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3GPP NTN(非地上ネットワーク) 仕様解説

2022/09/08に公開約25,100字

1 Introduction

この記事は、3GPP Release-17で策定されたNTN(Non-Terrestrial Network)の仕様について解説するものです。恐らく日本語で読める唯一の3GPP NTN仕様解説の記事かと思います。
3GPPでは5Gの初期リリースであるRelease-15から地上系ネットワークと衛星ネットワークの統合の重要性が認識されており、Release-17でNTNの初期フェーズの仕様が確定した。現在も、Release-18でフェーズ2、Release-18でフェーズ3の検討が継続して行われている。
標準化活動は、RAN(Radio Access Network - 無線アクセスネットワーク)、SA(Service & System Aspect - サービスとシステムアーキテクチャ)、CT(Core Network & Terminal - コアネットワークと端末)のTSG(Technical Specification Group - 技術仕様グループ)にわたり、複数のNTN関係のSI(Study Item - スタディアイテム)とWI(Work Item - ワークアイテム)が立ち上げられ、それぞれ研究及び仕様の標準化活動が行われてきた。
下図には、3GPP RAN/SA/CTにおけるNTN関係のSI及びWIを示している。なお、SIの目的は課題提起と解決策の検討であり、技術仕様の策定までは含まれないことに注意されたい。技術仕様の策定は通常SIでの検討結果を用いてWIの活動の中で行われる。

この記事では、Release-17までの検討で合意された技術仕様の概要に焦点を当てるため、上図で赤字ハイライトした2つのWIをRANパート、SAパートとして解説の対象としている。

  • RANパート:Solutions for NR to support non-terrestrial networks (NTN), NR_NTN_solutions, 860046, Rel-17, RP-210908
  • SAパート:(Stage 2 of) Integration of satellite components in the 5G architecture, 5GSAT_ARCH, 860005, Rel-17, S2, SP-191335

2 RAN Part

RANの各WGで影響のあった仕様書、または新規に作成された仕様書の一覧を下に示す。本解説記事はこれらの仕様に基づいているが、仕様を規定した背景の解説のため、TR 38.821などの技術レポートも一部参照している。

RAN1
[1] TS 38.211 NR; Physical channels and modulation
[2] TS 38.213 NR; Physical layer procedures for control
[3] TS 38.214 NR; Physical layer procedures for data

RAN2
[4] TS 38.300 NR; Overall description; Stage-2:
[5] TS 38.304 NR; User Equipment (UE) procedures in idle mode and in RRC Inactive state
[6] TS 38.306 NR; User Equipment (UE) radio access capabilities
[7] TS 38.321 NR; Medium Access Control (MAC) protocol specification
[8] TS 38.322 NR; Radio Link Control (RLC) protocol specification
[9] TS 38.323 NR; Packet Data Convergence Protocol (PDCP) specification
[10] TS 38.331 NR; Radio Resource Control (RRC); Protocol specification

RAN3
[11] TS 38.401 NG-RAN; Architecture description
[12] TS 38.410 NG-RAN; NG general aspects and principles
[13] TS 38.413 NG-RAN; NG Application Protocol (NGAP)
[14] TS 38.423 NG-RAN; NG-RAN; Xn Application Protocol (XnAP)

RAN4
[15] TS 38.101-5 NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception, part 5: Satellite access Radio Frequency (RF) and performance requirements
[16] TS 38.108 NR; Satellite Access Node radio transmission and reception
[17] TS 38.133 NR; Requirements for support of radio resource management
[18] TR 38.863 Non-terrestrial networks (NTN)related RF and co-existence aspects

[19] R2-2207097 Draft Summary for NR support for Non-Terrestrial Networks (NTN)

2.1 Overall architecture

下図に示すように、NTNアクセスは、NTNペイロード、すなわち衛星に搭載されたネットワークノードと、フィーダーリンクによって相互接続された NTN ゲートウェイによって提供さる。UE はサービスリンクを介してNTNペイロードからNTNネットワークサービスにアクセスする。


TS 38.300 Figure 16.14.1-1

NTNペイロードを搭載する機体は衛星または航空機の使用が想定される。

  • 衛星:GSO(Geosynchronous Orbit)衛星およびNGSO(Non Geosynchronous Orbit)衛星。
  • 航空機:高高度プラットフォーム(High Altitude Platform):高度8〜50kmで準定常的に運用される無人航空機

