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3GPP下的5G与卫星融合

  随着通信的发展,单一的地面网络已经不能满足一些场景的需求,融合了卫星通信的天地一体化网络成为研究的热点。

  过去二十年,3GPP成为引领全球通信业发展的主导性标准化组织。特别是进入5G时代,3GPP的影响力进一步彰显。3GPP提供TS(Technical specification,技术规范)和TR(Technical request,技术报告),TS成文并冻结后往往意味着要投入商用阶段,“冻结”的意思是对该Release只允许进行必要的修正,而不再添加新的特性。而TR则是针对某个专题所做的研究。一个重要的课题一般会先经过研究阶段,发布一系列的TR,然后再进行标准化制定工作,发布TS。

  3GPP最早在R14中开展了卫星通信对5G地面移动通信带来的优势的研究。为了推动卫星技术在5G中的应用,3GPP在SA以及RAN工作组中先后成立了多个5G卫星融合相关的研究项目,将卫星接入列为5G的多种接入技术之一,并对卫星网络的部署方案和应用场景进行了具体研究和分析。为了加速5G的发展,新一代移动通信技术标准分成了R15、R16两大阶段。R15目前已经冻结,R16预计2020年3月完成。期间3GPP在5G与卫星融合方面作出了不懈努力,并取得了一系列的成果,下图是一些重要提案的时间节点。

卫星与5G融合的重要提案

  下面对上述的提案作出简要介绍:

  • TS 22.261(R15)《Service requirements for next generation new services and markets》中阐述了卫星覆盖作为5G混合接入技术之一所带来的前景和价值,卫星在一些要求广域覆盖的工业应用场景中具有显著优势。并提出了卫星通信相关的需求:5G系统要提供卫星接入功能,并且5G系统应支持由同一运营商或运营商间协议拥有的陆地5G接入和卫星接入网络之间的服务连续性;为了提供使用卫星接入的服务,5G系统的空中接口应支持高达280 ms的单向延迟;拥有卫星接入的5G系统应该能够通过利用卫星支持无处不在的服务,以及对全球覆盖范围进行广播/多播业务,优化内容缓存应用程序的传输等。作为5G接入技术之一,卫星通信市场潜力不容小觑,但面临的挑战也是巨大的。

  • TR 22.822(R16)《Study on using Satellite Access in 5G》是在TS22.261基础上对5G卫星接入的进一步研究,列举了卫星融合5G的12个应用场景,分别是:1. 需要跟踪定位服务的海上船只;2. 卫星覆盖的广播/多播业务;3. 基于卫星接入的物联网;4. 卫星网络的应急通信;5. 卫星的最优路径;6. 卫星越境服务的连续性;7. 全球卫星覆盖方案;8. 通过弯管卫星将UE连接到5G网络;9. NR与5G核心之间的固定回程;10. 5G移动平台回程;11. 5G前提;12. 远程服务中心与离岸风电场的卫星连接。上述12类应用场景覆盖了卫星通信的三种服务类型,即服务连续性,服务普遍性,服务可扩展性。该技术报告对终端和原有地面网络提出新要求,结合对5G卫星网络应用场景的分析,对已有服务进行修改和更新,这是实现5G网络产业应用的关键环节。

  • TR 23.737(R16)《Study on architecture aspects for using satellite access in 5G》在考虑TR22.822提出的十二个应用场景时,确定集成了卫星通信在内的5G系统的影响区域。分析了由于卫星覆盖范围大和本身可移动带来的UE移动性管理问题、时延问题、QoS等。

  • TR 38.811(R15)《Study on New Radio (NR) to support Non Terrestrial Networks》该报告由RAN和WG1工作组撰写,面向非地面网络的5G新空口,针对5G应用场景的需求以及现有卫星技术的发展水平,确定卫星网络部署方案以及相关参数,这是保障5G系统卫星通信功能和性能需求的关键;

  • TR 38.821(R16)《Solutions for NR to support non terrestrial networks (NTN)》在TR 38.811成果的基础上,3GPP研究一套必要的适配措施,使新无线电(NR)协议可在非地面网络中运作,并优先接入卫星服务的3GPP的R16版本。非地面网络也要考虑无人机系统的接入,无人机系统具有较低的时延、多普勒频移以及变化速率。并对物理层、层二和层三的潜在影响提出解决方案,完善RAN架构和接口协议。就架构问题而言,TR38.821取代了TR38.811。

  • TR 28.808(R16)《Study on management and orchestration aspects with integrated satellite components in a 5G network》本研究旨在将卫星集成对现有5G网络业务模式、管理和业务流程的影响和复杂性降到最低。

  除此之外,3GPP对卫星导航方面制定了相关技术规范,如TS 25.172、TS 25.173、TS 36.171、TS 38.171。在2019年3月发布的R15 TS 38.171《Requirements for support of Assisted Global Navigation Satellite System (A-GNSS)》报告中详细介绍了3GPP在卫星通信与5G融合中提出的要求,包括:①在信号比较弱的条件下,接收机的灵敏度要求;②在理想条件下,A-GNSS位置估计的精度要求,以确保位置估计的准确性;③动态距离要求的目的是确保当可见卫星具有相当不同的信号水平时,GNSS接收机性能良好;④接收机对多径的容忍度;⑤对于某些位置服务而言,移动场景和定期更新的目的是验证接收器产生GNSS测量或位置修正的能力,当它位于减速、转弯或加速的车辆上时,要具有良好的跟踪性能。

参考文献下载地址:
https://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/