软件定义星地融合网络内生安全体系架构

随着航空航天技术的发展,利用卫星互联网广覆盖、高带宽和低时延的特性,将地面网络向空间维度扩展成为构建未来网络的新方向。同时,多样性的应用请求及复杂的空间环境特点对星地融合网络(Satellite Terrestrial Integrated Network,STIN)的安全问题提出了新的挑战。为了满足STIN体系架构安全的需求,提出了一种基于软件定义的STIN内生安全系统架构。利用软件定义技术及网络虚拟化技术,根据安全即服务的设计理念,将安全接入认证及安全路由传输等安全运行机制一体化考虑,以提高整个网络架构的灵活性及可靠性。     

非完美条件下的非正交多址接入星地融合网络性能分析

随着星地融合网络(ISTNs)的快速发展,大量的传感器和无线设备都有无线服务的接入需求,从而对星地融合网络的频谱效率和服务质量提出了新的挑战。不同于传统的正交多址接入技术,非正交多址接入(NOMA)技术可在相同的频率下传输不同用户的信号,其被认作为提高星地融合网络频谱效率的有效方法,从而被广泛研究。目前,针对NOMA和星地融合网络的研究大多都是在理想条件下进行的,由此该文研究更加实际的情况,即在非完美串行干扰消除(SIC)、信道估计误差和同频干扰下,对星地融合网络的性能进行研究。该文在假设卫星端和地面端均采用多天线的前提下,推导了系统遍历容量的闭式表达式,验证了非完美条件对于系统性能的影响。同时蒙特卡罗仿真验证了理论分析和推导的正确性。     

6G星地融合网络资源管理关键技术

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。     

基于地面网络SIM卡的北斗三号区域短报文网络安全研究

由于地理环境及成本因素限制，已规模化建设的地面移动通信网络仍然存在未完全覆盖人类活动区域、受突发灾害影响导致服务中断的问题。北斗三号卫星导航系统所特有的区域短报文卫星通信服务可以与地面网络实现互补，同时还具备集成进手机这一技术优势。为了满足大众领域对于轻量、简便的应急通信服务需要，提出了基于移动用户SIM卡认证体系以“不换卡、不换号”提供短报文融合通信的服务模式。针对于北斗系统资源紧缺等限制，提出了一种地面移动网络用户通过北斗短报文接入时的安全应用方案，设计了通过移动网络的密钥预埋机制与结合北斗特性的鉴权加密机制两大关键技术流程。该方案在完成单次报文传输的同时实现了用户认证与安全传输，以极低的协议开销实现了北斗网络下的安全应用，为6G时代星地一体化融合通信网络的研究提供了参考。     

卫星互联网星间激光通信的分析及建议

卫星通信和地面移动通信具有较强的互补性,卫星互联网是当前产业发展的热点,也是未来6G网络的重要组成部分。全球覆盖需要星间组网,但星间通信带宽需求与自由空间信道带来的不稳定性对空间承载网提出了新的挑战。对星间通信及其传输链路进行对比分析,提出了基于星间激光的光传送网络（OTN）承载方案,以充分发挥地面光通信的成熟产业链优势和规模经济优势,构建经济性、兼容性、扩展性强的星地一体化网络。最后展望了星间激光通信的技术演进方向,并提出了我国产业发展建议。     

通信导航一体化波形关键技术及研究进展

蜂窝移动通信有望进一步整合低轨卫星实现星地融合网络(Integrated Satellite-Terrestrial Networks,ISTNs),可以极大地扩展卫星和通信的覆盖范围,减少对地面基础设施的依赖以及重复建设,从而满足海上、空中、偏远地区等通信场景需求并完善密集建筑、室内、隧道等区域的定位功能。通信导航一体化(Integrated Communication and Navigation,ICAN)是星地融合的核心技术,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,基于此总结了一体化波形的研究进展,包括通导一体化波形设计、通导一体化信号处理技术以及通导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,提出了通信覆盖增强的毫米波通导一体化系统,并展望了通导一体化未来发展和面临的挑战。     

