解讀NTN:Direct to Cell (DTC) 就是這么簡單！

從“信號盲區(qū)”到“全球互聯(lián)”——DTC的誕生背景

當你在遠洋貨輪上想給家人發(fā)一條微信，或在高原無人區(qū)需要緊急呼叫救援時，傳統(tǒng)手機往往會陷入“無服務”的窘境——這是因為地面通信基站的信號覆蓋范圍有限，無法觸達海洋、沙漠、極地等偏遠區(qū)域。為了打破這種“通信孤島”，“非地面網(wǎng)絡（NTN）”技術應運而生。與3GPP R17定義的NB&NR NTN（以下簡稱為3GPP NTN）不同的是DTC（Direct to Cell）專門針對現(xiàn)有的手機，現(xiàn)有的存量手機（比如4G手機）也能直連到衛(wèi)星。手機硬件不需要任何修改，通過衛(wèi)星側的改動（衛(wèi)星天線和基站上星）就可以讓現(xiàn)有存量4G手機使用衛(wèi)星通信功能，實現(xiàn)語音、短信和數(shù)據(jù)業(yè)務。這種方式的好處就是可以重用地面運營商的頻譜資源，而劣勢就是衛(wèi)星側的實現(xiàn)較為復雜。

DTC項目最早是在2024年1月, Space X開始部署具備DTC技術能力的Starlink衛(wèi)星，到2025年7月Space X聯(lián)合T-Mobile US在美國推出手機直連衛(wèi)星的Direct To Cell服務，現(xiàn)在已有600多顆星鏈DTC衛(wèi)星，后續(xù)還會有更高版本的DTC衛(wèi)星發(fā)射。除了手機，具有4G LTE功能的手表或者設備也可以直連衛(wèi)星。目前日本的KDDI和加拿大的Rogers兩家運營商都準備提供對Apple Watch的星鏈DTC服務。

本文將從技術原理、核心難點兩方面給大家介紹DTC相關內容，并介紹羅德與施瓦茨的CMX500測試系統(tǒng)如何為DTC落地“保駕護航”。

LTE-DTC技術原理：

讓存量手機“直連上天”

理解DTC的核心邏輯，關鍵在于其設計目標：讓存量手機“誤認為”連接的是地面基站，實則接入的是衛(wèi)星網(wǎng)絡。這一設計的實現(xiàn)，依賴衛(wèi)星、地面基站與終端的協(xié)同配合。

圖1 DTC 網(wǎng)絡架構

DTC的網(wǎng)絡架構（圖1 所示）：五大組件缺一不可

DTC的完整網(wǎng)絡由五部分組成，就像一條“信號傳輸鏈”將手機與全球網(wǎng)絡連通：

衛(wèi)星網(wǎng)絡：核心“中繼站”，位于低地球軌道（LEO），負責接收手機信號并轉發(fā)到地面；Starlink DTC星座的軌道高度360Km，有利于縮短信號的傳播時延。DTC星座攜基站上天，采用再生模式也有利于縮短系統(tǒng)處理的時間。

地面網(wǎng)絡：連接衛(wèi)星與運營商的“橋梁”，接收衛(wèi)星傳來的信號，再接入傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡；

合作伙伴運營商網(wǎng)絡：提供通信服務的“后臺”，借助運營商的既有網(wǎng)絡架構，實現(xiàn)通話、短信的信令處理、數(shù)據(jù)路由，以及與全球電信網(wǎng)絡的互聯(lián)互通。DTC攜基站上天，使用的是地面網(wǎng)絡運營商的頻譜，衛(wèi)星運營商需要購買頻譜資源或者獲得地面網(wǎng)絡運營商對頻譜資源的授權才能提供DTC服務。

 地面基站: 對地面蜂窩網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域的用戶提供服務，圖中DTC手機通過直連衛(wèi)星提供的網(wǎng)絡信號可以與有地面蜂窩網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域的手機進行通話，短信與數(shù)據(jù)服務。

未改裝普通手機：就是目前的存量4G手機，這些用戶不需要更換新的手機，4G手機不需要硬件修改，可能只需要軟件升級、應用安裝和D2C業(yè)務開通，就能在地面蜂窩網(wǎng)絡覆蓋不好的區(qū)域直連到DTC衛(wèi)星。

核心技術思路：

衛(wèi)星“主動補償”

DTC最巧妙的設計，在于它將“信號修正”的任務交給了衛(wèi)星，而非手機。這和傳統(tǒng)3GPP NTN標準（另一種衛(wèi)星通信方案）完全不同：

3GPP NTN：手機支持3GPP NTN功能，接收衛(wèi)星發(fā)射的3GPP NTN標準信號，手機自動修正衛(wèi)星快速運動帶來的各種信號偏差。比如衛(wèi)星快速移動導致信號延遲變化，3GPP NTN手機可以主動調整發(fā)送時間，補償大而快的頻率偏移，正常進行NTN載波同步和信號解調；存量手機是無法對這樣的信號接收的。