参考として、TR 38.821に整理されているNTNプラットフォーム(NTNのペイロードを搭載する機体)の種類を示す。

リリース17でのNTNペイロードは、UEからサービスリンクを介して受信した無線プロトコルをNTNゲートウェイにフィーダリンクを介してへ透過転送する(逆方向も同様に透過転送する)。gNBは複数のNTNペイロードに対応し、NTNペイロードは複数のgNBによって提供されることもできる。

TR 38.821でのNTNアーキテクチャにおいては、NTNペイロードには透過中継型(Transparent)と再生中継型(Regenerative)の2つが検討されたが、リリース17での仕様では透過中継型のみサポートされることになった。再生中継型のサポート時期は現時点では不明であるが、リリース18か将来のリリースでサポートされる可能性がある。参考として、TR 38.821での透過中継型と再生中継型のアーキテクチャ図を下に示す。

透過中継型衛星アーキテクチャ

再生中継型衛星アーキテクチャ

サービスリンクは以下の3種類がサポートされている。

  • 地球固定(Earth-fixed):常に同じ地域をカバーするビームによって提供される(例:GSO衛星の場合)。
  • 準地球固定(Quasi-Earth-fixed):ある期間はある地域を、別の期間は別の地域をカバーするビームによって提供される(例えば、ステアラブルビームを生成するNGSO衛星の場合)。
  • 地球移動型(Earth-moving):地表を移動するビームを提供(固定ビームや非ステアラブルビームのNGSO衛星の場合)。

衛星観点では、サービスリンクは以下のように整理できる。

  • GSO衛星:地球固定(Earth-fixed)
  • NGSO衛星:準地球固定(Quasi-Earth-fixed)、地球移動型(Earth-moving)

2.2 Timing, Synchronization and HARQ enhancements(RAN1)

地上5Gでの伝搬遅延(propagation delay)は通常1msと小さい。対して、NTNではサービスリンクとフィーダリンクでの伝搬遅延とドップラー効果が地上ネットワークと比較して格段に大きくなるため既存のタイミングアドバンス(Timing Advance - TA)、同期、HARQを適用することができない。そのため、これらのメカニズムの多くが修正されている。

以下はNR物理レイヤーの解説として、参考となる記事、論文のリンクです。
5GにおけるNR物理レイヤ仕様, NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル Vol. 26 No. 3(Nov. 2018)
Synchronization Procedure in 5G NR Systems, IEEE Access

Timing Advance and Doppler shipt compensation

NTNにおける大きな伝搬遅延に対処するため、共通TA(Common Timing Advance)と2つのスケジューリングオフセットK_offsetとk_macが機能拡張された。

NRにおけるgNBとUEの送信タイミングの制御では、gNB(DL)は全てのgNBが同一のタイミングで送信し、UEが送信する信号をgNBの送信と同じタイミングで受信するように、UEはDL受信タイミングからTAを前倒したタイミングに送信する。TAはUEとgNB間の伝搬遅延の2倍となる。NTNでは大きな伝搬遅延のためDLとULのフレームタイミングの差が非常に大きくなり、また大きいTAの値が必要となる。この関係はTR 38.821の下図のように示される。

下図に示すように共通TA、K_offset、k_macは以下のように定義されている。

  • 共通TA:参照点とNTNペイロード間のRRTに対応するオフセット "a configured offset that corresponds to the RTT between the Reference Point (RP) and the NTN payload"
  • K_offset:サービスリンクRTTと共通TAの和に対応するオフセット "a configured scheduling offset that approximately corresponds to the sum of the service link RTT and the common TA"
  • k_mac:参照点とgNB間のRTTに対応するオフセット "a configured offset that approximately corresponds to the RTT between the RP and the gNB"

DUとULフレームはUL時間同期(uplink time synchronization)参照点(RP - Reference Point)で整合する。

ネットワークは、各NTNセルで衛星エフェメリス情報と共通TAパラメータをSIB19で報知する。SIB19は衛星関連情報の報知のため新規追加されたSIBであり後で解説する。Release-17のNTN対応UEは全てGNSSをサポートしていることを前提としているため、NTNセルに接続する前に有効なGNSS位置情報と衛星エフェメリスおよび共通TAを取得する。アップリンクの同期を実現するために、UE はランダム・アクセスの前に、衛星エフェメリスを通じて共通TA、UE の位置、衛星の位置および速度を考慮し、同様にTAを自律的に事前補正する。周波数ドップラーシフトも同様に自立補正がなされる。
Connectedモードでは、UEはTiming Advanceとドップラーシフト補正を継続的に更新する。UEは、タイマーに基づき衛星エフェメリスの情報が古いと判断した場合は送信を実行しない。UEは、初期アクセス時またはConnectedモード時にTiming Advanceを報告するように指示することができる。Connectedモードでは、Timing Advanceのトリガーによる報告がサポートされる。

