【面向6G的星地融合网络技术】2024年第1期专题链接（17篇）
目录 ▏2024年第1期 本期专题：面向6G的星地融合网络技术
01面向6G的星地融合标准化研究进展
吴晓文1,2，焦侦丰2,3
（1.电子科技大学，四川 成都 611731；
2.电子科技大学（深圳）高等研究院，广东 深圳 518110；
3.深圳市星网荣耀科技有限公司，广东 深圳 518052）
【摘 要】星地融合被视为6G的标志性发展方向，ITU和3GPP等国际标准化组织或其它机构正有序推进面向6G的星地融合标准研发。对具有全球代表性的面向6G的星地融合标准化研究机构进行了简单介绍，重点分析ITU和3GPP在5G-Advanced及6G标准化过程中关于星地融合的主要研究和标准化成果。ITU在对卫星在IMT-2020网络的用例、场景、能力、系统、无线电接口，以及性能参数等方面进行了规范的同时，在IMT-2030未来技术趋势有关建议书突显了卫星的地位与作用。3GPP在冻结全球首个5G非陆地网络标准Rel-17、确立NR-NTN规范之后，于Rel-18版本中优化NR-NTN的同时，推出E-UTRA-NTN，并已启动Rel-19研发工作，有望在2026年启动6G标准研发。对中国IMT-2030（6G）推进组在推动6G星地融合标准化方面所做出的积极贡献一并进行了介绍，并对6G星地融合标准化工作进行了总结和展望。
【关键词】星地融合被视为6G的标志性发展方向，ITU和3GPP等国际标准6G；手机直连卫星；ITU；3GPP；标准化
02空间信息网络时变图建模方法
杨惠婷，刘伟
（西安电子科技大学，陕西 西安 710000）
【摘 要】空间信息网络是星地融合网络中一个重要组成部分，其拓扑具有时变性和可预测性。采用一个合适的时变图模型来表征时变的空间信息网络，对于空间信息网络性能分析至关重要。首先阐述了空间信息网络的特性，然后介绍了多种空间信息网络时变图模型的建模方法，包括快照序列图、时间扩展图、存储时间聚合图和多功能时间扩展图，并且分析了它们的特征和优缺点，为6G星地融合网络的研究奠定基础，为网络性能分析提供了理论支撑。
【关键词】星地融合网络；空间信息网络；时变图
03面向星地融合网络的统一编排架构和关键技术
宋雅琴，徐晖，刘险峰，曹彩红，王亚鹏，程志密，王胡成
（中信科移动通信技术股份有限公司，北京 100083）
【摘 要】面向6G的星地融合网络将实现地面通信和卫星通信的系统级深度融合。为了应对星地融合网络的高动态、分层分布等特征带来的多维多域异构资源的管理和编排挑战，提出一种面向星地融合网络的统一编排架构，实现星地融合网络中多层多域网络的资源、功能、服务等多要素的统一编排。基于该架构，提出分布式自治技术用于多层多域网络的按需部署和灵活组网，以及提出算网协同技术用于多维资源的云边协作从而提升用户体验质量。最后，通过自研的实验平台完成了对星上新型编排管理系统的可行性验证。
【关键词】星地融合网络；编排架构；算力网络；分布式自治
04星地融合边云协同网络下的资源调度研究
戴翠琴，卞梦玥，杜涛，廖明霞
（重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065）
【摘 要】通过边缘计算和云计算的优势互补，面向6G的星地融合网络能够实现资源的弹性分配和协同利用，满足数据处理的实时性和智能化要求。为了提升资源服务能力和用户体验质量，提出了星地融合边云协同网络架构。首先，阐述了三种不同边云协同模式下的资源调度方案，从时延、能耗和多目标优化的角度分析了不同场景下的资源调度策略。然后，对比了现有资源调度求解模型和算法的优势和局限性。最后，对基于边云协同的星地融合网络中的资源调度研究进行了总结与展望。
【关键词】星地融合；边云协同；算力网络；资源调度
☞星地融合边云协同网络下的资源调度研究
05星地融合网络中基于无监督图学习的
卫星切换方法研究
刘人鹏1，涂文康1，胡博1，王恒2，齐文2
（1.北京邮电大学网络与交换技术全国重点实验室，北京 100876；
2.中国电信股份有限公司研究院，北京 102209）
