從5G向6G演進的三維連接

田開波　方敏　楊振　胡留軍　段向陽

【摘? 要】三維連接技術(shù)作為地面網(wǎng)絡(luò)（TN）與非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）的融合組網(wǎng)技術(shù)，既能解決TN空天地海覆蓋受限與NTN服務(wù)場景受限問題，又能促進后5G（B5G）與6G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。首先簡述了三維連接技術(shù)的發(fā)展歷程，然后重點介紹了未來兩年將要完成的5G NTN標準需求、部署結(jié)構(gòu)、空中接口、頻譜與終端方面的設(shè)計考慮，最后給出了對未來B5G/6G三維連接技術(shù)展望，提出了需要全球產(chǎn)學研機構(gòu)共同研究創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)問題。

【關(guān)鍵詞】三維連接;非地面網(wǎng)絡(luò);衛(wèi)星通信;NR空口;NR-NTN

0? ?引言

陸地無線通信經(jīng)過近三十年的發(fā)展，已在全球大多數(shù)地區(qū)形成了較為完善的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，全球80%的人口都能享受移動通信服務(wù)。但受制于經(jīng)濟成本、技術(shù)等因素，在人口密度低的偏遠地區(qū)以及沙漠、森林、海洋等區(qū)域，地面網(wǎng)絡(luò)無法進行有效覆蓋，同時太空與野外科考探險、航海、航空等活動日益頻繁，對寬帶與大規(guī)模機器通信無處不在的連接需求也隨之增加，因此滿足5G萬物互聯(lián)與6G萬務(wù)智聯(lián)需求的三維連接技術(shù)應(yīng)運而生。

三維連接是指地面網(wǎng)絡(luò)（TN）與非地面網(wǎng)絡(luò)（NTN）融合組網(wǎng)，支持空、天、地、海一體化通信連接的技術(shù)，詳見圖1。三維連接的無線站點或天線可以顯式或隱性部署于機房、建筑墻面或家居環(huán)境、地上或水下無人機、空中平臺、不同地球軌道衛(wèi)星等各種位置，通過三維連接真正實現(xiàn)任何時間任何地點跟其他任何一方的通信。目前，現(xiàn)有NTN與TN各自獨立部署，無法形成融合組網(wǎng)的三維連接網(wǎng)絡(luò)部署，限制了NTN與TN產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展。

1? ?三維連接技術(shù)發(fā)展

二十世紀最后20年，是三維連接技術(shù)TN和NTN各自獨立發(fā)展階段。繼第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)成功商用之后，摩托羅拉公司在1993年成功部署了第一代NTN即“銥星”全球移動通信網(wǎng)絡(luò)，但受限于終端成本及市場等因素，與第二代TN即GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)的“競爭”以失敗告終。

本世紀開始的20年，三維連接技術(shù)進入到TN與NTN網(wǎng)絡(luò)融合發(fā)展的新階段。NTN衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，既可以為TN網(wǎng)絡(luò)基站提供無線回傳，也可以為TN無法覆蓋的地區(qū)提供移動通信連接。以“星鏈”為代表的低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)的規(guī)模部署，促使業(yè)內(nèi)重新考慮NTN與TN之間的“補充”、“競爭”甚至“替代”的關(guān)系問題。NTN衛(wèi)星通信網(wǎng)，受限于頻譜效率、覆蓋密度、傳播時延、終端體積與成本的限制，尤其是TN網(wǎng)絡(luò)從4G向5G的大規(guī)模商用發(fā)展，決定了NTN衛(wèi)星通信網(wǎng)無法“替代”TN網(wǎng)絡(luò)。同時，以TN與NTN融合組網(wǎng)為基本特征的三維連接技術(shù)，正在成為后5G與6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵使能技術(shù)。

2? ?三維連接標準化

2.1? 標準化發(fā)展

TN標準“十年一代”的發(fā)展，已成功積累了從1G AMPS/TACS/NMT到2G GSM、3G WCDMA/TD-SCDMA、4G LTE、5G NR標準開發(fā)及其大規(guī)模商用經(jīng)驗。而NTN標準方面，盡管ETSI曾以地面GSM和WCDMA標準為基礎(chǔ)，制定了NTN接入網(wǎng)標準，但是這些NTN標準應(yīng)用很少，NTN衛(wèi)星通信在實際中更多采用私有化的技術(shù)標準。

