+ 汪春霆 李 寧 翟立君 盧寧寧

四、星地5G融合的挑戰(zhàn)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)在部署環(huán)境、信道傳播特征等方面存在很多差異，為兩者的融合以及在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中支撐5G服務(wù)能力帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，需要在衛(wèi)星與5G融合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中加以考慮。

表1 GEO與LEO（600km軌道高度）多普勒頻移評(píng)估

1、傳輸體制的挑戰(zhàn)

①多普勒頻移

地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施基本固定，基站與終端的相對(duì)位置變化主要由終端的移動(dòng)性產(chǎn)生；對(duì)于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，不止終端具有移動(dòng)特征，衛(wèi)星也沿其軌道處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。地球同步軌道衛(wèi)星相對(duì)地面基本靜止，由于太陽(yáng)、月亮等天體帶來(lái)的擾動(dòng)和影響地球引力的非球面分量地球引力，衛(wèi)星也會(huì)圍繞其標(biāo)稱軌道位置小幅度移動(dòng)；位于中、低軌道的衛(wèi)星相對(duì)地球表面高速運(yùn)動(dòng)。3GPP對(duì)衛(wèi)星與地面終端運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的多普勒頻移及變化率進(jìn)行了評(píng)估，并以半徑10km的地面蜂窩小區(qū)為基準(zhǔn)，進(jìn)行了對(duì)比，如表1所示。

可見(jiàn)，對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，特別是非同步軌道衛(wèi)星，多普勒頻移帶來(lái)的影響不容忽視。5G在傳輸體制上采用多載波OFDM，其子載波間隔設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮到多普勒頻移的影響，無(wú)法滿足衛(wèi)星系統(tǒng)的需要（主要是低軌道衛(wèi)星），尤其是在Ka或Ku等高頻段，多普勒頻移將帶來(lái)子載波間的干擾。

②頻率管理與干擾

目前衛(wèi)星通信系統(tǒng)可用的頻率資源較為有限，包括S頻段的2×15MHz（上下行）和Ka頻段的2×2500MHz（上下行）。為提高系統(tǒng)容量，一般通過(guò)多色復(fù)用提高頻率資源的利用率，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮消除小區(qū)間干擾。另外，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)之間的干擾、在赤道地區(qū)同步軌道衛(wèi)星與非同步軌道衛(wèi)星系統(tǒng)間的干擾也是制約系統(tǒng)性能的主要因素。

③功率受限

不同于陸地蜂窩網(wǎng)，衛(wèi)星上的功率資源有限，為了能在給定發(fā)射功率條件下最大化吞吐量，功放要工作在鄰近飽和點(diǎn)的狀態(tài)。5G的下行鏈路使用CP-OFDM波形，具有較高的峰均比，在衛(wèi)星的下行鏈路直接使用5G信號(hào)波形會(huì)降低功放效率，并帶來(lái)散熱等問(wèn)題。因此在保證較高的頻帶利用率的同時(shí)降低信號(hào)峰均比是5G與衛(wèi)星通信融合信號(hào)體制設(shè)計(jì)中需要解決的重要問(wèn)題。

④定時(shí)提前

對(duì)于非同步軌道衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，高速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致無(wú)線鏈路傳輸延時(shí)快速變化，可能需要?jiǎng)討B(tài)更新終端的各個(gè)定時(shí)提前（Time Advance,TA），以確保所有上行鏈路傳輸在gNB接收點(diǎn)處同步。另外，衛(wèi)星鏈路的延遲遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了5G新空口的TTI，可能需要適當(dāng)?shù)腡A索引值來(lái)解決這一問(wèn)題。

表2 星地延時(shí)特征（信關(guān)站仰角5°，終端仰角10°）

2、接入與資源管理的挑戰(zhàn)

