天地一体 卫星通信与5G/6G的融合之路

本书沿着卫星互联网和5G/6G的发展脉络，从技术标准的角度对二者融合的情况进行介绍和分析：介绍了全球卫星互联网、5G/6G的发展情况及二者融合应用的发展现状；从3GPP的角度，分析了卫星互联网和5G/6G融合的网络架构、接口协议、空中无线技术和协议设计；探讨了现阶段卫星互联网测试的情况及卫星物联网相关技术；展望了卫星互联网与5G/6G融合发展的场景和潜在技术。

万屹 中国信息通信研究院技术与标准研究所副所长，正高 级工程师。担任中国通信标准化协会（CCSA）导航与位置服务特设任务组（ST9）组长、航天通信技术工作委员会（TC12）副主席，以及北斗卫星导航标准化技术委员会委员等职务。主要从事无线通信标准化方面的研究工作，涉及CDMA、3G、4G、5G和6G，以及卫星通信、卫星导航等。 李侠宇 中国信息通信研究院技术与标准研究所总工程师，正高 级工程师。担任IMT-2020（5G）推进组5G NTN工作组组长，中国通信标准化协会（CCSA）行业无线信息化标准推进委员会(TC611)工作组副主席。荣获国家科技进步奖二等奖一次，中国通信学会科学技术奖一等奖两次。 徐冰玉 国家发展和改革委员会创新驱动发展中心高 级工程师，博士。参与多项国家 级科研项目和部委课题，发表论文十余篇。支撑国家发展和改革委员会、工信部等部门开展多项创新驱动、新兴产业相关的研究与政策制定工作。 刘硕 中国信息通信研究院技术与标准研究所工程师。主要从事卫星通信和卫星定位技术标准研究工作，担任国际电信联盟（ITU）6G卫星技术趋势研究和5G卫星无线接口技术规范编辑人，牵头研制多项国际标准、国家标准和通信行业标准，承担国家 级科研项目十余项。 马玉娟 中国信息通信研究院技术与标准研究所工程师。主要从事无线及移动通信设备测量方法研究、卫星通信技术与测量方法研究工作，参与编写通信行业标准二十余项，授权专利十余项，发表论文多篇。