サービスリンクで発生する瞬間的なドップラーシフトの事前補正は、アップリンクではUEが実行するが、フィーダーリンクで発生するドップラーシフトの管理はネットワークの実装依存とされている。

HARQ

NTNにおけるHARQのストール(stall - 詰まり)の影響を軽減するために、RLC層におけるARQ再送信の存在下でHARQフィードバックを無効にすることができるようになった。さらに、MAC層における再送信のためのHARQプロセスの数を増加させることができるようになった。

2.3 Mobility Management (RAN2)

UEはNTNと地上ネットワーク間のモビリティ(NTN から地上ネットワーク(ハンドイン)、地上ネットワーク から NTN(ハンドアウト))をサポートする。NTNと地上ネットワークの両方に同時に接続する必要はない。また、異なる軌道(高度が異なるGSO、NGSO)に基づく無線アクセス技術間の移動もサポートすることができる。
NTNでのモビリティを可能にするため、ネットワークはハンドオーバーコマンドでターゲットとなるNTNセルへのアクセスに必要なサービングセルと隣接セルの衛星エフェメリスを提供する。
UE が候補セルへの条件付きハンドオーバ(Conditional Handover - CHO)を実行するためのトリガ条件として、時間ベースのトリガ条件(time-based trigger condition)、位置ベースのトリガ条件(location-based trigger condition)が導入された。最後の2つの条件は、測定に基づくトリガ条件(measurement-based trigger conditions)の 1 つと一緒に設定される。

ここで、CHOについて補足しておく。Release-15でのハンドオーバーではハンドオーバーの実行はgNBの判断に基づき、gNBはUEにハンドオーバーコマンドを送信し、UEは即座にハンドオーバーを開始しなければならなかった。ハンドオーバーの成功率を上げるために、Release-16では特定の条件が満たされた場合にUEがハンドオーバーを実行するか決める条件付きハンドオーバ(Conditional Handover - CHO)が導入された。CHOではターゲットセル毎に最大2つの実行条件を設定することができる。上記のように、NTNでのモビリティでは、測定に基づくトリガ条件は必ず用いられ、それに加えて時間ベースのトリガ条件と位置ベースのトリガ条件の何れかを用いることが可能である。

地上ネットワークで利用されているトリガ条件が不十分な理由は下図(TR 38.821)から説明できる。

地上ネットワークでは、セルの中心部と比較してセルのエッジではRSRP が顕著に低下するため、UE はセルのエッジ近傍にいると判断できる。この現象は、NTNではそれほど顕著ではなくセルの中心部とエッジでRSRPで有意な差が見られない場合がある。つまり、2つのセルでオーバーラップしている領域で2つのビームの信号強度にわずかしか差が生じない場合がある。そのため、既存のハンドオーバートリガであの測定イベント(A3 Eventなど、TS 38.331や記事を参照)では、UEはより良いセルを区別することが困難になる。その結果、セル間でUE ping-pong現象が発生しハンドオーバーのロバスト性を低下させる原因となってしまう。そこで、時間ベースのトリガ条件と位置ベースのトリガ条件が新たに追加された。

これらのCHOのトリガは、TR 38.821 7.3.2.2.2に以下のような説明がある。

  • 測定に基づくトリガー(measurement-based trigger):A4 Eventなどがベースラインとして使用される。例えば、NTN ではセル中心部とセル端部で測定されるセル品質のばらつきが小さいため、トリガーの閾値やどの測定イベントをトリガーとして使用するかは、NTN 環境を考慮した設定にする必要がある。
  • 時間ベースのトリガ(time-based trigger):ある地域がサービスを受ける時間を考慮したトリガ条件。独立または別のトリガ(測定ベースなど)と一緒に考慮することができる。UTC 時間に基づくか、またはタイマーベースのソリューションである。LEOシナリオにおける時間ベースのCHOは、決定論的な衛星の動き(deterministic satellite movement)を考慮する。
  • 位置情報(UE および衛星)トリガ(location-based trigger):UE および衛星の位置に基づく追加のトリガ条件。独立または別のトリガ(測定ベースなど)と一緒に考慮することができる。LEOシナリオにおける位置ベースのCHOは、決定論的な衛星移動を考慮する必要がある。例えば位置トリガー条件は、UEと衛星の間の距離として表現されることができる。
    これら条件付きハンドオーバに必要となる衛星エフェメリスや閾値などはSIB19で報知されることとなった。

