Điện thoại kết nối thẳng tới vệ tinh không còn là ý tưởng thí nghiệm. Từ Release-17, 3GPP lần đầu đưa yêu cầu chuẩn tắc cho mạng phi mặt đất vào bộ đặc tả 5G NR, biến vệ tinh thành một phần của chính hệ sinh thái NR thay vì một hệ riêng biệt. Với kỹ sư đo lường, thay đổi đó đặt ra một loạt bài toán mới. Bài viết này trình bày đo kiểm 5G NTN cần bám vào đặc tả nào, khác gì so với đo mạng mặt đất, và cấu hình thiết bị nào phù hợp.
NTN trong Release-17: đặc tả nào là gốc
Release-17 là bản phát hành đầu tiên có yêu cầu chuẩn tắc cho mạng phi mặt đất. Ba tài liệu cần nắm:
- TR 38.821 — báo cáo nghiên cứu kiến trúc, đặt nền cho các giải pháp kỹ thuật sau này.
- TS 38.101-5 — yêu cầu thu phát vô tuyến của thiết bị đầu cuối (UE) cho truy nhập vệ tinh. Đây là tài liệu trung tâm khi đo UE.
- TS 38.108 — yêu cầu cho nút truy nhập vệ tinh SAN (Satellite Access Node), tức phía trạm.
Đặc tả NTN 3GPP ở Release-17 định nghĩa hai hạng SAN tương ứng hai loại quỹ đạo: hạng GEO và hạng LEO. Sự phân chia này quan trọng với người đo, vì đặc tính kênh của hai quỹ đạo khác nhau về bản chất chứ không chỉ khác về mức độ.
Hai băng tần mới và bề rộng kênh
Release-17 bổ sung hai băng tần hoạt động FDD nằm trong FR1:
- n255 (băng L): đường lên 1626,5–1660,5 MHz; đường xuống 1525–1559 MHz.
- n256 (băng S): đường lên 1980–2010 MHz; đường xuống 2170–2200 MHz.
Cả hai đều thuộc phân bổ nghiệp vụ di động qua vệ tinh (MSS). Băng L có suy hao đường truyền thấp hơn và khả năng xuyên thấu tốt hơn nên hợp với thiết bị cầm tay kết nối trực tiếp; băng S nằm sát phổ IMT mặt đất nên tận dụng được hệ sinh thái linh kiện rộng hơn. Về bề rộng kênh, Release-17 hỗ trợ 5, 10, 15 và 20 MHz cho cả SAN lẫn UE; Release-18 bổ sung thêm mức 30 MHz.
Điểm đáng chú ý cho việc chọn thiết bị: toàn bộ băng tần NTN của Release-17 nằm dưới 2,2 GHz. Nghĩa là bài toán tần số không hề khắc nghiệt — thách thức nằm ở chỗ khác.
Vì sao đo kiểm 5G NTN khác đo mạng mặt đất
Ba khác biệt cốt lõi định hình toàn bộ quy trình kiểm thử vệ tinh trong khuôn khổ NR.
Trễ lan truyền lớn
Khoảng cách tới vệ tinh lớn hơn nhiều lần so với trạm mặt đất, kéo theo trễ khứ hồi vượt xa giả định thiết kế ban đầu của NR. Hệ quả là các bộ định thời của giao thức, cửa sổ HARQ và thủ tục truy nhập ngẫu nhiên đều phải được điều chỉnh. Khi đo, kịch bản phải mô phỏng đúng mức trễ tương ứng quỹ đạo, vì một UE hoạt động tốt ở kịch bản LEO có thể trượt hoàn toàn ở kịch bản GEO.
Dịch tần Doppler thay đổi nhanh
Với quỹ đạo LEO, vệ tinh di chuyển nhanh so với mặt đất nên dịch Doppler vừa lớn vừa biến thiên liên tục theo thời gian. Với GEO, thành phần này gần như tĩnh. Đây là lý do một kịch bản đo NTN không thể là một điểm tần số cố định — nó phải là một quỹ đạo tần số theo thời gian.
UE phải tự bù trước
Đây là thay đổi kiến trúc lớn nhất. Release-17 giả định thiết bị NTN có chip GNSS. Trước khi thực hiện truy nhập ngẫu nhiên, UE phải tự bù trước cả timing advance lẫn dịch tần Doppler, dựa trên: vị trí của chính nó từ GNSS, vị trí và vận tốc vệ tinh lấy từ dữ liệu ephemeris được phát quảng bá, cùng giá trị timing advance chung do trạm cung cấp.
