面向6G的空天地一体化系统设计和关键技术

doi:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.09.003

信息通信技术与政策 ›› 2022, Vol. 48 ›› Issue (9): 18-26.doi: 10.12267/j.issn.2096-5931.2022.09.003

面向6G的空天地一体化系统设计和关键技术

System design and key technologies for the integrated air-space-terrestrial communication toward 6G

康绍莉¹^,², 缪德山¹^,², 索士强¹^,², 孙韶辉¹^,²

1.电信科学技术研究院有限公司无线移动通信国家重点实验室,北京 100083
2.中信科移动通信技术股份有限公司,北京 100083

收稿日期:2022-08-01 出版日期:2022-09-15 发布日期:2022-09-29
作者简介:
康绍莉电信科学技术研究院无线移动通信国家重点实验室、中信科移动系统研究高级技术专家,长期从事移动通信新技术研究,主要研究方向包括频谱共享、多址接入、卫星通信及6G等|缪德山电信科学技术研究院无线移动通信国家重点实验室、中信科移动高级工程师,主要从事3GPP NTN、卫星通信以及星地融合空口传输方面的研究工作|索士强电信科学技术研究院无线移动通信国家重点实验室、中信科移动创新中心副总经理,长期从事移动通信新技术研究与标准制定工作,主要研究方向包括通信感知融合、多天线技术、卫星通信等|孙韶辉电信科学技术研究院无线移动通信国家重点实验室、中信科移动副总经理,长期从事移动通信新技术研究与标准制定工作,主要研究方向包括移动通信系统设计及多天线技术、卫星通信、定位等

KANG Shaoli¹^,², MIAO Deshan¹^,², SUO Shiqiang¹^,², SUN Shaohui¹^,²

1. State Key Laboratory of Wireless Mobile Communications, China Academy of Telecommunications Technology (CATT), Beijing 100083, China
2. CICT Mobile Communication Equipment Co., Ltd., Beijing 100083, China

Received:2022-08-01 Online:2022-09-15 Published:2022-09-29

摘要/Abstract

摘要：

随着5G走向商用,6G日益成为业界研究的热点。空天地一体化具有扩展覆盖、节省成本等多种优势,被业界当作6G的重要关键技术。对6G的空天地一体化系统设计和关键技术进行研究,首先分析了空天地一体化系统设计的驱动力,探讨了空天地一体化系统设计的基本理念,剖析了空天地一体化系统设计面临的问题和挑战,最后提出了空天地一体化系统设计的系列关键技术并进行了深入研究,为后续6G的关键技术研究、系统设计与标准推进,以及6G的产业化提供参考和借鉴。

关键词: 6G, 空天地一体化, 多波束协同传输

Abstract:

As 5G goes into commercial use, 6G has increasingly become a research hotspot by academics and industries. The integrated air-space-terrestrial communication (IASTC) is regarded as an important key technology of 6G, due to its advantages such as expanding coverage and saving cost. In this paper, the system design and key technologies of 6G IASTC are studied. Firstly, the driving force of 6G IASTC is analyzed, then the basic concept of system design is discussed, and then the difficulties and challenges are analyzed. Finally, a series of key technologies for 6G IASTC are proposed and discussed in depth. The research of this paper will provide reference for future work on 6G, including key technology research, system design, standard promotion and also industrialization.

Key words: 6G, integrated air-space-terrestrial communication (IASTC), multiple beams coordination

中图分类号:

康绍莉, 缪德山, 索士强, 孙韶辉. 面向6G的空天地一体化系统设计和关键技术[J]. 信息通信技术与政策, 2022, 48(9): 18-26.

KANG Shaoli, MIAO Deshan, SUO Shiqiang, SUN Shaohui. System design and key technologies for the integrated air-space-terrestrial communication toward 6G[J]. Information and Communications Technology and Policy, 2022, 48(9): 18-26.

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图/表 10

参考文献 15

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[15]	中国信科. 全域覆盖、场景智联[R]. 2021.

