3GPP NTN Handover¶

一文带你读懂 3GPP NTN 中的常见 Handover 方式与流程

注意: 本文使用 claude 辅助写作

本章要点

范围：本章只讨论 LEO，以透明转发为主，Rel-19 的再生转发单独列出；假设 UE 具备 GNSS。
依据：TS 38.300 v19.3.0 §16.14.3.2、§9.2.3.6，TS 38.331，TS 23.502。
3GPP NTN 的连接态移动性共 5 类，前 4 类是 L3 切换，第 5 类不属于切换：

#	形式	版本	L3 HO？	核心网参与	NTN 关键点
1	Xn-based HO	Rel-15 基线，Rel-17 适配	是	仅最后的 Path Switch	HO 命令携带目标 `ntn-Config`，UE 自算 TA 和 Doppler
2	N2-based HO	同上	是	AMF 中转准备阶段，再做路径切换	用于没有 Xn 或需要换 AMF 的场景
3	CHO	Rel-16 基线，Rel-17 增加 NTN 条件	是	同 Xn 或 N2	时间触发（T1）、位置触发（D1）、A4
4	RACH-less HO	Rel-18	是	同 Xn 或 N2	不发 PRACH，可与时间型 CHO 组合
5	卫星切换 + 重同步	Rel-18	否	不参与	同 PCI、同 gNB、QEF 小区、透明转发

DAPS（双连接切换）在 NTN 中不支持
- DAPS: Dual Active Protocol Stack
- 证据: DAPS handover status
NTN↔TN 切换复用上述流程，并且不要求 UE 同时连接 NTN 和 TN
- 证据: NTN↔TN mobility

术语速查（面向大同行读者）

TA（Timing Advance，定时提前）：UE 要比"下行时刻"提前多久发送上行，才能让不同距离的 UE 信号同时到达基站。地面网络中 TA 在 μs 量级；LEO 中可达十几到几十 ms。
RTT：往返时延。LEO 600 km 透明转发时，最大 RTT 约 25.8 ms（TR 38.821）；地面网络通常小于 1 ms。
Doppler（多普勒频偏）：卫星以约 7.5 km/s 运动导致的载波频率偏移。LEO 600 km 最大约 ±24 ppm，在 2 GHz 下约为 ±48 kHz。
星历（ephemeris）：卫星的位置、速度或轨道参数。common TA 是网络广播的公共时延，主要对应馈电链路部分。UE 用 GNSS 位置加星历，可以自己算出服务链路（UE↔卫星）的时延。
ntn-Config：一组 NTN 接入参数，包括星历、common TA、K_offset、epoch 时刻和有效期。在 SIB19 中广播，也可以通过专用信令下发。
K_offset：调度时序的额外偏移量。由于 TA 很大，UE 收到调度后需要更晚才发送，因此给调度时序整体加一个偏移。
SSB：同步信号块。UE 靠它做下行的时间和频率同步；一个 SSB 通常对应一个波束。
PCI：物理小区 ID。
RA / PRACH：随机接入。Msg1 是前导（preamble），Msg2 是 RAR，基站在 RAR 中下发 TA。CFRA 是使用专用前导的无竞争随机接入。
PDCP SN：PDCP 层的序列号，作用类似 TCP 序号。切换时需要传递，保证数据不丢不重。
PDCCH：下行控制信道，携带上下行调度授权（grant）。
CG（Configured Grant，Type-1）：由 RRC 预先配好的周期性上行资源，不需要 PDCCH 调度就能直接发送。
TAT（timeAlignmentTimer）：TA 有效期计时器。超时后 UE 认为自己上行失步，必须停止上行发送。
QEF（准地固）小区：在一颗卫星过境期间，波束始终指向地面固定区域。与之相对的是 earth-moving 小区，它随卫星一起扫过地面。
t-Service：SIB19 中广播的 UTC 时刻，表示服务小区停止覆盖当前区域的时间。

1. 基线切换: Xn/N2-based HO¶

下面以 N2 为例画出完整流程。Xn 与它的差别只在两处：第 2 步的准备阶段不经过 AMF；第 7 步的路径切换由目标 gNB 主动发起。

sequenceDiagram
    participant UE
    participant S as gNB-1(源)
    participant T as gNB-2(目标)
    participant AMF
    participant U as SMF/UPF
    UE->>S: MeasurementReport (A3/A4/A5 或 D1)
    Note over S: 第1步 HO 决策
    S->>AMF: 第2步 HANDOVER REQUIRED
    AMF->>T: HANDOVER REQUEST
    T->>AMF: HANDOVER REQUEST ACK (内含给 UE 的 RRCReconfiguration)
    AMF->>S: HANDOVER COMMAND
    S->>UE: 第3步 RRCReconfiguration (reconfigurationWithSync + 目标 ntn-Config)
    S->>AMF: 第4步 UPLINK RAN STATUS TRANSFER
    AMF->>T: DOWNLINK RAN STATUS TRANSFER
    S-->>T: 数据转发 (直接或经 UPF)
    Note over UE: 第5步 同步目标 SSB，自算 TA，预补偿 Doppler
    UE->>T: 第6步 随机接入 Msg1/Msg2
    UE->>T: RRCReconfigurationComplete
    T->>AMF: 第7步 HANDOVER NOTIFY
    AMF->>U: 更新 PDU 会话，N4 修改，下行路径切到 gNB-2
    U-->>S: End Marker
    AMF->>S: UE CONTEXT RELEASE COMMAND

