5G+Advanced卫星网络增强技术专题报告

背景

• ITU、3GPP和CCSA等组织持续推动5G与卫星通信融合标准制定，3GPP Release 19和Release 20分别关注再生模式卫星载荷和高轨卫星接入场景的语音通信技术研究。
• 全球卫星互联网发展迅猛，SpaceX Starlink已服务覆盖全球100多个国家与地区，用户数约达700万；亚马逊Kuiper和OneWeb项目也在推进中。
• 国内GW星座、千帆星座和天通一号系统等计划部署大量卫星，推动卫星通信产业发展。

典型的业务场景需求

• 5G-Advanced NTN网络需支持多种业务场景，包括高轨卫星IMS语音通信、多轨道卫星网络接入、应急通信保障和广播组播服务。
• 高轨卫星IMS语音通信场景面临540ms往返传播时延带来的挑战，需优化承载建立、信令流程和紧急呼叫支持。
• UE间直连通信场景在偏远地区等地面网络无法覆盖的环境中具有重要价值，需支持语音、消息、数据等多种业务类型。
• 多轨道卫星网络场景需解决不同轨道间的负载均衡、资源调度和干扰协调等问题。
• 应急通信场景需支持MPS和MCS等优先级通信机制，确保应急响应、救援指挥等关键通信的优先传输。
• 广播组播服务场景利用卫星通信的大覆盖优势，支持4K/8K UHD等高质量流媒体的卫星广播传输。

面向卫星接入网络通信增强技术

• 针对高轨卫星IMS语音通信场景，提出以下技术方案：
  • 基于控制平面的IMS语音通话方案：通过控制平面CIoTEPS优化，为IMS信令和语音数据流提供不同的QoS特性，并采用非IP PDN连接减少协议开销。
  • 基于用户平面的IMS语音通话方案：通过SGi接口进行数据传输，并采用预配置的IMS专用APN建立PDN连接，进行资源预留或承载预建立。
  • 预建立专用承载的增强方案：在PDU会话建立阶段预建立语音专用承载，降低专用承载在PDU会话建立后按需建立所带来的额外信令时延。
  • 高轨卫星接入的IMS增强：简化IMS语音业务流程，如不支持precondition、earlymedia和IPSec，并通过网络侧功能增强（P-CSCF或AS作为B2BUA）适配不同终端能力，将振铃前的往返次数从7次减少到2次。
  • 消息简化与消息压缩：通过字段裁剪、信令简化、根据需求精简重复SIP信元和引入SigComp机制等方式，降低SIP信令开销。
  • 基于接入类型感知的SIP定时器动态调整方案：预先定义地面默认配置和GEO专用配置，根据UE的RAT类型自动启用相应的定时器配置，避免因延迟导致的误超时问题。
• 针对高轨卫星接入的IMS紧急呼叫场景，提出以下技术方案：
  • 基于位置的GEO卫星紧急号码动态提供方案：以UE的实时地理位置为依据提供紧急号码，确保用户获取正确的紧急电话号码列表。
  • GEONB-IoTNTN接入下IMS紧急呼叫业务的监管定位服务：通过NAS安全模式命令程序获取粗略位置信息，并通过GNSS模块获取精确位置信息，为紧急呼叫路由和PSAP选择提供可靠的位置支撑。
• 面向非IMS业务的UE-Sat-UE增强：
  • 将GEO卫星UE-to-UE本地通信机制扩展至NGSO卫星星座场景，解决NGSO卫星高动态性带来的5G LAN服务连续性挑战。
  • 通过SMF基于AMF报告的卫星ID进行实时判断和动态重新配置ULCL/BP和L-PSA，实现卫星上UPF的本地流量切换而无需经过地面段。

总结

• 本报告针对5G-Advanced卫星网络增强技术进行了专题研究，重点分析了高轨卫星IMS语音通信和UE间直连通信两个典型业务场景中面临的技术挑战，并提出了相应的解决方案。
• 在高轨卫星IMS语音通信方面，通过承载管理、信令优化和移动性管理等方面的技术增强，有效解决了高时延环境下的呼叫建立延迟问题，提升了传输效率，保障了紧急服务的可靠性。
• 在UE间直连通信增强方面，通过动态UPF重配置机制，保障了UE间直连通信的服务连续性。
• 这些针对特定场景的技术增强方案为NTN网络在5G-Advanced系统中的实际部署和应用提供了技术参考，对推动卫星通信与地面蜂窝网络的深度融合具有实际意义。