徐珉

（1.北京聯(lián)想軟件有限公司，北京 100094;2.聯(lián)想研究院，北京 100094）

0 引言

隨著移動(dòng)通信服務(wù)需求的不斷增長(zhǎng)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，泛在覆蓋、萬物互聯(lián)已經(jīng)逐漸成為5G 演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)（5G-Advanced）乃至未來6G 網(wǎng)絡(luò)所需具備的基本能力。當(dāng)前的4G、5G 地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（TN,Terrestrial Network），可以有效滿足陸地移動(dòng)通信的大部分需求。但是，由于部署環(huán)境、成本以及魯棒性等多方面因素限制，地面網(wǎng)絡(luò)較難為偏遠(yuǎn)地區(qū)、隔離地區(qū)、海洋及高空空域提供廣泛連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋[1]。以衛(wèi)星為代表的天基通信網(wǎng)絡(luò)具有天然的部署高度和覆蓋范圍優(yōu)勢(shì)，能夠有效彌補(bǔ)地面網(wǎng)絡(luò)的不足[2]。過去幾十年間，由于衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)分別獨(dú)立發(fā)展，在通信制式和設(shè)備等方面形成了天然的隔離。打破網(wǎng)絡(luò)之間彼此隔離的狀態(tài)，構(gòu)成天地一體化網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，已經(jīng)成為5G 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)乃至未來6G 網(wǎng)絡(luò)的愿景目標(biāo)和重要研究方向之一[3-4]。為此，各國(guó)政府部門、業(yè)界公司和標(biāo)準(zhǔn)化組織等先后提出技術(shù)路線并付諸實(shí)踐[5]，其中移動(dòng)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP 的推進(jìn)具有相當(dāng)?shù)那罢靶院瓦m用性，并有望率先實(shí)現(xiàn)無線接入網(wǎng)（RAN,Radio Access Network）層面的天地一體化網(wǎng)絡(luò)。

作為移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際制定者，如圖1 所示，3GPP 在5G 標(biāo)準(zhǔn)制定初期（即Release-15，5G 第一個(gè)版本）就啟動(dòng)了針對(duì)天基（衛(wèi)星）/ 空基（高空平臺(tái)）與地面網(wǎng)絡(luò)融合的預(yù)研——NR 非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN,Non-Terrestrial Network），輸出了包含信道特性分析、信道建模和潛在標(biāo)準(zhǔn)影響的技術(shù)報(bào)告3GPP TR38.811[6]，并在Release-16繼續(xù)深入研究潛在技術(shù)問題和解決方案，進(jìn)一步輸出技術(shù)報(bào)告3GPP TR38.821[7]。在4G 物聯(lián)網(wǎng)（包括NB-IoT和eMTC）接入方面，同步進(jìn)行了IoT NTN 研究并輸出了技術(shù)報(bào)告TR36.763[8]。在經(jīng)過多年預(yù)研和技術(shù)儲(chǔ)備之后，3GPP 于2022 年6 月凍結(jié)的Release-17 版本中正式實(shí)現(xiàn)了對(duì)NTN 基本特性的支持，解決了NTN 帶來的大傳播時(shí)延和小區(qū)動(dòng)態(tài)變化等新問題，使用戶設(shè)備（UE,User Equipment）可以通過衛(wèi)星或高空平臺(tái)，以5G NR或4G NB-IoT/eMTC 協(xié)議接入5G 或4G 網(wǎng)絡(luò)。此外，3GPP 將繼續(xù)在Release-18（即5G-Advanced 第一個(gè)版本）開展針對(duì)NR NTN[9]和IoT NTN[10]的研究工作，以期實(shí)現(xiàn)NTN 與TN 之間的無縫融合和業(yè)務(wù)連續(xù)性保障等。

圖1 3GPP NTN標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線

由上述可知，3GPP 以NTN 研究為起點(diǎn)，為天地一體化網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)自下而上（從接入網(wǎng)到核心網(wǎng)）的、不斷演進(jìn)的解決方案。在Release-17，通過5G/4G協(xié)議的針對(duì)性增強(qiáng)，搭載天線單元的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以使用與地面網(wǎng)絡(luò)相同的NR/E-UTRA 空口協(xié)議；而在Release-18，如何實(shí)現(xiàn)天地網(wǎng)路之間的無損移動(dòng)性管理，減少業(yè)務(wù)中斷乃至為用戶提供無差別的服務(wù)體驗(yàn)，已經(jīng)成為亟待解決的問題之一。這是因?yàn)橐苿?dòng)性管理對(duì)于網(wǎng)絡(luò)連接和服務(wù)的連續(xù)性尤為重要，需要充分考慮各類網(wǎng)絡(luò)的特性和無線資源限制，特別是衛(wèi)星的高度和移動(dòng)速度，以及由此造成的高傳播時(shí)延和小區(qū)動(dòng)態(tài)變化等挑戰(zhàn)。

