6G時代下空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與技 41.1研究背景與意義 61.1.1通信技術(shù)發(fā)展趨勢 71.1.26G時代到來展望 81.2空天地一體化網(wǎng)絡(luò)概述 9 1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.4本文主要研究內(nèi)容 二、6G時代空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計 2.16G網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu) 2.1.1分層架構(gòu)設(shè)計 2.1.2跨層協(xié)同思想 2.2空基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 2.2.2平行地球軌道衛(wèi)星 2.3地面網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 2.3.1無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn) 2.3.2城域深度覆蓋 2.4天基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) 2.4.1高空氣球技術(shù) 2.4.2無人機(jī)平臺應(yīng)用 2.5子系統(tǒng)互聯(lián)互通 2.5.1接入網(wǎng)技術(shù)融合 2.5.2核心網(wǎng)互聯(lián)互通 2.6特色服務(wù)與應(yīng)用場景 2.6.1海事航運(yùn)監(jiān)控 2.6.2跨區(qū)域應(yīng)急通信 三、空天地一體化網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù) 3.1新型空天地頻譜資源管理 3.1.1頻譜協(xié)同分配機(jī)制 3.2基于人工智能網(wǎng)絡(luò)智能與自優(yōu)化 3.2.1網(wǎng)絡(luò)自優(yōu)化潛力 3.2.2人工智能賦能網(wǎng)絡(luò)管理 3.3綠色高效通信技術(shù) 3.3.1網(wǎng)絡(luò)能耗優(yōu)化方案 3.3.2基于數(shù)字孿生的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化 3.4安全保障技術(shù)體系 3.4.1網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)策略 3.4.2數(shù)據(jù)安全傳輸機(jī)制 4.1技術(shù)挑戰(zhàn) 4.1.1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合復(fù)雜性 4.1.2網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)分配難度 4.2.1國際標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程緩慢 4.3運(yùn)營維護(hù)難度 4.3.1分布式網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本 4.3.2不同子系統(tǒng)能源供給保障 4.4典型應(yīng)用場景挑戰(zhàn) 4.4.1全球無縫覆蓋實(shí)現(xiàn)難度 4.4.2突發(fā)事件通信保障壓力 五、結(jié)論與展望 5.2未來研究展望 時延和連接密度等方面的需求呈現(xiàn)出前所未有的增長趨勢。第五代移動通信技術(shù)(5G)性在應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境、跨越廣闊地域(如海洋、沙漠、高山)以及提供連續(xù)無縫服務(wù)等特定場景時仍存在局限，難以完全滿足未來多樣化、場景化的應(yīng)用需求。展望未來，第6代移動通信技術(shù)(6G)作為新一代通信技術(shù)的blankets,被寄予厚望，其愿景目標(biāo)不僅指向更高的系統(tǒng)性能，更在于實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的愿景，即在任何時間、任何地在系統(tǒng)性地探討6G時代下，如何構(gòu)建一個融合了衛(wèi)星通信(Sky)、地面移動通信絡(luò)的理論研究和工程實(shí)踐提供參考，助力6G技術(shù)的順利演進(jìn)與應(yīng)用落地。序號主要挑戰(zhàn)內(nèi)容序號主要挑戰(zhàn)內(nèi)容1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同多種(衛(wèi)星、地面、空中平臺)技術(shù)特性差異巨大，接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，網(wǎng)絡(luò)切片、Qos保證難度大。2與干擾跨空域/陸域信號傳輸路徑復(fù)雜，易受天氣、電離層等因素影響，多頻譜資源干擾管理困難。3資源動態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、用戶需求時空異構(gòu)性強(qiáng)，需實(shí)現(xiàn)跨域端到端的靈活、高效、低時延的資源調(diào)度。4能保障保證跨域傳輸業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)、切換和業(yè)務(wù)連續(xù)性。5網(wǎng)絡(luò)管理與安全異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理復(fù)雜度劇增，需建立統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理平臺；跨域安全威脅多樣，安全保障體系需增強(qiáng)。6操作性和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。通過本文的系統(tǒng)分析與深入探討，期待能為理解并解決6G空天地一體化網(wǎng)絡(luò)面臨(一)研究背景隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，從最早的2G到現(xiàn)今的5G時代，通信技術(shù)不斷進(jìn)步代移動通信技術(shù)(簡稱“6G”)正在醞釀之中，預(yù)計將帶來更為廣闊的應(yīng)用場景和更高(二)意義闡述描述覆蓋范圍實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，包括偏遠(yuǎn)地區(qū)和災(zāi)害多發(fā)區(qū)通信效率高速度、大容量的信息傳輸，提高通信效率可靠性結(jié)合衛(wèi)星與地面基站優(yōu)勢，增強(qiáng)通信穩(wěn)定性與可靠性智能化發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)通信技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新與發(fā)展“6G時代下空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與技術(shù)挑戰(zhàn)”的研究不僅關(guān)乎通信技隨著科技的飛速發(fā)展，6G時代的到來為通信技術(shù)帶來了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在這一背景下，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計成為研究的熱點(diǎn)。本節(jié)將探討當(dāng)前通信技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，并分析其在6G時代下的應(yīng)用前景。首先5G技術(shù)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)證明了其強(qiáng)大的通信能力。然而隨著應(yīng)用場景的不斷拓展，對通信速度、帶寬、時延等方面的要求也在不斷提高。因此6G技術(shù)的研究成為了必然趨勢。6G技術(shù)預(yù)計將實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的延遲和更廣的覆蓋范圍，為空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計提供了更為廣闊的發(fā)展空間。其次人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的發(fā)展也為通信技術(shù)帶來了新的變革。通過深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等算法的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對通信信號的實(shí)時處理和優(yōu)化，提高通信系統(tǒng)的性能。同時大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以幫助我們更好地理解用戶需求，為通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提供有力支持。此外量子通信、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)也在逐漸成熟。這些技術(shù)有望在未來的通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用，為空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計提供更多的可能性。例如，量子通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無條件安全通信，而衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)則可以提供全球范圍內(nèi)的高速寬帶接入。6G時代的來臨為通信技術(shù)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。在空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計方面，我們需要關(guān)注通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，積極引入新興技術(shù)，推動通信網(wǎng)絡(luò)向更高水平的演進(jìn)。隨著科技的飛速發(fā)展，人類社會正逐步邁向一個全新的通信時代——6G時代。6G技術(shù)，作為下一代移動通信技術(shù)的集大成者，其影響力將深遠(yuǎn)地改變我們的生產(chǎn)、生活和社會運(yùn)行方式。在此背景下，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計顯得尤為重要。在6G時代，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)天空、地面和地下深空的多維度覆蓋，為各類應(yīng)用場景提供高質(zhì)量、低時延的通信服務(wù)。這一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不僅能夠滿足人們對于高速率、大連接的需求，還將推動人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)的深度融合，為各行各業(yè)帶來革命性的變革。具體而言，6G時代的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)將呈現(xiàn)出以下幾個顯著特點(diǎn)：高速率傳輸：借助更高的頻段和更先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)，6G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)每秒傳輸速率的巨大飛躍，為用戶提供前所未有的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。低時延通信：通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和傳輸機(jī)制，6G網(wǎng)絡(luò)將大幅降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延，滿足實(shí)時通信的需求。廣覆蓋范圍：利用衛(wèi)星、無人機(jī)等空中平臺以及地面光纖網(wǎng)絡(luò)，6G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的無縫覆蓋。智能化管理：借助人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，6G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)智能化的網(wǎng)絡(luò)管理和優(yōu)化，提高資源利用率和服務(wù)質(zhì)量。此外在6G時代，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)還將面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，如高頻譜資源的利用、新型天線技術(shù)的研究與應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)安全與隱私保護(hù)等。這些挑戰(zhàn)需要產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界和政府機(jī)構(gòu)共同努力，共同推動6G技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。序號技術(shù)挑戰(zhàn)解決方案1高頻譜資源利用研究新型高效調(diào)制技術(shù)，提高頻譜利用率2新型天線技術(shù)開發(fā)多波束天線、毫米波天線等新型天線系統(tǒng)3網(wǎng)絡(luò)安全與隱私保護(hù)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施，保障用戶數(shù)據(jù)和隱私安全6G時代的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計將引領(lǐng)通信技術(shù)的革新，為人類社會帶來更加美好的未來。