測定(Measurement)では、以下のようなシナリオへ対応するためSMTCが導入された。
LEO衛星S1によってサービスを受けるUEが、新たに到来するLEO衛星S2のカバレッジ内にある場合を考える。UEは、UEに提供された測定設定に基づいて、モビリティのためにS2から発信される近隣セルの測定を実行する必要があるが、UEから衛星S1およびUEから衛星S2への伝搬遅延差は大きく変化する可能性がある。そのため、伝搬遅延差を考慮しない場合、UEはSSB/CSI-RS 測定ウィンドウを見逃す可能性があり、設定された基準信号(RS)の測定を行うことができなくなる。そこで、ネットワークは、伝搬遅延差とエフェメリス情報を使用して、キャリアごとに、また UEの能力に応じて所定のセルセットに対して、複数のSMTC(SS/PBCH Block Measurement Timing Configuration)を並行して構成することができるようになった。また、複数のSMTCに基づく測定ギャップを設定することも可能としている。

SMTCの調整は、CONNECTEDモードではUEアシステンス情報に基づきNW制御で可能であり、IDLE/INACTIVEモードではUE位置と衛星アシスタンス情報(エフェメリス、共通TAパラメータなど)に基づきUE制御で可能である。

準地球固定(quasi-earth fixed )セルシナリオでは、UEはRRC_IDLE/RRC_INACTIVEで時間ベースおよび位置ベースの測定を実行することができる。セルに関連するタイミング情報および位置情報は、システム情報(SIB19)で提供される。これらはそれぞれ、サービングセルが地理的なエリアへのサービスを停止する時刻(t-Service)と、サービングセルの基準位置(referenceLocation)を参照する。まとめると以下のような関係になります。

  • 時間ベースの測位:サービングセルが地理的なエリアへのサービスを停止する時刻(t-Service)を参照
  • 位置ベースの測位:サービングセルの基準位置(referenceLocation)を参照

トラッキングエリア(Tracking Area - TA)は、固定された地理的なエリアに対応する。

ネットワークは、特に地球移動セルカバレッジのために、セルのエッジでの信号負荷を低減するために、NR NTNセル内のPLMNごとに複数のTAC(Tracking Area Code)を報知することができる。SIBにおけるTACの変更はネットワークにより行われる。
下図は、TS 38.821 Figure 8.2.2-3では欧州の国ごとにTAを割り当てて、1つの衛星のビームが複数の国に跨るケースを示している。

UEの位置情報については、ネットワークの要求に応じて、ConnectedモードでASセキュリティが確立された後、UEは自身の粗い(coarse)UE位置情報(精度約 2km の粗い GNSS 座標)をNG-RAN に報告することができる。UEが粗いUE位置情報を提供できない場合、"no coarse GNSS location available"を報告する。

Network-assistance information for UE measurement and mobility

UEと異なる衛星に属するセルとは、タイミングやドップラーシフトの観点から時間的に変化する性質があるため、UEは近隣セルの測定前にセル検出を繰り返し行う必要がある場合がある。(一方、地上システムでは一度セルが検出されれば測定のためにセル検出を繰り返し行う必要はない。)UE の実装の影響と消費電力を低減するために、測定(measurement)用の情報セットがネットワークから提供されることが望ましい。同様に、UEが現在の衛星と異なる衛星内のセルにハンドオーバーを実行する場合、現在のサービングセルを介して、モビリティ用の情報セットがネットワークからUEに提供されることが望ましい。このような背景からそれぞれの用途に対して以下の情報セットが提供されるようになった。

  • 近隣セル測定の補助に用いられる情報セット
    • Ephemeris
    • Epoch time
    • Feeder link propagation delay
    • Validity timers
    • Downlink polarization information
  • モビリティ(ハンドオーバー)の補助に用いられる情報セット
    • Ephemeris
    • Epoch time
    • Feeder link propagation delay
    • Validity timer
    • Downlink and uplink polarization
    • K_offset
    • K_mac

