中国电信5G NTN技术白皮书

中国电信5GNTN技术白皮书

—天地一体、手机直连

2023年11月

目录

第一章引言.........................................................................................................................1

第二章5GNTN应用场景及生态........................................................................................2

2.1手机直连卫星............................................................................................................2

2.2汽车直连卫星............................................................................................................4

2.3其他应用场景............................................................................................................5

2.45GNTN产业生态.......................................................................................................6

第三章5GNTN技术标准进展及面临挑战.......................................................................8

3.13GPP标准进展...........................................................................................................8

3.2CCSA标准进展.........................................................................................................11

3.35GNTN当前挑战.....................................................................................................12

第四章5GNTN组网架构..................................................................................................15

4.15GNTN网络架构概述.............................................................................................15

4.25GNTN组网架构展望.............................................................................................16

第五章5GNTN技术思考及实践......................................................................................19

5.1芯片一体化增强......................................................................................................19

5.2终端模组增强..........................................................................................................20

5.3无线空口增强..........................................................................................................23

5.4核心网增强..............................................................................................................25

5.5NTN容量评估...........................................................................................................27

5.6NTN测试验证...........................................................................................................28

5.7手机直连演进路线..................................................................................................31

第六章总结.......................................................................................................................33

缩略语......................................................................................................................................35

联合编写单位及作者..............................................................................................................38

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第一章引言

5GNTN（5GNonTerrestrialNetwork）是面向卫星通信和低空通信等新应

用场景的重要演进技术，标志着5G从地面走向了空间。5GNTN基于3GPP开放

标准，可实现卫星通信与地面通信体制兼容，借助手机直连，可充分利用和分享

地面5G的产业链和规模经济效益，快速扩增卫星通信产业规模。

5GNTN是星地融合通信发展的主流方向，主要包括IoTNTN和NRNTN两条

技术路线。前者基于NB-IoT技术演进而来，侧重支持物联网业务，提供低速数

据传输、短消息等功能；后者基于5GNR技术演进而来，侧重支持宽带数据、语

音和固定无线接入等功能。5GNTN为下一代空天地一体化融合通信系统奠定了

重要的技术基础，目标是达成6G一张网，实现统一空口传输、统一接入控制、

统一鉴权认证和统一组网架构，实现星地无感切换。

近年来，随着卫星互联网、手机直连和天地一体等新技术的不断涌现，国内

外产业各方均加快了针对5GNTN的标准、能力以及应用创新的试验，成功进行

了大量5GNTN原型试验，芯片、终端和网络设备等产业各方均大力推进5GNTN

的技术预研。

中国电信作为国内同时拥有卫星移动通信和地面移动通信运营牌照的基础

电信运营商，一方面，承接和组织我国“天通一号”卫星移动通信系统的民用运

营，另一方面，紧跟国家“高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低

碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施建设”战略，加快推进天地一体

能力构建，积极探索5GNTN、6G等未来网络标准技术与应用，基于高轨卫星开

展了大量的5GNTN技术试验和应用验证。

本白皮书基于国内外标准组织关于5GNTN技术体制的研究现状及演进态势，

提出中国电信有关5GNTN的标准、架构及关键技术的展望，并结合卫星、核心

网、无线网、终端、芯片等关键环节的方案论证、测试结果和性能评估，形成

5GNTN技术演进的发展建议，为中国电信未来网络及业务演进提供战略参考。

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第二章5GNTN应用场景及生态

5GNTN能提供媲美地面移动通信网的相同业务服务，包括语音、短信、物

联、社交、视频等。一方面，5GNTN技术适用于应急通信、交通、矿产、油气、

电网及海事等行业场景；另一方面，5GNTN技术借助手机直连卫星等技术，逐

步拓展到普通大众消费群体，在增大存量用户黏性的同时，提升了用户APRU值。

基于5GNTN技术构建的天地融合网络，通过星间链，支持高中低轨卫星资

源协同，与地面组合形成一张网络，服务手持、船载、车载、机载等用户群体，

如图1所示。

图15GNTN应用场景示意图

本章将介绍手机直连卫星、汽车直连卫星和卫星互联网等三大典型场景。

2.1手机直连卫星

手机直连卫星能满足人们对“永不失联、永远在线”的需求，提供全区域、

全维度的泛在连接服务。经济效益与需求双轮驱动下，技术的突破推动手机直连

业务成为大势所趋。其应用场景包括旅游探险、应急救灾、蜂窝补盲等。

1.户外旅游探险。游客身处户外、沙漠、高山或者乘坐游轮时，经常面临地

面网络无信号的窘境。如2023年五一期间，新疆、甘肃、青藏等边疆地区成为

旅游热门地，光新疆地区接待游客超800万人次，手机直连卫星业务可较好满足

游客在偏远地区的通信需求。

2.应急救灾通信。遭遇重大灾害时，成片的基站损毁失能，造成断网停服。

如今年8月北京、天津、河北和黑龙江等地水灾期间，地面通信一度中断，应急

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救援部门通过卫星电话实时掌控受灾区域的人员情况成为刚需。

