6G星地融合與手機直連技術

彭木根

內容導讀

當前,5G已得到大規(guī)模部署與應用,各國正競相開展6G技術的儲備和研發(fā)。隨著載荷平臺技術、火箭發(fā)射技術、大型天線技術和通信體制的演進,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施為基礎、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)絡近年來一直是學術界和工業(yè)界的關注焦點,其中涉及星地融合策略與用頻規(guī)劃、無線組網(wǎng)架構、標準演進、資源調度、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鍵科學技術與工程設計問題。

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

面向從業(yè)務到體制的星地融合發(fā)展趨勢,《星地融合網(wǎng)絡:一體化模式、用頻與應用展望》梳理了國內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)絡的一體化模式以及面臨的技術挑戰(zhàn)進行了深入探討。

針對天地一體面臨的網(wǎng)絡拓撲高速動態(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)絡技術研究》提出了一種兼容透明轉發(fā)與再生模式的智能協(xié)作無線組網(wǎng)架構,以及基于該架構的空口、資源管理調度等系列技術,通過內生的一體架構、統(tǒng)一空口和統(tǒng)一資源調度實現(xiàn)天地兩張網(wǎng)的高性價比設計。

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、應用場景和標準演進》介紹了當前國內外手機直連衛(wèi)星通信技術的發(fā)展趨勢及部分典型應用場景,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)議體制設計、商業(yè)模式創(chuàng)新等?！缎l(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)技術標準,并對標準化工作中涉及的關鍵技術進行了梳理。

星地融合網(wǎng)絡的資源調度優(yōu)化問題本質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,《基于自適應算子與非支配排序的星地網(wǎng)絡多目標優(yōu)化方法》提出了一種基于快速非支配排序與自適應算子調整的高效多目標資源調度算法,仿真表明所提算法較加權單目標優(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)的鏈路構成、信號特性與波束特點;在此基礎上綜述了不同信號捕獲與跟蹤技術的原理以及適用范圍,并對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡中信號捕獲與跟蹤技術的未來發(fā)展進行了展望。

考慮到接入選擇和切換控制技術對空地一體網(wǎng)絡性能和用戶體驗產(chǎn)生重要影響,《空地一體網(wǎng)絡接入選擇與切換控制技術研究》概述了空地一體網(wǎng)絡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)絡的接入與切換管理需求,介紹了相關解決方案并進行了詳細分析;最后,對空地一體網(wǎng)絡的未來發(fā)展方向進行了討論。

針對天地一體化移動信息網(wǎng)絡的演進,《面向衛(wèi)星通信的6G霧計算網(wǎng)絡技術研究與展望》綜述了衛(wèi)星霧計算技術的研究現(xiàn)狀,基于天基資源實時感知及虛擬化技術設計了一種根據(jù)網(wǎng)絡實時業(yè)務負載進行協(xié)作計算及資源共享的衛(wèi)星霧計算網(wǎng)絡架構,對衛(wèi)星霧計算技術在6G網(wǎng)絡應用中需要克服的關鍵技術挑戰(zhàn)進行了總結與展望。

針對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡多維功能的協(xié)同演進,《基于通信感知計算融合的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡體系架構與關鍵技術》綜述了基于通信感知計算融合的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡的研究意義和相關研究基礎,提出了一種融合組網(wǎng)架構及其網(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)接入等關鍵技術進行了分析,同時對融合架構和理論、信息在軌融合方法、衛(wèi)星算力網(wǎng)絡及動態(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)絡中的通信導航一體化趨勢,《通信導航一體化波形關鍵技術及研究進展》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,包括一體化波形設計、一體化信號處理技術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)絡技術綜述、網(wǎng)絡架構、關鍵技術解決方案、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!