I. Acesso NTN:O Canal de Acesso Aleatório (RACH) é um processo fundamental para conexão inicial, sincronização de uplink e autorização de agendamento entre o equipamento terminal (UE) e a rede. Embora este seja um processo maduro e bem compreendido em redes de acesso de rádio terrestres tradicionais (RANs), sua implementação em Redes Não Terrestres (NTNs) apresenta uma série de desafios técnicos únicos e mais complexos.
Em RANs terrestres, os sinais de radiofrequência normalmente se propagam por distâncias curtas e previsíveis, e o ambiente de propagação é relativamente estável; no entanto, em redes NTN que envolvem satélites de Órbita Terrestre Baixa (LEO), Órbita Terrestre Média (MEO) e Órbita Geoestacionária (GEO), os sinais de radiofrequência são afetados por distâncias de propagação extremamente longas, movimento rápido do satélite, áreas de cobertura dinâmicas e condições de canal variáveis no tempo. Todos esses fatores impactam significativamente o tempo, a frequência e a confiabilidade do canal em que os processos RACH tradicionais se baseiam.
II. Características NTN: Devido às distâncias de transmissão extremamente longas, ao movimento rápido do satélite e às condições de canal e cobertura variáveis no tempo, a NTN apresenta desvantagens críticas únicas (por exemplo, grande atraso de propagação, longo tempo de ida e volta, deslocamento Doppler, mobilidade do feixe e grande domínio de contenção) que desafiam e impactam severamente o comportamento e o desempenho do canal de acesso aleatório (RACH) do terminal. Além disso, os satélites estão sujeitos a limitações rigorosas em termos de disponibilidade de espectro e orçamento de energia, tornando os mecanismos de acesso aleatório eficientes e robustos particularmente cruciais.
III. Impactos e Soluções:Para superar as dificuldades que a NTN apresenta para o acesso do terminal, o 3GPP abordou algumas questões em suas especificações, mas os seguintes aspectos exigem atenção:
Impactos:Em redes NTN, devido às grandes áreas de célula, ao movimento do satélite e às distâncias variáveis entre a UE e o satélite, a estimativa de avanço de tempo é muito mais complexa do que em sistemas terrestres. A estimativa incorreta de TA pode fazer com que as transmissões de uplink fiquem fora da janela de recepção do satélite, resultando em colisões ou falha completa de recepção.
Solução: Técnicas avançadas de estimativa de TA são necessárias, como a utilização de dados de efemérides de satélites, assistência GNSS ou algoritmos preditivos, para ajustar dinamicamente o alinhamento de tempo da UE e manter a sincronização de uplink.
Impactos:O movimento relativo entre o satélite e a UE introduz deslocamentos Doppler significativos, especialmente em sistemas de Órbita Terrestre Baixa (LEO). Esses deslocamentos de frequência reduzem a precisão da detecção do preâmbulo, prejudicam a sincronização de frequência e aumentam a probabilidade de falhas nas tentativas de RACH.
Solução: Mecanismos robustos de pré-compensação Doppler e rastreamento de frequência são necessários em ambos os lados da UE e da rede para manter o desempenho confiável do RACH em condições de alta mobilidade.
Impacto: Os links NTN estão sujeitos à atenuação atmosférica, sombreamento, cintilação e perda de caminho de longa distância. Esses fatores aumentam a taxa de erro de bloco e podem afetar a capacidade da UE de receber corretamente as mensagens RAR após a transmissão bem-sucedida do preâmbulo.
Solução: Modulação e codificação adaptativas, controle de potência e design robusto da camada física são necessários para manter a detecção e o processamento confiáveis do RACH em várias condições de canal.
Impacto: Os feixes de satélite normalmente cobrem áreas geográficas muito grandes, potencialmente servindo milhares de UEs simultaneamente. Isso aumenta significativamente o nível de contenção RACH e a probabilidade de colisões, especialmente em cenários de acesso em larga escala.
Solução: Particionamento eficiente de recursos RACH, controle de acesso ciente da carga e mecanismos inteligentes de gerenciamento de contenção são necessários para dimensionar o desempenho do acesso aleatório.
Impacto:A grande distância física entre a UE e o satélite introduz um atraso de propagação unidirecional significativo e um RTT mais longo. Por exemplo, o tempo de ida e volta (RTT) para um link de satélite de órbita geoestacionária (GEO) pode atingir centenas de milissegundos. Esses atrasos afetam diretamente o tempo da troca de mensagens de Resposta de Acesso Aleatório (RAR), potencialmente levando a timeouts prematuros do temporizador, taxas de falha de acesso aumentadas e atrasos de acesso prolongados.
Solução: Os temporizadores relacionados ao RACH, como a janela de Resposta de Acesso Aleatório (RAR) e os temporizadores de resolução de colisão, devem ser projetados com base nos valores de RTT específicos da NTN. A configuração do temporizador ciente da NTN é crucial para evitar retransmissões desnecessárias e falhas de acesso.
Impacto: Um grande número de equipamentos de usuário (UEs) competindo por um número limitado de preâmbulos RACH aumenta a probabilidade de colisões de preâmbulos, reduzindo assim a eficiência de acesso e aumentando a latência.
Solução: Esquemas avançados de resolução de colisão, alocação dinâmica de preâmbulos e técnicas de proibição de acesso otimizadas para NTN são fundamentais para reduzir a probabilidade de colisão.
Impacto: A sincronização inicial em NTN é complicada por grandes incertezas de tempo e deslocamentos de frequência. A falha em obter uma sincronização precisa pode impedir que o equipamento do usuário (UE) inicie o processo de Canal de Acesso Aleatório (RACH) completamente.
Soluções: Técnicas de sincronização aprimoradas, combinando aquisição de tempo preciso, compensação Doppler e conhecimento da posição do satélite, são necessárias para um acesso aleatório bem-sucedido.
Impacto: UEs em NTN experimentam variações significativas na perda de caminho, dependendo de sua posição em relação ao feixe do satélite. Potência de transmissão insuficiente pode levar à falha na detecção do preâmbulo, enquanto potência excessiva pode causar interferência entre UEs.
Solução: Mecanismos adaptativos e de controle de potência cientes da localização são cruciais para equilibrar a confiabilidade da detecção e o gerenciamento de interferência.
Impacto: Os sistemas NTN dependem fortemente de arquiteturas de múltiplos feixes. As UEs podem precisar realizar a aquisição ou comutação de feixe durante o processo RACH, o que aumenta a complexidade e a latência.Solução: Mecanismos eficientes de descoberta de feixe, rastreamento de feixe e comutação de feixe contínua são essenciais para garantir a execução confiável do RACH em sistemas NTN baseados em feixe.
