基于5G及演進(jìn)的星地融合空口傳輸技術(shù)*

侯利明 韓波 繆德山 康紹莉 孫韶輝

(1.電信科學(xué)技術(shù)研究院有限公司無線移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中信科移動(dòng)通信技術(shù)股份有限公司，北京 100083)

0 引言

目前，第三代合作伙伴計(jì)劃(3rd Generation Partnership Project，3GPP)已經(jīng)完成5G標(biāo)準(zhǔn)化的R16版本，R17版本也進(jìn)入工作項(xiàng)目(Work Item，WI)討論階段[1-3]。2019年，5G系統(tǒng)正式在中國(guó)商用。根據(jù)三大運(yùn)營(yíng)商公布的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2021年6月，中國(guó)境內(nèi)5G套餐用戶數(shù)達(dá)到4.9億多，突破5億指日可待。按照5G的設(shè)計(jì)愿景，5G系統(tǒng)不僅能夠提供更高的傳輸速率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)萬物互聯(lián)[4]。但是，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署過程中，受制于江河湖海、沙漠森林的地形、供電、維護(hù)等不利因素，地面基站僅能覆蓋20%左右的地球陸地面積，難以實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，限制了5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。

與地面移動(dòng)通信相比，衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、傳輸容量大、不受地形環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)，已成為地面移動(dòng)通信有益的延伸和補(bǔ)充。衛(wèi)星接入日益成為豐富地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景的重要手段，5G與衛(wèi)星通信的融合將成為未來通信技術(shù)的重要發(fā)展方向[5]。但是，現(xiàn)階段這種融合主要集中在業(yè)務(wù)層面，衛(wèi)星通信在大部分情況下僅用于5G基站的回傳鏈路，例如：2019年，SaT5G(衛(wèi)星與5G聯(lián)盟)宣布開展了一系列利用衛(wèi)星與5G融合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳的演示；2020年8月，聯(lián)發(fā)科攜手Inmarsat(海事衛(wèi)星)開展了5G衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)連接試驗(yàn)；2020年12月，中國(guó)聯(lián)通完成了“低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)+5G+物聯(lián)網(wǎng)”海上融合組網(wǎng)通信試驗(yàn)；2021年7月，北京郵電大學(xué)與銀河航天完成了國(guó)內(nèi)首次低軌寬帶衛(wèi)星與5G專網(wǎng)融合試驗(yàn)。

在“萬物互聯(lián)、全球覆蓋、泛在智能”等需求的驅(qū)動(dòng)下，5G與衛(wèi)星通信的融合將向更深層次發(fā)展，星地融合的空口傳輸技術(shù)是一個(gè)重要方向。3GPP從R14開始成立了“NR支持NTN的解決方案”工作組，探討新空口(New Radio，NR)傳輸技術(shù)用于NTN場(chǎng)景的可行性[2-3]。可見，星地融合、統(tǒng)一空口是將無線網(wǎng)絡(luò)延伸擴(kuò)展至“空天地?！钡闹匾緩剑峭貙挓o線網(wǎng)絡(luò)時(shí)空維度，滿足不同接入需求，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的重要手段。

本文第一章分析星地融合傳輸?shù)膽?yīng)用現(xiàn)狀以及星地融合空口設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)；第二章介紹3GPP NTN的空口傳輸技術(shù)；第三章基于5G技術(shù)提煉星地融合空口涉及的關(guān)鍵技術(shù)并初步給出潛在的解決方案；第四章面向未來天地深度融合場(chǎng)景提出基于可變參數(shù)集的統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)思路；第五章對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。

1 星地融合傳輸技術(shù)現(xiàn)狀

星地融合的發(fā)展路徑可分為3個(gè)階段：一是簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)融合階段；二是通信體制融合階段；三是系統(tǒng)全面融合階段。從現(xiàn)有的應(yīng)用場(chǎng)景看，目前星地融合仍處于簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)融合階段。國(guó)際電信聯(lián)盟(International Telecommunication Union，ITU)針對(duì)5G與衛(wèi)星融合也開展了研究，提出了中繼到站、小區(qū)回傳、動(dòng)中通及混合多播4種應(yīng)用場(chǎng)景(見圖1)[6]。下面從用戶業(yè)務(wù)及接入方式的角度分析星地融合傳輸技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。