3．固定及蜂窝网络覆盖补充。从全球来看，目前尚有80%以上的陆地区域

和95%以上的海洋区域缺少地面网络覆盖，在人烟稀少的深山、森林、沙漠等区

域，地面网络部署成本过高或难度过大。当地牧民、科研人员使用卫星业务是一

种相对经济的通信手段。

图2手机直连卫星主要应用场景

根据中国信通院分析报告，2023年1-8月国内市场手机总体出货量累计1.67

亿部，预估2026年将达3.14亿。5GNTN属于3GPP标准技术，基于海量普通手

机用户群体及产业规模，可以大幅降低卫星芯片、终端模组、手机的成本，使手

机直连卫星具备经济可行性，三年内预估NTN芯片出货量有望突破5000万片。

数据来源：中国信通院国内手机市场运行分析报告

图32018-2026E国内手机出货量及预测

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2.2汽车直连卫星

除了手机，汽车也是大众体验卫星通信服务的重要手段。国内多个汽车生厂

商制定计划，要在新车型前装卫星通信模块，拉动汽车直连卫星商用进程。在沙

漠、草原、戈壁、森林等越野旅游场景下提供车辆位置监控及上报、车辆救援、

遇险呼救、社交娱乐等能力。

图4汽车直连卫星主要业务

基于中国汽车工业协会统计数据测算，预计2024/2025/2026年全国汽车出

货量约为2500/2620/2755万台，其中高端车占比约2%-3%。按照NTN卫星直连

模组在高端车型前装渗透率逐步提高的趋势，2024年预计采用NTN技术的汽车

直连卫星的高端车型渗透率预计达5万台，到2026年约为52.3万台。NTN汽车

直连卫星功能前期主要搭载在高端车型为主，预计2026年逐渐拓展中低端车型。

图55GNTN汽车2024E-2026E年预测数据

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2.3其他应用场景

5GNTN的IoTNTN路线主要应用于卫星物联网领域，一方面，集成了NB-IoT

多次重传、低功耗、长待机的优点，另一方面，兼具卫星的立体广覆盖能力，在

海运、航空等领域具有广泛应用前进。而5GNTN的NRNTN路线主要应用于卫星

宽带业务，解决各类场景中的图片、视频等数据传输需求。典型的应用场景如下：

1.海运场景：在现代渔业、海洋监测、油气勘探、远洋运输等领域，卫星物

联网主要满足轮船（如客轮、远洋船、渔船等）状态、环境和位置信息上报、视

频监控，以及船内人员宽带上网、电话以及短信等需求。据《2022年交通运输

行业发展统计公报》显示，全国水上运输船舶12.19万艘，预计2026年达到12.68

万艘。当前海运场景多采用GMR、DVB等传统技术体制提供的卫星通信服务，预

计2026年前后将运输船舶的卫星通信技术将逐步升级为5GNTN体制。

数据来源:交通运输行业发展统计公报

图62018-2026E全国水上运输船舶数量及预测

2.航空场景：涵盖民航客舱内用户上网、短信和语音等业务，以及通用航空

领域的语音调度、轨迹数据回传等需求。中国民用航空局发布的《2022年民航

行业发展统计公报》显示，截至2022年底，我国民航全行业运输飞机期末在册

架数4165架，全行业无人机将近百万。预计2026年支持NTN的机载卫星终端达

7万个。

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3.智慧农业：主要包含智慧农场、智慧养殖两类典型应用场景。前者基于卫