3GPP制定的5G通信網(wǎng)絡(luò)是一個開放的系統(tǒng)，其需求報告TS22.261[1]中明確規(guī)定5G系統(tǒng)能夠通過衛(wèi)星接入提供服務(wù)，同時還要支持5G接入與基于衛(wèi)星接入之間的服務(wù)連續(xù)性，且LEO、MEO與GEO對應(yīng)的端到端傳播時延分別為35 ms、95 ms與285 ms。

2017年以Thales為代表的衛(wèi)星制造商參與到3GPP標準工作中，并成功推動了NTN按照星地統(tǒng)一架構(gòu)和技術(shù)體制進行研究立項。2019年芯片廠商MediaTek推動NTN-IoT的標準研究項目的立項[2]。這兩個3GPP NTN研究項目的指導(dǎo)原則都是以地面通信標準為基礎(chǔ)，例如5G NR與4G NB-IoT標準，結(jié)合衛(wèi)星通信傳播的技術(shù)特點做出適應(yīng)性的改進，最終制定統(tǒng)一的三維連接空中接口與組網(wǎng)的標準化方案。5G三維連接面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括：融合組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、NR物理層與上層協(xié)議優(yōu)化、頻譜管理、無線資源管理、高速移動與波束管理等。

第一階段標準組織重點討論了星地信道模型以及對現(xiàn)有5GNR標準的影響。第二階段對星地融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行了梳理，并針對第一階段所識別的標準問題，給出了多種可能的解決方案。兩個階段分別形成了TR38.811[3]和TR38.821[4]兩個技術(shù)報告。從2020年開始正式進入NTN標準起草階段[5]，預(yù)計2021年底將發(fā)布第一版3GPP Rel-17 NTN標準。

2.2? 5G NTN場景

為滿足5G無處不在的覆蓋需求，NTN衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是一個很好的選擇。例如，當自然災(zāi)害發(fā)生時，5G TN網(wǎng)絡(luò)因為受到毀壞而無法提供服務(wù);偏遠山區(qū)、沙漠、海洋等特殊區(qū)域，5G TN網(wǎng)絡(luò)也很難覆蓋。如圖2所示，5G NTN的典型應(yīng)用場景包括全地形覆蓋、信令分流、應(yīng)急通信、物聯(lián)網(wǎng)和廣播業(yè)務(wù)等五大場景，以增強或補充TN網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力。

2.3? 5G NTN部署結(jié)構(gòu)

NTN和TN網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合部署結(jié)構(gòu)可以是靈活多樣的，如圖3所示。5GC共享結(jié)構(gòu)，是指TN和NTN各自擁有獨立的接入網(wǎng)，但共享5G核心網(wǎng)。NTN接入共享結(jié)構(gòu)，是指擁有不同5G核心網(wǎng)的運營商可以共享NTN無線接入網(wǎng)。漫游與服務(wù)連續(xù)性部署結(jié)構(gòu)，是指同一多模終端，從TN網(wǎng)絡(luò)漫游到NTN網(wǎng)絡(luò)，或者從NTN網(wǎng)絡(luò)漫游到TN網(wǎng)絡(luò)，可以通過5G核心網(wǎng)之間的N26接口，支持漫游終端的服務(wù)連續(xù)性。NTN回傳結(jié)構(gòu)，是指NTN網(wǎng)絡(luò)充當?shù)孛鏌o線接入網(wǎng)到地面核心網(wǎng)的無線回傳網(wǎng)絡(luò)。

NTN無線接入網(wǎng)，依據(jù)衛(wèi)星能力的不同，存在圖4與圖5所示的兩種部署模式。透明彎管轉(zhuǎn)發(fā)式架構(gòu)，衛(wèi)星可被視為無線傳輸鏈路的中繼節(jié)點，屬于三維連接的初級模式。星上信號再生架構(gòu)，是指基站上星，即衛(wèi)星地位等同于TN網(wǎng)絡(luò)的基站，是三維連接NTN網(wǎng)絡(luò)的最終模式。

