IMT-2020(5G)推進(jìn)組：衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)使能增強(qiáng)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研究組和WP4B工作組，致力于推動(dòng)5G與衛(wèi)星通信的深度融合。ITU制定了IMT-2020標(biāo)準(zhǔn)，提供了全球適用的技術(shù)規(guī)范，關(guān)于空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)目，成功推出了ITU-TY32002 將重點(diǎn)關(guān)注更高級(jí)的用例和需求，如再生轉(zhuǎn)NTN）接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩種模式：透明轉(zhuǎn)發(fā)模式和再生轉(zhuǎn)發(fā)模式。IEEE通過(guò)其未來(lái)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，積極推動(dòng)5G與衛(wèi)星通信的標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)開(kāi)發(fā)。IEEECCSA也在推動(dòng)5G和衛(wèi)星整合的標(biāo)準(zhǔn)化方面做出了重要貢獻(xiàn)。CCSA內(nèi)的多個(gè)工3 5G與衛(wèi)星通信的融合正處于快速發(fā)展的階段。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)，全球4 等一系列新興應(yīng)用場(chǎng)景，提出了新的業(yè)務(wù)需求，需要進(jìn)行5G衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）服務(wù)提供商通過(guò)訪問(wèn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，為其客戶在面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，通過(guò)衛(wèi)星接入的方式可以為上建立連接并接入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。基于一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星的星座可以為終端（UE）提供連作為獨(dú)立服務(wù)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)漫游協(xié)議支持終端到其他地面移動(dòng)通信網(wǎng)務(wù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)可提供基于衛(wèi)星接入的mMTC和/或NB-IoT服務(wù)。5 通過(guò)引入衛(wèi)星接入方式，支持mMTC和/或NB-IoT服務(wù)的終端可通過(guò)衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)使用mMTC和/或NB-IoT服務(wù)。為保證車(chē)輛導(dǎo)航系統(tǒng)中的道路信息、交通規(guī)則的時(shí)效性，衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)需支持通過(guò)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行精確的定位和導(dǎo)航，并根據(jù)衛(wèi)星提供的定位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新電子地圖。為支持車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息傳輸，衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)可以作為補(bǔ)充手段，提供車(chē)輛之間、車(chē)輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息傳輸，如危險(xiǎn)預(yù)警、路況信息等。衛(wèi)星接入方式的車(chē)聯(lián)網(wǎng)可滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)以及自然災(zāi)害導(dǎo)致地面通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓的入網(wǎng)絡(luò)需要能夠保證車(chē)輛與外界的聯(lián)系，并通過(guò)衛(wèi)星等非地面網(wǎng)絡(luò)撥打緊急電話，呼叫救援。同時(shí)，車(chē)輛制造商和車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商需支持通過(guò)衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，提供遠(yuǎn)程支撐能力。6 要的通信支持，確保無(wú)人機(jī)和飛行汽車(chē)在缺乏地面網(wǎng)絡(luò)覆7 主要用于低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，通過(guò)衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)提供廣泛覆蓋?；贜TN再生轉(zhuǎn)發(fā)模型，結(jié)合新興的衛(wèi)星通信典型應(yīng)用需求車(chē)載終端、機(jī)載終端、船載終端、無(wú)人機(jī)、8 不同軌道或者相同軌道的衛(wèi)星通過(guò)星間鏈路（ISL,Inter每一層軌道衛(wèi)星可以根據(jù)星上載荷能力及業(yè)務(wù)需求部署相S-gNB/S-eNB：衛(wèi)星上部署的基站，負(fù)責(zé)對(duì)于IoTNTN場(chǎng)景，星載基站為S-eNB，星載E核心網(wǎng)功能，以減少延遲、優(yōu)化帶寬、增強(qiáng)對(duì)于IoTNTN場(chǎng)景，地面為EPC核心網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)集中管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制面和用9 用戶段特征：終端直連衛(wèi)星終端直連衛(wèi)星是指移動(dòng)終端設(shè)備通過(guò)內(nèi)置的空間段特征：再生模式增強(qiáng)本架構(gòu)支持UPF上星以及邊緣計(jì)算服務(wù)上星，如下圖所示。