面向NTN与TN融合的星地切换关键技术研究总结
研究背景与意义
随着非地面网络（NTN）与地面网络（TN）融合成为未来通信趋势，星地无缝切换对保障业务连续性与服务质量至关重要。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，导致星地切换面临同步难、效率低、稳定性差等挑战。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，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。
星地融合通信的发展现状
标准化进展
- 3GPP NTN技术进展：从Rel-15到Rel-19，3GPP持续引入NTN特性，Rel-17正式定义5G系统支持卫星通信的要求，Rel-18评估NR和LTE NTN系统性能，Rel-19增强下行链路覆盖、上行链路容量、再生有效载荷和RedCap用户设备支持。面向6G，NTN技术将聚焦无线接口、卫星网络、终端类型和应用场景等方向。
- CCSA NTN标准进展：CCSA积极布局卫星通信领域标准，已发布和编制NB-IoT和NR NTN系列卫星互联网设备行业标准，并开展星地融合技术研究。
关键技术与演进
- 组网架构：NTN支持透明转发架构和可再生架构，两种架构特点及共同特征分别如下表所示。
- 关键技术：5G NTN关键技术包括时序、同步与HARQ增强、移动性管理、链路转换等。Rel-18阶段关键技术包括上行覆盖增强、移动性增强、UE位置验证等。
产业布局与发展趋势
- 产业主体：卫星通信运营商（如SpaceX、OneWeb、SES S.A.）和网络服务提供商（如中国电信、中国移动、中国联通）是NTN产业核心主体。
- 技术路线：手机直连卫星通信功能实现主要有三种技术路线：“新手机、旧卫星”、“旧手机、新卫星”、“新手机、新卫星”。
- 发展趋势：5G NTN与地面网络正推动多维度深度协同，包括频谱领域探索星地动态复用机制、空口技术研发统一波形设计与多址接入方案、网络管理实现星地资源统一调度等。
切换总体架构
星地融合通信场景中，切换包括服务链路切换和馈线链路切换，服务链路切换包含星内切换、星间切换和星地切换。星地切换包含NTN向TN的切换和TN向NTN的切换，目前3GPP仅定义了NTN与TN之间的切换功能。
星地切换关键技术分析
切换触发机制
- 测量事件：3GPP定义了A1~A5、D1、D2、T1等测量事件，NTN场景中需考虑基于位置、时间的测量以及切换。
- 测量配置：NTN和TN场景下，需根据传输时延差、SSB时钟偏移值等配置per-UE的SMTC窗口和测量GAP。
- 切换策略：NTN向TN切换可采用基于信号强度触发或基于信号强度和位置联合触发的策略；TN向NTN切换可采用基于信号强度触发、基于信号强度和位置联合触发或基于服务小区的信号质量和目标小区的服务时间的联合触发的策略。
切换决策算法
- 算法设计原则：全局多维度联合感知机制、抗抖动与切换稳定性设计。
- 典型切换决策算法：基于阈值的算法（RSRP/RSRQ门限算法、SINR门限算法、延迟门限算法、速度门限切换算法、地理区域门限、最小驻留时间门限）、基于预测的算法（卫星轨道可视性预测算法、用户终端轨迹预测切换算法）。
切换过程中的数据传输
- 切换流程：介绍了基于Xn的切换流程和基于NG接口的切换流程。
- 数据转发路径：透明转发模式下，数据转发路径根据网络部署的不同，可以是直接或间接转发隧道。
- PDU会话与QoS：切换过程中需保证QoS，通过QoS流、DRB、隧道等实现数据传输。
切换后的网络优化
- 兼容性优化：频段分配优化、频率复用优化。
- 容量优化：小区分裂与合并、资源分配优化。
- 切换参数优化：切换门限优化、切换迟滞优化。
总结与下一步标准化建议
NTN与TN融合通信是大势所趋，星地切换关键技术研究具有重要的理论意义和实际应用价值。下一步标准化建议包括：NTN与TN的一体化设计、统一的切换框架设计、降低切换时延的优化方案设计、无GNSS能力终端的切换机制设计、LTE TN和NR NTN切换方案等。未来6G星地切换标准化将从多方面实现关键突破，构建“全域-全时-全业务”连续覆盖能力。
