手机直连、星地融合：加速打造天地一体网络

中国移动 ChinaMobile 中移智库 手机直连星地合：加速打造天地一体网络 中国移动研究院无线与终端技术研究所马克 2022年12月 www.10086.cn 目录中国移动 中移智库 口手机直连卫星具有重要场景价值口新型手机直连卫星技术介绍 口中国移动手机直连卫星产业推进和合作倡议 手机直连卫星应用场景丰富中国移动 手机直连卫星技术极大拓展现有地面蜂窝网络的服务范围 为手持终端客户提供应急救援及偏远、海洋带一路“等全球范围的客类丰富的通信服务 中移智库 助力国家构建基于手机直连的公众应急通信网提供偏远地区通信服务，构建运营商打底网络 面向严重奕发自然灾害，可基于手机直连卫星，为灾区群众提供应急通信服务 开放灾区普通用户接盖广偏远地区地广人稀，人口分 使用权限，为其提容灾性强布特征导致基站建设和维护 供应急通信服务广播能力成本高 .利用手机直连卫星，可显著 000降低网络建设成本 自然灾害导致地面网络庭盘 提供海面通信服务，实现高性价比的泛在网络满足用户全球上网需求，便能我在连接 卫星基于手机直连卫星，小型渔船上 的终端在5G信号强的近海区域手机直连卫星的高便携 卫早回传选择5G网络；在5G信号弱的区性可满足“一带一路” 5G回传域，无缝地灵活切换至卫星通信出国劳务及旅游人员的 DS(M)路上网需求 小胎基站绘就发展新蓝图解决境外承包工程环境 下部分网络爱盖不足区 域的刚性上网需求 - 手机直连卫星成为行业热点 手机直连卫星技术可分为双模、3GPPNTN，存量手机直连卫星技术三大类 随着3GPP.NTN协议冻结，手机直连卫星进入全新阶段并获得全球高度关注，主流厂商纷纷入场布局 中国移动 ChinaMobile 中移智库 泰宙兹、高通、爱立信宣布中国移动研究院发布全球首个运营Iphone14手机宣布 启动5GNTN太空项目商5GNTN技术外场验证成果，验支持卫星通信功能 证了手机直连卫星的可行性 双模手机直连卫星技术 ERICSSON QualcomEmergencySOS 3GPPNTN手机直连卫星技术 THALES存量手机直连卫星技术 6.97.118.258.269.69.89.12 3GPPR17NTN标准冻结SpaceX和T-Mobile将成立技华为Mate50系列手机首发ASTBW3测试星发星，为用户提供 具备基本端到端能力术联盟，为用户提供存呈终端支持北斗短报文存虽终端直连卫星服务 直连卫星服务 领势性能 AST 3GPP SPACEXF--Mobile北4卫星浦e STARLINKMOBILEANNOUNCEMENT BLUEWALKER 三大手机直连卫星技术各有优势中国移动 ·3GPPNTN协议 双模手机3GPPNTN存量手机 空口协议 ·卫星私有协议 终端采用标准3GPP协议 ·网络侧针对卫星场景进行增强 中移智库 设备研发·双模手机支持NTN的终端·需基站上星 ·互通网关·支持NTN的基站·研发定制基站 ·卫星或地面运营商频率 空口频率·卫星L、S频段?R17支持卫星L/S频段地面运营商频率 ·R18正在新增10GHz以上频段 卫星轨道高/中/低轨高/中/低轨低轨卫星 产业 传统卫星产业封闭，基于3GPP技术体系，星地产业链高度基于3GPP技术体系，星地产业链高 星地产业链相对独立复用度复用 三大手机直连卫星技术各有优势 双模手机直连卫星技术可快速落地但产业链相对独立技术演进缓慢 3GPPNTN及存量手机直连卫星技术商用进程较晚，但基于统一的3GPP协议，！