1 3GPP Release-17 NTN中的移動(dòng)性管理方案

為應(yīng)對(duì)NTN 固有的大傳播時(shí)延、小區(qū)動(dòng)態(tài)變化等特性，3GPP 在Release-17 中進(jìn)行了定位和同步、傳輸（包括物理層PHY）、用戶面（包括MAC/RLC/PDCP 層）和控制面（RRC 層）協(xié)議等方面的一系列增強(qiáng)，基本實(shí)現(xiàn)了5G NR和4G NB-IoT/eMTC UE 通過衛(wèi)星或高空平臺(tái)接入網(wǎng)絡(luò)。其中，在移動(dòng)性管理方面主要針對(duì)下述問題設(shè)計(jì)了解決方案。

1.1 模糊的小區(qū)邊緣效應(yīng)與基于距離的移動(dòng)性管理

在地面網(wǎng)絡(luò)中，由于基站天線高度一般不超過百米，距離基站越遠(yuǎn)的UE，接收到的信號(hào)強(qiáng)度越弱，并越容易受到相鄰小區(qū)的干擾，因此小區(qū)中心和邊緣的UE 接收信號(hào)強(qiáng)度（RSRP,Reference Signal Receiving Power）或質(zhì)量（RSRQ,Reference Signal Receiving Quality）存在明顯差異，即小區(qū)邊緣效應(yīng)?；谶@一特性，傳統(tǒng)的移動(dòng)性管理設(shè)計(jì)以RSRP 或RSRQ 作為基本參照，例如定義了基于服務(wù)小區(qū)和/或相鄰小區(qū)RSRP/RSRQ 的測(cè)量報(bào)告觸發(fā)事件A1～A6 用于連接態(tài)（RRC_CONNECTED）的小區(qū)切換（HO,Handover），其中A3（相鄰小區(qū)RSRP 或RSRQ 優(yōu)于服務(wù)小區(qū)）和/或A5（服務(wù)小區(qū)RSRP 或RSRQ 低于門限且相鄰小區(qū)RSRP 或RSRQ 高于門限）還可由基站預(yù)先配置為條件切換（CHO,Conditional Handover）執(zhí)行條件以便UE 自主切換；空閑態(tài)（RRC_IDLE）或去激活態(tài)（RRC_INACTIVE）的鄰區(qū)測(cè)量和小區(qū)排序（cell ranking）也是基于服務(wù)小區(qū)和/或鄰區(qū)的RSRP/RSRQ 進(jìn)行。

與TN 的天線高度不同，NTN 的基站天線由衛(wèi)星（高度600～35 786 km）或高空平臺(tái)（高度8～20 km）搭載，因此在NTN 小區(qū)中，小區(qū)中心和邊緣的RSRP 或RSRQ差異并不明顯。加之天地信號(hào)傳播受天氣影響（雨衰、霧衰等），NTN 小區(qū)中的的邊緣效應(yīng)更為模糊。在此場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)難以配置合適的RSRP 或RSRQ 事件或門限，例如過高的的門限易導(dǎo)致測(cè)量報(bào)告、條件切換、鄰區(qū)測(cè)量等過遲觸發(fā)，反之則會(huì)過早或頻繁觸發(fā)。因此Release-17 NTN 引入了新的衡量準(zhǔn)則，特別是基于UE 到小區(qū)參考點(diǎn)（例如小區(qū)中心）的距離進(jìn)行判斷，并與傳統(tǒng)基于RSRP 或RSRQ 的衡量準(zhǔn)則相結(jié)合，包括：

（1）對(duì)于連接態(tài)切換，定義事件D1 用于測(cè)量報(bào)告觸發(fā)，當(dāng)UE 距離服務(wù)小區(qū)參考點(diǎn)（referenceLocation1）的距離大于門限1（distanceThreshFromReference1），且距離相鄰小區(qū)參考點(diǎn)（referenceLocation2）的距離小于門限2（distanceThreshFromReference2）時(shí)，UE觸發(fā)測(cè)量結(jié)果上報(bào)[11]。

（2）對(duì)于連接態(tài)條件切換，事件D1 同樣可以作為執(zhí)行條件配置，即當(dāng)UE 距離服務(wù)小區(qū)參考點(diǎn)的距離大于門限1，且距離指定相鄰小區(qū)參考點(diǎn)的距離小于門限2 時(shí)，UE 切換至指定相鄰小區(qū)[11]；在傳統(tǒng)的A3和/ 或A5 執(zhí)行條件之外，事件A4（相鄰小區(qū)RSRP 或RSRQ 高于門限）也被允許作為執(zhí)行條件之一進(jìn)行配置。

