空天地海一体化网络 | 2023年第7期专题论文集合（13篇）
《移动通信》2023年第7期
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本期专题：空天地海一体化网络
徐友云
南京邮电大学教授、博士生导师，通信与网络技术国家地方联合工程研究中心副主任，南京南邮通信网络产业研究院院长。具有30多年从事无线移动通信和卫星通信等专业方向的教学与科研工作的经历。曾任解放军理工大学通信工程学院教授、博士生导师、军用无线通信全军重点实验室副主任，通信与信息系统专业学科带头人。2003年起，任上海交通大学兼职教授、通信与信息系统专业博士生导师；2010年起，为中国电子学会高级会员、IEEE高级会员。国内外核心期刊和国际国内学术会议发表论文200多篇；申请国际发明专利4项、国家发明专利90多项，授权发明专利70多项；获省部级科技进步一、二、三等奖各2项。
可重构全息超表面辅助多波束动态调度
胡馨元，邓若琪，邸博雅，宋令阳
（北京大学电子学院，北京 100871）
【摘 要】低轨卫星网络具有广域覆盖的优势，可以克服地面网络因覆盖能力不足从而无法为全球用户提供高速率数据服务的局限性。为满足全球各区域的地理分布不均匀和低轨卫星的高移动性导致的时空非均匀的数据传输需求，采用波束调度技术利用有限的波束资源，以时分的方式轮流为卫星覆盖的各区间提供服务。现有方案基于相控阵或碟形天线进行波束调度，但因其昂贵的价格或庞大的体积难以进一步扩大口径来提升网络传输速率。RHS是一种新型的超材料天线，得益于超材料的可调谐性，具有轻薄、低成本的优点，可实现超大规模阵列，满足更高速率的传输。因此，考虑RHS辅助卫星网络，研究全息波束成形和波束调度技术以灵活地为各小区提供服务。为了更为有效地利用有限的波束资源并提高服务公平性，建模了最小数据需求满足率最大化问题。针对该问题，提出了数字波束成形和全息波束成形联合优化算法，在此基础上优化了波束调度方案。仿真结果表明，与传统波束调度方法相比，波束成形优化算法使小区最小满足率提升10%至60%。
【关键词】低轨卫星通信网络；波束调度；全息波束成形
空天地一体化应急通信网络中的任务调度研究
戴翠琴，杜涛
（重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065）
【摘 要】通过天基卫星网、空基自组网和地面蜂窝网的优势互补，空天地一体化应急通信网络能够扩大应急通信覆盖和救援业务范围，实现多域全天候应急通信服务。为了满足应急场景中用户对服务质量的要求，提出了空天地一体化应急通信网络架构，概述了该架构下面临的关键技术挑战。同时，针对通信、感知和计算等任务调度问题，从调度方案、决策和求解三个方面对空天地一体化应急通信网络中任务调度的研究现状、技术原理和未来发展趋势进行了分析和展望。
【关键词】应急通信；空天地一体化；任务调度；边缘计算；机器学习
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面向天基数据中心的编码修复数据流调度
张钦宇1,2,3，张智凯1，安丽荣1,2，杨君一1，张瑞1
（1.哈尔滨工业大学（深圳）电子与信息工程学院，广东 深圳 518055；
2.广东省空天通信与网络技术重点实验室，广东 深圳 518055；
3.鹏城实验室，广东 深圳 518000）
【摘 要】天基数据中心是一种能够实现全球覆盖和大数据存储的未来卫星互联网关键应用范式，它由多个卫星存储节点共同构成分布式存储系统。卫星的星载存储器不可避免地会因寿命或宇宙射线影响而出现故障，从而导致数据丢失。纠删码是分布式存储系统中常用的冗余策略用以保障数据的可靠性。然而，纠删码的修复过程会产生大量的冗余流量开销。提出了一种面向天基数据中心的编码修复数据流的调度策略，通过综合优化修复源节点、修复路径和修复数据流带宽，降低数据修复时延，并以星链卫星网络为背景进行了仿真，仿真结果表明经过流量调度后修复时延显著降低。
【关键词】天基数据中心；分布式存储；编码数据修复；流量调度
面向海域通信的空天地一体化网络功率分配方法
方欣然，冯伟，葛宁
（清华大学电子工程系，北京 100084）
【摘 要】在空天地一体化海域通信网络中，岸基基站和系留无人机协同覆盖近海区域；卫星为岸基设施覆盖不到的远海区域提供通信服务。此时，网络拓扑不规则、电磁传播环境复杂，导致耦合干扰问题。为此，提出一种基于大尺度信道信息的功率分配方案，可在确保对远海卫星用户干扰约束的前提下，最大化岸基设施组成的虚拟小区的各态历经速率之和，并设计了两步迭代算法求解非凸问题。仿真结果证明了所提方案能够有效利用位置信息解耦网络中的同频干扰，提升空天地一体化海域网络的覆盖性能和资源效率。
【关键词】海域通信；空天地一体化；大尺度信道信息；功率分配