第 1 步：切换决策¶

(1) 问题

地面网络靠 A3 判决：邻区信号比服务小区强出一个偏置，就触发切换。
LEO 的卫星在几百公里高空。小区中心和边缘的 UE 到卫星的距离相差不大，RSRP 的差异远小于地面网络，信号曲线很平，用 A3 很难判断"现在该切了"。
另一方面，卫星一飞走，整个小区的 UE 都要切换，这不是个别 UE 的事件。

(2) 思路

卫星轨道是确定的，UE 也有 GNSS 位置。可以用"位置"和"时间"来补充"信号强度"作为判据。

(3) 实际做法

[1.1] 位置事件 D1（Rel-17）：当 UE 到服务小区参考点的距离大于门限 1，并且到邻区参考点的距离小于门限 2 时上报。它可以和 A3/A4/A5 一起配置。

[1.2] 测量辅助：网络在 SIB19 或测量配置中给出邻区卫星的星历和 common TA。网络还可以为同一频点并行配置多套 SMTC（SSB 测量时间窗），因为不同卫星的 SSB 到达时间可能相差数毫秒。

[1.3] gNB 也可以直接用星历预测卫星离开的时刻来做决策，这部分属于实现，标准没有限定。

第 2 步：切换准备（Xn 或经 AMF 的 N2）¶

(1) 问题

目标 gNB 需要拿到 UE 上下文，并预留资源
LEO 透明转发时，gNB 在地面
- 当卫星的馈电链路切换到另一个信关站（该信关站挂在另一个 gNB 下），或者覆盖跨越国界需要更换 AMF 时，就会出现 gNB 之间没有 Xn 的情况

(2) 思路

这一段信令全部在地面传输，不经过卫星，因此直接复用地面流程即可。

(3) 实际做法

[2.1] Xn：源 gNB 发 HANDOVER REQUEST，目标 gNB 回 HANDOVER REQUEST ACK。

[2.2] N2：消息链为 HANDOVER REQUIRED → AMF → HANDOVER REQUEST → ACK → HANDOVER COMMAND。

[2.3] 目标 gNB 在 ACK 中就把给 UE 的 RRCReconfiguration 构造好，放在透明容器里。源 gNB 不解析，直接转发给 UE。

[2.4] 何时必须走 N2：两个 gNB 之间没有 Xn，或者需要更换 AMF。Rel-19 引入星上 gNB 后，N2 流程也可以用于同一个 gNB 内部的切换，例如星上 gNB 的馈电链路更换时（TS 23.502）。

Xn 和 N2 分别是什么

它们只是编号式的接口名。区别在于来自不同的规范体系：Xn 是 RAN 侧的叫法，N2 是核心网（SA2）侧的叫法。

	Xn	N2
连接对象	gNB ↔ gNB（基站之间）	gNB ↔ AMF（基站到核心网控制面）
命名来源	RAN3 定义的接口。沿用 LTE 中基站间接口 X2 的 "X"，"n" 表示 5G/NG	5GS 的参考点统一编号为 N1、N2、N3…
控制面协议	Xn-C 承载 XnAP（TS 38.423），跑在 SCTP 上	承载 NGAP（TS 38.413），跑在 SCTP 上
用户面	Xn-U，用 GTP-U 转发切换期间的数据	无。gNB ↔ UPF 作为用户面, 是 N3

N2 ≈ NG-C，是同一条链路的两种叫法
Xn 切换中，两个基站直接对话；N2 切换中，两个基站没有直连，只能各自通过 N2 找 AMF，由 AMF 中转

顺带列一下常见的几个 N 编号

N1 是 UE 与 AMF 之间的 NAS 信令（逻辑上经过 gNB 透传）
N2 是 gNB 到 AMF 的控制面数据
N3 是 gNB 到 UPF 的用户面数据
N4 是 SMF 到 UPF，用于下发转发规则

第 3 步：下发 HO 命令¶

(1) 问题

UE 到达目标小区后，第一件事是上行同步。在 NTN 中，这需要目标卫星的星历和 common TA，否则 UE 算不出 TA 和 Doppler。
地面网络的 HO 命令里没有这些信息。
如果让 UE 到了目标小区再去读 SIB19，就要等一个系统消息周期，切换中断时间会被拉长。