2.4? NR-NTN空口設(shè)計考慮

3GPP NR-NTN空中平臺包括空載和機載兩種形式，空載平臺包括不同軌道高度的衛(wèi)星，機載平臺包括高度分布于8～50 km的無人飛機系統(tǒng)包括高空平臺（HAP），目前研究重點是空載平臺場景。在此場景下，超遠距離傳輸以及超高速移動兩個因素給NR-NTN空口標準的設(shè)計帶來一系列的問題。

（1）NR空口面向NTN傳播距離改進設(shè)計

NTN場景下傳播路程可能上千甚至上萬公里，僅傳播路程帶來的時延就高達數(shù)十到數(shù)百毫秒，已經(jīng)超出NR標準對時延設(shè)計的容忍度，具體涉及如下方面。

1）隨機接入過程PRACH序列設(shè)計

在NR標準中，終端通過檢測同步序列塊（SSB， Synchronization Signal Block）完成初始下行時頻同步，然后通過圖6所示的四步隨機接入過程完成網(wǎng)絡(luò)接入，其中隨機接入前導(dǎo)序列（PRACH preamble）設(shè)計是重點。

傳統(tǒng)PRACH序列，如圖7所示，由一個ZC序列的多次重復(fù)構(gòu)成，利用ZC序列自相關(guān)特性進行時頻偏估計。在NTN場景下，傳播時延和頻偏遠超出NR中PRACH序列可估計的范圍，需要對序列重新設(shè)計，目前存在圖8所示的三類候選方案。

單根ZC序列方案[6]，增大子載波間隔意味著占據(jù)更大的帶寬，使得固定發(fā)射功率的終端能量分布在較大的帶寬上，因而單位頻譜上的信噪比降低。多根ZC序列方案[7-8]，PRACH序列包含具有不同根的多個ZC序列，在接收端它們受到相同的頻偏影響，利用它們的相關(guān)峰位置偏移量之差進行歸一化頻偏的整數(shù)部分估計，補償后可對時延和歸一化頻偏的小數(shù)部分估計，此方案能夠在不擴大子載間隔的情況下對較大的頻偏進行估計，缺點是當歸一化頻偏的小數(shù)部分接近0.5時，容易因為偽峰而得到較大的時頻偏估計誤差。加擾ZC序列方案[9-10]，加擾序列可以選擇在大頻偏下具有良好魯棒性的Gold序列和M序列，缺點在于接收端處理的分支數(shù)目隨最大頻偏的增大而增多，對接收機帶來較大的負擔。

2）隨機接入過程確認等待

當前標準采用的四步隨機接入程，終端發(fā)出Msg1和Msg3發(fā)出后，會等待一段時間接收基站的回復(fù)信息。如果等待的時間超過設(shè)定閾值，則重新發(fā)起隨機接入過程。在NTN場景中，信號的傳輸時延大于地面網(wǎng)絡(luò)，需要設(shè)定更大的等待時間閾值，否則終端會誤以為信息丟失而頻繁發(fā)起隨機接入。

3）上行定時提前量獲取

上行定時提前可使終端根據(jù)與基站的距離遠近提前不同的時間發(fā)送上行信號，最終各終端發(fā)射的信號能夠近似同步到達基站，是保持上行鏈路時間同步的重要機制。定時提前量的獲取，是在隨機接入過程中，基站通過接收Msg1測得終端上行提前時間，NTN場景中需要對幀格式優(yōu)化，具體可參考1）中的方案。

4）HARQ機制

HARQ機制可以使發(fā)送端同時發(fā)送多組數(shù)據(jù)而不必等待接收端返回確認信息，允許發(fā)送端對出錯的數(shù)據(jù)進行重發(fā)，由接收端進行合并檢測。在NTN中，為了避免發(fā)送端由于傳播時延大而長時間等待，需要增加HARQ進程數(shù)，同時需要增加存儲空間。此外，也可關(guān)閉HARQ功能，發(fā)送端發(fā)新數(shù)據(jù)不再受到進程數(shù)限制，避免了數(shù)據(jù)緩存，但魯棒性會受到影響。為了保證一定的性能，可采用較低碼率進行傳輸?shù)仁侄巍ARQ可以根據(jù)應(yīng)用場景通過信令靈活配置。在傳播時延相對較小的場景，例如LEO，可以配置為打開，在GEO場景則可關(guān)閉。

