關(guān)于快速形成我國天地一體通信運(yùn)營能力的思考

楊嶺才

（中國電信集團(tuán)衛(wèi)星通信有限公司，北京 100035）

0 引言

天地一體通信能力是深入貫徹總體國家安全觀、積極建設(shè)數(shù)字中國、全面落實(shí)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國的必然要求。2021年10月18日，習(xí)近平總書記在中央政治局第三十四次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，要加快建設(shè)高速泛在、天地一體、云網(wǎng)融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數(shù)字信息基礎(chǔ)設(shè)施[1]?！丁笆奈濉眹倚畔⒒?guī)劃》中提出，要加快地面無線與衛(wèi)星通信融合、太赫茲通信等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)[2]。《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中也提出，要推進(jìn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面信息通信系統(tǒng)深度融合，初步形成覆蓋全球、天地一體的信息網(wǎng)絡(luò)，為陸?？仗旄黝愑脩籼峁┤蛐畔⒕W(wǎng)絡(luò)服務(wù)[3-4]。

本文立足運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，結(jié)合我國衛(wèi)星、地面通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀，提出基于樞紐港的天地一體通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并據(jù)此系統(tǒng)規(guī)劃天地一體通信運(yùn)營能力發(fā)展路徑，梳理其中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，從而為我國天地一體通信運(yùn)營能力的快速形成提供建議，以期逐步實(shí)現(xiàn)天地一體通信網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

1 天地一體通信能力現(xiàn)狀與瓶頸

天地一體通信網(wǎng)絡(luò)以地面網(wǎng)絡(luò)為依托、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)為拓展，由地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)相互融合而成。目前，地面移動(dòng)通信5G系統(tǒng)、6G系統(tǒng)都已考慮充分融合衛(wèi)星通信，共同構(gòu)建廣域覆蓋的天地一體通信網(wǎng)絡(luò)，以滿足用戶無處不在的通信需求[5]。國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)天地一體通信網(wǎng)絡(luò)開展了大量的研究和探索，得到了很多有意義的成果，但當(dāng)前天地一體通信網(wǎng)絡(luò)整體上仍然處于起步階段，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有較大差距。

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

國際上，國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）、第三代合作伙伴計(jì)劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（European Telecommunication Standards Institute，ETSI）、SaT5G聯(lián)盟等組織和相關(guān)單位已從系統(tǒng)架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系、演示驗(yàn)證等方面對(duì)衛(wèi)星通信與5G融合的關(guān)鍵技術(shù)開展了研究，兩者融合的標(biāo)準(zhǔn)制訂工作也在穩(wěn)步推進(jìn)。

（1）ITU

針對(duì)衛(wèi)星與地面5G融合，ITU提出了中繼到站、小區(qū)回傳、動(dòng)中通、混合多播共4種場景，并對(duì)支持這些場景的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，包括智能路由支持、自適應(yīng)流支持、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（network functions virtualization，NFV）/軟件定義網(wǎng)絡(luò)（software defined network，SDN）兼容等[6]。針對(duì)面向6G的星地融合，ITU重點(diǎn)關(guān)注衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)空口設(shè)計(jì)的融合統(tǒng)一，相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)已經(jīng)開展，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂也在推進(jìn)中[7]。

（2）3GPP

3GPP從3GPP Release 14（Rel-14）開始研究衛(wèi)星與地面5G融合的問題，旨在通過衛(wèi)星與地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)更泛在的覆蓋。其中，3GPP TR 38.913提出了將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為地面網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的場景[8]；3GPP TS 22.261將衛(wèi)星接入技術(shù)作為5G網(wǎng)絡(luò)的基本接入技術(shù)之一，研究了5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必需的性能指標(biāo)和基本功能要求[9]。3GPP Release 15（Rel-15）非地面網(wǎng)絡(luò)研究項(xiàng)目（NTN SI）研究了NTN部署場景和信道模型，發(fā)布了3GPP TR 38.811，在引入新空口技術(shù)后對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的潛在應(yīng)用進(jìn)行了分析[10]。3GPP Release 16（Rel-16）NTN SI提出了基于5G空口支持NTN的技術(shù)方案，開展了鏈路與系統(tǒng)級(jí)性能評(píng)估。3GPP Release 17（Rel-17）開展了3個(gè)NTN項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)化制訂工作，包括NR over NTN、IoT over NTN、5G ARCH_SAT，將完成第一個(gè)基于5G的衛(wèi)星彎管透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[11-13]。2021年年底，3GPP Release 18（Rel-18）首批立項(xiàng)27個(gè)項(xiàng)目，其中之一便是繼續(xù)開展天地一體增強(qiáng)研究，利用衛(wèi)星的廣覆蓋特性輔助地面通信，3GPP在3GPP Rel-17基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究衛(wèi)星通信和地面通信之間的移動(dòng)性、業(yè)務(wù)連續(xù)性增強(qiáng)和高頻段部署等問題。3GPP標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)計(jì)劃如圖1所示。

