面向6G的星地融合標準化研究進展*

吳曉文，焦偵豐

（1.電子科技大學，四川 成都 611731；2.電子科技大學（深圳）高等研究院，廣東 深圳 518110；3.深圳市星網榮耀科技有限公司，廣東 深圳 518052）

0 引言

3GPP（第三代合作伙伴計劃，3rdGeneration Partnership Project）Rel-17 版本標準于2022 年6 月凍結，標志著全球首個5G 版本的非地面網絡（NTN,Non-terrestrial Networks）標準的正式落地，5G NTN 迅速被推上頭條，其“捅破天”的手機（終端）直連衛(wèi)星技術受到業(yè)內高度關注。國際上多家5G 芯片/終端企業(yè)，以及移動和衛(wèi)星運營商強強聯合，紛紛宣布多項手機直接衛(wèi)星計劃，即將開創(chuàng)一片藍海市場。據北方太空研究所（NSR）預測，直接衛(wèi)星連接設備（D2D,Direct Satellite-to-Device）市場在未來10 年內預計將產生668 億美元收入[1]，星地系統(tǒng)融合發(fā)展已成必然趨勢。2023 年2 月，在被稱為行業(yè)“風向標”的世界移動通信大會（MWC）上，高通、聯發(fā)科等多家企業(yè)都公布了自家的衛(wèi)星通信芯片組，進一步豐富了衛(wèi)星直連產業(yè)生態(tài)鏈，為產業(yè)發(fā)展注入活力。2023 年11 月20 日國際電信聯盟（ITU,International Telecommunication Union）世界無線電通信大會（WRC-23）在迪拜拉開帷幕，作為大會主要議題之一，手機直連衛(wèi)星備受關注[2]，吸引了眾多廠商目光。

2023 年8 月29 日，全球第一款支持衛(wèi)星通話的大眾智能手機——華為Mate60 Pro 面世，再次將手機直接衛(wèi)星議題推向風口浪尖。雖然為華為Mate60 Pro 提供衛(wèi)星通信功能的空間載荷是距離地球35 865 km 的我國天通一號地球同步軌道（GEO,Geostationary Earth Orbit）衛(wèi)星，而不是低軌地球軌道（LEO,Low Earth Orbit）衛(wèi)星星座，但華為在采用中國芯的情況下，攻克了衛(wèi)星通信天線與手機共形設計、衛(wèi)星通信終端小型化、衛(wèi)星通信模組低功耗優(yōu)化、低速語音編碼等系列技術難題，激發(fā)了業(yè)界對星地融合的天地一體生態(tài)建設的熱情。

5G-Advanced 標準研發(fā)也取得階段性進展，2023 年11 月17 日3GPP RAN2 第124 次會議圓滿結束，預示著5G-Advanced 階段3GPP 首個標準版本Rel-18 即將凍結，5G NTN 服務標準得到進一步增強。

空天地海一體化的星地融合系統(tǒng)被認為是6G 的標志性方向[3]，6G 綱領性文件業(yè)已發(fā)布[4]，業(yè)界吹響共筑星地融合的號角[5]，其關鍵技術遴選正穩(wěn)步進行，6G 標準研發(fā)也在積極推進。本文將對主要國際標準化相關組織狀況及其在面向6G 的星地融合有關標準研究進展進行介紹。

1 面向6G的標準化機構及組織

ITU、3GPP、下一代移動網絡（NGMN,Next Generation Mobile Network）、下一代通信聯盟（NGA,Next G Alliance）等標準化組織已經或即將啟動6G 標準研發(fā)。ITU 通常被簡稱為“國際電聯”或“電聯”，是聯合國負責信息通信技術事務的專門機構之一，ITU 主要包括電信標準化部門（ITU-T）、無線電通信部門（ITU-R）和電信發(fā)展部門（ITU-D）三個核心部門，每個部門又包括不同專業(yè)的研究組，實施專項研究任務。在面向6G的標準化工作中，與無線接口有關的標準規(guī)范將主要由ITU-R WP 5D 工作組完成，而面向6G 的非無線方面的（Non-Radio Aspects）標準規(guī)范，則主要由ITU-T 主導，而ITU-D 起著非常重要的電信標準發(fā)展和推動作用。

3GPP 是全球無線通信領域最具影響力的國際標準組織[6]，合作伙伴規(guī)模已達到862 個，橫跨42 個國家[7]。3GPP 不但出色制訂了3G/4G 移動通信系統(tǒng)全球標準，而且還組織了5G 移動通信標準的研發(fā)，已成功凍結了Rel-15、Rel-16、和Rel-17 三個版本的5G 標準。被寄予厚望的5G-Advanced 階段的Rel-18 和Rel-19 的標準研發(fā)工作也在進行和啟動中，根據計劃，3GPP Rel-18 標準將于2024 年凍結?；贗CT 標準化的生態(tài)系統(tǒng)復雜性，ITU將與ICT 領域的各類兄弟標準制定機構開展合作。其中，3GPP 系列5G 標準已成為被ITU 認可的IMT-2020 國際移動通訊系統(tǒng)標準[8]，在全球范圍內得到大力推廣和應用。

