天地一体化信息网络

专题导读

陈山枝

2023, 4(3): 1-2. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023025-1

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面向6G星地融合的云边协同网络架构和关键技术

宋雅琴, 徐晖, 刘险峰, 王亚鹏, 程志密, 王胡成, 陈山枝

2023, 4(3): 3-11. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023025

摘要 ( 213 )

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通过对6G星地融合网络的场景特征分析，以及对星载边缘计算的研究现状和实现云边协同的需求分析，提出一种结合算力网络技术实现星地融合网络的云边协同网络架构，通过引入一个新的网络功能——云边协同功能实现星地融合网络的全局资源感知和协同调度。基于所提的网络架构，提出星地融合的统一资源管理机制，包括可以管理卫星和地面的算力资源与网络资源的全局资源感知技术，以及可以协同星地融合网络中云计算和边缘计算能力的调度策略生成技术。最后，通过自研的移动通信网络平台验证所提云边协同网络架构的合理性以及资源感知技术和策略调度技术的正确性。

面向星地协同的接入网架构与关键技术

邓伟, 赵琳, 翁玮文, 杜琴, 马克, 程锦霞, 张龙

2023, 4(3): 12-22. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023026

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随着泛在宽带通信需求和星地通信技术的演进，卫星与地面蜂窝通信产业生态系统正逐步走向融合。为满足星地协同应用场景及技术需求，分析星地协同的接入网架构面临的主要技术挑战，基于连接动态、资源统一管控、地面控制的总体原则，从空间段、地面段及星地协同段阐述面向星地协同的接入网架构。从需求出发，基于所提网络架构提出对应的覆盖协同、业务协同、节能协同与测控协同的关键技术，通过设计智能动态协作网元、动态Xn接口、分布式测控单元等协同网元，星地两网深度交互有用信息，实现动态高效的星地协同机制，推动卫星网络与地面网络进一步互补，提高系统在资源利用率、能源消耗以及网络建设成本等方面的整体性能。

卫星云网：一种云网融合的卫星网络体系架构

虞志刚, 丁文慧, 陆洲, 冯旭, 高吉星

2023, 4(3): 23-30. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023027

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随着地面移动通信网络从信息随心至的5G时代，迈向万物互联的6G时代，卫星网络逐渐成为世界各国发展热点。与此同时，随着星上计算能力提升，星上计算技术与卫星网络技术融合，云网融合成为新的发展趋势。在简要介绍卫星网络、星上计算发展现状的基础上，系统梳理卫星网络发展架构的路线图，提出一种云网融合的卫星网络体系架构，简称卫星云网，并从通信接入、网络传输、服务、控制、管理等5个方面分析卫星云网体系架构相较于传统卫星网络体系架构的优势。

卫星物联网系统的新型多址接入技术

白伟, 张钰婕, 康绍莉, 缪德山, 孙韶辉, 陈山枝

2023, 4(3): 31-39. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023028

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面向传播时延大、需要服务更大规模用户数的卫星物联网场景，首先分析IoT NTN在技术方案方面的不足，进而提出非协调的随机接入和非正交多址传输（Uncoordinated Random Access and NOMA Transmission, URAT）新型多址接入解决方案。非协调指终端从随机接入到多址传输的过程中不需要专门的网络协调信令；非正交多址传输指所有终端在接入和传输过程中共享基站的时频资源实现非正交多址传输；URAT还实现了多址接入和NOMA传输的融合。理论分析和数值仿真结果表明，所提方案能够降低多址接入时延，提高系统效率，增加可以服务的终端数量，将是面向6G卫星物联网场景的潜在解决方案。

低轨卫星通导一体化信号设计及处理

刘炳宏, 赵亚飞, 彭木根, 赵祥天, 封慧琪

2023, 4(3): 40-47. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023029

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通导一体化是现代卫星通信与导航领域的重要发展方向。低轨巨型通信星座的迅速发展提供了丰富的载荷、链路和终端资源，以及强大的通信覆盖及信息传输能力，同时利用低轨星座几何构型变化快、落地功率强等特点，可实现对现有导航系统的补充、备份和增强，从而提供覆盖更广、精度更高且更为稳健的通信与导航服务。低轨卫星通导一体化系统中，发送信号设计及接收信号处理是实现高效通信与高精度导航的关键环节。为此，首先梳理低轨卫星通导融合的演进过程；其次，围绕发送信号设计和接收信号处理，重点阐述帧结构和接收机设计的相关方案；最后，探讨未来所面临的挑战及潜在解决方案。

空间卫星网络组网与管控技术综述

廖新悦, 张然, 黄正璇, 刘江, 唐琴琴, 黄韬

2023, 4(3): 48-58. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023030

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随着航空航天技术以及卫星互联网技术的快速发展，高速率、高带宽的卫星通信系统逐渐成为下一代移动通信体制的重要组成部分。卫星互联网的发展推进了卫星网络商业化进程，低轨卫星成为构建卫星互联网的重要组成部分。如何实现大规模低轨卫星网络高效可靠的网络管控，完成星地融合组网与路由，逐渐成为了发展卫星互联网的前沿课题。近年来，随着卫星网络规模逐渐扩大，网络管控方法被大量提出。首先，从国内外大规模卫星星座的发展现状出发，调研已有的多种卫星网络的组网架构和协议体系；然后，根据现阶段大规模卫星网络的发展现状，分析对其进行网络管控的难点和关键技术；最后，基于星地融合的组网方式，对现有的解决方案进行调研与分析。