星地产业链复用程度高 中国移动 中移智库 双模手机直连卫星技术3GPPNTN手机直连卫星技术存量手机直连卫星技术 卫星信关站卫星核心网卫星低卫星 私卫有星协议 t:集成卫星通信芯片及相关射频组件 3GPPNTN 品融合终端 () NTN基站 定制基站存量手机 NT 3GPP 3GPP() 标准协议 基站蜂宽核心网互通网关 协议蜂窝基站统一核心网蜂窝基站统一核心网 可基于存量卫星、现有协议快速落地 基于统一3GPP标准空口协议，面向增 标准4G/5G终端，无需软硬件改动 采用卫星专用频段、协议及硬件，产业 量融合终端开展业务 仅支持低轨卫星，基站侧需定制增强 链相对独立 无法复用地面蜂窝产业链，终端成本高 对手机和基站同时进行空口协议增强 技术路线明确、演进潜力大，星地产业 ：市场推广快速，星地产业链可高度复用 ·卫星私有协议独立，技术路线演进缓慢 链高度复用 手机直连卫星网络架构可匹配不同业务场景 中国移动 ChinaMobile ●手机直连卫星根据卫星轨道高度从高到低可依次支持短信、语音、数据等业务 根据上星情况可分为透明转发、基站上星、基站核心网上星三种，可匹配不同的业务场景 中移智库 手机直连卫星随轨道高度适配不同业务：高轨卫星<->短信、中轨卫星<->语音、低轨卫星<->Mbps级数据业务 透明转发空口增强 匹配场景 SATgNB固定Xn接口偏远、特殊场景补充覆盖 地面gNB 基站上星时变Xn接口 UERelaySATgNB 国外覆盖等难以直接 星上基站核心网上星 Ng接口数据落地的场景 地面5GC 核心网接口对时延及安全性要求 SATgNB5GC较高的业务 NTN：传统地面移动通信技术面临的难题中国移动 卫星通信具有中低轨移动速度快、时延长，覆盖范围广的特点，传统地面移动通信技术难以适应卫星通信场景 卫星特点关键流程潜在问题 中移智库 用户开机 高移动（LEO、MEO） 最大多普勒频偏：24ppm 定时漂移：40Ts/10ms搜网（同步，接收系统消超出UE频域补偿能力 频繁切换：最快每3秒切换一次息等）、小区选择小区选择测量不准确 接入码窗口交叠 距离远随机接入（RRC连接建立接入定时器超时 GEO3600km->RTD540ms LE01200km->RTD41ms LEO600km->RTD28ms注册、鉴权 馈电（蜂窝小区RTD<0.66ms） 链路用户 超出时域补偿能力 链路调度计时器超时 数据传输：SR、HARQ 不适配 PDCCHmonitoring 覆盖广 GE0波束200km-1000km LE0波束20-500km移动性：测量、切换 （蜂窝小区低频最大小区半径100km） 测量结果不准确切换失败 NTN：协议增强及设备改造需求 中国移动 ChinaMoblle 为应对地空场景大时延、超高速影响，3GPPR17NTN在原5G空口基础上进行协议增强设计透明转发模式下手机/基站需定制射频单元，成本增加可控 中移智库 协议增强超大时延超高速运动基站和终端设备改造 (w) 口透明转发信关站NTN基站 NTN终端核心网 星上处理 终端基站（透明转发/网络上星）核心网 软件空口增强：多普勒补偿、时延补偿、时序优化、移动性优化等 硬件支持卫星频率及射频要求 成本成本增加可控，量产后有望降低 透明转发：基站射频需定制 网络上星：与卫星平台深度融合、需优化重量、功耗等复用蜂窝核心网 透明转发：成本略有增加 网络上星：深度定制、成本较高 NTN：标准制定中国移动 3GPP针对卫星通信场景距离远、移动快、接盖广带来的问题进行空口协议增强，支持NTN手机直连卫星技术 R17面向GEO/MEO/LEO等场景、短信/语音/窄带/宽带等多种业务、支持L/S等频段开展手机直连、透传模式、星 中移智库 地异频等研究 R18面向更多频段、更多业务类型开展移动性、覆盖增强等技术研究，但暂不支持基站上星 3GPP TR38.811TR38.821第一版3GPPNRNTN标准 定义NTN的信道模研究NTN的网络立项，2022.6已冻结（时频 型，识别关键问题架构和解决方案同步、定时增强、移动性） 工作立项：形成第二版3GPPNRNTN标准 10GHz以上高频段部署 移动性 覆盖增强 基于网络侧验证的UE位置 2017.32018.62019.122022.6 R15R16R17R18 10 存量终端无改造的定制基站技术方案中国移动 