空天地一體化網(wǎng)絡(luò)(Air-Space-GroundIntegratedN的關(guān)鍵發(fā)展方向，旨在構(gòu)建覆蓋全球、連接空、天、地、海等多維空間的立體化通信網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)通過整合衛(wèi)星(如低軌衛(wèi)星星座、高軌衛(wèi)星)、航空平臺(如高空長航時無人機(jī)HAPS)、地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)(5G/6G基站)及海洋通信節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全域無縫覆蓋與泛在連接，滿足未來超高清視頻、遠(yuǎn)程手術(shù)、自動駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等多樣化業(yè)務(wù)需求。(1)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點(diǎn)空天地一體化網(wǎng)絡(luò)具有異構(gòu)融合、協(xié)同覆蓋、智能管控三大核心特征：●異構(gòu)融合：衛(wèi)星、無人機(jī)、地面基站等節(jié)點(diǎn)采用不同頻段(如Ka/V波段)、制式(如5GNR、衛(wèi)星專用協(xié)議)及接入技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)切片、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通?！駞f(xié)同覆蓋：通過多層節(jié)點(diǎn)協(xié)同(如低軌衛(wèi)星提供全球覆蓋，HAPS熱點(diǎn)增強(qiáng)，地面網(wǎng)絡(luò)高容量補(bǔ)充),解決傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)問題，如內(nèi)容所示(注：此處為文字描述，實(shí)際文檔可配內(nèi)容)?！裰悄芄芸兀航Y(jié)合人工智能(AI)與意內(nèi)容驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)(IDN),動態(tài)優(yōu)化資源分配、路由選擇及網(wǎng)絡(luò)切片，保障業(yè)務(wù)QoS。(2)關(guān)鍵技術(shù)組成空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)體系可分為物理層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層三層，具體見【表】?！颉颈怼靠仗斓匾惑w化網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)分層層級關(guān)鍵技術(shù)層級關(guān)鍵技術(shù)層高頻段通信(太赫茲)、大規(guī)模MIMO、波束賦形、抗干擾編碼(如LDPC/Polar層衛(wèi)星-地面網(wǎng)絡(luò)切換(如SAT5G)、軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)(SDSN)、網(wǎng)層邊緣計算(MEC)、AI驅(qū)動的資源調(diào)度、數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)切片(3)性能指標(biāo)與挑戰(zhàn)空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的性能需滿足以下關(guān)鍵指標(biāo)：●時延：端到端時延需低于1ms(如遠(yuǎn)程手術(shù)),部分場景容忍百毫秒級(如衛(wèi)星通信)?！裢掏铝浚簡捂溌贩逯邓俾蔬_(dá)Tbps級(如太赫茲通信),系統(tǒng)容量密度提升10倍以上?！褚苿有裕褐С?00km/h以上高速移動場景(如高鐵、航空器)的無縫切換。然而該網(wǎng)絡(luò)仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，例如：1.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同：衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議差異、動態(tài)拓?fù)渥兓瘜?dǎo)致的切換復(fù)雜度問題。2.資源高效利用：衛(wèi)星軌道、頻譜資源有限，需通過動態(tài)頻譜共享(DSS)和認(rèn)知無線電優(yōu)化分配。3.能耗與成本：低軌衛(wèi)星大規(guī)模部署的能耗控制，以及地面終端支持多頻段模組的成本問題。(4)應(yīng)用場景空天地一體化網(wǎng)絡(luò)將在以下場景發(fā)揮核心作用：●全球應(yīng)急通信：通過衛(wèi)星快速部署災(zāi)區(qū)通信鏈路，保障救援行動?！裰腔劢煌ǎ赫闲l(wèi)星定位、無人機(jī)巡檢與車聯(lián)網(wǎng)(V2X),實(shí)現(xiàn)自動駕駛的全時空覆蓋?！癍h(huán)境監(jiān)測：利用衛(wèi)星遙感與地面?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建實(shí)時氣象、災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。綜上，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)通過多維度資源整合與智能協(xié)同，為6G時代構(gòu)建“萬物智聯(lián)”的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施奠定基礎(chǔ)，但其實(shí)現(xiàn)仍需突破跨域融合、高效傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)瓶◎概念界定：空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的深入解讀在6G時代，隨著通信技術(shù)的跨越式發(fā)展，地球上的通信不再僅限于陸地、海洋和空中?？仗斓匾惑w育化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(以下簡稱“空天地一體化”)成為了研究與實(shí)現(xiàn)高軌衛(wèi)星(GEO)、中軌衛(wèi)星(MEO)等多種通信手段的工作機(jī)制以達(dá)到無縫連接和信息共享空天地一體化的界定可以圍繞幾個核心點(diǎn)展開討論：◎核心點(diǎn)一：一體化標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議空天地一體化并不是不同通信方式的簡單疊加，它需要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，確保不同技術(shù)之間的互通性與兼容性。這涉及到物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層等各層協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，以及硬件和軟件接口的一致性?！蚝诵狞c(diǎn)二：多邊聯(lián)動機(jī)制如何有效地將各類通信資源整合，并協(xié)調(diào)其運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)空天地一體化的另一大挑1.2.2空天地一體化網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通過有效整合衛(wèi)星、高空平臺(如平流層平臺)以及地面網(wǎng)絡(luò)資源，展現(xiàn)出多種獨(dú)特優(yōu)勢，這些優(yōu)勢顯著提升了中國6G時代的網(wǎng)絡(luò)性能和服中軌衛(wèi)星(MEO)和高軌衛(wèi)星(HEO)的組合，實(shí)現(xiàn)對全球范圍覆蓋特性對比。軌道類型大致高度(km)針對場景LEO(低軌)高速率、低時延城市密集區(qū)、應(yīng)急通信MEO(中軌)較低時延、中等覆蓋范圍跨區(qū)域通信、物聯(lián)網(wǎng)HEO(高軌)無時延、全球覆蓋海洋、極地、偏遠(yuǎn)地區(qū)2.頻譜資源豐富，資源利用率高空天地一體化網(wǎng)絡(luò)利用不同頻段(如毫米波、太赫茲波段的衛(wèi)星頻段)的組合，形成多維頻譜協(xié)同機(jī)制，大幅提升頻譜資源的利用效率。通過動態(tài)頻譜分配技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求實(shí)時調(diào)整頻譜分配策略，減少擁塞，優(yōu)化傳輸性能。例如，【公式】展示了頻譜效率的動態(tài)優(yōu)化模型：3.網(wǎng)絡(luò)可靠性強(qiáng)，冗余性高空天地協(xié)同架構(gòu)具備天然的多源冗余特性，地面網(wǎng)絡(luò)可通過空中平臺(如無人機(jī)、平流層飛行器)進(jìn)行數(shù)據(jù)中繼，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)也可作為地面網(wǎng)絡(luò)的備份，確保在突發(fā)災(zāi)難(如地震、臺風(fēng))或戰(zhàn)時地面基礎(chǔ)設(shè)施癱瘓時，仍能維持基本通信服務(wù)。研究表明，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的可靠性比單一網(wǎng)絡(luò)高出60%以上(文獻(xiàn))。4.業(yè)務(wù)靈活性高，支持多樣化場景空天地一體化網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)應(yīng)用需求靈活調(diào)整服務(wù)模式，例如，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景中，高空平臺可作為移動計算節(jié)點(diǎn)，結(jié)合衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)低時延的控制指令傳輸；在偏遠(yuǎn)山區(qū)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可提供寬帶接入，而地面網(wǎng)絡(luò)則負(fù)責(zé)實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)回傳。這種靈活配5.支持大規(guī)模連接，物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展絡(luò)通過衛(wèi)星星座與地面5G/6G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，可支持每平方公里超過100萬個設(shè)備的連接密度(eMBB場景),有效緩解地面基站覆蓋壓力，推動物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用(如智慧農(nóng)業(yè)、車聯(lián)網(wǎng))的規(guī)?；渴?。頻譜效率、可靠性和業(yè)務(wù)靈活性，為構(gòu)建全球智能化互聯(lián)體近年來，隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，全球各國對6G通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)注度顯著提升。家和地區(qū)在空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的研究方面處于領(lǐng)先地位。例如，美國FDA(FutureDevelopmentofAgency)通過其“2020年5G/6G研發(fā)路線內(nèi)容”明確強(qiáng)調(diào)了空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的重要性；歐洲通過其“Hexa-X項(xiàng)目”探索多層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同；日本N在國內(nèi)，中國、華為、中興等企業(yè)和高校(如清華大學(xué)、北京郵電大學(xué))投入了大解決方案”,強(qiáng)調(diào)了多層網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同優(yōu)化；中興則在“天地一體機(jī)構(gòu)項(xiàng)目名稱核心研究內(nèi)容技術(shù)突破美國星地鏈路增強(qiáng)技術(shù)、空地協(xié)同頻譜管理高速數(shù)據(jù)傳輸、動態(tài)頻歐洲異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多路徑切換、空天多層網(wǎng)絡(luò)無縫連接、智能資源調(diào)度日本量子通信衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)回波抑制技術(shù)增強(qiáng)中國空天地一體化融合網(wǎng)絡(luò)多層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化、動態(tài)拓?fù)淇刂谱赃m應(yīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、波束賦形精度提升從技術(shù)層面來看，國內(nèi)外研究主要集中在以下方向：(1)采用分布式和集中式結(jié)合的架構(gòu)(如【公式】),實(shí)現(xiàn)多層網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)分配與負(fù)載均其中(Qi(t))表示節(jié)點(diǎn)i的剩余資源，(Ui;)表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j的流量，(C?(t))表示節(jié)點(diǎn)i的處理容量);(2)多層網(wǎng)絡(luò)間的無縫切換與QoS保障，通過多路徑檢測和智能選擇算法(如基于Rabin哈德瑪測地的切換協(xié)議),降低切換延遲和業(yè)務(wù)中斷率；(3)星地段與地地段的智能融合，重點(diǎn)在于頻譜接入和干擾管理，如韓國DTI(DigitaltuberculosisInitiative)提出的“自適應(yīng)中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)計”,通過動態(tài)波束賦形優(yōu)化傳輸效率。