圖1 5G與衛(wèi)星融合應(yīng)用場(chǎng)景

1.1 傳統(tǒng)話音及低碼率業(yè)務(wù)的星地融合傳輸

話音及低碼率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是無線通信網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)，一般情況下采用雙模終端的形式實(shí)現(xiàn)星地話音及低碼率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的融合應(yīng)用。典型的應(yīng)用系統(tǒng)包括銥星系統(tǒng)、海事衛(wèi)星(Inmarsat)系統(tǒng)以及我國(guó)的天通一號(hào)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。用戶一般可使用雙模終端在地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)間切換使用，在地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋不能觸及的區(qū)域，使用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)話音及低碼率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的通信。最具代表性的一種低碼率衛(wèi)星空口體制是GMR(GEO-Mobile Radio)[7]。該標(biāo)準(zhǔn)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(European Telecommunication Standard Institute，ETSI)提出，歷經(jīng)發(fā)展已經(jīng)更新到GMR-1 R3(GMR-1 3G)版本。GMR-1 3G的典型代表系統(tǒng)為Inmarsat第四代星，將3G系統(tǒng)WCDMA空口替換為專用空口(即Inmarsat Air Interface-2，IAI2)，兼容地面3G網(wǎng)絡(luò)(3GPP R4)。GMR-1 3G空口的前返向鏈路采用FDD工作方式，多用戶采用TDMA接入方式。GMR-1 3G空口采用單載波調(diào)制方式，調(diào)制方式包括π/2-BPSK、π/4-QPSK、16APSK和32APSK，信道編碼選用卷積碼、Turbo碼、RS碼和LDPC碼等。

1.2 傳統(tǒng)寬帶業(yè)務(wù)的星地融合傳輸

寬帶高碼率業(yè)務(wù)星地融合傳輸包括中繼到站、小區(qū)回傳、動(dòng)中通及混合多播場(chǎng)景，其中衛(wèi)星通信主要用作基站回傳的骨干鏈路使用。目前，應(yīng)用最廣泛的寬帶衛(wèi)星通信空口體制是DVB(Digital Video Broadcast)-S2標(biāo)準(zhǔn)[8-9]。該體制源于衛(wèi)星廣播電視領(lǐng)域，ETSI于1994年發(fā)布了DVB-S的第一版。為了提高傳輸速率、增強(qiáng)組網(wǎng)靈活性，2005年ETSI在原標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上發(fā)布了DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)。此外，為了增加該技術(shù)體制的交互性，ETSI在原標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上又發(fā)布了DVB-RCS標(biāo)準(zhǔn)。寬帶衛(wèi)星通信中，前向鏈路一般使用DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)，返向鏈路一般使用DVB-RCS標(biāo)準(zhǔn)。DVB體制主要應(yīng)用于C、Ku、Ka等頻段的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)，其典型應(yīng)用系統(tǒng)為Inmarsat 5代衛(wèi)星通信系統(tǒng)[10]。DVB-RCS標(biāo)準(zhǔn)采用多頻-時(shí)分多址(MF-TDMA)接入方式，系統(tǒng)返向鏈路由多個(gè)載波信道組成，每個(gè)載波信道按時(shí)隙進(jìn)行劃分，多用戶分配不同的載波和時(shí)隙資源。該技術(shù)的空口也采用單載波調(diào)制，調(diào)制方式包括QPSK、8PSK、16APSK和32APSK等，信道編碼包含BCH碼、LDPC碼。

1.3 星地融合空口傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在傳統(tǒng)星地融合業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，低碼率業(yè)務(wù)融合主要用于話音和少量數(shù)據(jù)傳輸，高碼率業(yè)務(wù)融合主要用于基站回傳、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換等場(chǎng)景。星地系統(tǒng)之間雖業(yè)務(wù)融合，但獨(dú)立組網(wǎng)，空口標(biāo)準(zhǔn)差異較大。為了適應(yīng)不同業(yè)務(wù)、不同速率的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一、調(diào)度靈活的無線空口，新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)在考慮與5G融合的空口體制以及面向6G的統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)，預(yù)期充分利用地面系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)來進(jìn)一步促進(jìn)衛(wèi)星通信的發(fā)展。目前，3GPP正在標(biāo)準(zhǔn)化的NR over NTN項(xiàng)目和IoT over NTN項(xiàng)目，基本思路為基于地面的5G NR標(biāo)準(zhǔn)和地面的IoT標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)衛(wèi)星的關(guān)鍵特征來進(jìn)行適應(yīng)性改造。

