天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究白皮書 2023

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

研究白皮書

（2023）

中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司

前言

作為未來6G關(guān)鍵技術(shù)之一，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)將在未來6G中將充分發(fā)

揮空、天、地、海信息技術(shù)的各自優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)時(shí)空復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一體化綜合處理和

最大有效利用，為各類不同用戶提供實(shí)時(shí)、可靠、按需服務(wù)的泛在、機(jī)動(dòng)、高效、

智能、協(xié)作的信息基礎(chǔ)設(shè)施和決策支持系統(tǒng)。與此同時(shí)，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)作

為國家首個(gè)“面向2030科技創(chuàng)新重大項(xiàng)目”，以其戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、帶動(dòng)性和不

可替代性，成為國家國民經(jīng)濟(jì)和國家安全的重大基礎(chǔ)設(shè)施，其所具有的信息服務(wù)

能力，將不斷地帶動(dòng)我國新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，形成具有巨大潛力的核心競爭力和民

族創(chuàng)造力。

編制單位：中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司

編寫人員：王強(qiáng)、李新、貝斐峰、劉超凡、彭雄根

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

1.6G網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀

1.1標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展

全球6G標(biāo)準(zhǔn)還未制定，但是6G研究的序幕已經(jīng)展開，整體上看，全球6G

研究正在有序推進(jìn)，預(yù)計(jì)2030年6G將實(shí)現(xiàn)商用，屆時(shí)人類將進(jìn)入6G時(shí)代。

（1）ITU

ITU-RWP5D負(fù)責(zé)IMT無線通信研究和標(biāo)準(zhǔn)化，包含IMT-2000（3G）、

IMT-Advanced（4G）、IMT-2020（5G）以及當(dāng)前開展的IMTfor2030andbeyond

（6G）。

面向新一輪啟動(dòng)的6G無線通信系統(tǒng)工作，ITU已于2022年中旬完成了《未

來技術(shù)趨勢》報(bào)告的編寫，除了重點(diǎn)關(guān)注6G的無線技術(shù)外，ITU在2021年分

別啟動(dòng)《IMT愿景》建議書和《100GHz以上頻段的IMT技術(shù)可行性》報(bào)告的相

關(guān)工作，預(yù)計(jì)都將在2023年中旬完成，為最終的《ITU-R關(guān)于IMT-2030及以后

的建議》提供總體指導(dǎo)。

對于6G無線技術(shù)，《未來技術(shù)趨勢》報(bào)告收集了十余個(gè)國家、技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

化組織等的多輪輸入，包含了AI、通信感知一體化等8個(gè)主要的新興技術(shù)趨勢

和使能技術(shù)方向，極致MIMO、新型編碼、高精度定位等8個(gè)用于空口增強(qiáng)的技

術(shù)方向，新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)互通等9個(gè)用于無線網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)的技術(shù)方向，以

及2個(gè)面向終端的技術(shù)方向，為6G整體技術(shù)支持因素、概念奠定了基礎(chǔ)。

6GIMT愿景建議書在用例、應(yīng)用趨勢、應(yīng)用場景以及彼此的關(guān)系展開廣泛

的討論，并將逐步開展6G關(guān)鍵能力、演進(jìn)目標(biāo)等議題。有關(guān)6G愿景研究將在

2023年世界無線電通信大會（WRC-23）之前完成，屆時(shí)由各國、業(yè)內(nèi)組織、企

業(yè)共同商討的6G愿景建議書，將作為下一代移動(dòng)通信工作開展的關(guān)鍵指南。

無論是未來技術(shù)趨勢報(bào)告，還是愿景建議書，相比于5G研究計(jì)劃，6G規(guī)

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劃節(jié)奏均有提前，各成員單位及外部組織輸入空前踴躍積極。同時(shí)ITU-RWP5D

對6G關(guān)鍵時(shí)間線及工作計(jì)劃展開熱烈的討論，目前已明確將在2030年發(fā)布6G

移動(dòng)通信全球核心標(biāo)準(zhǔn)，6G總體時(shí)間表也計(jì)劃將于2023年7月完成。

在網(wǎng)絡(luò)方面，ITU-T負(fù)責(zé)電信標(biāo)準(zhǔn)的SG13工作組在2022年~2023年研究周

期開展了多項(xiàng)IMT-2030網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括確定性網(wǎng)絡(luò)技

術(shù)、天地融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、算力網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、意圖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)、區(qū)塊鏈

安全技術(shù)等。ITU-T已經(jīng)開始布局算力網(wǎng)絡(luò)、云網(wǎng)協(xié)同、天地一體化等新興技術(shù)

方向，提前儲備5G-A和6G關(guān)鍵使能技術(shù)。

（2）3GPP

2020年7月3GPPR16標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后，受全球疫情影響，原計(jì)劃2021年底完

成凍結(jié)的R17，推遲到2022年6月凍結(jié)。根據(jù)3GPP2019年公布的時(shí)間表來看，

已經(jīng)于2023年開啟對于6G的研究，并將在2025年下半年開始對6G技術(shù)進(jìn)行

標(biāo)準(zhǔn)化，預(yù)計(jì)將在2028年上半年完成6G標(biāo)準(zhǔn)的制定，至2028年下半年將會有

6G設(shè)備產(chǎn)品面市。3GPP目前已正在著手制定5GR18標(biāo)準(zhǔn)，是首個(gè)定義為

5G-Advanced的標(biāo)準(zhǔn)版本，行業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)從2026年開始將啟動(dòng)首個(gè)6G標(biāo)準(zhǔn)R21

的制定，到2030年將凍結(jié)R23版本。

（3）IMT-2030

當(dāng)前，隨著5G規(guī)模化商用進(jìn)入快車道，世界主要國家和地區(qū)紛紛啟動(dòng)6G

研究。我國高度重視6G發(fā)展，“十四五”規(guī)劃綱要明確提出要“前瞻布局6G網(wǎng)絡(luò)

技術(shù)儲備”。2019年6月，IMT-2030(6G)推進(jìn)組在工業(yè)和信息化部等部委指導(dǎo)下

成立，超過70家國內(nèi)外企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)參與，積極推進(jìn)6G愿景需求研

究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)研制、國際合作交流及社會經(jīng)濟(jì)影響研究等各項(xiàng)工作。

IMT-2030（6G）推進(jìn)組于2021年6月發(fā)布《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》

白皮書，提出沉浸式云XR、全息通信、感官互聯(lián)、智慧交互、通信感知、普惠

智能、數(shù)字孿生、全域覆蓋共八大應(yīng)用場景，展望了內(nèi)生智能的新型網(wǎng)絡(luò)、增強(qiáng)

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型無線空口技術(shù)、新物理維度無線傳輸技術(shù)、太赫茲與可見光通信技術(shù)、通信感

知一體化、分布式自治網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、確定性網(wǎng)絡(luò)、算力感知網(wǎng)絡(luò)、星地一體融合組

網(wǎng)、支持多模信任的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全共十大關(guān)鍵技術(shù)方向。

2021年9月，IMT-2030推進(jìn)組進(jìn)一步召開了以“6G愿景展望”為主題的6G

研討會，圍繞6G無線融合通信及新頻段技術(shù)、6G新物理維度及技術(shù)研究、6G

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與技術(shù)等三個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了10場技術(shù)主題研討，并發(fā)布了《6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

愿景與關(guān)鍵技術(shù)展望》白皮書，以及《超大規(guī)模天線技術(shù)》等6份研究報(bào)告。

1.2業(yè)務(wù)場景需求

2021年6月，IMT-2030(6G)推進(jìn)組發(fā)布《6G總體愿景與潛在關(guān)鍵技術(shù)》，

創(chuàng)新提出6G潛在業(yè)務(wù)應(yīng)用，呈現(xiàn)沉浸化、智能化和全域化特點(diǎn)，分析總結(jié)出6G

網(wǎng)絡(luò)具有如下業(yè)務(wù)場景需求，共有五大應(yīng)用場景和八大應(yīng)用需求：

（1）超級無線寬帶

超級無線寬帶是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（enhancedMobileBroadband，eMBB）的演

進(jìn)和擴(kuò)展，不僅將極大提升以人為中心的沉浸式通信體驗(yàn)，也將在全球任意地點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋。超級無線寬帶場景將廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)、工作、教育、娛樂

