本文参考3GPP规范：

【1】《TS 38.300 V18.4.0 NR; NR and NG-RAN Overall Description; Stage2》

1. 概述

图1展示了一个非地面网络（NTN）的示例，通过NTN载荷和NTN网关为用户设备（UE）提供非地面NR接入。图中描述了连接NTN载荷和UE之间的服务链路，以及连接NTN网关和NTN载荷之间的馈线链路。

图1. NR NTN架构图

NTN载荷透明地转发从UE接收到的无线协议（通过服务链路）到NTN网关（通过馈线链路），反之亦然。NTN载荷支持以下连接特性：

• 一个NTN网关可以服务多个NTN载荷；
• 一个NTN载荷可以由多个NTN网关服务。

注2：在本版本中，NTN载荷在重新通过服务链路或馈线链路转发数据之前，可能会改变载波频率。

对于NTN，除了参考TS 38.300 第8.2节中描述的网络标识外，还适用以下规则：

• 跟踪区域（Tracking Area）对应于固定的地理区域，任何相关映射均在RAN中配置；
• 映射小区ID（Mapped Cell ID）如第5节所述。

NTN可以通过以下三种类型的服务链路部署，以提供覆盖：

1. 地球固定（Earth-fixed）：
   • 由波束提供，始终连续覆盖相同的地理区域（如GSO卫星的情况）。
2. 准地球固定（Quasi-Earth-fixed）：
   • 由波束提供，在某一时间段内覆盖一个地理区域，另一时间段覆盖不同的地理区域（如NGSO卫星生成可控波束的情况）。
3. 地球移动（Earth-moving）：
   • 由波束提供，其覆盖区域在地球表面上滑动（如NGSO卫星生成固定或不可控波束的情况）。

对于NGSO卫星，gNB可以提供准地球固定服务链路或地球移动服务链路；而对于GSO卫星，gNB可以提供地球固定服务链路或准地球固定服务链路。

在本版本中，支持NTN的UE必须具有GNSS功能。

在NTN中，距离指的是欧几里得距离。

本版本中，NTN仅适用于FDD系统。

2 时间与同步

2.1 调度与时序

下行链路（DL）和上行链路（UL）在上行时间同步参考点（RP）处进行帧对齐，偏移量由NTA,offset给定（参见TS 38.213第4.2节）。

为了适应非地面网络（NTNs）中的传播延迟，几个时间关系通过常用时移（Common Timing Advance）和两个偏移量K_offset和K_mac得到了增强：

• 常用时移（Common TA）是配置的时间偏移量，等于RP与NTN载荷之间的往返时间（RTT）。
• K_offset是配置的调度偏移量，必须大于或等于服务链路RTT与常用时移之和。
• K_mac是配置的偏移量（参见TS 38.331），大致等于RP与gNB之间的RTT。

调度偏移量K_offset用于允许UE在接收下行链路和发送上行链路之间有足够的处理时间，详见TS 38.213。

偏移量K_mac用于延迟宏（MAC）控制元素命令在PDSCH上的下行配置应用（见TS 38.213），并在UE-gNB RTT的估计中使用（见TS 38.321）。

当gNB下行链路和上行链路帧时序未对齐时，网络可以提供K_mac。K_mac也用于随机接入程序中，以确定Msg1/MsgA传输后的RAR窗口/MsgB窗口的开始时间（见TS 38.213）。

服务链路RTT、馈线链路RTT、RP、常用时移、K_mac和TTA（参见第2.2节）在图2中进行了说明。

图2. NR NTN定时关系图

网络可以按如下方式配置HARQ（混合自动重传请求）操作：

• 对于下行链路，HARQ反馈可以按照每个HARQ进程启用或禁用（参见TS 38.321 第5.3.2.2节和第5.7节）。当禁用HARQ反馈时，可以在上次调度后尚未完成一个HARQ RTT（往返时间）的情况下，对HARQ进程进行新调度。

• 对于上行链路，可以按照每个HARQ进程配置HARQ模式（即HARQ模式A或HARQ模式B，参见TS 38.321 第5.4.3.1节和第5.7节）。HARQ模式B允许在上次调度后尚未完成一个HARQ RTT的情况下，对HARQ进程进行新调度。

注：
对于已配置的启用/禁用HARQ反馈的HARQ进程，网络实现需确保针对用于SPS配置的HARQ进程进行适当的反馈配置（例如，所有进程均启用或禁用反馈）。
对于已配置为HARQ模式的HARQ进程，网络实现需确保针对用于CG配置的HARQ进程进行适当的模式配置（例如，所有进程均为HARQ模式A或模式B）。