NGMN 是由世界領先的多家移動網絡運營商聯合創(chuàng)建的論壇，最初由中國移動、DoCoMo、沃達豐（Vodafone）、Orange、Sprint 和KPN 等移動運營商來推動并成為了一家全球電信行業(yè)里關于下一代移動網絡的組織。NGMN 的愿景是提供有影響力的行業(yè)指導，為最終用戶實現創(chuàng)新、可持續(xù)和負擔得起的移動電信服務，特別關注掌握分解/ 運營分解網絡、綠色未來網絡和6G的路線，同時繼續(xù)支持5G 的全面實施[9]。

Next G Alliance 是美國為了確保能夠在6G 以及下一代通信技術中保持領導地位，由美國電信行業(yè)解決方案聯盟（ATIS）于2020 年10 月聯合Verizon、AT&T 和T-Mobile 等三大電信運營商以及Qualcomm、Microsoft、Facebook、InterDigital 等公司成立的聯盟組織。Next G Alliance 也是一項倡議，其主要目標是影響北美政府和研究社區(qū)，旨在通過私營部門主導的努力，在未來十年提升北美無線技術的領導地位[10]。這項工作高度重視技術商業(yè)化，將涵蓋研發(fā)、制造、標準化和市場準備的整個生命周期。截至2023 年11 月，Next G Alliance 已陸續(xù)發(fā)布多項6G 愿景、綠色等數十項面向6G 標準研發(fā)的研究報告。

中國IMT-2030（6G）推進組（簡稱IMT-2030（6G）推進組，IMT,International Mobile Telecommunications），是在中國工業(yè)和信息化部推動下于2019 年6 月成立的，組織成員包括中國主要的運營商、制造商、高校和研究機構，涵蓋產、學、研、用全鏈條有生力量，構成了推動中國第六代移動通信技術研究和開展國際交流與合作的主要平臺。截至2023 年9 月，IMT-2030（6G）推進組已陸續(xù)發(fā)布了6G 愿景、應用場景和關鍵技術等相關領域的3 本白皮書，以及28 本技術研究報告，在網絡架構和關鍵技術上形成了一致的觀點，從而為推動形成全球統(tǒng)一標準方面做出了重要貢獻。

2 ITU關于IMT衛(wèi)星組件標準化研究進展

作為ITU 的核心部分，ITU-T、ITU-R 以及ITU-D都為國際移動電信（IMT）系統(tǒng)的衛(wèi)星組件標準化工作做出了突出貢獻。其中，ITU-R 早在2012 年就提出了4G（IMT-Advanced）移動通信網絡的衛(wèi)星通信技術標準，從應用場景、服務、系統(tǒng)、無線電和網絡接口等方面定義了IMT-Advanced 衛(wèi)星組件的愿景，以實現高效的IMT服務交付，并提供可能的候選系統(tǒng)架構[11]。如今進入到5G 和后5G（IMT-2020 and beyond）發(fā)展階段，ITU 在面向6G 的衛(wèi)星通信標準研發(fā)方面更進一步。

2.1 5G及以后（IMT-2020 and beyond）階段

（1）ITU-R 發(fā)布的IMT-2020 無線部分的標準/建議書

根據ITU-R 發(fā)布的《MT-2020 衛(wèi)星無線電接口技術建議書提交和評估過程建立的共識》，IMT-2020 衛(wèi)星無線電接口建議書評估預計將在2025 年5 月完成。其中五個關鍵的時間節(jié)點為：①2022 年9 月，發(fā)出提議無線電接口技術（RIT,Radio Interface Technology）的邀請；②2023 年12 月，截止提交候選RIT 提案；③2024 年9 月，向國際電聯提交的評估報告截止日期；④2024 年底，WP 4B 決定IMT-2020-Sat RIT 和無線電接口技術集（SRIT,Set of Radio Interface Technologies）的框架及關鍵特征；⑤2025 年5 月，WP 4B 完成無線電接口規(guī)范的開發(fā)建議書[12]。圖1 給出了目前為止ITU-R 已經輸出的IMT-2020 衛(wèi)星網絡有關的文獻。

圖1 ITU-R輸出的IMT-2020衛(wèi)星有關文獻（截至2023年11月）

2015 年9 月，ITU-R 發(fā)布M.2083-0 技術建議書，提出通過固定網絡、地面移動網絡和衛(wèi)星等接入技術，以及它們之間的組合，為用戶提供無處在的無縫覆蓋網絡要求[13]。2022 年9 月，ITU-R 發(fā)布了有關IMT-2020 無線電接口的衛(wèi)星組件的建議書M.2514，定義了IMT-2020 衛(wèi)星服務的愿景、需求及其評估指南，主要內容包括如下幾個方面。

1）IMT-2020 衛(wèi)星三大應用場景

ITU-R 基于IMT-2020 衛(wèi)星與地面的不同特性，將IMT-2020 衛(wèi)星組件服務類型分別定義為圖2 所示的增強移動寬帶——衛(wèi)星（eMBB-s）、海量機器類通信——衛(wèi)星（mMTC-s）和高可靠通信——衛(wèi)星（HRC-s）三大應用場景[14-15]。