5）上行資源請求

上行數(shù)據(jù)到達終端的發(fā)送緩沖區(qū)后，終端需要先向基站發(fā)送調(diào)度請求信息，等待基站分配一定的上行資源后，終端再向基站發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)狀態(tài)報告，其中包含緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量信息，而后繼續(xù)等待基站分配上行調(diào)度資源來發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。在NTN場景中，數(shù)據(jù)發(fā)送前的兩次請求過程，將耗費大量等待時間?？煽紤]如下三種方式[3]，終端只發(fā)送調(diào)度請求，基站接到請求后，盲分配盡量多的上行資源;或者終端發(fā)送的調(diào)度請求中直接包含緩沖區(qū)狀態(tài)報告;或者在接入過程中即攜帶緩沖區(qū)狀態(tài)報告。

（2）NR空口面向NTN高速移動改進設(shè)計

NTN場景中的超高速移動因素，導(dǎo)致終端和衛(wèi)星之間產(chǎn)生巨大的多普勒頻移和相對位置的快速變化，因而在如下方面對標準造成影響。

1）上行頻率同步

NTN場景中，衛(wèi)星高速移動產(chǎn)生的多普勒頻移高達數(shù)十甚至數(shù)百kHz，遠超系統(tǒng)子載波間隔，帶來嚴重的上行頻率失步。可采用頻率預(yù)補償方案，每個終端的頻偏可分為公共頻偏部分和頻偏差值部分，在波束的覆蓋區(qū)內(nèi)選擇一個參考點，測算衛(wèi)星和參考點之間的頻偏，此頻偏即為公共頻偏。終端與衛(wèi)星間的實際頻偏與公共頻偏的差值即為頻偏差值部分。上行發(fā)送時，終端可以按照實際頻偏預(yù)補償，或者終端只按照頻偏差值預(yù)補償，公共頻偏由衛(wèi)星側(cè)統(tǒng)一補償，以此達到上行頻率同步。

2）上行定時提前量調(diào)整

上行定時提前量獲取雖然已經(jīng)有改進，但終端和衛(wèi)星之間相對位置的變化導(dǎo)致上行定時發(fā)生偏移。衛(wèi)星可利用其他上行信號計算定時偏移變化，并將變化值發(fā)送給終端對上行定時提前量進行調(diào)整，或者給終端發(fā)送一個定時提前量的變化率，由終端自主計算調(diào)整量。

3）移動性管理

針對跟蹤區(qū)域的設(shè)置和更新機制，考慮將跟蹤區(qū)域和地理位置綁定以避免衛(wèi)星移動導(dǎo)致跟蹤區(qū)域頻繁更新。終端利用自身的位置信息，并根據(jù)跟蹤區(qū)域和地理位置之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，來判斷是否發(fā)起跟蹤區(qū)域更新流程。在執(zhí)行測量和小區(qū)選擇重選中，終端也可以利用星歷信息判斷衛(wèi)星的實時位置，并引入終端位置作為NTN特有的觸發(fā)測量上報的條件并在測量報告中上報終端的位置信息以輔助網(wǎng)絡(luò)側(cè)做出判斷。

4）饋線鏈路交換

NTN網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星高速運動必然導(dǎo)致衛(wèi)星在不同NTN GW之間切換饋線鏈路。饋線鏈路的切換方式與多個因素相關(guān)，比如網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星的工作模式是彎管轉(zhuǎn)發(fā)式還是信號再生式、當前關(guān)聯(lián)網(wǎng)關(guān)與待切換網(wǎng)關(guān)是否與同一個地面基站關(guān)聯(lián)、切換過程中衛(wèi)星是否具備同時與兩個網(wǎng)關(guān)鏈接能力等。