（3）對(duì)于空閑態(tài)或去激活態(tài)，當(dāng)UE 距離服務(wù)小區(qū)參考點(diǎn)（referenceLocation1）的距離大于門限3（distanceThresh）時(shí)，UE 觸發(fā)鄰區(qū)測(cè)量[12]。

此外，對(duì)于空閑態(tài)或去激活態(tài)小區(qū)排序，基于距離的排序或排除（即僅考慮距離較近的相鄰小區(qū)）曾作為備選方案，但最終未能獲得支持，其原因在于空閑態(tài)或去激活態(tài)對(duì)UE 節(jié)能要求較高，而該類方案需要UE 獲取多個(gè)相鄰小區(qū)的參考點(diǎn)并計(jì)算距離，實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜且增益有限。

1.2 衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致小區(qū)變動(dòng)與基于時(shí)間的移動(dòng)性管理

與TN 相比，NTN 的另一個(gè)重要特性是衛(wèi)星或高空平臺(tái)的高速運(yùn)動(dòng)，例如低軌道（LEO,Low Earth Orbital）衛(wèi)星相對(duì)地面的運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)7.9 km/s。高速運(yùn)動(dòng)帶來的直接影響之一便是其生成的小區(qū)會(huì)頻繁變動(dòng)，由于衛(wèi)星因能力限制（例如最小波束水平角）或運(yùn)營(yíng)規(guī)劃等多重因素影響，一方面，當(dāng)衛(wèi)星無法為當(dāng)前覆蓋區(qū)域提供服務(wù)時(shí)，NTN 小區(qū)會(huì)隨之消失（亦稱服務(wù)鏈路切換，Service Link Switch）；另一方面，當(dāng)衛(wèi)星更換地面基站連接時(shí)，NTN 小區(qū)也會(huì)隨之變更（亦稱回饋鏈路切換，F(xiàn)eeder Link Switch）。對(duì)于前者，Release-17 NTN 進(jìn)一步根據(jù)NTN 低軌衛(wèi)星小區(qū)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)劃分為半靜態(tài)（Quasi-Earth-Fixed）小區(qū)和動(dòng)態(tài)（Earth-Moving）小區(qū)，如圖2 所示，兩者的區(qū)別在于小區(qū)覆蓋范圍是否會(huì)隨著衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)而不斷移動(dòng)。

圖2 3GPP Release-17定義的兩種NTN低軌衛(wèi)星小區(qū)

觀察NTN 小區(qū)的特性可知，由于小區(qū)覆蓋存在與時(shí)間強(qiáng)相關(guān)，在小區(qū)消失或發(fā)生變動(dòng)時(shí)，UE 仍有可能測(cè)得較強(qiáng)的RSRP 或RSRQ，基于兩者的傳統(tǒng)移動(dòng)性管理設(shè)計(jì)不再完全適用。因此，Release-17 NTN 引入了基于衛(wèi)星服務(wù)的時(shí)間或時(shí)序的衡量準(zhǔn)則，并與傳統(tǒng)基于RSRP 或RSRQ 的衡量準(zhǔn)則相結(jié)合，包括：

（1）對(duì)于連接態(tài)條件切換，引入事件T1 作為執(zhí)行條件配置，即當(dāng)前時(shí)刻為t1-Threshold 時(shí)，UE 開始評(píng)估基于RSRP 或RSRQ 的執(zhí)行條件，若在限定時(shí)長(zhǎng)（duration）內(nèi)該條件滿足，則UE 切換至指定相鄰小區(qū)[11]。

（2）對(duì)于空閑態(tài)或去激活態(tài)，quasi-Earth-fixed 小區(qū)可以由網(wǎng)絡(luò)廣播服務(wù)小區(qū)的服務(wù)停止時(shí)間（t-Service），UE 需要在t-Service 到來之前觸發(fā)鄰區(qū)測(cè)量，而具體的提前時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不作具體規(guī)定，取決于UE 實(shí)現(xiàn)[12]。

需要注意的是，對(duì)于連接態(tài)，與D1 不同，T1 目前僅可以作為CHO 執(zhí)行條件配置，而無法作為測(cè)量結(jié)果上報(bào)的觸發(fā)事件，這是由于連接態(tài)下網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)服務(wù)停止時(shí)間配置UE 的測(cè)量結(jié)果上報(bào)；對(duì)于空閑態(tài)或去激活態(tài)，由于Release-17 NTN 的研究時(shí)長(zhǎng)和負(fù)荷限制，僅針對(duì)quasi-Earth-fixed 小區(qū)進(jìn)行了增強(qiáng)，而更加復(fù)雜的Earthmoving 小區(qū)需要在后續(xù)的Release-18 版本中繼續(xù)研究。