圖2 IMT-2020衛(wèi)星服務應用場景

IMT-2020 衛(wèi)星服務三大應用場景各有側重，其中，增強型移動寬帶——衛(wèi)星（eMBB-s）的使用場景應支持農村和偏遠地區(qū)、空中和海上環(huán)境以及在某些情況下郊區(qū)的高數據速率應用，終端設備能夠支持在移動過程中的高速通信業(yè)務。具體面言，eMBB-s 主要定義了四種用例：①覆蓋連續(xù)性：持消費類智能手機的行人進入了偏遠地區(qū)開展遠程工作和休閑等活動的時候，也能夠保持大量通信業(yè)務和應用程序的訪問能力；②對地面網絡沒有覆蓋到或者服務不足地區(qū)的人們，提供通信連接和服務；③與交通工具的通信連接：公共汽車、火車、船只（休閑或游輪）或飛機；④公共安全通信：為應急響應人員（如消防隊、醫(yī)務人員）提供通信服務（如信息、語音、視頻）。

衛(wèi)星提供的大規(guī)模機器類型通信（mMTC-s）應該能夠解決廣域上大量分散連接的固定或移動設備的通信問題，可采用低成本、長壽命電池設備。Mmtc-s 主要定義了三種用例：①汽車行業(yè)：這可能包括流量優(yōu)化、汽車診斷、安全狀態(tài)報告；②公用事業(yè)：例如對油氣、能源/水供應基礎設施、風力發(fā)電場進行監(jiān)控；③交通（道路、鐵路、海運、航空）：車隊管理、資產跟蹤、數字標牌、遠程道路警報。

高可靠性通信（HRC-s）場景對可用性和可靠性有特定的要求[15]，主要包括兩種用例：①關鍵行業(yè)的應用，比如可通過衛(wèi)星，或衛(wèi)星與其他通信系統(tǒng)的融合實現彈性和高可靠的通信網絡，保障網絡的可用性在軍事應用方面具有的重要意義等；②傳輸安全。

2）IMT-2020 衛(wèi)星系統(tǒng)架構

根據ITU-R M.2514 技術建議書，應將先進的衛(wèi)星技術服務應用于IMT-2020 衛(wèi)星組件提供衛(wèi)星有關的服務。ITU-R 分別規(guī)劃了基于透明傳輸和再生載荷的IMT-2020 衛(wèi)星系統(tǒng)架構。

在透明有效載荷架構中，衛(wèi)星有效載荷僅進行射頻濾波、頻率轉換、信號處理和放大，與協(xié)議相關的基站功能在地面信關站進行處理，而衛(wèi)星有效載荷僅僅在服務鏈路和饋電鏈路之間基于衛(wèi)星無線電接口（SRI）協(xié)議進行信號轉發(fā)。該架構沒有星間鏈路。

在再生有效載荷架構中，有效載荷具備數據處理功能，可以實現射頻濾波、頻率轉換、信號處理、路由/ 切換、協(xié)議處理和RF 放大，這實際上相當于在衛(wèi)星上具有與協(xié)議相關的基站功能。服務鏈路和饋電鏈路之間的SRI協(xié)議是在星上進行處理的，并有可能會使用衛(wèi)星間鏈路。

3）IMT-2020 衛(wèi)星系統(tǒng)部分要求

在技術建議書M.2514 中，對于IMT-2020 衛(wèi)星接入架構而言，多普勒引起的頻率變化是一個重要的因素，特別是對于近地軌道衛(wèi)星系統(tǒng)而言。表1 給出了該系統(tǒng)最大多普勒頻移和多普勒頻移變化的典型值：

表1 IMT-2020衛(wèi)星系統(tǒng)架構多普勒頻移參考值

根據建議書，在上述IMT-2020 架構中，衛(wèi)星終端主要包含手持終端、傳統(tǒng)定向終端和機器類設備三大類型。而對于系統(tǒng)級指標，ITU-R 在建議書中提出了最低要求，以及潛在的高速率要求兩種指標。其中，對于IMT-2020衛(wèi)星系統(tǒng)的最低要求，信道帶寬為30 MHz，部分衛(wèi)星組件配置參數如表2 所示：

表2 IMT-2020衛(wèi)星組件最低要求（部分）

對于潛在的高速率應用場景，采用信道帶寬高達400 MHz的定向終端條件下，IMT-2020 衛(wèi)星組件可支持高達900 Mbit/s的通信速率。

（2）ITU-T 發(fā)布的IMT-2020 非無線（Non-Radio）部分的標準/建議書

2022 年3 月，ITU-T 發(fā)布Y.300《固定、移動和衛(wèi)星融合——IMT-2020 網絡及以后網絡的要求》建議書，規(guī)定了IMT-2020 網絡及以后（IMT-2020 and beyond）網絡中固定、移動和衛(wèi)星融合（FMSC）的服務要求、網絡能力要求和使用情況。該建議書指出，無論使用的是固定、移動或衛(wèi)星接入技術，在與用戶位置無關的情況下，固定、移動和衛(wèi)星融合具備為最終用戶提供服務和應用程序的能力的要求[16]。