【摘 要】随着未来6G移动通信研究的快速发展，星地融合通信将是满足全域覆盖、泛在接入的重要技术。在星地融合网络中切换决策直接影响网络性能与服务持续性，现有切换算法主要通过实时监测候选卫星状态，计算权重进行切换判决，难以适应高动态星地网络中时空周期异步的切换决策。提出一种基于无监督图学习的卫星切换方法，引入卫星覆盖时空图表征网络连接关系，设计前向蚂蚁和后向蚂蚁发现并反馈的信息素感知机制，建立图学习模型，挖掘卫星覆盖时空图中卫星节点、用户节点与连接关系之间的隐式特征信息和拓扑信息，将切换决策问题转化为求解节点和边之间的连接关系概率，同步切换决策周期。结果验证了所提卫星切换方法具有较快的收敛速度，切换时延降低20%。
【关键词】星地融合网络；移动性管理；切换决策；图神经网络
06面向星地协同网络的联邦边缘学习方法研究
张雅童1，张保庆2，孟维晓1，陈舒怡1
（1.哈尔滨工业大学电子与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001；
2.北京电子工程总体研究所，北京 100854）
【摘 要】目前地面蜂窝网络无法实现全球广域覆盖，同时抗毁性不高。低轨卫星网络的加入，弥补了地面蜂窝网络的不足。二者协同成为星地协同网络后可以打破两种网络之间互相独立的现状并结合它们的优点，是未来的发展趋势。在对星地协同网络中海量设备产生的大量数据进行分析处理时，易出现隐私信息泄露和数据孤岛问题。为解决上述问题，提出一种包含分层聚合和用户关联策略的联邦边缘学习算法。该算法通过分层聚合来适配星地协同网络，并通过用户关联策略实现时延和模型精度的联合优化。表明，所提出的算法可以使协同网络中进行联邦边缘学习的全过程时延较低，同时可以得到较高的模型测试精度。
【关键词】星地协同网络；联邦学习；边缘计算；联邦边缘学习
☞面向星地协同网络的联邦边缘学习方法研究
076G星地融合网络资源管理关键技术
亚森江·阿布都热合曼1,2，段卓君1，刘向南1,2，管婉青1,2，皇甫伟1,2，张海君1,2
（1.北京科技大学，北京 100083；
2.北京市融合网络与泛在业务工程技术研究中心，北京 100083）
【摘 要】卫星网络因具备弥补地面网络覆盖盲区的特性，成为6G网络实现泛在连接应用场景的关键技术之一。为了实现卫星网络和地面网络间高效的资源融合管理，首先简要介绍了星地融合网络的发展现状，总结了星地融合网络资源管理技术的研究现状以及面临的挑战。其次，对6G星地融合网络下的移动性管理、跨域多维资源管理和统一的空口协议设计等关键技术进行分析，并基于对现有研究的探讨给出解决方案。最后，对未来面向6G的星地融合网络资源管理的发展提出了新的展望。
【关键词】6G网络；星地融合网络；移动性管理；资源管理；空口协议
08面向6G通信的多层低轨卫星网络路由算法
徐小涛1，赵国锋2，韩珍珍2，蔡茹意2，徐川2
（1.国防科技大学信息通信学院，湖北 武汉 430010；
2.重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065）
【摘 要】在面向6G的移动通信网络中，低轨卫星网络（LEO, Low Earth Orbit）运行高度低、时延小，可大范围部署实现全球广域低时延通信。当前低轨卫星星座正朝着多层轨道面发展，多层轨道的跨层链路增加了数据传输路径，但跨层轨间链路的频繁通断，增大了多层LEO网络层间路由选择的难度。为此提出了一种面向6G移动通信的多层LEO卫星网络路由算法。首先建立跨层链路，面向端到端传输时延和可靠性需求，分析影响跨层轨间链路频繁通断的因素，基于LEO卫星网络虚拟位置思想，选择卫星节点对建立可靠跨层链路；然后实现路由选择，基于所建立的跨层星间链路，采用时空演化图模型刻画动态网络拓扑，设计最短路径算法计算最佳传输路径。最后，构建三层卫星网络场景对所提算法进行验证。结果表明，相对于现有方法，所提算法在端到端时延和可靠性均有明显提升。
【关键词】低轨卫星网络；跨层轨间链路；多属性决策；路由算法
☞面向6G通信的多层低轨卫星网络路由算法
09低轨卫星网络服务质量保障路由方法综述
孙士然1，陈龙2，孙泽坤1，孙群英3，李杰1，张然1,4，刘江1,4
（1.北京邮电大学, 北京 100876；
2.航天工程大学, 北京 101416；
3.上海卫星互联网研究院有限公司, 上海 202210；
4.网络通信与安全紫金山实验室, 江苏 南京 211111）