2 3GPP NTN的空口傳輸技術(shù)研究

3GPP從R14開始討論星地融合的研究工作，相繼發(fā)布了TR 22.822、TR 38.811和TR 38.821報(bào)告，其中TR 22.822對(duì)相關(guān)的接入網(wǎng)協(xié)議及架構(gòu)進(jìn)行了評(píng)估；TR 38.811定義了包括衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的NTN部署場(chǎng)景及信道模型；TR 38.821主要探討了空口接入技術(shù)。3GPP NTN目前主要討論透明轉(zhuǎn)發(fā)模式下的衛(wèi)星接入技術(shù)，針對(duì)GEO和LEO軌道類型分析研究S頻段和Ka頻段的空口接入技術(shù)。3GPP NTN采用正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)波形，多用戶接入方式采用正交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiple Access，OFDMA)方式，支持頻分雙工(Frequency Division Duplexing，F(xiàn)DD)模式。3GPP NTN R17版本的WI階段正在討論中，主要關(guān)注5G NR空口技術(shù)支持NTN場(chǎng)景的解決方案，包括以下方面。

2.1 物理層時(shí)序關(guān)系的增強(qiáng)

在NTN場(chǎng)景下，由于衛(wèi)星小區(qū)的覆蓋擴(kuò)展、傳輸?shù)臅r(shí)延增大，因此原NR標(biāo)準(zhǔn)中定義的時(shí)序關(guān)系及參數(shù)取值均需要增強(qiáng)，有些參數(shù)的取值范圍需要重新定義。

2.2 上行時(shí)頻同步技術(shù)的增強(qiáng)

NTN場(chǎng)景下單向傳輸時(shí)延增大，對(duì)于低軌衛(wèi)星場(chǎng)景下衛(wèi)星的快速運(yùn)動(dòng)引入嚴(yán)重的多普勒效應(yīng)，嚴(yán)重影響上行時(shí)頻同步技術(shù)。因此，有必要研究增強(qiáng)原NR的上行定時(shí)提前(Timing Advance，TA)預(yù)補(bǔ)償方法，以及對(duì)上行的多普勒進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償處理等。

2.3 HARQ技術(shù)的增強(qiáng)

混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求(Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ)，是一種將前向糾錯(cuò)編碼和自動(dòng)重傳請(qǐng)求相結(jié)合而形成的技術(shù)。NTN場(chǎng)景下的大傳輸時(shí)延導(dǎo)致原NR的HARQ進(jìn)程難以滿足需求，因此需要研究擴(kuò)展原HARQ進(jìn)程，以及由此帶來的進(jìn)程指示等問題。

2.4 其他方面

NTN場(chǎng)景下引入了天線圓極化方式，衛(wèi)星波束與小區(qū)的概念與原NR標(biāo)準(zhǔn)也產(chǎn)生了差異，因此該部分主要討論NTN場(chǎng)景下的天線極化方式、波束管理等技術(shù)。

3 5G星地空口融合關(guān)鍵技術(shù)及潛在方案

5G與衛(wèi)星通信體制融合主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、空口傳輸協(xié)議方面的融合設(shè)計(jì)，采用相同或相似的體制與關(guān)鍵技術(shù)，充分利用地面網(wǎng)絡(luò)豐富的產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)提升研發(fā)效率。5G與衛(wèi)星空口融合面臨復(fù)雜的信道環(huán)境，傳輸特性差異極大，高效利用時(shí)、空、頻等多維資源提升網(wǎng)絡(luò)效能面臨巨大挑戰(zhàn)。衛(wèi)星空口傳輸性能同時(shí)受到時(shí)間、頻率、空間、功率等多維屬性影響，因此需要針對(duì)星地融合的特點(diǎn)準(zhǔn)確提煉涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)，并給出潛在的解決方案。下文整理了5G星地融合空口傳輸技術(shù)涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)，包括波形與調(diào)制方式選擇、時(shí)頻同步、接入和移動(dòng)性管理等，并針對(duì)每項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)給出了潛在的解決方案。