2 面向5G-Advanced的NTN-TN移動(dòng)性管理研究

作為實(shí)現(xiàn)NTN 特性的第一個(gè)3GPP 標(biāo)準(zhǔn)版本，Release-17 針對(duì)NTN 的場(chǎng)景特性進(jìn)行最基礎(chǔ)的協(xié)議增強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)支持，而出于研究時(shí)間和負(fù)荷的考慮，一些非緊要的或優(yōu)化性的研究方向、技術(shù)問題和增強(qiáng)方案被降低優(yōu)先級(jí)或擱置，包括基站上星的regenerative 模式（目前的transparent 模式僅支持天線單元上星）、無GNSS定位能力的UE（目前假設(shè)UE 具備GNSS 定位能力）、NTN-TN 互通與雙連接（DC,Dual Connection）等。具體到移動(dòng)性管理方面，盡管UE 可以通過SIB1 中是否包含NTN 專用小區(qū)禁止指示（即cellBarredNTN）來區(qū)分NTN和TN 小區(qū)，Release-17 NTN 不要求UE 具備同時(shí)連接NTN和TN 的能力，即使在NTN 內(nèi)部，對(duì)于不同軌道（例如同步軌道GEO和LEO 之間）衛(wèi)星或高空平臺(tái)之間的移動(dòng)性支持也只是可選項(xiàng)（即允許UE 僅具備接入GEO、LEO 或高空平臺(tái)之一的能力）[13]，因此相應(yīng)的技術(shù)問題和解決方案并未得到討論和研究。具體地，天地一體化的業(yè)務(wù)連續(xù)性保障，要求移動(dòng)性管理能夠在保持用戶業(yè)務(wù)不因信令切換導(dǎo)致中斷[14]的同時(shí)，適應(yīng)TN和NTN 網(wǎng)絡(luò)、以及NTN 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)從LEO 平臺(tái)到GEO 平臺(tái)的巨大傳播時(shí)延差異[15-16]；而天地一體化的UE 節(jié)能，要求移動(dòng)性管理能夠盡量減少TN和NTN 多連接[17-18]下（特別是衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的）鏈路失敗的影響以及恢復(fù)所需的信令交互，在保障UE 受益于天地一體化連接[19]的同時(shí)，降低UE 連接NTN 所致的額外信令開銷和能耗[20]。

基于上述5G-Advanced 的NTN 演進(jìn)方向和天地一體化的業(yè)務(wù)連續(xù)性及UE 節(jié)能等需求，本文提出多個(gè)具有應(yīng)用前景的移動(dòng)性管理增強(qiáng)方案，包括支持TN/NTN-NTN的雙激活協(xié)議棧（DAPS,Dual Active Protocol Stack）切換用戶面（UP,User Plane）和控制面（CP,Control Plane）增強(qiáng)方案，以及支持TN/NTN-NTN 雙連接（DC,Dual Connectivity）的主/輔接入點(diǎn)快速鏈路重建增強(qiáng)方案等。所提方案的與傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)方案的比較歸納至表1 所示：

表1 本文所提方案與傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)方案的比較

2.1 TN/NTN-NTN DAPS增強(qiáng)

在Release-15 版本中，連接態(tài)的切換采用的是硬切換的方式，即UE 在接收切換命令之后，首先釋放與源小區(qū)的連接，然后與目標(biāo)小區(qū)建立連接，因此在切換執(zhí)行過程中不可避免地存在用戶數(shù)據(jù)中斷的情況。在Release-16 中，為了滿足5G 用戶業(yè)務(wù)連續(xù)性的需求，引入了DAPS 切換，即UE 在接收到切換命令之后，在保持源小區(qū)的連接的同時(shí)向目標(biāo)小區(qū)建立連接，只有UE 成功接入目標(biāo)小區(qū)之后，才將源小區(qū)的連接釋放。DAPS 切換通過短時(shí)間維持UE 與源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的雙重連接以及相同的用戶面配置，保障了用戶數(shù)據(jù)傳輸在切換過程中的連續(xù)性。在天地一體化網(wǎng)絡(luò)，特別是TN 與NTN 融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，為保障TN-NTN 或NTN-NTN 之間的切換時(shí)的業(yè)務(wù)連續(xù)性，Release-16 為TN 引入的DAPS 可以作為基礎(chǔ)方案之一。但是，為了適應(yīng)NTN 的特性，特別是NTN 與TN 的特性差異，傳統(tǒng)的DAPS 機(jī)制面臨用戶面和控制面的雙重挑戰(zhàn)。