等多個(gè)領(lǐng)域，提升人們的生活質(zhì)量和工作效率。在熱點(diǎn)部署的場景下，以人為

中心的通信和以機(jī)器為中心的通信均對峰值速率、用戶體驗(yàn)速率、系統(tǒng)容量、頻

譜效率提出更高的要求。此外，6G網(wǎng)絡(luò)還需要提供低時(shí)延和高穩(wěn)定性以保障用

戶體驗(yàn)。

1）沉浸式云XR

XR（extendedreality，擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)）業(yè)務(wù)不斷向超高清、3D、浸入式、實(shí)時(shí)

交互方向發(fā)展。XR將從信息娛樂、遠(yuǎn)程教育等切入，替代面對面服務(wù)，同時(shí)逐

步擴(kuò)展到智慧安防、智慧城市、智慧工廠、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域，助力各行業(yè)數(shù)字化

轉(zhuǎn)型。未來云化XR系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)用戶和環(huán)境的語音交互、手勢交互、頭部交互、

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

眼球交互等復(fù)雜業(yè)務(wù)，需要在相對確定的系統(tǒng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)低時(shí)延與超高帶寬，才

能為用戶帶來極致體驗(yàn)。

此外，云化XR技術(shù)中的內(nèi)容上云、渲染上云、空間計(jì)算上云等將顯著降低

XR終端設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷和能耗，XR終端設(shè)備將變得更輕便、更智能、更利于

商業(yè)化。但同時(shí)，終端功率受限問題將更加突出，未來終端需要重點(diǎn)研究綠色低

功耗方案。

2）全息通信

預(yù)計(jì)未來，隨著6G網(wǎng)絡(luò)能力的提升，以及高分辨率終端顯示設(shè)備的發(fā)展，

全息通信將自然逼真地還原多維度信息，實(shí)現(xiàn)人、物及其周邊環(huán)境的三維動(dòng)態(tài)交

互通信，塑造智能溝通、高效學(xué)習(xí)、協(xié)同辦公、健康生活、自由娛樂等生活新形

態(tài)。全息通信將廣泛應(yīng)用于文化娛樂、醫(yī)療健康、教育、社會生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域，

使人們不受時(shí)間、空間的限制，打通虛擬場景與真實(shí)場景的界限，使用戶享受身

臨其境般的極致沉浸感體驗(yàn)。全息通信要求網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)現(xiàn)大尺寸、高分辨率的全

息顯示數(shù)據(jù)傳輸，并行承載上千個(gè)并發(fā)數(shù)據(jù)流，同時(shí)保證全息交互的實(shí)時(shí)性，其

對峰值速率、低時(shí)延等網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)均提出了較高要求。

3）感官互聯(lián)

感官信息（即視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺）的有效傳輸將成為通信業(yè)務(wù)

的重要組成部分，感官互聯(lián)有可能成為未來通信的重要方式之一，將廣泛應(yīng)用于

醫(yī)療健康、技能學(xué)習(xí)、娛樂生活、工業(yè)機(jī)械、道路交通、辦公生產(chǎn)和情感交互等

領(lǐng)域。用于工業(yè)場景的遠(yuǎn)程操控需要非常精確的動(dòng)作控制，對時(shí)延有較高要求。

觸覺反饋的交互式VR、UAV遙控等應(yīng)用需要與目標(biāo)物體之間實(shí)現(xiàn)頻繁交互并

同步反饋多感官信息，6G網(wǎng)絡(luò)需要為多感官交互應(yīng)用提供平滑、可靠的連接。

（2）超大規(guī)模連接

超大規(guī)模連接將在5G海量物聯(lián)網(wǎng)通信（massiveMachineType

Communication，mMTC）基礎(chǔ)上，拓展全新的應(yīng)用領(lǐng)域和能力邊界。超大規(guī)模

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連接的對象將包括部署在智慧城市、智慧生活、智慧交通、智慧農(nóng)業(yè)、智能制造

等場景的各類設(shè)備，典型應(yīng)用包括遠(yuǎn)程抄表、環(huán)境監(jiān)測、智能燈桿互連等。此外，

未來數(shù)字孿生世界將通過部署大量傳感器，實(shí)現(xiàn)對日常生活中各類設(shè)備的數(shù)據(jù)采

集及傳輸，并通過建模、推演、決策等環(huán)節(jié)與物理世界交互。

超大規(guī)模連接的場景特點(diǎn)是連網(wǎng)設(shè)備數(shù)量巨大，但其中大部分可能僅產(chǎn)生零

星散發(fā)的流量。與5G中僅支持大規(guī)模設(shè)備的低速率傳輸相比，6G超大規(guī)模連

接設(shè)備的傳輸速率將從低到高不等。數(shù)據(jù)包的傳遞頻次根據(jù)具體應(yīng)用也存在較大

差異，例如從一天一次到幾毫秒一次不等。此外，具備不同采集能力的傳感器其

壽命也存在較大差異。這一場景在某些用例下也需要支持高精度定位、高可靠性

和低時(shí)延能力。

1）數(shù)字孿生

隨著感知、通信和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，物理世界中的實(shí)體或過程將在

數(shù)字世界中得到數(shù)字化鏡像復(fù)制，人與人、人與物、物與物之間可以憑借數(shù)字世

界中的映射實(shí)現(xiàn)智能交互。未來6G時(shí)代將進(jìn)入虛擬化的孿生數(shù)字世界，應(yīng)用領(lǐng)

域包括：工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字域優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，城市領(lǐng)域的城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)，醫(yī)療

領(lǐng)域的數(shù)字孿生人，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過程模擬和推演，網(wǎng)絡(luò)管理領(lǐng)域的數(shù)字孿生

網(wǎng)管等。以數(shù)字孿生城市為例，基于海量傳感器、高清視頻監(jiān)控、無線感知等手

段采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行高精度模擬，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)字城市的監(jiān)測、診斷、預(yù)測，從

而輔助對物理城市的精細(xì)化管控，助力構(gòu)建新型智慧城市。

（3）極其可靠通信

極其可靠通信將在低時(shí)延高可靠通信（UltraReliableLowLatency

Communication，URLLC）的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)能力。典型應(yīng)用包括智能化工

業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人協(xié)作、無人機(jī)群和各種人機(jī)實(shí)時(shí)交互操作，智能交通系統(tǒng)中的全

功能自動(dòng)駕駛，精準(zhǔn)醫(yī)療中的個(gè)性化“數(shù)字人”及遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)，以及智慧能源、

智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用等。除更低時(shí)延和更高可靠性要求外，機(jī)器協(xié)同交互類應(yīng)用

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

對抖動(dòng)、時(shí)間同步、穩(wěn)定性等確定性指標(biāo)也提出了極高需求，同時(shí)需要具備中高

速數(shù)據(jù)傳輸和超高精度定位的能力。為此，6G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要考慮多維度性能需

求。

1）機(jī)器控制

未來協(xié)作式機(jī)器控制系統(tǒng)將基于生產(chǎn)作業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)人機(jī)物與環(huán)境的多維度

協(xié)作。協(xié)作式機(jī)器控制將從智慧工廠切入，逐步擴(kuò)展到智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市、智

慧交通、智慧能源等領(lǐng)域，從封閉場景、現(xiàn)場局域范圍向開放場景、廣域覆蓋逐

步拓展，助力各行各業(yè)提升工作效率，確保工作安全。協(xié)作式機(jī)器控制需要更精

準(zhǔn)的工作環(huán)境及機(jī)器動(dòng)作感知，更智能的精細(xì)化控制，更準(zhǔn)確的控制指令執(zhí)行。

這需要系統(tǒng)能夠提供安全可靠的通信服務(wù)，以滿足超低時(shí)延、超高可靠、超高確

定性的控制需求。

（4）普惠智能服務(wù)

