一文了解R16-5G网络侧NTN的需求与场景（学习笔记）-1

一、文档摘要（AI生成）

本报告由 3GPP (第三代合作伙伴计划) 制定，旨在探讨在 5G 网络中使用卫星接入。报告的目的是识别将基于卫星的接入组件集成到 5G 系统中的用例。它解决了 TS 22.261 中指定的陆基 5G 接入和卫星基接入网络之间服务连续性的需求。报告将用例分为三个类别：服务连续性、服务普及性和服务可扩展性。然后，它为每个用例提供详细描述、先决条件、服务流、后置条件、潜在影响和潜在需求。报告还包括对安全、计费、漫游等因素的考虑，以及对连接、漫游、QoS、用户设备和安全的潜在需求。本报告的主要目的是为 3GPP 未来在 5G 网络中使用卫星接入方面的开发工作提供指导。

主要内容：

• 本报告是关于在 5G 网络中使用卫星接入的技术报告。

• 它旨在识别将基于卫星的接入组件集成到 5G 系统中的用例。

• 报告将用例分为三个类别：服务连续性、服务普及性和服务可扩展性。

• 它为每个用例提供详细描述、先决条件、服务流、后置条件、潜在影响和潜在需求。

• 报告还包括对安全、计费、漫游等因素的考虑。

• 它提供了对连接、漫游、QoS、用户设备和安全的潜在需求。

• 主要目的是为 3GPP 未来在 5G 网络中使用卫星接入方面的开发工作提供指导。

• 文档描述了 12 个具体的用例，涉及卫星接入在不同场景下的应用，如漫游、广播、物联网、灾难恢复、最优路由等。

• 文档最后给出了结论和建议，并在附录中介绍了 5G 卫星组件的主要特征。

二、5G 卫星接入用例分类

2.1 简介

基于对卫星网络特性的分析，可以定义 3 个主要类别，将在文档后续部分使用。这些类别并不互斥：一个用例可能属于一个或多个类别。

2.2 “服务连续性”类别-Service Continuity

地面网络的部署可能更多地由人口中心的覆盖而不是地理区域的覆盖来驱动。这可能导致创建地理区域，无法通过地面网络的无线覆盖获得 5G 服务。

在这种情况下，无论是与步行用户关联，还是搭载于移动陆地移动平台（例如汽车、公共汽车、卡车、火车）、空中平台（例如商业或私人飞机）或海上平台（例如海上船舶）的 UE，都可能遇到在 UE 旅程期间单个地面网络或多个地面网络无法连续提供 5G 服务的情况。

本类别所描述的用例将解决在陆地网络和卫星网络之间移动时，为用户提供 5G 系统授予的服务的连续访问的机会。此类别还包括由此类 UE 组成的车队（无论是分散的还是本地分组的）。

2.3 “服务无所不在”类别-Service Ubiquity

地面网络可能由于经济原因（预计收入达不到盈利最低门槛）或灾害（例如地震、洪水）导致地面网络基础设施暂时停电或完全破坏，从而无法使用。

一些潜在用户可能希望在这些地面网络“未服务”或“服务不足”的区域访问 5G 服务，但除非 5G 卫星接入网络提供此类服务，否则将无法这样做。

示例用例包括：

• 物联网（用于农业、关键基础设施计量和控制 - 管道、资产跟踪/追踪）

• 公共安全和相关应急网络

• 家庭接入

2.4 “服务可扩展性”类别-Service Scalability

与地面网络相比，卫星网络具有广阔的覆盖范围，通常相当于数万个地面网络的小区。因此，卫星在通过大面积多播或广播类似内容方面非常高效，甚至可以直接传输到用户设备。同样，卫星网络还可以通过在非繁忙时段多播或广播非时间敏感数据，在繁忙时段帮助地面网络分流流量。

