Medidas de redes no terrestres (NTN) en automoción

Desafíos de la tecnología NTN

La conectividad de NTN en automóviles implica una serie de desafíos asociados a la radiotransmisión, la movilidad y a nivel del sistema completo que es necesario abordar mediante test rigurosos:

• Grandes distancias de propagación y alta pérdida de trayectoria: Al contrario que las redes terrestres, con tamaños de celdas que no superan unos pocos cientos de metros, los enlaces NTN recorren cientos de kilómetros hasta los satélites LEO y unos 36 000 km hasta los satélites GEO. Estas enormes distancias generan una pérdida de trayectoria considerable y, en el caso de los sistemas GEO, una latencia notable. La alta latencia dificulta la sincronización temporal y limita las posibilidades para casos de uso reactivos en automoción.
• Ángulos de elevación de satélite bajos y variables: Mantener una conexión con visibilidad directa resulta difícil cuando los satélites presentan ángulos de elevación bajos, especialmente en el caso de los sistemas GEO en conexiones desde altas latitudes. El efecto de sombreado (shadowing) causado por la morfología del terreno, la vegetación y el entorno del vehículo pueden degradar aún más la continuidad del servicio. Los desarrolladores de antenas y OEM deben considerar estas condiciones para garantizar el funcionamiento fiable en distintas situaciones de conducción.
• Distorsión de la señal por efectos atmosféricos y multitrayecto: El fading atmosférico y las reflexiones multitrayecto del entorno circundante distorsionan las señales de NTN y reducen la calidad del enlace. Estas degradaciones influyen en el diseño de las redes NTN y deben abordarse en la integración tanto a nivel de chipset como del vehículo.
• Movimiento de los satélites y efectos Doppler: En los sistemas de órbita terrestre no geoestacionaria (NGEO), el movimiento relativo entre el satélite y el vehículo genera desplazamientos Doppler y retardos de propagación variables en el tiempo. Estos efectos representan mayores dificultades en cuanto a la sincronización y el canal de RF en las TCU y los chipsets. Los vehículos pueden precisar antenas activas con formación de haces para poder seguir de forma ininterrumpida satélites LEO de movimiento rápido, que solo están visibles durante unos minutos cada vez.
• Procesos complejos de traspaso y movilidad en las NTN: NTN añade multitud de requisitos de movilidad muy superiores a los de las redes terrestres, como traspaso entre haces y entre satélites, reselección de celda y transiciones entre redes NTN y TN. Especialmente en las constelaciones LEO, garantizar la movilidad sin interrupciones exige un meticuloso diseño de la red y medidas de parámetros de traspaso condicional y puntos de activación a nivel del vehículo.
• Amplio rango de bandas de frecuencia de operación: Los sistemas NTN funcionan desde las bandas L y S hasta las bandas Ku, K y Ka. Si bien las TCU y antenas de automoción actuales suelen admitir ya bandas más bajas, la operación en las bandas de frecuencias más altas Ku/K/Ka plantea unos requisitos bastante más complejos para los transceptores de RF, las TCU y las antenas.
• Limitaciones de espacio, consumo y carga térmica: Las antenas activas con capacidad de formación de haces necesarias para las NTN de alta frecuencia aumentan el tamaño, el peso, el consumo de energía y la carga térmica. Estas limitaciones deben sopesarse frente a las consideraciones de diseño, costes e integración del vehículo.

Superar los desafíos de medida de NTN en automoción

Para convertir en realidad el vehículo permanentemente conectado también es necesario emular condiciones complejas de NTN y validar el rendimiento de extremo a extremo:

• Emulación de red NTN flexible: Para evaluar el rendimiento a nivel de chipset, de TCU y del vehículo en una amplia gama de implementaciones de NTN, los sistemas de test deben emular constelaciones LEO, MEO y GEO, todas las bandas de frecuencias relevantes y todas las condiciones de movilidad correspondientes.
• Pruebas de protocolo, de RF y de aplicación conformes con los estándares: Los chipsets y las TCU deben someterse a pruebas respecto a las especificaciones para NTN de 3GPP (incluyendo NB-NTN y NR-NTN) para verificar el correcto comportamiento de protocolo, el rendimiento de RF y la operación a nivel de aplicación. Esto permite contar con la garantía de que se cumplen los requisitos de la normativa y habilita la compatibilidad con otros dispositivos.
• Emulación de canales avanzada: Para garantizar el correcto funcionamiento en marcha es necesario replicar pérdidas de trayectoria, fading, shadowing, efectos atmosféricos y desplazamiento de frecuencia Doppler en el laboratorio para simular condiciones realistas de los canales de NTN.
• Verificación de la sincronización temporal y frecuencial: La validación precisa del comportamiento de temporización, especialmente con latencia GEO y desplazamiento Doppler en NGEO, es fundamental para garantizar el correcto funcionamiento de los sistemas de comunicación NTN.
• Emulación de señales GNSS realistas: Puesto que GNSS juega un papel esencial en los procesos de posicionamiento, temporización y movilidad de las NTN, los entornos de medida deben emular varios satélites GNSS junto con las señales NTN.
• Validación de antenas y formación de haces: Las antenas de automoción, tanto pasivas como activas, exigen medidas OTA de laboratorio y en cámaras anecoicas para verificar la orientación del haz, la ganancia, el comportamiento y la robustez frente a ángulos de elevación y trayectorias de satélite variables.
• Validación de servicios basados en NTN a nivel del vehículo: Los servicios de extremo a extremo proporcionados a través de NTN, como la llamada de emergencia automática (eCall), deben verificarse en un entorno del vehículo integrado para garantizar el correcto funcionamiento en condiciones de NTN reales.

Comparativa de implementaciones de NTN

Nuestras soluciones de medida para NTN en automoción

• Capacidad multiórbita para LEO, MEO, GEO y GSO, así como traspasos interórbita e intraórbita
• Compatibilidad multibanda para todas las bandas de frecuencias NTN
• Simulación de efecto Doppler dinámica para señales de enlace ascendente y descendente
• Emulación de retardo de propagación variable y tiempo total de la propagación de la señal (RTT), con capacidad para evaluar los efectos de avance de temporización, proceso de retransmisión HARQ y latencia en general
• Perfiles de fading específicos de NTN que incorporan efectos como atenuación atmosférica, desvanecimiento por lluvia y combinación de fading atmosférico/terrestre
• Simulación de señales GNSS flexible para todos los estándares globales
• Soluciones completas de caracterización de antenas activas y pasivas con transformación de campo lejano
• Soluciones rápidas y eficaces de test para la producción de TCU
• Ensayos de conformidad de TCU conforme con la Release 3GPP correspondiente
• Medidas OTA del vehículo completo para garantizar el funcionamiento, la coexistencia y la resistencia a interferencias de extremo a extremo