2.2 时序提前与频率预补偿

1. 服务小区同步要求：

   • 网络广播有效的星历（Ephemeris）信息和常用时移（Common TA）参数。
   • 在连接至NTN小区之前，UE必须具备有效的GNSS位置信息、星历和常用时移参数。

2. RTT计算与TTA补偿：

   • 在连接NTN小区之前及期间，UE应根据GNSS位置、星历和常用时移参数，计算UE与参考点（RP）之间的RTT（参见TS 38.213 [38]第4.2节）。
   • UE应自主为RTT进行TTA补偿，具体方法如图16.14.2.1-1所示（详见TS 38.211 [52]第4.3节）。

3. 频率多普勒预补偿：

   • UE应计算服务链路的频率多普勒偏移，并自主在上行传输中进行预补偿，计算基于UE的位置信息和星历。
   • 如果UE未获取有效的GNSS位置、星历或常用时移参数，则禁止传输，直至重新获得完整信息。

4. 连接态的同步更新：

   • 在连接模式下，UE应能够持续更新时序提前（Timing Advance，TA）和频率预补偿。
   • UE可能被配置为在随机接入流程或连接态汇报Timing Advance。连接模式下支持基于事件触发的时序提前报告。

5. 馈线链路与网络处理：

   • 虽然UE负责服务链路上瞬时多普勒偏移的预补偿，但馈线链路的多普勒偏移及转发器频率错误由网络实现管理。

3 移动性与状态转换

3.1 RRC_IDLE和RRC_INACTIVE状态下的移动性

1. 基本原则

   • NTN在RRC_IDLE状态下的移动性遵循TS 38.300 第9.2.1节的原则。
   • NTN在RRC_INACTIVE状态下的移动性遵循TS 38.300 第9.2.2节的原则，除非另有说明。

2. 跟踪区域码（TAC）管理

   • 网络可以在NR NTN小区中为每个PLMN广播多个TAC。
   • 系统信息中的TAC变更由网络控制，这可能与地面波束实时照射的变化不同步。

3. NTN-TN移动性支持

   • 网络可以在SIB25中广播NR TN和EUTRA TN覆盖区域的小区信息。
   • 适用于地球固定、准地球固定和地球移动小区。
   • 覆盖信息包括TN地理区域列表及其相关频率信息，UE可基于广播的TN覆盖信息跳过TN测量。

4. 网络类型识别

   • UE可以通过SIB1中的cellBarredNTN字段隐式判断网络类型：
     • 存在该字段 → 非地面网络（NTN）；
     • 不存在该字段 → 地面网络（TN）。

5. 星历信息

   • NTN星历信息通过SIB19提供。
   • 在NTN小区中，星历信息包括服务小区的NTN载荷星历，且可选地包括邻区的NTN载荷星历。

3.2 RRC_CONNECTED状态下的移动性

3.2.1 切换（Handover）

1. 基本原则

   • NTN切换遵循TS 38.300 第9.2.3.2节的原则，除非另有说明。
   • 在NTN与地面网络（TN）之间的移动性中，UE无需同时连接到NTN和TN。

注：NTN-TN切换包括两个方向的移动性，即从NTN到TN（切入）和从TN到NTN（切出）。

1. 支持与限制

   • 当前规范版本中，NTN不支持DAPS切换（Dual Active Protocol Stack Handover）。
   • UE可以支持在不同轨道（例如GSO和NGSO）的gNB之间的移动性。
   • NTN支持无随机接入切换（RACH-less Handover），具体定义见TS 38.321 [6]和TS 38.331 。

3.2.2 条件切换（CHO）

1. 基本原则

   • NTN的条件切换（CHO）遵循TS 38.300 第9.2.3.4节的原则，除非另有说明。

2. 附加触发条件
   NTN支持以下附加触发条件，用于UE执行CHO至候选小区（定义见TS 38.331 ）：

   • 基于RRM测量的事件A4；
   • 基于时间的触发条件；
   • 基于位置的触发条件。

3. 触发条件配置

   • 时间或位置触发条件可以独立于RRM测量触发条件配置，适用于某些场景（例如服务中断时间为零或可忽略的场景）。
   • UE实现可自行决定如何将时间/位置触发条件与RRM测量事件结合评估。

4. 时间触发条件的信令流程

   • 当使用时间触发条件时，源gNB可以通过NG-C接口的透明容器或Xn接口向目标gNB传递相关参数（参见TS 23.502 ）。
   • 在切换过程中，源gNB通过RRC重配置消息向UE下发CHO配置。
   • 源NG-RAN节点应考虑向UE指示的时间，以决定何时开始向目标NG-RAN节点进行早期数据前传。

