專刊:天地一體化信息網絡

內容導讀

近年來，在地面移動通信、互聯網和航天技術的推動下，全球高中低軌衛星通信，尤其是巨型低軌星座系統進入井噴式發展新階段。SpaceX、OneWeb、Telesat等公司在LEO星座領域啟動全球部署，不斷擴充衛星容量；O3b公司進一步擴大MEO星座規模和服務能力；ViaSat公司開始研制部署Tbit/s量級的甚高通量通信衛星，以歐洲量子衛星為代表的基于數字載荷和軟件定義技術的靈活性衛星正在成為各大衛星運營商未來發展的重要方向。Q/V頻段衛星通信和激光傳輸已經進入實用階段，太赫茲在空間信息網絡中也展現了巨大的發展潛力。LEO星座的蓬勃發展引發了衛星制造和發射業的行業變革和產業升級。衛星通信與地面5G、地面互聯網的融合越來越深入，衛星通信與導航以及ADS-B和AIS的綜合應用越來越普遍。

天地一體化信息網絡重大項目已列入國家“十三五”規劃綱要及國家“十三五”創新規劃。天地一體化信息網絡是以地面網絡為依托、天基網絡為拓展，采用統一的技術架構、統一的技術體制、統一的網絡協議、統一的標準規范，由高中低軌協同組網的天基信息網絡與地面互聯網和移動通信網互聯互通而成。天地一體化信息網絡是一個涉及多專業多學科的復雜巨系統，涵蓋網絡、通信、衛星、地面、發射、測運控、頻率、應用和安全等多個方面，本專題擬就天地一體化信息網絡涉及到的部分技術問題開展研究和探討，具體包括：

針對天地一體化信息網絡的演進，《天地一體化信息網絡發展與展望》綜述了衛星通信網絡、地面互聯網、地面移動通信網絡的發展歷程，總結了當前發展趨勢和面臨的挑戰，提出了未來天地一體化信息網絡的組成結構及關鍵技術，并對未來發展進行了展望。《高低軌寬帶衛星通信系統特點對比分析》從覆蓋、鏈路能力、關口站、終端、系統容量效率、業務傳輸時延等多個角度對高軌和低軌寬帶衛星通信系統的特點進行了比較。

《針對GEO衛星寬帶網絡管控的波束跳變策略》分析了跳波束資源池化與信令接入需求，提出了基于時間分片的跳波束工作機理和跳變策略，實現了系統資源的全局調度和按需、靈活、高效的利用。《低軌星座系統測運控技術與管理研究》對典型低軌星座軌道進行了仿真，并對星群運行及管理技術特點進行了分析，提出了一種適用于低軌星座測運控管理流程的地面測控系統設計方案。《基于GNSS的全電推進SmallGEO衛星自主入軌方法》針對全電推GEO衛星長時間變軌期間衛星軌道確定和軌道控制問題，設計了時間最優的小推力軌道控制策略，提出了基于全球導航衛星系統(GNSS)的自主定軌方案。

《衛星物聯網系統隨機接入前導序列設計》一文分析了影響GEO衛星系統隨機接入前導序列設計的因素，并對所設計參數的TOA估計誤差進行了仿真評估與研究。《天象一號衛星自主實時定軌方法與評估》詳細設計了低軌衛星自主實時定軌硬件和軟件，完成了在軌測試和指標評估，所提方案可解決基于低軌通信星座的高精度時空基準建立和維持問題。

《天地一體化信息網絡衛星頻率資源可行性研究》對無線電業務頻率劃分、衛星網絡資料申報以及國際協調態勢三方面進行了梳理與分析。《高空平臺通信系統頻譜劃分綜述》回顧了國際電信聯盟WRC-19大會在高空平臺通信系統頻譜劃分，介紹了我國在高空平臺通信系統的業務發展和頻譜規劃。

《天地一體化信息網絡安全動態賦能研究》提出了融合安全服務能力編排、安全威脅處置、安全態勢分析于一體的安全動態賦能架構，分析了內嵌式精準采集與按需匯聚等關鍵技術。《太赫茲技術在低軌星間通信中的應用與分析》給出了一種用于低軌衛星的太赫茲星間通信總體設計方案，并對集成化太赫茲射頻前端、高增益太赫茲天線等關鍵技術進行了分析。《星載空間激光通信系統設計與實現》介紹了基于西安光機所自主研發的DPSK衛星激光通信系統技術方案，并通過力學、熱學空間環境適應性試驗驗證，可滿足在軌運行要求。

《基于虛擬化技術的信關站基帶資源池設計與實現》提出了構建基于虛擬化技術的信關站資源池的平臺設計方法，對資源進行了實時監控和靈活分配，通過測試驗證了所提方案的有效性與穩定性。針對低軌衛星轉發器帶寬資源緊缺問題，《基于功率域復用的低軌衛星多址技術及性能分析》提出了基于功率域復用的多址傳輸方法，仿真表明與傳統頻分多址相比可提供更高的遍歷和速率。《新一代天基信息系統多業務傳輸保障機制設計》一文提出了IntServ與DiffServ相結合、多域協同的按需服務質量保障技術方案，并對跨層QoS機制、跨域QoS協同進行了設計。

綜上所述，本專題涵蓋天地一體化信息網絡技術綜述、系統分析和關鍵技術解決方案等多個方面，希望能夠給廣大讀者了解和研究天地一體化信息網絡提供有益的啟示和參考。最后，對各位作者的辛勤工作和精心撰稿表示衷心的感謝！