星物联网设备实现农场气象、土壤环境等监测数据的传输上报，为农业智慧化提

供精确参照；后者实现对牲畜的实时状态及位置监测，提升农业养殖效率和效益。

图7智慧农场应用示例

4.资产管理：针对偏远地区企业资产（如野外林区、海上风电设备、戈壁、

油气开采设备等）的监管需求，传统蜂窝基站成本代价太高，借助卫星连接将资

产当前的状态、位置、照片等信息实时上报企业，可节省大量的人力巡检成本以

及地面网投资。

图8资产管理应用场景

5.智慧物流：通过卫星通信模组监控和跟踪集卡、货运车辆及货物位置，优

化交付和运输路线，大幅提升物流运输、仓储、包装、装卸搬运、信息服务等各

环节的系统感知、统筹调度以及物流交接效率，降低行业成本。

根据BergInsight数据显示，全球卫星物联网用户未来几年将保持25%以

上的高复合增速，至2026年，全球卫星物联网用户数将达到2120万,市场规模

将增长到10亿美元级别。

2.45GNTN产业生态

5GNTN产业涉及卫星制造、卫星发射、卫星运营、地面设备等多个环节，

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我国在上述环境均已形成初步布局。

卫星制造和发射是产业链价值最集中的环节，技术成熟度高。但卫星

整机制造难度大、研发周期长、资金投入大、发射服务成本较高，并且上

述环节存在较高的门槛和技术壁垒，中国航天科技集团、中国航天科工集

团、中科院等央企在该领域实力雄厚。在卫星技术体制中引入5GNTN将

是各大企业的重点方向。

在卫星运营环节，当前具备商用服务能力的主要有航天卫通、中国电信、

中交集团等企业，后续随着卫星互联网的建设到位，中国星网等卫星运营商将逐

步涌现。利用现有卫星增加5GNTN基带、或在后续卫星系统中直接设计和实现

5GNTN技术体制，以便实现天地一体，已成为运营商的重要选项。

在地面设备环节，涉及信关站在内的接入网和核心网设备，以及各类

终端、芯片及模组等，吸引了众多企业参与，业界整体处于预研、测试及

快速催熟阶段。芯片方面，紫光展锐、联发科、高通和海思等已开展或正推进支

持NTN能力的芯片研发；终端方面，众多的手机终端厂商及物联网模组厂商也在

规划支持NTN的终端产品；网络设备方面，中兴通信、中信科等网络厂商已有支

持3GPP最新协议的NTN无线及核心网原型试验设备。

目前，除国外卫星运营商Skylo已宣布推出基于摩托罗拉手机的NTN商用服

务（APP模式的卫星短数据）外，其他产业链参与方尚处实验阶段。国内已有多

家运营商联合芯片、终端及网络设备提供商基于3GPPR17标准进行了多次技术

试验和测试，从测试结果、设备成熟度、卫星资源冗余度来看，预计2024~2025

年业界初步具备支持IoTNTN商用的终端、芯片以及网络设备，而NRNTN尚需

继续推进更大规模的技术试验和测试，以持续完善标准协议。

未来，在海洋强国、交通强国、乡村振兴等国家战略推动下，5GNTN产业

生态将更趋完善和成熟，产生巨大的社会和经济效益。

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第三章5GNTN技术标准进展及面临挑战

3.13GPP标准进展

随着近年来卫星通信受到的关注度不断提升，3GPP作为通信行业最重要的

国际标准组织之一，开展了对非地面网络技术体制的研究和标准化。按照3GPP

的规划，5G的技术演进分为两个阶段，R15、R16和R17三个版本是5G的第一个

阶段，之后的R18、R19和R20是第二个阶段，第二个阶段又被称之为5GAdvanced，

即5G演进。

图93GPP5GNTN演进路线

1.第一阶段

3GPP在R15阶段首先提出将NTN纳入5G系统需求与应用前景的讨论。

进入R16阶段，3GPP标准组就终端、无线和核心网等方面开展了NTN系统

性技术研究讨论。针对终端，研究了基于S/Ka频段的卫星通信手机功率、能耗

的影响；针对无线接入，评估了面向不同的部署场景的信道模型、多普勒频移、

传输时延等重要特性估，并给出支持NTN对现有地面通信标准的潜在增强需求；

针对核心网，研究了支持卫星透明转发的组网架构，以及网元功能增强需求等。

从R17版本开始，3GPP启动了正式的NTN规范制定，并提出了NRNTN和IoT

NTN的第一个基线规范版本，旨在指导NTN快速落地。针对卫星通信因场景距离

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远、移动快、覆盖广带来的多普勒频偏大、信号衰减大和传播时延大等问题，NTN

设计了空口增强协议，引入了调度时序管理、HARQ功能编排、时延补偿、频率

补偿、空地快速切换移动性管理增强等先进技术，理论上支持手持及物联网终端

具备直连卫星的通信能力，可分别以5GNR或NB-IoT/eMTC协议接入5G或4G

网络。

在R17标准中，NRNTN重点提出了以下增强技术：

（1）网络架构：支持透明转发模式下手机直连卫星，解决核心网侧注册、

会话建立流程中的关键问题。

（2）时频同步：引入终端侧和卫星侧的时频补偿机制，参考星历信息弥补

服务链路（终端-卫星）和馈电链路（卫星-信关站）引入的大时延和多普勒频偏。

（3）移动性：引入基于时间和位置信息的小区选择/重选和切换机制，提高

了移动性管理的准确性。

（4）频谱：引入n255（上行：1626.5-1660.5MHz，下行：1525-1559MHz）

和n256（上行：1980-2010MHz，下行：2170-2200MHz），作为支持NTN技术体制

的卫星频段，采取频分双工模式，规范了手持终端的射频性能要求。

R17版本周期，IoTNTN复用了NRNTN相对成熟的技术方案，除此之外，IoT

NTN具有特有的非连续覆盖要求，比如部分IoTNTN场景下卫星物联网终端不需

要连续发送和接收数据，比如基于服务卫星和星座广播相关的辅助信息确保卫星

物联网终端能预测即将到来的卫星、并在无卫星覆盖时段节省功率，适应部署稀

疏星座的卫星物联网服务，比如超出覆盖范围的卫星物联网终端设备不需要执行

接入层（AS）功能等。

2.第二阶段

在R18版标准中，NRNTN将进一步完善5G卫星组网能力，重点包括：

（1）支持10GHz以上频段部署：3GPP将考虑相关共存场景,确保基于NTN

引入的卫星频段不影响现有规范，不会导致3GPP指定的与NTN频段相邻的地面

频段网络服务质量下降。R18指定的超过10GHz的3个新NTN频段是n510、n511

和n512。

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（2）覆盖增强：考虑NTN时延大和卫星高速运动特性，重点增强上行信道，