业务类型	描述	典型场景案例
移动数据/ 语音通信	卫星、临空平台、无人机与地面网络融合实现全球无缝覆盖	空中覆盖、海洋覆盖、地面覆盖
中继通信	向地面网络无法到达的区域提供高速的直接连接	偏远地区通信、远程物联网
回传通信	为偏远小区和聚合的IoT流量提供高速回传	偏远地区通信、远程物联网
动中通	为高速移动设备提供平滑和无缝切换的用户体验	船载通信、机载通信、无人机
广播业务	基于卫星、临空平台提供数据、视频等广播业务	卫星电视、数据广播
海量机器通信	在最少的资源消耗条件下达到覆盖海量设备的能力,高度适用于分散的M2M网络/IoT通信	卫星物联网
应急通信	应急灾害预警、应急信息上报、应急场景信息传送	应急通信

业务类型	描述	典型场景案例
移动数据/ 语音通信	卫星、临空平台、无人机与地面网络融合实现全球无缝覆盖	空中覆盖、海洋覆盖、地面覆盖
中继通信	向地面网络无法到达的区域提供高速的直接连接	偏远地区通信、远程物联网
回传通信	为偏远小区和聚合的IoT流量提供高速回传	偏远地区通信、远程物联网
动中通	为高速移动设备提供平滑和无缝切换的用户体验	船载通信、机载通信、无人机
广播业务	基于卫星、临空平台提供数据、视频等广播业务	卫星电视、数据广播
海量机器通信	在最少的资源消耗条件下达到覆盖海量设备的能力,高度适用于分散的M2M网络/IoT通信	卫星物联网
应急通信	应急灾害预警、应急信息上报、应急场景信息传送	应急通信

存在的问题星地链路呈现多普勒频偏大、传播时延大、链路预算差、覆盖范围大等恶劣特性,对链路传输速率和可靠性带来较大的限制星地信道主要是直射(LOS)径,限制了MIMO多流技术的应用低轨卫星的高速运动引起频繁切换,影响业务的连续性	面临的挑战星地链路传输问题
卫星平台和环境限制	卫星空间环境对卫星器件可靠性带来较大的挑战,散热能力限制要求传输波形具备低峰均比(PAPR)特性卫星的平台能力限制导致数据和信号处理能力不足,使得协议轻量化设计需求迫切
星地协同的接入和传输	由于频率资源限制,星间、星地干扰协调和频率共享需要特别考虑星地协同覆盖和传输增强需要解决网元接口信息交互问题
承载网和部署的限制	地面信关站的部署困难导致透明转发卫星应用带来限制,要求具备星间组网能力中低轨卫星的高动态性导致网络拓扑复杂,对空间路由设计和服务质量(QoS)保障带来较大挑战星历、授时和终端定位信息的不准确导致实际应用和用户体验效果不佳

存在的问题星地链路呈现多普勒频偏大、传播时延大、链路预算差、覆盖范围大等恶劣特性,对链路传输速率和可靠性带来较大的限制星地信道主要是直射(LOS)径,限制了MIMO多流技术的应用低轨卫星的高速运动引起频繁切换,影响业务的连续性	面临的挑战星地链路传输问题
卫星平台和环境限制	卫星空间环境对卫星器件可靠性带来较大的挑战,散热能力限制要求传输波形具备低峰均比(PAPR)特性卫星的平台能力限制导致数据和信号处理能力不足,使得协议轻量化设计需求迫切
星地协同的接入和传输	由于频率资源限制,星间、星地干扰协调和频率共享需要特别考虑星地协同覆盖和传输增强需要解决网元接口信息交互问题
承载网和部署的限制	地面信关站的部署困难导致透明转发卫星应用带来限制,要求具备星间组网能力中低轨卫星的高动态性导致网络拓扑复杂,对空间路由设计和服务质量(QoS)保障带来较大挑战星历、授时和终端定位信息的不准确导致实际应用和用户体验效果不佳

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