(2) 思路

把目标卫星的参数随 HO 命令一起下发。

(3) 实际做法

[3.1] RRCReconfiguration 中的 reconfigurationWithSync 部分，其目标小区 ServingCellConfigCommon 可以携带 ntn-Config。

[3.2] 源 gNB 下发命令后，停止对该 UE 的调度。

[3.3] 注意：HO 命令本身要经过卫星下发。在 LEO 中，命令到达 UE 时链路可能已经变差。这是 CHO 的动机，见第 2 节。

第 4 步：SN 状态传递与数据转发¶

这一点很重要, 维护 HO 时用户数据面 "不断"

(1) 问题

切换期间到达的数据不能丢，PDCP 序号也必须连续。这一点没有 NTN 特殊性。

(2) 思路

复用地面流程。

(3) 实际做法

[4.1] Status Transfer

Xn：源 gNB 直接向目标 gNB 发 SN STATUS TRANSFER
N2：经 AMF 中转，消息为 UPLINK / DOWNLINK RAN STATUS TRANSFER

[4.2] 源 gNB 把 "缓存数据" 和 "新到达的数据" 转发给目标 gNB。转发可以是直接转发(Xn)，也可以经 UPF 间接转发(N2)。

Warning

注意这里 src-gNB 还是有"新到达的数据"的!

原因: 此时 src-gNB 还没下线呢!!!!!!

第 5 步：UE 同步目标小区并预补偿¶

这一部分的详细展开得看笔者的另一篇笔记

(1) 问题

在地面网络中，UE 先做下行同步，然后直接发 PRACH，由基站在 RAR 中告诉它 TA。PRACH 前导只能容忍有限的定时误差，地面小区只有几十公里，所以这个误差范围够用。
在 LEO 中，不同 UE 到卫星的时延差和 Doppler 都很大
- 如果 UE 不先补偿，前导根本无法被基站正确接收

(2) 思路

UE 自己算出 TA 和 Doppler，在发送前就补偿好。

(3) 实际做法

[5.1] 下行同步目标小区的 SSB。

[5.2] 计算 TA。总 TA 由三部分组成：用 GNSS 位置和目标星历算出的服务链路往返时延；网络广播的 common TA（馈电链路部分）；网络闭环维护的 NTA。

[5.3] 根据卫星速度矢量，对上行频率预补偿 Doppler。

[5.4] 星历有有效期。超过有效期没有更新时，UE 视为上行失步。

第 6 步：随机接入与切换完成¶

(1) 问题

地面网络做随机接入，主要目的是获取 TA，同时做竞争解决。
在 NTN 中，TA 已经由 UE 自己算好，RA 却至少还要消耗一个 RTT
- 并且卫星飞离时整片小区的 UE 同时切换，随机接入很容易拥塞

(2) 思路

Rel-17 保留 RA，只用它做残差校正和接入确认。
Rel-18 更进一步，直接去掉 RA，即 RACH-less HO，见第 3 节。

(3) 实际做法

[6.1] UE 发起 CFRA 或 CBRA。RAR 中的 TA command 只用来修正残差。

[6.2] UE 发送 RRCReconfigurationComplete。整个执行过程由 T304 计时器保护，超时即判定切换失败。

第 7 步：路径切换与源侧释放¶

(1) 问题

核心网的 UPF 仍在往源 gNB 发下行数据，需要把路径改到目标 gNB。

(2) 思路

复用地面流程。N2 和 Xn 在这一步的区别仅在于由谁发起。

(3) 实际做法

[7.1] Xn：目标 gNB 发 Path Switch Request，由 AMF 驱动 SMF/UPF 修改路径

[7.2] N2：目标 gNB 发 HANDOVER NOTIFY，AMF 再更新 PDU 会话，SMF 通过 N4 修改 UPF 的转发规则

[7.3] UPF 向源 gNB 发 End Marker，标志旧路径的数据结束。随后释放源 gNB 上的 UE 上下文

2. 条件切换: CHO¶

CHO: Conditional Handover

sequenceDiagram
    participant UE
    participant S as gNB-1(源)
    participant T as gNB-2(候选)
    participant C as AMF/UPF
    Note over S: 依据测量或星历预测，决定准备 CHO
    S->>T: 第1步 HANDOVER REQUEST (CHO 指示，可并行多个候选)
    T->>S: HANDOVER REQUEST ACK (候选小区配置)
    S->>UE: 第2步 RRCReconfiguration (候选配置 + 执行条件 T1/D1/A3/A4/A5)
    UE->>S: RRCReconfigurationComplete (仍在源小区)
    S-->>T: 第3步 EARLY STATUS TRANSFER + 提前数据转发 (按 T1 安排)
    Note over UE: 第4步 持续评估，如 t∈[t1,t1+duration] 且 A4 满足
    Note over UE: 条件满足，脱离源小区，应用候选配置，自算 TA
    UE->>T: 随机接入 (或 RACH-less) + RRCReconfigurationComplete
    T->>S: 第5步 HANDOVER SUCCESS
    S->>T: SN STATUS TRANSFER + 剩余数据
    Note over S: 向其他候选发 HANDOVER CANCEL
    T->>C: Path Switch Request
    T->>S: UE CONTEXT RELEASE