在PUCCH信道引入重复传输机制以提高信号质量，在PUSCH信道引入DMRS联合

信道估计以提高信道估计准确度。

（3）移动性和服务连续性增强：针对卫星小区频繁切换信令开销大的问题，

引入RACH-less和不改变PCI的切换方案优化信令流程，降低切换开销，并在陆

地和卫星小区边界通过广播小区覆盖范围避免对小区频点的盲目搜索。

（4）基于卫星回传架构的星上MEC，支持星上本地数据交换功能：考虑到

某些边缘地区（例如：偏远农村地区或孤岛地区）的基站与核心网之间难以部署

回传网络，3GPP提出了集成卫星回传的5G网络架构。并针对卫星链路引入的较

长数据包延迟和有限带宽等问题，通过在高轨卫星上部署UPF和/或EASDF等核

心网网元，实现星上MEC和星上本地数据交换。

在R18版标准中，IoTNTN体制主要增强了：

（1）移动性增强：支持无线链路失败前的相邻小区测量和相应的测量事件

触发、支持适用于eMTC和NB-IoT的相邻小区星历系统信息信令，并沿用R17NR

NTN中引入的移动性增强方案来适应eMTC的移动性。并针对非对地静止星座稀

疏导致的不连续覆盖问题，增强AMF网络功能，使其能够根据卫星的覆盖周期调

整移动可达定时器和/或隐式去注册定时器的值，避免网络在无卫星覆盖时仍频

繁寻呼卫星接入的物联网终端，并增设等待定时器来防止当卫星覆盖再次可用时，

大量物联网终端同时向网络发起移动注册更新，产生信令风暴问题。

（2）业务体验增强：通过禁用HARQ混合自动重传请求反馈，避免由于无空

闲HARQ进程ID而无法传输新数据的情况，减轻了HARQ等待对物联网终端设备

数据传输速率的影响。

5GNTN在R17和R18两个版本的研究均是聚焦卫星通信透明转发模式，即

卫星侧不对所接收的数据进行调制、解编码等信号处理操作，相关操作均依托于

信关站。这种情况下卫星网络的服务仍受地理限制（例如：在海洋等不利于建设

信关站的区域），难以真正地实现的全球无缝覆盖。

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后续的R19版本将重点聚焦再生模式的NTN研究，计划攻克用户和通信链路

移动性管理难题，利用星间链路加强卫星间的协同，进一步增强上行和下行覆盖，

实现全球无缝覆盖、更快数据速率、更大网络容量，助力汽车、无人机等新型终

端设备获得可靠连接。同时，R19版本将增加卫星通信的新场景，包括不连续链

路存储和转发的物联网应用、独立运行的GNSS、卫星接入的定位增强、同一卫

星下的UE组间通信等。

此外，ITU也在为IMT-2020技术方案的收集召集各标准化组织提交就卫星

无线接口技术（SRIT）的备选方案及相关评估，将在2023年12月的ITUWP4B

大会处理。3GPP承接此要求在接入网侧已于2023年3月展开专项研究，该项目

基于R17版本的NRNTN及IoTNTN按照ITU要求进行相关自评估，预计将于2023

年12月基于相关评估结果向ITU提交3GPP的卫星接入技术备选方案。

3.2CCSA标准进展

作为国内行业标准的主要阵地，CCSA主要参考3GPP规范，面向国内运营商

的实际需求，在5GNTN标准方面，当前其主要聚焦透明转发、低轨卫星NR互联

网、IoTNTN等三个技术方向，基于3GPP标准进行国内定制化工作。具体包括：

一是鉴于透传转发模式对卫星和网络运维要求低、易运维，当前主要推荐采

用透明转发模式进行NTN初步部署。

二是考虑到国内LEO卫星资源受限、产业链不成熟、GEO卫星和频谱资源已

初具条件，建议在无线接入层面重点关注IoTNTN的空口支持，在核心网层面同

时支持IoTNTN和NRNTN两种业务类型，正完备NTN窄带物联的行标体系。

三是全力推进卫星互联网技术标准化，鉴于CCSA覆盖无线、核心网和承载

网全的优势，组织制定完整的国内卫星互联网标准，后续向3GPP贡献国内方案。

与此同时，CCSA充分考虑到国内运营商的高轨卫星优势，立足国内现状，

推动国内标准化方案。其中无线通信技术委员会（TC5）和航天通信技术（TC12）

紧跟技术发展，配合产业需求，基于国内外动态，提出首波卫星业务主要是面向

IoTNTN的物联网服务，未来演进NRNTN，以此全面推进国内的5G卫星行标标

准工作。

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中国电信发挥既有卫星又有地面网的优势，先行布局IoTNTN技术体系，牵