3.1 波形與調(diào)制方式選擇

3.1.1 面臨的問題

低軌衛(wèi)星的快速運(yùn)動(dòng)特性，造成嚴(yán)重的多普勒效應(yīng)，影響子載波間隔的選擇。由于衛(wèi)星功率受限，因此一般需盡量提高衛(wèi)星功率利用率，選擇合適的波形可減小信號(hào)峰均比(Peak to Average Power Ratio，PAPR)對(duì)衛(wèi)星功放的影響。地面通信中的高階調(diào)制以正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)為主，為了降低PAPR影響衛(wèi)星通信常用相移鍵控(Phase Shift Keying，PSK)調(diào)制方式，因此也需根據(jù)具體需求選擇合適的高階調(diào)制方式。

3.1.2 潛在的解決方案

針對(duì)衛(wèi)星場(chǎng)景的大時(shí)延、大多普勒特性，需要選擇合適的子帶帶寬、子載波間隔和循環(huán)前綴等，如衛(wèi)星場(chǎng)景下建議使用120 kHz、240 kHz子載波間隔對(duì)抗較強(qiáng)的多普勒。為了降低波形PAPR對(duì)衛(wèi)星功放的影響，調(diào)制波形對(duì)于衛(wèi)星空口可選用單載波形式，如DFT-S-OFDM，可采用削峰等技術(shù)對(duì)CP-OFDM信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以降低PAPR影響。DFT-S-OFDM和CP-OFDM信號(hào)的PAPR統(tǒng)計(jì)特性如圖2所示。

圖2 DFT-S-OFDM與CP-OFDM波形PAPR仿真結(jié)果

針對(duì)調(diào)制方式問題，目前5G系統(tǒng)采用π/2-BPSK、QPSK、16QAM、64QAM和256QAM調(diào)制方式，衛(wèi)星通信DVB-S2X的調(diào)制方式包括π/2-BPSK、QPSK、8PSK、16APSK、32APSK等。建議在低階調(diào)制方面沿用π/2-BPSK、QPSK，在高階調(diào)制方面采用高階APSK調(diào)制以降低PAPR對(duì)衛(wèi)星功放的影響。

3.2 時(shí)頻同步

3.2.1 面臨的問題

由于衛(wèi)星的距離遠(yuǎn)、速度快(低軌衛(wèi)星)、功率受限，因此在星地統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)方面需要考慮低信噪比(Signal-Noise Ratio，SNR)、大多普勒頻偏、大時(shí)延等因素對(duì)時(shí)頻同步的影響。對(duì)于600 km軌道高度的LEO衛(wèi)星而言，載頻20 GHz時(shí)，運(yùn)動(dòng)帶來的最大多普勒頻偏為±480 kHz，最大多普勒變化率為±5.44 kHz/s，嚴(yán)重的多普勒頻偏對(duì)頻率同步帶來影響。另外，單程星地時(shí)延變化范圍從幾毫秒到幾十毫秒，對(duì)星地時(shí)間同步帶來影響。星地傳輸距離遠(yuǎn)、信號(hào)衰落大、信噪比低也增加了信號(hào)檢測(cè)的難度。

3.2.2 潛在的解決方案

針對(duì)低軌衛(wèi)星帶來的大多普勒頻偏效應(yīng)和大時(shí)延的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用基于終端GNSS輔助的上下行時(shí)頻同步預(yù)補(bǔ)償機(jī)制。用戶終端利用GNSS獲取自身的位置信息，同時(shí)獲取衛(wèi)星廣播的星歷信息。終端根據(jù)星歷信息可以對(duì)衛(wèi)星的位置和速度進(jìn)行估計(jì)，然后即可計(jì)算用戶到衛(wèi)星的時(shí)延和頻偏，并進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。

