天地一体化信息网络

专题导读

张更新

2021, 2(4): 1-1. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021037-1

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面向6G的天地一体化信息网络架构研究

徐晖, 孙韶辉

2021, 2(4): 2-9. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021037

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通过分析6G网络愿景和天地一体化信息网络架构所面临的挑战，提出面向6G的天地一体化信息网络架构的需求，并在此基础上提出弹性可重构的天地一体化信息网络架构，实现简洁、敏捷、韧性和集约的天地一体化信息网络，可以按照业务和场景需求按需部署网络功能，保证网络按需确定性服务能力。基于所提的网络架构提出天地一体化信息网络智能网络管理和控制架构、天地一体化信息网络虚拟化技术和异构跨域网络资源管理架构，实现网络动态可重构特性，形成高效能、无阻塞的多维多域互联能力，实现按需组网、高效的多域多维度的网络管控。

低轨卫星物联网体系架构及关键技术研究

丁晓进, 洪涛, 刘锐, 彭文滔, 张更新

2021, 2(4): 10-18. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021038

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首先分析低轨卫星物联网的系统组成和需求特征，并设计低轨卫星物联网的体系架构；其次，研究电磁和传播环境感知方法，通过构建神经网络模型智能提取电磁环境和信道特征；再次，探究活跃终端身份辨识方法，以检测异步接入活跃终端身份；最后，考虑多输入多输出技术作为地面移动通信系统提升容量的主要手段，探索两种卫星空间域资源挖掘算法，以实现低轨卫星物联网终端碰撞减缓和容量提升。仿真结果表明，所设计的空间域资源挖掘方法可有效减缓终端间信号碰撞，显著提升低轨卫星物联网终端并发接入容量。

空天地一体化网络研究现状与新技术的应用展望

张晓凯, 郭道省, 张邦宁

2021, 2(4): 19-26. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021039

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为了实现全时全域“泛在连接”，全球覆盖、随遇接入、按需服务的空天地一体化网络，是未来无线通信系统发展的方向。建设空天地一体化网络，需要深度结合天基网络、空基网络、地基网络，在不同的空间维度上发挥自身的功能，不断突破网络体制的边界限制，进而实现广域的全覆盖和无线网络的互联互通。文中主要从科研项目实施、技术研究和标准推进等方面探讨空天地一体化网络发展进程。同时，对新技术在空天地一体化网络中的应用进行展望，并探讨未来空天地一体化网络的发展方向。

面向6G卫星物联网的帧内干扰消除随机接入技术研究

徐誉, 郭庆

2021, 2(4): 27-33. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021040

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6G网络中一类重要应用场景为超大规模机器类通信，主要面向卫星物联网等海量用户并发接入的应用场景。针对6G卫星通信网络，设计出能够满足机器类通信场景中大规模用户并发接入业务需求的接入机制是一个非常重要的问题。针对这一问题，提出一种基于帧内干扰消除的随机接入协议。在该协议中，每个需要传输数据的接入用户在一帧内发送多个分组副本，接收机通过在帧内采用干扰消除算法，可以将冲突时隙中来自多个用户的分组成功接收。相比于传统的随机接入机制，该机制在多用户并发接入的场景下能够在很大程度上提高吞吐率性能。

融合NB-IoT的低轨卫星物联网随机接入研究

刘昊东, 郑重, 王闻今, 尤力, 高西奇

2021, 2(4): 34-42. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021041

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窄带物联网技术被广泛应用于海量低速率和低功耗设备的数据通信，但其受制于地面网络的覆盖范围，无法为偏远地区提供服务。低轨卫星星座具有支持全球覆盖的特点，可以补充和扩展地面NB-IoT基础设施，这为天基物联网提供一种有效解决方案。面向天基物联网应用需求，在回顾NB-IoT系统体系架构的基础上，分析融合NB-IoT技术的低轨卫星物联网所面临的信道环境高动态时延和频偏等挑战。针对上行随机接入过程，设计有效的用户检测与定时同步方法，该方法具有高性能、低复杂度等优点，能有效解决融合NB-IoT的低轨卫星物联网中的高效随机接入问题。

星地网络中基于感知的频谱共享方法

胡婧, 边东明, 田湘, 朱银霞, 张剑

2021, 2(4): 43-52. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021042

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针对星地网络中卫星上行链路与地面网络频率共享问题，挖掘频率共享空间可能性，搭建基于周期感知的机会频谱接入模型；研究感知时长与卫星上行链路吞吐量权衡问题，证明吞吐量是关于感知时长的凹函数；对时变信道引入多时隙感知和协作感知方法，分析两种方法对感知性能的提升。仿真结果表明，设计卫星网络的感知时长可以最大化上行链路吞吐量，多时隙感知和协作感知策略可以进一步提升卫星网络吞吐量。

