【NTN 卫星通信】基于NTN的多3GPP连接应用场景

1 概述

同时聚合两条3GPP接入链路，其中一条为非地面网络，可以提供以下5G业务使能，尤其适用于带宽有限或接入链路不可靠的服务不足地区:
-扩展流动宽频
-超可靠的服务通信

如技术报告38.821所述，若干服务场景(例如在偏远地区的住宅用户、在车辆、高速列车、船只或飞机上的用户)可受惠于地面及非地面接达或两种不同的非地面接达(例如基于GSO和NGSO)，以达到在数据速率及/或可靠性方面的目标服务性能。
多轨道网络（例如包括卫星和地面通道）的运营商也将受益于这种组合技术在优化网络资源使用方面带来的灵活性。通过将容延迟业务分流到GSO接入，可以增强NGSO接入网对延迟敏感业务的处理能力。此外，在GSO和NGSO接入网每比特传输成本不同的情况下，运营商可以降低业务交付成本。
在服务不足的地区，基于地面的接入(例如NR或LTE)提供的带宽可能在小区边缘受到限制。添加基于NTN的NG-RAN将有助于实现目标体验数据速率。

2 场景描述

在某些情况下，例如在高速列车上，服务区域可能不会沿着轨道完全均匀，而涉及基于NTN的NG-RAN的多连接将能够提供目标可靠性。

因此，一个UE可以通过以下方式同时连接和服务:
-一个基于ntn的3GPP接入和一个基于地面的3GPP接入
-一个基于ntn的3GPP接入(NGSO)和另一个基于ntn的3GPP接入(GSO)
-通过同一星座的两颗不同卫星进行一次基于NTN的3GPP接入(NGSO)

双接入联合可以发生在上行链路或下行链路，也可以同时发生在上行链路或下行链路。
相同或不同的gNB可以通过地面接入网和卫星接入网(例如，在卫星上携带透明有效载荷)为NR小区提供服务。
基于NTN的NG-RAN可指透明有效载荷卫星以及具有某些gNB功能的再生有效载荷卫星。

说明:
a)涉及透明有效载荷基于NTN的NG-RAN和地面NG-RAN的多连接
用户设备通过透明的基于NTN的NG-RAN和蜂窝NG-RAN同时连接到5GCN。我们假设NTN网关位于蜂窝接入网的PLMN区域。
将考虑以下两种情况:
两个PLMN由不同的运营商管理(假设他们之间有商业协议);
在这里插入图片描述

图1 基于透明的NTN的NG-RAN和蜂窝NG-RAN(不同的PLMN)多连接

两个plmn由同一运营商管理。
在这里插入图片描述

图2 基于透明的NTN的NG-RAN和蜂窝NG-RAN(相同的PLMN)的多连接

b)涉及两个透明的基于NTN的NG-RAN接入的多连接
例如，这是指两种基于透明ntn的ng - ran的组合，例如基于GSO和基于NGSO的ng - ran。这对于向未提供服务的地区的ue提供服务很有意义。基于NGSO的ngran具有较低的时延，可用于支持对时延敏感的业务，而基于GSO的NG-RAN可提供额外的带宽以满足目标吞吐量需求。如下图所示
在这里插入图片描述

图3 两个透明的基于ntn的NG-RAN之间的多连接

c)通过具有星间链路的同一星座的两颗卫星，将两颗基于再生NTN的ngRAN(gNB on board)组合在一起。如下图所示。
在这里插入图片描述

图4 两个基于再生ntn的NG-RAN之间的多重连接(例如板载gNB)

注:

图4是为了说明目的。可以考虑其他架构(例如在卫星和地面之间分割NG-RAN架构);
SRI为图4中的卫星无线接口。每个接入链路可以为UE分配一个用户标识。
UE可以实现一个或两个不同的调制解调器/无线同时接入两个接入链路。
与给定服务会话(例如IP会话)相关的用户流量可以分布在与特定QoS要求相关的两条不同数据路径上，并映射到不同的访问链路上。
接入链路可以在相同或不同的频带中工作。
用户流量在接入链路上的分配是由网络控制的

3 预置条件

在涉及的两个NG-RAN接入链路之间应该有一些覆盖重叠。
如果两个访问链路都有相同的PLMN，则UE附加到为两个访问链路服务的5GC。
5GC知道两个访问链接各自的特征。
在各接入链路采用不同PLMN的情况下，用户通过订阅HPLMN，并通过漫游协议访问其他网络。关于接入链路的各自特征的信息可以在两个网络之间交换。
终端在至少一条接入链路上处于连接状态。
可以在两个访问链路上部署和管理切片。

4 服务流程

终端用户在一条3GPP接入链路上建立VoIP、视频或数据业务，出现QoS不足(例如吞吐量、延迟等)。如果另一条3GPP接入链路可用，则激活该链路并与第一条链路结合，以支持所需的服务质量。
根据服务的目标QoS，考虑到每个接入链路的具体性能，例如延迟、吞吐量、抖动、错误率等，可以在两个3GPP NG-RAN接入链路之间对连接的用户平面流量进行智能的双向引导、拆分和切换。
用户平面流量的QoS要求可以通过不同数据流关联的特定策略来确定，也可以通过同一数据流中的不同流量类型来确定。
基于QoS要求(例如延迟、吞吐量、抖动、错误率)、业务特性、无线电链路条件和UE的移动速度，流量在接入链路上被引导/分割。例如，低延迟要求的流量将被分割/引导到具有最低延迟特征的访问链路上。
当某条接入链路发生切换、临时无线链路故障或拥塞时，可以将用户平面的流量切换到剩余的活动接入链路上。当无线链路重新建立时，用户平面再次基于QoS在两个访问链路上进行拆分/转向。
在每个访问链路上报告的数据量和其他流量统计数据用于计费目的。

5 后置条件

通过对用户平面流量进行适当的引导、拆分和交换，至少涉及NTN的双NG-RAN访问连接可以支持单个接入无法支持的目标QoS。多轨道网络的运营商可以利用其GSO接入网来增加其NGSO接入网的容量，以实现延迟敏感和/或优化服务成本。网络原生标准方法确保运营商能够以一致的方式管理所有用户和应用程序的功能，平衡个人需求与整个网络的需求。

6 用例导致的对网络设计的需求

基于运营商策略，5G系统应能够支持UE在两个3GPP 5G接入网络(使用至少一个NR卫星RAT)上的同一数据会话相关的同步数据传输，并在两个接入网络之间优化分配用户流量，同时考虑两个接入网络的连接条件(例如无线电特性、移动性、拥塞)和UE的移动速度。
当两个5G接入网络同时用于同一数据会话时，5G系统应能够同时收集两个链路的收费信息。
注:如果两个5G接入网属于不同的PLMN，则假设HPLMN 5G CN中的单订阅和数据锚定。