2023 年1 月，ITU-T 發(fā)布Y.3201《固定、移動和衛(wèi)星融合——IMT-2020 網絡及以后框架》建議書，規(guī)定了國際移動電信（IMT）-2020 網絡及以后網絡中的固定、移動和衛(wèi)星融合總體框架[17]，圖3 給出了該建議書中的固定、移動和衛(wèi)星融合網絡總體框架：

圖3 固定、移動和衛(wèi)星融合網絡總體框架

ITU-T 于2023 年5 月發(fā)布Y.3202《固定、移動和衛(wèi)星融合--IMT-2020 網絡及以后移動性管理》建議書，規(guī)定了MT-2020 網絡及以后網絡中固定、移動和衛(wèi)星融合（FMSC）的移動管理架構。本建議涵蓋以下方面：①FMSC 移動性管理要求。當發(fā)生如下四種情況時需進行移動性管理：（a）跨越多接入網絡（multi-Ans）；（b）接入網絡的類型發(fā)生變化；（c）跨越同一非靜止軌道（NGSO,Non-Geostationary Satellite Orbit）衛(wèi)星的兩個相鄰波束的覆蓋邊界（小區(qū)邊界）；（d）進入相鄰NGSO衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域。②FMSC 移動性管理架構。UE 方面，具有多接入能力，具備固定、移動、和衛(wèi)星網絡的接入能力。接入網（AN,Access Network）方面，包括固定接入網、移動接入網和NGSO 衛(wèi)星接入網，以及NGSO 衛(wèi)星信關站。核心網（CN,Core Network）方面，匯聚所有AN 連接，包括用于固定、移動和NGSO 衛(wèi)星的AN；并連接到數據網絡。融合核心網包括控制平面、用戶平面和管理平面的所有功能。③FMSC 的移動性管理服務流程[18]。

ITU-T 于2023 年5 月還發(fā)布了Y.3203 技術標準，即《固定、移動和衛(wèi)星融合——IMT-2020 網絡及以后連接管理》建議書，規(guī)定了IMT-2020 網絡及其他網絡中固定、移動和衛(wèi)星融合（FMSC）的連接管理（CM）的框架和功能。本建議涵蓋CM 的以下方面，以支持FMSC：①場景，包括衛(wèi)星透明有效載荷和再生有效載荷兩種情況；②要求，也包括衛(wèi)星透明有效載荷和再生有效載荷這兩種情況；③功能架構、控制平面（CP）和用戶平面（UP）功能描述；④典型的信息流；⑤安全考慮[19]。

2023 年9 月，ITU-T 發(fā)布Y.3204《固定、移動和衛(wèi)星融合——IMT-2020 網絡及以后服務連續(xù)性》建議書，規(guī)定了IMT-2020 及以處網絡FMSC 的服務連續(xù)性。服務連續(xù)性是移動對象維持正在進行的服務的能力，包括維持用戶的網絡環(huán)境和服務的會話告示當前狀態(tài)的能力。無論是采用固定、移動還是衛(wèi)星接入技，FMSC 都具備為終端用戶提供服務和應用程序的連續(xù)性的能力，本建議涉及IMT-2020 網絡及以后網絡中FMSC 服務連續(xù)性的以下方面：①服務連續(xù)性場景；②服務連續(xù)性要求；③服務連續(xù)性的推動者；④增強服務連續(xù)性的網絡功能；⑤服務連續(xù)性程序；⑥安全考慮[20]。

2.2 6G（Network 2030,IMT-2030）階段

為探索面向2030 年及以后的網絡服務需求，ITU-T于2018 年7 月建立了NET-2030 網絡焦點組，網絡2030（Network 2030）自此被認為ITU-T 關于6G 網絡的代名詞。而ITU-R WP 5D 在2020 年2 月瑞士日內瓦召開的會議上啟動了面向2030 及未來的研究工作，6G 網絡稱謂自此被確定為IMT-2030。為了不造成概念混淆，本文將網絡2030 和IMT-2030 統(tǒng)稱為6G。

（1）ITU 6G 標準早期預研

ITU 早在2019 年就已經啟動了面向6G 的標準早期預研工作。ITU-R 和ITU-T 均已發(fā)布了IMT-2030 網絡有關的系列技術報告或技術標準（建議書），有效推動了6G 標準研發(fā)的進程。例如，2019 年ITU-T 發(fā)布《2030年網絡2030 年及以后的技術、應用和市場驅動因素藍圖》技術報告，對2030 年及以后的應用、網絡與基礎設施進行了全面分析，研究在未來十年左右的時間框架內有望發(fā)展成熟，并實際可用的應用程序。報告認為，網絡2030網絡將步入數字社會，其愿景主要表現為新基礎設施（New Infrastructures）、新通信服務（New Communication Services）和新垂直行業(yè)（New Verticals）三個方面。其中，新基礎設施方面，由于新的連接技術的推動，支持6G 系統(tǒng)中的未來基礎設施將具有更加豐富的互連性，包括衛(wèi)星、空間網絡和終端用戶提供的網絡。新垂直行業(yè)方面，對通信時延和通信容量的邊界要求更加嚴格。新通信服務方面，通過嚴格的資源控制、嚴格的時間意識和有保障的服務，實現這些新的垂直領域。Network 2030 網絡將超越目前的盡力而為的互聯網基礎，為新的用例提供極高的帶寬和豐富的時間工程通信服務。其中，6G 將浮現太空互聯網，基于低地球軌道（LEO）衛(wèi)星網絡，將通信時延控制到30 ms 以內，提供靈活的寬帶接入場景[21]。2020 年6 月ITU-T 發(fā)布《網絡2030 新服務、功能和使用案例的差距分析》技術報告，分析了需要解決的當前網絡和通信技術與6G 的差距，包括LEO 衛(wèi)星通信專用路由技術、異構通信網絡的互聯互通等，以應對6G 中未來網絡應用帶來的挑戰(zhàn)[22]。2020 年6 月ITU 發(fā)布了《網絡2030 的其他代表性使用案例和關鍵網絡要求》技術報告，提出6G 時代與衛(wèi)星有關的用例之一為巨量科學數據應用（HSD,Huge Scientific Data Applications），具體到HSD 的應用場景，將根據應用需要進行彈性帶寬和延遲需求的組合。比如，在通過天文學進行研究的用例中，不同的天文望遠鏡都有各自的配置，并且以無中心全球部署方式進行地面衛(wèi)星通信[23]。