头NTN窄带物联标准体系，通过《基于非地面网络（NTN）的物联网窄带接入

（NB-IoT）接入网总体技术要求（第一阶段）》等五项接入网行业标准立项，包

括“接入网总体技术要求、卫星接入节点设备技术要求、卫星接入节点设备测试

方法、终端设备技术要求和终端设备测试方法”等。该系列行标主要参考3GPPR17

及R18的NTN物联网技术，将NB-IoT与卫星通信结合，助力我国构建天地一体

的窄带物联网络。在核心网方面，通过立项《基于非地面网络的物联网窄带接入

（NB-IoT）核心网技术要求和测试方法（第一阶段）》标准，启动配套核心网行

标规范工作，明确和完善IoTNTN对于核心网的技术要求，推动IoTNTN技术在

我国的应用落地。

在宽带NRNTN行标领域，中国电信一是牵头了基于R17NTN核心网总体技

术的《支持卫星接入的5G核心网技术要求（第一阶段）》行标立项，主要研究注

册区域分配与管理、移动性限制及基于UE位置的接入控制等关键技术；二是联

合中国信通院提交第一阶段技术要求的测试方法立项，研究和完善测试用例；三

是完成《支持卫星接入的5G核心网技术要求（第二阶段）》的行标立项，研究非

连续卫星覆盖下的终端移动性管理和星上用户面边缘计算和数据交换技术等。

在天地一体频率领域，中国电信在TC5牵头了《IMT地面网络与未来NTN卫

星网络邻频共存兼容性研究》行标立项，在TC12牵头了《基于高低轨协同的天

地一体组网技术研究》、《面向多种应用场景的星地融合终端技术研究》等行标立

项，从频率、组网、终端提升等各个维度开展科研布局，推动天地一体星地融合

技术进展。

3.35GNTN当前挑战

自3GPPR15版本开始，5GNTN便被纳入5G标准体系，并将在5GAdvanced

中持续演进。在R17基础上，NTN覆盖增强、移动性增强、物联网增强、高低协

同等技术方面尚有诸多待进一步成熟和完善之处。

后续，3GPP将兼顾5GNTN中的遗留问题和6G需求，在5GAdvanced标准

中开展持续研究，主要将聚焦：

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1.时域方面。由于高低轨卫星的传播延时存在较大差异，终端需要具备大范

围动态调整上行定时提前参量的能力。同时低轨卫星的快速移动，需要终端具备

短时间内完成大范围的TA调整能力。另外，时延的大范围波动还会影响HARQ

过程，不同传播时延的链路应适配灵活的HARQ进程数量以满足业务要求。

2.频域方面。卫星通信涉及到了多个频段的管理和协同，复杂程度远高于地

面网络。针对L/S/Ka/Ku等卫星频段，首先应关注解决干扰共存问题，其次为提

高无线频谱的利用效率，卫星频率和地面网频率间的干扰共存和资源协调具有较

大挑战。

3.芯片及终端方面。卫星网络要求终端提供更大的发射功率来弥补卫星上行

链路信号衰减的问题。在标准演进中，需设计适应卫星环境的无线测量机制，结

合位置、星历等信息有选择地切换终端的工作状态和无线测量方式。同时，考虑

到语音业务对于卫星移动通信网络的重要性，以及国内星座规模及容量较小，需

强化信源编解码解决方案及端网协同解决方案的研究。另外，单模5GNTN芯片

会增加消费者购机成本，规模推广受限，采用5GNTN芯片与5G芯片的一体化设

计和融合，借助5G产业完成NTN技术的快速推广是较为经济的解决途径。

4.网络架构方面。未来，再生模式是将地面移动网络能力加载到卫星的基础

技术，但亟需解决大量快速移动的低轨卫星给5G网络架构带来的影响。首先应

关注和解决运动中无线网与核心网之间连接的动态变化导致的通信效率问题，其

次应关注和解决UE不断变换连接的卫星带来的移动管理问题，最后应关注和解

决星间链连接拓扑的动态变化带来的承载切换导致的QoS不稳定问题。在当前

R17版本下，再生网络模式暂不成熟，透传模式是更可靠的选择。故当前阶段，

基于透传模式构建5GNTN网络，与地面5G网络融合，将是运营商重点关注事项。

5.网络功能方面。目前较成熟的IoTNTN技术从NB-IoT演进而来，NB-IoT

基于地面网络环境设计，仅支持小数据和短信业务，暂不支持语音业务。考虑到

语音业务对于NTN进手机直连市场的重要推进作用，需重点关注通过增强IoT

NTN核心网能力，实现对语音业务的支持。相较地面网络，卫星移动通信网络在

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传播延迟、链路预算、多普勒频偏、移动性管理和大半径小区等方面均存在较大

差异，业界应关注和进一步优化时延、覆盖、移动性、调度、信令裁剪等技术。

6.卫星共享方面。考虑到中低轨卫星系统重点在于全球覆盖，其商业闭环需

要基于全球市场统筹考虑，为提升卫星投资效率，卫星运营商需重点解决卫星与

跨国地面运营商新型组网模式下的网络、频率、承载、信关站等共建共享策略和

运营主体的权益等。

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第四章5GNTN组网架构

4.15GNTN网络架构概述

从标准组角度，5GNTN技术适用于高轨、低轨等多种星座部署场景，是实

现星地网络融合发展的可行技术路线。5GNTN网络分为用户段、空间段和地面

段三部分。其中用户段由各种用户终端组成，包括手持、便携站、嵌入式终端、

车载、船载、机载终端等；空间段即星座中的所有卫星,作为通信中继站,提供用

户段与地面段之间的连接，卫星可以是高轨卫星、中轨卫星或低轨卫星；地面段

包含信关站、网络设备、卫星控制中心、测控站及地面支撑网等，用户通过地面

段接入核心网。除此之外，地面段还包含对空间段的测控、网络运行管理及用户

管理等功能。整体架构如图10所示。

图10卫星网络分层架构示意图

5GNTN网络基于不同的应用场景与差异化的用户需求为，聚焦数据业务传

输、短消息交互以及语音通话等功能，支持多体制融合、多形态终端、多场景漫

游、灵活自主可控。针对5GNTN，3GPP提出了两种架构模式，透明转发和星上

再生。如图11和图12所示。

1.透明转发架构中，终端与地面基站之间通过服务链路和馈线链路连接，卫

星提供射频中继转发功能，实体卫星和地面网关对数据流转发过程透明。该架构

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可应用于新发射卫星技术体制，也可复用现有卫星资源（具备透明转发能力），