衛(wèi)星飛行在距地面幾百公里到幾萬(wàn)公里高度的太空中，傳輸延時(shí)成為不可忽略的問(wèn)題，表2對(duì)比了包含GEO、LEO和MEO在內(nèi)不同軌道高度衛(wèi)星傳輸?shù)膯蜗蜃畲笱訒r(shí)與最大延時(shí)差。其中，對(duì)于透明轉(zhuǎn)發(fā)模式，單向延時(shí)指的是從信關(guān)站到衛(wèi)星再到終端的傳輸總延時(shí)；對(duì)于星上處理模式，單向延時(shí)指的是從衛(wèi)星到終端的傳輸延時(shí)。最大延時(shí)差指的是一個(gè)波束覆蓋區(qū)內(nèi)從最低點(diǎn)到覆蓋區(qū)邊緣位置的延時(shí)差值。

從表中可見(jiàn)，在GEO衛(wèi)星接入網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星與終端之間的單向傳播延時(shí)可以達(dá)到240ms，兩者之間收到分組的確認(rèn)需要1/2秒左右，對(duì)于低軌衛(wèi)星，這一延遲也在20ms以上，遠(yuǎn)高于地面5G蜂窩網(wǎng)的傳輸延時(shí)，長(zhǎng)延時(shí)對(duì)MAC層與RLC層的接入控制、HARQ、ARQ等過(guò)程都帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

①接入控制

為了在移動(dòng)條件下支持多變的業(yè)務(wù)需求，5G要求接入控制的響應(yīng)時(shí)間盡可能小，在衛(wèi)星系統(tǒng)中，接入控制在衛(wèi)星基站或者信關(guān)站實(shí)現(xiàn)，高傳輸延時(shí)導(dǎo)致接入控制的響應(yīng)時(shí)間大幅度增加。因此，為了支持5G與衛(wèi)星的有效融合，需要設(shè)計(jì)合理的預(yù)授權(quán)、半持續(xù)調(diào)度和免授權(quán)等接入機(jī)制。

②HARQ

HARQ過(guò)程對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格要求。在衛(wèi)星通信中，往返時(shí)間（Round Trip Time, RTT）長(zhǎng)度通常超過(guò)了HARQ最大定時(shí)器長(zhǎng)度，受限于終端的內(nèi)存以及可以并行處理的信道數(shù)量，并不能僅僅簡(jiǎn)單地將HARQ過(guò)程的數(shù)量進(jìn)行線性擴(kuò)展以適應(yīng)衛(wèi)星信道。

③MAC及RLC過(guò)程

RLC層的ARQ過(guò)程需要緩存已經(jīng)發(fā)送的分組，直到收到分組確認(rèn)或者計(jì)時(shí)器超時(shí)發(fā)起重傳，在衛(wèi)星系統(tǒng)中，需要更大的緩存來(lái)應(yīng)對(duì)長(zhǎng)傳輸延時(shí)，并且有可能限制每個(gè)傳輸分組所允許重傳的次數(shù)。此外，在MAC層及RLC層的調(diào)度過(guò)程中，衛(wèi)星系統(tǒng)的長(zhǎng)延時(shí)也會(huì)影響調(diào)度的及時(shí)性，需要對(duì)其調(diào)度延遲參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

3、移動(dòng)性管理的挑戰(zhàn)

①位置更新過(guò)程

在地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，終端駐留在小區(qū)中，該小區(qū)在無(wú)線接入網(wǎng)中具有唯一標(biāo)識(shí)，只要終端停留的注冊(cè)區(qū)不變，就不需要更新位置。如果出現(xiàn)指向該終端的通信請(qǐng)求，AMF會(huì)嘗試在該注冊(cè)區(qū)的所有小區(qū)上尋呼UE。而在非同步軌道衛(wèi)星接入網(wǎng)中，隨著衛(wèi)星的移動(dòng)，終端會(huì)隨著時(shí)間的推移而駐留在不同的波束和不同的衛(wèi)星上，地面上的小區(qū)和衛(wèi)星波束之間沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，在入網(wǎng)初始注冊(cè)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將無(wú)法基于波束和接收到注冊(cè)請(qǐng)求的衛(wèi)星向AMF提供跟蹤區(qū)信息，當(dāng)終端發(fā)生移動(dòng)時(shí)無(wú)法順利執(zhí)行位置更新，如果出現(xiàn)指向該終端的通信請(qǐng)求，將無(wú)法順利實(shí)現(xiàn)尋呼。