圖1 3GPP標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)計(jì)劃

（3）ETSI

ETSI提出了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)融合的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。ETSI TR 103.124明確了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)融合應(yīng)用的場景[14]。ETSI TR 103.263確定了衛(wèi)星通信引入認(rèn)知無線電技術(shù)時(shí)應(yīng)遵守的規(guī)則[15]。ETSI TR 103.351解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)回傳時(shí)的無線接入流量分配問題[16]。ETSI TS 102.357則規(guī)范了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)共同提供寬帶服務(wù)時(shí)的空中物理接口[17]。

（4）SaT5G聯(lián)盟

SaT5G聯(lián)盟是由SES、Avanti Communications、British Telecom、Thales Alenia Space、University of Surrey等16家企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)盟，主要研究將衛(wèi)星集成至5G網(wǎng)絡(luò)的可行性方案，重點(diǎn)針對(duì)星地5G融合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究、關(guān)鍵技術(shù)突破、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測試驗(yàn)證、標(biāo)準(zhǔn)制定等多個(gè)方面開展了工作。此外，SaT5G項(xiàng)目利用由SDN、NFV、移動(dòng)邊緣計(jì)算（mobile edge computing，MEC）和地球靜止軌道（geostationary earth orbit，GEO）衛(wèi)星組成的Pre-5G測試平臺(tái)，演示了衛(wèi)星與3GPP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的融合，以及衛(wèi)星回程功能、多媒體內(nèi)容邊緣分發(fā)功能等[18]。

（5）其他

除了上述組織，還有其他組織也在推動(dòng)衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)的融合，包括歐洲郵電管理委員會(huì)（Confederation of European Posts and Telecommunications，CEPT）、電子通信委員會(huì)（Electronic Communications Committee，ECC）、數(shù)字視頻廣播（Digital Video Broadcast，DVB）組織和空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)商委員會(huì)（Consultative Committee for Space Data Systems，CCSDS）等[7]。

我國相關(guān)單位也開展了一系列天地一體通信網(wǎng)絡(luò)研究和試驗(yàn)工作。2016年，科技部啟動(dòng)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重大項(xiàng)目研制，該項(xiàng)目同時(shí)列入國家“十三五”規(guī)劃綱要以及《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，并于2019年通過“天象”試驗(yàn)衛(wèi)星，在軌驗(yàn)證了地面5G的SDN等關(guān)鍵技術(shù)[18]。2019年，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)成立了航天通信技術(shù)工作委員會(huì)，開展星地一體化的研究工作。2021年，中國衛(wèi)通集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合中國信息通信研究院開展了5G信號(hào)體制在Ka高通量衛(wèi)星中的傳輸試驗(yàn)，銀河航天與中國信息通信研究院聯(lián)合開展了基于5G信號(hào)體制的低軌衛(wèi)星星座技術(shù)體制試驗(yàn)，驗(yàn)證了衛(wèi)星與5G在通信體制方面融合的可能性。此外，北京郵電大學(xué)聯(lián)合運(yùn)營商、設(shè)備研制單位和高校共同成立“天算聯(lián)盟”，擬通過“天算星座”開展星載5G核心網(wǎng)、云原生衛(wèi)星計(jì)算平臺(tái)和星地組網(wǎng)等試驗(yàn)。

