5G+Advanced卫星网络增强技术专题报告

目录 1.背景.........................................................................................................................................32.典型的业务场景需求.............................................................................................................53.面向卫星接入网络通信增强技术.........................................................................................73.1高轨卫星接入的IMS语音......................................................................................... 73.2非IMS业务的UE-Sat-UE增强...............................................................................284.总结....................................................................................................................................... 31缩略语简表.............................................................................................................................. 33参考文献.................................................................................................................................. 34 1.背景 在标准化进展方面，ITU、3GPP和CCSA等组织持续推动5G与卫星通信融合标准制定。 3GPP在非地面网络（NTN）标准化工作中成果显著，Release19关注再生模式卫星载荷，将完整gNB或eNB部署到卫星上，使能了基于星间链路的卫星通信，进一步加大了卫星通信的覆盖范围，并提升了NTN性能和灵活性。Release19还引入了面向IoT终端的存储与转发服务，以提供时延不敏感的业务通信。此外，Release19针对中低轨卫星接入场景支持了UE-卫星-UE的IMS通信。目前，Release20进一步聚焦低通量高轨卫星接入场景的语音通信的技术研究以及非IMS的UE-卫星-UE通信的增强。 ITU在卫星互联网标准化领域发挥系统级统筹作用，协调频谱监管、无线接入规范、网络互联与管理控制。2025年5月，ITU正式通过《5G卫星无线电接口技术详细规范》，确认3GPP非地面网络（NTN）技术为5G卫星通信唯一技术方案，标志着全球5G正式进入"天地一体化"新阶段。 CCSA在国内积极推进基于5G的卫星互联网标准化工作。在CCSA的标准研究中，天地一体5G网络下，卫星接入与地基接入互补，地基控制与星上控制并存。天基网络中的卫星，可以采用3GPP协议或者非3GPP协议接入地面信关站或地面接入网。此外，天地一体5G网络可支持卫星单连接终端和/或卫星+固定/移动多连接终端接入卫星网络或地基网络并可使用5G通信业务。 全球卫星互联网当前发展迅猛。SpaceX的Starlink计划发射近9800颗卫星，已在轨工作约9000颗，服务覆盖全球100多个国家与地区。截止到2025年8月份，用户数约达700万，成为全球最大卫星互联网系统。亚马逊Kuiper项目规划部署3236颗卫星，截至2025年12月成功发射约100颗卫星。OneWeb第一代星座计划部署648颗卫星，截至2025年12月发射卫星总数达648颗，现有630多颗卫星在轨运行并实现商业化运营，主要面向企业、政府、电话网络运营商等提供高速、低延迟的互联网服务。 在国内，"GW星座"计划部署1.3万颗卫星，包含GW-A59和GW-2两个子星座，分别部署在500km以下的极低轨道和1145km的近地轨道。"千帆星座" 分三个阶段建设1.5万颗星的手机直连多业务融合系统，预计到2025年底实现648颗卫星提供区域网络覆盖，到2027年实现648颗卫星提供全球网络覆盖，到2030年底实现1.5万颗卫星提供手机直连多业务融合服务。天通一号系统作为我国首个自主运行的卫星移动通信系统已实现商用运营，先后发射三颗卫星，具备语音、短信、数据及增值服务能力。 随着标准技术体系的逐步完善和产业生态的不断成熟，5G-Advanced卫星网络增强技术面临新的发展机遇。 2.典型的业务场景需求 NTN网络在5G-Advanced系统中需要支持多种典型业务场景，以满足全球化部署、全场景应用的通信服务需求。根据3GPPRelease20服务需求的标准，主要新增了包括高轨卫星IMS语音通信、多轨道卫星网络接入、应急通信保障、广播组播服务等关键场景。 高轨卫星IMS语音通信场景是NTN网络的重要应用场景之一。根据3GPPTS22.261标准要求，5G系统需要支持使用GEO卫星接入的IMS语音服务。GEO卫星接入具有约540ms的往返传播时延，这对传统地面蜂窝网络的语音通信流程提出了显著挑战。系统需要在尽可能保持现有IMS架构和考虑终端兼容性的前提下研究优化方案，以确保语音服务体验质量满足用户期望。