5. 时间触发的RACH-less条件切换

   • 时间触发的CHO可以通过无随机接入流程（RACH-less）实现。

3.2.3 卫星切换与重同步

1. 准地球固定场景下的支持

   • 在相同SSB频率和相同gNB的准地球固定场景中，支持硬切换和软切换的卫星重同步流程。
   • 卫星切换与重同步避免了UE在小区内的L3移动性，同时保持准地球固定波束覆盖的地理区域内的相同PCI。

2. 切换类型对比

   • 软切换：UE可在源卫星停止服务之前与目标卫星同步。UE无需在切换过程中保持与源卫星的连接。
   • 硬切换：UE仅在切换启动后才能开始与目标卫星同步。

3. 冲突处理

   • 当CHO与卫星切换与重同步同时配置且同时触发时，由UE实现决定优先执行哪种流程。

4. 随机接入支持

   • 对于目标卫星的重同步，可以通过目标卫星上的PDCCH指令触发随机接入。

3.3 测量机制

1. 基本原则
   NTN的测量机制遵循TS 38.300 第9.2.4节的原则，除非另有说明。

2. 网络配置能力
   网络可以配置以下内容：

   • 每载波和特定小区组的并行多个SMTC；
   • 基于多个SMTC的测量间隙；
   • 通过SIB19提供的辅助信息（例如星历、Common TA参数、k_mac），用于UE在RRC_IDLE/RRC_INACTIVE/RRC_CONNECTED状态下对邻区进行测量。

3. UE辅助信息

   • UE辅助信息包括服务链路传播时延差（服务小区与邻小区之间）。
   • 在RRC_IDLE/RRC_INACTIVE模式下，UE可基于位置和SIB19中的辅助信息调整SMTC。

4. 测量自主性

   • 对于空闲/非活跃模式下的UE，是否对SIB3/SIB4中指示但未包含在SIB19中的邻区进行测量，由UE实现决定。
   • 对于连接模式下的UE，是否对测量配置中包含但未在配置或SIB19中提供卫星信息的邻区进行测量，由UE实现决定。

5. 基于时间和位置的测量

   • 服务小区的时间和位置信息通过SIB19提供：
     • 时间信息：服务小区停止覆盖当前地理区域的UTC时间。
     • 位置信息：
       • 对于（准）地球固定小区，为服务小区的参考位置及距离阈值；
       • 对于地球移动小区，为服务小区在历元时间的参考位置及距离阈值。

6. 应用场景

   • 基于时间的测量启动可能适用于馈线链路切换场景的小区重选。

7. 测量规则

   • 基于时间和位置信息的小区重选测量规则定义见TS 38.304 第5.2.4.2节。

4 切换

4.1 定义

• 馈线链路切换：指将特定NTN载荷的馈线链路从源NTN网关切换到目标NTN网关的过程。馈线链路切换属于传输网络层的操作。
• 服务链路切换：指服务NTN载荷的更换。
• NTN支持硬切换和软切换两种馈线链路切换方式。

4.2 假设

• 连接转移：馈线链路切换可能导致受影响UE的连接在两个gNB之间转移。
• 软切换：在软馈线链路切换期间，NTN载荷能够在一段时间内同时连接多个NTN网关，即在馈线链路切换的过渡阶段可以确保临时重叠。
• 硬切换：在硬馈线链路切换期间，NTN载荷在任意时间仅连接一个NTN网关，即在馈线链路切换的过渡阶段可能会发生无线链路中断。

4.3 流程

• NTN控制功能决定馈线链路切换在两个gNB之间执行的时间点。
• 受影响UE的上下文在馈线链路切换期间通过NG或Xn接口的切换流程传递，具体取决于gNB的实现和NTN控制功能提供的配置信息。

5 NG-RAN 信令

• 小区标识（Cell Identity）：
  按照TS 38.413 [26]和TS 38.423 [50]中的定义，小区标识在以下场景中使用时对应于映射小区ID（Mapped Cell ID），无论NTN载荷的轨道类型或服务链路类型如何：

  • gNB向核心网报告用户位置信息（ULI）时使用的小区标识；
  • NG接口中用于寻呼优化的小区标识；
  • 用于兴趣区域（Area of Interest）的小区标识；
  • 用于公共警报系统（PWS）的小区标识。