盡管研究進(jìn)展顯著,當(dāng)前仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如大規(guī)模天線陣列的能效優(yōu)化、星地鏈路的時延與帶寬矛盾以及國際頻譜標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，這些將是未來研究的重點(diǎn)方向。近年來，國際社會在6G時代空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與技術(shù)挑戰(zhàn)方面取得(1)架構(gòu)設(shè)計研究等方面。例如，3GPP聯(lián)合多家企業(yè)提出了基于云原生和服務(wù)的化架構(gòu)(C-NR架構(gòu)),該架構(gòu)通過[公式：C-NR≡Cloud-encontrodeRed]的公式形式化表示了它與傳決多域異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的信任問題。加拿大電信研究院(層重復(fù)引用(LR-URI)的架構(gòu)能顯著(2)技術(shù)挑戰(zhàn)突破技術(shù)方向典型進(jìn)展關(guān)鍵指標(biāo)鏈路融合技術(shù)頻譜分技術(shù)方向典型進(jìn)展關(guān)鍵指標(biāo)配峰值速率達(dá)2.5Tbps定位協(xié)同機(jī)制(3)標(biāo)準(zhǔn)化動態(tài)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IEEE與ITU相繼發(fā)布《未來通信架構(gòu)藍(lán)皮書》(2023版),提出開發(fā)的“穹頂通信”系統(tǒng)具有突破性：它首次實(shí)現(xiàn)了從低軌衛(wèi)星到地面5G網(wǎng)絡(luò)的毫秒級切換，證明了QoS約束條件式的信令交互理論的可行性。(4)未來合作方向國際研究呈現(xiàn)出兩大趨勢：一是多國共建空天地測試床能有效抵御未來6G網(wǎng)絡(luò)可能面臨的量子計算攻擊，該協(xié)議符合香農(nóng)理論關(guān)于信息安全2.關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用探索多網(wǎng)融合技術(shù)、智能運(yùn)維技術(shù)等。例如，中國聯(lián)通聯(lián)合多所的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證》,成功實(shí)現(xiàn)了低軌衛(wèi)星與地面5G網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接，技術(shù)等領(lǐng)域也取得了重要突破，例如，中國航天科工集團(tuán)研發(fā)的“天基互聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)3.標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)推進(jìn)推出的“天地一體化解決方案”,通過地面網(wǎng)絡(luò)與北斗衛(wèi)星的4.實(shí)際部署與試點(diǎn)項(xiàng)目研究方向主要成果代表性項(xiàng)目文獻(xiàn)架構(gòu)設(shè)計多源融合資源分配策略、動態(tài)頻譜共享機(jī)制多所高校聯(lián)合研究項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)空天地一體化組網(wǎng)技術(shù)、多網(wǎng)融合技術(shù)、智能運(yùn)維技術(shù)中國聯(lián)通5G空天地一體化驗(yàn)證項(xiàng)目衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)低軌衛(wèi)星星座布局、跨地域通信中國航天科工“天基互聯(lián)網(wǎng)”無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多無人機(jī)協(xié)同組網(wǎng)、靈活通信支持騰訊研究院無人機(jī)通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作制定多項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)，推動行業(yè)規(guī)范中國信通院主導(dǎo)的《空天地一試點(diǎn)項(xiàng)目化示范項(xiàng)目上海、廣東等地試點(diǎn)●式1:基于多源融合的資源分配模型其中N為業(yè)務(wù)需求總數(shù)，M為資源節(jié)點(diǎn)總數(shù)，Pi為業(yè)務(wù)功耗，I為業(yè)務(wù)時延，Wij為節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的資源分配權(quán)重，Ui為業(yè)務(wù)j在網(wǎng)絡(luò)i的資源使用量?？傮w而言我國在空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的研究與實(shí)踐中取得了階段性成果，但仍面臨諸如跨頻段干擾、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同難度大、國際標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一等問題。未來需進(jìn)一步深化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完善產(chǎn)業(yè)鏈合作，加強(qiáng)國際交流與協(xié)作，共同推動空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)1.4本文主要研究內(nèi)容本文圍繞6G時代的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與技術(shù)挑戰(zhàn)展開深入探討，主要研究內(nèi)容涵蓋以下幾個方面：(1)空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計本文首先對6G時代背景下的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)需求進(jìn)行詳細(xì)分析，提出一種多層次、立體化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案。該架構(gòu)通過綜合地面、空中和空間資源，實(shí)現(xiàn)無縫通信覆蓋。為了更直觀地展示架構(gòu)設(shè)計，本文引入了一個概念性架構(gòu)模型，并用表格形式列出各層級的功能和組成。層級功能組成組件核心層數(shù)據(jù)處理與資源調(diào)度AI加速引擎、云計算平臺傳輸層高速數(shù)據(jù)傳輸光纖網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星鏈路接入層5G基站、無人機(jī)通信終端、衛(wèi)星終端在架構(gòu)設(shè)計中，本文重點(diǎn)研究了多層網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)同工作機(jī)制，以及如何通過動態(tài)資源分配技術(shù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。(2)關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)盡管空天地一體化架構(gòu)具有顯著優(yōu)勢，但在實(shí)際部署過程中仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。本文重點(diǎn)分析了以下幾個核心問題：1.頻譜資源管理：如何在有限的頻譜資源下實(shí)現(xiàn)地面、空中和空間網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同共享，是6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的關(guān)鍵。本文通過建立頻譜動態(tài)分配模型(【公式】)來分析頻譜利用效率：其中(η(f,t))表示頻譜效率，(f)表示頻段，(t)表示時間。2.網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性問題：不同網(wǎng)絡(luò)間的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、傳輸協(xié)議和數(shù)據(jù)格式差異較大，給互操作性帶來挑戰(zhàn)。本文提出了基于標(biāo)準(zhǔn)化接口和協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)的解決方案。3.空天地協(xié)同路由優(yōu)化：在立體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，如何實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸路徑選擇，是提升網(wǎng)絡(luò)性能的重要課題。本文通過引入A路徑算法改進(jìn)方案，結(jié)合實(shí)時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸路徑。(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與性能評估為了驗(yàn)證空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可行性和性能，本文設(shè)計了一系列仿真實(shí)驗(yàn)。通過對比傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)與融合空天地資源的6G網(wǎng)絡(luò)在不同場景下的性能指標(biāo)，量化分析新型架構(gòu)的優(yōu)勢。主要評估指標(biāo)包括：●延遲降低率：在長距離通信場景中，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的延遲降低●吞吐量提升幅度：通過多鏈路協(xié)同傳輸，網(wǎng)絡(luò)總吞吐量的提升情況?！褓Y源利用效率：動態(tài)資源分配策略對頻譜、能量等資源的利用效率改進(jìn)。通過這些研究內(nèi)容，本文旨在為6G時代的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供理論依據(jù)和技術(shù)參考，推動空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。6G網(wǎng)絡(luò)的一個核心目標(biāo)是通過空天地一體化的通信方式實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋，即在地表基站、無人機(jī)、衛(wèi)星以及飛機(jī)等不同通信節(jié)點(diǎn)間構(gòu)成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為用戶提供連續(xù)、高可靠性的通信服務(wù)。這種一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵在于能夠協(xié)同優(yōu)化地面與空天資源，實(shí)現(xiàn)各通信節(jié)點(diǎn)的信息交互和數(shù)據(jù)流動。在設(shè)計空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時，考慮以下要素：1.不同通信節(jié)點(diǎn)間的信息交互：地面基站與無人機(jī)、衛(wèi)星、飛機(jī)之間的通信鏈路須高效、低延時，以滿足高實(shí)時性的6G應(yīng)用需求。2.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的動態(tài)性和適應(yīng)性：6G網(wǎng)絡(luò)需要在高速移動環(huán)境、極端氣候條件下以及城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)提供穩(wěn)定的通信服務(wù)。3.多層次、多維度的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同：通過合理配置地面資源與空天資產(chǎn)，高效利用不同層級的網(wǎng)絡(luò)資源與控制方法，形成一個靈活且強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。4.網(wǎng)絡(luò)切片與接入控制：根據(jù)不同用戶的需求定制不同的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效的接入控制與網(wǎng)絡(luò)資源分配。空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的挑戰(zhàn)主要包括：●異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)兼容與整合：確保地面基站、無人機(jī)、衛(wèi)星和飛機(jī)之間的通信協(xié)議、頻譜分配和接口標(biāo)準(zhǔn)能夠無縫兼容。·網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化：需要優(yōu)化空天地各通信節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸速度、連接穩(wěn)定性及網(wǎng)絡(luò)延時?！癜踩c隱私保障：空天地一體化通信增加了數(shù)據(jù)泄露和潛在攻擊的風(fēng)險，需設(shè)計安全機(jī)制保障通信安全?！駱?biāo)準(zhǔn)與法規(guī)制定：需制定統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)法規(guī)來規(guī)范空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)行，確保各環(huán)節(jié)協(xié)同高效。