5）網(wǎng)絡(luò)標識

TN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的前提假設(shè)是網(wǎng)絡(luò)側(cè)固定。但Non-GEO場景，網(wǎng)絡(luò)側(cè)相對地面始終處于移動狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)標識規(guī)劃存在兩種方案。一種是網(wǎng)絡(luò)ID與地面位置保持固定不變;另一種是網(wǎng)絡(luò)標識與衛(wèi)星或者衛(wèi)星波束綁定。后一種地面同一位置的網(wǎng)絡(luò)ID隨衛(wèi)星的移動而變化，由于衛(wèi)星間的相對位置會發(fā)變化，可能帶來網(wǎng)絡(luò)標識混淆問題，在后續(xù)的研究中需要重視。

2.5? NR-NTN頻譜與終端考慮

3GPP Rel-15/16 5G NR工作頻段最高到52.6 GHz，3GPP Rel-17將完成NR 52.6—71 GHz即FR3標準的研究與技術(shù)規(guī)范制定工作。因此，從3GPP Rel-15/16NR空口擴展而來的3GPP Rel-17 NR-NTN FR4空口標準，原則上可以支持NTN常用的衛(wèi)星通信頻段，如圖9所示的L、S、C、Ku波段，以及從40 GHz到52.6 GHz的Ka波段。同時，3GPP可能將在Rel-17+完成NR-NTN 52.6—71 GHz標準技術(shù)規(guī)范。

3GPP Rel-16 NTN研究項目初步評估結(jié)果是[4]：5G NR功率類型3終端，可以支持S頻段上波束合理配置的LEO與GEO衛(wèi)星NR-NTN傳輸;更高收發(fā)天線增益（例如VSAT與相位陣天線）的終端，可以支持S頻段與Ku頻段上波束合理配置的LEO與GEO衛(wèi)星NR-NTN傳輸。

3? ?B5G/6G三維連接技術(shù)展望

3.1? B5G/6G標準工作路標預(yù)測

隨著5G產(chǎn)品的成功商用，全球產(chǎn)學研已在2019年下半年正式啟動B5G與6G標準的研究工作，未來十年內(nèi)ITU、3GPP與中國6G推進組對6G標準研究與制定工作的階段性路標預(yù)測，詳見圖10。

ITU計劃在2022年6月完成《IMT未來技術(shù)趨勢》研究報告，并在2021年6月到2022年11月完成《IMT-2020之后愿景》研究報告。6G頻譜需求的討論預(yù)計將在2023年底的世界無線電大會WRC 2023完成討論，6G頻譜分配預(yù)計也將在2027年底的WRC 2027完成。因此，2020-2023年將是6G業(yè)務(wù)、愿景、技術(shù)的可行性研究窗口（簡稱6G階段一），2024～2027年將是6G性能、頻譜與評估要求的可行性研究窗口（簡稱6G階段二）。

面向ITU-R的6G階段一與階段二研究窗口，中國IMT-2030暨6G推進組預(yù)計將在2023年完成6G需求與使能技術(shù)的可行性研究與技術(shù)驗證工作，并預(yù)計在2027年完成6G系統(tǒng)與頻譜的研究與試驗驗證工作，即中國將與ITU-R的6G研究與標準工作計劃保持基本同步。

面向2028～2029年ITU 6G標準評估窗口，3GPP預(yù)計需要在2024～2025年即Rel-19窗口正式啟動6G標準需求、結(jié)構(gòu)與空口技術(shù)標準的可行性研究工作，并最快在2026～2027年即Rel-20窗口完成6G空口標準技術(shù)規(guī)范制定工作。當然，3GPP在2020～2023年也將完成5G演進標準即Rel-17與Rel-18標準的制定工作，可簡稱為后5G即B5G標準。

由于3GPP在Rel-17正在制定NR-NTN標準技術(shù)規(guī)范，同時也在開展LTE NB-IoT/eMTC NTN與NR 52.6～71 GHz標準研究工作，因此圖10也給出了B5G三維連接標準向更高頻段并支持NTN物聯(lián)網(wǎng)的擴展路標，包括毫米波高頻段或THz低頻段的140 GHz、220 GHz頻段。因此，3GPP B5G與6G標準將支持71 GHz以下和71 GHz以上（例如140 GHz以下）頻段的三維連接技術(shù)。