（1）NTN 中的DAPS 用戶面問題與解決方案

為實(shí)現(xiàn)DAPS 切換，源小區(qū)為UE 指示DAPS 專用的承載配置，包括在切換過程中用于源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)MAC/RLC/PDCP 協(xié)議層配置等。對(duì)于每個(gè)所配置的DAPS 承載，UE 的PDCP 層會(huì)被重配置為面向源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的統(tǒng)一設(shè)置，用于維持切換過程中的PDCP 層序列號(hào)連續(xù)性，進(jìn)而保證用戶數(shù)據(jù)的按序遞交。相應(yīng)地，面向源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)的重排序和復(fù)制功能也會(huì)被統(tǒng)一配置，只有加密、解密和報(bào)頭壓縮、解壓縮等不影響數(shù)據(jù)順序的功能會(huì)被分開配置。類似地，為了保障切換過程中的用戶數(shù)據(jù)連續(xù)性的用戶體驗(yàn)，3GPP 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步規(guī)定，對(duì)于所配置的DAPS 承載，UE 將復(fù)制源小區(qū)的MAC、RLC 層以及邏輯信道（LCH,Logic Channel）配置，面向目標(biāo)小區(qū)建立相同的協(xié)議層實(shí)體。這種簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)在TN內(nèi)部應(yīng)用是較為合理的，但是在NTN 中會(huì)遇到新的挑戰(zhàn)。

如前文所述，NTN 極高的天線高度在帶來廣泛覆蓋的同時(shí)，也不可避免地導(dǎo)致UE 到網(wǎng)絡(luò)的傳播時(shí)延增加，例如相比TN 約0.033 ms（以5 km 覆蓋半徑計(jì)算）的往返傳播時(shí)間（RTT,Round Trip Time），NTN 的RTT 可以達(dá)到數(shù)十乃至數(shù)百毫秒，即使在NTN 內(nèi)，LEO 的26 ms和GEO 的541 ms 之間也有較大差異。綜合考慮傳統(tǒng)TN的DAPS 的統(tǒng)一用戶面配置規(guī)定和NTN 的特殊用戶面配置增強(qiáng)，可以發(fā)現(xiàn)若在TN 與NTN 之間，或者使用不同軌道高度衛(wèi)星（如LEO和GEO）的NTN 之間配置使用DAPS 時(shí)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)矛盾，具體包括：

1）對(duì)于需要涵蓋整個(gè)RTT 時(shí)間范圍的計(jì)時(shí)器，如MAC層的sr-ProhibitTimer、RLC層的t-Reassembly、PDCP層的DiscardTimer和t-Reordering 等，Release-17 NTN 將其取值范圍擴(kuò)展至大于甚至數(shù)倍于NTN 最大RTT（即541 ms）的范圍。若面向目標(biāo)TN（或LEO-NTN）小區(qū)適用源NTN（或GEO-NTN）小區(qū)的用戶面配置，會(huì)出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置過大等問題，反之則會(huì)導(dǎo)致參數(shù)設(shè)置過小。

2）對(duì)于在RTT 時(shí)間范圍內(nèi)無需啟動(dòng)的計(jì)時(shí)器（沒有數(shù)據(jù)或信令接收），如MAC層的ra-ContentionResolutionTimer、drx-HARQ-RTT-TimerDL和drx-HARQ-RTT-TimerUL 等，Release-17 NTN 將其啟動(dòng)時(shí)間向后偏置RTT 時(shí)間。若面向目標(biāo)TN（或LEO-NTN）小區(qū)適用源NTN（或GEO-NTN）小區(qū)的用戶面配置，會(huì)出現(xiàn)計(jì)時(shí)器過晚啟動(dòng)等問題，反之則會(huì)導(dǎo)致計(jì)時(shí)器過早啟動(dòng)。

3）為了避免高傳播時(shí)延導(dǎo)致的混合自動(dòng)重復(fù)請(qǐng)求（HARQ，Hybrid Automatic Repeat Request）停滯問題，即過多的HARQ 反饋或重傳導(dǎo)致信道資源占用、可用HARQ 進(jìn)程不足以及緩存器溢出等，Release-17 NTN 允許配置UE 關(guān)閉針對(duì)下行數(shù)據(jù)的HARQ 反饋以及針對(duì)上行數(shù)據(jù)的HARQ 重傳機(jī)制。是否允許關(guān)閉的配置在MAC層配置實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)于上行傳輸資源可以額外配置邏輯信道優(yōu)先級(jí)（LCP,Logic Channel Prioritization）策略以限制其可承載的HARQ 重傳模式。若面向目標(biāo)TN（或LEO-NTN）小區(qū)適用源NTN（或GEO-NTN）小區(qū)的用戶面配置，會(huì)出現(xiàn)HARQ 反饋或重傳不必要禁止等問題，反之則會(huì)導(dǎo)致HARQ 停滯等。

兩組患兒治療后臨床療效比較 見表1。兩組患兒治療后臨床療效比較,治療組痊愈率和總有效率均有明顯提高,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