內(nèi)容簡化的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)【表】主要通信節(jié)點(diǎn)參數(shù)對比節(jié)點(diǎn)類型傳輸速度通信范圍典型應(yīng)用場景站預(yù)期10Gbps-1Tbps以下數(shù)十至數(shù)百公里城市移動通信、物頻譜與網(wǎng)規(guī)要求無人機(jī)數(shù)公里至數(shù)五千公里森林防火、窄帶衛(wèi)星通信小型化且短的持久飛行時間中軌道衛(wèi)星數(shù)千-數(shù)萬公里信高效的數(shù)據(jù)傳輸功能地球同步衛(wèi)星數(shù)萬公里報低軌道通信與延遲優(yōu)勢高空平臺與飛機(jī)數(shù)小時至數(shù)天極地通信、高空廣告物流內(nèi)容像化與高清晰度數(shù)據(jù)傳輸通過上述節(jié)點(diǎn)參數(shù)的對比，可見不同通信節(jié)點(diǎn)所能提供的傳輸速度與服務(wù)特性之間存在差異，這需要我們在設(shè)計6G空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時，綜合考慮不同場景下的應(yīng)用需求和資源配置情況，確保網(wǎng)絡(luò)的整體性能和服務(wù)質(zhì)量。展望未來，第六代(6G)移動通信技術(shù)預(yù)計將引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)變革進(jìn)入全新紀(jì)元。其總體架構(gòu)設(shè)計呈現(xiàn)出顯著的去中心化、智能化和沉浸化特征，旨在滿足未來元宇宙、空天地一體化通信等新興應(yīng)用的極致體驗(yàn)需求。6G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)不再是單一層面維度的設(shè)計，從技術(shù)層面來看，6G總體架構(gòu)通?？梢猿橄鬄橐韵聨讉€核心層次：(1)物理層(PhysicalLayer,PL);(2)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer,DLL);(3)網(wǎng)絡(luò)層(Network為了更好地描述6G網(wǎng)絡(luò)這種復(fù)雜系統(tǒng)，我們常用下面的層次化功能架構(gòu)模型(HierarchicalFunctionalArchitectureModel,HFAM)來進(jìn)行表示，其中各層負(fù)責(zé)內(nèi)容G層次化功能架構(gòu)模型示例(此處為文字描述，非內(nèi)容片)質(zhì)(地面視距、非視距、衛(wèi)星直線視距)帶來的巨大差異性，例如路徑損耗、時延、多普勒頻移等。關(guān)鍵的物理層技術(shù)挑戰(zhàn)包括：開發(fā)超高頻段(如太赫茲)的技術(shù)指標(biāo)頻譜效率(bps/Hz)>100(峰值)技術(shù)指標(biāo)峰值速率(Gbps)連接密度(個/平方公里)平均時延(ms)<0.1(回聲鏈路除外)超可靠性(%)●數(shù)據(jù)鏈路層(DLL):此層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立數(shù)據(jù)鏈路，解決可靠傳輸、介構(gòu)，可能引入自組織網(wǎng)絡(luò)(SON)或自智網(wǎng)絡(luò)(AutonomicNetwork)的元素，以性)等核心功能。為了實(shí)現(xiàn)真正意義上的全球無縫覆蓋和動態(tài)資源分配，6G網(wǎng)絡(luò)需要引入統(tǒng)一或高度兼容的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(如IPV6的演進(jìn)版本、軟件定的深度應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV的普及)。空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的路由挑戰(zhàn)在于如何動態(tài)、高效地在不同域(地面運(yùn)營商域、衛(wèi)星運(yùn)營商域、航空器運(yùn)營商域)處理用戶在不同平臺(地面、飛機(jī)、衛(wèi)星)間移動時的連接保持，是設(shè)計的關(guān)鍵要點(diǎn)之一。精準(zhǔn)的資源分配和優(yōu)先級設(shè)置，確保復(fù)雜應(yīng)用場景(如緊最終，6G網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)通過各層功能的有效協(xié)同，利用空天地海等各種潛在資(一)物理層體化通信網(wǎng)絡(luò)中，物理層需要考慮到不同傳輸介質(zhì)的特性，如大氣、太空、海洋等自然環(huán)境的影響，設(shè)計出能夠適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境的傳輸方案。(二)鏈路層鏈路層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的差錯控制和流量控制，由于空天地網(wǎng)絡(luò)中涉及多種不同類型的通信節(jié)點(diǎn)，如衛(wèi)星、無人機(jī)、地面基站等，因此需要設(shè)計高效的鏈路層協(xié)議，確保數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)之間的可靠傳輸。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，在空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)層需要考慮到不同節(jié)點(diǎn)的移動性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化等因素，設(shè)計出靈活的路由協(xié)議和轉(zhuǎn)發(fā)策略，確保數(shù)據(jù)的快速、準(zhǔn)確傳輸。(四)傳輸層傳輸層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的可靠傳輸和端點(diǎn)之間的會話管理，針對空天地網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，傳輸層需要設(shè)計高效的擁塞控制算法和流量調(diào)度策略，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率。(五)應(yīng)用層應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需求，如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等。為了滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求，應(yīng)用層需要設(shè)計靈活的服務(wù)框架和接口，提供高效的數(shù)據(jù)處理和分發(fā)服務(wù)。技術(shù)挑戰(zhàn)：●跨層優(yōu)化問題：由于空天地網(wǎng)絡(luò)涉及多個層次，如何實(shí)現(xiàn)跨層優(yōu)化，提高整體性能是一個重要挑戰(zhàn)?！す?jié)點(diǎn)間的協(xié)同問題：空天地網(wǎng)絡(luò)中涉及多種類型的節(jié)點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)這些節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同工作，提高網(wǎng)絡(luò)的整體效率也是一個關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。●算法復(fù)雜性與計算效率：為了適應(yīng)空天地網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜環(huán)境和多變的應(yīng)用場景，需網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等)之間的嚴(yán)格隔離，實(shí)現(xiàn)信息、資源與策略的動態(tài)聯(lián)合優(yōu)化。與傳統(tǒng)軟件、集中式與分布式?jīng)Q策的深度融合。例如，物理層的接反饋至網(wǎng)絡(luò)層，以指導(dǎo)路由選擇；而應(yīng)用層的業(yè)務(wù)需求(如時延、可靠性)也可反向1.信息交互機(jī)制跨層協(xié)同依賴于高效的信息交互框架，可通過定義標(biāo)準(zhǔn)化的層間接口(如API或數(shù)交互維度傳統(tǒng)分層跨層協(xié)同交互時延高(逐層處理)低(直接層間跳轉(zhuǎn))信息利用率低(部分信息被過濾)高(全量信息共享)靈活性差(接口固定)強(qiáng)(可動態(tài)定義交互規(guī)則)2.聯(lián)合優(yōu)化模型跨層協(xié)同可通過數(shù)學(xué)建模實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的聯(lián)合優(yōu)化，例如，在資源分配問題中，可將物理層的功率控制((P))、網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇((R))與應(yīng)用層的QoS需求((D)統(tǒng)一為如下優(yōu)化目標(biāo)：3.人工智能驅(qū)動盡管跨層協(xié)同具備顯著優(yōu)勢，其實(shí)施仍面臨以下挑戰(zhàn)：●標(biāo)準(zhǔn)化難題：缺乏統(tǒng)一的跨層接口協(xié)議，可能導(dǎo)致異構(gòu)設(shè)備間的互操作性下降?！裼嬎銖?fù)雜度：聯(lián)合優(yōu)化模型可能因維度過高導(dǎo)致實(shí)時性降低，需引入分布式計算或邊緣智能技術(shù)?！癜踩L(fēng)險：跨層數(shù)據(jù)共享可能增加攻擊面，需結(jié)合零信任架構(gòu)(ZeroTrust)加強(qiáng)隱私保護(hù)。綜上，跨層協(xié)同思想通過打破傳統(tǒng)分層的壁壘，為6G空天地一體化網(wǎng)絡(luò)提供了高效、靈活的架構(gòu)設(shè)計范式，但其落地仍需在標(biāo)準(zhǔn)化、計算效率與安全性等方面持續(xù)突破。2.2空基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)在6G時代，空基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)作為天空與地面、空中與空中之間的橋梁，承載著關(guān)(1)天線陣列技術(shù)天線陣列類型優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用場景均勻線陣結(jié)構(gòu)簡單、易于部署周期性陣列高增益、靈活指向戰(zhàn)術(shù)通信、雷達(dá)系統(tǒng)非均勻線陣高靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)移動通信、災(zāi)害救援(2)衛(wèi)星通信系統(tǒng)(3)無人機(jī)(UAV)通信系統(tǒng)無人機(jī)(UAV)作為一種新興的通信節(jié)點(diǎn)，具有靈活部署、低成本和在空基網(wǎng)絡(luò)中，無人機(jī)可以作為中繼站、基站或移動站，提供無線通信服務(wù)。無人機(jī)通信系統(tǒng)的設(shè)計需要考慮飛行控制、能源管理、信號處理和網(wǎng)絡(luò)安全等方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。無人機(jī)通信系統(tǒng)特性描述靈活部署適應(yīng)各種地形和場景相較于地面基站具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢高帶寬提供高速數(shù)據(jù)傳輸能力空基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)在6G時代具有重要意義。通過不斷優(yōu)化天線陣列技術(shù)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和無人機(jī)通信系統(tǒng)等方面的設(shè)計和應(yīng)用，可以構(gòu)建起一個高效、穩(wěn)定和靈活的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)。在6G時代，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導(dǎo)航和衛(wèi)星遙感等。衛(wèi)星通信技術(shù)是利用衛(wèi)星作為中繼站，實(shí)現(xiàn)地面與衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)傳輸。這種技術(shù)具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的需求。目前，衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事、航空、航海等領(lǐng)域。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是通過衛(wèi)星發(fā)射的電磁波信號，實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的位置定位和時間同步。這種技術(shù)具有高精度、高可靠性等特點(diǎn)，可以滿足自動駕駛、無人機(jī)等應(yīng)用需求。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)成為全球定位系統(tǒng)(GPS)的重要組成部分。衛(wèi)星遙感技術(shù)是通過衛(wèi)星搭載的傳感器，獲取地球表面的信息。這種技術(shù)具有實(shí)時性強(qiáng)、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，可以用于農(nóng)業(yè)、氣象、環(huán)保等領(lǐng)域。目前，衛(wèi)星遙感技術(shù)已經(jīng)成為地球觀測的重要手段。為了實(shí)現(xiàn)空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，需要將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與其他通信技術(shù)相結(jié)合。在6G時代，平行地球軌道(Paralleo較近的高度運(yùn)行，通常位于西經(jīng)55度至75度之間的軌道上，它們與地球輪廓平行，因此在遙感、導(dǎo)航、通信和科學(xué)探索等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出為了滿足6G時代對數(shù)據(jù)傳輸速率的需求，平行地球軌道衛(wèi)星將部署具備高效通信以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能質(zhì)量。