1.2 能力瓶頸

由于技術(shù)和市場等因素，過往數(shù)十年，地面通信系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)按照各自的使用場景和網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，采用不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)體制和運(yùn)營模式，形成了相對(duì)獨(dú)立的發(fā)展路徑，這客觀上決定了建設(shè)、運(yùn)營天地一體通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。雖然國內(nèi)外開展了大量的星地融合研究，但距離具備運(yùn)營能力還有較大差距。

（1）衛(wèi)星系統(tǒng)的異構(gòu)性決定了其相互融合的復(fù)雜性

長期以來，各個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)分別發(fā)展，形成了“煙囪式”結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能屬性、應(yīng)用模式、軌道高度、工作頻率、服務(wù)帶寬和轉(zhuǎn)發(fā)器類型等不同，采用不同的技術(shù)體系架構(gòu)，系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，所屬地面網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備不能互聯(lián)互通，所屬用戶終端不能在不同的衛(wèi)星系統(tǒng)間漫游遷徙、交互通信。以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為例，對(duì)于基于透明轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，發(fā)展之初針對(duì)物理層與鏈路層采用專用協(xié)議，隨著業(yè)務(wù)IP化發(fā)展，逐漸形成了適應(yīng)空間特點(diǎn)的基于TCP/IP的演進(jìn)協(xié)議體系；而對(duì)于具備星上處理轉(zhuǎn)發(fā)功能的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，則增加了與星載交換、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化等相關(guān)的協(xié)議內(nèi)容[19]。因此，不同衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性決定了其相互融合的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)完全一體融合必須在論證階段體系設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)籌考慮，對(duì)于已經(jīng)建成運(yùn)營的系統(tǒng)，只能從地面網(wǎng)絡(luò)側(cè)互聯(lián)、終端側(cè)聚合等角度研究具體的融合方法。

（2）衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度的差異性決定了天地一體網(wǎng)絡(luò)融合的復(fù)雜性

長期以來，衛(wèi)星通信和地面移動(dòng)通信相對(duì)隔離、分別發(fā)展，二者由于屬性特點(diǎn)的差異采用不同的技術(shù)體制、協(xié)議體系，導(dǎo)致系統(tǒng)間獨(dú)立封閉、信息交互融通能力差、發(fā)展程度不平衡[20]。目前，地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成了完備、規(guī)范的通信體制與協(xié)議體系，而衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)則差距較大。以衛(wèi)星通信與5G網(wǎng)絡(luò)融合為例，目前的5G商用網(wǎng)絡(luò)以3GPP Rel-15/Rel-16版本為主，并不支持與衛(wèi)星通信的融合，后續(xù)3GPP Rel-17版本也僅將衛(wèi)星作為地面基站功能的延伸，工作在透明轉(zhuǎn)發(fā)模式，或作為承載網(wǎng)提供回傳服務(wù)，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和5G系統(tǒng)之間仍相對(duì)獨(dú)立，遠(yuǎn)未達(dá)到系統(tǒng)層面深度融合的要求。

（3）衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相對(duì)分離的現(xiàn)實(shí)決定了天地一體通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營、業(yè)務(wù)開通的復(fù)雜性

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)之間、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之間，網(wǎng)絡(luò)資源管理相互獨(dú)立，業(yè)務(wù)系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、終端方案和接口規(guī)范等各不相同，卡號(hào)、賬號(hào)統(tǒng)一認(rèn)證鑒權(quán)困難，端到端業(yè)務(wù)難以保證敏捷開通、柔性提供，遠(yuǎn)未達(dá)到系統(tǒng)層面深度融合、為用戶提供無感的一致服務(wù)的要求[21]。

2 基于樞紐港的天地一體通信網(wǎng)絡(luò)

基于各類衛(wèi)星均需要接入調(diào)用地面云網(wǎng)資源的現(xiàn)實(shí)需要，以及B5G、6G時(shí)代衛(wèi)星作為中繼和MEC節(jié)點(diǎn)的技術(shù)、業(yè)務(wù)演進(jìn)趨勢，本文提出一種基于樞紐港的天地一體通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)天地一體通信業(yè)務(wù)、用戶、終端和云網(wǎng)，最終實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)融合的發(fā)展路徑。