（2）ITU 面向6G 技術標準的研究

2020 年6 月，ITU-T 發(fā)布了《網絡2030 架構框架》建議書，初步定義了6G 網絡架構。該建議書提出，網絡2030 結合了連接、應用程序以及計算和存儲資源，是一種端到端集成、自動化和動態(tài)的體系結構。在虛擬化、人工智能（AI）/ 機器學習技術、自動化API、光學計算以及當前和預期的未來應用程序的激增驅動下，依托巨大的帶寬、數毫秒的端到端延遲，以及數據包丟失接近零的網絡條件，通過應用程序提供準時（on time）和及時（in time）的以用戶為中心的服務。在圖4 所示的應用場景中，網絡2030（6G）應用程序預計將被各種終端設備使用，包括機器人、自動駕駛汽車和無人機。

圖4 網絡2030（6G）應用場景案例

在ITU 定義的6G 網絡架構中，存在多個參與者（Actors）：

1）用戶：與服務提供商保持業(yè)務關系并使用服務提供商提供的服務的個人、組織或機器，或者僅使用公共網絡連接其應用程序。

2）連接運營商：提供云運營商、連接運營商和用戶之間連接的中介機構。在互聯網的情況下，連接運營商是公共網絡提供商。

3）太空運營商：可以在太空中提供連接和應用程序的運營商。

4）邊緣/ 接入運營商：提供邊緣計算和/ 或接入網絡的運營商。

5）云運營商：負責向用戶提供應用程序的實體。包括公共及私有。

6）服務提供商（SP）：負責服務的創(chuàng)建、交付和計費，并協(xié)商云運營商、連接運營商、空間運營商和用戶之間的關系的實體。它是用戶的單一聯系點。

圖5 中給出了網絡2030 中的各種參與者。這一概念定義參與提供互聯網服務的實體之間的關系，并自動化流程，以動態(tài)地為用戶支持盡力而為和高質量服務，而無需事先在互聯網提供商之間進行協(xié)調。網絡2030 支持的服務因其預期的端到端自動化和動態(tài)性而被稱為智能服務[24]。

圖5 網絡2030（6G）參與者

2022 年11 月，ITU-R 正式發(fā)布了M.2516-0，即《面向2030 及以后的陸地國際移動電信系統(tǒng)技術趨勢》建議書的首個版本，就6G 關鍵的新興服務、應用趨勢和相關驅動因素進行了描述，同時還明確了包括與NTN 互連在內的多種無線電網絡增強功能。陸地IMT 和NTN 互連，旨在擴展未來的陸地國際移動電信技術，以支持與包括衛(wèi)星通信、高空平臺站（HIBS、IMT BS），及無人機載站（IMT-BS）在內的各種NTN 無縫互連。除了覆蓋范圍擴展外，當地面IMT基站覆蓋的城市和亞城市區(qū)域過載和/或有高容量需求時，它們可以將業(yè)務卸載到HIBS、UAS 基站和衛(wèi)星網絡。該報告指出，6G 與衛(wèi)星有關未來技術趨勢之一是支持高精度定位，在沒有GNSS 服務時，可綜合可見光、衛(wèi)星信號、傳感器和通信信號，以及各種定位技術的組合，為終端提供厘米級定位[25]。

2023 年11 月23 日，ITU-R 發(fā)布M.1260-0，即《2030年及以后IMT 未來發(fā)展的框架和總體目標》技術建議書的第一個版本，標志著ITU 在6G 標準研發(fā)方面又邁出重要一步。建議書指出，與IMT-2020 相比，IMT-2030 被設想為支持擴展和新的使用場景，同時提供增強和新的能力。在無線電增強使能技術方面，該建議書認為IMT-2030 網絡將采用衛(wèi)星通信和高空平臺作為IMT 基站，實現地面網絡與NTN 的互聯互通，以增強實現連接目標的能力。IMT-2030 與其它接入技術的關系方面，參與IMT標準化的外部組織正在實施一項標準研發(fā)，以促進IMT與IMT 的非地面網絡（包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)、HIBS 和UAS）以及與其他非IMT 地面網絡（包含RLAN 和廣播）的互通。并且，IMT-2030 應提供兩者之間互通的持續(xù)性，增強用戶連接體驗，提供泛在的服務，保障服務的連續(xù)性，以達成服務和運營目標[26]。