從圖3可知，對(duì)于頻偏，衛(wèi)星可以在下行信號(hào)發(fā)射和上行信號(hào)接收時(shí)，對(duì)公共頻偏進(jìn)行補(bǔ)償，使C點(diǎn)的用戶終端感受到的頻偏為0。而對(duì)于時(shí)偏，衛(wèi)星可以廣播一個(gè)公共時(shí)偏用于計(jì)算整個(gè)傳輸時(shí)延，而用戶終端在發(fā)送上行信號(hào)時(shí)的TA值僅需計(jì)算相對(duì)于參考點(diǎn)的時(shí)偏差值，在補(bǔ)償過程中可以加上公共時(shí)延的補(bǔ)償，網(wǎng)絡(luò)不需要再處理。這樣每個(gè)用戶終端所需要處理的時(shí)頻偏范圍便大大縮小，降低了下行同步中參考信號(hào)搜索所需的運(yùn)算量及上行同步中處理時(shí)頻偏的難度。

圖3 時(shí)頻預(yù)補(bǔ)償示意圖

針對(duì)衛(wèi)星上下行信號(hào)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用重復(fù)傳輸、多符號(hào)合并檢測(cè)技術(shù)，可提高信號(hào)檢測(cè)的成功率。下面以下行物理廣播信道(Physical Broadcast Channel，PBCH)為例，評(píng)估不同信噪比下多次符號(hào)合并對(duì)定時(shí)和頻率同步的影響(見圖4-5)。

由圖4可知，通過8次PBCH合并檢測(cè)，在SNR為-10 dB的情況下，下行定時(shí)同步范圍小于±100 ns的概率大于95%。從仿真結(jié)果可知，通過多次合并能顯著提高頻率同步精度，在120 kHz子載波配置下，殘留頻偏僅幾kHz。仿真結(jié)果說明了解決方案的可行性。

圖4 定時(shí)同步仿真結(jié)果

圖5 頻率同步仿真結(jié)果

3.3 接入和移動(dòng)性管理

3.3.1 面臨的問題

由于衛(wèi)星傳輸時(shí)延大，導(dǎo)致傳統(tǒng)的4步接入方式時(shí)延長(zhǎng)，因此需要簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)接入方案。另外，由于低軌衛(wèi)星的快速運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致終端將頻繁地實(shí)施星間切換，同時(shí)，傳統(tǒng)基于信號(hào)無線資源管理(Radio Resource Management，RRM)測(cè)量的切換判決方式，在信噪比分布較為平均的衛(wèi)星小區(qū)難以滿足需求。

3.3.2 潛在的解決方案

針對(duì)接入問題，需要對(duì)接入流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少接入流程環(huán)節(jié)、提高成功率，便于實(shí)現(xiàn)“極簡(jiǎn)”接入，建議采用2步接入方式，如圖6所示。

圖6 2步接入方式

針對(duì)切換問題，設(shè)計(jì)引入基于終端位置、衛(wèi)星星歷以及RRM測(cè)量結(jié)果的聯(lián)合切換判決方式，主要流程為：終端根據(jù)GNSS定位和星歷信息計(jì)算當(dāng)前所處的覆蓋位置，如進(jìn)入重疊覆蓋區(qū)域，則終端上報(bào)當(dāng)前位置及RRM測(cè)量結(jié)果(可選)；網(wǎng)絡(luò)側(cè)收到終端上報(bào)信息后，綜合處理，判斷是否需要進(jìn)行切換；如果需要實(shí)施切換，則網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起切換請(qǐng)求、無線資源控制(Radio Resource Control，RRC)重配置過程等；終端按照切換流程實(shí)施切換。圖7以Xn接口為例給出星間切換示意圖。

此外，還可以設(shè)計(jì)終端自主切換方案，從終端側(cè)發(fā)起切換判決，以實(shí)現(xiàn)快速“極智”切換等。

4 面向未來深度融合的星地統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)