在面臨這些技術(shù)挑戰(zhàn)的同時，平行地球軌道衛(wèi)星還應(yīng)考慮射電污染問題，避免對其他空間進(jìn)行垃圾污染，確保自身作為一個干凈的太空資產(chǎn)繼續(xù)為人類服務(wù)。為了提供一個能讓非專業(yè)讀者易于理解的技術(shù)挑戰(zhàn)概述，以下是對比6G前代技術(shù)的技術(shù)挑戰(zhàn)表。技術(shù)挑戰(zhàn)空天地通信一體化一衛(wèi)星寬帶通信能力提升衛(wèi)星通信技術(shù)初露端倪網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與兼容網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作機(jī)制研究一軌道保持與環(huán)境適應(yīng)智能化動態(tài)控制技術(shù)研究一定量化管理技術(shù)需發(fā)展一6G時代的平行地球軌道衛(wèi)星及其相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計不僅要考慮提升系統(tǒng)的整體性能，還要降至最小程度地對地球及太空環(huán)境造成影響，從而確?？沙掷m(xù)、安全、高效的空天地通信網(wǎng)絡(luò)得以實(shí)現(xiàn)。通過以上內(nèi)容的創(chuàng)建代表了在6G背景下，平行地球軌道衛(wèi)星將如何成為構(gòu)建下一代空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的樞紐(即段落2.2.2的目的在于闡述平行地球軌道衛(wèi)星在此架構(gòu)設(shè)計中的作用和地位)。2.3地面網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)作為空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心組成部分，構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)的基石。它與星地網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)緊密協(xié)同，實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)承載、傳輸和控制。相較于傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)，6G時代的地面網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將展現(xiàn)出更高的性能、更廣的覆蓋和更智能的管控能力。該子系統(tǒng)主要由核心網(wǎng)(CoreNetwork)、承載網(wǎng)(TransportNetwork)和接入網(wǎng) (AccessNetwork)三部分構(gòu)成，它們相互交織、協(xié)同工作，提供無縫、高速、可靠的通信服務(wù)。(1)核心網(wǎng)6G核心網(wǎng)是全網(wǎng)業(yè)務(wù)處理、控制和管理的中心樞紐。相較于5G,6G核心網(wǎng)將引入一系列關(guān)鍵特性，以支持空天地一體化業(yè)務(wù)的高效運(yùn)行?！穹?wù)化架構(gòu)(SBA)演進(jìn)：6G核心網(wǎng)將進(jìn)一步加強(qiáng)服務(wù)化架構(gòu)的設(shè)計，提升網(wǎng)絡(luò)的功能靈活性和開放性，便于新業(yè)務(wù)的快速引入和部署?！窠y(tǒng)一接入與網(wǎng)關(guān)功能：為了實(shí)現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)的透明傳輸，6G核心網(wǎng)需具備支持異構(gòu)接入(地面、空中)的統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)不同接入場景下的信令和業(yè)務(wù)承載的無縫切換?！裰悄芑芾砼c編排：結(jié)合AI技術(shù)，6G核心網(wǎng)的智能管理與編排(MANO)能力將得到顯著增強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對全網(wǎng)資源的動態(tài)分配、故障的自愈以及業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)保障?！窬W(wǎng)絡(luò)切片增強(qiáng)：面對多樣化的業(yè)務(wù)需求，6G將引入更靈活、更動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，通過在地面網(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建端到端的、具有差異化服務(wù)的邏輯網(wǎng)絡(luò)，滿足不同業(yè)務(wù)場景(如工業(yè)控制、高清直播、車聯(lián)網(wǎng)等)的特定要求。核心網(wǎng)功能模塊示意：盡管具體的6G核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)仍在制定中，但其主要功能模塊可參考內(nèi)容所示的簡化架構(gòu)示意內(nèi)容。該內(nèi)容展示了SBA架構(gòu)下，UPF(用戶平面功能)、IM-SM(策略與控制 (網(wǎng)絡(luò)slicing功能)、UPF-A(邊緣UPF)等關(guān)鍵功能實(shí)體。◎內(nèi)容：6G核心網(wǎng)簡化功能架構(gòu)示意(2)承載網(wǎng)承載網(wǎng)負(fù)責(zé)為地面網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)提供高速率、低時延、高可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道。在6G時代，承載網(wǎng)的架構(gòu)和技術(shù)將面臨新的挑戰(zhàn)和需求?！じ咔弩w驗(yàn)保障：6G網(wǎng)絡(luò)對帶寬的需求將呈指數(shù)級增長，特別是考慮到未來可能的多流、全沉浸式體驗(yàn)(如AR/VR),對承載網(wǎng)的容量和網(wǎng)絡(luò)傳輸效率提出了極高的要求?！竦蜁r延業(yè)務(wù)支持：對于車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等低時延場景，承載網(wǎng)的端到端時延需要控制在毫秒級甚至亞毫秒級，這對光傳輸技術(shù)、交換技術(shù)等都帶來了挑戰(zhàn)?！裨鰪?qiáng)型網(wǎng)絡(luò)切片：承載網(wǎng)需要為不同類型的網(wǎng)絡(luò)切片(業(yè)務(wù)流、性能要求)提供差異化的傳輸保障，包括帶寬、時延、抖動、可靠性等多維度指標(biāo)?！裨苹c智能化：承載網(wǎng)的設(shè)備(如DWDM系統(tǒng)、OTN、IPRAN等)將更加小型化、智能化、云化，提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和運(yùn)維效率。AI技術(shù)將應(yīng)用于流量工程、故障預(yù)測與自愈等方面。承載網(wǎng)光層資源調(diào)配模型示意：(鏈路容量約束)(非負(fù)約束)R,是鏈路j的總帶寬容量。(3)接入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(如6GNR),具備更高的頻譜效率、更低的互調(diào)干擾、更廣的覆蓋范圍(尤提供超寬帶接入；同時也將研究無源無源化(AmbientRP)等利用環(huán)境信道進(jìn)行將下沉到接入邊緣節(jié)點(diǎn)(如C-RAN中的DU/vDU),形成分布式接入架構(gòu)。(此處內(nèi)容暫時省略)用戶(A或B)通過地面無線網(wǎng)絡(luò)(6GNR)接入。若用戶移動或業(yè)務(wù)需要，可以通過綜合接入網(wǎng)關(guān)(CRS/BS,可能具備空地信令協(xié)同與資源調(diào)配能力)切換至空中接口(如低軌衛(wèi)星系統(tǒng))。同時空中接口接入也必須與地面網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫對接，通常在空中接口網(wǎng)地面網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)在6G時代的發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)，包括超大規(guī)模連接的承載效率、地面與空天地信道的深度協(xié)同、AI賦能的網(wǎng)絡(luò)智能化水平提升、以及海力的提升。從1G時代的模擬語音通信，到2G的數(shù)字語音和數(shù)據(jù)傳輸，再到3G的移動互聯(lián)網(wǎng)初步嘗試，4G的快速普及以及5G開啟的萬物互聯(lián)時代，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)始終遵循著摩爾定律般的發(fā)展軌跡不斷提升性能。進(jìn)入6G時代，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)成為關(guān)技術(shù)在頻譜資源利用、傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)密度、連接技術(shù)核心技術(shù)時延平方公里)移動互聯(lián)網(wǎng)，高速移動互聯(lián)網(wǎng)，注：表格數(shù)據(jù)為典型或峰值數(shù)值，具體指標(biāo)隨部署和標(biāo)準(zhǔn)有所不從【表】可以看出，每代技術(shù)的革新主要集中在空中接口(AirInterface)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(NetworkArchitecture)兩個層面?？罩薪涌诜矫?，調(diào)制編碼方式輸出技術(shù)(MIMO)以及波形(Waveform)等關(guān)鍵指系統(tǒng)容量。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，基帶處理能力(Baseban網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NetworkFunctionVirtualization,NFV)和展望6G,無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在演進(jìn)上呈現(xiàn)以下關(guān)鍵方向：1.非正交多址接入(Non-OrthonormalMultipleAccess,NOMA)與超大規(guī)模MIMO同時也帶來連接密度的增長。將NOMA與超大規(guī)模MIMO(ExtremelyLargeScaleMIMO,EL-SIMO)技術(shù)相結(jié)合，能夠進(jìn)一步提高頻譜效率和小區(qū)容量，支持空天率域用戶分配思想：Pk≥0,k=1,2,...,K其中P代表第k個用戶的分配功率，Pmax為總的最大可用功率，K為用戶的數(shù)量。通過優(yōu)化功率分配策略，使得所有用戶在共享資源時仍能獲得滿意的通信質(zhì)量。2.動態(tài)/認(rèn)知無線電(Dynamic/CognitiveRadio)與智能頻譜共享：6G需要應(yīng)對日益增長的頻譜需求與有限頻譜資源的矛盾。動態(tài)頻譜接入(DynamicSpectrumAccess,DSA)和認(rèn)知無線電技術(shù)通過使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠感知頻譜環(huán)境，智能地、動態(tài)地接入和使用未占用的或低效使用的頻譜，將極大提升頻譜利用率。未來，基于人工智能(AI)的智能頻譜共享將更加普遍，系統(tǒng)能夠?qū)崟r學(xué)習(xí)和預(yù)測頻譜使用模式，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的頻譜分配和干擾管理。3.新型波形與編碼方案(NovelWaveformsandCodingSchemes):為了在6G實(shí)現(xiàn)Tbps級別的傳輸速率和超低時延，需要研發(fā)適用于超高頻段(如太赫茲頻段)和更高階調(diào)制方式的先進(jìn)波形(如通信感知一體化波形)和空間-modulationcodedmodulation(SM-CM)編碼等方案。這些技術(shù)旨在克服高頻段傳輸損耗大、帶寬有限的挑戰(zhàn)，并進(jìn)一步壓縮符號間干擾。4.空天地協(xié)同波束賦形(Space-Air-GroundCooperativeBeamforming):空天地一體化網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)天地空資源的協(xié)同利用。通過在衛(wèi)星(Space)、高空平臺(Air)、地面(Ground)部署的站點(diǎn)之間進(jìn)行智能的波束協(xié)同賦形，可以實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍的全域無縫切換、傳輸時延的極大降低以及連接質(zhì)量的顯著提升。這需要精確的時間同步、頻譜協(xié)調(diào)和基于AI的聯(lián)合資源分配算法。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進(jìn)是一個持續(xù)創(chuàng)新、不斷突破的過程。從1G到5G的技術(shù)積累為6G空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在6G時代，通過融合創(chuàng)新各種先進(jìn)技術(shù)，并針對空天地一體化場景進(jìn)行特別設(shè)計，才能滿足未來新型應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)通信能力的再次飛躍。在城域環(huán)境中，深度覆蓋是一個關(guān)鍵的需求，尤其對于6G網(wǎng)絡(luò)而言，其高頻段的大帶寬特性和超低時延要求使得網(wǎng)絡(luò)覆蓋必須更加精細(xì)和密集。為了實(shí)現(xiàn)無縫連接和高質(zhì)量的服務(wù)，6G網(wǎng)絡(luò)需要克服城市區(qū)域的復(fù)雜傳播環(huán)境，如高樓大廈的遮蔽、多徑效應(yīng)以及信號衰減等問題。為此，采用空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)可以提供更靈活和高效的覆蓋解決方案。深度覆蓋的挑戰(zhàn)：在城市中心區(qū)域，高密度用戶和動態(tài)移動場景對網(wǎng)絡(luò)的容量和覆蓋范圍提出了極高的要求。