NTN-Automotive-Tests

Herausforderungen der NTN-Technologie

Mit der NTN-Konnektivität in Fahrzeugen sind verschiedene HF-, Mobilitäts- und Systemherausforderungen verbunden, die strenge Tests notwendig machen:

• Wellenausbreitung über lange Strecken und hohe Pfadverluste: Anders als terrestrische Netze mit Zellgrößen von nur wenigen hundert Metern überbrücken NTN-Verbindungen Hunderte von Kilometern bis zu den LEO-Satelliten oder sogar etwa 36.000 km im Fall von GEO-Satelliten. Diese extremen Distanzen führen zu erheblichen Pfadverlusten und bei GEO-Systemen auch zu deutlicher Latenz. Eine hohe Latenz erschwert die Zeitsynchronisation und ist für reaktionskritische Automotive-Anwendungsfälle problematisch.
• Niedrige und variable Satelliten-Elevationswinkel: Wenn Satelliten bei niedrigen Elevationswinkeln erscheinen, insbesondere im Fall von GEO-Systemen, die von hohen Breitengraden aus gesehen werden, wird es schwierig, eine Sichtlinienverbindung aufrechtzuerhalten. Abschattung durch Gelände, Vegetation und die Fahrzeugumgebung kann die Dienstkontinuität zusätzlich beeinträchtigen. Antennenentwickler und Fahrzeughersteller müssen diese Bedingungen berücksichtigen, um einen zuverlässigen Betrieb in unterschiedlichen Fahrsituationen sicherzustellen.
• Signalverzerrung durch atmosphärische Effekte und Mehrwegeausbreitung: Atmosphärische Fading-Phänomene und Mehrwegereflexionen aus der Umgebung verzerren NTN-Signale und reduzieren die Verbindungsqualität. Diese Beeinträchtigungen haben Folgen für das NTN-Netzdesign und müssen während der Integration auf Chipsatz- und Fahrzeugebene berücksichtigt werden.
• Satellitenbewegung und Dopplereffekte: Bei nichtgeostationären (NGEO-) Systemen führt die relative Bewegung von Satellit und Fahrzeug zu Dopplerverschiebungen und zeitveränderlichen Ausbreitungsverzögerungen. Diese Effekte bedingen Synchronisierungs- und HF-Kanal-Herausforderungen für die TCU und den Chipsatz. Fahrzeuge benötigen u. U. aktive Strahlformungsantennen, um schnell fliegende LEO-Satelliten, die jeweils nur wenige Minuten sichtbar sind, verfolgen zu können.
• Komplexe NTN-Mobilität und Handover-Verfahren: NTN stellt über die Anforderungen terrestrischer Netze hinaus zahlreiche Mobilitätsanforderungen, darunter Handovers zwischen Funkstrahlen und Satelliten, Zellenneuauswahl und Übergänge zwischen NTN- und TN-Netzen. Insbesondere bei LEO-Konstellationen ist eine sorgfältige Netzwerkplanung sowie das Testen von Conditional Handover-Parametern und Triggerpunkten auf Fahrzeugebene notwendig, um nahtlose Mobilität sicherzustellen.
• Vielfältige Betriebsfrequenzbänder: NTN-Systeme nutzen verschiedene Bänder von L und S bis hin zu Ku, K und Ka. Aktuelle Automotive-TCUs und -Antennen unterstützen teilweise bereits die niedrigeren Bänder. Der Betrieb in den höheren Bändern Ku, K und Ka führt jedoch zu komplexeren Anforderungen an HF-Transceiver, TCUs und Antennen.
• Platz-, Leistungs- und thermische Beschränkungen: Beamforming-fähige Aktivantennen, die für den NTN-Betrieb bei hohen Frequenzen erforderlich sind, erhöhen Größe, Gewicht, Leistungsaufnahme und thermische Last. Diese Faktoren müssen mit den Vorgaben des Fahrzeugdesigns sowie mit Kosten- und Integrationsaspekten in Einklang gebracht werden.

Testherausforderungen bei Automotive-NTN meistern

Für das stets vernetzte Fahrzeug müssen außerdem komplexe NTN-Bedingungen emuliert und die End-to-End-Performance validiert werden:

• Flexible NTN-Netzemulation: Um die Performance von Chipsätzen, TCUs und Fahrzeugen über ein breites Spektrum von NTN-Implementierungen zu bewerten, müssen Testsysteme LEO-, MEO- und GEO-Konstellationen, alle relevanten Frequenzbänder sowie sämtliche entsprechenden Mobilitätsszenarien emulieren.
• Standardkonforme Protokoll-, HF- und Applikationstests: Chipsätze und TCUs müssen gemäß den 3GPP-NTN-Spezifikationen – einschließlich NB-NTN und NR-NTN – getestet werden, um korrektes Protokollverhalten, die HF-Performance und die Funktionsfähigkeit auf Anwendungsebene zu verifizieren. Dies stellt die Einhaltung regulatorischer Anforderungen sicher und gewährleistet die Kompatibilität mit anderen Geräten.
• Erweiterte Kanalemulation: Zur Sicherstellung der ordnungsgemäßen Funktion im Straßenverkehr müssen Pfadverlust, Fading, Abschattung, atmosphärische Effekte und Dopplerfrequenzverschiebungen im Labor nachgebildet werden, um realistische NTN-Kanalbedingungen zu emulieren.
• Verifizierung der Zeit- und Frequenzsynchronisation: Die präzise Validierung des Zeitverhaltens – insbesondere unter GEO-Latenz und NGEO-Dopplerverschiebung – ist entscheidend, um den korrekten Betrieb von NTN-Kommunikationssystemen sicherzustellen.
• Emulation realistischer GNSS-Signale: Da GNSS eine zentrale Rolle bei Positionierungs-, Zeit- und Mobilitätsverfahren in NTN spielt, müssen die Testumgebungen mehrere GNSS-Satelliten parallel zu den NTN-Signalen emulieren.
• Validierung von Antennen und Beamforming: Sowohl passive als auch aktive Fahrzeugantennen erfordern OTA-Tests im Labor und in der Messkammer, um Strahlschwenkung, Gewinn, Performance und Robustheit unter variierenden Elevationswinkeln und Satellitenflugbahnen zu verifizieren.
• Validierung von NTN-basierten Diensten auf Fahrzeugebene: End-to-End-Dienste über NTN wie eCall müssen in integrierten Fahrzeugumgebungen getestet werden, um den korrekten Betrieb unter realistischen NTN-Bedingungen sicherzustellen.

NTN-Implementierungen im Vergleich

Unsere Automotive-NTN-Testlösungen

• Multi-Orbit-Unterstützung, die LEO-, MEO-, GEO- und GSO-Orbits sowie Inter- und Intra-Orbit-Handover abdeckt
• Multiband-Unterstützung für alle NTN-Frequenzbänder
• Dynamische Emulation der 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 sowie kombinierte atmosphärische/terrestrische Fading-Effekte berücksichtigen
• Flexible Emulation von GNSS-Signalen, die alle globalen Standards abdeckt
• Komplettlösungen zur Charakterisierung aktiver und passiver Antennen, einschließlich Fernfeldtransformation
• Schnelle und effiziente Lösungen für TCU-Produktionstests
• Konformitätstests der TCU gemäß dem entsprechenden 3GPP-Release
• Full-Vehicle-OTA-Tests, um den End-to-End-Betrieb, die Koexistenz und Störfestigkeit sicherzustellen