星地融合的未來發(fā)展階段是系統(tǒng)全面融合，星地一體提供無感知一致服務(wù)。面向未來的星地深度融合包括統(tǒng)一的空口體制、統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、統(tǒng)一的資源調(diào)度與管理、統(tǒng)一的頻譜共享與協(xié)調(diào)管理、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)支持與調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的一體化設(shè)計(jì)以及終端標(biāo)識(shí)與接入方式的統(tǒng)一。只有星地在空口體制、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、資源管理、業(yè)務(wù)等方面進(jìn)行深入的系統(tǒng)融合，才能實(shí)現(xiàn)用戶無感知一致服務(wù)?？梢?，統(tǒng)一空口技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”“隨遇接入”“全球無縫覆蓋”的重要方式，是解決星地融合、實(shí)現(xiàn)泛在互聯(lián)的重要途徑。

下面展望面向未來的星地深度融合統(tǒng)一空口技術(shù)，提出基于可變參數(shù)集的星地統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)思想，為后續(xù)天地融合空口體制研究提供參考。

4.1 統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)的思路

星地深度融合的統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)基于業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)感知、可變參數(shù)集配置等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要設(shè)計(jì)思路如圖8所示。

圖8 星地統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)思路

星地統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)以業(yè)務(wù)需求為驅(qū)動(dòng)，通過智能感知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境判斷當(dāng)前可選擇接入的網(wǎng)絡(luò)資源，然后基于業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)資源的約束條件在參數(shù)集中選擇可配置的參數(shù)。這些約束條件包括：當(dāng)前業(yè)務(wù)需要的帶寬、時(shí)延等QoS約束，以及當(dāng)前可用網(wǎng)絡(luò)所能提供的接入資源等。對(duì)于終端而言，無需區(qū)分衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)，僅需判斷當(dāng)前可接入的網(wǎng)絡(luò)資源是否能滿足終端的業(yè)務(wù)需求，然后選擇匹配的空口參數(shù)進(jìn)行配置，接入網(wǎng)絡(luò)。

基于可變參數(shù)集空口配置技術(shù)是統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)的核心，可根據(jù)用戶的使用場(chǎng)景、業(yè)務(wù)類型等需求為用戶自適應(yīng)匹配空口體制，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)接入。對(duì)于衛(wèi)星空口和地面空口，可采用相同的設(shè)計(jì)方案，配置不同的參數(shù)。例如，對(duì)于衛(wèi)星空口可以配置大帶寬、大子載波間隔、更多HARQ進(jìn)程等。對(duì)于用戶而言，不需區(qū)分衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或地面網(wǎng)絡(luò)，通過動(dòng)態(tài)配置不同的空口參數(shù)接入網(wǎng)絡(luò)，通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)資源配置和網(wǎng)絡(luò)管理，可以做到無縫切換和漫游，實(shí)現(xiàn)真正的無感知星地網(wǎng)絡(luò)融合。

4.2 可變參數(shù)集

在星地深度融合的統(tǒng)一空口體制中，可變參數(shù)集的設(shè)計(jì)是核心與關(guān)鍵。可變參數(shù)集是指將空口的主要技術(shù)參數(shù)構(gòu)建成一個(gè)集合，該集合內(nèi)的技術(shù)參數(shù)適用于衛(wèi)星通信和地面蜂窩通信，可針對(duì)星地不同使用場(chǎng)景選取不同取值的參數(shù)，通過靈活配置空口參數(shù)，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需要，實(shí)現(xiàn)星地間隨遇、按需接入。

統(tǒng)一空口可變參數(shù)集的主要參數(shù)可包括：傳輸帶寬、調(diào)制方式、編碼方式、傳輸波形、子載波間隔、導(dǎo)頻格式、HARQ配置、正交接入方式、隨機(jī)接入方式、控制信道格式等。表1給出了主要的空口參數(shù)示例，星地統(tǒng)一空口可變參數(shù)集包括但不局限于表1中的參數(shù)。

表1 空口可變參數(shù)集主要參數(shù)列

5 結(jié)束語

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，星地融合是大勢(shì)所趨。

本文在分析現(xiàn)有星地融合業(yè)務(wù)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上，提出5G星地融合空口傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)和潛在的解決方案；面向未來星地網(wǎng)絡(luò)深度融合的發(fā)展，提出了基于可變參數(shù)集的星地融合統(tǒng)一空口設(shè)計(jì)思想，研究結(jié)果可為后續(xù)星地空口體制研究提供指導(dǎo)和參考。