3.2? B5G與6G三維連接技術(shù)展望

從5G萬物互聯(lián)向6G萬務(wù)智聯(lián)的發(fā)展，感知互聯(lián)網(wǎng)、智能服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)、自動化工業(yè)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)，決定6G網(wǎng)絡(luò)需要支持：1）更高的鏈路峰值與用戶體驗數(shù)據(jù)率，例如1 Tbit/s峰值數(shù)據(jù)率，10～20 Gbit/s用戶體驗數(shù)據(jù)率;2）更大的傳輸帶寬，例如5～10 GHz帶寬;3）更廣的極限覆蓋，例如最大耦合損耗增加3 dB;4）更強的數(shù)據(jù)智能，包括服務(wù)、連接與管理智能;5）更高的頻譜、能量、空間與成本效率;6）更精確的移動定位，例如<10 cm的定位精度。因此6G無線接入網(wǎng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)包括：服務(wù)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、智能三維連接、智能MIMO、靈活網(wǎng)絡(luò)拓撲、THz通信和通信傳感集成等。

未來的智能三維連接技術(shù)框架中，NTN和TN網(wǎng)絡(luò)融合模式更加豐富，多連接技術(shù)需要更深入的研究，使得終端在不同網(wǎng)絡(luò)間既可靈活切換又能保持服務(wù)連續(xù)性。NTN網(wǎng)絡(luò)將是由高中低軌道多層衛(wèi)星構(gòu)成的星座，衛(wèi)星數(shù)量成千上萬，網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高度動態(tài)變化特性，層內(nèi)及層間將具有完善的星間通信鏈路。針對這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，需要高效靈活的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)來提升網(wǎng)絡(luò)運行效率和穩(wěn)定性，其中人工智能和自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度結(jié)合將是一個有效手段。人工智能技術(shù)也會融入到NTN網(wǎng)絡(luò)的多個層面，如信道質(zhì)量的預(yù)測、波束下的時頻資源調(diào)度、波束間的干擾管理以及波束間的切換策略等。

此外，三維連接中NTN網(wǎng)絡(luò)所具有的獨特優(yōu)勢，為眾多新技術(shù)提供了一個理想的研究應(yīng)用場景。星間鏈路和星地回傳鏈路的理想傳播特性，非常適合太赫茲技術(shù)的應(yīng)用，而太赫茲的應(yīng)用又會極大提高NTN網(wǎng)絡(luò)骨干鏈路的通信容量。NTN網(wǎng)絡(luò)抵御意外或自然災(zāi)害的能力，很好契合區(qū)塊鏈技術(shù)的精髓，借助于NTN網(wǎng)絡(luò)可以進一步提高區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的魯棒性。邊緣計算技術(shù)將計算處理、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡(luò)加速及智能分析等能力遷移至NTN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，相關(guān)業(yè)務(wù)不再需要與TN網(wǎng)絡(luò)進行交互，可以極大減少傳輸時延，提高業(yè)務(wù)的時效性，進而能提供豐富面向垂直行業(yè)的業(yè)務(wù)。雖然這些新技術(shù)在TN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有了一定的研究成果，但仍然需要針對NTN網(wǎng)絡(luò)特性做進一步的研究。

6G尚處早期的需求分析與使能技術(shù)識別的研究階段，未來6G空天地海三維立體連接場景是業(yè)界已達成的基本共識。對于NTN的衛(wèi)星通信而言，在5G網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一架構(gòu)、相同傳輸和交換技術(shù)基礎(chǔ)上，與地面網(wǎng)絡(luò)進行更全面、更深入、更原生的融合是未來趨勢。而未來的6G網(wǎng)絡(luò)可利用協(xié)同的資源調(diào)度，為用戶提供無感的NTN與TN無縫連接服務(wù)，同時各種新技術(shù)的引入，也可以為用戶提供更多樣的服務(wù)，真正實現(xiàn)天地海三維立體連接。