星地融合网络中基于多目标优化的星间切换决策方法

刘人鹏, 胡博, 李鹤群

2023, 4(3): 59-66. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023031

摘要 ( 103 )

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低轨通信卫星高速运动使网络拓扑具有高动态性，同时，星地融合网络资源呈现时空非均匀分布。当卫星移动引发多个用户和业务切换时，触发大量切换请求导致网络资源竞争加剧，有限的星上资源无法满足切换请求，导致切换成功率显著下降。针对以上问题，提出一种基于多目标优化的星间切换方法，引入卫星覆盖时空图，将动态连续拓扑划分为静态离散快照，表征卫星节点与用户在不同时间与空间下的连接关系，建立星间切换决策的多目标优化模型，提出自适应加速多目标优化算法对平均数据速率与网络负载进行优化，保证切换成功率，提高网络服务能力。搭建星地融合通信仿真环境，在多星重叠覆盖场景下测试多用户切换性能，分析表明，所提多目标星间切换方法的平均切换成功率提高20%以上。

卫星星座网络容量密度评估

孟贤, 秦大力, 汪宇, 孔垂丽, 罗禾佳, 王俊

2023, 4(3): 67-78. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023032

摘要 ( 114 )

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采用传统分析方法在较低波束密度场景下会极大低估系统的吞吐能力，且无法揭示出高波束密度场景下出现的容量饱和现象。为了克服上述问题，提出一种全新的系统仿真方法，以对卫星网络及星地一体化网络的容量密度指标进行精确评估。基于此方法，首先，评估地球不同经纬度区域的容量密度，可以观察到，随着卫星运动，相同地区的容量密度变化较大，其最大最小容量密度的比值可达两倍；其次，可见性越高的地区通常具有更高的容量密度，高频场景下，气衰对容量密度的影响不可忽略；最后，针对星地融合系统，评估结果显示蜂窝覆盖和卫星覆盖的容量密度可以相差4个数量级。为了提升星座容量密度，尝试用提升最大点亮波束数和提升卫星规模两种技术路径。结果显示，在星座总波束相同的情况下，提升卫星规模时性能更优；但两种提升星座总波束数的方式都存在容量上界，且边际效应显著下降。为此，最后提出提高卫星天线增益的方案，仿真结果表明所提方案可以显著提升星座容量密度。

星地融合通信系统：网络架构、使能技术及原型验证

丁睿, 房天昊, 王闻今, 刘雨, 马伟, 万屹

2023, 4(3): 79-87. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023033

摘要 ( 182 )

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星地融合网络能够为地面用户提供全球无缝接入与服务，被认为是未来移动通信系统的一个发展趋势，具有光明的应用前景。而卫星网络中存在的长时延、大频偏、大小区半径等区别于地面网络的特性对星地融合网络的发展提出了挑战。对星地融合网络的网络架构和使能关键技术进行分析与讨论，并介绍一种可用于星地融合网络地面验证的原型系统。

面向智能高铁的低轨卫星通信发展综述

苏昭阳, 刘留, 张嘉驰, 周涛, 蔺伟, 梁轶群

2023, 4(3): 88-98. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023034

摘要 ( 121 )

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低轨卫星具备大带宽、低时延、广覆盖等优点，非常适合作为地面网络的补充，实现智能高铁全线路覆盖、无缝连接的要求，有助于构建空天地一体化通信网络。针对现行铁路移动通信网络存在的不足，研究低轨卫星在智能高铁中的应用以及关键技术，首先分析智能高铁的通信需求，然后介绍国内外铁路卫星通信的发展现状，最后从传播特性、物理层参数、波束切换、资源管理等几个方面对低轨卫星应用在智能高铁领域的关键技术与挑战进行探讨。

卫星确定性网络关键技术和挑战

纪若愚, 张恒升, 刘美慧, 李鹤, 许方敏, 赵成林

2023, 4(3): 99-106. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023035

摘要 ( 91 )

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卫星互联网是满足未来无处不在的网络接入的重要手段，具有覆盖范围广、通信容量大、全球无缝连接等优点，在灾害预防、海洋作业等方面具有广泛的应用场景。从卫星互联网如何实现确定性传输的愿景出发，结合现有的确定性网络技术，提出卫星确定性网络架构，指出卫星确定性网络中确定性接入、多业务差异化保障、动态资源分配和路径备份方面存在的挑战以及未来的发展方向。

基于SDN的智能安全接入平台研究

李鹏, 杨跃平, 杨扬

2023, 4(3): 107-110. doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2023036

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针对传统的安全服务设备安全服务升级难、扩展难的问题，首先，提出一种智能安全接入平台的设计方案；然后，阐述智能安全接入平台的研发思路及其技术路线，并进行硬件设计和软件设计；最后，进行平台成果测试及部署建设。

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