Với người đo, điều này có nghĩa: phép đo không chỉ kiểm tra UE phát đúng công suất và điều chế, mà còn kiểm tra UE tính toán đúng. Một UE có phần vô tuyến hoàn hảo vẫn trượt nếu logic bù ephemeris sai. Bài đo vì thế bắt buộc phải cấp được dữ liệu ephemeris và tín hiệu GNSS mô phỏng nhất quán với kịch bản quỹ đạo đang chạy — ba nguồn dữ liệu này lệch nhau là lỗi cấu hình phổ biến nhất trong phòng lab NTN.
Cấu hình thiết bị cho đo kiểm 5G NTN
Một bàn đo NTN tối thiểu gồm ba khối chức năng.
Khối mô phỏng mạng và kịch bản quỹ đạo. Đây là trung tâm của bài đo: tạo tế bào NR, áp hồ sơ trễ và Doppler theo thời gian, phát ephemeris và điều khiển toàn bộ trình tự báo hiệu. Keysight E7515B UXM đảm nhiệm vai trò này, hỗ trợ cả FR1 và FR2 cùng các phép đo RF, giao thức và hiệu năng trong một nền tảng.
Khối phân tích tín hiệu. Do băng tần NTN nằm dưới 2,2 GHz với bề rộng kênh tối đa 20 MHz (30 MHz từ Release-18), một bộ thu-phát vector như Keysight M9410A VXT — dải tới 6 GHz, băng thông tức thời tới 1,2 GHz — đủ rộng để bắt trọn kênh cùng vùng lân cận, đồng thời tích hợp sẵn cả bộ tạo và bộ phân tích vector trong module PXIe.
Khối đo phát xạ ngoài băng. Khi cần khảo sát hài, phát xạ giả và nhiễu sang các nghiệp vụ lân cận — vốn nhạy cảm với phổ MSS — thì cần dải tần rộng và độ nhạy cao. Keysight N9042B UXA với dải 2 Hz – 50 GHz và băng phân tích tới 4 GHz phù hợp cho nhóm phép đo này. Nếu bạn đang xây lộ trình đo dài hạn, các thách thức đo lường ở dải tần cao hơn được phân tích trong bài đo kiểm 6G và dải sub-THz.
Danh sách kiểm tra trước khi chạy chiến dịch đo
- Xác định hạng quỹ đạo trước. GEO hay LEO quyết định hồ sơ trễ và Doppler; chọn sai thì toàn bộ kịch bản vô nghĩa.
- Đồng bộ ba nguồn dữ liệu. Ephemeris phát quảng bá, tín hiệu GNSS mô phỏng và quỹ đạo trong kịch bản phải cùng một mô hình.
- Kiểm tra bề rộng kênh được hỗ trợ. Đừng mặc định 30 MHz — đó là bổ sung của Release-18, không có trong Release-17.
- Tách lỗi vô tuyến khỏi lỗi tính toán. Khi UE trượt, đo lại ở kịch bản Doppler bằng không để xác định lỗi nằm ở phần RF hay ở logic bù trước.
- Hiệu chuẩn tuyến đo. Suy hao cáp và đồ gá ở băng L và băng S phải được bù chính xác, nếu không mọi số liệu công suất đều lệch hệ thống.
Kết luận
NTN không đơn thuần là NR chạy xa hơn. Đặc tả Release-17 chuyển một phần trách nhiệm đồng bộ sang chính thiết bị đầu cuối, buộc UE phải dùng GNSS và ephemeris để tự bù timing advance cùng Doppler trước khi truy nhập. Vì vậy một chiến dịch đo kiểm 5G NTN đạt yêu cầu phải kiểm được cả phần vô tuyến lẫn phần tính toán, trên đúng hạng quỹ đạo và đúng hai băng n255, n256 mà Release-17 định nghĩa.
Techmaster Electronics là đại lý uỷ quyền của Keysight tại Việt Nam và vận hành phòng hiệu chuẩn theo ISO/IEC 17025. Để được tư vấn cấu hình bàn đo NTN hoặc hiệu chuẩn thiết bị phân tích tín hiệu phục vụ hồ sơ hợp chuẩn, vui lòng liên hệ hotline 0908 173 345.