②切換過(guò)程

由于衛(wèi)星或者終端移動(dòng)帶來(lái)的切換主要有兩種，其一是衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)的切換，對(duì)于低軌衛(wèi)星系統(tǒng)，其相對(duì)地面位置快速變化，終端被同一顆衛(wèi)星連續(xù)覆蓋的時(shí)間只有十幾分鐘，對(duì)于采用多波束的低軌衛(wèi)星，同一波束連續(xù)覆蓋終端的時(shí)間只有幾分鐘，因此衛(wèi)星間或波束間切換必須快速執(zhí)行，并防止切換過(guò)程中數(shù)據(jù)丟失。

其二是終端在地面5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的切換，網(wǎng)絡(luò)間的切換過(guò)程需要考慮多方面因素：

· 同時(shí)支持星上處理和彎管透明轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)

· 切換準(zhǔn)備與切換失敗處理

· 時(shí)間同步

· 測(cè)量對(duì)象協(xié)調(diào)

· 無(wú)損切換的支持

需要注意的是，切換的方向不同，觸發(fā)條件也不一樣，例如，當(dāng)?shù)孛娣涓C網(wǎng)信號(hào)足夠的時(shí)候，終端由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)切換到地面網(wǎng)絡(luò)；但是，只有當(dāng)蜂窩網(wǎng)信號(hào)非常弱的時(shí)候，終端才會(huì)離開蜂窩網(wǎng)。

圖7 未來(lái)與5G融合的的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

五、衛(wèi)星5G融合的初步思路

1、未來(lái)衛(wèi)星系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)空間信息網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)成如圖7所示。衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用高、低軌衛(wèi)星混合軌道設(shè)計(jì)。采用低頻段或者高頻段多波束天線，在地面形成蜂窩狀覆蓋，分別實(shí)現(xiàn)中低速和寬帶傳輸服務(wù)功能。覆蓋區(qū)隨著星下點(diǎn)移動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，終端用戶在不同蜂窩小區(qū)（波束）間切換。

低軌道衛(wèi)星星座采用激光或微波鏈路構(gòu)建星間鏈路，互聯(lián)構(gòu)成空間網(wǎng)絡(luò)。星座較為適合采用極軌星座設(shè)計(jì)，相鄰軌道面衛(wèi)星之間的相對(duì)位置關(guān)系較為穩(wěn)定（除了極區(qū)或反向縫），利于星間鏈路的保持，且能夠?qū)崿F(xiàn)高緯度區(qū)域覆蓋。衛(wèi)星采用Ka或者Q/V等頻段實(shí)現(xiàn)饋電鏈路業(yè)務(wù)在關(guān)口站落地,關(guān)口站實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)與地面PSTN、PLMN以及互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通。

目前網(wǎng)絡(luò)虛擬化成為5G系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。信關(guān)站可以與地面5G網(wǎng)絡(luò)共用同一個(gè)云平臺(tái)，從而協(xié)調(diào)彼此之間的服務(wù)提供、頻譜配置、干擾管理、用戶移動(dòng)性管理等信息，實(shí)現(xiàn)地面5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)協(xié)同融合來(lái)為終端提供服務(wù)。

2、融合內(nèi)涵和層次

本文將衛(wèi)星通信與地面5G融合的劃分為以下5個(gè)層次：

①覆蓋融合：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)用于補(bǔ)充覆蓋地面網(wǎng)絡(luò)，兩者仍然是相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，提供的業(yè)務(wù)和采用的技術(shù)互不相同；

②業(yè)務(wù)融合：兩者仍然獨(dú)立組網(wǎng)，但能夠提供相同或相似的業(yè)務(wù)質(zhì)量，在部分服務(wù)QoS指標(biāo)上到達(dá)一致水平；

圖8 衛(wèi)星5G總體架構(gòu)設(shè)想

③用戶融合：使用同一的用戶身份（碼號(hào)）提供服務(wù)，用戶身份唯一、統(tǒng)一計(jì)費(fèi)，網(wǎng)絡(luò)按需選擇利用衛(wèi)星或者地面網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)；

