通过非地面网络提供5G多播广播服务：深入的性能分析

《IEEE Transactions on Broadcasting》：5G Multicast Broadcast Services Over Non Terrestrial Networks: An In-Depth Performance Analysis

本研究探讨5G多播广播服务（5MBS）与非地面网络（NTN）的整合，通过仿真评估HARQ-TIL机制在高速移动环境下的性能提升，证实了NTN在广域覆盖及复杂信道条件下的可靠性，为未来5G-Advanced和地面-非地面融合网络提供参考。

　　

摘要：

将5G多播广播服务（5MBS）集成到基于第三代合作伙伴计划（3GPP）的非地面网络（NTN）中，是缩小数字鸿沟和提高多播及广播通信网络效率的重大进展。本文全面研究了5MBS在NTN上的集成情况，重点关注基于仿真的性能评估。NTN包括地球同步轨道（GEO）、中地球轨道（MEO）和低地球轨道（LEO）卫星系统，具有广泛的覆盖能力，尤其适用于农村和服务不足的地区。一个关键亮点是采用了基于混合自动重传请求（HARQ）的时间交织（TIL）机制，该机制增强了NTN环境中的广播可靠性。NTN信道的特点是用户移动性强且信道条件动态变化。通过利用时间分集并将编码比特分散到非连续的时隙中，所提出的方法减轻了快速衰落和多普勒频移的影响，在低速情况下可提升1 dB的性能，在500 km/h的速度下可提升2.8 dB的性能，从而确保在视距（LoS）和非视距（NLoS）条件下的可靠通信。本研究提出了一种适用于NTN部署的5MBS解决方案，使用链路级仿真器（LLS）考虑了信道建模、环境因素和高移动性场景。结果表明，尽管现有的NTN设置难以在高速环境中（例如飞机上）保持性能，但所提出的基于HARQ的TIL显著改善了这些挑战性条件下的性能。这些发现验证了将5MBS与NTN集成在一起的可行性，并突显了其在提供可扩展和可靠的广播及多播服务方面的潜力。该研究为5G-Advanced系统的未来改进提供了宝贵的见解，并为新型地面网络（TN）与NTN的融合部署奠定了基础，有助于……

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引言

根据3GPP的定义，非地面网络代表了网络基础设施的范式转变，不仅包括传统的卫星通信，还包括高海拔平台系统（HAPS）和空对地网络等创新系统。这一包容性的定义还涵盖了与无人机的连接，尽管这类应用在低空自主飞行器（AAV）或无人驾驶航空系统（UAS）的框架下单独进行评估[1]。NTN集成到3GPP规范中的工作始于2017年，当时在第15版规范中设立了一个专门的研究项目（SI）。这一初始阶段主要关注定义部署场景并制定针对NTN的信道模型，特别强调了基于卫星的NTN。