為解決上述問題，本文提出DAPS 用戶面配置增強(qiáng)方案，如圖3 所示，其創(chuàng)新點(diǎn)在于，有別于傳統(tǒng)TN DAPS 中簡(jiǎn)單的用戶面配置復(fù)制而無基站間交互，通過源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)所屬基站間的信息交互，確定需要針對(duì)TN和NTN 各自網(wǎng)絡(luò)特性所需差異化用戶面配置的用戶面參數(shù)，然后通過以下三種選項(xiàng)之一發(fā)送至UE：

圖3 針對(duì)NTN的DAPS用戶面增強(qiáng)方案

1）選項(xiàng)#1a：由目標(biāo)小區(qū)所屬基站通過Xn 透?jìng)餍帕顚⒉町惢脩裘媾渲妙~外發(fā)送至UE，UE 針對(duì)目標(biāo)小區(qū)應(yīng)用差異化用戶面配置。

2）選項(xiàng)#1b：由源小區(qū)所屬基站通過空口信令將差異化用戶面配置額外發(fā)送至UE，UE 針對(duì)目標(biāo)小區(qū)應(yīng)用差異化用戶面配置。

3）選項(xiàng)#2：直接由源小區(qū)所屬基站在配置DAPS 之初通過空口信令將兩套不同的用戶面配置發(fā)送至UE，UE針對(duì)源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)分別應(yīng)用兩套不同的用戶面配置。

其中選項(xiàng)#1a和#1b 的區(qū)別在于負(fù)責(zé)生成差異化用戶面配置并送達(dá)UE 的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體及相應(yīng)的信令流程，該差異化配置在邏輯上位于DAPS 配置之后，屬于不同的信令消息；選項(xiàng)2 不同于選項(xiàng)#1a和#1b，在DAPS 配置之初便將兩條不同的配置分別送達(dá)UE，與DAPS 配置使用同一條信令消息。該方案使得UE 在執(zhí)行DAPS 切換過程中，既能保證用戶數(shù)據(jù)的順序，又能夠以不同的參數(shù)配置契合TN 與NTN 各自的網(wǎng)絡(luò)特性。

（2）NTN 中的DAPS 控制面問題與解決方案

在上文中，用戶面方案用于在UE 與TN和NTN 的無線鏈路存續(xù)前提下，通過差異化配置保障用戶數(shù)據(jù)經(jīng)不同時(shí)延鏈路到達(dá)的無損且按序遞交；而與無線鏈路狀態(tài)變化導(dǎo)致的普通切換失敗類似，源小區(qū)或目標(biāo)小區(qū)鏈路的RLF 可能導(dǎo)致DAPS 切換失敗，這就需要控制面通過信令交互流程來實(shí)現(xiàn)上報(bào)、處理和恢復(fù)的過程。

在面向TN 的Release-16 中，RLF和切換失敗處理和恢復(fù)流程未考慮小區(qū)或基站的運(yùn)動(dòng)，因此無法適用于NTN 存在的場(chǎng)景，具體包括：

1）在TN DAPS 切換進(jìn)行中，UE 持續(xù)監(jiān)測(cè)源小區(qū)鏈路RLF，直至目標(biāo)小區(qū)的隨機(jī)接入成功完成，在此期間，若源小區(qū)鏈路發(fā)生RLF，UE 停止該鏈路上的數(shù)據(jù)收發(fā)但保留其配置；若目標(biāo)小區(qū)鏈路發(fā)生RLF 或切換失敗，UE試圖尋找合適小區(qū)發(fā)起重建，若無合適小區(qū)則進(jìn)入空閑態(tài)。當(dāng)TN/NTN-NTN DAPS 切換過程中源LEO-NTN 小區(qū)發(fā)生RLF 時(shí)，如果源LEO-NTN 小區(qū)接近其（t-Service），UE可能無法重建或者恢復(fù)源小區(qū)鏈路。若UE 需要選擇合適小區(qū)發(fā)起重建，而沒有排除可能接近服務(wù)停止時(shí)間的源小區(qū)或目標(biāo)小區(qū)（按照信號(hào)最強(qiáng)原則仍有可能被選中），重建可能會(huì)進(jìn)一步失敗。

2）在TN DAPS 切換失敗發(fā)生后，若源小區(qū)鏈路仍可用，UE 回退至源小區(qū)配置并恢復(fù)源小區(qū)鏈路，并可以上報(bào)DAPS 切換失敗指示。當(dāng)TN/NTN-NTN DAPS 切換失敗發(fā)生時(shí)，如果源LEO-NTN 小區(qū)接近其停止服務(wù)時(shí)間（t-Service），UE 可能無法重建或者恢復(fù)源小區(qū)鏈路，進(jìn)而也無法上報(bào)DAPS 切換失敗指示，且當(dāng)前協(xié)議不支持UE 在后續(xù)連接成功后上報(bào)失敗原因，以協(xié)助網(wǎng)絡(luò)糾正不合理的DAPS 切換配置。