同时，需要考虑紧急呼叫在高时延环境下的特殊处理要求，保障用户在紧急情况下的通信需求。 UE间直连通信场景通过单颗卫星或卫星互联实现终端设备间的直接通信，无需经过地面核心网处理。这种场景在偏远地区、海上、航空等地面网络无法覆盖的环境中具有重要价值。系统需要支持语音、消息、数据等多种业务类型的UE间通信。UE间直连通信还可以作为应急情况下的备用通信手段，在地面网络中断时维持最基本的用户间通信能力。 多轨道卫星网络场景体现了NTN系统的复杂性和灵活性。LEO卫星具有低时延优势但覆盖时间有限，GEO卫星提供稳定的大范围覆盖但时延较高，MEO卫星在时延和覆盖范围之间提供较为平衡的服务。NGSO卫星由于轨道运动特性，服务卫星会持续变化，系统需要支持卫星间的无缝切换，确保服务连续性。多轨道架构还需要考虑解决不同轨道间的负载均衡、资源调度和干扰协调等技术问题。 应急通信场景是NTN网络的关键应用领域，特别是在自然灾害或地面网络基础设施受损的情况下。卫星接入网络作为独立于地面基础设施的通信手段，能够在极端条件下维持基本通信服务。系统需要支持MPS（多媒体优先服务）和MCS（关键任务服务）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。同时，弹性通知服务能够在卫星接入条件不佳时，仍可靠地向用户设备推送重要的应急信息和预警通知。公共安全用户的特殊通信需求，如群组通信、位置服务、视频回传等，也需要在卫星环境下得到有效支持。 广播组播服务场景充分利用了卫星通信的大覆盖优势。单颗GEO卫星可覆盖地球表面约1/3的区域，非常适合大范围的内容分发和广播服务。系统需要支持4K/8KUHD等高质量流媒体的卫星广播传输，同时结合地面网络实现混合广播架构，优化内容缓存和分发策略。卫星广播/组播服务在体育赛事直播、新闻发布、教育内容分发等应用中具有明显优势，能够以较低的边际成本覆盖大量用户。 这些典型业务场景体现了NTN在5G-Advanced系统中的多元化应用价值，从基础的语音通信到复杂的多媒体服务，从常规的数据传输到关键的应急通信，NTN网络正逐步为实现真正的全球无缝覆盖和全场景服务提供技术保障。 3.面向卫星接入网络通信增强技术 本文主要针对在高轨卫星IMS语音通信、UE间直连通信等典型业务场景中，卫星网络的高时延、大覆盖、动态拓扑等特点，对传统地面蜂窝网络技术体系提出的挑战进行研究。支持高轨语音需要在承载建立、信令优化、流程简化、紧急呼叫支持等方面进行技术创新，同时考虑NB-IoT窄带宽特性与卫星高时延环境的适配优化。支持非IMS业务UE间直连通信增强，重点考虑卫星动态拓扑的适配优化。 3.1高轨卫星接入的IMS语音 高轨语音当前主要研究面向NB-IoTNTN接入的终端用户提供服务，以下研究方案以接入EPC网络为例。 3.1.1GEONB-IoTNTN接入EPC的IMS语音通话 3.1.1.1基于CP的IMS语音通话 为支持IMS语音服务，系统需针对IMS信令和语音数据流提供不同的QoS特性，分别分配独立的信令无线电承载（SRB）。由于语音流对实时性要求极高且时延极为敏感，故在GEO卫星环境下应避免采用有确认机制的无线传输模式，以减少额外的传输时延和协议负担。信令流则需保障可靠性，而时延容忍度较高，应采用能确保数据完整性的承载方式。采用控制面CIoTEPS优化后，两个SDF会通过各自的SRB在空口上分别传输，从而兼顾时延和可靠性的不同服务需求。 网络架构 下图3.1.1-1展示了NB-IoTNTN连接至EPC的逻辑架构，其中这些承载使用了控制平面CIoTEPS优化。 PDN连接类型 PDN连接的类型可以是IP或非IP。当前标准下，有以下几种组合： a)两个SDF通过同一IP类型PDN连接，IMS信令使用SIP/UDP/IP，语音数据包用RTP/UDP/IP。 b)两个SDF通过同一非IP类型PDN连接，语音数据包用RTP/NIDD，IMS信令协议栈待定（FFS）。 c)IMS信令和语音数据包分属不同PDN连接：信令走IP类型PDN，语音走非IP类型PDN（RTP/NIDD）。 承载映射架构 IMS信令SDF和语音数据包流在延迟和可靠性方面具有不同的传输要求。例如，语音数据流不能使用RLC确认方式（AM），而IMS信令流使用RLCAM。因此，语音数据包流需要与用于IMS和NAS信令的SRB分开的SRB。将SDF映射到EPS承载器，然后向无线电承载器发出信号的架构如图3.1.1-2所示。此体系结构包括一个专门用于传输语音数据包流（SRBx）的新SRB。 IMS信令SDF与语音数据包流在时延和可靠性上有不同需求。语音数据流不采用RLCAM确认方式，而IMS信令使用RLCAM，因此语音数据需通过独立的SRB传输。SDF被映射到EPS承载，并通过信令分配给无线承载，承载结构如图3.1.1.1-2所示，其中新增加了专门用于语音数据包流（SRBx）的SRB。 使用IP类型PDN连接时的承载映射 在E-UTRAN/EPS的IMS语音会话中，为语音包建立专用EPS承载通常采用QCI-1（GBR），但NB-IoT不支持GBR承载且专用承载会增加延迟，因此需做出调整。建议如下： 默认EPS承载选用QCI-5，用于IMS信令；语音数据包通过新增的专用EPS承载传输，可在附加或PDN连接程序激活后建立，该承载同样非GBR，可能需定义新QCI；如果采用组合承载，则MME会根据TS23.401步骤向eNodeB发起相关消息，否则将在连接建立后再单独建立专用EPS承载。语音专用EPS承载在IMS会话前无法完整获取UL/DLTFT，初始阶段IMS呼叫设置时可更新DLTFT，下行链路NA使用“全部阻止”过滤器，S传输可用于承载修改，ULTFT可由UE本地派生。 使用非IP类型PDN连接时的承载映射 通过GEO卫星支持NB-IoTNTN语音流量时，数据速率和呼叫建立时间因链路延迟受到很大挑战。为应对这一问题，可采用非IPPDN