3 3GPP關于NTN衛(wèi)星組件標準化研究進展

3GPP NTN 的標準化研究和進展，可分為5G 和5G-Advanced（簡稱5G-A）兩個階段進行說明。

3.1 3GPP 5G階段NTN網絡標準化

圖6 概述了截至2023 年11 月的3GPP 5G NTN 標準化進展情況。其中，5G 階段的標準化成果包括Rel-15、Rel-16 和Rel-17 三個版本。但在Rel-15 和Rel-16 版本中，僅輸出了針對5G 系統(tǒng)中采用衛(wèi)星接入情況下衛(wèi)星、終端特性、應用場景、部署場景、信道模型、系統(tǒng)架構等基礎性的技術研究，并沒有形成正式的標準規(guī)范，而Rel-17 是第一個真正形成5G NTN 標準的版本。

圖6 3GPP在NTN標準化進展（數據截至2023年11月）

在3GPP Rel-17 標準研發(fā)過程中，輸出成果涵蓋了5G NTN 系統(tǒng)技術報告與技術規(guī)范（技術標準），圖7 給出了Rel-17 版本輸出的5G NTN 技術報告詳情。其中，技術報告TR 23.737《5G 衛(wèi)星接入架構研究》在Rel-16版本的基礎上進行了更新，針對10 大關鍵事項提供了14項解決方案、10 個評估方案和10 個研究結論[27]。

圖7 Rel-17版本輸出的5G NTN技術報告

Rel-17 版本標準輸出了六個有關5G NTN 網絡的技術標準，分別涵蓋了系統(tǒng)、產品和測試領域，完美覆蓋NTN 產品設計、開發(fā)、研制和測試環(huán)節(jié)，對產業(yè)發(fā)展形成了強有力的支撐。各個標準之間的關系如圖8 所示：

圖8 3GPP Rel-17涉及衛(wèi)星的技術標準

3.2 3GPP 5G-Advanced階段NTN網絡標準化

2021 年4 月，3GPP 將5G 演進階段稱為5G-Advanced[28]。目前可以預見的是，5G-Advanced 階段至少包括Rel-18 和Rel-19 兩個版本。

（1）3GPP Rel-18 版本NTN 標準化研究進展

圖9 歸納了3GPP 截至2023 年11 月已發(fā)布的Rel-18 版本中與NTN 有關的技術標準和技術報告，主要包括三個部分：一是對Rel-17 版本的5G NR-NTN 技術標準的升級；二是新增E-URTAN(4G)-NTN 的支持；三是對涉及衛(wèi)星接入場景下，跨國或跨地區(qū)的法律或監(jiān)管問題的處理指南。

圖9 3GPP Rel-18關于5G-A階段NTN標準當前研發(fā)成果（截至2023年11月）

截至2023 年11 月，3GPP Rel-18 版本新增的NTN標準，主要聚焦于演進的通用陸地無線電接入（E-UTRA,Evolved Universal Terrestrial Radio Access）網絡中的衛(wèi)星接入方面。3GPP TS 36.102《演進通用陸地無線電接入（E-UTRA）：用于衛(wèi)星接入的用戶設備（UE）無線電傳輸和接收》技術標準建立了運行于衛(wèi)星接入的E-UTRA用戶設備（UE）的最小RF 特性和最小性能要求，包括終端類型、工作頻段、信道帶寬、信道排列、發(fā)射參數、接收參數和性能要求等方面[29]。

3GPP TS 36.108《演進通用陸地無線電接入（E-UTRA）：衛(wèi)星接入節(jié)點無線電傳輸和接收》規(guī)定了支持獨立部署（SA,Standalone）的NB-IoT 運行或采用E-UTRA 的衛(wèi)星接入節(jié)點（SAN）的最低RF 特性和最低性能要求[30]。

3GPP TS 36.181《演進通用陸地無線電接入（E-UTRA）：衛(wèi)星接入節(jié)點一致性測試》規(guī)定了支持SA NB-IoT 運行或E-UTRA 的1-H 型和1-O 型衛(wèi)星接入節(jié)點（SAN）的射頻（RF）測試方法和一致性要求。這些源于TS 36.108 中定義的SAN 規(guī)范中SAN 1-H 型的傳導要求，以及SAN 1-H 和SAN 1-O 型的輻射要求，并與之保持一致[31]。

3GPP TS 38.108 的Rel-18 版本在Rel-17 版的基礎上進行了完善，其中一個顯著的變化是增加了type 1-C和type 2-O 兩種衛(wèi)星載荷[32]。3GPP TS 22.261 的Rel-18 版本在Rel-17 的基礎上提出了更多關于5G 衛(wèi)星系統(tǒng)的要求，主要包括：1）5G 系統(tǒng)應支持一種機制，以確定衛(wèi)星回程業(yè)務的適當QoS 參數，例如基于特定回程的延遲和帶寬（需要考慮回程連接動態(tài)更改延遲和/ 或帶寬的情況）；2）5G 系統(tǒng)應能夠支持使用3GPP 衛(wèi)星NGRAN（NR 衛(wèi)星接入）的移動基站中繼，包括支持支持移動基站中繼同時通過衛(wèi)星NR 接入和地面NR 接入到5G核心網（5GC），以及支持使用至少一個3GPP 衛(wèi)星NGRAN 的移動基站中繼的服務連續(xù)性兩種情況。值得注意的是，該要求適用于由同一MNO 運營的兩個3GPP NGRAN 之間存在過渡的場景，涉及至少一個3GPP 衛(wèi)星NG-RAN[33]。