DTC：DTC衛(wèi)星提前修正信號偏差。衛(wèi)星會實時計算自己的位置、速度，提前補償下行“多普勒頻偏”（信號頻率因衛(wèi)星移動產(chǎn)生的變化）和“傳輸時延”（信號在手機與衛(wèi)星間傳播的時間），讓到達手機的信號“看起來”和地面基站信號一樣。在收到上行信號后，補償上行“多普勒頻偏”，調整多個UE的上行幀時間。

為了實現(xiàn)這種補償，DTC通常依賴“準地球靜止多波束LEO衛(wèi)星”（圖2所示）：“準地球靜止”意味著衛(wèi)星相對地面的位置變化較慢，減少補償頻率；“多波束”則能像地面基站一樣，同時覆蓋多個區(qū)域（圖3所示），支持大量用戶接入。

圖2 準地球靜止

圖3 多波束LEO衛(wèi)星

此外，DTC還會定義一個“參考點（RP）” （圖4所示）——通常是衛(wèi)星或地面網(wǎng)關。所有信號的時延、頻率補償都以這個點為基準確保手機接收到的信號始終“同步”，經(jīng)過補償之后，手機側的時延（紅線標識）需與參考點處時延（補償后的時延，黃線標識）進行補齊，就像地面蜂窩網(wǎng)絡下的時延一樣，整個通信鏈路達到動態(tài)平衡（圖5所示）。

圖4 參考點

圖5 時延

PART-02

DTC技術的四大核心難點：

衛(wèi)星通信與地面通信協(xié)議的“矛盾”

DTC看似完美，但要實現(xiàn)普通手機與衛(wèi)星的穩(wěn)定連接，需突破四大技術難題——這些難題本質是“衛(wèi)星通信特性”與“地面通信協(xié)議設計初衷”的沖突。

難點一：時延波動大，手機容易“斷連”

地面通信協(xié)議基于“基站固定、覆蓋范圍有限”的場景設計，傳播時延極小，通信協(xié)議棧的關鍵定時器（如HARQ RTT）均以此為基礎。而DTC使用的LEO衛(wèi)星，其總RTT（傳播時延+衛(wèi)星處理時延+地面站轉發(fā)時延+協(xié)議棧處理時延）遠超出地面通信HARQ機制的設計范圍，導致重傳機制失效、資源調度依賴過時信息、鏈路監(jiān)控頻繁誤判，最終引發(fā)手機斷連。

難點二：多普勒頻偏，手機“解不出”信號

地面通信系統(tǒng)設計時，默認基站與手機相對靜止或低速移動，其同步機制通常僅能容忍±200Hz至±500Hz的頻率偏移。但低軌衛(wèi)星帶來的多普勒頻偏在L/S波段可高達±10kHz至±50kHz，遠超手機接收機的捕獲與跟蹤范圍，會引發(fā)嚴重的符號間干擾與相位旋轉，導致信號無法正確解調。更復雜的是，衛(wèi)星高速運動使得頻偏不僅幅度大，且變化速度快，4G手機的頻率跟蹤性能無法及時適配，最終導致通信失敗。

難點三：快速TA調整，同步更難

DTC所用LEO衛(wèi)星的軌道高度介于360-600km之間，始終處于高速運動狀態(tài)，RTT（往返時間）會隨衛(wèi)星位置實時動態(tài)變化。而地面通信系統(tǒng)的定時提前（TA，Timing Advance）機制，設計初衷是適配地面場景下的緩慢時延變化，采用周期性調整模式，不具備實時跟蹤快速時延波動的能力。當衛(wèi)星移動引發(fā)的定時漂移超出地面通信TA機制的調整范圍時，手機無法與網(wǎng)絡保持精準同步，最終導致信號同步失敗、頻繁斷連。

難點四:手機功率受限，影響上行信號接收

4G 手機發(fā)射功率遵循 3GPP 規(guī)范，共劃分為三個等級，具體參數(shù)如下：

? PC3：為默認等級，且是多數(shù)終端的主流支持等級，最大發(fā)射功率為 23dBm；

? PC2：最大發(fā)射功率為 26dBm；

? PC1：最大發(fā)射功率為 31dBm。

這些功率等級可滿足地面通信不同場景需求，存量手機以支持PC3為主，能覆蓋地面網(wǎng)絡的最大服務范圍。但4G手機的設計未兼顧360-600km的衛(wèi)星通信場景，導致衛(wèi)星接收到的上行信號強度不足、信號質量下降，可能超出接收機的接收范圍，引發(fā)斷連或數(shù)據(jù)速率不理想。

因此，實現(xiàn)手機直連衛(wèi)星需要系統(tǒng)級創(chuàng)新，而非簡單參數(shù)調整。

PART-03

CMX500測試方案：

為DTC落地“鋪路”

