卫星接入网络架构及关键技术使能增强研究

IMT-2020(5G)推进组 目录 第一章卫星接入网络发展趋势/背景..................................................................................1 1.1概述.....................................................................................................................11.25G卫星接入网络标准进展................................................................................11.3研究现状与发展趋势.........................................................................................3 第二章卫星接入下的新兴应用场景...................................................................................4 2.1概述.....................................................................................................................42.2物联网.................................................................................................................42.3车联网.................................................................................................................52.4低空航空器.........................................................................................................5 第三章卫星接入网络增强架构...........................................................................................7 3.1概述.....................................................................................................................73.2卫星接入网络增强架构.....................................................................................73.2.1基于再生模式的卫星接入网络增强架构..............................................73.2.2卫星接入网络增强架构技术特征..........................................................9 第四章关键技术使能及增强.............................................................................................12 4.1概述...................................................................................................................124.2使能多类终端直连卫星技术...........................................................................124.3使能卫星窄带语音通信技术...........................................................................164.4使能延时容忍性业务的卫星接入技术...........................................................174.5使能再生模式下的终端通信技术...................................................................184.6增强卫星接入通信体验技术...........................................................................204.6.1异网漫游................................................................................................204.6.2业务连续性............................................................................................224.7增强卫星接入控制技术...................................................................................234.8增强卫星接入终端节能技术...........................................................................24 第五章总结与展望.............................................................................................................26 缩略语简表...........................................................................................................................27 参考文献...............................................................................................................................28 贡献单位...............................................................................................................................29 第一章卫星接入网络发展趋势/背景 1.1概述 第五代移动通信（5G）服务于多种场景，不仅仅提供更高速的数据传输服务，更将提供无处不在的移动网络接入服务，真正实现万物互联。然而地面基站的建设成本和维护成本很高，很难为偏远地区提供5G网络覆盖。卫星接入网络是基于卫星通信技术接入移动通信网络，相比地面移动通信网络，卫星接入网利用高、中、低轨卫星可实现广域甚至全球覆盖，能够随时随地提供全球通信、物联网、导航等多种业务能力，同时在面向车联网、低空飞行、监控巡检及远洋作业等多种行业应用上具有较多的挑战以及广阔的发展前景。 1.25G卫星接入网络标准进展 在5G与卫星通信融合的标准制定方面，ITU、3GPP和CCSA等标准组织各自发挥了关键作用，不仅促进了技术的进步，也为未来的通信网络奠定了坚实的基础。 国际电信联盟（ITU） 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，以确保5G网络的安全性、互操作性，并防止与相邻服务的干扰。在2016至2019年间，ITU完成了NGATSAT项目，提出了星地网络融合的四种应用场景：中继宽带传输业务、数据回传与分发业务、宽带移动通信业务和混合多媒体业务。为了进一步推动星地融合，ITU-TSG13立项了多个关于空天地一体化网络的项目，成功推出了ITU-TY3200和Y3201标准。这些标准详细描述了固定、移动和卫星融合的需求和网络架构，涵盖了基于卫星网络和地面网络的各个方面。 第三代合作伙伴计划（3GPP） 3GPP在5G卫星接入相关标准取得了显著进展。R15和R16将卫星接入列为5G的多种接入技术之一，开展了卫星通信的场景和需求的研究。在R17和R18中，3GPP进一步定义了系统架构和协议，增强了移动性管理和服务质量（QualityofService，QoS）控制，并引入了支持卫星回传QoS的策略控制增强，支持用户平面功能（UserPlane IMT-2020(5G)推进组 Function，UPF）上星，支持星上边缘计算和本地交换，以及支持非连续卫星覆盖下的终端的移动性管理、业务连续性保证、终端节电管理增强等标准化工作。R19阶段，3GPP将重点关注更高级的用例和需求，如再生转发、星上存储转发。 3GPP根据卫星通信有效载荷类型定义了5G非地面网络（Non-TerrestrialNetworks，NTN）接入网络架构两种模式：透明转发模式和再生转发模式。 透明转发模式是指卫星仅作为信号的中继器，将来自地面基站（或用户设备）的信号转发到另一个地面站（或用户设备），不对信号进行处理或修改。 再生转发模式是指卫星具备星上处理能力，例如可以执行基站功能（gNB）。 电气电子工程师学会（IEEE） 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。IEEE的研究主要集中在5G卫星频谱分配、卫星与地面网络的融合架构以及解决技术挑战以实现广泛的卫星通信应用。 中国通信标准化协会（CCSA） CCSA也在推动5G和卫星整合的标准化方面做出了重要贡献。CCSA内的多个工作组（如TC5和TC12）启动了多个研究和标准项目，涵盖体系架构、关键技术、系统接口和场景需求等方面。以地面移动通信网络行业标准、3GPP5GNTN标准等为基线，形成包括核心网、承载网、接入网、业务模型，以及操作维护系统等在内的总体技术规范。 IMT-2020(5G)推进组 1.3研究现状与发展趋势 国外自2017年前后成立了一批卫星公司，并相继发射了卫星星座，目前国际主要星座有低地球轨道（LowEarthorbit，LEO）宽带卫星互联网星座Starlink（星链），oneWeb（一网）；美国LEO手机直连卫星星座ASTSpaceMobile、Lynk、OmniSpace，其他星座例如欧洲“天基安全通信系统”，俄罗斯“球体星座”。 国内随着5G网络于2019年正式商用，以及卫星通信技术的快速发展，卫星通信融合5G网络已成为当前的研究热点。国内的主要星座中主要有中国卫通，中信卫星，天通1号，中国星网，银河航天，国电高科天启星座，时空道宇吉利星座，和德星座等。目前低轨卫星成为国内卫星接入网络的研究热点，并且从行业发展现状来看，手机直连卫星蓄势待发。 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，全球通信网络将变得更加高效和无缝连接。国际标准化组织和主要企业的积极参与，也展示了这