• 切换消息中的目标小区标识：
  切换消息中的目标标识中包含的小区标识用于标识正确的目标小区。NG和Xn切换消息、Xn设置流程以及Xn NG-RAN节点配置更新流程中使用的小区标识通常为Uu小区ID。

• 寻呼区域中的小区标识：
  Xn RAN寻呼期间，RAN寻呼区域中使用的小区标识允许标识正确的目标小区。

注1：RAN寻呼中使用的小区标识通常为Uu小区ID。
注2：地理位置与映射小区ID之间的映射由RAN和核心网配置。特定地理位置可能映射到多个映射小区ID，这些映射小区ID可能表示不同的地理区域（例如，重叠或不同维度的区域）。

• 映射小区ID的生成：
  gNB根据从UE接收到的位置信息（如果可用）生成映射小区ID。映射可以预先配置（例如，根据运营商的策略）或由具体实现决定。

注3：如TS 23.501 所述，用户位置信息可使AMF判断UE是否被允许在当前位置运行。特殊的映射小区ID或TAC可能用于指示服务PLMN所在国家以外的区域。

• gNB将所选PLMN的广播TAC报告给AMF，作为ULI的一部分。如果gNB知道UE的位置信息，则gNB可以确定UE当前所在的TAI，并将其作为ULI的一部分提供给AMF。

6 AMF（重新）选择

• gNB实现了TS 38.410 中定义的NAS节点选择功能。
• 对于RRC_CONNECTED状态的UE，当gNB被配置为确保UE连接到服务其所在国家的AMF时，如果gNB检测到UE位于当前AMF服务的国家之外，则应执行NG切换以更换到合适的AMF，或者向当前AMF发起UE上下文释放请求（在这种情况下，AMF可能决定注销该UE）。
• 为选择合适的AMF，5GC可以在UE接入网络后根据TS 23.501 和TS 38.305 验证UE位置。

7 运维（O&M）要求

O&M需要向提供NTN接入的gNB提供以下NTN相关参数：

• 描述NTN载荷轨道轨迹信息或坐标的星历信息。该信息定期或按需提供给gNB；
• 支持两种不同格式的星历信息：
  • 格式1：NTN载荷位置和速度状态向量：
    • 位置；
    • 速度。
  • 格式2：轨道参数星历格式，至少包括以下参数（参见NIMA TR 8350.2 [51]）：
    • 半长轴；
    • 偏心率；
    • 近地点幅角；
    • 升交点经度；
    • 倾角；
    • 历元时间的平近点角。
• 与星历数据关联的明确历元时间；
• NTN网关的位置。

注1：NTN载荷的星历信息和NTN网关的位置至少用于上行链路的时间和频率同步，也可能用于随机接入和移动性管理。

• 启用gNB执行馈线/服务链路切换的附加信息。

注2：O&M向gNB提供的NTN相关参数可能取决于支持的服务链路类型（例如地球固定、准地球固定或地球移动）。

8 粗略UE位置报告

在网络请求下，在连接模式中建立AS安全后，UE应向NG-RAN报告其粗略位置（GNSS坐标的高位比特，确保约2公里的精度），如果该信息可用。

9 对NR NTN覆盖增强的支持

为改善NTN中的NR上行链路覆盖，支持以下增强功能：

• PUCCH重复：
  • 系统信息或DCI中可动态配置用于Msg4 HARQ-ACK的PUCCH重复；
  • UE在Msg3 PUSCH中报告其支持的PUCCH重复能力；
  • 当Msg4 HARQ-ACK重复时，在提供专用PUCCH资源之前，所有PUCCH传输应用PUCCH重复。
• 信道估计改进：
  • NTN特定的PUSCH DMRS捆绑增强支持在存在时序漂移的情况下进行DMRS捆绑，UE通过考虑UE与上行时间同步参考点之间的传输延迟变化来保持相位连续性。

10 UE位置验证

• 核心网可在RRC_CONNECTED状态下触发网络验证流程，以验证UE位置是否与网络评估的位置一致。

• 对于不支持位置验证的UE，如何处理由网络实现决定。

• 基于单颗卫星的多RTT位置验证中，至少报告以下UE和gNB测量值（参见TS 38.215 ）：

  • gNB在上行时间同步参考点的接收-发送时间差；
  • UE的接收-发送时间差；
  • UE接收-发送时间差的子帧偏移；
  • 下行链路时序漂移。

• 提供给核心网的辅助信息可能包括：

  • 星历信息（包括多RTT测量时的精确卫星位置和速度）；
  • 公共TA参数（例如ta-Common、ta-CommonDrift、ta-CommonDriftVariant）；
  • 历元时间。