注意: one2multi 和 one2one

第 1 步 HANDOVER REQUEST：one2multi. 每个候选一次独立的准备过程

XnAP 的切换准备是按单个 UE、单个目标来做的
- 源 gNB 要准备几个候选，就对几个候选分别发起 HANDOVER REQUEST，并带上 CHO 指示
按 38.423 的设计，每次准备针对一个目标小区。所以即使两个候选小区属于同一个 gNB，通常也是两次独立的准备，各自返回一个 ACK，里面是该候选小区的配置
最后，源 gNB 把这些 ACK 里的配置汇总成一条 RRCReconfiguration 发给 UE（condReconfigToAddModList 里有多项，每项带自己的执行条件）
所以：网络侧是 1 对多，空口只有 1 条消息
走 N2 时同理，只是每个候选的准备都要经过 AMF 中转

第 3 步 EARLY STATUS TRANSFER + 提前转发：one2one. 同样发给多个候选

源 gNB 不知道 UE 最终会选哪个候选，所以对需要提前转发的候选，各自发一份 EARLY STATUS TRANSFER（告诉对方转发的第一个 PDCP 包从哪个序号开始），并把同一份下行数据复制转发给它们
这正是地面 CHO 浪费回传带宽的地方：候选越多，数据复制得越多
在 NTN 中，T1 的价值就体现在这里:
- 不同候选的时间窗通常不同（比如按卫星先后飞过的顺序排列），源 gNB 可以按各自的 t1 错开转发时间，只给时间窗快到的候选转发，而不是一开始就全量复制给所有候选
- 具体怎么错开属于 gNB 实现，标准只规定了"源 gNB 应参考下发给 UE 的时间来决定何时开始提前转发"

第 5 步的消息是按"结果"分开的

HANDOVER SUCCESS 和 SN STATUS TRANSFER 是 one2one，只发生在源 gNB 和 UE 实际接入的那个目标之间
HANDOVER CANCEL 是 one2multi，发给 其余所有候选，让它们释放预留的资源

第 1 步：提前准备多个候选小区¶

(1) 问题

普通 HO 的时机很难把握：命令发得太早，目标小区可能还不可用；发得太晚，源链路已经变差，命令可能收不到。
LEO 的大 RTT 和低信号区分度把这两种风险都放大了。

(2) 思路

把"准备"和"执行"拆开：网络先准备好候选小区，执行时机交给 UE 自己判断。

(3) 实际做法

[1.1] 源 gNB 向一个或多个候选 gNB 发送带 CHO 指示的 HANDOVER REQUEST。候选 gNB 回 ACK，并带回各自的配置。

[1.2] 代价是候选小区需要提前预留资源，即使最终没有被选中。

[1.3] CHO 同样可以走 N2。时间型条件的参数可以通过 NG-C 传给目标 gNB。

第 2 步：下发条件配置¶

(1) 问题

地面 CHO 的执行条件只有 A3 和 A5，都是基于信号强度的。LEO 中信号区分度低，这些条件不好用。

(2) 思路

卫星运动是确定性的，因此可以用时间和位置作为执行条件。

(3) 实际做法

[2.1] condEventT1（时间型）：配置一个 UTC 起点 t1 和一个时长 duration。UE 在 [t1, t1+duration] 窗口内执行切换。它对应"源卫星在某时刻离开"这一确定事件。

