5G卫星非地面网络架构解析

卫星通信可与 5G 技术相辅相成，提升 5G 的价值，并解决因基础设施限制而造成的覆盖难题和复杂用例。3GPP 5G 标准包括的 NTN 卫星段是 5G 生态系统的一部分。

在3GPP 在Release-15中完成了 5G NR 技术的标准化，并在Release-15,16 等版本中进一步发展。支持非地面网络（NTN）的 5G NR 系统一直是 3GPP 工作项目和研究的重要探索领域。如下图所示，NTN 已成为任何可能涉及非地面飞行物体的网络的总称，其中包括卫星通信网络、高空平台系统 (HAPS) 和空对地网络。

5G 卫星网络体系结构

3GPP TR 38.8211 提供了 5G 卫星非地面网络架构，通常包括以下6个要素。

1. 卫星

卫星重新创建从馈线链路到业务链路的 NR-Uu 无线接口，反之亦然。卫星是一个在轨道上旋转的收发器，可使用透明或再生（带机载处理）有效载荷。卫星通常在以其视场为边界的服务区/区域内形成多个波束。波束的足迹通常呈椭圆形。卫星的视场取决于星载天线图和最小仰角。卫星可以是地球同步轨道卫星，也可以是服务于某一区域的非地球同步轨道卫星。

GEO地球同步轨道卫星由一个或多个卫星网关提供信号，这些网关部署在卫星的目标覆盖范围内，如区域或大陆。我们可以认为一个小区中的 UE 只由一个卫星网关提供服务。

Non-GEO非地球同步轨道卫星每次由一个或多个卫星网关连续提供服务。系统确保连续服务的卫星网关之间服务和馈线链路的连续性，并有足够的时间进行移动锚定和切换。

2. 卫星网关：一个或多个卫星网关可将非地面网络连接到公共数据网络。

3. 馈送链路：馈送链路是卫星网关与卫星之间的无线电链路。该链路可使用 NR-u

4. 卫星间链路（ISL）：在卫星群的情况下，ISL 是可选的。这就需要在卫星上安装再生有效载荷。ISL 可在射频频段或光频段运行

5. 业务链路：业务链路也是一种无线电链路。它位于用户设备（UE）和卫星之间。

6. UE 或卫星电话：用户设备（UE）可以是卫星电话，也可以是在指定服务区域内提供必要支持的普通电话。

卫星有效载荷和 3GPP 建议

卫星有效载荷是指卫星的功能/用途。通信卫星有效载荷是指收发器和天线。根据 3GPP TR 38.821，卫星有效载荷在上行链路和下行链路方向上实现频率转换和射频放大器，它相当于一个模拟射频中继器。

"从地球表面发射的电磁波由卫星接收天线转换成电信号，再由低噪声放大器（LNA）进行信道滤波和放大。然后对信号进行频率转换。最后，高功率放大器（HPA）将信号传输到发射天线，产生经过重新处理的电磁波，射向接收站所在的地球表面。"

3GPP Release-16包括对以下两种架构的研究。

透明有效载荷 

再生有效载荷

透明有效载荷

透明通信有效载荷的射频滤波、频率转换和放大仅在卫星上进行。因此，有效载荷重复的波形信号保持不变。

再生有效载荷

利用再生通信有效载荷，可在卫星上进行射频滤波、频率转换和放大以及解调/解码、切换和/或路由、编码/调制。这实际上相当于在卫星上具备全部或部分 gNB 功能。

通过与不同工作组的研究和讨论，3GPP 决定在Release-17中将透明有效载荷方案标准化，而不将再生有效载荷方案标准化。

在卫星上完成 gNB；

gNB-CU 在地面，gNB-DU 在卫星上，这在处理 CU 和 DU 之间的F1接口方面面临挑战；

完整的地面 gNB。

卫星上的 LLS（Low layer split）、RU（无线电单元Radio Unit），在处理 3GPP 未标准化的通用公共无线电接口 (CPRI) 接口方面面临挑战。

本文转载自通信百科

审核编辑：汤梓红