O roteador não pode preservar o endereço IP de origem porque isso faria com que o tráfego de retorno fosse entregue diretamente através da LAN sem passar pelo NAT. E a aplicação de NAT a apenas uma direção do tráfego e não a outra, interromperá a comunicação.
O IP de origem precisa ser escolhido de forma que o tráfego de retorno seja enviado ao roteador. Isso significa que poderia ter usado qualquer endereço IP fora da LAN e a conectividade teria funcionado.
Uma abordagem para o NAT é usar o endereço IP da interface de saída como IP de origem. Em pelo menos uma implementação, isso é conhecido como mascaramento. E isso explicaria o que você está vendo. As conexões da sua LAN para o mundo externo são mascaradas como o IP da WAN do seu roteador. E as conexões da sua LAN através do redirecionamento de portas e de volta à sua LAN são mascaradas como o IP da LAN do seu roteador.
Um benefício adicional dessa abordagem é que as conexões não serão interrompidas caso o IP da WAN do seu roteador seja alterado.