為解決上述問題，本文提出DAPS 失敗處理增強(qiáng)方案，如圖4 所示，其創(chuàng)新點(diǎn)在于，在傳統(tǒng)TN DAPS 失敗處理流程基礎(chǔ)上，引入針對(duì)NTN 相關(guān)特性的條件配置，即UE 參考源NTN 小區(qū)或目標(biāo)NTN 小區(qū)的服務(wù)停止時(shí)間以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置，以決定是否可以略過不必要的失敗處理邏輯，包括在源小區(qū)接近或到達(dá)服務(wù)停止時(shí)間時(shí)釋放源小區(qū)鏈路及其配置，略過在源小區(qū)發(fā)起重建或恢復(fù)，并在后續(xù)的小區(qū)選擇中排除源小區(qū)；以及在目標(biāo)小區(qū)接近或到達(dá)服務(wù)停止時(shí)間時(shí)終止隨機(jī)接入，釋放目標(biāo)小區(qū)配置，觸發(fā)切換失敗，并在后續(xù)的小區(qū)選擇中排除目標(biāo)小區(qū)。此外，UE 可以將接近或到達(dá)服務(wù)停止時(shí)間作為失敗原因存儲(chǔ)，并在下一次接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)上報(bào)。

圖4 針對(duì)NTN的DAPS控制面增強(qiáng)方案

2.2 TN/NTN-NTN DC增強(qiáng)

雙連接是5G 之初的Release-15 版本就支持的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以滿足UE 同時(shí)接入多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)保障業(yè)務(wù)吞吐量和連續(xù)性、負(fù)載均衡和可靠性等需求。與DAPS 僅適用于切換過程不同，DC 可以適用于任何存在多個(gè)可連接節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)景，可以配置一個(gè)主節(jié)點(diǎn)（MN,Master Node）和多個(gè)輔節(jié)點(diǎn)（SN,Secondary Node）并激活其中一個(gè)，并且不必要求統(tǒng)一的用戶面配置；DAPS 的目標(biāo)在于當(dāng)切換不可避免地發(fā)生時(shí)，被動(dòng)地同時(shí)建立TN和NTN 兩條暫時(shí)的無線連接（切換成功后即釋放源小區(qū)連接），通過有效的控制面信令交互保障切換，以及通過差異化用戶面配置（使用相同的用戶面承載）保障用戶數(shù)據(jù)的連續(xù)性，而DC 可以在沒有切換需求的情況下，通過主動(dòng)建立TN和NTN 兩條連接，充分利用TN和NTN 各自的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，使用不同的用戶面承載提升用戶體驗(yàn)。因此DC 無需面對(duì)DAPS 的用戶面和切換失敗問題，而主要解決RLF 處理和恢復(fù)問題，特別是針對(duì)TN 設(shè)計(jì)的流程的適用性，具體包括：

（1）在TN 中，當(dāng)主小區(qū)群（MCG,Master Cell Group，由MN控制）發(fā)生RLF時(shí)，若配置了快速M(fèi)CG 鏈路恢復(fù)（即T316），UE 通過輔小區(qū)群（SCG,Secondary Cell Group，由SN 控制）向主節(jié)點(diǎn)（MN,Master Node）發(fā)起恢復(fù)請(qǐng)求并啟動(dòng)T316 等待答復(fù)。若T316 超時(shí)，則UE 發(fā)起連接重建。根據(jù)圖5，對(duì)于兩種用例（TN 作為MN 或者NTN 作為MN），若SN 中存在NTN-SN，當(dāng)MCG 發(fā)生RLF 并觸發(fā)快速M(fèi)CG 恢復(fù)流程時(shí)，UE 首先面臨是否以及如何選擇SCG 以發(fā)送恢復(fù)請(qǐng)求的問題，其中若某個(gè)SCG 屬于NTN-SN 控制，則通過該SCG 恢復(fù)時(shí)延較大，且可能由于接近或到達(dá)服務(wù)停止時(shí)間導(dǎo)致發(fā)送請(qǐng)求或接收回復(fù)失?。涣硪环矫?，UE 使用統(tǒng)一的T316 配置，而TN-SN和NTN-SN 所需的信令往返時(shí)延存在差異，無法適用同樣的T316 時(shí)長(zhǎng)配置。

圖5 TN/NTN-NTN雙連接用例

（2）在TN 中，當(dāng)SCG 發(fā)生RLF 時(shí)，若MCG 的無線承載沒有被暫停，則UE 向MN 發(fā)送SCG 失敗信息并等待處理；若MCG 的無線承載被暫停，則UE 發(fā)起連接重建。對(duì)于用例B（NTN 作為MN），在SCG 失敗恢復(fù)過程中，存在NTN-MN 由于接近或到達(dá)服務(wù)停止時(shí)間導(dǎo)致恢復(fù)失敗的可能性。