普惠智能服務(wù)是6G的新增典型場景，依托網(wǎng)絡(luò)對需要進(jìn)行高效分布式智能

學(xué)習(xí)或推理的智能化服務(wù)提供集成化的通信和AI算力。它不僅服務(wù)于特定應(yīng)用

服務(wù)，還將服務(wù)于未來整個(gè)通信系統(tǒng)，提高網(wǎng)絡(luò)整體的性能和效率。在這個(gè)典型

場景中，網(wǎng)絡(luò)中的大量智能體將聯(lián)合執(zhí)行復(fù)雜的AI訓(xùn)練和推理任務(wù)，從而充分

利用移動(dòng)邊緣側(cè)（包括設(shè)備中）的智能算力，使快捷和靈活的智能服務(wù)覆蓋社會

各領(lǐng)域。

1）智慧交互

未來6G網(wǎng)絡(luò)有望在情感交互和腦機(jī)交互（腦機(jī)接口）等全新研究方向上取

得突破性進(jìn)展。具有感知能力、認(rèn)知能力、甚至?xí)伎嫉闹悄荏w將徹底取代傳統(tǒng)

智能交互設(shè)備，人與智能體之間的支配關(guān)系將開始向著有情感、有溫度、更加平

等的類人交互轉(zhuǎn)化。在智慧交互場景中，智能體將產(chǎn)生主動(dòng)的智慧交互行為，同

時(shí)可以實(shí)現(xiàn)情感判斷與反饋智能，因此，數(shù)據(jù)處理量將會大幅增加。

2）智能互聯(lián)

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在未來6G網(wǎng)絡(luò)中，個(gè)人和家用設(shè)備、各種城市傳感器、無人駕駛車輛、智

能機(jī)器人等新型智能終端將不僅可以支持高速數(shù)據(jù)傳輸，還能夠?qū)崿F(xiàn)智能設(shè)備間

的協(xié)作與學(xué)習(xí)。6G將利用智能泛在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，通過有效連接局部數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)

特定環(huán)境下不同智能終端之間可靠、低時(shí)延的通信和協(xié)作，并通過大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)持

續(xù)提升工作效率與質(zhì)量。6G網(wǎng)絡(luò)擁有原生智能架構(gòu)，將ICDT技術(shù)以及工業(yè)智

能深度集成到無線網(wǎng)絡(luò)，具備大規(guī)模分布式訓(xùn)練、實(shí)時(shí)邊緣推理和本地?cái)?shù)據(jù)脫敏

等能力。為此，6G在性能指標(biāo)上需要重點(diǎn)考慮傳輸、分布式連接、智能服務(wù)精

度、高效算力等方面的能力。

（5）通信感知融合

通信感知融合是6G新增典型場景。感知和通信的集成將提供高精度定位、

環(huán)境重構(gòu)、成像、識別等多元化能力，極大促進(jìn)超高分辨率和精度的應(yīng)用需求，

如超高精度定位、高分辨率實(shí)時(shí)無線地圖構(gòu)建、基于設(shè)備甚至無設(shè)備的被動(dòng)目標(biāo)

定位、環(huán)境重建和監(jiān)控、手勢和動(dòng)作識別、產(chǎn)品缺陷監(jiān)控、訪客識別等。此外，

通信感知融合也將有助于提高通信的性能和效率，例如，通過考慮用戶移動(dòng)軌跡

和環(huán)境變化來優(yōu)化無線資源利用率。通信感知融合可以廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，為

車聯(lián)網(wǎng)、智能工廠等提供更好的服務(wù)。

1）多維感知

未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)需要滿足農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)、無人區(qū)、遠(yuǎn)洋海域等5G無法

滿足的地區(qū)的覆蓋需求。地球表面以上，無人機(jī)、飛機(jī)等飛行器也需要無線寬帶

連接服務(wù)。隨著業(yè)務(wù)的逐漸融合和部署場景的不斷擴(kuò)展，6G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將實(shí)

現(xiàn)地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)與非地面網(wǎng)絡(luò)的融合，構(gòu)建起全球廣域覆蓋的天地一體化信息網(wǎng)

絡(luò)，為各類用戶提供無盲區(qū)的寬帶移動(dòng)通信服務(wù)。

全域覆蓋業(yè)務(wù)和場景將呈現(xiàn)出多樣性，與智慧城市、新媒體、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、

醫(yī)療、教育和能源等各行各業(yè)緊密結(jié)合。全時(shí)全地域的無縫立體寬帶接入將為全

球非地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)提供廣域物聯(lián)網(wǎng)接入，提供應(yīng)急通信、農(nóng)作物監(jiān)控、珍

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

稀動(dòng)物無人區(qū)監(jiān)控、海上浮標(biāo)信息收集、遠(yuǎn)洋集裝箱信息收集等服務(wù)，支持厘米

級高精度定位與導(dǎo)航。此外，通過高精度地球表面成像，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援、交通

調(diào)度等服務(wù)。

1.3網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架展望

為全面滿足1.2小節(jié)所述的6G的新業(yè)務(wù)新場景，6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要從地面接

入向天地一體化泛在接入的轉(zhuǎn)變。

6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要支持空基、天基、地基、?；榷喾N接入方式，固定、移

動(dòng)、衛(wèi)星多種連接類型，個(gè)人、家庭、行業(yè)多種服務(wù)類型，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的多接

入、多連接、多服務(wù)融合。固定、移動(dòng)、衛(wèi)星多種連接類型，個(gè)人、家庭、行業(yè)

多種服務(wù)類型，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)的多接入、多連接、多服務(wù)融合。

在習(xí)近平總書記的親自關(guān)心和指導(dǎo)下，新時(shí)代國家在“十三五”規(guī)劃中將天地

一體化信息網(wǎng)絡(luò)列入了國家首個(gè)“面向2030科技創(chuàng)新重大項(xiàng)目”，從而正式啟動(dòng)

了我國天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工作。天地一體以其戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性、帶動(dòng)性

和不可替代性的重要意義，成為國家基礎(chǔ)性的戰(zhàn)略資源，對社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著

不可替代的重要作用，是關(guān)乎國家安全和國民經(jīng)濟(jì)的重大基礎(chǔ)設(shè)施。

未來的6G網(wǎng)絡(luò)將采用多系統(tǒng)、大融合的天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將突破地形

地表限制，覆蓋擴(kuò)展到太空、天空、陸地、海洋等自然空間。天地一體化網(wǎng)絡(luò)將

采用統(tǒng)一的架構(gòu)、統(tǒng)一的技術(shù)體制、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范通過空、天、地、海等多維

信息的有效獲取、協(xié)同、傳輸和匯聚，以及資源的統(tǒng)籌處理、任務(wù)的分發(fā)、動(dòng)作

的組織和管理，充分發(fā)揮空、天、地、海信息技術(shù)的各自優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)時(shí)空復(fù)雜網(wǎng)

絡(luò)的一體化綜合處理和最大有效利用，為各類不同用戶提供實(shí)時(shí)、可靠、按需服

務(wù)的泛在、機(jī)動(dòng)、高效、智能、協(xié)作的信息基礎(chǔ)設(shè)施和決策支持系統(tǒng)。

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

相較于傳統(tǒng)的衛(wèi)星或地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，空天地一體化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)能

力（傳輸、移動(dòng)、路由和覆蓋能力等）都發(fā)生了根本性的變化，也面臨著諸多網(wǎng)

絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營等方面的挑戰(zhàn)。

2.天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景

借助非地面網(wǎng)絡(luò)，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)可以突破地形限制，向空、天、地、

海多維度擴(kuò)展，可以為公眾和行業(yè)客戶提供真正無縫泛在的高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)。面向

行業(yè)客戶，天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)傳輸覆蓋廣、不受地理環(huán)境限制、時(shí)延抖動(dòng)小、

可靠性高的特性可以為行業(yè)客戶提供專網(wǎng)服務(wù)。對于個(gè)人用戶，天地一體化通信

網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了地面通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，可以為用戶提供多樣化的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景主要包括五個(gè)方面，分別為泛在物聯(lián)、寬帶

互聯(lián)、智能海洋、隱蔽安全、社會治理。

2.1泛在物聯(lián)

泛在物聯(lián)是指任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人和物之間的信息連接和交互。主

要包括對物品的智能化識別、定位、跟蹤監(jiān)控和管理，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性、

有效性，保障運(yùn)輸?shù)陌踩?，?shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)全天候萬物互聯(lián)。

（1）大時(shí)空尺度數(shù)據(jù)分發(fā)

車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)場景中需要大量廣播數(shù)據(jù)分發(fā)適合采用衛(wèi)星和高空平臺系統(tǒng)

