I. Acceso a NTN: El Canal de Acceso Aleatorio (RACH) es un proceso fundamental para la conexión inicial, la sincronización de enlace ascendente y la autorización de programación entre el equipo terminal (UE) y la red. Si bien este es un proceso maduro y bien comprendido en las redes de acceso por radio terrestres (RAN) tradicionales, su implementación en las Redes No Terrestres (NTN) presenta una serie de desafíos técnicos únicos y más complejos.
En las RAN terrestres, las señales de radiofrecuencia suelen propagarse a distancias cortas y predecibles, y el entorno de propagación es relativamente estable; sin embargo, en las redes NTN que involucran satélites de Órbita Terrestre Baja (LEO), Órbita Terrestre Media (MEO) y Órbita Geoestacionaria (GEO), las señales de radiofrecuencia se ven afectadas por distancias de propagación extremadamente largas, movimiento rápido de los satélites, áreas de cobertura dinámicas y condiciones de canal variables en el tiempo. Todos estos factores impactan significativamente la temporización, la frecuencia y la confiabilidad del canal en los que se basan los procesos RACH tradicionales.
II. Características de NTN: Debido a las distancias de transmisión extremadamente largas, el movimiento rápido de los satélites y las condiciones de cobertura y canal variables en el tiempo, NTN presenta inconvenientes críticos únicos (por ejemplo, gran retardo de propagación, largo tiempo de ida y vuelta, desplazamiento Doppler, movilidad del haz y gran dominio de contención) que desafían e impactan severamente el comportamiento y el rendimiento del canal de acceso aleatorio (RACH) del terminal. Además, los satélites están sujetos a estrictas limitaciones en términos de disponibilidad de espectro y presupuesto de energía, lo que hace que los mecanismos de acceso aleatorio eficientes y robustos sean particularmente cruciales.
III. Impactos y Soluciones:Para superar las dificultades que NTN presenta para el acceso terminal, 3GPP ha abordado algunos problemas en sus especificaciones, pero los siguientes aspectos requieren atención:
3.1 Desafíos de TA (Timing Advance)
Impactos:En las redes NTN, debido a las grandes áreas de celda, el movimiento de los satélites y las distancias variables entre el UE y el satélite, la estimación del avance de temporización es mucho más compleja que en los sistemas terrestres. Una estimación incorrecta de TA puede hacer que las transmisiones de enlace ascendente queden fuera de la ventana de recepción del satélite, lo que resulta en colisiones o fallas completas de recepción.
Los mecanismos eficientes de descubrimiento de haces, seguimiento de haces y conmutación de haces sin interrupciones son esenciales para garantizar una ejecución RACH confiable en sistemas NTN basados en haces. Se necesitan técnicas avanzadas de estimación de TA, como la utilización de datos de efemérides de satélites, asistencia GNSS o algoritmos predictivos, para ajustar dinámicamente la alineación de temporización del UE y mantener la sincronización del enlace ascendente.
3.2 Efectos del desplazamiento Doppler
Impactos:El movimiento relativo entre el satélite y el UE introduce desplazamientos Doppler significativos, especialmente en los sistemas de Órbita Terrestre Baja (LEO). Estos desplazamientos de frecuencia reducen la precisión de la detección del preámbulo, perjudican la sincronización de frecuencia y aumentan la probabilidad de fallas en los intentos de RACH.
Los mecanismos eficientes de descubrimiento de haces, seguimiento de haces y conmutación de haces sin interrupciones son esenciales para garantizar una ejecución RACH confiable en sistemas NTN basados en haces. Se requieren mecanismos robustos de precompensación Doppler y seguimiento de frecuencia tanto en el lado del UE como en el de la red para mantener un rendimiento RACH confiable en condiciones de alta movilidad.
3.3 Variaciones de las condiciones del canal:
Impacto: Los enlaces NTN están sujetos a atenuación atmosférica, sombreado, centelleo y pérdida de trayectoria a larga distancia. Estos factores aumentan la tasa de error de bloque y pueden afectar la capacidad del UE para recibir correctamente los mensajes RAR después de transmitir con éxito el preámbulo.
Solución: Se necesita modulación y codificación adaptativas, control de potencia y un diseño de capa física robusto para mantener la detección y el procesamiento confiables de RACH en diversas condiciones del canal.