SIB19

これまで見てきたように、UEに対してはネットワークから様々なNTN関連情報を提供する必要がある。この情報を報知するためSIB19が新たに規定されている。SIBはTS 38.331で規定されSIB19で追加された各フィールドは以下の通りである。

  • distanceThresh: サービングセル基準位置からの距離であり、RRC_IDLEおよびRRC_INACTIVEにおける位置ベースの測定開始で使用されるものである。各ステップは50mを表す。
  • ntn-Config: エフェメリスデータ、共通TAパラメータ、k_offset、UL同期情報の有効期間、エポックなど、UEがNTNアクセスによりNRにアクセスするために必要なパラメータを提供する。有効期間(ntn-UlSyncValidityDuration)は、必須で存在する。
  • ntn-NeighCellConfigList: ntn-Config、キャリア周波数、PhysCellIdを含むNTNネイバーセルのリストを提供する。maxCellNTN-r17(=4)がRel-17で設定できる最大数となる。
  • referenceLocation: RRC_IDLEとRRC_INACTIVEにおけるロケーションベースの測定開始で使用される。
  • t-Service: NTN 準地球固定システムを介して提供されるセルが、現在カバーしているエリアでのサービスを 停止する時刻情報を示す。グレゴリオ暦より 10ms 単位で経過した時刻を表す。このフィールドは、システム情報の変更を判断する際に除外される。すなわち、t-Service を変更しても、システム情報の変更通知や SIB1 の valueTag が変更されることはないはずである。正確な停止時刻は、本フィールドの値から 1 を引いた時刻と本フィールドの値で示される時刻の間とする。

例えば、ntn-Configには以下のようなパラメータが含まれている。

ntn-Configの中のEphemerisInfoには以下のようなパラメータが含まれている。

以下はTR 38.821に記載されている必須エフェメリスパラメータを図示したものである。

各フィールドの詳細についてはTS 38.331を参照されたい。

2.3a UE radio access capability

TS 38.306ではNRにおいてUEの無線アクセス能力のパラメータを定義している。このパラメータはRRCメッセージに格納されUEからgNBに送信される。Release-17ではNTNの能力を示すための各種パラメータが拡張された。
TS 38.306 4.2.2より抜粋

  • nonTerrestrialNetwork-r17: Indicates whether the UE supports NR NTN access. If the UE indicates this capability the UE shall support the following NTN essential features, i.e., timer extension in MAC/RLC/PDCP layers and RACH adaptation to handle long RTT, acquiring NTN specific SIB and more than one TAC per PLMN broadcast in one cell.(NTNの基本機能のサポートを示す)
  • ntn-ScenarioSupport-r17: Indicates whether the UE supports the NTN features in GSO scenario or NGSO scenario. If a UE does not include this field but includes nonTerrestrialNetwork-r17, the UE supports the NTN features for both GSO and NGSO scenarios, and also supports mobility between GSO and NGSO scenarios. (サポートする衛星軌道シナリオ(GSOかNGSOか)を通知できる)

TS 38.331 (RRC)の6.3.3 UE Capability information elementsのUE-NR-Capabilityから以下のように確認できる。

位置ベースと時間ベースのCHOの能力を示すパラメータとしてlocationBasedCondHandover-r17timeBasedCondHandover-r17も追加されている。

2.4 Switch-over (RAN3)

フィーダリンクのスイッチオーバーは、特定のNTNペイロードのためにフィーダリンクがソースNTNゲートウェイからターゲットNTNゲートウェイに変更される手順である。下図(TR 38.821 Figure 8.7.1.1-1)に示すように、LEOのような移動する衛星においては、フィーダーリンクのスイッチオーバーは必須の手順になる。NTNアーキテクチャの観点から、スイッチオーバーの前後でゲートウェイに接続されているgNBが異なるか同一かによりオプションが分かれるが下図ではgNBが異なるオプションについて図示している。

もし、NTNペイロードが単一のフィーダーリンクのみにサービングされている場合、GW1経由のgNB1と接続している全てのUEのRRCコネクションが切断されてしまう。GW2経由のgNB2と接続が回復してからUEは初期アクセスからやり直す必要がある。これはハードフィーダーリンクスイッチオーバーと呼ばれ、NTNペイロードが同時に1つのGWにしか接続出来ない時に発生する。NTNの研究段階において(TR 38.821 8.7.1)は、ハードフィーダーリンクスイッチオーバーを回避してサービス継続性(Service Continuity)を確保するための解決策として、ソフトフィーダーリンクスイッチオーバーが提案された。この方式では、NTNペイロードは同時に2つ以上のNTNゲートウェイとの接続を可能としてフィーダーリンク間の移行をシームレスに提供することを可能とする。NTN仕様化においては、ハードとソフトの両方がNTNに適用可能となった(TR 38.300 16.14.4)。
下図はソフトフィーダーリンクスイッチオーバーの挙動を表している。時刻T1.5はフィーダーリンクの切り替え期間であり、一時的にGW1とGW2の両方に接続している。GW1とGW2の両方のgNBから生成されるセルにカバーされるため、通常のハンドオーバー手順が適用可能となる。