[2.2] condEventD1（位置型）：判据与第 1 节的 D1 相同，即到源参考点足够远，并且到候选参考点足够近。

[2.3] A4：NTN 额外允许使用 A4（邻区信号高于绝对门限）作为 CHO 条件。

[2.4] 组合规则：时间或位置条件可以和 RRM 测量事件组合使用。当服务间隙为零或可忽略时，也可以单独使用。两类条件组合时如何评估，由 UE 实现决定。

[2.5] Rel-18 为 earth-moving 小区引入了随时间移动的参考位置（D2）。

第 3 步：提前数据转发¶

(1) 问题

地面 CHO 中，源 gNB 不知道 UE 什么时候执行切换，只能尽早把数据转发给所有候选，这会浪费回传带宽。

(2) 思路

时间型条件下，源 gNB 知道 UE 大致何时执行，可以按时间安排转发。

(3) 实际做法

[3.1] 源 gNB 先发 EARLY STATUS TRANSFER，然后参考下发给 UE 的 T1，决定何时开始提前转发数据。

最终复制的“量”会减少吗？感觉像是 burst 变成 timing-based load balancing

会减少！而且“减少总量”才是 T1 的主要收益。错开时间、平滑突发只是附带效果。

关键在于：提前转发不是把一个固定的 buffer 一次性复制过去，而是一个持续的复制流。

从开始转发的那一刻起，源 gNB 每收到一个发给该 UE 的下行包，都要 再复制一份 给对应的候选，一直持续到切换完成或候选被取消。

所以复制给每个候选的量，大约等于：下行速率 × 该候选的转发时长。其中转发时长 = 切换完成或取消的时刻 − 开始转发的时刻。

地面 CHO：源 gNB 不知道 UE 何时执行，只能在配置 CHO 后不久就对所有候选开始转发
- 每个候选的转发时长都是"整个等待期"
时间型 CHO：每个候选的转发起点可以推迟到各自 t1 前的一小段裕量 (Headroom)
- 时长缩短了，复制量随之按比例减少
- 如果某个候选的时间窗还没到，UE 就已经切到别的候选，那它会在开始转发前就被 CANCEL，复制量为 0

举个示意的例子：假设下行 10 Mbps，CHO 在 t=0 时配置，UE 在 t=60 s 时执行到候选 A；A 的窗口从 55 s 开始，B 的窗口从 70 s 开始。

	候选 A	候选 B	合计复制量
地面方式 (配置后立即全量转发)	60 s → 600 Mb	60 s → 600 Mb	1.2 Gb
按 t1 推迟 (提前 1 s 开始)	6 s → 60 Mb	未开始即被取消 → 0	60 Mb

这也说明，即使只有一个候选，T1 也能减少复制量，因为转发起点从 "配置时刻" 推迟到了 "t1 附近"

"多个候选按 t1 错开"只是在此基础上的进一步收益。LB 确实也会发生，但那是顺带的

第 4 步：UE 评估并执行¶

(1) 问题

UE 需要在不依赖网络下发命令的情况下，自行完成切换。

(2) 思路

候选配置已经提前给了 UE，条件满足时 UE 直接执行。

(3) 实际做法

[4.1] UE 持续评估各候选小区的执行条件。满足后，UE 脱离源小区，应用对应候选的配置。这个配置中包含目标卫星的 ntn-Config。

[4.2] UE 接入目标小区。

随机接入是默认方式
对于时间型 CHO，也可以用 RACH-less 方式接入，见第 3 节

第 5 步：完成与清理¶

(1) 问题

源 gNB 需要知道 UE 实际选了哪个候选，以便收尾并释放其他候选的资源。

(2) 思路

由成功接入的目标 gNB 主动通知源 gNB。

(3) 实际做法

[5.1] 目标 gNB 向 源 gNB 发 HANDOVER SUCCESS。源 gNB 随后发 SN STATUS TRANSFER，并转发剩余数据。

[5.2] 源 gNB 向 其他候选 gNB 发 HANDOVER CANCEL，释放它们预留的资源。

[5.3] 最后完成路径切换，与第 1 节第 7 步相同。

3. RACH-less HO¶

Rel-18 提出

第 0 步：为什么可以采用 RACH-less¶

(1) motivation 是什么?

RACH-less 的方法论，是把 RACH 拆解成它实际承担的几项功能，然后发现在 NTN 中，这些功能要么已经由别的信息源提供了，要么可以由网络直接下发：

RACH 不是一个原子功能，而是把几件事打包在一起完成的：

RA 实际承担的功能	在 RA 里怎么实现的	NTN 中的替代来源	替代后由谁提供
① 获取上行定时（TA）	基站测量前导的到达时间，在 RAR 里告诉 UE	GNSS 位置 + 星历，开环算出	UE 自己
② 选择上行波束	前导所用的资源与某个 SSB 绑定，隐式表达"我在哪个波束"	网络根据测量报告或几何关系已经知道	HO 命令中的波束 ID
③ 拿到第一个上行资源	RAR 里带一个授权，用于发送 Msg3	目标 gNB 预先分配	预分配 CG 或动态授权
④ 让网络知道"UE 到了"并识别是谁	专用前导，或 Msg3 + 竞争解决	专用资源上收到的 Complete 本身就能识别 UE	Complete + 确认 MAC CE

在地面网络中，第 ① 项是只有 RA 能做的事：基站不测量，就没人知道 TA。其余三项只是顺带完成的。所以地面网络离不开 RA。

(2) R17/18之后, 有哪些"独有特征"使得 RACH-less 能做?