与该类别相关的用例例如是由于新的媒体编码格式（例如 3D、超高清）而导致的高清到超高清电视内容的分布。

3、用例

3.1 陆地网络和卫星网络之间的漫游

3.1.1 描述

航运公司全球航运 (Worldwide) 想要跟踪和追踪集装箱。为此，它在集装箱上安装了一个用户设备 (UE)，该设备可以向中央服务器报告位置和其他参数（例如集装箱内的温度）。

Need for tracking and tracing of containers

球航运公司为 UE 配备了地面运营商 TerrA 的订阅服务。TerrA 与全球大多数地面运营商签订了漫游合同，使全球航运公司无论在何处有地面覆盖都可以跟踪和追踪集装箱。

由于集装箱也需要在没有地面覆盖的区域通行，全球航运公司确保集装箱上的 UE 也具有卫星访问功能。这意味着，集装箱可以在海上船舶上或通过没有地面网络覆盖的偏远地区用火车/卡车运输时进行跟踪。

运营商 TerrA 认识到全球漫游的重要性，因此也与 SatA 等卫星网络运营商建立了漫游协议。

集装箱上的 UE 卫星访问需要直接视线。这并不总是可用的（例如，当集装箱位于集装箱船的底部时）。因此，集装箱上的 UE 可以使用具有直接视线的另一个集装箱上的 UE 作为中继，以远程 UE 的身份连接到网络。或者，集装箱船提供一个或多个中继 UE。

备注说明：

TerrA是一个运营商，与全球大多数陆地运营商建立了漫游协议，使得航运公司Worldwide能够在有陆地网络覆盖的地方追踪和追踪集装箱。此外，TerrA还与SatA等卫星网络运营商建立了漫游协议，使得即使在没有陆地网络覆盖的地区，也可以追踪集装箱。集装箱上的用户设备（UE）还具备卫星接入能力，因此可以在海上船只上或通过偏远地区的火车/卡车运输时追踪集装箱。当集装箱位于集装箱船上的堆叠底部等无法直接获得视线的位置时，UE可以作为远程UE连接到另一个具有直接视线的集装箱上的UE作为中继，或者集装箱船提供一个或多个中继UE。通过TerrA的订阅，UE在陆地和/或卫星网络上具有全球连接能力，并且可以选择最佳网络。