CMX500：DTC的“全能測試平臺”

圖6 適用于DTC終端測試的CMX500平臺

CMX500是羅德與施瓦茨推出的無線通信綜合測試儀（圖6所示），專門用于模擬復雜的網(wǎng)絡環(huán)境（包括地面基站和衛(wèi)星網(wǎng)絡）。對于DTC，CMX的核心能力是：

? 模擬DTC衛(wèi)星引發(fā)的動態(tài)時延

? 模擬DTC衛(wèi)星移動產(chǎn)生的多普勒頻偏

? 模擬DTC衛(wèi)星波束的仰角衰減

? 模擬DTC衛(wèi)星多小區(qū)場景，驗證切換與重選功能

? 支持用戶自定義衛(wèi)星軌道場景

簡單來說，CMX500能“復現(xiàn)”衛(wèi)星通信的所有關鍵特性，讓用戶在實驗室環(huán)境中即可完成“手機在DTC衛(wèi)星網(wǎng)絡下的通信功能與性能測試”。

CMX500的測試驗證路徑：從“基礎”到“定制”

基礎時延驗證 - 驗證手機對“固定時延”的耐受能力

在CMX的MAC層（數(shù)據(jù)鏈路層）和PHY層（物理層）添加“可配置的調度時延”，同時在上下行鏈路中設置對應的固定傳輸時延。比如，模擬“調度時延3ms + 物理時延5ms”，總RTT 8ms，測試手機是否能正常接收信號。幫助用戶快速驗證“手機在衛(wèi)星網(wǎng)絡下是否會斷連”，為后續(xù)測試打下基礎。

動態(tài)時延與多普勒模擬-模擬真實衛(wèi)星移動場景

CMX500 的后臺模塊可依據(jù)衛(wèi)星軌道參數(shù)，實時計算手機位置對應的時延、多普勒頻偏與衛(wèi)星仰角；同時，系統(tǒng)會預計算多組 “衛(wèi)星軌道剖面”，用戶通過 GUI（圖形界面）即可直接選擇（圖 7 所示），無需手動計算。這一設計能讓用戶在實驗室環(huán)境中復現(xiàn) “衛(wèi)星飛過頭頂” 的真實場景，且 GUI 界面會圖形化展示衛(wèi)星仰角變化（圖 8 所示），從而精準測試手機的動態(tài)適應能力。

圖7 衛(wèi)星軌道配置

圖8 衛(wèi)星軌道剖面

用戶在GUI界面只需選擇“衛(wèi)星軌道類型”，CMX會自動計算時延、頻偏等復雜參數(shù)。當選中任一衛(wèi)星星座后，界面將顯示隨衛(wèi)星移動過程中剩余時延與多普勒相關參數(shù)，圖9所示。

圖9 時延和多普勒頻移

用戶可以通過圖形化界面觀測手機發(fā)送的信號狀態(tài)，圖10所示測得手機載波頻偏。

圖10 手機載波頻偏測量

外場測試用例模擬-模擬LTE-DTC測試用例庫

CMX500基于外場測試場景開發(fā)的多個測試用例庫，包含:

? 附著時長和附著成功率
? A3事件的同頻LTE D2C小區(qū)間切換
? 同頻LTE D2C小區(qū)間的重選
? LTE D2C小區(qū)無線鏈路異常和恢復
? 頻率跟蹤誤差測量
? 地面網(wǎng)絡和非地面網(wǎng)絡之間的切換

這些用例直接可以進行場測數(shù)據(jù)的快速測試和分析，使得DTC測試變得快速，簡單和方便。

自定義場景導入-根據(jù)客戶需求導入衛(wèi)星配置

適配客戶專屬衛(wèi)星方案，支持客戶以CSV格式（類似Excel表格）導入“自定義的時延/多普勒數(shù)據(jù)”——比如客戶自己設計的衛(wèi)星軌道，每1秒的時延、頻偏值，CMX會按這個表格模擬場景（圖11所示）。

滿足不同衛(wèi)星公司、運營商的“定制化測試需求”，不用依賴通用場景。

圖11 CMX模擬配置延遲

【結語】

DTC讓“全球無死角通信”不再遙遠

LTE-DTC技術的核心價值，在于它讓“普通手機連接衛(wèi)星”從“技術構想”變成了“現(xiàn)實可能”——未來，無論是遠洋航行、極地科考，還是山區(qū)救援，我們都能隨時用手機保持聯(lián)系。而CMX測試方案，則是DTC落地的“關鍵推手”：它通過模擬真實衛(wèi)星場景，幫助產(chǎn)業(yè)鏈解決技術難點，驗證產(chǎn)品性能，讓DTC的商用化進程更快、更穩(wěn)。

隨著衛(wèi)星技術的進步和測試方案的完善，相信在不久的將來，“全球無死角通信”將不再是口號，而是每個人都能享受到的基礎服務。