為解決上述問題，本文提出針對(duì)TN/NTN-NTN DC的連接恢復(fù)增強(qiáng)方案，如圖6 所示，包括：

圖6 針對(duì)TN/NTN-NTN的雙連接增強(qiáng)方案

（1）在執(zhí)行MCG 快速恢復(fù)時(shí)，有別于傳統(tǒng)TN 中直接通過當(dāng)前激活的SCG 及其所屬SN 發(fā)送恢復(fù)請(qǐng)求，本方案通過綜合考慮所配置SCG 及其所屬TN/NTN-SN 的時(shí)延及可用時(shí)間等因素，選擇時(shí)延最低、可靠性最高的SN 來發(fā)送恢復(fù)請(qǐng)求，具體地，還包括為不同時(shí)延的TN/NTNSN 配置獨(dú)立的T316 以適配TN 與NTN 各自的網(wǎng)絡(luò)特性。

（2）在執(zhí)行SCG 恢復(fù)時(shí)，有別于傳統(tǒng)TN 中必須等待回復(fù)失敗然后才能發(fā)起重建，本方案通過考慮MCG 及其所屬NTN-MN 的時(shí)延及可用時(shí)間等因素，允許UE 選擇暫停MCG 承載或放棄恢復(fù)流程而直接進(jìn)入連接重建嘗試。

（3）此外，有別于傳統(tǒng)TN 中失敗信息只能由RLF被動(dòng)觸發(fā)，考慮到NTN-MN 及NTN-SN 服務(wù)停止時(shí)間的可預(yù)測(cè)性，本方案還允許UE 在服務(wù)停止時(shí)間到達(dá)之前提前觸發(fā)失敗信息上報(bào)，從而允許網(wǎng)絡(luò)根據(jù)可預(yù)測(cè)的RLF信息提前進(jìn)行連接的重配置。

該方案在TN DC 機(jī)制的基礎(chǔ)上，針對(duì)TN/NTNNTN DC 場(chǎng)景優(yōu)化了信令內(nèi)容和流程，實(shí)現(xiàn)了TN/NTNNTN DC 中RLF 的高效處理和恢復(fù)。一方面，該方案充分利用了Release-17 NTN 所引入的NTN 相關(guān)信息交互和指示，即MN 知曉其所屬衛(wèi)星MCG 小區(qū)、其為UE 配置的SN 及所屬衛(wèi)星SCG 小區(qū)的星歷信息、服務(wù)停止時(shí)間以及MN-SN 傳播時(shí)延等，并可以通過UE 上報(bào)的定時(shí)提前值（Timing Advance）和傳播時(shí)延差（Propagation delay difference）獲得UE-MN、UE-SN 傳播時(shí)延，從而能夠有效生成基于MN/SN 時(shí)間狀態(tài)的MCG/SCG 恢復(fù)配置；另一方面，得益于NTN UE 的定位能力、衛(wèi)星MCG/SCG 小區(qū)星歷信息和服務(wù)停止時(shí)間的獲取，UE 可以自行計(jì)算UE-MN、UE-SN 傳播時(shí)延并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置執(zhí)行相應(yīng)的恢復(fù)策略。上述Release-17 NTN 所支持的基本信息交互功能使得本方案得以實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

面向5G-Advanced 的演進(jìn)方向和天地一體化網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)連續(xù)性需求，本文以3GPP NTN 研究和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展為基礎(chǔ)，歸納總結(jié)了Release-17 針對(duì)NTN 的移動(dòng)性管理機(jī)制，結(jié)合Release-18 NTN 的標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)，提出了支持DAPS和DC 的天地一體化（即TN/NTN-NTN）移動(dòng)性管理增強(qiáng)方案，在無線接入網(wǎng)層面以統(tǒng)一的空口協(xié)議實(shí)現(xiàn)天地網(wǎng)絡(luò)間的無損切換與同時(shí)連接，減少了天地基站間切換造成的業(yè)務(wù)中斷。所提方案可以作為提升天地一體化網(wǎng)絡(luò)用戶的無感業(yè)務(wù)體驗(yàn)的移動(dòng)性管理起始方案，并結(jié)合5G 演進(jìn)乃至6G 天地一體化網(wǎng)絡(luò)的需求[21]進(jìn)一步優(yōu)化，包括但不限于針對(duì)NTN 動(dòng)態(tài)小區(qū)、非連續(xù)覆蓋場(chǎng)景、NB-IoT/eMTC 物聯(lián)網(wǎng)終端移動(dòng)性簡(jiǎn)化等方面的研究和標(biāo)準(zhǔn)化。