NTN(六) switchover

 

NTN中的switchover包括feeder link switchover和 serving link switch。所谓feeder link switchover就是将feeder link从source NTN 网关更改为特定 NTN payload的target NTN 网关的过程。 feeder link switchover是网络层过程。 而service link switch则是指serving NTN payload的变化。serving link 和 feeder link的图示如下。

 

这里主要看下feeder link switchover的内容，先看下38.821中有关的feeder link switchover中的最初研究过程，其实38.821中的这部分内容，R17的协议中基本没用到，但是还是值得看下。

 

在NTN操作期间，可能需要将不同NTN GW之间的feeder link (SRI) 切换到同一卫星。这可能是由于例如维护、流量卸载，或(对于 LEO)由于卫星移出当前NTN GW的可见范围。 应当在不导致UE的服务中断的情况下执行切换。 这可以根据部署的NTN架构用不同的方式完成。

 

feeder link switchover在LEO NTN透传模式最初有两种架构选项，分别是不同gNB和相同gNB的方案。分别看下。

 

different gNBs

 

上图是透明LEO feeder link switch。 从图中可以看出，透明情况下gNB在地球上，这时会需要进行从gNB1到gNB2的切换。 如果卫星一次可以由一条feeder link提供服务，则意味着在 Rel-15 NR 假设下，需要放弃 gNB1(通过 GW1)服务的所有 UE 的 RRC 连接。 在gNB2(经由GW2)接管之后，UE能够找到与gNB2对应的参考信号并且在属于gNB2的小区上执行初始接入。但是这种情况会导致UE服务出现中断的情况，这是我们不期望出现的问题。

基于上述问题，上图就是一种可能的解决方案，可以保证feeder link switch过程中的服务连续性。 在时间T1，卫星正在接近将由下一个 GW 提供服务的过渡发生的地理位置时，在时间 T1.5，卫星由两个GW提供服务，并在时间T2完成到下一个GW的转换。

 

假设在过渡时间 T1.5，两个feeder link连接在同一颗卫星提供服务，基于HO方案就可以解决上述问题。 通过同一卫星但不同的 NTN-GW的情况来表示两个不同gNB的小区。 两个gNB可以利用透明卫星的不同无线资源来确保两个gNB同时对UE可见(重叠的覆盖区域)。 在切换期间，通过GW2服务卫星的gNB2可以开始在与gNB1不同的sync raster上发送其小区的CD-SSB。 UE可以具有从属于gNB1的PCI到属于gNB2的PCI的HO。 这可以是盲 HO(无需测量的网络决策)或辅助测量。 可选的方案是，gNB1可以某个时间段配置到gNB2的的条件切换，然后在gNB2可用的时候，触发UE HO。 

 

因为参考信号是从同一卫星发送的，所以UE可能测量到source gNB和target gNB提供的服务链路 有非常相似的RSRP/RSRQ。 那网络侧可以采取一些措施规避上情况。例如 为Conditional HO设置适当的event A5 阈值，或者依赖无线传播时间或与 RSRP/RSRQ 无线测量相结合。 无线传播时间要考虑UE经历的RTT。 作为 CHO 或网络 HO 决策中的条件。

 

 上图是另一种实现feeder link switch业务连续性的可能解决方案。 在时间T1，卫星停止传输来自服务GW1的信令。 在时间T2，卫星开始传输来自目标GW2的信令。

 

假设在转换期间仅能通过同一卫星提供服务的一个feeder link连接，这意味着服务小区的信号在时间T1到时间T2期间将不可用。 为了使UE再次接入服务小区，下面列出了两种可能的选择：

 

 

解决方案1：基于精确的时间控制的feeder link hard switch

假设旧的feeder link为卫星提供服务直至 T1，而新的feeder link从 T2 开始为卫星提供服务。 假设在给定区域，source gNB的小区在T1之前的任何时间都能提供服务，而target gNB 的新小区从时间 T2 才开始提供服务。

由于位于旧 NTN GW 和新 NTN GW 的 gNB 的源小区和目标小区没有重叠，因此切换依赖于精确的时间控制。 切换命令应该在T1之前发送给所有UE，例如CHO。 UE在收到切换命令后不会立即发起切换过程，而是需要在T2之后再发起切换过程，这样就需要在切换命令中带上一个激活时间。

解决方案2 ：基于Conditional RRC 重建的feeder link hard switch

考虑到NTN的小区规模较大，gNB1在短时间内分别向大量UE发送HO命令可能是一个极其困难的问题。 部分UE可能无法及时进行HO，从而可能检测带RLF，然后UE就会发起RRC重建过程。 RRC连接恢复会需要比较长的时间，这个过程会包含RLF检测、小区选择以及潜在的重建失败等过程，从而影响业务连续性。 因此，网络需要提供辅助信息，例如，next cell ID及重建条件等信息，然后再来触发UE RRC重建。 此外，辅助信息可以通过SIB下发给UE，从而可以减少信令开销。

 