④體制融合：采用相同的架構(gòu)、傳輸和交換技術(shù)，用戶終端、關(guān)口站或者衛(wèi)星載荷可大量采用地面網(wǎng)技術(shù)成果；

⑤系統(tǒng)融合：星地構(gòu)成一個(gè)整體，提供用戶無(wú)感的一致服務(wù)，采用協(xié)同的資源調(diào)度、一致的服務(wù)質(zhì)量、星地?zé)o縫的漫游。

目前，從需求發(fā)展的角度和3GPP等組織開展的5G NTN工作來(lái)看，當(dāng)前設(shè)計(jì)目標(biāo)至少是實(shí)現(xiàn)第4層次的體制融合。5G第二階段標(biāo)準(zhǔn)(R16)將研究面向5G“非地面網(wǎng)絡(luò)”架構(gòu)、需求和接入網(wǎng)RAN開展研究。

3、從衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)構(gòu)成來(lái)看，與地面網(wǎng)絡(luò)互通仍然占據(jù)主要份額。

短期內(nèi)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)仍然是以透明轉(zhuǎn)發(fā)為主、星上處理為主要工作模式。對(duì)于透明轉(zhuǎn)發(fā)器，衛(wèi)星充當(dāng)射頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)單元。衛(wèi)星5G的架構(gòu)的研究主要面向星上轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)，具體擬解決以下問(wèn)題：

①如何實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)元功能的合理星地、星間分割，尤其是星上處理業(yè)務(wù)流量處于次要地位情況下。

②如何支持星上不落地的直接交換，如TtT(TerminaltoTerminal)呼叫，以及寬帶網(wǎng)狀用戶專網(wǎng)的構(gòu)建。

圖8給出了一種可能的衛(wèi)星5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)想。對(duì)于星上處理業(yè)務(wù)中接入網(wǎng)gNB基站部署在衛(wèi)星上，實(shí)現(xiàn)空中接口的處理，然后借助星間網(wǎng)絡(luò)將基于IP承載業(yè)務(wù)和信令傳遞給核心網(wǎng)。核心網(wǎng)部署在由衛(wèi)星星上處理載荷和關(guān)口站處理載荷構(gòu)成的一體化虛擬的“云”設(shè)施上，其各種服務(wù)可以根據(jù)需求部署在衛(wèi)星或者關(guān)口站。星上處理器是非常寶貴的，大部分業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)功能應(yīng)該調(diào)度在關(guān)口站，當(dāng)支持少量TtT業(yè)務(wù)或者空間多跳回傳業(yè)務(wù)時(shí)，核心網(wǎng)功能可以部署在星上。

在研究5G功能的星地分割合理問(wèn)題時(shí)，主要研究?jī)?nèi)容集中在以下幾點(diǎn)：

a)研究和仿真長(zhǎng)延時(shí)、高誤碼、LEO衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)條件下網(wǎng)元和協(xié)議棧功能在星地之間不同分割方式對(duì)主要流程以及系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)（如業(yè)務(wù)建立延時(shí)、呼通率等）的影響，包括位置更新、隨機(jī)接入、RRC連接建立、與核心網(wǎng)連接建立、鑒權(quán)和加密、無(wú)線承載建立和釋放、尋呼以及切換等；

b)在不同部署方案中，梳理、和評(píng)估協(xié)議內(nèi)上述流程涉及的所有定時(shí)器或者定時(shí)機(jī)制受到的影響；

c)在不同部署方案中，梳理、評(píng)估所有閉環(huán)調(diào)整機(jī)制的性能受到的影響，包括HARQ、定時(shí)提前、功率調(diào)整、測(cè)量和信道信息反饋等機(jī)制。

4、空中接口設(shè)計(jì)

①空中接口分層結(jié)構(gòu)

我國(guó)的天通1號(hào)、國(guó)外的Thuraya-3、Inmarsat-4衛(wèi)星均采用與3GPP-R4/R6相同架構(gòu)以及空中接口分層方法，在保留了上層協(xié)議（主要是NAS層）大部分設(shè)計(jì)前提下，主要在MAC層以下以及RRC協(xié)議上針對(duì)衛(wèi)星特點(diǎn)進(jìn)行了適應(yīng)性設(shè)計(jì)。因此，在空中接口分層結(jié)構(gòu)上，未來(lái)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面5G可采用相同的設(shè)計(jì)方案，如圖9所示。