TS 38.300 16.14.4.3のスイッチオーバーの動作手順の仕様では、NTN制御機能(NTN Control Function)のスイッチオーバーでの役割が説明されている。Annex B.4(Example implementation of Non-Terrestrial Networks)において、NTN制御機能は、NTNインフラストラクチャ(NTNペイロードとNTNゲートウェイ)の無線リソースと同様に、衛星を制御し、NTN以外のgNB機能に対して、エフェメリスなどの制御データを提供するとある。スイッチオーバーにおいては、このNTN制御機能が2つのgNB間でフィーダリンクの切り替えが実行される時点を決定する。フィーダリンクの切り替え時にはハンドオーバーが発生するため、影響を受けるUEのコンテキストの2つのgNB間でのコンテキスト転送が必要となる。ハンドオーバーは、NGベースまたはXnベースで実行される。NTN制御機能によってgNBに設定情報が提供されるが、この方法は実装依存としている。

2.5 NG-RAN signalling (RAN3)

Cell ID

地上ネットワークでは基地局が固定されている前提によりセルがカバーする範囲も固定されると扱ってよく、gNBからコアネットワークに通知されるUEが在圏するセルIDはULI(User Location Information)の一部として扱うことができていた。一方、NTNではNTNペイロードは常に移動する可能性があるため、地上ネットワークのセルの原則を適用するには、特定の地理に対してマッピングされたセルIDを使用する必要がある。そこで、RAN3ではMapped Cell IDが導入された。
Mapped Cell IDは、NTNペイロードの軌道やサービスリンクの種類に無関係に、特定地域を示すIDとして使用される。そのため、ULIの一部として使用してコアネットワークに通知し、ページングの最適化、AoI(Area of Interest)、PWS(Public Warning Safety)などに使用することができる。また、ハンドオーバーの際には、Mapped Cell IDはUEの位置情報の把握によりターゲットセルの選択に利用することができる。Cell IDと地理エリアとのマッピングはRANとコアネットワークに設定されておく必要がある。

Mapped Cell IDのマッピングは、事前に設定することもあれば(オペレータのポリシーによる)、実装によって設定、変更される場合もあります。例えば、gNBは、UEから受信したUE位置情報(GNSS?)がある場合、それに基づいてMapped Cell IDを作成、更新することもできる。

TAI (Tracking Area Identity)

上述したように、トラッキングエリア(Tracking Area - TA)は、固定された地理的なエリアに対応する。NTNセル内のPLMNごとに複数のTAC(Tracking Area Code)を報知することができる。

NGAPでは、NR NTN TAI Information IEが追加され、gNBは、報知されたTAC(複数可)をNR NTN TAI Informationに格納し以下のようにULIの一部としてAMFに報告する。なお、上述したMapped Cell IDはNR CGI(Cell Global Identity)として格納される。

このNR NTN TAI Information IEにおいて、特定セルで報知した複数TACはTAC List In NR NTN IEに格納される。

User Location Information IEは、NAS Transport MessageのInitial UE MessageやUplink NAS Transportで設定が必須となっている。また以下のように、Location Reportでの通知にも使用される。

RAT Information

TS 38.413ではRAT情報としてnR-LEO, nR-MEO, nR-GEO, nR-OTHERSATが流通できるように拡張された。RAT情報はTAC毎に設定でき、NG SETUP REQUESTでAMFに通知される。RAT情報はTS 23.501の手順で利用される。SAパートで後述する。

2.6 AMF (Re-)Selection by gNB (RAN3)

NTNはセルのカバー範囲が広いことから、NTNペイロードに接続するgNBが複数の国のコアネットワークに接続しコネクティビティを提供するケースがある。国毎にレギュレーションは異なるため、gNBはUEが所在する国のコアネットワークのAMFを選択しなければならない。
詳細はTS 38.410のNAS Node Selection Functionを参照されたい。

