5G NTN技术概述及演进分析（下）

5G NTN因其广泛的服务覆盖能力、应对物理攻击或自然灾害的健壮性和灵活性，在交通、公共安全、电子健康、农业、金融、汽⻋等领域有广泛的应用前景。5G NTN与地面通信的差异主要体现在高时延、广覆盖和卫星的运动等方面，这使得其在传输时延、多普勒频移、切换等方面存在显著挑战，需要在5G协议基础上针对NTN进行修改设计，比如时频补偿、定时增强、HARQ增强等。

《5G NTN技术概述及演进分析（上）》介绍了5G NTN技术的使用场景、面临挑战、标准化进程和网络架构，本文作为下篇分析R17中的NTN关键技术，以及R18及6G中NTN的演进方向。

文 | 开山

全文7000字，预计阅读18分钟

（五）

R17 5G NTN 关键技术

1. 时频率同步补偿

对于低轨卫星移动系统，多普勒频率补偿是一个关键技术点。在3GPP Rel-17 NTN中，由于场景设定为透明转发卫星，因此多普勒变化影响服务链路和馈电链路。从UE的⻆度看，服务链路可以通过星历信息和终端的位置信息计算相应的多普勒变化，而对于馈电链路，由于缺乏地面网关的位置信息，这部分多普勒偏移需要由基站进行补偿。

在多普勒补偿时，网络需要广播星历信息给终端，星历的精度和格式是其中的关键因素。在5G NTN系统中，时间同步误差需要在1/2CP（cyclic prefix）范围之内，频率误差需要控制在0.1×10^-6以内，因此星历信息需要周期性更新，并保持必要的精度。另外，为了保持技术实现的灵活性，3GPP Rel-17 NTN还支持基于轨道六根数（半⻓轴、离心率、轨道倾⻆、近心点辐⻆、升交点经度和真近点⻆）和基于卫星位置与速度的星历格式，前者的预测时间⻓，后者有利于简化终端实现。

2. 定时增强

考虑在NTN 中，星地通信时延过大，远超出地面网络中定义的相关定时参数（如PDSCH到HARQ反馈时延1、上行调度到PUSCH传输时延2等）的最大指示范围，为了不影响标准的兼容性，3GPP Rel-17在已有的定时参数基础上，引入新的值偏移量 (_offset)，即所有有影响的定时关系上，增加一个_offset, 用于涵盖星地传播延时影响。

具体包括DCI调度PUSCH传输的定时关系、RAR调度PUSCH传输的定时关系、PDSCH到HARQ反馈的定时关系、参考CSI资源的定时关系、非周期SRS（sounding reference signal）的定时关系、MAC CE（control element）承载的TA命令的生效时间、PDCCH调度PRACH传输的定时关系等。定时增强设计引入一个偏移量K_offset，应用它来修改对应的定时关系，针对不同定时关系的具体值可以不同。

图8 DCI调度PUSCH传输的定时关系增强示意图

3. HARQ增强

NTN中，卫星到地面时延过⻓，如高度在35786km的GEO单路传输时延可达272.4ms，非GEO单路传输时延至少14.2ms（600km LEO），而高度在10000km的MEO单路传输时延可达95.2ms，传统地面网络中HARQ重传技术受到挑战，至少对于GEO和MEO网络，HARQ进程数过大导致UE缓存能力受限。因此，3GPP Rel-17确定NTN有能力配置UE是否关闭HARQ的反馈和重传功能，并且基于终端能力的考虑，确定最大仅支持32个进程。

现有技术中，HARQ关闭意味着UE无法做软合并。当PDSCH传输失败后，RLC层重传虽然也能工作，但与MAC层的HARQ重传相比，一是频谱效率低，UE无法将多次重传结果做软合并；二是时延更⻓。为了避免RLC层重传，NTN需要通过降低频谱效率的手段（如重复传输、高BLER目标、低MCS调度等）提高初传成功率，但同样导致NTN的频率效率较低。所以，为了尽量避免简