第1 章　全球卫星互联网发展情况 001 1.1　卫星通信概述　002 1.1.1　传统卫星通信体制　002 1.1.2　卫星通信产业发展概况　004 1.2　国际卫星互联网发展进展　004 1.3　我国卫星互联网发展进展　005 1.4　国内外卫星互联网推进政策和产业布局　006 1.4.1　国外　006 1.4.2　国内　008 第2　章 全球6G 发展情况　009 2.1　6G 发展愿景及特征　010 2.1.1　总体愿景　010 2.1.2　网络架构　010 2.1.3　典型特征　011 2.1.4　关键能力　011 2.2　全球6G 总体发展现状　011 2.2.1　6G 发展总体规划　011 2.2.2　国家和地区6G 布局　014 第3　章 卫星互联网与5G/6G 融合发展应用　017 3.1　发展需求　018 3.2　应用场景　018 3.2.1　3 个维度　018 3.2.2　一个需求　020 3.2.3　星地一体化　020 3.3　应用示例　020 3.3.1　eMBB 类应用　020 3.3.2　mMTC 类应用　021 3.4　业务场景　022 3.4.1　中继到站业务　022 3.4.2　数据回传及分发业务　023 3.4.3　动中通业务　023 3.4.4　混合多媒体业务　024 3.4.5　直连终端业务　024 3.5　系统和终端要求　025 3.6　融合发展方向　025 第4　章 卫星互联网与5G/6G 融合发展现状　029 4.1　标准化情况　030 4.1.1　ITU　030 4.1.2　3GPP　033 4.1.3　CCSA　034 4.1.4　ETSI　035 4.2　系统建设情况　035 4.2.1　Lynk 公司　035 4.2.2　AST 公司　036 4.2.3　Omnispace 公司　036 4.3　业务开展及测试情况　037 第5　章 3GPP NTN 场景及架构　041 5.1　3GPP NTN 场景分析　042 5.2　3GPP NTN 的无线接入网架构　045 5.2.1　透明转发模式下的无线接入网架构　045 5.2.2　可再生模式下的无线接入网架构　047 5.2.3　基于双连接的无线接入网架构　052 第6　章 架构和接口协议关键问题　055 6.1　注册更新和寻呼处理　056 6.1.1　用户可获得其地理位置信息　056 6.1.2　用户无法获得其地理位置信息　057 6.2　连接态移动性管理　059 6.2.1　概述　059 6.2.2　gNB 内移动性管理　060 6.2.3　gNB 间移动性管理　060 6.2.4　接口改变引发的移动性管理　061 6.3　传输层技术　062 6.3.1　NTN 传输环节的特征　062 6.3.2　通过SRI 传输F1 接口信令　063 6.3.3　Xn 接口对NTN 的适用性　064 6.4　网络身份管理　065 6.5　用户位置　066 6.6　馈电链路切换　067 6.6.1　原则　067 6.6.2　程序　072 第7　章 空口无线技术　077 7.1　移动性管理技术　078 7.1.1　卫星移动性管理面临的问题　078 7.1.2　优化小区选择/ 重选流程　080 7.1.3　缩短切换中断时间　081 7.1.4　提升切换的稳健性　081 7.2　同步技术　083 7.2.1　下行同步技术　083 7.2.2　上行同步技术　084 7.2.3　时频同步方案　084 7.3　时序优化增强技术　090 7.3.1　物理层时序优化增强　090 7.3.2　高层时序优化增强　092 7.4　HARQ　093 7.5　链路层和系统层评估　093 7.5.1　系统层仿真　093 7.5.2　链路层仿真　107 7.5.3　链路预算分析　109 7.5.4　多卫星模拟　114 第8　章 空口协议设计　117 8.1　整体需求和关键问题　118 8.2　用户面增强技术　118 8.2.1　MAC　118 8.2.2　RLC　130 8.2.3　PDCP　132 8.3　控制面增强技术　133 8.3.1　闲置模式下的移动性增强技术　134 8.3.2　连接模式下的移动性增强技术　137 8.3.3　寻呼问题　142 8.3.4　NTN 星历数据　144 第9　章 卫星互联网测试进展　147 9.1　卫星互联网测试标准情况　148 9.2　卫星互联网技术试验挑战及探索　148 9.2.1　毫米波波段器件特性　148 9.2.2　跳变波束技术的验证　149 9.2.3　星载放大器测试　149 9.2.4　测试环境构建及在轨试验验证　150 9.3　卫星互联网星地无线信道建模　153 9.3.1　大尺度衰落　156 9.3.2　小尺度衰落　165 9.3.3　目标用户无线衰落环境模拟　173 9.3.4　卫星及用户天线模型　179 第10　章 卫星物联网发展情况分析　187 10.1　国外卫星物联网系统　188 10.2　国内卫星物联网系统　191 10.3　卫星物联网的发展现状分析　193 10.3.1　传统运营商发展布局分析　194 10.3.2　新兴初创企业发展现状分析　194 10.3.3　互联网企业卫星物联网布局分析　194 10.4　卫星物联网的发展趋势　195 10.5　卫星物联网的技术挑战与关键技术　197 10.5.1　卫星物联网的技术需求　197 10.5.2　卫星物联网技术挑战　197 10.5.3　卫星物联网空口适应性设计　199 10.5.4　海量物联接入技术　201 10.5.5　移动性管理关键技术　202 10.6　卫星物联网应用分析　203 10.6.1　卫星物联网的应用领域　203 10.6.2　卫星物联网的业务特点　204 10.7　发展展望和潜在技术　205 10.7.1　卫星互联网发展趋势与展望　205 10.7.2　卫星互联网潜在技术　205 参考文献　209