CMX500 für nicht-terrestrische Netze (NTN)

Unsere Lösung für NR-NTN-Tests

Mit NR-NTN-Tests sind neue Herausforderungen verbunden, die aus herkömmlichen terrestrischen Netzen nicht bekannt sind. Diese Herausforderungen ergeben sich primär aus völlig anderen Betriebsbedingungen sowie der inhärenten Dynamik satellitengestützter Kommunikation.

Herausforderung Nr. 1: Dynamische Kanalbedingungen und realistische Emulation

Eine der größten Herausforderungen besteht darin, den Funkkanal so zu emulieren, wie er über Satellit erscheinen würde. NR-NTN- und NB-NTN-Satelliten werden hauptsächlich in niedriger Erdumlaufbahn (LEO) betrieben, da diese geringere Latenzen und höhere Datenübertragungsraten ermöglicht. LEO-Satelliten bewegen sich im Verhältnis zu den Teilnehmergeräten (UE) allerdings mit sehr hoher Geschwindigkeit. Dies führt zu stark veränderlichen Dopplerverschiebungen der Signalfrequenz. Darüber hinaus bedingt die große Entfernung des Satelliten von den Teilnehmergeräten eine Ausbreitungsverzögerung, die ebenfalls mit der Satellitenbewegung variiert. Weiterhin bewirkt die lange Funkstrecke zum Satelliten eine Freiraumdämpfung, die sich auf UE-Seite in einem schlechteren Signal/Stör-Abstand (SINR) niederschlägt.

Der CMX500 bietet eine erweiterte Kanalemulation, mit der sich realistische Testszenarien umsetzen lassen:

• Multiorbit-Unterstützung einschließlich LEO, MEO, GEO und GSO sowie Inter- und Intra-Orbit-Handovers
• Multiband-Unterstützung zur Sicherstellung eines zuverlässigen Zugriffs auf die Satelliten-Frequenzbänder – besonders wichtig, da die Frequenzspezifikationen eines Satelliten nicht mehr geändert werden können, sobald er sich in der Umlaufbahn befindet, und die Spektraleffizienz innerhalb des zugewiesenen Spektrums verbessert werden muss
• Internes 3GPP-HF-Fading und Kanalemulation vereinfachen das Testen unter realistischen Bedingungen und ermöglichen ein kompakteres Gerät
• Dynamische Dopplerverschiebung für Uplink- und Downlink-Signale
• Emulation von variabler Ausbreitungsverzögerung und Rundlaufzeit (Round Trip Time, RTT) mit der Möglichkeit zur Bewertung der Auswirkungen von Timing Advance, HARQ-Sendewiederholung und Gesamt-Latenz
• NTN-spezifische Fading-Profile, die Effekte wie atmosphärische Dämpfung, Regen-Fading und kombiniertes atmosphärisches/terrestrisches Fading berücksichtigen
• Emulation einer hohen Funkfelddämpfung und eines geringen Signal/Stör-Abstands

Herausforderung Nr. 2: Mobilität und Handover

Eine weitere Herausforderung entsteht durch NTN-Satelliten im LEO: Durch die niedrigere Umlaufbahn ist der Abdeckungsbereich kleiner – somit sind mehr Handover erforderlich, um die Dienstkontinuität aufrechtzuerhalten. Je nach geografischer Lage können auch Inter-Orbit-Handover notwendig werden. Darüber hinaus ist die genaue Kenntnis der Positionen und Geschwindigkeiten von Satelliten und Endgeräten (Ephemeridendaten) von entscheidender Bedeutung, um die Verbindung zu managen und Störungen auszugleichen. Bei Langzeit-Testszenarien erweisen sich manuelle Deployments und Handovers als nachteilig, da sie zu Fehlern, Verzögerungen und einem hohen Ressourcenaufwand führen.

Der CMX500 unterstützt Tests für alle Umlaufbahnen und bietet umfassende Mobilitäts- und Handover-Tests:

• Auto-Deployment- und Auto-Handover-Fähigkeiten für die Aktivierung von Satellitenzellen und Verbindungsübergabe ohne manuellen Eingriff
• Emulation beweglicher Zellen und Strahlsteuerung
• Unterstützung komplexer Handover-Szenarien, einschließlich Intra- und Inter-Satelliten-Handover
• Präzise Ephemeridendaten zur Simulation realistischer Mobilität und Störungskompensation
• UE-Mobilitätssimulation zur Bewertung der Geräteleistung in verschiedenen Bewegungsszenarien

Herausforderung Nr. 3: Netzwerkarchitektur und Integrationskomplexität

NTN sind als Ergänzung zu terrestrischen Netzen konzipiert und unterstützen Dienste in unversorgten Gebieten. Die entscheidende Herausforderung ist es, ein nahtloses Zusammenspiel, eine fehlerfreie Synchronisation und reibungslose Übergabe der Verbindungen zwischen der NTN- und terrestrischen Infrastruktur sicherzustellen. Bewältigen lässt sich diese Aufgabe nur durch anspruchsvolle Konformitätstests.

