I. Доступ к NTN: Канал случайного доступа (RACH) является фундаментальным процессом для первоначального соединения, синхронизации восходящей линии связи и авторизации планирования между терминальным оборудованием (UE) и сетью. Хотя это зрелый и хорошо понятный процесс в традиционных наземных сетях радиодоступа (RAN), его реализация в неземных сетях (NTN) представляет собой ряд уникальных и более сложных технических задач.
В наземных сетях RAN радиочастотные сигналы обычно распространяются на короткие и предсказуемые расстояния, а среда распространения относительно стабильна; однако в сетях NTN, включающих спутники на низкой околоземной орбите (LEO), средней околоземной орбите (MEO) и геостационарной орбите (GEO), на радиочастотные сигналы влияют чрезвычайно большие расстояния распространения, быстрое движение спутников, динамические зоны покрытия и изменяющиеся во времени условия канала. Все эти факторы существенно влияют на синхронизацию, частоту и надежность канала, на которые полагаются традиционные процессы RACH.
II. Характеристики NTN: Из-за чрезвычайно больших расстояний передачи, быстрого движения спутников и изменяющихся во времени условий покрытия и канала, NTN представляет собой уникальные критические недостатки (например, большая задержка распространения, длительное время кругового пути, доплеровский сдвиг, подвижность луча и большая область состязания), которые серьезно бросают вызов и влияют на поведение и производительность канала случайного доступа (RACH) терминала. Кроме того, спутники подвержены строгим ограничениям с точки зрения доступности спектра и бюджета мощности, что делает эффективные и надежные механизмы случайного доступа особенно важными.
III. Воздействия и решения: Чтобы преодолеть трудности, которые NTN представляет для доступа к терминалу, 3GPP рассмотрела некоторые вопросы в своих спецификациях, но следующие аспекты требуют внимания:
Воздействия: В сетях NTN, из-за больших зон ячеек, движения спутников и различных расстояний между UE и спутником, оценка временной коррекции (TA) намного сложнее, чем в наземных системах. Неправильная оценка TA может привести к тому, что передачи восходящей линии связи выйдут за пределы окна приема спутника, что приведет к коллизиям или полному сбою приема.
Решение: Необходимы передовые методы оценки TA, такие как использование данных эфемерид спутников, помощь GNSS или прогностические алгоритмы, для динамической корректировки выравнивания времени UE и поддержания синхронизации восходящей линии связи.
Воздействия: Относительное движение между спутником и UE вызывает значительные доплеровские сдвиги, особенно в системах на низкой околоземной орбите (LEO). Эти частотные сдвиги снижают точность обнаружения преамбулы, ухудшают синхронизацию частоты и увеличивают вероятность сбоев попыток RACH.
Решение: Требуются надежные механизмы предварительной компенсации доплеровского сдвига и отслеживания частоты как на стороне UE, так и на стороне сети для поддержания надежной производительности RACH в условиях высокой мобильности.
Воздействие: Каналы NTN подвержены атмосферному затуханию, затенению, мерцанию и потерям пути на больших расстояниях. Эти факторы увеличивают частоту ошибок блока и могут повлиять на способность UE правильно получать сообщения RAR после успешной передачи преамбулы.
Решение: Адаптивная модуляция и кодирование, управление мощностью и надежная конструкция физического уровня необходимы для поддержания надежного обнаружения и обработки RACH в различных условиях канала.
Воздействие: Спутниковые лучи обычно охватывают очень большие географические области, потенциально обслуживая тысячи UE одновременно. Это значительно увеличивает уровень состязания RACH и вероятность коллизий, особенно в крупномасштабных сценариях доступа.
Решение: Необходимы эффективное разделение ресурсов RACH, управление доступом с учетом нагрузки и интеллектуальные механизмы управления состязанием для масштабирования производительности случайного доступа.
Воздействие:Большое физическое расстояние между UE и спутником приводит к значительной задержке распространения в одну сторону и большему RTT. Например, время кругового пути (RTT) для спутниковой связи на геостационарной орбите (GEO) может достигать сотен миллисекунд. Эти задержки напрямую влияют на синхронизацию обмена сообщениями Random Access Response (RAR), потенциально приводя к преждевременному истечению таймеров, увеличению частоты сбоев доступа и увеличению задержек доступа.
Решение: Таймеры, связанные с RACH, такие как окно Random Access Response (RAR) и таймеры разрешения коллизий, должны быть разработаны на основе значений RTT, специфичных для NTN. Конфигурация таймера, учитывающая NTN, имеет решающее значение для предотвращения ненужных повторных передач и сбоев доступа.
Воздействие: Большое количество пользовательского оборудования (UE), претендующего на ограниченное количество преамбул RACH, увеличивает вероятность коллизий преамбул, тем самым снижая эффективность доступа и увеличивая задержку.
Решение: Передовые схемы разрешения коллизий, динамическое распределение преамбул и оптимизированные для NTN методы запрета доступа являются ключом к снижению вероятности коллизий.
Воздействие: Первоначальная синхронизация в NTN осложняется большими неопределенностями во времени и частотными смещениями. Неспособность достичь точной синхронизации может помешать пользовательскому оборудованию (UE) вообще инициировать процесс канала случайного доступа (RACH).
Решения: Для успешного случайного доступа необходимы усовершенствованные методы синхронизации, сочетающие точное определение времени, компенсацию доплеровского сдвига и осведомленность о положении спутника.
Воздействие: UE в NTN испытывают значительные изменения в потерях пути в зависимости от их положения относительно спутникового луча. Недостаточная мощность передачи может привести к сбою обнаружения преамбулы, в то время как избыточная мощность может вызвать меж-UE помехи.
Решение: Адаптивные и учитывающие местоположение механизмы управления мощностью имеют решающее значение для балансировки надежности обнаружения и управления помехами.
Воздействие: Системы NTN в значительной степени полагаются на многолучевые архитектуры. UE может потребоваться выполнить захват или переключение луча во время процесса RACH, что увеличивает сложность и задержку. Решение: Эффективное обнаружение луча, отслеживание луча и механизмы бесшовного переключения луча необходимы для обеспечения надежного выполнения RACH в лучевых системах NTN.