Rel-17 NTN 本来就要求 UE 在发 PRACH 之前，先用 GNSS 和星历把 TA 预补偿好，否则前导根本无法被接收。

也就是说，RA 的核心功能 ① 在 Rel-17 时就已经被挪到了 UE 侧，RAR 中的 TA 只剩修正残差的作用。

sequenceDiagram
    participant UE
    participant S as gNB-1(源)
    participant T as gNB-2(目标)
    participant C as AMF/UPF
    S->>T: 第1步 HANDOVER REQUEST (Xn 或经 AMF 的 N2)
    Note over T: 生成 RACH-less 配置：NTA(同源或为0)、目标波束、可选 Type-1 CG
    T->>S: HANDOVER REQUEST ACK
    S->>UE: RRCReconfiguration (rach-LessHO + 目标 ntn-Config)
    Note over UE: 第2步 同步指定 SSB，GNSS+星历自算 TA，启动 TAT
    UE->>T: 第3步 RRCReconfigurationComplete (用 CG 或 PDCCH 动态授权)
    T->>UE: 第4步 UE Contention Resolution Identity MAC CE (仅作确认)
    T->>C: 路径切换
    Note over UE: 第5步 无有效 CG 或波束时回退到 RACH-based HO

适用场景

(1) RACH-less 支持四种 NTN 场景：

同星且同馈电链路
同星但更换信关站或 gNB
换星但 gNB 不变
换星且 gNB 也变

场景	透明转发下的含义	gNB 内 / gNB 间	对 UE 定时的影响
同星、同馈电链路	同一颗卫星的不同小区或波束之间切换	gNB 内	服务链路和馈电链路都连续，NTA 可以沿用
同星、换信关站或 gNB	卫星的馈电链路切到新信关站，新信关站背后是另一个 gNB	gNB 间	馈电链路时延变化，common TA 改变
换星、gNB 不变	目标卫星经自己的馈电链路接到同一个地面 gNB	gNB 内	服务链路变了，UE 用新星历重算
换星、gNB 也变	目标卫星接的是另一个地面 gNB	gNB 间	服务链路和馈电链路都变了

(2) 它同时支持 gNB 内切换和 gNB 间切换

在 TN 中，RACH-less 只支持 gNB 内切换；gNB 间的 RACH-less 是 NTN 专属的

(3) Rel-18 不支持 NTN↔TN 之间的 RACH-less

第 1 步：目标侧准备 RACH-less 配置¶

(1) 问题

地面网络中，随机接入除了获取 TA，还隐式完成两件事：选择上行波束，以及拿到第一个上行授权。
去掉随机接入后，这两件事都需要其他手段替代。

(2) 思路

由目标 gNB 在 HO 命令中直接把这些信息告诉 UE。

(3) 实际做法

[1.1] NTA：指示 UE 沿用源小区的 NTA，或者置为 0

这里的 NTA 只是网络闭环维护的那一部分
UE 自算的 TA 部分仍然照常计算

NTA 是啥

NTA 是 TA 公式里由网络闭环控制的那一项：

\[ T_{TA} = \left(N_{TA} + N_{TA,offset} + N_{TA,adj}^{common} + N_{TA,adj}^{UE}\right) \cdot T_c \]

这里 \(T_c \approx 0.509\) ns，是 NR 的基本时间单位。四项的含义如下：

项	谁决定	怎么得到	量级（LEO）	地面网络有吗
\(N_{TA,adj}^{UE}\)	UE 自算（开环）	GNSS 位置 + 星历 → 服务链路往返时延	可达十几 ms	无
\(N_{TA,adj}^{common}\)	网络广播，UE 计算	SIB19 中的 common TA 参数（含漂移率），主要对应馈电链路	ms 级	无
\(N_{TA,offset}\)	固定常数	由频段或双工方式决定（如 TDD 上下行切换的保护时间）	μs 级	有
\(N_{TA}\)	网络闭环	初始值由随机接入响应 RAR 中的 TA command 给出，之后由 TA Command MAC CE 增量调整	残差，μs 级	有，而且是主体