當采用衛(wèi)星接入5G 系統(tǒng)時，不可避免地出現衛(wèi)星覆蓋范圍跨越多個國家和區(qū)的現象，作為5G-Advanced 階段的第一個版本，3GPP Rel-18 首先輸出了域外5G 系統(tǒng)的技術研究報告TR 22.926《域外5G 系統(tǒng)指南》，提供有關法律問題的處理指導方針。該報告確定了5G 公共網絡具有域外接入組件時提供服務的用例和相關指南，包括：產生公共5G 系統(tǒng)治外法權的用例和相關條件（例如，覆蓋多個國家的高空平臺系統(tǒng)（HAPS）、覆蓋國際水域的衛(wèi)星接入、航空網絡）；治外法權可能相關的3GPP 特征（例如緊急呼叫、PWS、LI、充電）和技術方面（例如MCC/MNC、UE/NW 的位置），以及可能適用的法規(guī)類型；滿足相關監(jiān)管要求的指南（例如路由到特定國家的核心網絡、MCC 的使用）[34]。

3GPP TR 38.882《網絡驗證的需求和用例研究NR中非地面網絡（NTN）的UE 位置》技術報告分析了一組用例/ 服務（即緊急呼叫、合法攔截、公共警告、收費/計費）中，關于UE 定位服務方面的監(jiān)管要求（例如準確性、隱私性、可靠性、延遲）。它確定了Rel-18 中對網絡驗證的UE 位置規(guī)范支持的可能需求。其中，對于NTN 服務的監(jiān)管支持方面，3GPP 定義的非陸地網絡的網絡運營商必須可靠地知道附著到網絡的UE 的位置信息以便選擇適當的核心網絡。一旦為UE 選擇了適當的核心網絡，就有可能支持受國家法規(guī)或其他操作約束的一些服務，并針對上述問題提出了基于網絡的解決方案的必要性，該解決方案旨在驗證所報告的UE 位置信息[35]。

（2）3GPP Rel-19 版本NTN 標準化研究進展

盡管當前Rel-18 尚未凍結，但Rel-19 的有關工作已經啟動，并輸出了部分技術報告和技術標準。2022 年5月9 日至20 日，3GPP SA1 第98 次會議召開，立項審議通過了由中國電信和法國NOVAMINT 共同主導的“R19 Study on satellite access-Phase 3（衛(wèi)星接入研究）”，這是中國電信在3GPP 衛(wèi)星領域的首個標準立項[36]。3GPP 于2022 年8 月12 日形成了Rel-19 版本的TR 22.865《衛(wèi)星接入研究階段3》技術報告V0.0.0，目前該報告的最新版本為2023 年9 月22 日更新的V19.1.0。TR 22.865 描述了與衛(wèi)星5G 系統(tǒng)增強相關的15 項用例，最后提出了關于繼續(xù)開展這項工作的建議。本報告中的15 項用例為5G 衛(wèi)星接入的功能增強，主要涉及四大方面，包括：1）支持時延可容忍通信類服務（有的文獻稱非時敏性通信服務）的衛(wèi)星存儲轉發(fā)（S&F,Store and Forward）操作，該工作方式在衛(wèi)星連接間歇性/ 暫時不可用的情況下意義重大；2）UE 直連衛(wèi)星端到端通信（UE-衛(wèi)星-UE 通信），該工作方式能夠使UE 之間直接通過衛(wèi)星連接通信，而不必經衛(wèi)星到達地面信關站，有效避免了長延遲和有限的數據速率，并減少回程資源的消耗；3）獨立于GNSS 工作，即具有衛(wèi)星接入的5G 系統(tǒng)應對授權的UE 提供服務，而不依賴于UE 的GNSS 能力，該操作模式允許在沒有GNSS 接收器或無法獲得全球導航衛(wèi)星服務的情況下向UE 提供衛(wèi)星接入；4）衛(wèi)星接入定位功能增強，該模式支持只接入衛(wèi)星網絡（即不接入地面網絡）的情況下，為UE 提供定位功能。該報告對于5G-Advanced 階段衛(wèi)星接入的需求也被歸納為6 個方面：1）衛(wèi)星存儲轉發(fā)工作；2）UE-衛(wèi)星-UE 通信；3）GNSS 獨立定位，衛(wèi)星接入定位增強；4）衛(wèi)星接入的其他需求，比如支持僅使用衛(wèi)星接入的UE 的高效通信路徑和資源利用，最大限度地減少相關衛(wèi)星鏈路帶來的延遲；支持收集有關連接到衛(wèi)星的UE 的使用統(tǒng)計數據和位置的信息等；5）安全需求，包括衛(wèi)星存儲轉發(fā)場景下對UE 的安全處理，以及UE 直接衛(wèi)星端到端通信場景下的安全要求等；6）計費需求，包括衛(wèi)星存儲轉發(fā)模式計費，以及UE 直連衛(wèi)星端到端計費等要求[37]。