②雙工模式

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中雙工模式選擇需要考慮幾個(gè)因素：

a）衛(wèi)星、波束（小區(qū)）和終端不斷運(yùn)動(dòng)造成的定時(shí)困難；

b）MIMO在衛(wèi)星中的適用受限，TDD上下行互易性帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮；

c）衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)需要全球范圍內(nèi)的頻率協(xié)調(diào)，并遵循ITU的分配方案，目前可用頻段內(nèi)尚存在可用的對(duì)稱頻段資源，如L頻段的1668-1675MHz（地對(duì)空）、1518-1525MHz（空對(duì)地）。

③波形設(shè)計(jì)

信道模型是空中波形接口設(shè)計(jì)的主要考慮因素。根據(jù)ITU發(fā)布的“Recommendation ITU-R P.681-10(12/2017)，Propagation data required for the design of Earth-space land mobile telecommunication systems”，衛(wèi)星通信信道可以采用兩狀態(tài)Markov模型描述，每個(gè)狀態(tài)又服從Loo模型,模型適應(yīng)性覆蓋0-20Ghz以及城區(qū)、郊區(qū)等多個(gè)場(chǎng)景。低頻段傳輸由于終端的設(shè)計(jì)最小通信仰角可能較低（如銥星為10度），必須考慮信號(hào)多徑傳播效應(yīng)。高頻段由于接收天線存在增益，只能接收有限到達(dá)角范圍多徑信號(hào)，且最小仰角較高（如OneWeb為55度），可以不考慮多徑效應(yīng)。

目前5G下行采用CP-OFDM波形方案，上行采用基于DFT擴(kuò)展的OFDM波形方案DFT-SOFDM或者CP-OFDM，對(duì)應(yīng)子載波帶寬可選15KHz、30KHZ、60KHz、120Kz、240KHz。在衛(wèi)星系統(tǒng)中，波形設(shè)計(jì)除了要考慮對(duì)信道特性的適配之外，峰均比PAPR是一個(gè)重要的約束。根據(jù)目前的研究，DFT-S-OFDM在峰均比性能上優(yōu)于CP-OFDM，但其在抗多徑、寬帶傳輸性能上不具備優(yōu)勢(shì)，這可能導(dǎo)致我們?cè)诟叩蛢蓚€(gè)頻段上作出不同的設(shè)計(jì)組合。

當(dāng)前，DVB-S2采用的單載波時(shí)分復(fù)用模式SC-TDM用于低軌道星座高頻段的下行也受到一定關(guān)注，主要是其具有更低PAPR。OneWeb星座采用了下行SC-TDM、上行DFTS-OFDM的方案，巧妙融合了DVB和3GPP兩個(gè)協(xié)議體系的成果。目前羅德與施瓦茨公司提供了SMW-K130和SMW-K355選件，借助R&SSMW200A信號(hào)源可實(shí)現(xiàn)OneWeb信號(hào)模擬。

④復(fù)用

當(dāng)采用CP-OFDM、DFT-S-OFDM作為波形后，高低頻仍然能夠參考5G的時(shí)、頻、空域資源劃分方式。5G的無(wú)線資源是一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，涉及天線端口、載波、時(shí)隙等多種概念的組合，圖10給出了其基本概念的邏輯組織關(guān)系。

在衛(wèi)星系統(tǒng)中，需要為低速話音業(yè)務(wù)（天通1號(hào)系統(tǒng)話音速率可低至1.2Kbps）或者物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)資源塊RB，減少每個(gè)RB占據(jù)子載波數(shù)和持續(xù)符號(hào)數(shù)，從而降低物聯(lián)網(wǎng)終端、話音終端的發(fā)射功率、功放線性度要求，并提升同時(shí)接入的連接數(shù)。也可以設(shè)計(jì)更小的子載波，如增加7.5KHz配置。如果類似于OneWeb在下行采用SC-TDM，MAC層和物理層需要重新設(shè)計(jì)邏輯信道、物理信道和資源建模方式。