（HAPS）進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。衛(wèi)星和HAPS的覆蓋范圍大，通過一跳就可為大范圍內(nèi)的

通信節(jié)點(diǎn)提供信息傳輸，相比地面多跳傳輸更具優(yōu)勢?？捎糜谶h(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信及

大范圍的信息同步和數(shù)據(jù)分發(fā)。

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

圖2-1基于天地一體化的大時(shí)空尺度信息同步場景

（2）基于CDN的衛(wèi)星廣播場景

在基于CDN的衛(wèi)星廣播場景中，RAN側(cè)發(fā)揮衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣的廣播業(yè)

務(wù)優(yōu)勢，可以有效節(jié)省下行空口帶寬。核心網(wǎng)側(cè)將CDN與MEC相結(jié)合，在全

網(wǎng)范圍內(nèi)基于CDN技術(shù)按內(nèi)容分發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并緩存在網(wǎng)絡(luò)邊緣MEC平臺，

有效緩解網(wǎng)絡(luò)側(cè)擁塞和業(yè)務(wù)響應(yīng)速度，改善用戶體驗(yàn)質(zhì)量。

圖2-2基于CDN的衛(wèi)星廣播場景

（3）雙連接業(yè)務(wù)增強(qiáng)場景

通過業(yè)務(wù)多路合并充分利用衛(wèi)星鏈路和地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的互補(bǔ)性增益。以視頻

業(yè)務(wù)為例，視頻文件基本幀是視頻業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，編解碼壓縮較大，傳輸帶寬

需求較高，而視頻文件增強(qiáng)幀是提升視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量的增強(qiáng)數(shù)據(jù)，編解碼壓縮比較

小，傳輸帶寬需求較小。依據(jù)業(yè)務(wù)需求特性和MEC平臺業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)緩存狀態(tài)，系

統(tǒng)將決策僅采用地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還是將地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

視頻業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與衛(wèi)星鏈路傳輸視頻業(yè)務(wù)增強(qiáng)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，以便提供時(shí)延、

帶寬和用戶體驗(yàn)最優(yōu)的RAN側(cè)雙連接業(yè)務(wù)增強(qiáng)合并策略。

圖2-3RAN側(cè)雙連接業(yè)務(wù)增強(qiáng)場景

（4）廣覆蓋能力下沉場景

在廣覆蓋能力下沉場景中，無線網(wǎng)有衛(wèi)星鏈路和地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)兩條無線接入

方式，在無線接入側(cè)，既可以依據(jù)業(yè)務(wù)QoS需求和兩條無線鏈路質(zhì)量，提供QoS

的差異化空口接入服務(wù)，又可以采用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供底層接入覆蓋與地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

提供熱點(diǎn)服務(wù)相結(jié)合的模式，充分利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣和地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬

時(shí)延的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋、泛在接入。為了進(jìn)一步降低地面核心網(wǎng)傳輸時(shí)延，

可以將核心網(wǎng)算力下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，豐富本地業(yè)務(wù)算力資源，降低終端硬件成本，

提供低時(shí)延保障的算力能力。

（5）本地分流與中繼回傳融合組網(wǎng)場景

在本地分流和中繼回傳融合組網(wǎng)場景，UPF作為用戶平面功能的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，

具備對地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)終端業(yè)務(wù)本地分流的能力，如果網(wǎng)絡(luò)邊緣的MEC能夠滿足

終端業(yè)務(wù)要求，UPF則將業(yè)務(wù)請求分流到MEC；如果MEC不能滿足終端業(yè)務(wù)

要求，UPF可以通過地面核心網(wǎng)和衛(wèi)星鏈路兩種方案連接遠(yuǎn)端業(yè)務(wù)服務(wù)器。

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

圖2-4本地分流與中繼回傳融合組網(wǎng)場景

2.2寬帶互聯(lián)

寬帶互聯(lián)可以提高道路特征和交通設(shè)施的清晰度。在沙漠、山路、鄉(xiāng)路等沒

有普通信號的地方，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地聯(lián)網(wǎng)。增強(qiáng)移動(dòng)終端導(dǎo)航能力，為機(jī)載、車載

定位終端提供精準(zhǔn)可靠的位置服務(wù)。同時(shí)可以為交通物流、跨境電商、海洋、能

源、旅游、農(nóng)牧業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)信息，為國家的“一帶一路”建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

（1）低成本廣覆蓋接入

隨著電信普遍服務(wù)工作不斷深入，需要解決邊疆、深山、海島等低成本通信

服務(wù)需求。而衛(wèi)星、HAPS通信可以作為地面網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和低成本的廣域覆蓋，

作為語音和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶的寬帶上網(wǎng)和位置導(dǎo)航服務(wù)

需求。

（2）專網(wǎng)業(yè)務(wù)

對于一些有建設(shè)專網(wǎng)需求、且分支機(jī)構(gòu)分散的企業(yè)，特別是跨國/跨地區(qū)的

頭部企業(yè)，采用天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建專網(wǎng)，有利于打破地理限制，統(tǒng)籌業(yè)務(wù)，

提供高可靠性網(wǎng)絡(luò)保障，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司的全球業(yè)務(wù)管理。

（3）泛在接入本地分流場景

基于MEC的天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)可以為海島、沙漠、高山、港口等偏遠(yuǎn)地

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

區(qū)提供泛在接入能力，將視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)邊緣MEC。依據(jù)業(yè)務(wù)

需求，MEC平臺為邊緣用戶提供本地業(yè)務(wù)分流能力。MEC平臺直接部署在網(wǎng)絡(luò)

邊緣，大大降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延。綜合視頻自動(dòng)化分析、集裝箱自動(dòng)化調(diào)度、安

防監(jiān)控等相關(guān)應(yīng)用，為吊橋、集裝箱、運(yùn)輸車輛、園區(qū)安防、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等提

供高清視頻監(jiān)控。

圖2-5泛在接入本地分流場景

2.3智能海洋

在智能海洋通信方面，空天信息網(wǎng)絡(luò)面對海上環(huán)境情況復(fù)雜、海事業(yè)務(wù)異構(gòu)

等問題，提出了智能化、協(xié)同化和信息化的發(fā)展，克服海洋復(fù)雜環(huán)境對傳播的影

響，滿足海事安全通信、海況通報(bào)、導(dǎo)航避障、海事緊急救援、公共通信服務(wù)等

多種異構(gòu)業(yè)務(wù)的低延遲、高可靠、全覆蓋的需求。

（1）基礎(chǔ)立體通信

在全球大力推進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、加大航運(yùn)背景下，海上通信，將可能是未來

潛在的新興通信市場。通過在近海區(qū)域及飛機(jī)航線沿線部署建設(shè)費(fèi)地面網(wǎng)絡(luò)，可

有效實(shí)現(xiàn)近海區(qū)域船只和飛機(jī)上終端設(shè)備的通信。HAPS氣球的覆蓋半徑為50km，

通過兩個(gè)氣球的中繼，可以覆蓋近海200km范圍內(nèi)的船只和飛機(jī)。按照我國大

陸海岸線長度18000km估算，360個(gè)氣球即可實(shí)現(xiàn)我國整體海岸線近海200km

范圍內(nèi)船只和科技的通信。

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

圖2-6海洋與空間立體通信場景

（2）機(jī)載云服務(wù)

在機(jī)載服務(wù)器上部署輕量化的MEC和vUPF，與機(jī)上用戶在相同的局域網(wǎng)

絡(luò)中?；跈C(jī)載MEC平臺預(yù)存儲的業(yè)務(wù)可以為機(jī)上用戶提供局域網(wǎng)絡(luò)范圍的云

點(diǎn)播服務(wù)，并建立機(jī)上局域網(wǎng)絡(luò)云社交服務(wù)，為機(jī)上用戶提供內(nèi)部社交支撐能力。

基于機(jī)載MEC下沉的計(jì)算能力，可以為機(jī)上用戶提供云視頻渲染和云游戲交互

等業(yè)務(wù)。若機(jī)載輕量化MEC平臺能力不足以滿足用戶業(yè)務(wù)需求，機(jī)載vUPF通

過衛(wèi)星鏈路向地面網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端服務(wù)器請求業(yè)務(wù)支撐能力。

（3）船載云服務(wù)