2.1 系統(tǒng)組成

基于樞紐港的天地一體通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示，由空間段、地面段、用戶段共同構(gòu)建“天星、地網(wǎng)、樞紐港、云資源池”的天地云網(wǎng)融合能力體系，提供廣域?qū)拵Ы尤?、廣域時(shí)敏連接、廣域海量物聯(lián)和廣域高精度定位的服務(wù)。其中，樞紐港作為連接衛(wèi)星云網(wǎng)與地面云網(wǎng)的關(guān)鍵，是在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入地面網(wǎng)絡(luò)地球站的基礎(chǔ)上順應(yīng)天基計(jì)算、云網(wǎng)融合等技術(shù)發(fā)展趨勢配套算力建設(shè)升級(jí)形成的，是打通因“天星”“地網(wǎng)”分離割裂而制約“天地一體”能力的關(guān)鍵設(shè)施。

圖2 基于樞紐港的天地一體通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（1）空間段

空間段提供衛(wèi)星資源池功能，整合自有、租用的各類GEO、中地球軌道（medium earth orbit，MEO）、低地球軌道（low earth orbit，LEO）通信衛(wèi)星資源形成資源池并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而為陸?？仗旄黝愑脩羰褂锰峁┵Y源保障。衛(wèi)星資源池采用L、S、C、Ku、Ka等頻譜資源，規(guī)?？筛鶕?jù)需要擴(kuò)充或縮減，并通過多點(diǎn)波束天線對(duì)地覆蓋提供移動(dòng)或?qū)拵Х?wù)。

衛(wèi)星資源池不僅作為中繼傳輸節(jié)點(diǎn)完成信號(hào)處理和業(yè)務(wù)、信令的空間路由轉(zhuǎn)發(fā)；還可以隨著存儲(chǔ)、計(jì)算等衛(wèi)星載荷技術(shù)提升以及星際互聯(lián)發(fā)展，根據(jù)需要成為具備計(jì)算、存儲(chǔ)等功能的邊緣云節(jié)點(diǎn)；并能夠在軌構(gòu)建可重構(gòu)算力單元，通過人工智能（artificial intelligence，AI）和多任務(wù)處理能力實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的智能自主動(dòng)態(tài)演進(jìn)和智能化管控，提升網(wǎng)絡(luò)和算力的利用效率。衛(wèi)星系統(tǒng)、地面通信和云計(jì)算系統(tǒng)將集成為星地算力網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)空天地海通信網(wǎng)絡(luò)全面數(shù)字化[22-23]。

（2）地面段

地面段由樞紐港、地球站等基礎(chǔ)設(shè)施，以及核心網(wǎng)、IT系統(tǒng)、邊緣云等共同組成。

樞紐港功能示意圖如圖3所示，對(duì)現(xiàn)有地球站升級(jí)形成連接天地云網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的能力，其主要能力包括以下幾個(gè)。

圖3 樞紐港功能示意圖

· MEC算力處理：將云側(cè)豐富的計(jì)算存儲(chǔ)資

源下沉至距離用戶較近的網(wǎng)絡(luò)邊緣，使用戶能夠在邊緣側(cè)完成計(jì)算存儲(chǔ)任務(wù)，降低用戶業(yè)務(wù)處理時(shí)延[24]。

· 多頻段信號(hào)收發(fā)：集成多頻段的射頻模塊以完成與相應(yīng)頻段用戶終端的信號(hào)收發(fā)。

· 多體制基帶處理：采用基帶池的方式完成各種技術(shù)體制的調(diào)制解調(diào)、加密/解密、交換、多路復(fù)用等功能。

· 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通：完成不同衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由交換、信息交換等功能。

· 一體化資源管理：基于一致的資源調(diào)度協(xié)議實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信資源的一體化調(diào)度、編排、發(fā)送等。

