【学习笔记】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析（二）- 3GPP Release16 内容

一、引言：

本文来自3GPP Joern Krause, 3GPP MCC (May 14,2024)

Non-Terrestrial Networks (NTN) (3gpp.org)

本文总结了NTN标准化进程以及后续的研究计划，是学习NTN协议的入门。

【学习笔记】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析（一）-基本信息-CSDN博客https://blog.csdn.net/u011376987/article/details/141790786?spm=1001.2014.3001.5501

【学习笔记】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析（二）- 3GPP Release16 内容-CSDN博客https://blog.csdn.net/u011376987/article/details/141791684?spm=1001.2014.3001.5501【学习笔记】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析（三）- 3GPP Release17 内容-CSDN博客https://blog.csdn.net/u011376987/article/details/141791743?spm=1001.2014.3001.5501

【学习笔记】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析（四）- 3GPP Release18内容-CSDN博客https://blog.csdn.net/u011376987/article/details/141791799?spm=1001.2014.3001.5501

【学习笔记】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析（五）- 3GPP Release19 研究计划-CSDN博客https://blog.csdn.net/u011376987/article/details/141791831?spm=1001.2014.3001.5501

【学习笔记】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析（六）- 参考标准-CSDN博客https://blog.csdn.net/u011376987/article/details/141791904?spm=1001.2014.3001.5501

二、Release 16

在第16版中，非地面网络在两个研究项目（SI）中得到探讨：

在系统方面，系统架构组（SA）1的研究项目“研究5G中使用卫星接入”（FS_5GSAT），其成果为TR 22.822。在此TR中，针对非地面网络（NTN）分析了12个更具体的用例，涉及条件、对现有服务/功能的影响和潜在影响。

第1阶段需求包括：

陆地和卫星网络之间的漫游。
带有卫星覆盖的广播和多播。
带有卫星网络的物联网。
卫星组件的临时使用。
通过卫星进行最优路由或引导。
卫星跨境服务连续性。
全球卫星覆盖。
通过5G卫星接入网络的间接连接。
5G固定回传，连接NR和5G核心网。
5G移动平台回传。
5G至用户场所。
远程服务中心通过卫星连接到海上风电场。

在无线方面，无线接入网工作组（WG）RAN3领导的研究项目“研究NR支持非地面网络（NTN）的解决方案”（FS_NR_NTN_solutions）（同时涵盖WG RAN1和WG RAN2方面），其成果为TR 38.821。基于在第15版研究项目FS_NR_nonterr_nw中确定的非地面网络（NTN）对NR的主要影响，此第16版研究项目（SI）更详细地研究了RAN协议/架构的影响，并开始评估相应的解决方案。

此研究项目的重点是：

卫星接入（带有透明GEO卫星和基于LEO的非地面接入网络（地球上移动波束），即无人机/高空平台站（UAS/HAPS）基接入被视为具有较低多普勒和变化率的NTN特殊案例）。
使用场景：行人或车辆（高速列车、飞机）上的用户。
考虑的参考场景为GEO、带有转向波束的LEO、带有移动波束的LEO，以及所有透明有效载荷和再生式有效载荷的情况。

图7至10展示了在不同场景下卫星接入如何集成到5G无线架构中：

（编者注：没有图6 - 保持原始图形编号作为作者副本 - 因此没有图6）

NTN Fig7

图7：基于透明卫星的NG-RAN架构（gNB位于地球） [来源：TR 38.821]

在图7中，NR Uu的控制平面（CP）和用户平面（UP）在地面/地球上终止（需要考虑较长的往返时间RTT）。

NTN Fig8

图8：没有星间链路（ISL）的基于再生卫星的NG-RAN架构（gNB位于卫星上） [来源：TR 38.821]

在图8中，NR-Uu无线接口位于用户设备（UE）和卫星之间的服务链路上。

NTN Fig9

图9：没有星间链路（ISL）的基于再生卫星的NG-RAN架构（多个卫星上的gNB） [来源：TR 38.821]

在图9中，一个由卫星上的gNB服务的UE也可以通过星间链路（ISL，即卫星之间的传输链路）访问5GCN。因此，不一定需要两个到数据网络的连接。

NTN Fig10

图10：没有星间链路（ISL）的基于再生卫星的NG-RAN架构（卫星上的gNB-DU和地球上的gNB-CU） [来源：TR 38.821]

图10展示了如何将gNB功能拆分为中央单元（CU）和分布式单元（DU）。NTN网关和卫星之间的馈线链路/SRI将传输F1协议。由于RRC和其他第3层处理在地面上的gNB-CU中终止，因此会产生相应的时序影响（对GEO卫星的影响比对LEO卫星的影响更大）。不同卫星上的DU可以连接到同一个地面上的CU。

除了NTN-TN服务连续性场景外，还考虑了多连接场景，其中一个UE由以下方式服务：

并行由非地面网络（NTN，透明或再生有效载荷）和陆地网络（TN）服务。
并行由两个NTN（均为透明或均带有再生有效载荷）服务，至少部分覆盖重叠，以提高某些场景下的性能（如数据速率或可靠性）。

对于WG RAN1，研究得出的建议是将规范工作重点放在以下方面：

时序关系增强
上行时间和频率同步增强
在UE端不进行定时和频率偏移预补偿的情况下，对PRACH序列和/或格式的增强
NTN的频率复用波束管理和BWP操作，包括极化模式信令
LEO场景下馈线链路切换对物理层过程的影响
HARQ进程数量，支持启用/禁用HARQ反馈

WG RAN2得出结论，NR可以通过以下建议/增强想法来支持NTN场景，为规范阶段做准备：

偏好基于偏移的定时器自适应解决方案，建议使用地球固定跟踪区
MAC增强（随机接入、定时提前、DRX、调度请求、HARQ）
RLC增强（状态报告、序列号）
PDCP增强（SDU丢弃、序列号）
空闲模式增强：为小区选择/重选提供额外的辅助信息（如UE位置、卫星星历信息），使用地球固定跟踪区以避免频繁的TAU，SIB中包含NTN小区特定信息
连接模式增强：减少由于大传播延迟导致的手动切换过程中的服务中断，解决由于卫星移动导致的高频切换和高切换率问题，改善由于波束重叠区域信号强度变化小而导致的切换鲁棒性，补偿来自不同卫星的小区之间UE测量窗口中的传播延迟差异
其他移动性增强：额外的CHO触发条件，移动性配置增强，测量配置/报告，TN到NTN和NTN到TN的服务连续性
RACH过程：在延迟增益和上行开销之间权衡的辅助信息包含

WG RAN3建议将规范工作重点放在：