【摘 要】随着无线电和卫星小型化技术的进一步成熟，大规模低轨卫星网络得到了长足发展，面对网络传输业务的时延、带宽、丢包率等服务质量的差异化需求，如何在低轨卫星网络中实现服务质量保障路由，成为了研究关注的关键问题。通过介绍低轨卫星网络服务质量保障路由的场景与需求，总结并分析了当前的研究成果。首先，针对传统网络中的服务质量保障路由算法，总结了三类经典的路由计算方法。然后，对于软件定义网络和确定性网络中的服务质量保障路由算法，结合各自的网络特点，分析总结了各自场景下的路由算法。
【关键词】低轨卫星网络；服务质量保障；路由算法
10
基于多智能体强化学习的空地网络
抗干扰传输方法研究
廖程建，刘思懿，赵晨羽，张果，侯宏伟，朱瀚然，夏晓晨，许魁
（陆军工程大学通信工程学院，江苏 南京 210007）
【摘 要】提出了一种基于多智能体强化学习的抗干扰传输算法，旨在抵御空地一体化网络中的功率干扰，使所有用户的可达速率之和最大化。将优化问题转化为部分可观察马尔可夫决策过程问题，采用了集中式训练和分布式执行框架。在集中式训练过程中，每个智能体与环境交互获得的经验存储在经验回放池中，用于训练演员-评论员网络。在分布式执行过程中，每架无人机使用经过训练的演员网络根据观测结果输出动作，并调整其飞行位置和传输功率以提供联合服务。采用基于剪切和计数的改进近端策略优化算法来更新演员-评论员网络参数，使其在复杂的多智能体环境中更加有效。结果表明，所提算法相较于对比算法具有更快的收敛速度，且在相同干扰条件下，所提算法比对比算法获取的用户可达和速率提升约68.9%。
【关键词】多智能体；强化学习；空地网络；抗干扰
☞基于多智能体强化学习的空地网络抗干扰传输方法研究
11
基于随机几何的低轨星座下行
通信链路与分析
梁国鑫1，张雨曼1，周家恩1，杨博宇1，赵亚飞1，张世杰1,2
（1.北京邮电大学信息与通信工程学院网络与交换技术全国重点实验室，北京 100876；2.银河航天（北京）通信技术有限公司，北京 100192）
【摘 要】低轨卫星网络具有低成本、大容量、广覆盖的特性，是未来空天地海一体化网络中的重要支柱和6G网络的关键组成部分，开展链路分析对于低轨星座链路设计与优化具有重要意义。由于低轨卫星移动性强、星地电磁环境复杂、链路较长等特点，星地信息传输与传统地面移动通信有着显著差异。根据低轨星座的特性构建星座网络的随机几何BPP模型，并针对低轨星座空间分布及移动特征，分析了单星及多星场景下的损耗、干扰等对星地通信链路的影响。通过给出星座系统干扰期望计算方法，并基于所构建BPP网络对星地通信链路特性进行。结果表明，构建随机几何的基于BPP分布的星座模型可以很好地模拟卫星网络的状态，采用随机几何对低轨星座下行通信链路进行分析，能够得到更具泛化的星座构型下低轨星座对地面站的干扰情况，为巨型低轨星座网络分析及星地链路设计提供了参考。
【关键词】卫星通信；低轨卫星；星座建模；星地链路
12
面向无人作业的天空地协同网络：
需求、挑战、技术变革机遇
魏鹏，冯伟，葛宁
（清华大学电子工程系，北京 100084）
【摘 要】在偏远、危险地区，机器人可感知环境、智能交互，协同完成复杂任务。以卫星和无人机为主体的天空地协同网络能够为这些机器人提供全域泛在、随遇接入的通信服务。首先，分析无人作业发展趋势和机器人通信需求。基于此，面向机器人通信的特点，建议跳出“信息传输管道”的传统视角，在支持信息传输的同时，关注信息的内容和价值。进一步综合考虑机器人通信中信息生成的动作及其反馈，提出潜在技术变革的切入点。具体地，从结构化通信资源配置、机器人行为调控和感-传-算-控闭环模型三个方面阐述维纳控制论启发的通信范式变革途径。
【关键词】天空地协同网络；无人作业；机器人；结构化；行为调控
☞面向无人作业的天空地协同网络：需求、挑战、技术变革机遇
13
面向空天地一体化网络的数字孪生
技术架构及应用
李媛1，费泽松1，晁子云1，黄靖轩1，李斌2，郑重1
（1.北京理工大学信息与电子学院，北京 100081；
2.南京信息工程大学计算机学院，江苏 南京 210044）
【摘 要】详细探讨了数字孪生技术在空天地一体化通信中的具体架构，以及网络优化方面的应用。将数字孪生分为虚拟空天地一体化网络和智能决策层。虚拟网络是对物理空天地通信网的精准映射，支持实时监控和测试验证功能。在智能决策层，通过环境感知与业务预测实现网络优化。最后，验证了面向空天地一体化的数字孪生技术在动态通信网络优化中的巨大潜力，为网络优化的未来发展提供了创新思路。
【关键词】数字孪生技术；空天地一体化网络；环境感知；业务预测；网络优化