傳統(tǒng)的地面網(wǎng)絡(luò)部署難以完全滿足這些需求，特別是在室內(nèi)和地下空間。6G的城域深度覆蓋策略需要綜合考慮以下幾個方面的挑戰(zhàn)：1.路徑損耗：高頻段的信號更容易受到障礙物的阻擋和散射，導(dǎo)致路徑損耗顯著增大。例如，在密集的城市環(huán)境中，一個典型的高低樓間距可能需要額外的中繼或增強(qiáng)信號以維持信號強(qiáng)度。根據(jù)電波傳播理論，路徑損耗(L)可以用以下公式近似表示：其中(d)是傳輸距離(單位：米),(f)是信號頻率(單位：MHz),(C)是其他環(huán)境校正因子(單位：dB)。2.多徑干擾：在復(fù)雜的城市環(huán)境中，信號經(jīng)過多次反射和折射，形成多條傳播路徑。這些多徑信號可能會在接收端疊加，導(dǎo)致信號失真和干擾。例如，高層建筑和密集的街道布局會增加多徑效應(yīng)的概率，降低信號質(zhì)量。3.容量需求：盡管深度覆蓋的目標(biāo)是提升覆蓋范圍，但同時也需要滿足高用戶密度的容量需求。例如，一個繁忙的商業(yè)中心可能需要支持?jǐn)?shù)萬人同時接入網(wǎng)絡(luò)，這對網(wǎng)絡(luò)的帶寬和頻譜效率提出了極高的要求。策略與解決方案：為了解決上述挑戰(zhàn)，城域深度覆蓋策略可以采用以下方法：策略描述毫米波中繼使用低空無人機(jī)或地面中繼設(shè)備，增強(qiáng)高頻段信號地面與衛(wèi)星協(xié)同分布式小區(qū)城域深度覆蓋是6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)，需要綜特性、用戶密度和容量需求?？仗斓匾惑w化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通過引入低軌衛(wèi)星、無人機(jī)等空域資源，可以有效提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋的深度和廣度，特別是在復(fù)雜的城市環(huán)境中。通過上述策略與解決方案，可以更好地滿足6G網(wǎng)絡(luò)對深度覆蓋的需求，提供更高質(zhì)量和更廣泛的通信服務(wù)。天基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，亦稱衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，是空天地一體化通信架構(gòu)中的關(guān)鍵組通信流量，特別是在地面網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)地)和空中網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)空)難以覆蓋或能力不足的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)無縫連接和補(bǔ)充。在6G時代，天基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)將承擔(dān)更為繁重的任務(wù)，其6G時代的天基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)架構(gòu)通常呈現(xiàn)多層級、立體化的特點(diǎn)。一個典型的架構(gòu)1.空間段(SpaceSegment):這是天基網(wǎng)絡(luò)的主體，由部署在不同軌道上的衛(wèi)星●地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星：覆蓋范圍廣(理論上可覆蓋地球某一半球),時延相對較高(單向約500-600ms),常用于固定或區(qū)域的廣域覆蓋，特別是對時延軌道類型軌道高度理論端到端時延(ms)覆蓋范圍單位帶寬/覆蓋成本主要優(yōu)勢主要劣勢點(diǎn)對點(diǎn)快速切較高(單位容時延低、覆蓋快、可大連接星座維護(hù)復(fù)雜、強(qiáng)干擾風(fēng)時延(ms)覆蓋范圍單位帶寬/覆蓋成本主要優(yōu)勢主要劣勢換險區(qū)域性覆蓋中等良好的時延與覆蓋平衡部署成本高、覆蓋不規(guī)則半球覆蓋較低定半球)、部署快時延高、帶寬升級難、易受阻塞2.地面段(GroundSegment):負(fù)責(zé)衛(wèi)星的控制與之間的連接與互聯(lián)。主要包括：●測控站(Tracking,Tel姿態(tài)控制和狀態(tài)監(jiān)控?！ぞW(wǎng)管中心(NetworkOperationsCenter,NOC):負(fù)責(zé)整個天基網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度、路由管理和業(yè)務(wù)監(jiān)控?！耜P(guān)口站/互聯(lián)節(jié)點(diǎn)(Gateways/XLINKInterfaces):實(shí)現(xiàn)天基網(wǎng)絡(luò)與地面公共電信網(wǎng)絡(luò)(如5G核心網(wǎng))或其他天基網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。3.用戶段(UserSegment):面向最終用戶，提供各類終端設(shè)備，如用戶終端(UT)和用戶平臺(UP)。這些終端可以集成在不同平臺上(如無人機(jī)、船舶、飛機(jī)等),通過天線與衛(wèi)星進(jìn)行信息的收發(fā)。關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)：在6G設(shè)計天基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)時，面臨諸多關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)：1.多波束與大規(guī)模MIMO技術(shù)：為了提升頻譜效率和容量，需要在衛(wèi)星上部署大規(guī)模天線陣列(MassiveMIMO)和復(fù)雜的多波束賦形技術(shù)。這要求實(shí)現(xiàn)高效的波束管理、低功耗的射頻前端設(shè)計以及復(fù)雜的信號處理算法(如波束賦形、干擾協(xié)調(diào))【公式】:簡化模型下某波束(b)的容量估算，其中(C)是波長，(db)是衛(wèi)星到用戶距離。2.高頻段頻譜資源的有效利用：6G傾向于使用更高頻段的頻譜(如毫米波甚至更高),以支持超大帶寬。然而高頻段信號易受電離層閃爍、大氣衰減的影響，且地球遮擋(Out-of-Polview,00P)問題更為嚴(yán)重，對天基網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計提出了更高要求。3.星間激光通信(DSMA-LaserCommunication):實(shí)現(xiàn)星間高速數(shù)據(jù)鏈路(星至上游、星與星之間、星向下行),是減少對地面關(guān)口站的依賴、實(shí)現(xiàn)真正的全球無縫覆蓋的關(guān)鍵。DSMA技術(shù)的后臺處理、光鏈路穩(wěn)定性、角分辨率和空間環(huán)境適應(yīng)性是重要挑戰(zhàn)。4.軌道部署、管理與維護(hù)：大規(guī)模LEO/MEO衛(wèi)星星座的部署、運(yùn)行、管理和軌道維持(特別是避免碰撞)需要復(fù)雜的健康管理、自主交會編隊(duì)和離軌處置技術(shù)。5.星上處理能力與智能路由：6G業(yè)務(wù)對時延和可靠性要求極高，需要在衛(wèi)星平臺集成強(qiáng)大的處理能力(如AI賦能的智能處理),進(jìn)行業(yè)務(wù)的路由選擇和資源調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)與空中網(wǎng)絡(luò)的平滑切換和負(fù)載均衡。6.互操作性與網(wǎng)絡(luò)融合：天基網(wǎng)絡(luò)需要與地面5G/6G網(wǎng)絡(luò)、空中網(wǎng)絡(luò)等實(shí)現(xiàn)高效融合與互操作，形成統(tǒng)一的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)。這涉及到統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同天基網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)在6G空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)中將扮演不可或缺的角色。其架構(gòu)設(shè)高空氣球(High-AltitudePersistentAirships,HAPs),通常指飛行流層(Stratosphere,約10至20公里)的信鴿高度與近地軌道衛(wèi)星(LEO)高度之間 (約15至30公里)的浮空器。它們憑借氦氣或其他輕于空氣的氣體提供浮力，并通過(1)技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢移動用戶的接入體驗(yàn)；支持大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接；承載特定的傳感載荷(如氣象、環(huán)(2)關(guān)鍵技術(shù)與挑戰(zhàn)紫外線輻射、降水等)中穩(wěn)定運(yùn)行。同時為了滿足6G對更高帶寬、更低時延、 (環(huán)境艙)以及傳感器等，對結(jié)構(gòu)和材料提出了極高要求。2.平臺大氣浮升與定位控制：實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定駐留需要精確的浮力控制和姿態(tài)調(diào)載的水/冰(通過放水機(jī)制)進(jìn)行“水空調(diào)”升力調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償熱量導(dǎo)致的浮力3.系繩技術(shù)與系泊/放飛機(jī)制：對于系留平臺與地面(或母船)的關(guān)鍵，其強(qiáng)度、耐老化、抗紫外線、抗雷電性能以及重可靠的空中放飛和地面回收(或母船回收)機(jī)制也是關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。技術(shù)參數(shù)典型指標(biāo)范圍備注飛行高度位于平流層較低高度最大續(xù)航時間取決于載荷和能源系統(tǒng)有效載荷數(shù)噸(例如5-10包含通信、供電、環(huán)境監(jiān)測等子系統(tǒng)覆蓋半徑取決于站點(diǎn)高度、平臺天線增益和部署密度相對平臺速度時間)受地區(qū)風(fēng)力影響較大高精度姿態(tài)與位置控制需實(shí)時感知風(fēng)場并快速響應(yīng)數(shù)據(jù)速率(潛Gbps級別在對稱鏈路預(yù)算(CliverBudget)估算中，對于某X-Gbps離L(公里),自由空間損耗L_f和oxy損耗可表示為：L_f=20log10(B)+20log10(L)+32.44dB(假設(shè)使用某個典型頻段)高空氣球技術(shù)作為6G時代空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要組成部分，其在環(huán)境適應(yīng)應(yīng)用場景功能描述應(yīng)用特點(diǎn)零售物流無人機(jī)用于商品配送，能夠快速高效地將商品從倉庫或原產(chǎn)地運(yùn)送至買家?？焖倥渌停瑴p少物流成本，提大型活動管理無人機(jī)用于大型活動的通信與安保，提供實(shí)時監(jiān)控和信號覆蓋。監(jiān)控覆蓋要求高，活動期間信息傳輸量巨大。災(zāi)害防控與救援故障風(fēng)險高，通訊信號可能受惡劣天氣影響。農(nóng)業(yè)監(jiān)測與保護(hù)無人機(jī)監(jiān)控農(nóng)作物生長狀況，及時發(fā)現(xiàn)病蟲害并進(jìn)行預(yù)測分析。城市規(guī)劃與無人機(jī)搭載高清相機(jī)進(jìn)行城市景觀調(diào)覆蓋面廣，需確保實(shí)地照片或數(shù)據(jù)的高分辨率與更新頻率。應(yīng)用場景功能描述應(yīng)用特點(diǎn)護(hù)然而隨著無人機(jī)在各領(lǐng)域深入應(yīng)用，以下幾個技術(shù)挑戰(zhàn)值得我們關(guān)1.通信延遲與速度要求：無人機(jī)執(zhí)行高頻率作業(yè)，如快遞遞送或搜索救援，要求極低的通信延遲和高速率。2.安全性提升：無人機(jī)航行的復(fù)雜性增加了其在空域中的安全風(fēng)險，需要通過技術(shù)如基于人工智能的自動避障和多傳感器融合來提升安全性能。3.空域管理與規(guī)則制定：在6G和過往空中交通同存的情況下，確保無人機(jī)與傳統(tǒng)航空器的兼容性和協(xié)調(diào)配合是另一大挑戰(zhàn)。4.續(xù)航能力與電池續(xù)航：提升無人機(jī)電池技術(shù)以支持更長時間作業(yè)和解決機(jī)載通信設(shè)備的能源問題。5.環(huán)境適應(yīng)性與抗干擾能力：無人機(jī)在野外或特殊環(huán)境下進(jìn)行通信，需具備應(yīng)對復(fù)雜氣候和自然干擾的能力。人機(jī)構(gòu)建無線通”、“通信系統(tǒng)抗干擾”等關(guān)鍵技術(shù)有助于構(gòu)建一個自動化、且在6G時代下完善的安全通信體系。2.5子系統(tǒng)互聯(lián)互通在6G時代，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)高效、靈活的通信服務(wù)，其核心在于各子系統(tǒng)之間的無縫對接與協(xié)同工作。為保證不同子系統(tǒng)(即衛(wèi)星系統(tǒng)、空中平臺系統(tǒng)與地面系統(tǒng))之間的信息自由流淌，構(gòu)建一個統(tǒng)一的高速數(shù)據(jù)通路是至關(guān)重要的。此類系統(tǒng)融合的復(fù)雜性要求它們在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及應(yīng)用層均需具備高度的一致性和兼容性，避免因技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議結(jié)構(gòu)或頻率資源的差異而引發(fā)的功能障礙和性能瓶頸。實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)互聯(lián)互通的第一步在于標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計，各子系統(tǒng)的器具及設(shè)備需遵循既定的通信準(zhǔn)則與規(guī)范，比如采用通用的幀結(jié)構(gòu)、信令協(xié)商機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)尋址方案。