4? ?結(jié)束語

地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與商用發(fā)展，不僅面臨超密部署、能耗與成本方面的技術(shù)挑戰(zhàn)，同時也需解決地面偏遠與天空區(qū)域超大范圍的靈活覆蓋問題。如何充分利用非地面網(wǎng)絡(luò)，包括各種無人機、空中平臺與不同軌道衛(wèi)星，與地面網(wǎng)絡(luò)相互融合并形成空天地海高效覆蓋的立體三維連接，既是解決5G網(wǎng)絡(luò)長期演進瓶頸問題的關(guān)鍵技術(shù)，也是B5G與6G網(wǎng)絡(luò)的主要使能技術(shù)。

本文重點介紹了未來兩年將要完成的3GPP NR-NTN標準需求、部署結(jié)構(gòu)、空中接口、頻譜與終端方面的設(shè)計考慮，展望了未來B5G/6G三維連接技術(shù)發(fā)展趨勢，提出了需要產(chǎn)學研共同研究創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、多連接技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理、人工智能、太赫茲、區(qū)塊鏈、邊緣計算等技術(shù)在三維連接中的應(yīng)用。

參考文獻：

[1]? ? ?3GPP. 3GPP TS 22 261 v15.0.0： Service requirements for the 5G system Stage 1 （Release 15）[S]. 2018.

[2]? ? ?MediaTek Inc. 3GPP TSG RAN meeting #86 RP-193235： New Study WID on NB-IoT/eTMC support for NTN[R]. 2019.

[3]? ? 3GPP. 3GPP TR 38 811 v15.2.0. Study on New Radio （NR） to support non-terrestrial networks （Release 15）[S]. 2019

[4]? ? 3GPP. 3GPP TR 38 821 v16.0.0： Study on New Radio （NR） to support non-terrestrial networks （Release 16）[S]. 2019.

[5]? ?Thales. 3GPP TSG RAN meeting #86 RP-193234： Solutions for NR to support non-terrestrial networks （NTN）[R]. 2019.

[6]? ?Nokia. 3GPP RAN1#99 R1-1913017： Doppler Compensation， Uplink Timing Advance and Random Access in NTN[R]. 2019.

[7]? ? ?C Z， W C， Z Y， et al. Random Access Preamble Design for Large Frequency Shift in Satellite Communication[J]. IEEE 5G World Forum （5GWF）. IEEE， 2019： 659-664.

[8]? ? ?ZTE. 3GPP RAN1#99 R1-1912612： Discussion on the TA and PRACH for NTN[R]. 2019.

[9]? ? ? MediaTek. 3GPP RAN1#99 R1-1912124： PRACH design?for NTN scenario[R]. 2019.

[10]? Huawei， Hisilicon. 3GPP RAN1#99 R1-1911860. Discussion on Doppler compensation， timing advance and RACH for NTN[R]. 2019.

作者簡介

田開波（orcid.org/0000-0003-1385-8033）：高級工程師，畢業(yè)于西安交通大學，現(xiàn)任職于中興通訊股份有限公司，長期從事無線通信系統(tǒng)技術(shù)預(yù)研及標準化研究工作，先后參與4G/5G移動蜂窩網(wǎng)以及IEEE 802.11ac/ah/aj/ax等WLAN系列標準的制定工作，目前負責空天地海一體化技術(shù)預(yù)研工作。

方敏：博士畢業(yè)于清華大學，現(xiàn)任職于中興通訊股份有限公司，長期從事下一代無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、標準化與專利保護工作，率領(lǐng)中興通訊無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)標準團隊參與完成了3GPP Rel-8 LTE（FDD）標準技術(shù)規(guī)范的可行性研究與起草、制定及頒布工作，并對中興通訊5G關(guān)鍵技術(shù)可行性研究做出了突出貢獻，其中Pre5G大規(guī)模天線陣技術(shù)在2016年世界移動大會獲得“最佳移動技術(shù)突破”與“CTO選擇”雙項大獎，參與發(fā)表一部5G專著并獲多項發(fā)明專利，現(xiàn)從事6G新服務(wù)、新頻譜、新結(jié)構(gòu)與新技術(shù)相關(guān)的創(chuàng)新技術(shù)研究工作。

楊振：高級工程師，畢業(yè)于電子科技大學，現(xiàn)任職于中興通訊股份有限公司，長期從事無線通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、標準化與專利保護工作，發(fā)表技術(shù)專利十余項。