5G衛(wèi)星非地面網絡架構解析

衛(wèi)星通信可與 5G 技術相輔相成，提升 5G 的價值，并解決因基礎設施限制而造成的覆蓋難題和復雜用例。3GPP 5G 標準包括的 NTN 衛(wèi)星段是 5G 生態(tài)系統的一部分。

在3GPP 在Release-15中完成了 5G NR 技術的標準化，并在Release-15,16 等版本中進一步發(fā)展。支持非地面網絡（NTN）的 5G NR 系統一直是 3GPP 工作項目和研究的重要探索領域。如下圖所示，NTN 已成為任何可能涉及非地面飛行物體的網絡的總稱，其中包括衛(wèi)星通信網絡、高空平臺系統 (HAPS) 和空對地網絡。

5G 衛(wèi)星網絡體系結構

3GPP TR 38.8211 提供了 5G 衛(wèi)星非地面網絡架構，通常包括以下6個要素。

1. 衛(wèi)星

衛(wèi)星重新創(chuàng)建從饋線鏈路到業(yè)務鏈路的 NR-Uu 無線接口，反之亦然。衛(wèi)星是一個在軌道上旋轉的收發(fā)器，可使用透明或再生（帶機載處理）有效載荷。衛(wèi)星通常在以其視場為邊界的服務區(qū)/區(qū)域內形成多個波束。波束的足跡通常呈橢圓形。衛(wèi)星的視場取決于星載天線圖和最小仰角。衛(wèi)星可以是地球同步軌道衛(wèi)星，也可以是服務于某一區(qū)域的非地球同步軌道衛(wèi)星。

GEO地球同步軌道衛(wèi)星由一個或多個衛(wèi)星網關提供信號，這些網關部署在衛(wèi)星的目標覆蓋范圍內，如區(qū)域或大陸。我們可以認為一個小區(qū)中的 UE 只由一個衛(wèi)星網關提供服務。

Non-GEO非地球同步軌道衛(wèi)星每次由一個或多個衛(wèi)星網關連續(xù)提供服務。系統確保連續(xù)服務的衛(wèi)星網關之間服務和饋線鏈路的連續(xù)性，并有足夠的時間進行移動錨定和切換。

2. 衛(wèi)星網關：一個或多個衛(wèi)星網關可將非地面網絡連接到公共數據網絡。

3. 饋送鏈路：饋送鏈路是衛(wèi)星網關與衛(wèi)星之間的無線電鏈路。該鏈路可使用 NR-u

4. 衛(wèi)星間鏈路（ISL）：在衛(wèi)星群的情況下，ISL 是可選的。這就需要在衛(wèi)星上安裝再生有效載荷。ISL 可在射頻頻段或光頻段運行

5. 業(yè)務鏈路：業(yè)務鏈路也是一種無線電鏈路。它位于用戶設備（UE）和衛(wèi)星之間。

6. UE 或衛(wèi)星電話：用戶設備（UE）可以是衛(wèi)星電話，也可以是在指定服務區(qū)域內提供必要支持的普通電話。

衛(wèi)星有效載荷和 3GPP 建議

衛(wèi)星有效載荷是指衛(wèi)星的功能/用途。通信衛(wèi)星有效載荷是指收發(fā)器和天線。根據 3GPP TR 38.821，衛(wèi)星有效載荷在上行鏈路和下行鏈路方向上實現頻率轉換和射頻放大器，它相當于一個模擬射頻中繼器。

"從地球表面發(fā)射的電磁波由衛(wèi)星接收天線轉換成電信號，再由低噪聲放大器（LNA）進行信道濾波和放大。然后對信號進行頻率轉換。最后，高功率放大器（HPA）將信號傳輸到發(fā)射天線，產生經過重新處理的電磁波，射向接收站所在的地球表面。"

3GPP Release-16包括對以下兩種架構的研究。

透明有效載荷

再生有效載荷

透明有效載荷

透明通信有效載荷的射頻濾波、頻率轉換和放大僅在衛(wèi)星上進行。因此，有效載荷重復的波形信號保持不變。

再生有效載荷

利用再生通信有效載荷，可在衛(wèi)星上進行射頻濾波、頻率轉換和放大以及解調/解碼、切換和/或路由、編碼/調制。這實際上相當于在衛(wèi)星上具備全部或部分 gNB 功能。

通過與不同工作組的研究和討論，3GPP決定在Release-17中將透明有效載荷方案標準化，而不將再生有效載荷方案標準化。

在衛(wèi)星上完成 gNB；

gNB-CU 在地面，gNB-DU 在衛(wèi)星上，這在處理 CU 和 DU 之間的F1接口方面面臨挑戰(zhàn)；

完整的地面 gNB。

衛(wèi)星上的 LLS（Low layer split）、RU（無線電單元Radio Unit），在處理 3GPP 未標準化的通用公共無線電接口 (CPRI) 接口方面面臨挑戰(zhàn)。

本文轉載自通信百科

審核編輯：湯梓紅