通過引入.normalize(公共核心網(wǎng)絡(luò))作為中間樞紐，能夠高效整合來自不同子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，而這個核心網(wǎng)絡(luò)自身需具備跨域路由與QoS保障的能力，從而確保傳輸?shù)膶?shí)時性、可靠性與安全性。例如：通信協(xié)議地面系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)備注物理層標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星通信標(biāo)準(zhǔn)需兼容性轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議應(yīng)用層接口統(tǒng)一服務(wù)調(diào)用接口進(jìn)一步，利用跨系統(tǒng)動態(tài)資源調(diào)度算法可提升整體的網(wǎng)絡(luò)資源配置效率，該算法依據(jù)各子系統(tǒng)的負(fù)荷狀態(tài)及業(yè)務(wù)優(yōu)先級進(jìn)行流量調(diào)度，其數(shù)學(xué)模型可表述為：其中Split-L表示最佳分流方案，γ?代表各子系統(tǒng)的權(quán)重，D?是各子系統(tǒng)的負(fù)載率，Cost則泛指接入、處理及傳輸?shù)瘸杀疽蜃?，β為?quán)向調(diào)節(jié)系數(shù)。自動化的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)，通過精確的資源隔離與動態(tài)重構(gòu)，支持跨域業(yè)務(wù)的即插即用。然而這種互聯(lián)互通并非無障礙，異構(gòu)資源環(huán)境下的極端動態(tài)性給網(wǎng)絡(luò)管理帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。比如，衛(wèi)星系統(tǒng)易受空間天氣變化影響，空中平臺可能遭遇氣流擾動與電磁干擾，這些因素均會干擾其與地面系統(tǒng)的穩(wěn)定連通。頻譜資源的公共服務(wù)性也為空中平臺帶來了相互干擾的風(fēng)險，頻譜搶占導(dǎo)致信號中斷、誤碼率飆升等公共信道的排隊(duì)論沖突現(xiàn)象時有發(fā)生。此外定向通信設(shè)備朝向的微調(diào)誤差也可能造成信號傳遞的盲區(qū)，此時若無精確的跟蹤與補(bǔ)償機(jī)制，將引發(fā)連接間隙。為應(yīng)對這些環(huán)境帶來的制約因素，必須同步開發(fā)利用hasattr(自適應(yīng)調(diào)整、多鏈路冗余、越級傳輸)的強(qiáng)化智能管控策略。性能和用戶體驗(yàn)。為了滿足6G高速率、低時延、大連接等需求，接入網(wǎng)技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)(1)多接入技術(shù)融合接入網(wǎng)技術(shù)融合首先體現(xiàn)在多接入技術(shù)的融合上。6G時代，用戶可能需要在不同連接數(shù)/平方公里主要應(yīng)用場景城市和農(nóng)村地區(qū)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)海洋、沙漠、山區(qū)無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)緊急救援、臨時覆蓋為了實(shí)現(xiàn)多接入技術(shù)的融合，可以采用以下幾種融合方式：1.異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合(HeterogeneousNetworkFusion,HNF):通過部署多種接入技術(shù)，2.多技術(shù)混合組網(wǎng)(Multi-TechnologyHybridNetworking,MTHN):在同一接入網(wǎng)中混合使用多種接入技術(shù)，通過sunk-hole技術(shù)(空孔技術(shù))將不同網(wǎng)絡(luò)的(2)接入網(wǎng)智能融合空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)，從而滿足6G時代用戶的高速率、低時延和大連接需與協(xié)議。(1)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議為實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)的互聯(lián)互通，需制定統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。這些協(xié)議應(yīng)涵蓋數(shù)據(jù)傳輸、路由選擇、會話管理等方面，以確保各網(wǎng)絡(luò)之間的順暢通信。此外標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議還有助于降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本，提高資源利用率。(2)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)是實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)互聯(lián)互通的有效手段之一，通過為不同業(yè)務(wù)場景提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)能夠滿足各類應(yīng)用的需求。在6G時代，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。(3)邊緣計算與云計算的融合邊緣計算與云計算的融合是實(shí)現(xiàn)空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的核心理念。通過在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署計算資源，可以降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高數(shù)據(jù)處理效率。同時云計算可提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，支持核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更高效的資源調(diào)度和管理。(4)安全性與隱私保護(hù)在互聯(lián)互通的過程中，確保網(wǎng)絡(luò)安全性和用戶隱私至關(guān)重要。核心網(wǎng)應(yīng)采用多層次的安全防護(hù)措施，如加密傳輸、訪問控制等，以防止數(shù)據(jù)泄露和惡意攻擊。此外核心網(wǎng)還應(yīng)遵循相關(guān)法律法規(guī)，保護(hù)用戶隱私。(5)測試與驗(yàn)證為確保核心網(wǎng)互聯(lián)互通的有效性，需要進(jìn)行全面的測試與驗(yàn)證。這包括功能測試、性能測試、安全測試等方面。通過測試與驗(yàn)證，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，確保核心網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。核心網(wǎng)的互聯(lián)互通是6G時代空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)。通過2.6特色服務(wù)與應(yīng)用場景僅滿足傳統(tǒng)通信需求，更深度融合人工智能(AI)、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(XR)、數(shù)(1)特色服務(wù)續(xù)性。2.沉浸式全息通信3.智能感知與通信一體化6G網(wǎng)絡(luò)將通信與感知功能深度融合，通過雷達(dá)信號、太為并觸發(fā)預(yù)警，提升公共安全水平。4.按需定制化網(wǎng)絡(luò)切片空天地一體化網(wǎng)絡(luò)支持端到端的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，為不同應(yīng)用場景提供定制化服務(wù)。例如，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場景可優(yōu)先保障超低時延與高可靠性，而高清直播則側(cè)重大帶寬傳輸。切片資源可根據(jù)業(yè)務(wù)需求動態(tài)分配，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源利用率。(2)典型應(yīng)用場景1.智慧城市與數(shù)字孿生空天地一體化網(wǎng)絡(luò)為智慧城市提供全域數(shù)據(jù)采集與實(shí)時傳輸能力，支撐城市數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建。通過部署在衛(wèi)星、無人機(jī)和地面?zhèn)鞲衅?，網(wǎng)絡(luò)可收集交通流量、空氣質(zhì)量、能源消耗等城市運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合AI分析實(shí)現(xiàn)智能交通調(diào)度、災(zāi)害預(yù)警與資源優(yōu)化配置。例如，數(shù)字孿生城市可通過以下公式模擬人流密度與資源分配效率：分別為實(shí)際與預(yù)測響應(yīng)時間，(a)和(β)為權(quán)重系數(shù)。2.空天互聯(lián)網(wǎng)與深空探測6G網(wǎng)絡(luò)將為空天互聯(lián)網(wǎng)提供骨干傳輸能力，支持衛(wèi)星星座與地面網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。在深空探測中，通過中繼衛(wèi)星與地面站的協(xié)同，可實(shí)現(xiàn)探測器與地球的實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，例如火星探測任務(wù)的高清內(nèi)容像與科學(xué)數(shù)據(jù)回傳。3.應(yīng)急通信與災(zāi)害管理在地震、洪水等災(zāi)害導(dǎo)致地面設(shè)施損毀時，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)可通過快速部署的衛(wèi)星通信和無人機(jī)基站恢復(fù)通信鏈路。結(jié)合AI驅(qū)動的災(zāi)情分析系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時傳輸災(zāi)影像數(shù)據(jù)、定位受困人員，并指揮救援行動，提升應(yīng)急響應(yīng)效率。4.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造應(yīng)用場景帶寬需求(Gbps)時延要求(ms)可靠性要求關(guān)鍵支撐技術(shù)全息通信自動駕駛深空探測激光通信、中繼衛(wèi)星應(yīng)急通信動態(tài)路由、無人機(jī)基站6G空天地一體化網(wǎng)絡(luò)通過特色服務(wù)與應(yīng)用場景的創(chuàng)新，將深刻變革信息交互方式隨著6G時代的到來，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計成為關(guān)鍵。在這一背景下，大量的數(shù)據(jù)傳輸，因此需要合理分配頻譜資源，確保通信的穩(wěn)定性和可靠性。此外我們還需要關(guān)注海事航運(yùn)監(jiān)控中的網(wǎng)絡(luò)安全問題，由于海事航運(yùn)監(jiān)控涉及到敏感的信息，因此需要采取有效的安全措施，防止數(shù)據(jù)泄露和黑客攻擊。我們還需要考慮海事航運(yùn)監(jiān)控中的技術(shù)挑戰(zhàn)，例如，如何提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量，如何降低通信延遲，以及如何處理海量的數(shù)據(jù)等問題。這些問題都需要我們不斷探索和研究，以推動海事航運(yùn)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。2.6.2跨區(qū)域應(yīng)急通信在突發(fā)公共事件或大型自然災(zāi)害等場景下，通信網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)和信息的高效傳輸至關(guān)重要。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)往往受限于地理?xiàng)l件和基礎(chǔ)設(shè)施狀況，難以滿足跨區(qū)域的應(yīng)急通信需求。6G時代下，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)憑借其覆蓋范圍廣、資源豐富、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，為跨區(qū)域應(yīng)急通信提供了新的解決方案。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠通過衛(wèi)星、高空平臺、無人機(jī)和地面網(wǎng)絡(luò)等多維度節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建起一張無縫連接的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域信息的實(shí)時采集、傳輸和共享，極大地提升了應(yīng)急響應(yīng)的效率和協(xié)同能力。為了更好地理解空天地一體化網(wǎng)絡(luò)在跨區(qū)域應(yīng)急通信中的應(yīng)用，可以考慮如下模型。設(shè)應(yīng)急通信服務(wù)覆蓋區(qū)域?yàn)?R),該區(qū)域被劃分為(n)個子區(qū)域(R?,R?,…,Rn),這些子區(qū)域通過空天地協(xié)同的通信節(jié)點(diǎn)(S={s?,S?,…,sm)連接。其中空節(jié)點(diǎn)包括地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)、中軌道衛(wèi)星(MEO)和高空氣球或無人機(jī)等，地面節(jié)點(diǎn)則包括預(yù)設(shè)的基站和移動通信單元?？鐓^(qū)域應(yīng)急通信的目標(biāo)是保證任意兩個子區(qū)域(R;)和(R;)之間的數(shù)據(jù)傳輸時延(T;j)滿足特定閾值(Treg),且數(shù)據(jù)包丟失率(Pij)小于給定門限(Preg)。