6G星地融合与手机直连技术导读.pdf

2023年第49卷第5期无线电通信技术773 专题:6G 星地融合与手机直连技术特邀策划人彭木根 博士,北京邮电大学信息与通信工程学院教授,博士生导师,现任北京邮电大学信息与通信工程学院院长、网络与交换技术国家重点实验室副主任。国家杰青、国家高层次人才计划领军人才、IEEE 会士、中国电子学会会士、中国通信学会会士,连续多年入选全球 ESI 高被引科学家和爱思唯尔中国高被引学者。发表 IEEE 核心期刊论文 150 余篇,其中 ESI 高被引论文 32 篇,受邀担任 IEEE Network/Com Mag/TVT/TNSE/IoT-J 等国际重要期刊指导委员会委员或编委,担任十余个国际旗舰学术会议的联合程序委员会主席。主要研究方向:密集无线组网、通感算一体化、空间信息通信等。内容导读 当前,5G 已得到大规模部署与应用,各国正竞相开展 6G 技术的储备和研发。随着载荷平台技术、火箭发射技术、大型天线技术和通信体制的演进,低地球轨道(以下简称低轨)卫星通信得到持续发展,预期在 6G 时代,将形成以地面移动通信设施为基础、天基通信为扩展的星地融合发展趋势,通过支持手机直连卫星等,满足全时、全域通信需求。星地融合网络近年来一直是学术界和工业界的关注焦点,其中涉及星地融合策略与用频规划、无线组网架构、标准演进、资源调度、信号捕获与跟踪、接入选择与切换控制、通感导算融合等大量关键科学技术与工程设计问题。在上述背景下,为了将我国星地融合领域最新研究成果呈现给读者,进一步推进行业交流和技术发展,我们组织了本专题。面向从业务到体制的星地融合发展趋势,星地融合网络:一体化模式、用频与应用展望梳理了国内外正在探索和实践的 3 种典型星地融合策略,并从融合模式、运营情况和频率使用情况等方面介绍了多种具体的星地融合系统,此外,对星地融合网络的一体化模式以及面临的技术挑战进行了深入探讨。针对天地一体面临的网络拓扑高速动态变化、星地信道环境差异巨大、星地网络组网复杂度高、星上网元平台能力受限等复杂挑战,面向 6G 的天地一体无线网络技术研究提出了一种兼容透明转发与再生模式的智能协作无线组网架构,以及基于该架构的空口、资源管理调度等系列技术,通过内生的一体架构、统一空口和统一资源调度实现天地两张网的高性价比设计。考虑到手机直连卫星在保障通信安全性、打破地域限制、提供紧急通信能力、推动数字经济发展等方面具有重要价值,手机直连卫星通信:发展现状、应用场景和标准演进介绍了当前国内外手机直连卫星通信技术的发展趋势及部分典型应用场景,详细分析了 3GPP NTN 标准演进情况,并初步阐述了未来存在的问题和挑战,包括协议体制设计、商业模式创新等。卫星互联网标准化发展分析针对在 2016 年之后 3GPP、CCSA、TAF 等国际国内多个标准化组织中的卫星互联网标准化工作进行了综述,包括 NTN、天通、北斗等多类卫星互联网技术标准,并对标准化工作中涉及的关键技术进行了梳理。星地融合网络的资源调度优化问题本质上是一类多约束和多维度的大规模复杂优化决策问题,其中通常需要同时优化多个性能指标如吞吐量、接入终端数量等,基于自适应算子与非支配排序的星地网络多目标优化方法提出了一种基于快速非支配排序与自适应算子调整的高效多目标资源调度774 Radio Communications TechnologyVol.49 No.5 2023算法,仿真表明所提算法较加权单目标优化与传统多目标优化,实现了终端接入数量与多用户吞吐的同时提升。针对低轨卫星网络的高动态信号同步与接入需求,低轨卫星信号捕获与跟踪技术综述从低轨卫星系统特性出发,分析了低轨卫星系统的链路构成、信号特性与波束特点;在此基础上综述了不同信号捕获与跟踪技术的原理以及适用范围,并对低轨卫星网络中信号捕获与跟踪技术的未来发展进行了展望。考虑到接入选择和切换控制技术对空地一体网络性能和用户体验产生重要影响,空地一体网络接入选择与切换控制技术研究概述了空地一体网络中接入与切换过程面临的问题,涉及接入选择策略、小区覆盖重叠等;针对空地一体网络的接入与切换管理需求,介绍了相关解决方案并进行了详细分析;最后,对空地一体网络的未来发展方向进行了讨论。针对天地一体化移动信息网络的演进,面向卫星通信的 6G 雾计算网络技术研究与展望综述了卫星雾计算技术的研究现状,基于天基资源实时感知及虚拟化技术设计了一种根据网络实时业务负载进行协作计算及资源共享的卫星雾计算网络架构,对卫星雾计算技术在 6G 网络应用中需要克服的关键技术挑战进行了总结与展望。针对低轨卫星网络多维功能的协同演进,基于通信感知计算融合的低轨卫星网络体系架构与关键技术综述了基于通信感知计算融合的低轨卫星网络的研究意义和相关研究基础,提出了一种融合组网架构及其网元与协议体系,对星间链路组网、协作计算、感知融合和动态接入等关键技术进行了分析,同时对融合架构和理论、信息在轨融合方法、卫星算力网络及动态资源分配等未来挑战和发展方向进行了探讨。面向星地融合网络中的通信导航一体化趋势,通信导航一体化波形关键技术及研究进展从通信导航互相补充覆盖的角度,将通导一体化分为通信覆盖增强和导航覆盖增强两个层面,基于此综述了通导一体化波形的研究进展,包括一体化波形设计、一体化信号处理技术以及一体化性能度量指标等,重点阐述了基于毫米波频段的研究并展望了通导一体化未来的发展和面临的挑战。综上所述,本专题涵盖星地融合移动通信网络技术综述、网络架构、关键技术解决方案、通感导算一体化等多个方面,希望能够给广大读者了解和研究星地融合网络提供有益的启示和参考。最后,感谢编辑部各位老师在论文评审与意见汇总、论文定稿、编辑修改及出版方面付出的努力和汗水;感谢专题评审专家及时、耐心、细致的评审工作;衷心感谢各位作者的精心撰稿!