3.1.2 先决条件

• 集装箱上的 UE 拥有 TerrA 的订阅。

• TerrA 与地面运营商 TerrB 和卫星运营商 SatA 签订了漫游协议。

3.1.3 服务流程

（1)、全球航运公司的集装箱在鹿特丹港装船。集装箱通过网络运营商 TerrA 连接进行跟踪和追踪。

（2)、船舶离开鹿特丹港，驶出 TerrA 的覆盖范围。

（3)、现在，UE 选择 SatA 的网络提供连接。

（4)、视情况，UE 可以使用中继 UE 连接到 SatA 网络。

（5)、在海上航行几周后，船舶接近上海港。

（6)、即使仍然有 SatA 的网络覆盖，集装箱上 UE 的网络选择策略也表明更喜欢 TerrB 的地面网络。因此，UE 选择 TerrB。

（7)、集装箱从船上卸下后，装上火车。火车行驶到中国目的地的过程中，跟踪和追踪的连接由 TerrB 提供。

3.1.4 后置条件

• 用户设备通过地面和/或卫星网络实现全球连接。在同时存在地面和卫星网络的情况下，它可以选择最佳网络。

3.1.5 潜在需求

• [PR 5.1.5-001] 5G 系统应支持与 5G 卫星接入网络的连接。

• [PR 5.1.5-002] 具有卫星接入功能的 5G 系统应支持 5G 卫星接入网络和 5G 地面接入网络之间的漫游。

• [PR 5.1.5-003] 具有卫星接入功能的 5G 系统应支持基于主运营商策略的网络重新选择，即使用户设备仍处于当前网络的覆盖范围内。

注意：假设主运营商已与其客户就网络选择策略达成一致。

3.2 卫星覆盖下的广播和组播

3.2.1 描述

在版本 14 中，3GPP 规定了使移动网络能够以全新改进的方式提供电视服务的功能。电视和内容提供商可以直接通过标准化接口提供他们的服务。在许多系统增强功能中，亮点包括更大的无线广播范围、免费空中服务和数字视频信号的透明模式传输。版本 14 的改进允许通过 eMBMS（LTE 上的增强多媒体广播和组播系统）和单播更好地支持移动设备和固定电视机上的电视服务。所做的改进包括用于媒体传输和控制的移动网络运营商和服务提供商之间的一个标准化接口、用于改进广播支持的无线增强以及允许提供仅接收免费地面广播服务的系统增强。这种方法可以扩展到卫星覆盖层，不仅适用于视频内容，而且适用于任何形式的数字内容，需要分发给多个用户设备，同时考虑到卫星网络大地理覆盖范围的好处，独立接收仅限使用模式，或作为双向操作模式的补充。

3.2.2 先决条件

考虑一个移动网络运营商 (MNO) 通过无线覆盖区 M 提供服务的用例。M 主要覆盖城市和郊区地区。MNO 在其服务包中包含电视频道或视频流服务的分发。随着可用节目数量以及内容质量的提升，对这些分发服务的需求稳步增长。这在某些情况下会导致 MNO 的传输能力饱和，但订阅服务的 UE 仍应接收相应的内容。

卫星网络运营商 SNO 通过无线覆盖区 S 提供服务。S 可能包括 M。S 也能处理位于 M 之外的用户设备。

在任何给定时间，订阅 MNO 服务的 UE 可能处于无线覆盖 a) M 和 S 同时覆盖、b) 仅 S 或 c) 仅 M（例如室内）。

3.2.3 服务流程

要传递给用户设备的内容通过卫星网络 SNO 广播。

不在 S 内（即超出 SNO 覆盖范围），但位于 M 内（MNO 覆盖范围内）的用户设备通过移动网络接收内容。

用户设备组合来自 MNO 或 SNO 接收的数据流。

3.2.4 后置条件

• MNO 维护了订阅内容分发服务的用户设备的内容交付的 QoS，而 MNO 已能够应对其基础设施上不断增长的流量。

• MNO 为一些用户设备提供了改进的内容交付 QoS，而不会过度增加其移动网络基础设施上的流量。

3.2.5 与现有服务/功能的潜在影响或交互

未识别到。

3.2.6 潜在需求

• [PR 5.2.6-001] 支持卫星访问的 5G 系统应能够在使用 5G 卫星访问网络时优化内容的交付。

• [PR 5.2.6-002] 支持卫星访问的用户设备应能够通过卫星访问网络和地面访问网络并行发送和接收。

3.3 卫星网络物联网

3.3.1 描述

5G 卫星网络可以基于单个或多个卫星的星座。卫星被放置在近地轨道 (LEO)，允许连接射频和能量功能有限的用户设备。卫星星座可能提供连续服务，一颗卫星覆盖任何具有连续全球覆盖的用户设备。

物联网 (IoT) 服务提供商通过访问 5G 系统和几个相关的移动网络，为其客户在整个指定区域提供连接，并希望保证地理覆盖范围的扩展。卫星组件可能提供：

• 5G 卫星接入网络，使地面网络的无线覆盖范围得以扩展。

• 作为 5G 卫星网络，通过漫游协议扩展到其他 5G 地面网络。

3.3.2 先决条件

一支运送贵宾的车队将从 A 点移动到 B 点。贵宾的行程安排在一个优美的区域，旨在为每位参与者提供舒适和愉悦。运送贵宾的车辆的位置必须自动且持续地向安全人员报告。但是，在策划此次活动之前，现有的 5G 地面网络或技术无法提供 100% 的连续覆盖。