截至2023 年11 月，除了上述技術報告，3GPP 還在Rel-18 版本的基礎上對TS 22.011 和TS22.261 這兩個與NTN 有關的技術標準進行了更新和升級。

4 中國IMT-2030（6G）推進組對6G星地融合標準化的推動作用

作為我國6G 產學研用各方研究與合作的主要推進平臺，中國IMT-2030（6G）推進組（以下簡稱“推進組”）組織設備制造商、移動運營商、高校與科研陸軍所等產學研用各方有生力量，統(tǒng)籌推進6G 各項工作向前發(fā)展，取得了積極成效。推進組為ITU 負責IMT 系統(tǒng)研發(fā)的專門機構ITU-R WP 5D 輸入了最新研究成果，積極參加ITU-R WP 5D 組織的IMT-2030 有關會議，承擔有關IMT-2030 報告的重要章節(jié)編輯工作[38]，為推動全球統(tǒng)一的6G 星地融合標準化進程貢獻了中國智慧。

在此過程中，推進組于2021 年至2023 年輸出了系列有關6G 的白皮書或技術研究報告，在6G 愿景的挖掘、系統(tǒng)功能需求確定、潛在關鍵技術研究創(chuàng)新、促進國內外有關交流合作，共同推動面向6G 的星地融合標準化進程等方面做出了突出貢獻。圖10 給出了推進組為推進6G標準研發(fā)進展而發(fā)布的部分技術文獻。

圖10 IMT-2030（6G）推進組輸出的部分6G文獻（截至2023年11月）

作為推動中國6G 研發(fā)與國際合作的重要平臺，推進組還積極推動國際交流與合作，共同推進建立統(tǒng)一的6G標準規(guī)范研制等工作。比如，推進組于2022 年與歐洲6G 智慧網絡和業(yè)務產業(yè)協(xié)會（6G-IA）簽署6G 合作備忘錄[39]，促進6G 領域的進一步合作。2023 年5 月，推進組與歐洲6G-IA 共同舉辦了6G 研討會，就6G 愿景、需求、未來技術趨勢等熱點議題進行了深入交流[40]，對推動構建6G 國際標準共識，推動形成全球統(tǒng)一的6G 標準，以及豐富產業(yè)生態(tài)等方面具有重要意義。

除此之外，推進組還組織了多場全球6G 大會，致力于匯聚全球各方科技力量，凝聚更加廣泛的共識，深化全球6G 交流合作。比如，2021 年9 月召開全球6G 研討會議[41]，以及2022 年和2023 年分別在上海[42]和南京[43]召開全球6G 發(fā)展大會等，在面向6G 創(chuàng)新發(fā)展，團結全球伙伴力量，共同開展戰(zhàn)略規(guī)劃、關鍵技術攻關、測試驗證、創(chuàng)新平臺等方面開展務實合作，推動6G 產業(yè)生態(tài)發(fā)展等方面發(fā)揮了積極作用。

5 結束語

6G 目標已經初步明確，愿景框架基本形成，面向6G 的標準化進程已取得階段性成果。本文主要針對ITU和3GPP 以及中國IMT-2030（6G）推進組對面向6G 的星地融合標準化進程和輸出成果進行了介紹，但也應注意，主要的國際標準化組織對5G 及其演進技術標準尚未凍結，當前6G 的標準化進程還處于早期階段。對于ITU，真正負責國際移動電信無線部分技術標準的部門為ITU-R，而ITU-R 對IMT-2030（6G）網絡的框架標準（IMT-2030 Framework 建議書）預計2023 年底才正式發(fā)布[44]。而3GPP 目前仍聚焦于5G-Advanced 階段的Rel-18 及Rel-19 版本的標準化工作。其中，Rel-19 將主要聚焦于通感一體化、擴展現實與媒體服務（XRM）、人工智能/ 機器學習（AI/ML）模型，以及其它方面的技術增強或改進；而對于NTN 網絡，將主要針對衛(wèi)星接入、5G 架構集成衛(wèi)星組件，以及無人機的第3 階段研究開展工作[45]。關于6G 階段的標準化工作，據業(yè)界預測，3GPP 最早于2025 年下半年[46]或2026 年[47]才將啟動6G 標準的研發(fā)，6G 標準化進程依然任重道遠。

頻譜分配是無線電通信的根本，對未來6G 星地融合通信也將產生重要影響。2023 年11 月20 日召開的世界無線電大會（WC-23）將共設立28 項議題，涉及5G/6G新增頻率劃分、北斗短報文服務系統(tǒng)全球應用、衛(wèi)星互聯網未來可持續(xù)發(fā)展、航空和航海現代化頻率使用、氣候變化與氣象探測頻率使用等內容[48]。根據相關專家的預測結果，手機直連衛(wèi)星技術的頻譜問題被列為首位[49]，從這個角度上來說，本屆無線電大會的成果將對未來產生深遠影響，標準研究者應予以高度重視。