面向NTN与TN融合的星地切换关键技术研究

R/TAF013—2025 面向NTN与TN融合的星地切换关键技术研究 Research on Satellite-ground Handover Technology towards the Integration of NTNand TN 版权声明 本研究报告版权属于电信终端产业协会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本研究报告文字或者观点的，应注明“来源：电信终端产业协会”。违反上述声明者，本协会将追究其相关法律责任。 目录 前言................................................................................II1缩略语............................................................................12研究背景与意义....................................................................12.1研究背景......................................................................12.2研究目的......................................................................13星地融合通信的发展现状............................................................23.1标准化进展....................................................................23.2关键技术与演进................................................................53.3产业布局与发展趋势...........................................................104切换总体架构.....................................................................114.1星内切换.....................................................................114.2星间切换.....................................................................124.3星地切换.....................................................................135星地切换关键技术分析.............................................................155.1切换触发机制.................................................................155.2切换决策算法.................................................................225.3切换过程中的数据传输.........................................................275.4切换后的网络优化.............................................................346总结与下一步标准化建议...........................................................366.1总结.........................................................................366.2下一步标准化建议.............................................................36参考文献............................................................................38 面向NTN与TN融合的星地切换关键技术研究 前言 随着非地面网络（NTN）与地面网络（TN）融合成为未来通信的核心趋势，在航空、航海及应急救灾等场景中实现星地无缝切换对保障业务连续性与服务质量至关重要。然而，NTN与TN在网络架构、传输时延、频谱资源等方面存在显著差异，导致星地切换面临诸多挑战。本项目基于3GPP R18演进框架与产业化实践，聚焦星地协同切换关键技术研究，研究成果将为构建高可靠、低时延的星地融合网络提供理论支撑，推动我国空天地一体化通信能力建设。 项目承担机构：电信终端产业协会空间技术融合应用工作委员会 本文件起草单位：中国电信集团卫星通信有限公司、博鼎实华（北京）技术有限公司、北京邮电大学、紫光展锐（上海）科技有限公司、翱捷科技股份有限公司、小米通讯技术有限公司。 本文件主要起草人：贾慧秒、赵冬、李彦坤、金舰、季红妍、郑艺、范易桉、李春林、王程、崔博开、李忻、夏彦龙、李维成、龙迪、吴越、胡宇洲、李丽丝。 