可用的近地轨道卫星网络。该卫星网络的服务区域包括贵宾将被运送到的蜂窝网络不可用区域。

3.3.3 服务流程

用户设备放置在运送贵宾的车辆上。

当处于蜂窝网络覆盖范围内时，用户设备通过该网络报告位置。

当处于卫星网络覆盖范围内，但不在地面网络覆盖范围内时，用户设备通过该网络报告位置。

3.3.4 后置条件

贵宾的位置会持续报告给安全人员。

3.3.5 与现有服务/功能的潜在影响或交互

5G 系统应定义条件，避免在从 5G 卫星接入网络切换到地面接入网络以及反过来时服务质量出现不稳定。

3.3.6 潜在需求

• [PR 5.3.6.001] 支持卫星接入和 mMTC 和/或 Nb-IoT 服务的 5G 系统也应在 5G 卫星接入上支持 mMTC 和/或 Nb-IoT 服务。

• [PR 5.3.6.002] 具有卫星接入功能的 5G 系统应允许对 5G 卫星接入网络或 5G 地面接入网络进行最佳选择。注意：卫星和地面接入网络之间的选择可以基于例如运营商政策、订阅设置或 QoS 设置。

• [PR 5.3.6.003] 在 5G 网络中支持卫星接入和 mMTC 和/或 Nb-IoT 服务的用户设备也应该能够通过卫星接入网络支持 mMTC 和/或 Nb-IoT 服务。

3.4 卫星组件的临时使用

3.4.1 描述

(A) 网络运营商在给定的地理区域内部署了 5G 地面 RAT，作为 5G 系统的一部分。该地理区域可能涵盖多个国家，部署 5G 地面网络的基础设施包括 RAN 和 CN。

发生危机：大地震、洪水或战争。部分或全部 RAT 元素被摧毁。无法再访问地面网络通常提供的服务。

同时，危机使民众和公共机构面临紧急情况，需要提供急救支持，恢复安全并组织后勤支持。

Alice 是一名 5G 现场工程师。她位于危机地区，正在部署和维护 5G 地面基础设施。Alice 希望远程总部提供支持，帮助恢复 5G 基础设施。

Bob 是危机管理官员。他负责一个搜救小组。他需要与部署和分散的团队互动以协调行动：搜索区域超出了 5G 地面覆盖的设备对设备 (D2D) 功能或现场部署功能。

3.4.2 先决条件

(A) 还部署了 5G 卫星 RAT，其无线覆盖范围涵盖相同的地理区域。

Alice 和 Bob 配备了具有卫星访问功能的用户设备。

3.4.3 服务流程

Alice 和 Bob 失去了对他们名义上的 5G 地面网络的访问。

能够访问卫星组件的许多网络运营商允许其网络访问最低服务集（例如语音、短信、邮件），以便为卫星覆盖范围下的每个用户设备提供有保证的访问。

公共和专业用户（例如 Alice）获得一个网络切片，该切片保证一定比例的允许流量；制定政策根据需求调整服务。

Bob 所属的任务关键力量获得另一个切片，该切片具有另一部分允许流量，从而保证对其任务的支持。

3.4.4 后置条件

在恢复到正常状态（使用 their nominal 5G terrestrial networks）的过渡期间，

• Alice 可以访问最少的通信服务。

• Bob 可以访问最少的通信服务来履行他的职责。

3.4.5 与现有服务/功能的潜在影响或交互

为了实现任务关键服务，5G 系统应能够通过 (a) 5G 卫星 RAT(s) 实现连接。

对于非任务关键服务，5G 系统应能够通过 (a) 5G 卫星 RAT(s) 路由部分流量，为特定用户组提供最少的服务（例如语音、数据流量）。

3.4.6 潜在需求

[PR 5.4.6.001] 具有卫星接入功能的 5G 系统应支持至少一个 5G 卫星 RAT。[PR 5.4.6.002] 在具有卫星接入功能的 5G 系统中，支持卫星接入的用户设备应支持至少一个 5G 卫星 RAT。