引言
隨著5G網絡部署的持續推進，衛星通信在覆蓋偏遠地區、保障應急通信等場景中的重要性日益凸顯。3GPP Technical Report（TR）23.700-19 V0.1.0（2025-04）作為Release 20階段的最新研究成果，系統性地探討了衛星組件與5G架構（5GS）的深度融合路徑。本文從該技術報告的核心內容出發，分析其研究背景、技術挑戰與解決方案，并展望其對6G“空天地海一體化網絡”的支撐作用。
一、研究背景與標準定位
3GPP TR 23.700-19屬于5G-Advanced（Release 20）的Phase 4研究項目，旨在解決“非地面網絡”（NTN, Non-Terrestrial Network）與5G核心網（EPC/5GS）的集成問題。其核心目標是通過衛星通信（特別是靜地軌道衛星GEO和低軌衛星星座NGSO），擴展5G服務范圍，滿足物聯網、應急通信和全球化部署需求。
值得注意的是，該文檔仍處于技術方案論證階段，后續可能隨行業討論調整。但作為3GPP首個系統性研究衛星組網的標準，其提出的架構框架對未來6G天地一體化網絡具有里程碑意義。
二、核心研究方向：關鍵問題與技術挑戰
報告明確將研究聚焦于兩大方向，對應三大技術挑戰：
1. 支持衛星接入的IP多媒體子系統（IMS）語音與緊急呼叫
- 關鍵問題1（K.I. #1）：如何在GEO衛星連接EPC的場景下，實現窄帶物聯網（NB-IoT）用戶設備（UE）的IMS語音通信？
- 技術挑戰：GEO衛星高達250-300ms的傳播時延對實時語音質量（如VoLTE）形成顯著挑戰；NB-IoT的低功耗、廣覆蓋特性與高數據速率的IMS語音需求存在矛盾。
- 關鍵問題2（K.I. #2）：需要何種網絡增強機制以適配NB-IoT NTN接入？
- 技術瓶頸：傳統EPC的注冊、鑒權流程未針對NTN鏈路優化，存在高丟包率、延遲波動適應性不足等問題。
- 關鍵問題3（K.I. #3）：如何保障GEO-NB-IoT用戶在緊急場景下的可靠通信？
- 核心需求：建立優先級保障機制與應急通信專用信道，確保緊急呼叫在資源擁塞時仍能成功建立。
2. 非地面網絡下的UE-SAT-UE直連通信增強
- 研究場景：基于NR-NTN的中低軌（NGSO）衛星星座，通過星間鏈路（Feeder Link）實現用戶終端-衛星-終端（UE-SAT-UE）的直接通信。
- 技術重點：優化移動性管理、波束切換和QoS策略，確保高速運動衛星與地面UE的動態追蹤和無縫連接。
- 潛在應用：遠洋航行、航空通信、災難救援等傳統基站無法覆蓋的場景。
三、解決方案框架：架構優化與協議適配
解決方案細節待后續標準細化，本報告給出關鍵技術路徑：
1. 分層式網絡架構設計
- GEO衛星-EPC協同架構：GEO衛星作為透明轉發器，通過地面關口站（GW）接入EPC，同時引入NTN專用網關（NTN-GW）以緩沖時延。
- NGSO衛星5GS集成：在5GS控制面（AMF/SMF）中增加衛星軌道參數感知功能，動態調整路由與移動性管理策略。
2. IMS增強與QoS機制
- 動態編解碼適配：在GEO高時延場景下切換至魯棒性更高的語音編碼（如AMR-NB），并引入丟包補償算法。
- 緊急呼叫優先級：通過NTN-NAS信令攜帶緊急標志，在接入層預留專屬資源，確保呼叫低時延接入EPC。
3. NB-IoT與NTN的參數調優
- 擴展DRX周期：針對低功耗需求，延長NB-IoT的喚醒周期以匹配衛星信道特性。
- 重傳機制增強：在RLC/MAC層增加冗余重傳次數，對抗NTN鏈路的高誤碼率。
4. UE-SAT-UE直連協議棧
- 星載處理簡化：衛星僅承擔透傳功能，所有會話控制仍由地面UPF及IMS核心網處理，降低星上復雜度。
- 波束切換預測：利用衛星軌道數據預判波束覆蓋變化，提前觸發切換流程，減少中斷概率。
四、標準化與產業生態挑戰
盡管3GPP已邁出關鍵一步，NTN規模化部署仍需克服多重障礙：
- 頻譜資源分配：IMT-2020衛星頻段（如Ka/Ku波段）需全球協調，避免跨區域干擾。
- 終端兼容性：支持NTN的智能手機需集成高增益天線與多頻段能力，帶來成本與功耗壓力。
- 商業模式創新：需平衡衛星運營商、移動網絡運營商與終端廠商的利益分配。
五、未來展望：邁向6G天地一體化網絡
TR 23.700-19為后續標準（如3GPP Release 21）奠定基礎，其研究趨勢將延伸至：
- 多軌道衛星協同：融合GEO、MEO、LEO星座，形成分層覆蓋的“天基骨干網”。
- AI驅動的資源動態調度：利用機器學習預測衛星信道狀態，優化帶寬分配。
- 6G非地面網絡標準：IMT-2030將NTN列為六大場景之一，推動天地統一空口設計。
結語
3GPP TR 23.700-19標志著衛星通信與蜂窩網絡的深度融合進入新階段。盡管面臨技術與產業雙重挑戰，但隨著衛星發射成本降低、低軌星座部署加速，5G NTN有望在未來5年內實現規模化商用，為全球超過80%的無人覆蓋區域提供數字聯接。而其探索的架構范式，將成為6G“數字天空”愿景的核心基石。