面向NTN与TN融合的星地切换关键技术研究 1缩略语 CHO：Conditional Handover，条件切换GEO：Geostationary Earth Orbiting，同步轨道地球环绕卫星IoT：Internet of Things，物联网LEO：Low Earth Orbiting，低轨道地球环绕卫星MEO：Medium Earth Orbiting，中轨道地球环绕卫星NB-IoT：Narrow-Band Internet of Things，窄带物联网NTN：Non-Terrestrial Network，非地面网络RAN：Radio Access Network，无线接入网络UE：User Equipment，用户设备 2研究背景与意义 2.1研究背景 随着通信技术的持续演进，非地面网络（NTN）和地面网络（TN）的融合已然成为下一代移动通信的关键方向之一。在星地融合通信场景中，如航空、航海、应急救灾等领域，实现NTN与TN星地网络间无缝协同及高效切换对于保障通信的连续性和服务质量有着举足轻重的意义。然而，NTN与TN在网络架构、传输特性、频谱资源等方面均存在显著差异，使得星地切换面临同步难、效率低、稳定性差等挑战。因此，本研究课题基于当前的产业现状和标准化情况，针对星地切换关键技术展开研究，以促进星地融合通信的产业化进程。 2.2研究目的 本项目聚焦基于高轨卫星的NTN场景，围绕NTN与TN融合的星地切换，针对场景、需求、架构、关键技术问题及解决方案进行研究，旨在提出一套完备的NTN与TN融合的星地切换技术方案，为实际应用落地给予理论支撑。本项目主要包括： 1.星地融合通信的发展现状 面向NTN与TN融合的星地切换关键技术研究 2.研究星地切换的总体架构3.研究星地切换的关键技术4.总结及下一步标准化建议 3星地融合通信的发展现状 3.1标准化进展 3.1.13GPP NTN技术进展 NTN是3GPP在5G阶段研究的基于新空口技术的终端与非地面网络直接通信技术。3GPP于Rel-17正式发布了支持非地面网络（NTN）特性的系列协议规范，在后续的每个版本中持续引入了该特性的增强。 3.1.1.13GPP Rel-15 NTN关键技术 3GPP于Rel-15开启了兼容卫星通信场景的第一个研究阶段，研究范围涉及了NTN用例、部署场景及信道模型分析，为后续标准制定奠定了理论基础。该阶段研究系统分析了非地面网络（NTN）相较于地面网络（TN）呈现出的诸多差异化特性以及这些特性对系统设计提出的适应性需求。 3.1.1.23GPP Rel-16 NTN技术演进 在Rel-16阶段，NTN研究持续深入。在无线方面，进一步深入探究了支持NTN对RAN协议/架构的影响，并初步评估了相应的解决方案，研究中考虑的卫星参考场景包括GEO、具备转向波束的LEO、具备移动波束的LEO，同时考虑了透明有效载荷和再生式有效载荷的情况。 3.1.1.33GPP Rel-17 NTN技术演进 Rel-17阶段标准项目“5GSAT的第1阶段”（5GSAT）正式定义了5G系统支持卫星通信的各项要求，涵盖5G系统应支持5G地面接入网和5G卫星接入网之间的服务连续性；5G系统应能利用卫星接入提供服务；具有卫星接入功能的5G系统应能支持同时使用5G卫星接入网络和5G地面接入网络等要求。 在无线工作组，Rel-17阶段NR NTN标准项目“NR_NTN_Solutions”基于以下假设下进行了协议更新，即：只针对透明的有效载荷；在频率范围FR1（410MHz-7125MHz）内使用FDD的工作频带（引入n255（L频段）和n256（S频段）两个NR NTN频段）；支持功率等级为3(PC3)的手持设备；假设UE具有GNSS功能；具有地面固定或移动小区的地面固定跟踪区域。 3.1.1.43GPP Rel-18 NTN技术演进 面向NTN与TN融合的星地切换关键技术研究 无线工作中Rel-18阶段研究项目（SI）FS_IMT2020_SAT_eval旨在评估基于Rel-17版规范的NR工作项目（WI）NR_NTN_solutions在支持5G卫星通信方面的性能。同时，该项目评估了基于LTE的IoT NTN系统性能，以通过非地面网络（NTN）支持物联网（IoT）服务。 RAN2工作组牵头的Rel-18阶段项目WI“NR_NTN_enh”进一步就上行覆盖增强、网络对终端的位置验证、移动性管理增强及引入Ka频段NR NTN等四个方面进行了协议更新。 此外，RAN4工作组牵头的Rel-18阶段WI“NR_NTN_CBW_30MHz-Core”为卫星接入节点（SAN）和UE的工作频段n255（L频段）和n256（S频段）在已经支持的5MHz、10MHz、15MHz和20MHz信道带宽的基础上增加了30MHz的信道带宽。工作项目NR_NTN_LSband，基于Rel-17版NR_NTN_solutions所引入的L频段（n255）和S频段（n256），新增了FDD NTN频段，称为频段n254。对于该频段，用户设 备 在1610MHz-1626.5MHz（ 上 行 链 路 ，L频 段 ） 进 行 发 射 ， 而 卫 星 接 入 节 点 （SAN） 在2483.5MHz-2500MHz（下行链路，S频段）进行发射。 3.1.1.53GPP Rel-19 NTN技术演进 RAN2工作组牵头的Rel-19版工作项目（WI）NR_NTN_Ph3研究内容主要包括： 1.下行链路覆盖增强：研究并指定下行物理信道的链路层增强，解决卫星功率受限问题； 2. FR1-NTN的上行链路容量增强：对上行的容量进行增强的研究，以提高系统所支持用户的数量。实现多用户复用，提高数据传输速率； 3.支持再生有效载荷：选择TR38.821中的gNB处理有效载荷，支持再生模式，并指定在TS 38.300中支持在卫星上搭载完整gNB； 4.广播服务信令支持：将广播业务和NTN结合，在卫星覆盖范围更大的情况下指示预期广播服务区域； 5.RedCap用户设备支持：解决FR1 NTN中的RedCap用户设备支持问题，保证低复杂度设备的同时，提供比IoT-NTN更强的服务能力。 3.1.1.6面向6G NTN技术展望 2023年6月30日，