與機(jī)載服務(wù)場景類似，在船載服務(wù)器上部署MEC和vUPF，實(shí)現(xiàn)云點(diǎn)播、

社交、視頻渲染及云游戲交互等業(yè)務(wù)。與機(jī)載MEC平臺輕量化部署策略不同，

船上可以配置更多硬件資源部署MEC平臺，MEC平臺的能力也可以更全面。

2.4隱蔽安全

空天通信網(wǎng)可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾[蔽性。傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)，基站數(shù)目過多，任

一基站發(fā)生故障或被安裝竊聽設(shè)備，都會導(dǎo)致秘密信息的泄露。而采用空天通信

網(wǎng)，加密數(shù)據(jù)可以通過天基骨干網(wǎng)和天基接入網(wǎng)進(jìn)行直接傳輸。而高空飛行器和

衛(wèi)星的數(shù)據(jù)鏈路更為安全，更難截獲。因此可以構(gòu)建隱蔽安全的通信鏈路。

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

（1）證券金融領(lǐng)域

證券金融等行業(yè)，交易場所分散，對通信保密要求高，同時(shí)一些結(jié)算類業(yè)務(wù)

對時(shí)延抖動(dòng)敏感。針對大宗貨物交易會證券交易中高頻電子交易場景，采用低軌

衛(wèi)星進(jìn)行直線傳播將有效降低時(shí)延，例如紐約和上海之間的長距離傳輸，理論上

采用衛(wèi)星軌道高度500km左右的低軌衛(wèi)星，時(shí)延可以控制在100ms之內(nèi)，而目

前通過海底電纜的傳輸時(shí)延約120ms~150ms。對于金融電子交易，1ms的時(shí)延可

能會影響上百億美元的交易。此外海底光纜非常脆弱，容易遭到地震、海嘯、船

只甚至魚類的破壞。

（2）區(qū)塊鏈安全加固

作為一種分布式架構(gòu)技術(shù)體系，區(qū)塊鏈以犧牲存儲效率為代價(jià)保證鏈上數(shù)據(jù)

可信防篡改，同一跳鏈上的所有節(jié)點(diǎn)存儲相同的賬本數(shù)據(jù)。不同節(jié)點(diǎn)之間為了達(dá)

成有效的共識，需要通過多次廣播機(jī)制傳遞交易數(shù)據(jù)和驗(yàn)證消息。目前，鏈上節(jié)

點(diǎn)間數(shù)據(jù)同步是通過將邏輯廣播消息向鄰居節(jié)點(diǎn)隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的模式實(shí)現(xiàn)的，但是，

消息數(shù)據(jù)的廣播仍然需要占用多個(gè)物理信道，因此，消息數(shù)據(jù)同步的帶寬資源消

耗和鏈上節(jié)點(diǎn)間同步時(shí)延抖動(dòng)是衡量區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)同步性能的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，利

用衛(wèi)星廣播鏈路實(shí)現(xiàn)鏈上節(jié)點(diǎn)消息數(shù)據(jù)廣播可顯著降低網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，減小節(jié)點(diǎn)

間數(shù)據(jù)同步時(shí)延抖動(dòng)。

2.5社會治理

在社會治理方面，當(dāng)面對重大安全事件，如自然災(zāi)害，社恐暴亂等，國家需

要對大規(guī)模人群或地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管這暴露出在面對重大事件時(shí)，采用普通的模

式將不再適用。我們必須提升監(jiān)管效率，加大監(jiān)管強(qiáng)度。尤其是在面對重點(diǎn)防控

地區(qū)，更要實(shí)現(xiàn)全方位無死角的人員流動(dòng)監(jiān)控以及實(shí)時(shí)周邊環(huán)境信息的采集。這

需要技術(shù)的支持，而要對如此海量的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、流量監(jiān)管?？仗焱ㄐ啪W(wǎng)

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

可以憑借三層異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全方位無死角的地區(qū)覆蓋，并可以對熱點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行靈

活的資源調(diào)配，通過科學(xué)手段實(shí)現(xiàn)高效的社會治理。

（1）應(yīng)急通信

由于衛(wèi)星、HAPS通信具有覆蓋面廣，不受地理環(huán)境和自然災(zāi)害等影響，適

合作為應(yīng)急通信保障通信網(wǎng)絡(luò)。特別是在地震、洪澇等自然災(zāi)害導(dǎo)致地面網(wǎng)絡(luò)阻

斷情況下，衛(wèi)星、HAPS通信可以快速部署，終端機(jī)動(dòng)靈活，可以第一時(shí)間打通

通信鏈路，為搶險(xiǎn)救災(zāi)構(gòu)建高效可靠的指揮調(diào)度及信息傳輸通道。

3.天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)

針對6G時(shí)代天地一體化組網(wǎng)架構(gòu)討論中，人們對衛(wèi)星、HAPS、無人機(jī)等

非地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)融合的方案饒有興趣。地面與非地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的

互相補(bǔ)充，有效融合，可以讓網(wǎng)絡(luò)覆蓋到目前無法覆蓋的地方，從而打造無處不

在的天地一體化立體覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

移動(dòng)通信經(jīng)過多年的發(fā)展和建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍越來越廣，但是在某些區(qū)域

無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署仍存在困難，尤其是在光纖傳輸資源不到位或者建設(shè)成本高的

地區(qū)，無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)困難重重。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球移動(dòng)通信信號僅覆蓋了全球面積的30%左右，同時(shí)全球

還有超過30億人口無寬帶覆蓋，僅美國就有超過5000萬人缺乏寬帶覆蓋。因此

急需建設(shè)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同地域、不同用途、不同行業(yè)網(wǎng)絡(luò)跨界融

合，滿足用戶全時(shí)全域無縫覆蓋的高可靠通信需求。

在以往很多時(shí)候，人們經(jīng)常會把非地面組網(wǎng)技術(shù)與地面組網(wǎng)技術(shù)看作是相互

競爭關(guān)系，但他們在網(wǎng)絡(luò)部署的某些方面，地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和非地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是可

以互為補(bǔ)充。對于非地面網(wǎng)絡(luò)，首先需要考慮是否是基于軌道的網(wǎng)絡(luò)。例如，從

架構(gòu)上來看，HAPS、無人機(jī)和熱氣球不是基于軌道的平臺，他們的架構(gòu)通常與

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)一致，這類平臺專門用于覆蓋特定的物理區(qū)域，而軌道平臺系統(tǒng)則是以

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

星座形式部署，因此可以提供無處不在的連接。

作為構(gòu)建高性能網(wǎng)絡(luò)的使能技術(shù)，衛(wèi)星技術(shù)吸引了越來越多的目光。為了盡

可能降低衛(wèi)星通信的時(shí)延，需要引入低軌衛(wèi)星和超低軌衛(wèi)星。但是，由于這些衛(wèi)

星的軌道高度相對較低，每顆衛(wèi)星的覆蓋范圍有限，這就意味著，需要更大規(guī)模

的網(wǎng)絡(luò)甚至巨型星座。SpaceX的星鏈（Starlink）以及亞馬遜的柯伊伯（Kuiper）

等項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的衛(wèi)星星座都包含了數(shù)千顆衛(wèi)星。

下表為一些目前具有代表性的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，有的正在規(guī)劃，有點(diǎn)正在部署，有

的已經(jīng)開始提供服務(wù)。

表3-1衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)衛(wèi)星數(shù)量衛(wèi)星高度配置

銥星運(yùn)營中（提供語音極軌道

（lridium）和低速數(shù)據(jù)服務(wù)）66（6條軌道）780km（86度）

泰利迪斯840（最初規(guī)劃）700km（最初規(guī)劃）

（Teledesic）已破產(chǎn)288（重新規(guī)劃后）1400km（重新規(guī)劃后）極軌道

部署中（初步商用第一代一階段540km~570km極軌道和

SpaceX星鏈階段）4408顆（部署中）328km~640km傾斜軌道

648顆（已規(guī)劃，

一網(wǎng)部署中（該項(xiàng)目最截至2021年5月

（OneWeb）初由軟銀支持）已部署218顆）1200km極軌道

亞馬遜柯伊傾斜軌道

伯規(guī)劃中3236顆590km、610km、630km（多層）

“TheOther3

Bil-lion”（指地球上

還未接人互聯(lián)網(wǎng)的

O3b/SES30億人口）規(guī)劃中20顆8062km（中軌）赤道軌道

3.1組網(wǎng)架構(gòu)需求

在天地一體化組網(wǎng)架構(gòu)下，首先要保證衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，使

