Framework for Unifying 5G and Next Generation Satellite Communications

该论文提出了一种综合架构, 旨在将卫星和地面 5G 网络统一起来.

该框架通过 多模用户终端 (UT) 和 共享核心网络组件 来实现普遍覆盖、服务创新和成本降低

1. 重点介绍了分层架构, 包括网络、数据链路和物理层
2. 提出了跨系统资源编排 (IRO) 功能, 用于管理和协调不同系统之间的资源交换与共享

根据实际需求, 只读了部分有关 5G + NTN 架构设计章节, 别的诸如spectrum之类就没管了

多模用户终端是什么

Multimode User Terminal:

核心功能在于实现系统间的动态切换和资源优化

1. 多模 UT 可以同时通过卫星系统/地面蜂窝系统接入互联网
2. 按需访问:
   • 以根据特定的用例、流量需求和 QoS 要求，访问卫星或地面射频链路
   • 实际传输方式的选择可以基于资源可用性进行动态决定

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Introduction 重点: 感觉没啥用...

• 5G部署的局限性与卫星的必要性

  • 5G技术虽然在速率和延迟上有巨大提升，但其初期部署（类似4G）将集中在人口稠密、收益高的地区。对于海洋、空中以及农村和欠发达（服务不足）地区，5G地面网络无法覆盖，因此卫星网络在补充覆盖、实现全球连接方面仍然不可或缺。

• 频谱重叠带来的融合机遇

  • 5G网络和高通量卫星（HTS）系统都在向更高频段（L和S频段以上）发展，这些频段传统上多用于卫星。这种共同的用例和潜在的频谱共享，为5G和卫星网络在监管、商业和技术上深度协作创造了独特机会。

• 动态频谱共享的愿景

  • 本文重点探讨促进5G与卫星更深层协作的统一技术框架。其核心目标是推动频谱管理从当今的“静态分配”转向“动态分配与共享”，通过实时分析流量需求、空间位置、传播特性和平台轨迹等信息，最大化资源利用率。

• 多模终端与技术融合的趋势

  • 目前，卫星系统已在用户接口（IP层面）与地面技术（3G/4G）融合，但传输层仍不兼容。
  • 未来的融合可以依靠软件定义无线电（SDR）和 多模用户终端（UT）来实现，这种终端能同时接入卫星和地面网络，支持回传、负载均衡和弹性网络等新应用。

• 天线技术的趋同性

  • 卫星通信依赖定向天线，而5G为了克服高频段的路径损耗，也将越来越多地使用定向链路。这种天线技术的趋同（尤其是在跟踪LEO/MEO等非静止轨道卫星方面）是实现卫星与地面系统融合的另一个关键技术点和协作机会。

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Architectural Framework and Multimode UT 重点:

该框架旨在通过整合多样化的空间传输（卫星）和地面传输，来扩展各种 5G 应用的覆盖范围

1. 通过使用 基于 IP 的地面标准, 不同通信系统可以实现互操作性
2. 核心组件: Multi-mode UT
   • 无论是安装在 住宅/商业建筑 还是移动平台上，都能够通过卫星系统或地面蜂窝系统接入互联网
   • 多模回程终端（multimode backhaul terminal）也具备类似能力，可使用地面定向链路或卫星定向链路
   • 终端选择特定传输方式的决策是动态决定的 by utilization / QoS ...
3. 5G 核心网络重用:
   • 该框架的最大特色是: "重用 5G 核心网络架构的所有功能模块"
   • 利用了大量的标准化接口和通用功能, 便于跨系统操作

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Air Interfaces Opportunities and Challenges 重点:

这一节特别重要, 聚焦 "卫星如何借鉴和改编地面 5G 协议, 为应对LEO卫星传输的特殊性"

[1] 现有5G设施:

• 服务数据适配协议（SDAP）
• 无线资源控制（RRC）
• 分组数据汇聚协议（PDCP）
• 无线链路控制（RLC）
• 媒体接入控制（MAC）
• 物理层（PHY）
• 混合自动重复请求（HARQ）

[2] 核心协议层的必要调整:

组件	调整需求	目的
PDCP/RLC	need 更大的序列空间和更长的定时器值	应对与卫星平台相关的更长的链路延迟
MAC	need 提供允许更长链路延迟的配置	尤其是 GEO 卫星系统
HARQ	need 额外的缓冲资源和修改的信令	解决更长的传播延迟
系统信息管理	need 重大改变! 以便向 UT 提供卫星系统特定的信息, 包括星历数据、波束模式、和 UT 空闲模式行为	这些信息与卫星系统的操作、轨道类型和波束模式紧密耦合

[3] 系统间协调与切换机制:

• Xn 接口应用:
  • 5G 架构中的 Xn 控制接口可以连接 NTN-TN Net 与 Base Station (gNB/ng-eNB), 并可由"集中控制"提供额外的协调功能
• 互无线电接入技术（Inter-RAT）支持:
  • 当前的 5G 框架可以集成对包括卫星系统在内的 Inter-RAT 支持, 这对于需要不间断、无处不在覆盖的移动终端尤为重要
• 基于位置的报告:
  • 利用普遍的 GPS 接收器, 基于位置和边界的测量报告将在统一框架中发挥重要作用

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Multi-dimensional Resource Availability 重点:

这一节也特别重要!

1. 传统资源共享维度: 基于频率、时间、功率的共享可以通过跨系统间的更好协调轻松扩展
2. 引入指向性维度:
3. 在动态环境中, 由于流量负载、用户和平台的移动性导致资源使用随时间变化, "传输指向性"可以被利用, 成为多系统管理 LoS 链路的另一个资源共享维度
4. 通过跟踪跨平台信号传输的方向，可以使跨不同系统的可用资源增加多个数量级
5. 平台动态性对模型的要求:
   • 固定平台: GEO/蜂窝塔... 相对于特定位置静止
   • 移动平台: LEO 和 MEO 卫星等平台是移动的, 故它们的 (指向性, 覆盖范围, 资源使用) 必须被建模为时间的函数
6. 系统特点:
   • 集中式资源管理: 系统中的平台接入节点（PAN）负责处理所有调制解调器、媒体接入和调度功能
   • 跨系统资源协调(IRO): 每个集中化的PAN, 利用 IRO 来动态了解在时间、频率和方向维度上变得可用的资源

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Spectrum Participants and Sharing Opportunities 重点: 感觉没太大用...

在固定卫星频谱分配的背景下，如何利用 空间和指向性分离 以及 集中化数据库 来增强频谱共享效率?

该数据库可由所有固定的卫星既有用户（incumbents）填充，并包含以下信息:

• 监管信息：ITU 频谱许可证、法规以及主机国家/地区协议
• 运营细节：关于当前运营、已使用的频谱以及近期的利用计划
• 地理和功率信息：在不同波束/区域中使用的频段和估计的功率级别
• 规则集：针对特定应用（技术）所需要的简化规则