[1.2] 波束 ID：指定 UE 在目标小区使用哪个 SSB 波束，替代通过 PRACH 隐式选择波束的功能。

[1.3] 上行授权：可以预分配一个 Type-1 CG；如果不配置 CG，UE 就在指定波束上监听 PDCCH，等待目标 gNB 下发动态授权。

第 2 步：UE 上行同步（不发 PRACH）¶

(1) 问题

不发 PRACH，UE 就拿不到基站下发的 TA。

(2) 思路

在 NTN 中，UE 本来就有能力自己算 TA，因此 PRACH 在这里可以省掉。

(3) 实际做法

[2.1] UE 下行同步到指定的 SSB 波束。

[2.2] UE 用 GNSS 位置和目标星历计算 TA，并预补偿 Doppler。

[2.3] 收到 HO 命令后启动 TAT，表示 UE 认为自己的上行已经同步。

第 3 步：首次上行发送 Complete¶

(1) 问题

UE 需要一个上行资源来告诉目标 gNB "我已经到了"。

(2) 思路

直接使用第 1 步中拿到的上行授权。

(3) 实际做法

[3.1] UE 用预分配的 CG 或动态授权发送 RRCReconfigurationComplete。

第 4 步：完成确认¶

(1) 问题

地面网络以"随机接入成功"作为切换完成的标志。没有 RA 之后，UE 需要一个新的确认信号。

(2) 思路

复用 LTE RACH-less 的做法。

(3) 实际做法

[4.1] 目标 gNB 下发 UE Contention Resolution Identity MAC CE。UE 忽略其内容，只把它当作确认。

[4.2] 在网络侧，目标小区成功收到上行数据，就意味着切换执行结束。

第 5 步：回退¶

(1) 问题

预分配的资源可能失效，或者指定的波束不可用。

(2) 思路

保留一个兜底手段，避免切换直接失败。

(3) 实际做法

[5.1] 当没有有效的 CG 或可用波束时，UE 回退到基于 RACH 的切换。

时间型 CHO + RACH-less

LEO 卫星飞离场景下最"极致"的组合：执行时刻（T1）和 TA 都可以提前算好

真正执行时，UE 只需同步、计算，然后直接发送 Complete

整个过程不经过随机接入

4. 卫星切换 + 重同步¶

Satellite switch with re-sync. Rel-18

Danger

只适用于透明转发(TRANS), 再生转发下反而用不了

(1) Motivation:

小区属于地面 gNB:
- PCI、小区配置、每个 UE 的 RRC 上下文、安全密钥、PDCP/RLC 状态，全部存放在地面 gNB 上
卫星只是一面"会飞的镜子":
- 它把地面 gNB 的信号转发到某片地面区域，不保存任何状态

(2) Key Insight:

换卫星的时候: L3及以上 没变, 只有 PHY 变了

没变 (L3 及以上)	变了 (只有物理层)
PCI、小区配置	信号经过的卫星
gNB、UE 的 RRC 上下文	传播时延，因此 TA 要重算
安全密钥、PDCP/RLC 状态	Doppler，因为卫星速度矢量变了
核心网路径（UPF 仍连同一个 gNB）	下行 SSB 到达的时间和频率

(3) 核心痛点:

做一次 L3 切换，UE 会重做 RRC 重配置、更新密钥、可能执行随机接入，网络侧还要切换路径。但上表左列的东西一样都没变，这些工作全部是多余的。

更糟的是，换卫星影响的是整个小区的所有 UE，而且发生在同一时刻。几百、几千个 UE 同时做多余的 L3 切换，就是信令风暴。

(4) 做法: 只重做物理层同步, L3 保持不动

这就是名字的由来："satellite switch" 指的是服务卫星的更换，"re-sync" 指的是 UE 在物理层重新同步，PCI 保持不变（标准讨论中也叫 unchanged PCI）

整个过程没有 RRC 消息，核心网也不参与，所以它严格来说不算 HO

sequenceDiagram
    participant UE
    participant SA as Sat-1(源卫星)
    participant SB as Sat-2(目标卫星)
    participant G as gNB(同一个，地面)
    G->>UE: 第1步 SIB19 经 Sat-1 广播：当前 ntn-Config、t-Service、目标卫星 ntn-Config
    Note over UE,SB: 第2步 soft：开始时刻之后即可同步 Sat-2 的 SSB (同 PCI、同频)
    Note over G: gNB 把该小区从 Sat-1 迁到 Sat-2
    Note over UE: 第3步 到 t-Service 视为上行失步，停止 UL
    Note over UE: 第4步 hard 此时才同步 Sat-2，用 Sat-2 星历重算 TA 和 Doppler
    UE->>G: 经 Sat-2 恢复 UL (RACH-less 为基线)
    G->>UE: 可选：经 Sat-2 下发 PDCCH order 触发 RA
    Note over UE,G: 无 RRC 信令，无核心网参与，PCI 与密钥不变

第 1 步：广播切换信息¶

(1) 问题

在 QEF 小区中，地面上的小区形状不变，但每隔几分钟就会换一颗卫星来服务。
如果每次换卫星都做 L3 HO，整个小区的 UE 会同时发起切换，产生信令风暴。而实际上 PCI、gNB 和密钥都没有变化。