衛(wèi)星有能力連接RAN、核心網(wǎng)，甚至整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，也就是和地面網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通

時(shí)，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)才能發(fā)揮其最大作用。隨時(shí)隨地的連接是衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)融合

的必要條件，也是構(gòu)建天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的必然需求。

縱觀地面網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其始終要處理好“應(yīng)用”與“技術(shù)”兩者之間的平衡，而

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的需求也應(yīng)該如此，具體如下：

（1）以應(yīng)用為牽引、以技術(shù)為主導(dǎo)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須以

滿足日益豐富的天地融合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為根本，但同時(shí)要根據(jù)天、地環(huán)境的差異性，

以及空間技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)行針對性的架構(gòu)優(yōu)化。

（2）需從物理與功能兩個(gè)邏輯概念出發(fā)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有的文獻(xiàn)研

究中，很容易將物理實(shí)體與功能實(shí)體混淆，在天地一體網(wǎng)絡(luò)中，一種物理設(shè)施可

以配備多種功能，一種功能也可以部署在多個(gè)物理設(shè)施之中，兩者之間既有聯(lián)系，

又有區(qū)別。比如衛(wèi)星是物理設(shè)施，而核心網(wǎng)是功能，核心網(wǎng)功能既可以僅部署在

地面站，也可以將部分功能部署在衛(wèi)星上，以優(yōu)化系統(tǒng)流程。

3.2組網(wǎng)架構(gòu)組成

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)構(gòu)架可以從兩種不同的邏輯角度進(jìn)行設(shè)計(jì)：可以

從物理邏輯角度對天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)

物理架構(gòu)，還可以按功能類型的不同對天地一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為天地一

體化信息網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)。

3.2.1物理架構(gòu)組成

天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)將以陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，融合空基衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、

天基高空平臺網(wǎng)絡(luò)、?；W(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建多接入的融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。從物理空間的邏輯

視角出發(fā)，未來的天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖所示。

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

圖3-1天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)物理架構(gòu)圖

空基網(wǎng)絡(luò)：由衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)成，其中包括高軌衛(wèi)星、中軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星

等。我們熟悉的地球同步衛(wèi)星以及正在全球使用的海事衛(wèi)星屬于高軌衛(wèi)星系統(tǒng)。

在整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)未來發(fā)展來看，由于低軌衛(wèi)星系統(tǒng)軌道高度相對較低，帶來

的明顯優(yōu)勢就是網(wǎng)絡(luò)時(shí)延相對較小，無線信號空間傳播損耗較小、網(wǎng)絡(luò)提供的帶

寬較大，可以滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)性能需求。低軌衛(wèi)星系統(tǒng)在未來將是空

基網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展方向，也是衛(wèi)星通信系統(tǒng)未來研究的重點(diǎn)。

天基網(wǎng)絡(luò)：由搭載在各種飛行器（飛機(jī)、熱氣球、無人機(jī)等）的通信基站構(gòu)

成的網(wǎng)絡(luò)。隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，基站體積和功耗越來越低，無人

機(jī)的載荷越來越大，未來無人機(jī)基站，將可能成為天基網(wǎng)絡(luò)的主要發(fā)展方向。

地基網(wǎng)絡(luò)：由陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，

為大量用戶提供通信服務(wù)的主要網(wǎng)絡(luò)。

?；W(wǎng)絡(luò)：由海洋水下無線通信、近海沿岸無線網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)洋船只/懸浮島嶼

等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。隨著全球海洋經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，未來海洋通信領(lǐng)域，有可能成為

新的通信市場，值得關(guān)注。

（1）空基網(wǎng)絡(luò)

空基網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)和核心是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信的主要方式之

一，目前已有50多年的歷史，主要應(yīng)用軍事和航天領(lǐng)域，而民用領(lǐng)域，尤其是

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

公共通信服務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用較少。典型的空基網(wǎng)絡(luò)（衛(wèi)星通信系統(tǒng)）由空間段、地面

段和控制段三部分構(gòu)成。

1）空間段：主要包含一顆或幾顆衛(wèi)星，在空中對信號起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作

用。

2）地面段：主要由多個(gè)業(yè)務(wù)的地球站組成，將要發(fā)射的信號傳送給衛(wèi)星，

同時(shí)又從衛(wèi)星接收信號。

3）控制段：由所有地面控制和管理設(shè)施組成，包括用于監(jiān)測和控制衛(wèi)星的

地球站，以及用于業(yè)務(wù)與星上資源管理的地球站。

目前衛(wèi)星系統(tǒng)中的空間段的衛(wèi)星，主要有高軌衛(wèi)星、中軌衛(wèi)星、低軌衛(wèi)星等

多種類型。

1）高軌衛(wèi)星：軌道高度一般3000km左右，而地球同步衛(wèi)星，其軌道高度

在3.6萬公里左右。地球同步衛(wèi)星系統(tǒng)覆蓋范圍廣，覆蓋范圍相對地面固定，一

般3~4顆衛(wèi)星即可完成除極地地區(qū)外的全球覆蓋。

2）中軌衛(wèi)星：軌道高度在2000km以上，單顆星覆蓋面積與高軌衛(wèi)星相比

要小很多，完成全球覆蓋一般需要幾十顆衛(wèi)星。

3）低軌衛(wèi)星：軌道高度在200~2000km左右，單顆衛(wèi)星成本低，覆蓋范圍

小，需要多顆衛(wèi)星組成大型星座，以完成全球覆蓋。

依托低軌衛(wèi)星系統(tǒng)可以構(gòu)建低軌互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入服

務(wù)，這已成為目前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要研究方向。借助低軌互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為全球

用戶，尤其是處于邊遠(yuǎn)區(qū)域的用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。在低軌互聯(lián)網(wǎng)中，通過

增加衛(wèi)星數(shù)量，可以有效解決中高軌衛(wèi)星系統(tǒng)，由于衛(wèi)星數(shù)量少而造成的系統(tǒng)容

量低的問題。衛(wèi)星系統(tǒng)容量的大幅度提升，能夠有效滿足用戶寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入需

求。由于低軌互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，具有巨大的應(yīng)用前景，因此目前國內(nèi)外已經(jīng)開始布局

低軌衛(wèi)星通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。

（2）天基網(wǎng)絡(luò)

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

天基網(wǎng)絡(luò)主要借助高空通信平臺，將基站安裝在長時(shí)間停留在高空的飛行器

上，如飛艇，熱氣球等，提供通信服務(wù)。天基網(wǎng)絡(luò)使用現(xiàn)有的通信技術(shù)，如4G、

5G等等，其技術(shù)原理與陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)類似，最大的區(qū)別在于將基站設(shè)備

安裝在高空飛行平臺而非地面上。一方面高空通信平臺的高度遠(yuǎn)高于地面基站，

另一方面，高空基站的信號輻射不受高大建筑物的遮擋，因此覆蓋范圍較陸地蜂

窩通信網(wǎng)更大。另外，空基網(wǎng)絡(luò)不需要建設(shè)固定的地面基礎(chǔ)設(shè)施，如機(jī)房，鐵塔

等，因此其具有受地形地物影響較小，部署機(jī)動(dòng)靈活，可以作為地基網(wǎng)絡(luò)的延伸

和有效補(bǔ)充。但是同時(shí)也要看到，保障空基網(wǎng)絡(luò)正常工作，需要有效解決高空基

站到核心網(wǎng)的回傳問題，以及高空基站設(shè)備穩(wěn)定供電等問題。

（3）地基網(wǎng)絡(luò)

地基網(wǎng)絡(luò)，主要由陸地蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。陸地蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是為用

戶提供移動(dòng)通信服務(wù)的主要網(wǎng)絡(luò)，目前主要為4G、5G網(wǎng)絡(luò)等。陸地蜂窩移動(dòng)網(wǎng)

絡(luò)采用蜂窩結(jié)構(gòu)，可以兼顧網(wǎng)絡(luò)的覆蓋和容量需求，單站覆蓋半徑一般幾百米。

（4）海基網(wǎng)絡(luò)