核心網(wǎng)采用一體化方式部署于云計(jì)算平臺(tái)上，通過天基或地基的不同途徑接入用戶的入網(wǎng)申請(qǐng)、認(rèn)證、鑒權(quán)、業(yè)務(wù)尋呼、呼叫建立、無線承載建立和呼叫拆除等信令流程，并實(shí)現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，處理網(wǎng)絡(luò)邊界上的信令交互、業(yè)務(wù)路由、業(yè)務(wù)承載建立和管理等；IT系統(tǒng)也部署于云計(jì)算平臺(tái)上，主要部署完成網(wǎng)絡(luò)資源管理、用戶業(yè)務(wù)申請(qǐng)受理、用戶和訂單管理和業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)等運(yùn)營支撐功能。

（3）用戶段

用戶段包括陸、海、空、天等多種類型用戶終端，通過集成多種頻段、多種波形的天線和射頻，在系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間、星地網(wǎng)絡(luò)之間的自動(dòng)切換和漫游。

2.2 能力特點(diǎn)

基于樞紐港的天地一體通信網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的供給、運(yùn)營和服務(wù)，具有如下天地云網(wǎng)能力[25]。

（1）陸海空天泛在連接

使用樞紐港連接衛(wèi)星與地面云網(wǎng)，能夠全面增強(qiáng)和拓展5G的增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（enhanced mobile broadband，eMBB）、超可靠低時(shí)延通信（ultra-reliable and low-latency communication，URLLC）、大連接物聯(lián)網(wǎng)（massive machine-type communication，mMTC）三大應(yīng)用場景，提升網(wǎng)絡(luò)連接的性能質(zhì)量與覆蓋范圍，具備泛在立體覆蓋的獨(dú)特優(yōu)勢。

（2）能力融通雙邊賦能

既可賦能上游衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)接入、智能調(diào)用地面云網(wǎng)，又可賦能下游融合衛(wèi)星和地面云網(wǎng)資源、DICT的各類產(chǎn)品應(yīng)用，面向最終用戶提供基于天地云網(wǎng)的廣域立體、隨遇接入、智能敏捷的應(yīng)用。

（3）云網(wǎng)邊端高效協(xié)同

對(duì)天地云網(wǎng)資源統(tǒng)一定義、封裝和編排，實(shí)現(xiàn)云側(cè)、邊側(cè)和終端側(cè)資源的高效分布和協(xié)同配合，支撐業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、按需和動(dòng)態(tài)部署，以及天地一體業(yè)務(wù)的統(tǒng)一受理、交付和呈現(xiàn)。

（4）數(shù)據(jù)算力資源融合

將邊緣計(jì)算與衛(wèi)星計(jì)算平臺(tái)融合，使得衛(wèi)星在軌可同時(shí)調(diào)用邊緣和中心云資源，實(shí)現(xiàn)天地云網(wǎng)多層級(jí)算力的全域感知、統(tǒng)一管控調(diào)度和一致質(zhì)量保障。

（5）天地一體智能內(nèi)生

利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)天地云網(wǎng)端到端的自主檢測、自主決策和自主優(yōu)化，并針對(duì)海量物聯(lián)、廣域覆蓋等場景進(jìn)行適應(yīng)性改造，構(gòu)建極簡智能網(wǎng)絡(luò)，提供廣域泛在的智能服務(wù)。

（6）天星地網(wǎng)安全內(nèi)生

聚合衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議與安全機(jī)制，構(gòu)建全面、可靠和一體化的天地云網(wǎng)專屬安全體系，實(shí)現(xiàn)自主驅(qū)動(dòng)的安全防護(hù)力。

3 天地一體通信運(yùn)營能力發(fā)展思路

考慮天地一體通信網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，天地一體通信運(yùn)營能力的形成不能一蹴而就，需要立足衛(wèi)星、地面通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)際，在搞好體系設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上分階段逐步實(shí)現(xiàn)?；谏鲜鎏斓匾惑w通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可按照“業(yè)務(wù)融合、用戶融合、終端融合、云網(wǎng)融合、全系統(tǒng)融合”的演進(jìn)路線圖，推進(jìn)天地一體通信運(yùn)營能力的發(fā)展[26-27]。

