【转帖】卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析

xixijay1988

原贴：卫星通信NTN 3GPP标准化进展分析

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。

二、Release 18

TSG RAN第18版研究项目（SI）“针对IMT-2020提交3GPP卫星无线电接口技术的自我评价研究”（FS_IMT2020_SAT_eval）正在评估基于第17版规范的NR工作项目（WI）NR_NTN_solutions的功能，以通过卫星支持5G，同时评估了基于LTE的工作，以通过非地面网络（NTN）支持物联网（IoT）（即第17版WI LTE_NBIOT_eMTC_NTN-Core，涵盖RAN1/2/3方面，以及第18版WI LTE_NBIOT_eMTC_NTN_req，涵盖缺失的RAN4方面）。

3GPP向国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）第四研究组（WP4B）提交了两份关于IMT-2020卫星组件的提案：

提案1（SRIT：无线电接口技术集合）包含两个组件：

• 组件RIT：NR NTN（NR卫星接入）
• 组件RIT：IoT NTN（NB-IoT/eMTC卫星接入）
  

提案2（RIT：无线电接口技术）：

• NR NTN（NR卫星接入）
  

在农村环境中分析了三种不同的使用场景：

• eMBB-s（增强型移动宽带-卫星）
• HRC-s（高可靠性通信-卫星）
• mMTC-s（大规模机器类型通信-卫星）
  

该SI的结果记录在TR 37.911中，目的是验证3GPP解决方案是否符合ITU在ITU-R M.2514报告中为符合IMT-2020卫星组件ITU建议而定义的要求。

RAN4工作组第18版WI“FR1（频率范围1）中NR NTN（非地面网络）的30MHz信道带宽”（NR_NTN_CBW_30MHz-Core）为卫星接入节点（SAN）和用户设备（UE）在n255（L频段）和n256（S频段）操作频段上，将30MHz的信道带宽添加到已支持的5MHz、10MHz、15MHz和20MHz信道带宽中，并添加了相应的要求。

这项工作是由于ITU对IMT-2020卫星无线电接口的要求和评估指南假设了最大30MHz的信道带宽，因此3GPP相应地调整了RAN4规范TS 38.101-5（针对UE）和TS 38.108（针对SAN）。

TSG RAN第18版SI“研究NR中非地面网络（NTN）中网络验证的UE位置的要求和用例”（FS_NR_NTN_netw_verif_UE_loc）产生了TR 38.882：

通过NTN，可以在大陆的大片区域（可能覆盖不同的国家）内部署非常大的小区，各个国家的不同核心网络与连接到同一NTN RAN，但服务小区的信息可能不够详细，无法根据国家或地区监管要求了解UE的位置（例如，用于公共预警系统、紧急呼叫支持、合法拦截）。

因此，该SI得出结论，需要一种基于网络的解决方案来验证报告的UE位置信息（在5-10公里范围内，如陆地宏小区的直径），并假设相应的规范工作将在第18版WI NR_NTN_enh下进行。

WG SA2

第18版研究项目（SI）“研究5GC卫星接入第二阶段增强”（FS_5GSAT_Ph2）探讨了在不连续覆盖情况下的移动性管理和节能问题（即用户设备可能仅在特定时间和地点接入卫星服务覆盖），并产生了TR 23.700-28。对于初始非地球静止轨道（NGSO）星座部署以及支持星座的演进（如卫星丢失、特定星座中支持的不同版本）而言，需要动态支持不连续覆盖。因此，本研究项目研究了移动性管理、寻呼增强、用户设备节能、确定和协调用户设备不可达期等。

相应的第2阶段规范工作在第18版“5GSAT_Ph2第二阶段：5GC/EPC卫星接入增强”中进行，而第3阶段工作则在CT1/CT6工作组的第18版工作项目（WI）“5GSAT_Ph2的CTx方面”（5GSAT_Ph2）中进行，其中还包括了由于覆盖丢失和大量用户设备同时恢复覆盖而导致的信令过载的处理。

WG SA3

第18版SI“研究卫星接入的安全方面”（FS_5GSAT_Sec）探讨了在不连续覆盖情况下的移动性管理和节能中的安全和隐私问题，并在TR 33.700-28中仅发现了一个问题：5GC/EPC可以从不同的潜在源（如操作管理和维护（O&M）、应用功能/外部服务器（如覆盖图服务器））接收卫星覆盖可用性信息。虽然像O&M这样的源可以信任，但像应用功能/外部服务器这样的源则可能不可信任。