基于NOMA的星地协作网络性能分析

随着星地融合网络的不断发展,如何进一步提高有限的卫星资源利用率,受到了国内外专家学者的广泛关注。因此,提出了一种基于非正交多址(Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA)技术的星地协作网络传输方案。首先,假设卫星与用户之间不存在直传链路,中继节点以译码转发(Decode-and-Forward,DF)方式实现卫星与用户间的协作通信;其次,根据卫星信道服从阴影莱斯分布、地面信道服从Nakagami-m信道的情况,推导出用户中断概率的精确表达式、高信噪比下的近似表达式和系统遍历容量;最后,通过仿真验证理论推导的正确性和将NOMA技术引入星地协作网络的优越性。     

面向6G的星地融合网络架构

通过对卫星星座的发展和星地融合网络研究的回顾，明确了6G的星地融合网络的发展趋势，提出了智简赋能的6G网络体系架构和弹性可重构的6G星地融合架构，并分析了星地融合网络中的关键技术问题，包括星上轻量化虚拟化技术、星上边缘计算功能以及广播/多播技术。认为6G星地融合网络将通过星地协同实现网络资源和计算资源的统一调度，同时可以根据业务需求和网络状态智能实现网络功能的按需弹性部署。     

一种低轨卫星通信的定时提前计算方法

低轨(LEO)卫星网络作为地面网络的重要补充,是未来天地一体化网络的重要组成部分。由于LEO卫星的高移动速度以及星地通信的大传播距离造成了高传播时延,因此需要新的针对LEO卫星星地通信背景的上行链路的定时提前量(TA)的计算策略。本文基于LEO卫星的星地通信场景,介绍了TA及其在协议中的规定,并针对LEO卫星的特点,提出一种LEO卫星通信的定时提前计算方法。通过仿真分析验证了所提方案的有效性,为LEO卫星星地通信系统的设计提供了参考。     

卫星信关站硬件平台的实现方案

基于LTE的星地融合宽带通信网兼有卫星网和地面网的互补优势,能实现大范围覆盖,信关站是连接卫星网与地面网络的桥梁。分析信关站硬件平台的功能与性能需求,依据网络处理器、专业多核处理器和PowerPC处理器等3种硬件平台,提出适合卫星信关站硬件平台的3种方案,根据不同的应用可选择适合的方案。     

基于效用优化的星地融合网络联合用户关联及资源块调度算法

星地融合网络通过实现卫星网络与地面蜂窝网络的有机融合,可为用户提供灵活的网络接入服务,满足多场景用户应用需求.然而,卫星网络拓扑结构的动态变化、星地链路的复杂特性、多网和多用户资源调度粒度的显著差异性,以及资源共享模式的多样性,均对星地融合网络用户关联及资源调度问题带来困难及挑战.本文针对星地融合网络下行链路增强型移动宽带用户（Enhanced mobile broadband User,EU）及高可靠低延迟通信用户（ultra-Reliable and low latency communications User,RU）数据传输场景,研究用户关联及资源调度问题.在满足用户传输需求、网络可用资源、资源共享模式等约束条件下,将联合用户关联及资源块调度问题建模为系统效用函数最大化问题.由于该优化问题为强耦合问题,不易直接求解,本文将原优化问题分解功率分配子问题、用户关联及资源调度子问题.针对功率分配子问题,利用拉格朗日部分松弛法对离散变量进行连续化,进而将功率分配子问题转换为凸优化问题,采用拉格朗日对偶算法进行求解.基于得到的功率分配策略,本文提出一种启发式算法确定用户关联模式及资源块分...     

卫星高性能LDPC译码算法研究

卫星通信网络与地面通信网络的融合是未来通信网络的发展趋势,但目前卫星通信的发展相对于地面网络处于滞后的状态,此外,星地信息传输还面临着传输距离远易受干扰、卫星快速移动导致多普勒频移以及信道快速变化等挑战,使得信息传输的可靠性大大降低;信道编码是降低数据传输误码率的有效方式,目前,低密度奇偶校验(Low-Density Parity Check, LDPC)码因其优异的性能得到广泛认可并应用于各个领域;针对LDPC码译码算法进行优化,结合归一化最小和算法(Normalized Min-Sum Algorithm, NMSA)与偏移最小和算法(Offset Min-Sum Algorithm, OMSA)译码方案,提出在获取NMSA最优归一化因子后将其带入OMSA校验节点更新公式中,再获取最优偏移因子,实现两次优化的过程,最终通过仿真显示,译码性能得到进一步的提升。     

