканала PROPSIM и формирует соединение между мобильным телефоном и сетевым эмулятором.
На рисунке 8 показан графический интерфейс симулятора NTN с отображением местоположения пользовательского оборудования (UE) на поверхности земли и спутника на низкой околоземной орбите (LEO). В данном примере моделируется высота 560 км, угол места 39° и полная длительность орбитального цикла 3 минуты.
РИСУНОК 8. Графический интерфейс симулятора NTN с отображением KPI в реальном времени
Справа на экране отображаются ключевые показатели эффективности (KPI) в реальном времени, такие как задержка, доплеровское смещение, пропускная способность, задержка RTT и BLER.
Для характеристики качества сквозной линии связи задаются две конечные точки уровня приложений с трафиком VoIP 64 кбит/с с использованием приложения Keysight XR Mobile (IxChariot). На рисунке 9 показано окно измерений приложения XR Mobile с важными показателями KPI, относящимися к NTN, такими как латентность, пропускная способность, потерянные данные, джиттер, задержка и MOS (Mean Opinion Score — средняя экспертная оценка).
РИСУНОК 9. Характеризация сквозного качества обслуживания приложений с помощью программного приложения Keysight XR Mobile
Тестирование gNB для NTN
Решение для тестирования базовых станций NTN ориентировано на валидацию и оптимизацию базовых станций (gNB), работающих в нетерриториальных сетях. Аналогично решению для тестирования устройств NTN, в данном сценарии используется сквозной испытательный стенд NTN, но без компонента сетевого эмулятора.
На рисунке 10 показана конфигурация решения для тестирования gNB в NTN: реальная базовая станция gNB подключена к эмулятору UE UeSIM через эмулятор радиоканала PROPSIM.
РИСУНОК 10. Конфигурация решения для тестирования gNB в NTN
Три шага к валидации
Пошаговый подход — от простых сценариев к более реалистичным, показанный на рисунке 11, помогает поставщикам gNB ускорить вывод NTN-решений на рынок.
РИСУНОК 11. Подход к валидации gNB
Первый шаг ориентирован на проверку протокола. Как показано на рисунке 12, к функциям NTN, которые необходимо валидировать, относятся:
• SIB1 и SIB19 (периодичность, кодирование);
• режим и процессы HARQ (конфигурация и передача данных);
• адаптация и ретрансляция трафика.
На этом этапе конфигурации использование PROPSIM не требуется.
РИСУНОК 12. Захват сообщения SIB19 базовой станции gNB в UeSIM
Второй шаг проверяет, корректно ли gNB обрабатывает задержку распространения. PROPSIM добавляет статическую или динамическую задержку, а UeSIM предоставляет в реальном времени данные о пропускной способности, BLER и другие измерения для поиска и устранения неисправностей. WaveJudge анализирует IQ-данные, захваченные UeSIM и PROPSIM, чтобы определить временное выравнивание сигналов восходящей и нисходящей линий связи, как показано на рисунке 13.
РИСУНОК 13. Захват IQ-данных сервисного канала в WaveJudge
На третьем шаге в модель добавляется доплеровская задержка в соответствии с информацией о скорости спутника. На этом этапе проверяются предварительная компенсация нисходящего сигнала в фидерном канале и восстановление восходящего сигнала. Как и на предыдущем этапе, комплексные измерения в UeSIM и WaveJudge обеспечивают дополнительный анализ.
На последнем этапе в модель добавляются потери в тракте. PROPSIM настраивает величину потерь в тракте, чтобы сделать эмуляцию канала более реалистичной. Трафик, генерируемый UeSIM, подтверждает достигаемую пропускную способность. Решение позволяет варьировать параметры конфигурации gNB, например различные режимы HARQ, чтобы разработчики могли понять их влияние на пропускную способность.
Помимо перечисленных шагов, решение позволяет инженерам учитывать и другие переменные, такие как шум и помехи, затенение, атмосферные воздействия, мобильность и несколько пользовательских устройств.
Итоги
Появление нетерриториальных сетей расширяет покрытие 5G на удалённые и недостаточно обслуживаемые территории. Однако внедрение таких сетей связано с рядом трудностей. К ключевым задачам относятся обеспечение совместимости на физическом, протокольном и прикладном уровнях, а также решение вопросов, связанных с условиями распространения сигнала, соответствием стандартам и достижением целевых показателей производительности.
Решение Keysight «sky-to-lab» предоставляет комплексные возможности тестирования на уровнях моделирования, физических искажений канала, протоколов и приложений, обеспечивая сквозное тестирование и валидацию развертываний NTN.
Благодаря бесшовной интеграции таких компонентов, как сетевой эмулятор UXM 5G, эмулятор радиоканала PROPSIM, эмулятор пользовательского оборудования UeSIM и беспроводной анализатор WaveJudge, Keysight предлагает надёжное решение для преодоления сложностей развертывания NTN и обеспечения стабильной производительности сети.
Решение «sky-to-lab» позволяет эмулировать сценарии NTN, проводить всестороннюю проверку функциональности сети, производительности устройств и валидацию базовых станций, что в конечном итоге способствует успешному внедрению инфраструктуры NTN.
Для получения дополнительной информации:
• Посмотрите решение NTN sky-to-lab для сквозной эмуляции.
• Чтобы получить больше информации о том, как ускорить инновации 5G NTN на всех этапах рабочего процесса разработки устройств, ознакомьтесь с материалом Enable Next-Generation Non-Terrestrial Networks.
Оборудование и программное обеспечение для тестирования 5G NTN
• Keysight E7515P UXM 5G Wireless Test Platform — Эмуляция мобильной сети и тестирование устройств NTN.
• Keysight P8800S UeSIM — Эмуляция пользовательского оборудования для испытаний gNB и RAN.
• Keysight F8820B PROPSIM FS16 — Эмуляция спутниковых радиоканалов, задержек, замираний и доплеровского смещения.
• Keysight SJ001A WaveJudge Wireless Analyzer Toolset — Декодирование и анализ сигналов и протоколов 5G NR NTN.
• Keysight IXIA IxChariot — Оценка пропускной способности, задержки, джиттера и качества приложений.
• Keysight WJ5900A WaveJudge 5G Real-Time Wireless Analyzer — Аппаратная платформа для захвата и анализа 5G NR NTN.
• Keysight WJ5000A WaveJudge 5000 Wireless Analyzer Platform — Дополнительная платформа захвата и анализа радиосигналов.
• Keysight S8714A UXM 5G RF Application — Дополнительное ПО для RF-тестирования 5G NR NTN.