3.4 Amplia cobertura y alta densidad de terminales:
Impacto: Los haces de satélites suelen cubrir áreas geográficas muy grandes, sirviendo potencialmente a miles de UE simultáneamente. Esto aumenta significativamente el nivel de contención RACH y la probabilidad de colisiones, especialmente en escenarios de acceso a gran escala.
Los mecanismos eficientes de descubrimiento de haces, seguimiento de haces y conmutación de haces sin interrupciones son esenciales para garantizar una ejecución RACH confiable en sistemas NTN basados en haces. Se necesitan particiones eficientes de recursos RACH, control de acceso consciente de la carga y mecanismos inteligentes de gestión de contención para escalar el rendimiento del acceso aleatorio.
3.5 Aumento de RTT (Latencia y Tiempo de Ida y Vuelta):
Impacto: La sincronización inicial en NTN se complica por las grandes incertidumbres de temporización y las compensaciones de frecuencia. La imposibilidad de lograr una sincronización precisa puede impedir que el equipo de usuario (UE) inicie el proceso del Canal de Acceso Aleatorio (RACH) por completo.La gran distancia física entre el UE y el satélite introduce un retardo de propagación unidireccional significativo y un RTT más largo. Por ejemplo, el tiempo de ida y vuelta (RTT) para un enlace de satélite de órbita geoestacionaria (GEO) puede alcanzar cientos de milisegundos. Estos retrasos afectan directamente la temporización del intercambio de mensajes de Respuesta de Acceso Aleatorio (RAR), lo que podría provocar tiempos de espera prematuros del temporizador, mayores tasas de fallas de acceso y retrasos de acceso prolongados.
Los mecanismos eficientes de descubrimiento de haces, seguimiento de haces y conmutación de haces sin interrupciones son esenciales para garantizar una ejecución RACH confiable en sistemas NTN basados en haces. Los temporizadores relacionados con RACH, como la ventana de Respuesta de Acceso Aleatorio (RAR) y los temporizadores de resolución de colisiones, deben diseñarse en función de los valores RTT específicos de NTN. La configuración del temporizador consciente de NTN es crucial para evitar retransmisiones innecesarias y fallas de acceso.
3.6 Aumento de las colisiones:
Impacto: Un gran número de equipos de usuario (UE) que compiten por un número limitado de preámbulos RACH aumenta la probabilidad de colisiones de preámbulos, lo que reduce la eficiencia del acceso y aumenta la latencia.
Los mecanismos eficientes de descubrimiento de haces, seguimiento de haces y conmutación de haces sin interrupciones son esenciales para garantizar una ejecución RACH confiable en sistemas NTN basados en haces. Los esquemas avanzados de resolución de colisiones, la asignación dinámica de preámbulos y las técnicas de bloqueo de acceso optimizadas para NTN son clave para reducir la probabilidad de colisiones.
3.7 Desafíos de sincronización:
Impacto: La sincronización inicial en NTN se complica por las grandes incertidumbres de temporización y las compensaciones de frecuencia. La imposibilidad de lograr una sincronización precisa puede impedir que el equipo de usuario (UE) inicie el proceso del Canal de Acceso Aleatorio (RACH) por completo.Soluciones:
Se necesitan técnicas de sincronización mejoradas, que combinen la adquisición precisa de temporización, la compensación Doppler y el conocimiento de la posición del satélite, para un acceso aleatorio exitoso.3.8 Control de potencia
Impacto:
Los sistemas NTN dependen en gran medida de arquitecturas de múltiples haces. Es posible que los UE deban realizar la adquisición o el cambio de haz durante el proceso RACH, lo que aumenta la complejidad y la latencia.Solución:
Los mecanismos eficientes de descubrimiento de haces, seguimiento de haces y conmutación de haces sin interrupciones son esenciales para garantizar una ejecución RACH confiable en sistemas NTN basados en haces.3.9 Gestión de haces
Impacto:
Los sistemas NTN dependen en gran medida de arquitecturas de múltiples haces. Es posible que los UE deban realizar la adquisición o el cambio de haz durante el proceso RACH, lo que aumenta la complejidad y la latencia.Solución: Los mecanismos eficientes de descubrimiento de haces, seguimiento de haces y conmutación de haces sin interrupciones son esenciales para garantizar una ejecución RACH confiable en sistemas NTN basados en haces.