IMT-2020(5G)推进组：卫星接入网络架构及关键技术使能增强研究 2024

1 1 1 3 4 4 4 5 5 7 7 7 7 9 12 26 27 28 291 ITU-R第4研究组和WP4B工作组，致力于推动5G与卫星通信的深度融合。ITU制定了IMT-2020标准，提供了全球适用的技术规范，关于空天地一体化网络的项目，成功推出了ITU-TY32002 将重点关注更高级的用例和需求，如再生转NTN）接入网络架构两种模式：透明转发模式和再生转发模式。IEEE通过其未来网络计划，积极推动5G与卫星通信的标准化和技术开发。IEEECCSA也在推动5G和卫星整合的标准化方面做出了重要贡献。CCSA内的多个工3 5G与卫星通信的融合正处于快速发展的阶段。通过技术创新和标准化推动，全球4 等一系列新兴应用场景，提出了新的业务需求，需要进行5G卫星接入网络物联网（InternetofThings，IoT）服务提供商通过访问移动通信网络，为其客户在面移动网络的覆盖范围，通过卫星接入的方式可以为上建立连接并接入移动通信网络。基于一个或多个卫星的星座可以为终端（UE）提供连作为独立服务的卫星网络，通过漫游协议支持终端到其他地面移动通信网务的移动通信系统可提供基于卫星接入的mMTC和/或NB-IoT服务。5 通过引入卫星接入方式，支持mMTC和/或NB-IoT服务的终端可通过卫星接入网络使用mMTC和/或NB-IoT服务。为保证车辆导航系统中的道路信息、交通规则的时效性，卫星接入网络需支持通过全球导航卫星系统进行精确的定位和导航，并根据卫星提供的定位数据实时更新电子地图。为支持车联网信息传输，卫星接入网络可以作为补充手段，提供车辆之间、车辆与基础设施之间的信息传输，如危险预警、路况信息等。卫星接入方式的车联网可满足偏远地区以及自然灾害导致地面通信网络瘫痪的入网络需要能够保证车辆与外界的联系，并通过卫星等非地面网络拨打紧急电话，呼叫救援。同时，车辆制造商和车联网服务提供商需支持通过卫星接入网络对车辆进行远程监控，实时获取车辆运行状态，提供远程支撑能力。6 要的通信支持，确保无人机和飞行汽车在缺乏地面网络覆7 主要用于低功耗广域网络物联网应用，通过卫星接入网络提供广泛覆盖。基于NTN再生转发模型，结合新兴的卫星通信典型应用需求车载终端、机载终端、船载终端、无人机、8 不同轨道或者相同轨道的卫星通过星间链路（ISL,Inter每一层轨道卫星可以根据星上载荷能力及业务需求部署相S-gNB/S-eNB：卫星上部署的基站，负责对于IoTNTN场景，星载基站为S-eNB，星载E核心网功能，以减少延迟、优化带宽、增强对于IoTNTN场景，地面为EPC核心网络，负责集中管理整个网络的控制面和用9 用户段特征：终端直连卫星终端直连卫星是指移动终端设备通过内置的空间段特征：再生模式增强本架构支持UPF上星以及边缘计算服务上星，如下图所示。的数据通过星间链路传输，N1/N2接口以及N4接口的消息通过馈关传输至地面核心网。通过将UPF和EAS部 基于再生模式的星地融合网络漫游架构可概括为卫星网 通终端、北斗终端都属于这种模式。双模终 力，卫星+地面双模终端产业生态相对封闭。可以直连卫星。卫星通信运营企业与地面运营商进行务频率，将基站搬到距离地面几百公里的太空，实现 运营商将能获得地面网络频点授权和使用权，将分配给地移动通信系统透明转发通道，提供卫星直连服 该方案适配高轨/低轨接入场景。采用3GPPNTN协议，将手机直连卫星通信体制理过程或者设计新的N2/S1连接管理过程来维护基基站在不同的地面站转换，或者服务的跟踪区域发生生变化时，基站可以让终端先进入空闲态，或者通过可以通过配置信息，或者基站上报的方式，核心 能够提供可靠的通信服务。理论上，一颗G语音、短信和视频等多媒体服务，并实现运整个呼叫建立过程的时延显著增加。包括呼叫发起、认等步骤，由于信令交换时间的延长，导致通话建立误码率和信号衰减导致信令消息可能需要多次重传和 延。资源分配和调度的延迟也影响了呼叫建立速度卫星系统中，由于带宽限制，支持这些高比特率编码为应对这些挑战，可以从终端、IMS平台及语-引入HARQdisable等技术 存储转发模式的卫星，业务的传输过程较长，一般若终端-1和终端-2都是通过卫星接入的网络的终端，则终端-1与终端-2间进行语图14终端-1与终端-2间语音通话信的优化方案：当卫星-1和卫星-2是相同的卫星，或者，卫星-1和卫星-2间可以通过 为了实现终端-卫星-终端通信，需要将部分核心20 由于IMSAGW部署在卫星上，当通信双方支持的语音编解码方式不同时，可以由IMS21 卫星接入网络下核心网漫游，支持归属网络方用户在22 家运营商的不同网络。终端基于星上共享基站广播的多个P业务连续性是指用户在移动时，保持以手持终端为主的NTN终话进行中时，NTN终端移动到信号弱或速率低的地面网络覆盖区域，但该区域的卫星2）卫星接入移动到地面网络：NTN终端通过卫星接入建立23 端移动到信号弱或速率低的卫星接入覆盖区域（或卫星相对地面移动但该区域的其入下小区或跟踪区对应的地理区域范围较大，基于位置选择的NF，在后续移动到地面采用星地双连接等方式，保证星地业务连续，同时尽可为了保障终端在星地移动时的业务连续性，在NF选在3GPPR17NTN的终端位置验证中，终端通过接入层上报终端粗略位置（CoarseLocation）给基站，基站根据终端上报的粗略位置确定用户位置信息（user24 在R18IoTNTN的终端位置验证中，标准提出了终端通过非接入层（Non-Access对于R18IoTNTN的位置上报方法（即通过NAS核心2）终端和核心网确定非连续覆盖持续时长和开始时间信息，该信始时间为终端设置移动性管理参数，如周期性注册时长、扩展非连续MICO）模式配置等，避免网络侧对处于无覆盖区域的终端持续进行寻呼25 26 和地面段三段进行设计，适用于不同类型的NTN终端，兼容了不同连卫星、存量终端直连卫星以及NTN终端直连卫星三种终端直非连续覆盖、业务连续性、位置验证、星上存储转发和终端27 缩略语简表NTNMobileInitiatedConnectUpLinkClassifierIntermediateUserPlanNASextendeddiscontinuomassiveMachineTypeNB-IoTNarrowBandInternetofThings28