该研究项目得出结论，仅由O&M向接入和移动性管理功能（AMF）提供卫星覆盖信息。因此，无需对应用功能授权进行规范工作。

WG RAN4

第18版WI“为NR引入卫星L-/S-频段”（NR_NTN_LSband）在第17版WI NR_NTN_solutions中引入的L频段（n255）和S频段（n256）的基础上，指定了一个新的频分双工（FDD）非地面网络（NTN）频段（称为频段n254）：对于频段n254，用户设备在1610-1626.5MHz（上行链路，L频段）上发送，而卫星接入节点（SAN）在2483.5-2500MHz（下行链路，S频段）上发送。

由RAN2工作组领导的第18版WI“NR NTN（非地面网络）增强”（NR_NTN_enh）旨在增强早期版本中引入的与NTN相关的功能（尤其是第17版）：

• 覆盖增强：为了提高NR在非地面网络中的上行链路覆盖，采用PUCCH重复发送Msg4 HARQ-ACK；增强PUSCH解调参考信号（DMRS）捆绑，以便在用户设备出现定时漂移时保持相位连续性。
• 网络验证的用户设备位置（与第18版SI FS_NR_NTN_netw_verif_UE_loc比较）：定义了一些用户设备和gNB的收发时间测量，以便验证用户设备的位置。
• NTN-陆地网络（TN）和NTN-NTN之间的移动性和服务连续性增强：例如，在TN的系统信息块（SIB）19中包含NTN邻居小区的特定参数；为了改善NTN-TN移动性，SAN可以在系统信息块中广播与频率信息相关联的一系列地理TN区域；改进基于时间/位置的触发条件以实现条件切换；卫星切换与重新同步。
• 在10GHz以上频段部署NR-NTN：例如，将在20-30GHz范围内引入新的频段n510、n511、n512（Ka频段）；为选定的甚小口径终端（VSAT）用户设备类别/类型和Ka频段的SAN规定收发要求；针对电子控制波束用户设备（类型1）和机械控制波束用户设备（类型2）进行无线资源管理。
  

WG SA2 第18版SI“研究5GS中卫星回程的支持”

第18版SI“研究5GS中卫星回程的支持”（FS_5GSATB）探讨了卫星回程，这对于偏远地区或任务关键型场景很重要，特别是在无法建立陆地回程连接的情况下。该研究项目针对三个关键问题提出了解决方案，并将结果记录在TR 23.700-27中：

• 动态卫星回程，即多跳星间链路（ISL）或回程连接跨越不同卫星和陆地网络时出现的问题，如分组传输延迟、回程带宽、分组乱序等。
• 通过卫星上的用户平面功能（UPF）实现卫星边缘计算，以减少延迟并最小化回程资源消耗。
• 通过卫星上的UPF实现本地数据交换，以减少通信中用户设备的端到端延迟。
  

WG SA1 第18版WI“5GSATB第一阶段（5GS中的卫星回程）”

第18版WI“5GSATB第一阶段（5GS中的卫星回程）”（5GSATB）在现有的TS 22.261中添加了当使用卫星作为5G系统中的传输/回程时的QoS控制和计费要求。

相应的WG SA2 第18版WI“5GSATB第二阶段（5GS中的卫星回程）”

第18版WI“5GSATB第二阶段（5GS中的卫星回程）”（5GSATB）涵盖了第18版SI FS_5GSATB的结果，并体现在现有的TS 23.501（架构增强）、TS 23.502（过程增强）和TS 23.503（策略增强）中。

第3阶段方面

然后在CT3/CT4工作组的第18版WI“5GSATB的CTx方面”（5GSATB）中处理了第3阶段方面。

WG SA5 第18版SI“研究5GS中卫星的计费方面”

第18版SI“研究5GS中卫星的计费方面”（FS_5GSAT_CH）在TR 28.844中研究了以下方面的计费：

• 卫星接入计费
• 卫星回程计费
• 带有卫星回程的边缘计算的订户和运营商间计费
• 在本地数据交换（通过部署在卫星上的UPF）情况下，通过卫星进行的卫星服务客户（SSC-to-SSC）通信的计费
  

相应的规范工作

• 对于卫星接入计费：在SA5的第18版WI“5GSAT计费方面”（5GSAT_Ph2_CH）中进行。
• 对于其他三个方面（卫星回程计费等）：在SA5工作组的第18版WI“5GS中卫星回程的计费方面”（5GSATB_Ph2_CH）中进行。