一、概述

不连续覆盖架构（Discontinuous Coverage Architecture）主要适用于LEO（低地球轨道）和MEO（中地球轨道）卫星，因为GEO（地球静止轨道）卫星的覆盖区域通常是地球表面上的静态投影，因此其覆盖区域可以与地面网络相同方式处理。本文将详细总结和说明该解决方案，以帮助读者生更深入地理解在5G系统中如何应对不连续的卫星覆盖。

1.1不连续覆盖下的系统要求

在不连续的卫星覆盖情况下，UE和网络都需要了解不在覆盖范围内的时间。这对UE优化其电力预算并知道何时需要监听寻呼非常重要。网络也需要同样的知识，以避免对已知不可达的UE进行寻呼。如果网络支持高层通信（HLcom），则当CN接收到针对不可达UE的下行（DL）数据包时，可以触发核心网络的DL数据缓冲。

为了提高UE不可达时间段的预测准确性，可以使用网络数据分析功能（NWDAF）。NWDAF通过提供更精确的UE不可达时间段估计，帮助AMF进行更准确的预测，尤其是在网络能够充分了解UE的移动性并预测其轨迹的情况下。由于卫星星历数据被假定通过系统信息块（SIB）广播，容量限制可能不允许分发完整的卫星星座信息。因此，UE可能只会从NG-RAN接收到一些选定的卫星邻居的信息。对于静态UE，这可能已经足够，但对于移动的UE，如果能考虑整个卫星星座的属性和观察到的UE轨迹，则可以提高UE可达性预测的准确性。

二、高层架构原则

下图展示了AN向UE提供卫星星历信息的呼叫流程。UE使用这些信息在NAS信令中与AMF协商不可达时间段，这样UE和AMF都知道这一时间段。

此流程包括以下步骤：

1. NG-RAN在RRC信令中向UE提供服务小区的卫星星历信息。UE确定其在服务小区内仍然覆盖的时间。

2. UE在其注册请求中包含不可达时间段。不可达时间段告诉AMF由于UE位置的不连续卫星覆盖所导致的预期不可达时间段。

3. AMF可能会向NWDAF请求UE不可达时间段估计。如果NWDAF拥有足够的UE轨迹历史和卫星星座的星历信息，它会返回UE不可达时间段估计给AMF。

4. AMF将不可达时间段存储为AMF中UE上下文的一部分，并在该时间段内将UE视为“不可达”。AMF回显UE请求的不可达时间段以确认已注意到。

5. 由于覆盖间隙导致的不可达期间，UE不可达。如果UE在不可达时间段结束前找到覆盖，可以发起上行信令或发送上行数据。如果UE在不可达时间段结束前找到未预期的覆盖，可以发起额外的注册更新过程。

6. 目标UE的下行数据在由于不连续覆盖而不可达期间到达。

7. SMF在接收到下行数据通知后，请求AMF进行下行数据传输。

8. AMF基于UE在先前注册过程中步骤2中提供的不可达时间段，知道UE不可达。AMF在TS 23.502第4.2.3.3节中规定的估计最大等待时间内包含相应的估计值。

9. 如果SMF支持扩展的DL数据缓冲，则SMF根据TS 23.502 规定启动下行数据缓冲。

三、对服务、实体和接口的影响

3.1 AN

• 能力：向 UE 发送卫星星历。

3.2 远程 UE

• 能力：基于卫星星历信息确定无法连接周期。

• 能力：在注册请求中指示无法连接周期。

3.3 AMF

• 能力：在协商无法连接周期后将 UE 视为不可连接。

• 可选项：从 NWDAF 获取更好的 UE 可达性估计。

3.4 NWDAF

• 能力：基于卫星星座和任何可用的 UE 历史信息确定 UE 无法连接周期。

3.5 服务影响

• 可能会受到 UE 无法连接周期的影响，例如呼叫失败、数据传输中断等。

• 可能受益于扩展的 CN DL 数据缓冲，以减少服务中断。

3.6 接口影响

• NG-RAN 和 UE 之间的 RRC 接口将用于传输卫星星历。

• UE 和 AMF 之间的 NAS 消息将用于协商无法连接周期。

• AMF 和 NWDAF 之间的接口（如果有）将用于提供 UE 无法连接周期估计。

• SMF 和 AMF 之间的 N1 接口将用于 DL 数据传输，其中包括估计的最大等待时间，以指示 UE 的无法连接周期。

四、方案优点和缺点

4.1 优点

• 该方案适用于 LEO、MEO 和 GEO 卫星。

• 该方案允许 UE 和网络都知道 UE 的无法连接周期，从而优化资源和服务。

• 该方案支持扩展的 CN DL 数据缓冲，以减少服务中断。

• 该方案可以利用 NWDAF 来进一步提高 UE 无法连接周期的准确性。

4.2 缺点

• 该方案需要 UE 和网络支持新的功能。

• 该方案可能会增加网络的复杂性。

• 该方案的性能可能取决于 NWDAF 的准确性。

五、总结

本文详细解释了不连续覆盖架构的解决方案，特别是在LEO和MEO卫星覆盖下的5G系统中如何处理用户面的不可达时间段。通过理解这些架构原则和处理机制，读者能够更好地掌握在卫星通信环境中5G网络的优化和性能提升方法。这不仅需要对具体技术细节的理解，还需要对整体网络架构和信令流程的把握。希望本文能够为深入研究和实践提供有价值的参考.