利于5GNTN快速商业落地。

图115GNTN透明转发架构

2.星上再生架构中，5GNTN基站功能集成到卫星侧,如图12所示。该架构

具有灵活组网、传输时延低、支持跳波束资源灵活调度的特点，但技术复杂度和

卫星成本较高。

图125GNTN可再生网络架构

4.25GNTN组网架构展望

在推进天地一体网络建设工作中，面对“天星”、“地网”体制分离的现实问

题，中国电信结合地面网络和卫星网络的双重运营经验，基于5GNTN技术标准，

提出星地漫游和星地融合两种网络架构。

1.星地漫游

星地漫游场景下，5GNTN网络与地面蜂窝网络之间通过国际漫游/省间漫游

实现用户的自主接入，实现星地网络的能力协同。用户可在5GNTN网络和地面

蜂窝网络间漫游，5GNTN网络用户可根据自身需求漫入地面蜂窝网络，通过地

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面蜂窝网络使用高清语音、视频通话、数据传输等业务；地面蜂窝网络用户可在

无覆盖或应急场景下漫入5GNTN网络，使用短信、语音、低速数据等业务。星

地漫游网络架构如图13和图14所示。

图135GNTN用户漫游到地面蜂窝网络架构

图14地面蜂窝网络用户漫游到5GNTN网络架构

2.星地融合

星地融合是星地漫游网络架构的进一步演进，在星地融合网络架构中，卫星

作为一种接入方式经信关站连接到天地一体化核心网，为用户提供无差别化的基

础通信业务和增值业务，同时可为行业专网客户提供卫星5GLAN、星上边缘计

算和切片等业务。天地一体阶段的网络架构如图15所示。

中国电信星地融合网络架构将实现5GNTN卫星网络与地面蜂窝网络的深度

融合，提供弹性可重构的灵活组网能力，支持星地网络节点功能的柔性分割，实

现星地多层网络间自适应路由，支持星地一体灵活部署及灵活迁移，通过智能网

络统一管理系统，实现星地网络资源协同调度及频谱资源高效利用。以汽车直连、

手机直连为代表的终端用户可以无感接入最合适的网络节点，并在星地间无缝切

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换。相比传统地面网络架构及星地漫游网络架构，星地融合网络架构提供的无处

不在、无感接入、无缝切换的通信网络服务，将构建起性能更优异的独特竞争优

势。

图15星地融合网络架构

对于5GNTN来说，受限于标准不完善、端到端产业不成熟，整体来看，其

网络架构前期应以透明转发为主，构建星地漫游网络架构；后期随着卫星技术、

星上再生技术的成熟，再按需调整网络架构部署形态，逐步迁移到星地融合上来，

真正实现星地一体无缝切换。

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第五章5GNTN技术思考及实践

中国电信在5GNTN技术体制演进上持续探索，联合端到端行业合作伙伴，

从芯片、终端、无线网、核心网、容量评估和测试验证等维度不断推进5GNTN

技术和产业成熟，为未来5GNTN商用打造核心能力。

5.1芯片一体化增强

5GNTN芯片的繁荣对5GNTN产业发展具有重要意义。目前来看，对于5GNTN

芯片，已有IoTNTN单模芯片商用，但NRNTN芯片暂时未商用，各大芯片厂商

均处于探索和实验阶段。

考虑到现有5G技术广泛应用，5G芯片产业成熟，因此，实现5GNTN与5G

芯片的一体化，借助5G芯片的规模效应，实现5GNTN技术的快速推广，将是芯

片发展的必由之路。接下来，本白皮书将从射频、基带、软件、成本、功耗等几

个方面来探讨5GNTN芯片一体化方案的可行性。

1.从射频来看，5GNTN支持的频段集中在L/S/Ka频段，目前5G芯片在FR1

（6GHz以下）频段较为成熟，可平滑升级支持L/S频段；对于Ka频段，随着5G

芯片在FR2（24.25GHz~52.6GHz）频段的逐渐成熟，其融合进5G芯片也将具有

相当可行性。对于IoT芯片，主要包括NB-IoT、CatM、Cat1等类型，支持L/S

频段，不支持Ka波段。

2.从基带来看，5GNTN要求芯片能够读取并解析星历信息、获取自身所处

位置、预补偿终端和卫星之间的时延，以及纠正多普勒频偏。5G芯片一般通过

软件升级即可满足以上要求，IoT芯片则有所区别，部分IoT芯片采用软架构基

带，可通过软件升级，支持计算和预补偿终端和卫星之间的时延，以及多普勒频

偏。

3.从软件来看，对于IoTNTN，需要芯片支持4G/5G协议栈，对于NRNTN，

需要芯片支持5G协议栈。目前5G芯片支持4G/5G协议栈，IoT芯片目前以支持

4G协议栈为主，未来支持5G协议栈需要做软件升级。

4.从成本来看，需要芯片支持GNSS能力。目前大部分5G芯片和部分IoT

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芯片支持GNSS能力，但是对于没有集成GNSS能力的芯片，需要额外增加支持

