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随着地面网络向非地面网络的演进，出现了一些新的问题和技术挑战，例如：

1. 高传输时延：对于透明转发卫星，地球同步轨道卫星的往返传输时延可达500毫秒以上，严重影响基站和手机间的实时交互，因此需要对相关协议流程进行改进或重新设计，以提高时效性。

2. 多普勒频移：非地球同步轨道卫星相对地球高速运动，导致严重的多普勒频移现象。地面5G系统通常处理的频偏非常小，即使在高速列车等特殊场景下，也只需要考虑数千赫兹的频偏补偿。

3. 超大小区半径：地面蜂窝网络的小区半径通常在几百米到几千米之间，超远覆盖也就到100多公里，而非地面网络小区的覆盖范围要大得多，LEO波束可达1,000公里，GEO波束可达3,500公里。卫星小区中心和边缘之间存在明显的时延差异，而5G作为同步通信系统，需要加强同步机制，以避免用户之间的干扰。

4. 移动性管理：非地球同步轨道卫星相对于用户而言具有高速运动性，导致频繁的小区切换和重选等移动性问题。为了解决这个问题，一方面需要避免不必要的切换或重选，另一方面可以进行预先的小区或波束切换，以减少信令交互的开销。

四、应科院与业界紧密合作、系统研发5G NTN技术

应科院正在积极研发5G NTN的基站、核心网、和终端三个方面的工作。

1.5G NTN 基站物理层参考设计

应科院目前正在开发透明载荷架构的5G NTN基站原型，以卫星为中继。该原型旨在改进协议流程，缓解高传输时延的影响。同时，应科院还致力于增强同步机制，减小由于超大小区半径引起的时延差异。具体改进内容如下：

a）支持所有频率范围的频分双工（FDD），以满足卫星通信频率要求。最大带宽为400 MHz，在120 kHz子载波间隔（SCS）下实现最短的处理时间。

b）支持具有扩展循环前缀（ECP）的正交频分复用（OFDM）信号，以减轻地理上相距较远的卫星通信设备之间上行链路时序差异引起的干扰。

c）支持增强数据信道的发射器和接收器，以适应卫星通信传播特性，包括满足3GPP关于卫星通信所有频段性能要求的接收机信道估计和补偿算法，并支持最多32个混合自动重传请求（HARQ）进程，即在等待确认/否认确认（ACK/NACK）时可以发送32组数据。

d）支持多种硬件平台，实现供应链多元化，应科院的5G基站设计了两种主要的硬件平台，一种是主流芯片平台，另一种是采用在内地设计和生产的芯片组，包括ARM CPU和FPGA的硬件平台。

2.5G NTN 核心网和边缘计算

在核心网方面，应科院致力分段支持三种5G NTN网络架构：

a）短期内针对卫星回传，增加网络覆盖：通过5G和WiFi接入对偏远地区提供局域网，利用数据加速和边缘计算，提供基本可用的通信网络。

b）增强已有核心网功能，为中长期做准备：针对透明载荷和可再生载荷，重点解决NTN无线接入的挑战，以降低长传播延迟的影响，并优化移动性管理策略，确保用户能够享受到高质量的网络体验。

c）支持卫星和机载 5G 基站（透明和再生）接入和卫星回传：满足各种延迟、移动性接入和服务质量要求，边缘计算与卫星接入，实现高覆盖，高效、低成本，可扩展的内容数据网络交付。

3.5G NTN 可配置终端

应科院还研发了5G NTN可配置的终端参考设计，以支持与不同技术条件的卫星系统之间的通信。可配置终端参考设计的具体内容包括：

a）具备上行时间和频率预补偿功能：上行链路利用终端位置和卫星星历信息和其他网络参数自行估计连接延迟，从而及时进行上行发送提前补偿。同时，根据终端位置/速度和卫星星历信息自行估计多普勒频移，进行上行频率补偿。

b）增强型随机接入过程从而应对大传播延迟：包括随机接入信道（RACH）接收场景的优化以及前导码映射法，增强RACH响应的监测适应能力，覆盖增强的触发条件和机制。

c）增强信道状态信息（CSI）反馈选择：包括增强的CSI的信道估计，基于预测的CSI反馈，以及可配置的信道质量指标（CQI）反馈的可设置的区块错误率（BLER）目标。