(2) 思路

让小区在逻辑上保持不变，UE 只需在物理层重新对准新卫星。

(3) 实际做法

[1.1] 适用条件：透明转发、QEF 小区、同一 SSB 频点、同一个 gNB。四个条件缺一不可。

[1.2] SIB19 的内容：除了当前卫星的 ntn-Config 和 t-Service，还包含目标卫星的 ntn-Config。

这份目标卫星配置的存在，本身就表示网络支持该功能。

[1.3] soft 切换的额外信息：目标卫星的开始服务时刻，以及 SSB 时间偏移。

这两项对 soft 切换是必选的。具体 ASN.1 字段名以 38.331 为准。

Hard / Soft 切换的区别

alt text

共同点：t-Service 都是"源卫星停止服务、UE 停止上行"的时刻，L3 状态也都不变
hard 切换：
- t-Service 之前新卫星还没有覆盖到这块区域，UE 只能等到这一刻再去搜索 Sat-2 的 SSB，完成下行同步、重算 TA 和 Doppler 之后，才能恢复上行
- 图中的中断段，就是这段"边找边算"的时间
soft 切换：
- 从 t-start 起两颗卫星同时覆盖，UE 可以在后台提前完成对 Sat-2 的下行同步
- 到 t-Service 时只剩切换上行定时这一步，中断可以压到很小
- 代价是网络必须额外广播 t-start 和 SSB 时间偏移，否则 UE 不知道去哪里、在什么时候找新卫星的 SSB

第 2 步：(仅 soft) 提前同步目标卫星¶

(1) 问题

在 hard 切换中，UE 要等源卫星停止服务后才能开始找新卫星，切换间隙较长。

(2) 思路

如果两颗卫星的覆盖有重叠时段，就让 UE 提前去同步新卫星。
这就是 "soft" 的含义

(3) 实际做法

[2.1] 在目标卫星开始服务之后，UE 就可以开始同步 Sat-2 的 SSB。

[2.2] UE 不需要先和源卫星保持连接，也能完成切换到目标卫星。

第 3 步：t-Service 时刻停止上行¶

(1) 问题

到切换时刻后，如果 UE 继续用旧卫星的 TA 发送上行，信号会落到错误的时隙，干扰其他 UE。

(2) 思路

在 t-Service 时刻强制让 UE 进入上行失步状态。

(3) 实际做法

[3.1] 到 t-Service 时，UE 视为 TAT 已经超时，停止所有上行发送。

第 4 步：重同步并恢复上行¶

(1) 问题

UE 需要在不经过 RRC 流程的情况下，重新建立到新卫星的上下行同步。

(2) 思路

复用 UE 自算 TA 的能力，像 RACH-less 一样直接恢复上行。

(3) 实际做法

[4.1] 下行同步 Sat-2 的 SSB。在 hard 切换中，UE 直到此时才开始同步。

[4.2] 用 Sat-2 的星历重新计算 TA 和 Doppler，然后恢复上行。默认不发起随机接入（RACH-less 为基线）。

[4.3] 如果网络认为残余误差过大，可以经 Sat-2 下发 PDCCH order，触发 UE 做一次随机接入。

[4.4] 整个过程没有 RRC 消息，也没有核心网参与。

第 5 步：与 CHO 并存时的处理¶

(1) 问题

网络可能同时给 UE 配置了 CHO 和卫星切换。如果两者同时被触发，UE 应该执行哪一个？

(2) 思路

标准不强行规定，交给 UE 实现决定。

(3) 实际做法

[5.1] 两者同时触发时，执行哪个流程由 UE 实现决定。

[5.2] 相关 UE 能力有两项：hardSatelliteSwitch-Resync-NTN-r18 和 softSatelliteSwitch-Resync-NTN-r18。

支持 soft 的 UE 必须同时支持 hard。

5. Rel-19 的变化 (REGEN gNB)¶

没有新增 HO 类型，变化主要在架构层面:

Xn 可以走星间链路（ISL）：星间链路只是传输链路，可以在两颗卫星上的 gNB 之间承载 Xn 接口。这样，第 1、2、3 节中的 Xn 消息可以直接在卫星之间传递，不必绕经地面。
N2 的新用法：星上 gNB 更换馈电链路时，也可以使用 N2 流程做同一个 gNB 内部的切换。
混合部署：UE 可以在透明转发 gNB 和再生转发 gNB 之间移动，也可以在不同轨道高度之间移动。
第 4 节的适用范围被收窄到透明转发：在星上 gNB 架构中，换卫星就等于换 gNB，不再满足"同一个 gNB、密钥不变"的前提，只能走 L3 HO。

参考¶

TS 38.300 v19.3.0：§16.14.3.2.1 Handover，§16.14.3.2.2 Conditional Handover，§16.14.3.2.3 Satellite switch with re-synchronization，§16.14.3.3 Measurements，§9.2.3.6 RACH-less handover
TS 38.331：ntn-Config、SIB19、condEventT1 / condEventD1、rach-LessHO
TS 38.321：RACH-less HO 的 MAC 行为，卫星切换时的上行同步处理
TS 23.502：§4.9.1.3 Inter NG-RAN node N2 based handover
RAN2 文稿：R2-2304271（关于 RACH-less HO 的 LS），RAN2#124 关于 satellite switch with re-sync 的协议