6G星地融合與手機直連技術(shù)

彭木根

內(nèi)容導讀

當前,5G已得到大規(guī)模部署與應(yīng)用,各國正競相開展6G技術(shù)的儲備和研發(fā)。隨著載荷平臺技術(shù)、火箭發(fā)射技術(shù)、大型天線技術(shù)和通信體制的演進,低地球軌道(以下簡稱低軌)衛(wèi)星通信得到持續(xù)發(fā)展,預期在6G時代,將形成以地面移動通信設(shè)施為基礎(chǔ)、天基通信為擴展的星地融合發(fā)展趨勢,通過支持手機直連衛(wèi)星等,滿足全時、全域通信需求。星地融合網(wǎng)絡(luò)近年來一直是學術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注焦點,其中涉及星地融合策略與用頻規(guī)劃、無線組網(wǎng)架構(gòu)、標準演進、資源調(diào)度、信號捕獲與跟蹤、接入選擇與切換控制、通感導算融合等大量關(guān)鍵科學技術(shù)與工程設(shè)計問題。

在上述背景下,為了將我國星地融合領(lǐng)域最新研究成果呈現(xiàn)給讀者,進一步推進行業(yè)交流和技術(shù)發(fā)展,我們組織了本專題。

面向從業(yè)務(wù)到體制的星地融合發(fā)展趨勢,《星地融合網(wǎng)絡(luò):一體化模式、用頻與應(yīng)用展望》梳理了國內(nèi)外正在探索和實踐的3種典型星地融合策略,并從融合模式、運營情況和頻率使用情況等方面介紹了多種具體的星地融合系統(tǒng),此外,對星地融合網(wǎng)絡(luò)的一體化模式以及面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)進行了深入探討。

針對天地一體面臨的網(wǎng)絡(luò)拓撲高速動態(tài)變化、星地信道環(huán)境差異巨大、星地網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)復雜度高、星上網(wǎng)元平臺能力受限等復雜挑戰(zhàn),《面向6G的天地一體無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究》提出了一種兼容透明轉(zhuǎn)發(fā)與再生模式的智能協(xié)作無線組網(wǎng)架構(gòu),以及基于該架構(gòu)的空口、資源管理調(diào)度等系列技術(shù),通過內(nèi)生的一體架構(gòu)、統(tǒng)一空口和統(tǒng)一資源調(diào)度實現(xiàn)天地兩張網(wǎng)的高性價比設(shè)計。

考慮到手機直連衛(wèi)星在保障通信安全性、打破地域限制、提供緊急通信能力、推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展等方面具有重要價值,《手機直連衛(wèi)星通信:發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用場景和標準演進》介紹了當前國內(nèi)外手機直連衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展趨勢及部分典型應(yīng)用場景,詳細分析了3GPP NTN標準演進情況,并初步闡述了未來存在的問題和挑戰(zhàn),包括協(xié)議體制設(shè)計、商業(yè)模式創(chuàng)新等。《衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)標準化發(fā)展分析》針對在2016年之后3GPP、CCSA、TAF等國際國內(nèi)多個標準化組織中的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)標準化工作進行了綜述,包括NTN、天通、北斗等多類衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準,并對標準化工作中涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行了梳理。

星地融合網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度優(yōu)化問題本質(zhì)上是一類多約束和多維度的大規(guī)模復雜優(yōu)化決策問題,其中通常需要同時優(yōu)化多個性能指標如吞吐量、接入終端數(shù)量等,《基于自適應(yīng)算子與非支配排序的星地網(wǎng)絡(luò)多目標優(yōu)化方法》提出了一種基于快速非支配排序與自適應(yīng)算子調(diào)整的高效多目標資源調(diào)度算法,仿真表明所提算法較加權(quán)單目標優(yōu)化與傳統(tǒng)多目標優(yōu)化,實現(xiàn)了終端接入數(shù)量與多用戶吞吐的同時提升。

針對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的高動態(tài)信號同步與接入需求,《低軌衛(wèi)星信號捕獲與跟蹤技術(shù)綜述》從低軌衛(wèi)星系統(tǒng)特性出發(fā),分析了低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的鏈路構(gòu)成、信號特性與波束特點;在此基礎(chǔ)上綜述了不同信號捕獲與跟蹤技術(shù)的原理以及適用范圍,并對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中信號捕獲與跟蹤技術(shù)的未來發(fā)展進行了展望。

考慮到接入選擇和切換控制技術(shù)對空地一體網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗產(chǎn)生重要影響,《空地一體網(wǎng)絡(luò)接入選擇與切換控制技術(shù)研究》概述了空地一體網(wǎng)絡(luò)中接入與切換過程面臨的問題,涉及接入選擇策略、小區(qū)覆蓋重疊等;針對空地一體網(wǎng)絡(luò)的接入與切換管理需求,介紹了相關(guān)解決方案并進行了詳細分析;最后,對空地一體網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展方向進行了討論。

針對天地一體化移動信息網(wǎng)絡(luò)的演進,《面向衛(wèi)星通信的6G霧計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與展望》綜述了衛(wèi)星霧計算技術(shù)的研究現(xiàn)狀,基于天基資源實時感知及虛擬化技術(shù)設(shè)計了一種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時業(yè)務(wù)負載進行協(xié)作計算及資源共享的衛(wèi)星霧計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),對衛(wèi)星霧計算技術(shù)在6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中需要克服的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)進行了總結(jié)與展望。

針對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)多維功能的協(xié)同演進,《基于通信感知計算融合的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)》綜述了基于通信感知計算融合的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的研究意義和相關(guān)研究基礎(chǔ),提出了一種融合組網(wǎng)架構(gòu)及其網(wǎng)元與協(xié)議體系,對星間鏈路組網(wǎng)、協(xié)作計算、感知融合和動態(tài)接入等關(guān)鍵技術(shù)進行了分析,同時對融合架構(gòu)和理論、信息在軌融合方法、衛(wèi)星算力網(wǎng)絡(luò)及動態(tài)資源分配等未來挑戰(zhàn)和發(fā)展方向進行了探討。

面向星地融合網(wǎng)絡(luò)中的通信導航一體化趨勢,《通信導航一體化波形關(guān)鍵技術(shù)及研究進展》從通信導航互相補充覆蓋的角度,將通導一體化分為通信覆蓋增強和導航覆蓋增強兩個層面,基于此綜述了通導一體化波形的研究進展,包括一體化波形設(shè)計、一體化信號處理技術(shù)以及一體化性能度量指標等,重點闡述了基于毫米波頻段的研究并展望了通導一體化未來的發(fā)展和面臨的挑戰(zhàn)。

綜上所述,本專題涵蓋星地融合移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)解決方案、通感導算一體化等多個方面,希望能夠給廣大讀者了解和研究星地融合網(wǎng)絡(luò)提供有益的啟示和參考。最后,感謝編輯部各位老師在論文評審與意見匯總、論文定稿、編輯修改及出版方面付出的努力和汗水;感謝專題評審專家及時、耐心、細致的評審工作;衷心感謝各位作者的精心撰稿!