2.7 O&M Requirements (RAN3)

O&AはNTN関連パラメータをgNBに提供する(2.9.Deployment Scenarioで詳細を記載する)。TS 38.300 16.14.7には必須で提供しなければならないNTN関連パラメータを以下のように整理している。

  • Ephemeris information for the NTN vehicles.
  • Two different sets of ephemeris format shall be supported:
    • Set 1: Satellite position and velocity state vectors:
      • Position(位置);
      • Velocity(速度).
    • Set 2: At least the following parameters in orbital parameter ephemeris format, as specified in NIMA TR 8350.2:
      • Semi-major axis(半長径);
      • Eccentricity(離心率);
      • Argument of periapsis(近地点引数);
      • Longitude of ascending node(昇交点黄経);
      • Inclination(軌道傾斜角);
      • Mean anomaly(平均近点角) at epoch time(元期) to.
  • The explicit epoch time associated to ephemeris data;
  • The location of the NTN-Gateways;
  • Additional information to enable gNB operation for feeder/service link switch overs.

ここで、衛星のエフェメリスとNTNゲートウェイの位置は、少なくともアップリンクのタイミングと周波数同期のために使用される。また、ランダムアクセスやモビリティ管理の目的でも使用される可能性がある。また、O&MがgNBに提供するNTN関連パラメータは、地球固定ビーム、準地球固定ビーム、地球移動ビームなど、サポートするサービスリンクのタイプに依存する場合がある。

2.8 RF performances and RRM requirements (RAN4)

RAN4では、TR 38.863で行われた検討に基づき、NTNのNRダイレクトアクセスで利用する周波数バンドや、NTNで動作するUEとSAN(Satellite Access Node)に対して最小RF要件とパフォーマンス要件(Minimum RF and Performance requirement)を規定している。TS 38.101-5はUEに対して、TS 38.108はSANに対して規定している。
周波数バンドについては、FR1(Frequency Range 1)に対して、衛星通信で用いられるMSS(Mobile Satellite Service)の周波数帯である、SバンドとLバンドがそれぞれn256、n255として新たに追加された。

SAN(Satellite Access Node) type

TS 38.108では、SANは要件を定義する参照点(Reference point)によりSAN type 1-HとSAN type 1-Oの2つのタイプに分けられている。
SAN type 1-Hは放射特性(Radiated characteristics)と伝導特性(Conducted characteristics)を定義する2つの参照点がある。放射特性はOTA(Over The Air)として定義されRIB(Radiated Interface Boundary)と呼ばれる。伝導特性はTAB(Transceiver Array Boundary)として定義される。

SAN type 1-Oは1つの参照点のみであり、OTA、RIB(Radiated Interface Boundary)で定義される。

Operating Bands

リリース17のNTNでのオペレーションバンドはFR1(410~7125MHz)であり、新たにNTN用にn256とn255が追加された。NTN用のバンドはn256から降順で番号が振られているため、n256から記載している。

UE/SAT Channel Bandwidth

UEとSATのチャネル帯域幅はそれぞれの仕様書(TS 38.101-5、TS 38.108)の5.3節に規定されている。
UEチャネル帯域幅は、UEでのアップリンクまたはダウンリンクで単一のRFキャリアをサポートします。

  • SANの観点からは、SANに接続されたUEへの送信およびUEからの受信のために、同じスペクトル内で異なるUEチャネル帯域幅がサポートされる場合がある。
  • UEの観点からは、UEは1つまたは複数のBWP/キャリアで設定され、各々が独自のUEチャネル帯域幅を持つ。
    下図にチャネル帯域幅、ガードバンドおよび送信帯域幅設定(Transmission Bandwidth Configuration)の関係を示す。

    下図にUEチャネル帯域幅とSCS(Subcarrier Spacing)に対する最大送信帯域幅設定N_RBの関係示す。

    下図にUEチャネル帯域幅とSCS(Subcarrier Spacing)に対する最小ガードバンドの関係示す。

RF Requirements

NTN 対応 UE(TS 38.101-5)の RF 要件は、地上波ネットワークで動作するUEと同じRF性能を要求している。これにより、NTN または地上波ネットワークの両方への接続を可能にしている。このRF要件は下記のNTN-TN Coexistenceの分析に基づいている。
TS 38.108 に定義される SAN のRF要件は、TS 38.104 に定義される地上波ネットワークのBS RF要件と比較すると低い。