终端为标准4G/5G终端，无需软硬件升级，为适应卫星通信场景，存量手机直连卫星模式完全依赖基站侧补偿及调控 中移智库 gNB.OLgBOLfiming 基站进行波束级时频 Deloy UEDL 偏预补偿，存量终端TA 补偿残留时频偏UEUL gBULtining Mninumore Prearbiereceivingwindow1 Deloy oneva/tertiddta/2 Minimumone Z.feapies usbuugouyn-108N5 基站进行频段预补偿基站根据调度算法进行UE级调度调整Preamble接收窗口交登 涉及流程影响因素存虽手机直连卫星解决方案网络侧改造 频域同步移动速度快根据存量终端补偿能力限制小区半径：小区中心点频偏预补偿 随机接入大尺度时延、覆盖范围大根据定时器窗口限制星地距离：调整或根据Preamble接收窗口限制小区半径 时域同步大尺度时延基站侧非对齐：网络侧进行时域补偿及时序调整 HARQ反馈大尺度时延增加伪HARQ过程：依靠NDI判断是否重传：HARQ打包反馈 移动性管理爱盖范国大、远近效应不明显基于时间、仰角等进行决策并指示UE进行切换 11 ChinaMobile 存量终端无改造的定制基站技术方案中国移动 为保证波束边缘点与中心点频差在存量UE补偿能力范围内卫星波束宽度应小2°，波束覆盖半径约10-30km（LE0-600） 中移智库 600Km轨道高度、2GHz载波频率时，卫星多普勒可达±40K，远超存量终端频偏补偿能力为±1000Hz 网络侧补偿参考点频偏，终端基于相应参考点进一步补偿 ：下行频域同步：网络侧针对小区中心（参考点）进行小区级别的补偿（如发送对应频偏的SSB），终端基于参考点（接收到的SSB）进一步补偿自身偏移量。因此要求波束中心点与边缘点频差需小于UE频偏补偿能力 上行频域同步：终端针对参考点进行自身能力范围内的频率补偿，参考点频偏由网络侧进行后补偿。 经仿真分析，波束宽度小于2时，可保证波束边缘点与中心点频差在UE补偿能力范围内，此时卫星天线直径为5.25米 对速度V 小区中心边界 fd视为相同 波束中心点多普勒波束中心点与边缘点频差小区直径 12 存量终端无改造的定制基站技术方案 中国移动 aMobil 为避免Preamblereceivingwindow发生交叠，网络侧应当✲据实际情况配置对应的RACHOccasion周期设置 ·为满足定时器要求，✁上处理模式下✁地最大传播距离为1200km（轨道高度700Km@用户最小仰角30/卫✁视场角±58°） 中移智库 存量空口协议方案：✲据卫✁高度配置RACHOccasion l、针对Preamblereceivingwindow发生交叠问题，✲据卫✁高度配置RACHOccasion ：小区覆盖半径大，小区中心UE和小区边缘UE基于基站时序在RACHOccasion发送Msg1后，基站 收到Msg1的时间差（preamblereceivingwindow）将受时延影响变长。 为避免Preamblereceivingwindow发生交叠，网络侧应当✲据实际情况配置对应的RACH Occasion周期设置（最大160ms）。 2、针对RARWindow开启时间及窗口大小、ContentionResolutionTimer窗口大小不适配问题，限制 Msg L0md 小区边缘用户✁地距离MaxRARWin: ·以LTE为例，LTE协议规定RARwindow最大为10mS。 ·✲据接收时间窗限制，考虑基站处理时延约约2-3ms，要求用户✁地传播距离限制在1200km （✁上处理）或600km（透明转发）以内 Msg 中国移动积极投入手机直连技术研究 中国移动 hinaMobile 在技术层面，开展NTN技术、存量终端、创新基地建设等关键技术研究 在标准层面，制定3GPP和CCSA等国内外标准，3GPP专利和文稿数均居运营商首位 在生态构建层面：产学研用协同，共同开展IOTNTN试点、智