在復(fù)用方面還可以考慮非正交多址技術(shù),但考慮到多個(gè)終端與衛(wèi)星距離差異不大，功率域方案適用性需要仔細(xì)研究。

圖9 空中接口控制面結(jié)構(gòu)

⑤定時(shí)問(wèn)題

對(duì)于GEO衛(wèi)星而言，相對(duì)運(yùn)動(dòng)主要由用戶終端的低速移動(dòng)造成，由此造成的衛(wèi)星與用戶終端的距離變化率和時(shí)延變化率可忽略，定時(shí)提前TA值具有一定的穩(wěn)定性。對(duì)于LEO衛(wèi)星而言，由于衛(wèi)星相對(duì)于終端在不斷運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致衛(wèi)星與終端的距離變化率和時(shí)延變化率不斷變化。

在LEO剛出現(xiàn)或者剛消失時(shí)，對(duì)于終端而言，具有最大的距離變化率，即存在最大的時(shí)延變化率。LEO衛(wèi)星在剛出現(xiàn)的時(shí)刻相對(duì)于終端的徑向速度最大，但不大于衛(wèi)星飛行速度。以軌道高度為800km的衛(wèi)星為例，衛(wèi)星飛行速度約為7.5km/s，終端的往返傳輸時(shí)延約為22ms，期間由于衛(wèi)星移動(dòng)造成的最大距離變化值不高于165m，由此引起的時(shí)間不確定度不高于0.55us。LEO軌道高度分別為800km和1200km時(shí)，最快延時(shí)變化率分別約為22us/s和20us/s，且軌道高度越低，距離和延時(shí)的變化率越高。

在衛(wèi)星移動(dòng)通信中，循環(huán)前綴CP的持續(xù)時(shí)間須達(dá)到最大往返時(shí)延差和最大時(shí)延擴(kuò)展之和，這樣就確保了星上基站在觀察間隔內(nèi)能夠接受到衛(wèi)星移動(dòng)終端發(fā)送的完整序列。衛(wèi)星覆蓋很大，波束中心和波束邊緣用戶的延時(shí)差較大。天通1號(hào)的波束覆蓋區(qū)的10萬(wàn)平方公里，如果簡(jiǎn)單的以直徑除以光速來(lái)設(shè)置CP，則CP長(zhǎng)達(dá)1.2ms。銥星大概一個(gè)波束16萬(wàn)平方公里，CP需要長(zhǎng)達(dá)1.51ms。由于5G的一個(gè)時(shí)隙僅1ms，這顯然是不可行的，此外如前所述這個(gè)延時(shí)還在不停地變化。由于低軌道衛(wèi)星的軌跡是可預(yù)測(cè)的，基于位置進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償是一個(gè)可能的思路。

圖10 5G無(wú)線資源的多維組織結(jié)構(gòu)

圖11 星地虛擬化架構(gòu)示意圖

5、基于SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)虛擬化部署

通過(guò)將與呼叫緊密相關(guān)的核心網(wǎng)就近天基部署在用戶接入衛(wèi)星上，可以達(dá)到加快接入的目的?；跉W洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）的NFV 架構(gòu)以及國(guó)內(nèi)電信廠商的建議，本文設(shè)想了了天地一體化網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)，如圖11所示。實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理實(shí)體主要包括虛擬設(shè)施管理（VIM）、虛擬網(wǎng)元管理（VNFM）和虛擬業(yè)務(wù)編排（VNFO）。

虛擬設(shè)施管理（Virtual Infrastructure Management，VIM）負(fù)責(zé)虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施的管理。作為基礎(chǔ)設(shè)施中處理單元CPU、FPGA等硬件資源既能夠設(shè)置于衛(wèi)星上，也可設(shè)置于地面站。虛擬網(wǎng)元管理（Virtual Network Function Management，VNFM）負(fù)責(zé)5G虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的生命周期管理及其資源使用情況的監(jiān)控。虛擬任務(wù)編排（Virtual Network Function Organization，VNFO）：VNFO負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施和虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能VNF的管理和編排，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。