GNSS能力带来的成本。

5.从功耗来看，目前5G芯片和IoT芯片支持C-DRX、eDRX及PSM等蜂窝省

电技术，这些技术都可以平滑迁移到NTN中达到省电的效果。

根据上述分析，无论是5G芯片还是IoT芯片，都能平滑演进支持L和S频

段的NTN通信，可以借助现有蜂窝通信中的省电技术节省功耗，但是面临一定的

软件升级和成本增加，比如增加GNSS芯片组和5G协议栈软件升级等，后续需持

续开展芯片一体化的研发及测试工作。

5.2终端模组增强

5GNTN网络，特别是IoTNTN网络，由于系统带宽小、信号衰减大，其速

率、容量等性能受到限制，因此，需要终端侧适应性增强以与网络侧实现端网协

同，共同保障短信、语音等业务性能。

5.3.1语音编码增强

常见的语音编码方案有AMR-NB（4.75~12.2kbps），AMR-WB（6.6~23.85kbps），

EVS-NB（5.9~24.4kbps）和EVS-WB（5.9~128kbps）。对于NRNTN，其上下行速

率较高，上述语音编码方案中的低速率模式可以适用，若NRNTN的带宽能够进

一步增强，上述语音编码方案中的高速率模式也将可以应用。但是，对于IoTNTN，

因为带宽受限，如果承载语音业务，需采用2.4kbps/1.2kbps或者更低速的语音

编码方案。低速语音编码虽然解决了带宽受限问题，但是却导致语音质量下降。

因此，开展低速语音编码方案研究，在降低语音编码速率的同时，尽可能地保证

语音质量，对于IoTNTN具有重要意义。

低速语音编码方案主要有波形编码、参数编码、混合编码。其中，波形编码

语音质量好，但是编码速率高；参数编码相比波形编码速率较低，但语音质量一

般没有波形编码好；混合编码结合了波形编码和参数编码的优势，可在低编码速

率条件下尽量实现较好的语音质量，是未来低速语音编码方案的重要方向之一。

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近年来，随着AI技术大力发展，通过AI预训练语音编解码大模型，可进一

步降低语音编解码速率，其理论极限已被论证可降低至0.1kbps。此外，在接收

端通过AI模型亦可对语音进行降噪，从而提高语音质量，以满足高轨卫星低速

率高质量语音通话需求。

低速语音编解码方案如下图所示，其中，低速语音编解码器部署于终端和

IMS语音网关中。在终端和IMS语音网关间，语音流采用低速语音编解码方案，

在IMS语音网关，实现低速语音编码和标准语音编码之间的转换。

图16低速语音编解码方案网络架构

5.3.2端网协同增强

5GNTN网络资源有限，接入的终端数量大、种类多，为满足不同场景和不

同用户的差异化服务需求，需合理规划网络资源，实现终端和网络有效协同。端

网协同，即网络根据网络资源状态和相关策略，实时优化不同终端模组的资源使

用情况，达到网络资源利用合理化的目的。

图17端网协同方案

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如上图所示，端网协同策略下，网络可下发命令至终端，控制终端网络交互