（1）業(yè)務(wù)融合

將各類通信衛(wèi)星各自分離的傳輸資源統(tǒng)一整合為衛(wèi)星通信資源池，并充分發(fā)揮衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)作為地面通信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充、延伸作用，大力拓展衛(wèi)星通信在全域感知、應(yīng)急保障通信、立體化移動(dòng)通信、偏遠(yuǎn)地區(qū)公眾業(yè)務(wù)等應(yīng)用場景及大時(shí)空尺度下的通信服務(wù)等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)絡(luò)挖潛補(bǔ)全、提質(zhì)增效，提供全區(qū)域、全維度和全業(yè)務(wù)的泛在服務(wù)。

（2）用戶融合

用戶融合示意圖如圖4所示，使用同一用戶身份（碼號(hào)）提供服務(wù)，打通衛(wèi)星、地面通信網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一簽約、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)的運(yùn)營通道，按需選擇衛(wèi)星或地面通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)用戶不換卡、不換號(hào)的方便接入，并為天地一體核心網(wǎng)架構(gòu)、業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及終端和號(hào)卡規(guī)范制定、用戶管理等積累經(jīng)驗(yàn)。

圖4 用戶融合示意圖

（3）終端融合

終端融合示意圖如圖5所示，按照芯片化、多?；⒅悄芑陌l(fā)展思路，突破芯片一體化設(shè)計(jì)、高性能射頻與天線、小尺寸低功耗快響應(yīng)相控陣天線等關(guān)鍵技術(shù)，研制多模多頻用戶終端，實(shí)現(xiàn)不同頻段之間、不同衛(wèi)星之間及衛(wèi)星通信與地面通信網(wǎng)絡(luò)之間的快速切換，逐步實(shí)現(xiàn)用戶終端的通用接入能力，提高天地一體通信網(wǎng)絡(luò)使用的便捷性、可靠性和綜合效能。

圖5 終端融合示意圖

（4）云網(wǎng)融合

以構(gòu)建異構(gòu)衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)“一張網(wǎng)”為目標(biāo)，升級(jí)地球站為樞紐港，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)管、業(yè)務(wù)需求自動(dòng)精準(zhǔn)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)資源高效智能一體化動(dòng)態(tài)管理、移動(dòng)邊緣計(jì)算等關(guān)鍵能力，支撐天星、地網(wǎng)資源統(tǒng)一運(yùn)管，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合用戶業(yè)務(wù)需求和資源池使用情況推動(dòng)各網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通，確保用戶在不同系統(tǒng)間的靈活接入、無感漫游。

（5）全系統(tǒng)融合

基于上述不同階段的融合成果，結(jié)合B5G、6G天地一體通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)制定、試驗(yàn)驗(yàn)證的進(jìn)展，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，逐步形成“天星、地網(wǎng)、樞紐港、云資源池”的天地云網(wǎng)融合能力體系，既可以無縫連接現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、滿足現(xiàn)實(shí)的資源綜合應(yīng)用效益最大化需求，又可以引領(lǐng)未來通信網(wǎng)絡(luò)的迭代發(fā)展。

上述路線圖中，業(yè)務(wù)融合是天地一體通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的起步階段，是淺層次的融合；用戶融合、終端融合、云網(wǎng)融合是天地一體通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的深化階段，是深層次的融合；全系統(tǒng)融合則是天地一體通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最終形態(tài)，該階段天地一體通信網(wǎng)絡(luò)步入規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)發(fā)展軌跡。

4 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

天地一體通信運(yùn)營能力形成需要重點(diǎn)突破天地一體用戶統(tǒng)一認(rèn)證、多模多頻智能終端、網(wǎng)絡(luò)智能管理、資源統(tǒng)一編排調(diào)度等關(guān)鍵技術(shù)。（1）天地一體用戶統(tǒng)一認(rèn)證技術(shù)

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和地面通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、終端方案和接口規(guī)范等各不相同，所屬用戶無法實(shí)現(xiàn)相互認(rèn)證，因此，需要研究用戶使用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時(shí)的全球用戶識(shí)別卡（universal subscriber identity module，USIM）鑒權(quán)信息正確讀取方案、鑒權(quán)和入網(wǎng)注冊(cè)流程、核心網(wǎng)信令對(duì)接方式、簽約和計(jì)費(fèi)統(tǒng)一實(shí)施方案等，從而打通衛(wèi)星、地面通信網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一運(yùn)營通道，為用戶提供無感的一致服務(wù)。