?；W(wǎng)絡(luò)，主要由建立在島嶼和大型遠(yuǎn)洋輪船上的通信設(shè)施構(gòu)成。在島嶼上

建設(shè)基站可以實(shí)現(xiàn)周邊近百公里內(nèi)的覆蓋。在大型遠(yuǎn)洋輪船上搭移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)

施，可以隨著大型遠(yuǎn)洋輪船的移動(dòng)，可以逐步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋航線周邊的覆蓋。

3.2.2功能架構(gòu)組成

除了按物理邏輯方式對天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以按功能類

型的不同對天地一體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)。從功能組成的邏輯視角出發(fā)，天地一體化信

息網(wǎng)絡(luò)繼承了互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)以及傳統(tǒng)衛(wèi)星通信網(wǎng)等特征，并在此基礎(chǔ)上，

進(jìn)行創(chuàng)新融合和發(fā)展，是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)的典型實(shí)例。參考移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接入、

承載、核心的3層架構(gòu)以及地面云網(wǎng)融合架構(gòu)，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)可

以劃分為一體化通信系統(tǒng)、一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和一體化應(yīng)用系統(tǒng)3部分。其中，一

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在中間，提供“互聯(lián)”基座，信息、通信系統(tǒng)均部署或掛在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

之上；一體化信息系統(tǒng)在上，在互聯(lián)基礎(chǔ)上，打造“信息”基座；一體化通信系統(tǒng)

在下，在互聯(lián)基礎(chǔ)上，打造“接入”基座；3個(gè)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)用戶泛在接入、網(wǎng)

絡(luò)融合互聯(lián)以及服務(wù)隨心所致。

圖3-2天地一體信息網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)架

（1）一體化通信系統(tǒng)

一體化通信系統(tǒng)是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的“四肢”，是負(fù)責(zé)用戶接入相關(guān)通信

功能的統(tǒng)稱，參考地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，主要包括終端（space-groundintegrated

informationnetworkuserequipment，sUE）、基站（space-groundintegrated

informationnetworknodeB，sNodeB）、一體化核心網(wǎng)（space-groundintegrated

informationnetworkcore，sCore）。

1）終端主要負(fù)責(zé)用戶側(cè)業(yè)務(wù)的承載以及與sNodeB之間的無線連接。與

sNodeB之間協(xié)作完成用戶廣播尋呼以及連接建立、切換和功率控制以及無線資

源的管理與控制等功能。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中用戶終端的類型多樣，作為功能

實(shí)體可以部署在衛(wèi)星、飛機(jī)、船艦、車輛、便攜以及手持終端等各類平臺之上，

構(gòu)成涵蓋海陸空天的立體用戶空間，是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的核心特征之一。

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

2）基站主要負(fù)責(zé)為用戶終端sUE提供空中接口；另外sNodeB與sCore通

過一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相連，共同完成無線資源分配、調(diào)度、管理接入策略等功能。

作為功能實(shí)體，sNodeB可以部署在地面段或者空間段。其中，部署在地面的基

站，即地面基站，與地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基站相同；部署在衛(wèi)星上的基站，即星載

基站，一方面需要考慮與地面基站類似的功能，即星上全處理場景，此時(shí)相當(dāng)于

地面基站上天；另外一方面還需要考慮衛(wèi)星通信領(lǐng)域特有的接入方式，比如透明

轉(zhuǎn)發(fā)、信道化交換以及光交換等模式。

3）一體化核心網(wǎng)主要負(fù)責(zé)用戶鑒權(quán)、移動(dòng)性管理、業(yè)務(wù)傳輸、位置服務(wù)以

及策略計(jì)費(fèi)等功能，是一體化通信系統(tǒng)的控制“大腦”，通過一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與

sNodeB進(jìn)行互連，共同完成與用戶相關(guān)的管理功能?？梢圆渴鹪诘孛娑危ㄟ^

輕量化裁減之后也可以部署在衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)。其核心特征包括兩個(gè)方面：一是核心網(wǎng)

功能按需部署，可以根據(jù)應(yīng)用的時(shí)延、帶寬等典型特征，在天、地網(wǎng)絡(luò)之間流動(dòng)

部署核心網(wǎng)功能，如UPF、AMF等，實(shí)現(xiàn)彈性、按需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。二是核心網(wǎng)

功能一體化統(tǒng)籌，如上文的基站部署所述，天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)支持多樣化的接

入方式，既兼容地面4G/5G等接入方式，又兼容傳統(tǒng)衛(wèi)星通信透明轉(zhuǎn)發(fā)、信道

化交換以及DVB/S2等接入方式，還要對未來的SaT5G（satelliteandterrestrial

networkfor5G，衛(wèi)星5G）或SaT6G（satelliteandterrestrialnetworkfor6G，衛(wèi)星

6G）等新型接入體制提供開放的環(huán)境，導(dǎo)致天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)功能

必須是一體化統(tǒng)籌的、能夠支持對各類接入方式的一體化統(tǒng)管。

綜上所述，一體化通信系統(tǒng)是一個(gè)涵蓋了地面移動(dòng)通信網(wǎng)、地面互聯(lián)網(wǎng)以

及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等多種接入方式的綜合化接入系統(tǒng)。一方面支持全軌道（高軌、

中軌、低軌以及地面）、全頻譜（L、S、Ku、Ka、激光等衛(wèi)星常用頻段以及地面

網(wǎng)絡(luò)常用頻段）接入，另外一方面支持天、地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中核心網(wǎng)功能的一體化統(tǒng)

籌，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)接入體制之間的融合互聯(lián)互通。

（2）一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的“脈絡(luò)”，是負(fù)責(zé)與網(wǎng)絡(luò)傳輸相關(guān)的

網(wǎng)絡(luò)功能的統(tǒng)稱。參考地面互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)承載網(wǎng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)架構(gòu)，主要包

括分組路由器（space-groundintegratedinformationnetworkrouter，sRouter）、透

明轉(zhuǎn)發(fā)器（space-groundintegratedinformationnetworktrans-parenttransponders，

sTransPonder）、信道化交換器（space-groundintegratedinformationnetwork

channe-lizedswitcher，sChannelizedswitcher）、激光交換器（space-groundintegrated

informationnetworkopticalswitcher，sOpticalswitcher）或者光電混合交換器

（space-groundintegratedinformationnetworkO/Eswitcher，sO/Eswitcher）以及

一體化網(wǎng)絡(luò)控制器（space-groundintegratedinformationnetworkcon-troller，

sController）等網(wǎng)絡(luò)功能。

1）分組路由設(shè)備與其他分組路由設(shè)備構(gòu)建一張?zhí)斓匾惑w化的分組網(wǎng)絡(luò)，主

要為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用或控制指令提供分組承載服務(wù)。分組路由設(shè)備可以部署在衛(wèi)星

上，即星載分路由設(shè)備，通過星間鏈路與其他衛(wèi)星互聯(lián)構(gòu)成空間分組網(wǎng)絡(luò)；也可

以部署在地面上，即地面路由設(shè)備，運(yùn)行模式與地面網(wǎng)絡(luò)類似；空間與地面分組

路由設(shè)備可一體化組網(wǎng)，構(gòu)成一體化分組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2）透明轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的透明轉(zhuǎn)發(fā)器相同，即僅對接收的

物理信號按照規(guī)則變頻再轉(zhuǎn)發(fā)，不進(jìn)行解調(diào)等，主要為單星下兩個(gè)用戶或者地面

站之間提供傳輸?shù)耐ǖ溃ǔ２恢苯犹峁┛缧堑膫鬏斖ǖ馈?/p>

3）信道化交換設(shè)備與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道化交換設(shè)備相同，是一種半

透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，借助非均勻?yàn)V波器組可支持任意頻段、任意帶寬間交互及靈活的

跨波束交互，與透明轉(zhuǎn)發(fā)器一樣，主要為單星下兩個(gè)用戶或者地面站之間提供傳

輸?shù)耐ǖ溃ǔ２恢苯犹峁┛缧堑膫鬏斖ǖ馈?/p>

4）激光交換設(shè)備主要負(fù)責(zé)提供光交換的功能，可以部署在空間段或地面段：

部署在空間段，即星載激光交換器，是衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)以及用戶之間實(shí)現(xiàn)光交換的核心

設(shè)備，目前國內(nèi)外均開展了星地、星間光交換的試驗(yàn)；部署在地面段，即地面網(wǎng)