Same gNB

透明卫星也可能在feeder link switch之前和之后由同 gNB 提供服务。 在这种情况下，两条feeder link都连接到同一gNB，但通过不同的 NTN-GW。

假设在swtich期间两个feedr link连接到同一颗卫星提供服务，则 gNB可以保持DL参考信号并让小区保持active。

 

注意：在这种情况下，如果可以保留 gNB 的安全密钥，则可能不需要 HO，但 DL传输可能仅存在中断或轻微不连续。 还应该注意的是，是否需要使用同步（HO）或不使用同步进行重新配置取决于切换期间 gNB 配置是否保持不变。

假设在转换期间只有一个feeder link连接到同一卫星提供服务，卫星将需要首先停止使用NTN-GW1 feedr link的接，然后开始使用target NTN-GW2 进行中继。 在这种情况下，小区无法在不中断的情况下保持 active，并且DL传输也会出现中断，如下图所示。对于feeder link hard switch，下图中捕获的不同gNB场景中的解决方案也可以应用于同一gNB场景。

在时间A，gNB A与 source NTN-GW连接并为UE服务。 在时间 B，gNB A 通过target NTN-GW 为用户提供服务。

switchover依赖于old NTN GW 和new NTN GW 的 gNB 的小区临时重叠的时刻，old gNB 与卫星分离之前，UE old gNB 切换到new gNB。 前提条件是new gNB 中的小区和old gNB的小区是邻区，因此Xn需要在两个gNB之间启动并运行。 此外，整个过程(从 UE 测量新小区到切换完成)需要在old gNB 与卫星分离之前进行(对于 LEO 情况可能至关重要)。

在Xn Setup 和NG-RAN Node Configuration Update期间两个gNBs 交换卫星信息是有好处的，例如gNB 连接的卫星列表；列表中的每颗卫星的ID、通过卫星提供服务的 gNB 的小区列表以及卫星的星历数据等。

 

通过LEO卫星星历信息和NTN GW位置可以对switchover的发生进行预测，switchover也可以通过事件触发。 在这种情况下，通过卫星引入dedicated、non-UE-associated Xn 过程(卫星连接请求)以从旧old gNB向new gNB发出信号，告知其应连接到指定的卫星(可选地包括所服务的小区列表)都可能是有益的。

 

上图中的过程允许soft switch过程。  在允许卫星与2个NTN-GW之间没有同时存在连接时，也可以考虑采用Hard switch。

这个过程需要使用星历数据和准确的时间信息来进行准备，然后再进行switchover。

 

结合一些提案的信息，R17 feeder link switchover，是采用现有的per-UE Xn和NG handover 功能来支持switch-over。假设现有handover过程中处于NTN的目的会进行信息交换。3GPP支持NTN 具有central coordination 的switch-overs。这时候Xn/NG 上不需要信令来协调实际switch over。

 

在R17 38.331中也未找到上面提到的基于Conditional RRC 重建的feeder link hard switch和基于精确的时间控制的feeder link hard switch 有关的信令修改内容。

 

最后再看下R17协议中有关switchover的描述，就比较清楚了。

38.300 16.14.4 

feeder link switchover就是将feeder link从source NTN 网关更改为特定 NTN payload的target NTN 网关的过程。 feeder link switchover是传输网络层过程。 而service link switch则是指serving NTN payload的变化。

 

feeder link switchover可能也会影响  UE在gNB建立的连接发生转换。

NTN支持hard feeder link switchover和 soft feeder link switchover，所谓的soft和hard feeder link switchover和soft hard handover比较类似。

soft feeder link switchover就是NTN payload能够在给定时间段内连接到多个 NTN 网关，在feeder link之间的转换期间可以确保临时重叠。

对于hard feeder link switchover，NTN payload在任何给定时间仅连接到一个 NTN 网关，在feeder link之间的转换期间可能发生无线链路中断。

 

NTN control function会确定在两个gNB之间执行feeder link switchover的时间点。 在feeder link switchover时，受影响的UE上下文在两个gNB之间的传输是基于NG或Xn的切换来执行的，具体取决于gNB的具体实现以及 NTN控制功能提供给gNB的配置信息。

 

 

上图中的gNB 可以细分为non-NTN基础设施 gNB 功能和 NTN serving link供应系统。 而NTN基础结构被细分为NTN service link provisioning system和 NTN control function。 NTN service link provisioning system可能由一个或多个 NTN payload和 NTN 网关组成。

NTN payload搭载在星载(或机载)运载工具上，为卫星(或 HAPS)提供结构、动力、指挥、遥测、姿态控制，并可能提供适当的热环境、辐射屏蔽。

NTN service link provisioning system将 NR-Uu 无线协议映射到 NTN 基础设施的无线资源(例如波束、信道、Tx 功率)。

NTN 控制功能控制星载（或机载）车辆以及 NTN 基础设施(NTN payload和 NTN GW)的无线资源。 它提供控制数据，例如 星历表，gNB 的非 NTN 基础设施 gNB 功能。