14
手机直连低轨卫星通信：架构、关键技术和未来展望
孙耀华，许宏涛，彭木根
（北京邮电大学网络与交换技术国家重点试验室，北京 100876）
【摘 要】借助低轨卫星星座全时全域覆盖优势，手机直连卫星通信预期成为6G重要特征之一。首先介绍了手机直连卫星的测试验证、标准化与商业项目发展现状。其次，介绍了基于透明转发、部分可再生处理、完全可再生处理、集成接入和回传的四种手机直连低轨卫星网络架构及组网方式。通过分析手机直连低轨卫星网络场景下高移动性与大传输时延等带来的接入与传输问题，提出对地面移动通信体制进行适应性改进的关键技术方案。最后，探讨了未来手机直连低轨卫星发展发向和潜在思路。通过上述阐述与分析，提供未来发展手机直连低轨卫星通信的可行路径。
【关键词】低轨卫星通信；手机直连卫星；卫星网络架构
15
一种星载数模混合阵列结构及波束形成算法
胡迪轩1，朱立东1，张勇1，谢文轩1，金世超2，杨钰茜2，费春娇2
（1.电子科技大学通信抗干扰全国重点实验室，四川 成都 611731；2.中国空间技术研究院天地一体化信息技术国家重点实验室，北京 100094）
【摘 要】6G星地融合网络对卫星通信系统提出了高速率低时延低能耗的要求，由于星地链路信道环境复杂多变且容易受到干扰，需要研究干扰场景下的低成本可实现阵列架构及算法。针对这一问题，设计了一种数模混合阵列结构，子阵采用50%稀疏馈电以及最小二乘波束形成算法，超阵采用最小二乘与线性约束最小方差波束形成算法，并理论分析了阵列结构的可行性，证明子阵的零点能够抑制超阵的栅瓣。结果表明，该结构以更低的复杂度实现了大规模阵列的效果，波束方向图指向明确且零陷深度足够，对干扰的抑制明显，获得了接近理想阵列增益的BER性能。
【关键词】星地融合；卫星通信；数模混合波束形成；干扰抑制
16
基于卡尔曼和扩展卡尔曼滤波的
耦合载波跟踪方法
付学瀚，燕贺云，朱立东，蒯小燕，郭孟泽
（电子科技大学通信抗干扰全国重点实验室，四川 成都 611731）
【摘 要】鉴于低信噪比高动态环境下的载波跟踪过程中，接收信号存在显著的各阶频偏变化率，故提出了一种基于卡尔曼和扩展卡尔曼滤波的耦合载波跟踪方法。载波跟踪通过基于卡尔曼滤波的锁频环辅助基于扩展卡尔曼滤波的锁相环来实现，对频率斜升信号和频率加速信号分别进行了载波跟踪环路结构的分析，得到系统方程，并进行了载波跟踪系统性能。经验证，在信噪比为-20 dB条件下，该方法跟踪频率斜升信号收敛时间小于60 ms，跟踪频率加速信号收敛时间小于90 ms，对两种信号的频率跟踪残差均小于5 Hz，相位跟踪残差均小于0.25rad，跟踪性能显著优于传统环路。
【关键词】高动态载波跟踪；低信噪比；卡尔曼滤波；扩展卡尔曼滤波
17
卫星辅助的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统
石俊杰，许炜阳，刘渊博
（重庆大学，重庆 400044）
【摘 要】为了应对未来通信系统中物联网业务和数据业务需求的激增，以及通信与雷达频谱重叠导致的资源紧缺问题，同时提高系统容量和降低感知网络部署成本，卫星技术被认为是通信与感知一体化系统的有效辅助手段。对卫星辅助的去蜂窝大规模MIMO通感一体化系统架构进行深入研究，通过阐述信号处理流程，重点分析其通信性能，并利用实验比较不同密集化部署和网络负载条件下的用户下行平均速率，验证了该系统有着比单纯地面去蜂窝大规模MIMO系统更优越的性能，为后续的星地融合通感一体化系统设计提供了指导和参考。
【关键词】星地融合；去蜂窝大规模MIMO；通信感知一体化；波束形成
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《移动通信》杂志由中国电子科技集团公司主管，中国电子科技集团公司第七研究所主办，是中国期刊方阵“双效期刊”、工业和信息化部精品电子期刊、中国科技论文统计源刊、中国通信学会《信息通信领域高质量科技期刊分级目录》入选期刊、中国电子学会《电子技术、通信技术领域高质量科技期刊分级目录》入选期刊、日本JST收录期刊。国内连续出版物号：CN44-1301/TN，国际连续出版物号：ISSN1006-1010，邮发代号：46-181。
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