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

絡(luò)常見的光交換機(jī)，負(fù)責(zé)根據(jù)所處的位置不同可以分為匯聚型和核心交換機(jī)。激

光交換器與激光交換器之間通過星間/星地/地面光鏈路可以構(gòu)成一張一體化光交

換網(wǎng)絡(luò)。

5）光電混合交換設(shè)備主要為支持分組交換、光交換、信道化交換等各類交

換體制而研制的混合交換設(shè)備，可以部署在空間段或地面段：部署在空間段，即

星載光電混合交換器，目前國內(nèi)部署了相關(guān)技術(shù)攻關(guān)，并取得了顯著的進(jìn)展；部

署在地面段，與現(xiàn)有光電混合交換設(shè)備類似，在此不做贅述。光電混合交換器之

間通過星間/星地/地面鏈路可以構(gòu)成一張混合的交換網(wǎng)絡(luò)，其中單顆衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)之

間可以形成信道化交換，星間或星地場景可以構(gòu)建一體化的分組交換網(wǎng)絡(luò)或者一

體化光交換網(wǎng)絡(luò)。

6）一體化網(wǎng)絡(luò)控制器是一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中分組路由設(shè)備、透明轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、

光電混合交換設(shè)備等各類交換路由設(shè)備的“控制中樞”，類似于地面SDN控制器，

負(fù)責(zé)天、地多網(wǎng)系一體化的路徑計(jì)算、路徑規(guī)劃與參數(shù)配置等功能。一體化網(wǎng)絡(luò)

控制器可以根據(jù)實(shí)際情況將功能進(jìn)行拆分，比如根據(jù)星載受限資源情況，將部分

部署在衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)（即星載網(wǎng)絡(luò)控制器），可以支持地面控制器不可見場景下網(wǎng)絡(luò)

的控制與調(diào)度；也可以將部分或全部部署在地面節(jié)點(diǎn)（即地面控制器），運(yùn)行模

式與地面網(wǎng)絡(luò)類似。綜上所述，一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)涵蓋了地面互聯(lián)網(wǎng)、地面

移動(dòng)承載網(wǎng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)等多種承載功能的一體化承載網(wǎng)絡(luò)，支持高軌、中

軌、低軌以及地面節(jié)點(diǎn)之間的融合組網(wǎng)以及分組、激光、信道化等多種組網(wǎng)方式

之間的互聯(lián)融合。

（3）一體化信息系統(tǒng)

一體化信息系統(tǒng)是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的“血液”，是負(fù)責(zé)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施以

及應(yīng)用系統(tǒng)功能的統(tǒng)稱，是一體化云基礎(chǔ)設(shè)施與一體化應(yīng)用系統(tǒng)融合的產(chǎn)物。其

中，一體化云基礎(chǔ)設(shè)施（space-groundintegratedinformationnetworkcloud，sCloud）

參考地面云網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，主要包括天基云基礎(chǔ)設(shè)施、地面云基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

成整個(gè)天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)中的云基礎(chǔ)設(shè)施，為應(yīng)用系統(tǒng)提供“算力”基座。一體

化應(yīng)用系統(tǒng)（space-groundintegratedinformationnetworkapplication，sApp）參考

地面互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)承載網(wǎng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)，主要包括（但不限

于）：傳統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，如移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的IP多媒體系統(tǒng)（space-ground

integratedinformationnetworkIPmul-timediasubsystem，sIMS），地面互聯(lián)網(wǎng)視頻、

社交游戲、電子郵件、即時(shí)消息等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等業(yè)務(wù)系統(tǒng)；新型應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，

如時(shí)空信息服務(wù)（space-timeinformationservice，sTIS）。

一體化云基礎(chǔ)設(shè)施主要面向接入、承載、核心以及信息服務(wù)等各類功能提供

算力的基礎(chǔ)設(shè)施，主要由部署在空間段、地面段以及用戶段等物理空間的感知、

計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)的各類異構(gòu)資源構(gòu)成，通過一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供的連接，互聯(lián)

融合成為一體化的云基礎(chǔ)設(shè)施，為各類功能提供“算力”基座。一體化應(yīng)用系統(tǒng)是

在一體化云基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)上，構(gòu)建各類應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。其中，sIMS可以為天地

一體化信息網(wǎng)絡(luò)提供語音服務(wù)，sApp可以提供互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，sCloud可以提供云

服務(wù)，sTIS提供時(shí)空信息服務(wù)，目前在地面網(wǎng)絡(luò)場景均有類似的服務(wù)模式。作

為未來天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，應(yīng)用服務(wù)功能可以部署在空間段或

地面段：部署在空間段，即星載信息系統(tǒng)，則需要考慮星上功率受限以及星上計(jì)

算存儲等資源受限的客觀實(shí)際，進(jìn)行針對性的裁減和優(yōu)化，以sCloud服務(wù)為例，

部署在衛(wèi)星上，即天基云服務(wù)，一方面可以通過星上實(shí)時(shí)處理，有效提高服務(wù)響

應(yīng)速度、降低數(shù)據(jù)回傳的壓力，另一方面卻對星上的計(jì)算存儲網(wǎng)絡(luò)等各類資源都

提出了新要求；部署在地面段，在此不贅述。綜上所述，一體化云基礎(chǔ)設(shè)施是

一個(gè)布設(shè)在天、地網(wǎng)絡(luò)之間的計(jì)算資源，通過多星協(xié)同、星地協(xié)同等方式，構(gòu)建

成的空間分布式協(xié)同的云基礎(chǔ)設(shè)施；一體化應(yīng)用系統(tǒng)是一個(gè)繼承地面互聯(lián)網(wǎng)、地

面移動(dòng)承載網(wǎng)以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用功能，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)新發(fā)展，可以

為新業(yè)務(wù)新應(yīng)用提供良好生態(tài)的一體化應(yīng)用系統(tǒng)；一體化云基礎(chǔ)設(shè)施與一體應(yīng)用

系統(tǒng)深度融合，共同構(gòu)成一體化信息服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)也是天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)

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天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究（2023）

中“信息”兩字的來源。

3.3組網(wǎng)架構(gòu)優(yōu)化

天地一體化信息組網(wǎng)架構(gòu)的優(yōu)化，需要綜合考慮如下兩個(gè)方面的因素：

一是物理空間的約束問題。以資源極度受限的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)為例，無論是計(jì)算、

存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源，還是功率、體積、質(zhì)量等資源都是嚴(yán)格受限的，因此部署功

能邏輯時(shí)必須考慮客觀限制條件，可以規(guī)約為計(jì)算機(jī)學(xué)科里的“背包”問題。

二是網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求問題。仍然以衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)為例，衛(wèi)星采用什么樣的接入體

制，決定了需要采用什么樣功能的基站；衛(wèi)星之間采用什么樣的體制進(jìn)行組網(wǎng)，

決定了星上是否采用分組交換、光交換；衛(wèi)星上是否部署核心網(wǎng)功能，決定了業(yè)

務(wù)流量是否需要繞道地面進(jìn)行端到端通信。諸如此類問題，本質(zhì)是組網(wǎng)架構(gòu)的優(yōu)

化設(shè)計(jì)問題，需要面向具體的應(yīng)用需求，在特定衛(wèi)星重量、功耗、體積等約束條

件的限制下，以特定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能指標(biāo)（如時(shí)延、帶寬、丟包、容量、功耗和

成本等）為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行優(yōu)化求解和針對性的設(shè)計(jì)—如何將合適的網(wǎng)絡(luò)功能部

署在恰當(dāng)?shù)奈锢砜臻g，通?？梢詺w結(jié)為多目標(biāo)優(yōu)化問題。另外，需要指出的是，

只有面向特定應(yīng)用、面向特定優(yōu)化目標(biāo)（時(shí)延、帶寬等）的最優(yōu)化組網(wǎng)架構(gòu)，通

常難以存在普遍的最優(yōu)化架構(gòu)。

3.4組網(wǎng)架構(gòu)挑戰(zhàn)

（1）整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜

面向未來6G的空天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)，包括高、中和低軌道地球衛(wèi)星構(gòu)成

的空基網(wǎng)絡(luò)，特殊場景應(yīng)急通信相對靜止的高空氣球、飛行速度低