基于下行NOMA的多波束卫星通信稳健波束成形算法

阚鹏程, 王子宁, 孔槐聪, 欧阳键, 林敏

2021, 2(4): 53-59. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021043

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为了进一步提高多波束卫星系统的频谱效率，满足多接入的需求，提出一种基于下行非正交多址的稳健波束成形与功率分配方法。在已知非完美信道状态信息条件下，首先，建立满足NOMA用户服务质量和地球站干噪比阈值的概率约束的功率最小化问题；然后，针对此非凸问题，采用伯恩斯坦不等式将概率约束转换成确定形式，并将原问题分解为波束成形和功率分配两个子问题，通过交替迭代完成稳健设计。仿真结果表明，与其他现有方案相比，所提方案具有更好的稳健性和有效性。

基于条件神经过程的星上多用户检测算法

刘轶伦, 金亮, 李佳立, 朱立东

2021, 2(4): 60-65. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021044

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全球全天候无缝覆盖的特性使得卫星通信成为6G潜在的重要组成部分，而实现卫星智能化的一个重要前提是卫星具有星上处理能力。多用户检测是无线通信中抑制多址干扰的经典方法，如最小均方误差、高斯过程回归等算法，由于检测过程中需要求逆矩阵，算法复杂度通常为立方级，难以直接应用到处理能力受限的卫星平台。条件神经过程结合神经网络低复杂度和高斯过程小样本的特性，利用神经网络将高斯过程参数化，避免求逆矩阵，从而降低计算复杂度。研究条件神经过程在多用户检测中的应用，仿真结果表明，在降低复杂度的同时，条件神经过程还极大地提升了多用户检测的误码率性能。

专题导读

孙晨华

2021, 2(4): 66-66. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021045-1

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高低轨卫星异构网络资源管控策略与技术研究

张美蓉, 镐梦婷, 王闯, 张更新

2021, 2(4): 67-74. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021045

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随着空间通信技术蓬勃发展，天地一体化信息网络不断推进，卫星通信网络资源管控愈发复杂。由于卫星资源稀缺、资源调度滞后于资源状态信息更新、业务不均匀分布等限制因素，如何进行高效资源管控成为卫星通信发展中亟待解决的问题之一。针对高低轨卫星异构网络系统架构，分析其网络资源管控面临的挑战。在综合分析传统管控架构的基础上，总结出基于分组管理的协同管控架构；针对卫星资源稀缺且分散的现状，阐述卫星网络虚拟资源池管理策略；引入基于深度强化学习的资源调度算法，解决传统调度方法在复杂环境下的失配问题；采用跳波束技术应对业务分布时空二维不均问题。

智能化卫星互联网运维与管理：现状与机遇

唐斯琪, 潘志松, 胡谷雨, 吴炀, 李云波

2021, 2(4): 75-83. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021046

摘要 ( 503 )

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在多层异构的卫星互联网中，时变的网络拓扑、动态的链路质量、不稳定的卫星节点、海量涌现的高维数据给网络的运维与管理带来巨大挑战。人工智能技术由于具备从海量历史数据中学习或从与动态环境的交互反馈中学习的能力，被认为是应对上述挑战的有效方案。在网络资源管理、业务流量管理和网络状态管理3个方面重点调研人工智能技术在卫星网络运维与管理领域的研究现状，在此基础上深入分析现有方法存在的不足，并讨论未来值得关注的研究方向。

天地一体化信息网络高速传输协议设计与若干关键技术研究

班亚明, 郑浩, 刘喆, 董思洋

2021, 2(4): 84-92. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021047

摘要 ( 192 )

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为了解决天地一体化信息网络中高丢包率、高误码率、大延时等问题，通过对可靠UDP、SCPS-TP等协议的研究，设计并实现适用于天地一体化信息网络的高速传输协议（SRTP）。SRTP重新设计了ACK和NAK相结合的确认机制、数据包重传机制，并利用人工免疫算法（IA）优化基于PID的拥塞控制机制。对比试验表明，SRTP与传统TCP相比，在传输速率、网络稳定性等方面均有良好的效果。

基于工程化方法的卫星通信地面站系统平台健康管理研究

雪晴, 林宇生, 寇阳, 张永池, 张静, 王少飞

2021, 2(4): 93-100. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2021048

摘要 ( 180 )

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以卫星通信网络领域的工程实践为依据，结合当前系统运行过程中存在的相关问题，以典型卫星通信地面站系统为研究对象，研究健康管理理论在卫星通信地面站系统平台的工程化应用方法。结合地面站系统的实际工作方式和工作流程，对健康管理方式进行分析，提出与实际设备及系统相结合的健康指标分类方式并给出具体示例，提出与当前地面站系统实际管理现状相适应的故障诊断及预测方法、健康状态评估方法以及寿命预测方法，为健康管理在卫星通信领域的工程化应用提出新的思路。

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