此時，跨區(qū)域通信鏈路的有效性可用以下公式表示：【表】展示了不同場景下，空天地一體化網(wǎng)絡(luò)與純地面網(wǎng)絡(luò)在跨區(qū)域應(yīng)急通信性能上的對比?！颉颈怼靠仗斓匾惑w化與純地面網(wǎng)絡(luò)跨區(qū)域應(yīng)急通信性能對比指標(biāo)空天地一體化網(wǎng)絡(luò)純地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍(km)>1000(衛(wèi)星)<100(移動網(wǎng)絡(luò)蜂窩)平均傳輸時延(ms)數(shù)據(jù)丟失率(%)延遲抖動(ms)抗毀傷能力弱節(jié)點(diǎn)減少，整體功能尚可強(qiáng)節(jié)點(diǎn)失效，通信嚴(yán)重中斷災(zāi)害恢復(fù)時間(h)從表中可以明顯看出，在覆蓋范圍和抗毀傷能力方優(yōu)勢。例如，在地震或重大爆炸等事件中，地面設(shè)施可能遭到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致通信中斷。此時，部署在空中的衛(wèi)星和無人機(jī)等節(jié)點(diǎn)仍能保持通信鏈路的暢通，為跨區(qū)域救援行動提供信息支撐。然而構(gòu)建高效的跨區(qū)域應(yīng)急通信系統(tǒng)也面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，首先網(wǎng)絡(luò)的智能化資源調(diào)度對于保障服務(wù)質(zhì)量至關(guān)重要。如何在有限的空天地資源下，根據(jù)各子區(qū)域的災(zāi)害態(tài)勢、用戶需求和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況，動態(tài)分配頻譜、功率和切換路徑，是一個復(fù)雜的優(yōu)化問題。這通常涉及到多層決策模型和啟發(fā)式算法設(shè)計，其次多終端異構(gòu)接入與協(xié)同是另一個關(guān)鍵技術(shù)難題。不同類型的終端(如手持設(shè)備、車載終端、無人機(jī)等)具有不同的傳輸能力、移動速度和業(yè)務(wù)需求，如何使它們在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)利用，需要深入研究多接入技術(shù)(如異構(gòu)網(wǎng)融合接入、多終端協(xié)作通信)和激勵機(jī)制設(shè)計。此外在應(yīng)急場景下，網(wǎng)絡(luò)通常需要支持高密度的用戶接入和數(shù)據(jù)洪泛傳輸，這對網(wǎng)絡(luò)的并發(fā)處理能力提出了很高的要求。外還包括衛(wèi)星通信的寬帶系統(tǒng)如低地球軌道(LEO)衛(wèi)星、以及高軌道(GEO)衛(wèi)星通信，以及無人機(jī)(UAV)和其他平臺作為中繼站的部分動態(tài)接入模式。幀同步等技術(shù)挑戰(zhàn)。運(yùn)用層間協(xié)同傳輸機(jī)制，通過GEO、LEO衛(wèi)星、地面基站、3.信道管理與干擾抑制技術(shù)：空天地一體化網(wǎng)絡(luò)涉及眾多時減輕核心網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，提升網(wǎng)絡(luò)整體通信效率。5.安全與隱私保護(hù)技術(shù)：6G時代空天地一體化的高網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜性，對網(wǎng)絡(luò)安全與用戶隱私提出了越來越高的要求。為此，網(wǎng)絡(luò)將采用多維度安全防護(hù)措施如分布式加密算法、身份認(rèn)證機(jī)制、量子安全通訊等，建立完善的防護(hù)體系，以保障數(shù)據(jù)傳輸安全與用戶隱私不受侵犯。綜上，6G時代空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計與技術(shù)挑戰(zhàn)，集中于如何設(shè)計一個高效、安全、可擴(kuò)展的通信體系，以支持全球無縫覆蓋及海量設(shè)備接入需求。突破這些技術(shù)挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)未來通信網(wǎng)絡(luò)成功部署的關(guān)鍵所在。通過采用上述多種通信技術(shù)并勤加深化各層級間的協(xié)同作用，6G空天地一體化網(wǎng)絡(luò)有望在保證通信質(zhì)量的同時，極大地擴(kuò)展數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜萘颗c覆蓋范圍，提升用戶體驗(yàn)，并引領(lǐng)未來通信技術(shù)的發(fā)展。6G時代下，空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源管理面臨著前所未有的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)。由于無人機(jī)、衛(wèi)星、高空平臺(HAPS)等新興終端的廣泛部署，頻譜資源的分配、共享和利用需要更加靈活和智能。傳統(tǒng)頻譜管理方式難以滿足多場景、動態(tài)變化的頻譜需求，因此亟需探索新型頻譜管理機(jī)制和技術(shù)。(1)頻譜動態(tài)調(diào)度與共享機(jī)制為了提高頻譜利用效率，6G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)引入基于人工智能(AI)的動態(tài)頻譜調(diào)度技術(shù)。通過深度學(xué)習(xí)算法，網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時監(jiān)測頻譜使用情況，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求動態(tài)調(diào)整頻譜分配策略。此外空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中，不同頻段的可重用性成為關(guān)鍵問題?！颈怼空故玖说湫涂仗斓仡l譜共享場景的適用頻段及重用策略。◎【表】:空天地一體化頻譜共享場景場景適用頻段(GHz)技術(shù)支撐衛(wèi)星-地面時間-頻率-空間復(fù)用動態(tài)資源分配(DRA)臺用智能頻譜感知(SSP)多平臺協(xié)同服務(wù)化架構(gòu)(SBA)AI驅(qū)動的頻譜優(yōu)化(ASO)此外大規(guī)模MIMO和DuE(DenseUsersEquipment)技術(shù)可以進(jìn)一步提升頻譜復(fù)用能力。通過聯(lián)合波束賦形和干擾協(xié)調(diào)，網(wǎng)絡(luò)可以在同一頻段內(nèi)支持多個空天地用戶同時通信，顯著提升系統(tǒng)容量。公式(1)展示了多用戶聯(lián)合波束賦形的功率分配模型：其中P;為第i個用戶的功率分配，hij為第i個用戶與第j個基站的信道增益，δ為正則化參數(shù)，K為用戶總數(shù)。(2)頻譜感知與干擾抑制技術(shù)低空空天地網(wǎng)絡(luò)中，無人機(jī)和HAPS密集部署會導(dǎo)致嚴(yán)重的同頻和鄰頻干擾。因此增強(qiáng)頻譜感知能力成為關(guān)鍵，基于壓縮感知(CS)和稀疏恢復(fù)的頻譜檢測技術(shù)可以有效降低傳感功耗，提高干擾識別精度。例如，利用物理層協(xié)同感知(PLCPS)技術(shù)，終端可以通過信號指紋特征實(shí)時監(jiān)測頻譜占用情況。在干擾抑制方面，級聯(lián)干擾消除(CIC)和非線性消除算法能夠顯著改善系統(tǒng)性能?！颈怼繉Ρ攘瞬煌蓴_抑制算法的性能指標(biāo)。算法干擾消除率(%)計算復(fù)雜度(OP)適用場景干擾消除率(%)計算復(fù)雜度(OP)適用場景高密度網(wǎng)絡(luò)場景非線性消除低動態(tài)頻譜場景邊緣計算協(xié)同場景6G時代的空天地一體化網(wǎng)絡(luò)需要結(jié)合智能頻譜調(diào)度、高效共享機(jī)制和高精度感知技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)頻譜資源的最大化利用。未來研究應(yīng)聚焦于跨層聯(lián)合優(yōu)化和AI賦能的頻譜管理框架，以應(yīng)對更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)場景。在未來的6G空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)中，對頻譜資源的有效管理和利用將成為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。普適性、動態(tài)性以及高效性是頻譜協(xié)同分配機(jī)制的核心目標(biāo)。由于衛(wèi)星、地面及空中平臺(如無人機(jī))共享同一電磁頻譜，如何實(shí)現(xiàn)跨域、跨層、跨系統(tǒng)的頻譜智能分配與動態(tài)調(diào)整，避免頻譜擁塞，提升資源利用率，是當(dāng)前研究面臨的主要挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)的頻譜分配方法往往基于靜態(tài)規(guī)劃，難以適應(yīng)高速移動、多用戶接入以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶來的頻譜需求變化。因此設(shè)計一種靈活高效的協(xié)同分配機(jī)制顯得尤為重要，這種機(jī)制需要在充分理解各域網(wǎng)絡(luò)(空間、地面、空中)業(yè)務(wù)流量特性和頻譜占用情況的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)全局視內(nèi)容下的頻譜優(yōu)化調(diào)度。為實(shí)現(xiàn)頻譜協(xié)同分配，可采取以下幾種關(guān)鍵策略：1.基于博弈論的動態(tài)分配：運(yùn)用非合作博弈理論中納什均衡等模型，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的頻譜接入進(jìn)行建模。各接入節(jié)點(diǎn)(如衛(wèi)星、地面基站、無人機(jī))被視為博弈方，通過優(yōu)化自身策略(頻率選擇、功率控制)以最大化個體收益或最小化沖突概率，最終達(dá)成頻譜使用上的帕累托最優(yōu)。在此過程中，需要進(jìn)行頻譜效用評估，2.分布式與集中式混合控制：結(jié)合集中式管理的大局感知能力和分布式?jīng)Q策的靈制定宏觀分配策略；而各個接入節(jié)點(diǎn)(如衛(wèi)星地面站、邊緣計算節(jié)點(diǎn))則依據(jù)本3.頻譜感知與智能預(yù)測：部署先進(jìn)的頻譜感知技術(shù)，使得各網(wǎng)絡(luò)側(cè)能夠4.靈活的資源顆粒度劃分：針對多樣化的業(yè)務(wù)需求(如低時延通信、大容量傳輸),◎評價指標(biāo)與模型示例頻譜協(xié)同分配機(jī)制的性能可通過一系列指標(biāo)進(jìn)行量化評估，主要包括頻譜利用率 (SpectrumUtilizationE例如，考慮一個簡化的空天地協(xié)同網(wǎng)絡(luò)模型，假設(shè)存在M個地面基站、若干部署在不同軌道上的衛(wèi)星以及若干低空無人機(jī)。若采用K個頻段(vi)。則在一個調(diào)度周和無人機(jī)(1∈[1,P])對頻段(i∈[1,K])的資源請求(Requesti)和分配資源(分配ijT)可以通過優(yōu)++∑i分配；≤TotalSpectrumCapacit其中γ代表頻段i的可用帶寬，γ^j,γ^(N+1),Y^(P+1)分別代表基站、衛(wèi)星和無人機(jī)在頻段i上的信道容量。約束條件(8)(9)確保了單個節(jié)點(diǎn)的頻譜分配不超過其容量，以及全網(wǎng)總頻譜分配不超過可用總頻譜。優(yōu)化目標(biāo)(7)旨在最小化因資源請求未滿足而造成的網(wǎng)絡(luò)性能損失，該損失系數(shù)可以根據(jù)具體性能指標(biāo)(如時延、中斷率)進(jìn)行設(shè)定。該模型可作為研究頻譜協(xié)同分配算法的基礎(chǔ)。在6G空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，頻譜資源求，因此動態(tài)頻譜接入(DynamicSpectrumAccess,DSA)技術(shù)的引入顯得尤為重要。(1)核心思想與機(jī)制1.頻譜感知(Sensing):網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(如衛(wèi)星、地面基站、用戶終端等)需要具備感知未知或未授權(quán)頻譜的能力。通過感知技術(shù)，(SpectrumHoles),即當(dāng)前未被有效利用的頻譜片段。感知技術(shù)可以是認(rèn)知無線電(CognitiveRadio,CR)技術(shù)，也可以是基于人工智能(AI)的智能檢測2.頻譜決策(Decoding)與決策(DecisionMaking):在感知到可用頻譜后，節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)預(yù)設(shè)的策略(如優(yōu)先級、傳輸功率限制、服務(wù)質(zhì)量要求等)以及當(dāng)前3.頻譜接入(Accessing)與使用(Using):一旦決策確定，節(jié)點(diǎn)通過標(biāo)準(zhǔn)的信道制(準(zhǔn)入控制)機(jī)制需要確保新用戶的接入不會對現(xiàn)有用戶造成過度的干擾。4.頻譜釋放(Releasing):當(dāng)頻譜資源不再被需要(如傳輸完成、優(yōu)先級降低、有更迫切的用戶需求等)時，節(jié)點(diǎn)應(yīng)能及時釋放該資源，以便其他節(jié)點(diǎn)復(fù)用。(2)關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)將DSA技術(shù)廣泛應(yīng)用于空天地一體化網(wǎng)絡(luò)，特別是引入衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)和跨層、跨域協(xié)同時，面臨著諸多技術(shù)挑戰(zhàn)：1.異構(gòu)環(huán)境下的頻譜感知復(fù)雜性：●信號傳播差異：衛(wèi)星信號與地面信號的傳播特性(路徑損耗、延遲、多普勒效應(yīng)等)顯著不同，使得適用于地面環(huán)境的頻譜感知技術(shù)(如能量檢測)在衛(wèi)星場景下效果可能大打折扣。例如，衛(wèi)星信號功率通常較低，容易受到噪聲和干擾的壓噪聲和干擾功率?！駝討B(tài)性：空天地節(jié)點(diǎn)的高度動態(tài)性(尤其是衛(wèi)星的移動和多普勒頻移)給持續(xù)穩(wěn)定的頻譜