Der CMX500 bietet erweiterte Netzemulationsfunktionen und unterstützt Interoperabilitätstests:

• Emulation von Basisstationen (gNB) und Kernnetzen, um umfassende Ende-zu-Ende-Tests zu ermöglichen
• Unterstützung der 3GPP NR-NTN-Spezifikationen zum Testen der Protokollstapel-Konformität sowohl der Teilnehmergeräte als auch Netzinfrastruktur
• Tests auf Integration und Interoperabilität zwischen NTN- und terrestrischen Netzkomponenten, um die Dienstkontinuität sicherzustellen
• Simulation sowohl transparenter (Bent-Pipe) als auch regenerativer (On-Board-Verarbeitung) Satellitennutzlast-Architekturen zur Optimierung der Netzwerkflexibilität und -widerstandsfähigkeit sowie der Eignung für zukünftige Anforderungen, um Betreibern die Auswahl der richtigen Lösung für ihre speziellen Anwendungsfälle zu ermöglichen
• Simulation von Bodenstationsnetzwerken zur Bewertung der Auswirkungen von Bodenstationen und Gateways auf die Gesamtsystemleistung

Herausforderung Nr. 4: Messung und Analyse

NTN-Tests bringen auch Herausforderungen im Hinblick auf Messung und Analyse mit sich. Die hohen Geschwindigkeiten von Satelliten, insbesondere in der erdnahen Umlaufbahn, führen zu stark variierenden Dopplerverschiebungen und Ausbreitungsverzögerungen. Diese dynamische Umgebung erschwert die zuverlässige Messung wichtiger Leistungskennzahlen (KPI) wie Durchsatz, Latenz und Signal/Stör-Abstand (SINR). Darüber hinaus führen die unterschiedlichen Umlaufbahnen und heterogenen terrestrischen Bedingungen zu unvorhersehbaren Fading-Profilen. Die Ursachenanalyse bei Performance-Problemen gestaltet sich daher äußerst komplex. Erforderlich sind eine robuste Datenerfassung in Echtzeit sowie leistungsfähige Analysetools, die Netzstörungen präzise mit bestimmten Satellitenpositionen oder UE-Bewegungen korrelieren können.

Der CMX500 bietet erweiterte Messanalysefunktionen:

• Unterstützung von HF-Messungen sowohl auf Sender- (TX) als auch Empfängerseite (RX) sowie von vielfältigen Messungen wie z. B. RX BLER und TX Multi Eval
• Konfiguration bestimmter Frequenzbänder für die Kommunikation mit einem SAT-Gateway gemäß Faktoren wie Signalqualität, Bandbreitenanforderungen, gesetzlichen Vorgaben oder speziellen Anwendungen
• Unterstützung für die Verbindung mit einem IP-basierten Backend-Dienst wie dem Internet oder einem Firmennetzwerk, um Tests von IP-basierten Anwendungen wie Video-Streaming, Videoanrufen, XR und Gaming zu ermöglichen

Herausforderung Nr. 5: Benutzerfreundlichkeit und Skalierbarkeit

Die Simulation der dynamischen Elemente erfordert intuitive Tools, mit denen sich diese komplexen Parameter visualisieren und verwalten lassen, ohne den Benutzer zu überfordern. Weiterhin müssen unterschiedliche Satellitenkonstellationen definiert, modifiziert und integriert sowie eine große Zahl von UE-Positionen simuliert werden können. Hierfür sind hochanpassbare und automatisierte Testumgebungen notwendig.

Zahlreiche innovative Funktionen sorgen für eine intuitive Bedienung des CMX500:

• Intuitive, webbasierte Benutzeroberfläche, die das betriebene Netz und relevante Parameter wie Verzögerung, Elevation und Dopplereffekt visualisiert
• Integrierter TLE-Editor, mit dem Sie Ihre eigenen Konstellationen über die WebGUI definieren und hinzufügen können
• Constellation Insight Tool, das UE-Standortinformationen mit den Konstellationskonfigurationsdaten kombiniert, um ein simuliertes Netz zu starten
• Protokolltests mit XLAPI verifizieren, ob Teilnehmergeräte (UE) mit dem 5G-Kernnetz kommunizieren können. AI ScriptAssist unterstützt die Erstellung und Anpassung von XLAPI-Python-Skripten mit einer kuratierten Wissensdatenbank und verschiedenen Schnittstellen. Der Anwender profitiert von effizienteren Tests und einer deutlich vereinfachten Skriptentwicklung.