及数据上报。具体来说，端网协同包括拥塞控制、搜网控制和终端信息上报等需

求。

1.拥塞控制

5GNTN作为地面网络的补充，资源宝贵，可以为有限用户提供服务，当发

生拥塞时，如何为用户合理分配资源，对某些场景如抢险救灾至关重要。

中国电信5GNTN网络方案中，通过以下三种方式，实现基于用户，业务和

拥塞程度的精准控制：

划分用户优先级：对于抢险救灾，海外作业等危险场景的用户，提供高

优先级服务，其他用户根据使用场景再划分为多个等级。

拥塞程度判决：网络侧实时监控无线资源状态，根据无线资源使用状态

判决拥塞等级，不同的拥塞等级采取不同的拥塞控制策略。

划分业务优先级：将语音、短信、数据、位置上报等业务划分不同的优

先级，结合拥塞程度，做进一步精准的业务控制。

2.搜网控制

洪水或者地震等重大灾害，会破坏地面网络通信设施，终端如果继续采用原

有的搜网策略，会造成较大的搜网时延。在灾害发生时，网络检查通信设施状态，

在地面网络失效区域设置电子围栏。电子围栏中的终端优先搜索并使用5GNTN

网络，同一波束下的其他区域优先搜索并使用地面网络，从而达到网络资源向灾

区倾斜的目的。

3.终端信息上报

终端网络状态信息上报对于网络优化至关重要，网络可以动态控制上报的信

息种类和时机，实现后续扩展应用。

终端身份信息的上报，如IMEI，网络可以通过此类信息核实终端是否合

法，维护网络环境。

无线参数的上报，如RSRP、SINR等，网络可以通过此类信息获取到地

面的无线情况，从而实现无线网络的自动优化，如不同波束、区域的功

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率灵活调整等。

5.3无线空口增强

为适应卫星移动通信场景的大链路延时、大多普勒频偏的特点，5GNTN在

地面蜂窝技术基础上进行了时频同步以及时序关系增强，使得地面空口技术顺利

扩展到卫星移动通信场景。

1.时频同步增强。频域同步方面，终端和网络均具备频率预补偿能力，可抵

消多普勒效应导致的频率偏差。时域同步方面，终端可基于GNSS信息、系统消

息下发的星历信息或轨道信息进行时间补偿，实现时间同步。

2.时序关系增强。为适配卫星通信中的大尺度时延，引入K_offset、K_mac

定时参数等，优化卫星场景大RTT往返时延下的调度时序，同时，终端可以上报

定时提前量，为基站进行时序关系增强提供基础。

通过以上增强，无线空口初步具备了应用于卫星场景的能力。然而，在实际

运营中，5GNTN需面向手机直连、车联网、物联网等场景，支持短信收发、语

音通话、数据上网等多种业务。为满足多样化业务需求，5GNTN无线空口需持

续推进技术迭代，并重点从无线承载、时延、覆盖、移动性、调度和信令裁剪等

方面，不断优化自身性能。

1.无线承载优化

IoTNTN无线数据传输支持CP模式和UP模式，CP模式支持数据通过NAS

信令传输，可承载数据少，适合物联网突发小包业务；UP模式通过建立正常的

数据无线承载DRB进行数据传输，适合持续性数据业务。

UP模式支持两个DRB，可分别用于承载语音信令和语音码流，通过为每个

DRB配置不同的属性，如UM/AM模式、QCI/优先级等，可以有效满足语音码流和

信令两种数据对传输和承载的不同要求。例如，可以为语音码流DRB配置较高的

优先级，保证语音数据能够得到更多的调度机会，保证语音传输的及时性。也可

以为语音码流DRB配置UM模式，减少RLC层信令交互，有效降低系统的负荷。

对于卫星移动通信而言，语音业务是一类重要业务，有必要推动IoTNTN

尽快支持UP模式以满足语音业务要求。

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2.业务时延优化

使用卫星中继会引入较大的空口时延，高轨卫星的RTT往返时间约500ms。

对语音业务，实时性要求较高，但可以容忍一定程度的丢包率。基于此特点，引

入HARQ关闭功能以降低传输时延，使类似语音需求的业务可以适用于卫星通信

场景。

在HARQ关闭时，上下行调度不考虑数据错误和重传，下行调度可以在上一

次下行调度的PDSCH发送完成之后立即开始发送，省略等待上行HARQ反馈的过

程，节省确认时间。上行调度可以在UE发送完上行数据后立即开始，节省上行

数据空口传输时间。

3.覆盖能力优化

星地大尺度传输衰落会影响无线电信号接收，特别是对于NRNTN系统，由

于带宽较大，终端发射功率较低，造成上行信道容易受限。针对NRNTN技术，

需要进行上行覆盖增强，可引入公共PUCCH重复发送功能及PUSCHDMRS绑定功

能，基于卫星移动通信特点做针对性增强以提升覆盖能力。

关于PUCCH的覆盖增强，传统地面网络已支持专用PUCCH重复发送，可以复

用到NTN中。但对于公共PUCCH，则没有重复发送机制，这意味着公共PUCCH的

覆盖性能难以满足NTN的需求。为应对此问题，需引入公共PUCCH重复传输功能。

PUSCHDMRS绑定已在地面网络中已经得到了支持，但在NTN网络中，卫星

的高速移动可能带来定时漂移，从而导致传输信号随着时间发生相位旋转。当相

位旋转大于一定门限，DMRS绑定所需满足的相位连续性会被破坏。为尽量在较

长的时间窗内进行DMRS绑定以获取较高的增益，NTN用户需支持预补偿能力来

应对定时漂移带来的相位旋转，使其误差小于相位连续性所需门限。

4.移动性优化

在卫星移动通信场景中，考虑到卫星具有高动态性、LOS信道等特点，需开

展移动性（重选或切换）优化。

NTN以LOS信道为主，信道衰落与用户到卫星的距离强耦合。因此，在NTN-NTN

移动性场景中，可引入基于用户位置的小区重选和条件切换机制。当用户到参考

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点的距离满足一定条件的情况下，可触发小区重选或者条件切换。同时，也可基

于卫星实时空间位置来触发小区重选或条件切换。此外，在NTN中，还要考虑馈

线链路（卫星与地面网关）的切换。NTN可以支持硬切换和软切换。在硬切换中，

卫星在同一时间只能连接一个地面网关。在软切换中，卫星可以在一段时间内同

时连接超过一个地面网关。馈线链路切换的时间点由NTN网络确定，用户的上下

文信息可通过NG接口或Xn接口在基站间传递。

在NTN-地面网移动性场景中，NTN覆盖区域周边不一定有地面网覆盖。为避

免不必要的地面蜂窝小区测量，需引入新的SIB信息广播地面网覆盖信息。当周

边无地面网覆盖时，用户无需进行地面网邻小区测量。

此外，为了针对低轨卫星移动通信场景进行适应性优化，还需引