面向星地融合网络的统一编排架构和关键技术

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。     

面向低轨卫星的星地信道特性研究与仿真

随着5G的应用与6G的研究,构建空天地一体化网络已经成为未来通信系统的发展方向。低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星网络可以提供大容量、低时延、广覆盖的通信能力,是未来天基网络的重要组成部分。然而星地信道传播距离长,电磁环境复杂,其传播特性与地面蜂窝网络有着很大不同。介绍了目前低轨卫星关于星地链路信道的标准化进展,分析了影响星地链路信道特性的因素及计算方法。在仿真平台上利用Starlink卫星数据对星地链路传播中的各种损耗进行了仿真,为低轨卫星星地链路设计提供了参考。     

NTN非地面网络技术发展综述

卫星互联网技术通过卫星提供互联网接入服务,满足地面蜂窝网络尚未覆盖地区的通信需求。本文详细介绍了卫星互联网的发展、NTN非地面网络技术标准进展、透明载荷与再生载荷两种网络架构,以及NTN技术目前面临的挑战。这些信息为进一步研究空天地一体化和提升偏远地区用户广播电视观看和通信体验奠定了基础。     

面向6G的星地融合无线传输技术

随着5G移动通信网络走向商业化,围绕新一代移动通信系统(6G)的发展愿景、能力需求与关键技术开展研究正在成为新的热点。首先,该文概括了未来6G可能涉及的星地深度融合、新谱段通信、分布式协作MIMO和智能通信等关键技术方向,重点探讨了基于星地深度融合的天地一体化网络(SGIN);然后,针对可能存在的两种典型网络拓扑架构,分析了星间高速链路、星地馈电链路和星地用户链路的特点和技术要求,综述了3种不同类型传输链路的高速通信进展情况。最后,对未来6G天地互联网络亟需突破的光学相控阵多用户接入、高效能星地激光通信和光电一体化组网等关键技术进行分析与展望,以期为后续相关研究指明方向。     

互联网技术发展趋势的若干问题

首先分析了当前互联网体系架构所面临的新的挑战,研究了未来互联网体系架构的发展情况,接着分析了下一代互联网(NGI)协议标准IPv6,以及互联网与下一代网络(NGN)的之间的关系。最后,指出电信网、互联网和广播电视网三网融合将是未来网络发展的必然趋势。     

基于DTMB技术的融合数字电视传输系统

以地面数字电视广播(Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting,DTMB)传输技术为基础组建DTMB融合数字电视系统,将卫星接收系统、网络传输系统、数字编码系统、数字电视复用系统、DTMB调制系统、分配网系统以及机房系统进行集成建设,为市场和客户提供个性化和差异化的一体化解决方案,实现技术手段在业务层面的融合创新.     

星地融合网络中基于无监督图学习的卫星切换方法研究

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。仿真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%。     

卫星网络路由技术现状及展望

与地面固定通信网络不同,卫星网络的节点高度动态性、有限的星上处理能力和网络拓扑周期性变化的特点给卫星互联网的路由协议与算法设计带来了新的挑战。该文系统梳理了学术界针对卫星网络所提出的路由技术,提出了卫星路由技术未来的发展方向。首先介绍了卫星网络架构和目前在卫星通信系统上应用的主要路由协议,并且简要介绍了卫星光通信网络的路由问题;其次,根据卫星节点的管理方式以及路由表生成方式将路由算法分类为集中式卫星路由、分布式卫星路由以及混合式卫星路由,详细介绍了各类卫星路由方法的代表性成果并总结其优化目标和适用场景;接着,总结了不同卫星网络场景和网络需求下如何选择合适的卫星路由算法;最后,阐述目前卫星路由技术面临的挑战以及未来的发展趋势,并在附录中介绍了当前主流的卫星网络仿真平台。