的數(shù)據(jù)通過(guò)星間鏈路傳輸，N1/N2接口以及N4接口的消息通過(guò)饋關(guān)傳輸至地面核心網(wǎng)。通過(guò)將UPF和EAS部 基于再生模式的星地融合網(wǎng)絡(luò)漫游架構(gòu)可概括為衛(wèi)星網(wǎng) 通終端、北斗終端都屬于這種模式。雙模終 力，衛(wèi)星+地面雙模終端產(chǎn)業(yè)生態(tài)相對(duì)封閉?？梢灾边B衛(wèi)星。衛(wèi)星通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)與地面運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行務(wù)頻率，將基站搬到距離地面幾百公里的太空，實(shí)現(xiàn) 運(yùn)營(yíng)商將能獲得地面網(wǎng)絡(luò)頻點(diǎn)授權(quán)和使用權(quán)，將分配給地移動(dòng)通信系統(tǒng)透明轉(zhuǎn)發(fā)通道，提供衛(wèi)星直連服 該方案適配高軌/低軌接入場(chǎng)景。采用3GPPNTN協(xié)議，將手機(jī)直連衛(wèi)星通信體制理過(guò)程或者設(shè)計(jì)新的N2/S1連接管理過(guò)程來(lái)維護(hù)基基站在不同的地面站轉(zhuǎn)換，或者服務(wù)的跟蹤區(qū)域發(fā)生生變化時(shí)，基站可以讓終端先進(jìn)入空閑態(tài)，或者通過(guò)可以通過(guò)配置信息，或者基站上報(bào)的方式，核心 能夠提供可靠的通信服務(wù)。理論上，一顆G語(yǔ)音、短信和視頻等多媒體服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)整個(gè)呼叫建立過(guò)程的時(shí)延顯著增加。包括呼叫發(fā)起、認(rèn)等步驟，由于信令交換時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)致通話建立誤碼率和信號(hào)衰減導(dǎo)致信令消息可能需要多次重傳和 延。資源分配和調(diào)度的延遲也影響了呼叫建立速度衛(wèi)星系統(tǒng)中，由于帶寬限制，支持這些高比特率編碼為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，可以從終端、IMS平臺(tái)及語(yǔ)-引入HARQdisable等技術(shù) 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式的衛(wèi)星，業(yè)務(wù)的傳輸過(guò)程較長(zhǎng)，一般若終端-1和終端-2都是通過(guò)衛(wèi)星接入的網(wǎng)絡(luò)的終端，則終端-1與終端-2間進(jìn)行語(yǔ)圖14終端-1與終端-2間語(yǔ)音通話信的優(yōu)化方案：當(dāng)衛(wèi)星-1和衛(wèi)星-2是相同的衛(wèi)星，或者，衛(wèi)星-1和衛(wèi)星-2間可以通過(guò) 為了實(shí)現(xiàn)終端-衛(wèi)星-終端通信，需要將部分核心20 由于IMSAGW部署在衛(wèi)星上，當(dāng)通信雙方支持的語(yǔ)音編解碼方式不同時(shí)，可以由IMS21 衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)下核心網(wǎng)漫游，支持歸屬網(wǎng)絡(luò)方用戶在22 家運(yùn)營(yíng)商的不同網(wǎng)絡(luò)。終端基于星上共享基站廣播的多個(gè)P業(yè)務(wù)連續(xù)性是指用戶在移動(dòng)時(shí)，保持以手持終端為主的NTN終話進(jìn)行中時(shí)，NTN終端移動(dòng)到信號(hào)弱或速率低的地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，但該區(qū)域的衛(wèi)星2）衛(wèi)星接入移動(dòng)到地面網(wǎng)絡(luò)：NTN終端通過(guò)衛(wèi)星接入建立23 端移動(dòng)到信號(hào)弱或速率低的衛(wèi)星接入覆蓋區(qū)域（或衛(wèi)星相對(duì)地面移動(dòng)但該區(qū)域的其入下小區(qū)或跟蹤區(qū)對(duì)應(yīng)的地理區(qū)域范圍較大，基于位置選擇的NF，在后續(xù)移動(dòng)到地面采用星地雙連接等方式，保證星地業(yè)務(wù)連續(xù)，同時(shí)盡可為了保障終端在星地移動(dòng)時(shí)的業(yè)務(wù)連續(xù)性，在NF選在3GPPR17NTN的終端位置驗(yàn)證中，終端通過(guò)接入層上報(bào)終端粗略位置（CoarseLocation）給基站，基站根據(jù)終端上報(bào)的粗略位置確定用戶位置信息（user24 在R18IoTNTN的終端位置驗(yàn)證中，標(biāo)準(zhǔn)提出了終端通過(guò)非接入層（Non-Access對(duì)于R18IoTNTN的位置上報(bào)方法（即通過(guò)NAS核心2）終端和核心網(wǎng)確定非連續(xù)覆蓋持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和開(kāi)始時(shí)間信息，該信始時(shí)間為終端設(shè)置移動(dòng)性管理參數(shù)，如周期性注冊(cè)時(shí)長(zhǎng)、擴(kuò)展非連續(xù)MICO）模式配置等，避免網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)處于無(wú)覆蓋區(qū)域的終端持續(xù)進(jìn)行尋呼25 26 和地面段三段進(jìn)行設(shè)計(jì)，適用于不同類(lèi)型的NTN終端，兼容了不同連衛(wèi)星、存量終端直連衛(wèi)星以及NTN終端直連衛(wèi)星三種終端直非連續(xù)覆蓋、業(yè)務(wù)連續(xù)性、位置驗(yàn)證、星上存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和終端27 縮略語(yǔ)簡(jiǎn)表NTNMobileInitiatedConnectUpLinkClassifierIntermediateUserPlanNASextendeddiscontinuomassiveMachineTypeNB-IoTNarrowBandInternetofThings28