（2）天地一體多模多頻智能終端技術(shù)

由于衛(wèi)星資源池的軌道特性不同，且其自身及和地面通信網(wǎng)絡(luò)采用不同的頻譜資源、體制標(biāo)準(zhǔn)，因此，使用不同的接入資源時(shí)，用戶終端的芯片、射頻設(shè)備、天線的功能和性能要求均不同。使用同一用戶終端接入天地一體通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要研究多制式終端芯片一體設(shè)計(jì)、智能接入路由選擇、多頻段自適應(yīng)射頻與天線設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，并針對(duì)相控陣天線這一主要天線形態(tài)突破毫米波工藝偏差控制、寬帶低噪聲放大器、芯片低成本封裝等關(guān)鍵技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)終端的小型化、低功耗、快響應(yīng)。

（3）天地一體網(wǎng)絡(luò)智能管理技術(shù)

天地一體通信網(wǎng)絡(luò)采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即在統(tǒng)一的邏輯架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)架構(gòu)下將衛(wèi)星通信和地面通信進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)功能可柔性分割和智能重構(gòu)，以適應(yīng)衛(wèi)星載荷資源有限和業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，因此，需要研究天地一體網(wǎng)絡(luò)智能管理技術(shù)，主要包括3個(gè)方面：移動(dòng)性管理技術(shù)，針對(duì)接入低軌衛(wèi)星導(dǎo)致頻繁波束切換的現(xiàn)實(shí)問題，研究星地融合統(tǒng)一的移動(dòng)性管理方案及切換策略，簡化切換流程，降低信令開銷，提高切換可靠性；高效組網(wǎng)機(jī)制，針對(duì)多重覆蓋下的干擾問題，研究多星協(xié)作或星地協(xié)作下的高效組網(wǎng)機(jī)制，提升系統(tǒng)能量和頻譜效率，同時(shí)研究衛(wèi)星承載地面基站及核心網(wǎng)功能情況下的網(wǎng)絡(luò)管理方式，以縮短系統(tǒng)調(diào)度時(shí)延；智能化管理技術(shù)，針對(duì)天地一體通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)多、拓?fù)鋾r(shí)變、多層次異構(gòu)的特點(diǎn)，研究網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)智能規(guī)劃技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的按需部署和優(yōu)化，研究路由策略智能決策技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境自主感知學(xué)習(xí)，提升端到端服務(wù)質(zhì)量。

（4）天地一體資源統(tǒng)一編排調(diào)度技術(shù)

資源統(tǒng)一編排調(diào)度是構(gòu)建天地一體通信網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)保障，通過對(duì)系統(tǒng)資源統(tǒng)一調(diào)度、控制，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全局優(yōu)化和資源綠色集約。因此，需要研究統(tǒng)一的資源管理協(xié)議，根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求和資源池的資源使用情況，為用戶提供按需的通信服務(wù)；研究網(wǎng)絡(luò)資源智能調(diào)度技術(shù)，根據(jù)忙閑分布、覆蓋分布和容量分布等不同情況進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和算力的高效利用；研究一體化資源調(diào)度系統(tǒng)部署方案，構(gòu)建統(tǒng)一的資源管理網(wǎng)，承載資源管理信息，提升資源管理效率。

5 結(jié)束語

天地一體通信網(wǎng)絡(luò)是我國信息通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋、隨遇接入、按需服務(wù)、安全可信的必由之路，盡快形成我國天地一體通信運(yùn)營能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文立足我國通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，從運(yùn)營角度提出“天星、地網(wǎng)、樞紐港、云資源池”的天地云網(wǎng)融合能力體系及分階段演進(jìn)路線圖，不僅能夠快速突破“天星”“地網(wǎng)”分離割裂的現(xiàn)狀，而且通過關(guān)鍵技術(shù)的突破，能夠?qū)崿F(xiàn)6G系統(tǒng)相關(guān)研究內(nèi)容的超前布局和驗(yàn)證，有效推進(jìn)B5G、6G技術(shù)演進(jìn)發(fā)展。