UE Power ClassはNRキャリアのチャネル幅における最大出力(Maximum output power)を規定している。TS 38.101-5 6.2.1 UE maximum output powerでは、NR satellite bandのn256, n255ではClass 3が適用され23dBmが最大出力であることを規定している。

NTN-TN Coexistence

新たに規定されたn256(MSS Sバンド)は地上n1(FDD)とn34(TDD)に周波数帯が隣接することから、NTNとTNの共存シナリオがTR 38.863で研究されている。下図はn256に隣接する周波数帯である。

n256を利用する場合はn1とn36に影響を与えないように保護しなければならない。

共存シナリオので検討されるパラメータは、送信機要件となるACLR(Adjacent Channel Leakage Ratio)と受信機要件となるACS(Adjacent Channel Selectivity)に基づいて得られる。NTNにおいては、既存システムである地上BSとUEに対して影響を避けることを要件としているため、その制約条件下でSANとNTN UEのRF要件を定義することとなった。
TS 38.863に記載の地上2GHz帯でのACLR/ACS

SANとNTN UEのACLRとACSは、TR 38.863での分析の結果、下表のように合意された。
NTN UEは地上UEと同じACLR/ACS値となっており、これがNTN UEのRF要件となっている。SANのACLR/ACSはGEO/LEOの2つのクラスでそれぞれ規定されている。

Radio Resource Management

NTNにおけるRRM(Radio Resource Management)のための特定の要件は、TS 38.133で定義されている。これらの要件は主に、異なる手順におけるタイミングや周波数エラーと同様に、特定の遅延に関連している。

HAPS

HAPSのRF要件はTS 38.104で、追加変更なしにワイドエリアBSクラスを参照するHAPS BSクラスとして定義されています。また、HAPSの動作には FDDのn1(1920 -1989 MHz (Uplink) / 2110 - 2170 MHz (Downlink))を適用するとしています。

現行の TS 38.101-1 で定義されている NR UE は、TS 38.101-1 に追加変更を加えることなく、HAPSをサポートすることが可能です。

2.9 Deployment Scenario

TS 38.300のAnnex B(informative)- 仕様ではなく参考資料の位置づけ-ではいくつかのデプロイメントシナリオを提示しているが、NTN仕様化に伴い、Annex B.4 Example implementation of Non-Terrestrial Networksが追加された。TS 38.300 Figure 16.14.1-1より具体化されており理解の助けになるため解説する。


上図に示されるgNBは、NTNインフラストラクチャ部とnon-NTNインフラストラクチャ部に分割される。NTNインフラストラクチャ部はNTNペイロード、NTNゲートウェイ、NTN制御機能(NTN Control Function)で構成される。NTNペイロードは人工衛星やHAPSに搭載される。
NTN制御機能は、衛星やHAPSおよびNTNペイロード、NTNゲートウェイの無線リソースを制御する。また、non-NTNインフラストラクチャであるgNB機能対して、衛星軌道であるエフェメリスなど制御に必要なデータを提供する。

NTN制御機能はOAMを経由してgNBにNTN関連パラメータを提供する。少なくとも以下のNTN関連パラメータは、OAMからgNBの運用のため、NTNペイロードによって提供される各ビームに対して以下の情報が提供される必要がある。ビームの分類は上述したサービスリンクの分類と同じである。

  • 地球固定(Earth-fixed)ビーム:
    • The Cell identifier (NG and Uu) mapped to the beam
    • The Cell's reference location (e.g. cell's center and range)
  • 準地球固定(Quasi-Earth-fixed)ビーム:
    • The Cell identifier (NG and Uu) and time window mapped to a beam
    • The Cell's/beam's reference location (e.g. cell's center and range)
    • The time window of the successive switch overs (feeder link, service link)
    • The identifier and time window of all serving satellites and NTN-Gateways
  • 地球移動型(Earth-moving)ビーム:
    • The Uu Cell identifier mapped to a beam and mapping information to fixed geographical areas reported on NG, including information about the beams direction and motion of the beam's foot print on Earth
    • Its elevation wrt NTN-payload
    • Schedule of successive serving NTN-Gateways/gNBs
    • Schedule of successive switch overs (feeder link, service link)

Annex NR_NTN_solutions Approved CRs

860046 NR_NTN_solutions

860146 NR_NTN_solutions-Core

860246 NR_NTN_solutions-Perf

なし

3 SA Part

(作成中)

Discussion

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