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面向5G-Advanced的天地一体化网络
定位增强技术研究
徐珉1,2
（1.北京联想软件有限公司，北京 100094；2.联想研究院，北京 100094）
【摘 要】面向天地一体化网络中的用户设备定位和位置验证需求，3GPP Rel-18正在开展针对NTN的4G和5G定位协议演进增强。结合天地一体化网络定位业务特性和3GPP Rel-18 NTN的定位增强目标，提出了面向5G-Advanced的天地一体化网络定位增强技术和方案。该方案可以实现NTN网络UE的快速准确定位和位置验证，为NTN跨境服务等提供标准技术支持，保障天地一体化网络满足其服务地区的法规和业务需求。
【关键词】天地一体化；非地面网络；定位技术；位置验证
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面向巨型星座网络的多星多波束
协作传输方法
张淅，郑重，王英杰，曾鸣，费泽松
（北京理工大学信息与电子学院，北京 100081）
【摘 要】以低轨卫星系统为代表的巨型星座网络由于传输距离远、卫星数量大，星地链路受到较大路径损耗和同频干扰影响，通信性能受限。采用协作多点联合传输技术，首先提出一种基于瞬时信道信息的多星联合预编码设计算法，抑制通信链路间干扰并提高通信信号信噪比。以所提算法为基础，进一步利用大维信道的确定性等同原理设计渐近最优的多星联合传输预编码。该方法仅需卫星间交互统计信道信息完成预编码计算，在发掘多星协作传输性能增益的同时，极大降低了星间信令交互流量，利于在巨型星座网络中部署。仿真结果验证了所提算法的有效性。
【关键词】协作多点传输；多波束传输；统计信道信息；确定性等同
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基于云原生的天地一体化信息网络综合试验平台
张杰坦1，刘垚圻2,3,6，韦二龙4，周一青2,3，王昕宇5，李志远2,3,6
（1.中科晶上（苏州）信息技术有限公司南京分公司，江苏 南京 210000；
2.中国科学院大学，北京 101408；
3.中国科学院计算技术研究所处理器芯片全国重点实验室，北京 100190；
4.中国电科网络通信研究院，河北 石家庄 050081；
5.北京理工大学睿信书院，北京 100081；
6.中科南京移动通信与计算创新研究院，江苏 南京 210000）
【摘 要】天地一体化信息网络是未来多域一体、泛在智联的重要保障，面临着复杂异构、大规模、高动态、高成本等挑战。为满足场景、网络、链路、算法等需求，构建一体化、可重构、可扩展、精准可靠的仿真与测试系统至关重要。但传统仿真平台存在耦合性差、效率低、单一化等问题，难以系统精准地模拟大规模网络。因此，提出基于云原生的天地一体化信息网络综合试验平台，对其组件化建模、云原生调度、跨域异构资源池与虚实协同中间件等关键技术进行设计与分析，最后对典型低轨卫星通信系统进行仿真建模与试验评估。
【关键词】云原生；天地一体化；试验平台
☞【2023年第7期】基于云原生的天地一体化信息网络综合试验平台
空天地海一体化的大规模随机接入方法研究
徐克1，徐友云1,2，王小明1,2
（1.南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏 南京 210003；
2.南京邮电大学通信与网络技术国家工程研究中心，江苏 南京 210003）
【摘 要】空天地海一体化网络为解决承载大规模设备接入问题提供一种新的方案与思路。针对日益增长的大规模设备接入问题，提出了基于机器学习的随机接入方法，增加在大规模设备接入情形下的接入成功设备的数量。先阐述了空天地海一体化网络下的MAC层系统模型，接着对比分析了五种随机接入方法。最终实验结果表明，所提出的适应性随机接入方法能够增加网络系统的接入成功的设备数量。
【关键词】空天地海一体化网络；大规模随机接入；强化学习
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基于强化学习的巨型星座离散时间路由策略
储珂，朱立东，成思希，王慧琳
（电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，四川 成都 611731）
【摘 要】由于天地一体化网络中移动性和时变环境导致的流量负载、拓扑结构和资源可用性的高时空动态特性，需要考虑当有恶意的网络行为攻击卫星时，如何在未知的网络中探索高效智能的网络优化方案。针对这一问题，以信息年龄、时延抖动率作为多优化目标，提出了一种基于深度强化学习的卫星巨型星座抗干扰路由策略，设置信息年龄、队列增长率以及距离为奖励，实现目标的优化。仿真结果表明，与现有的路由算法相比，该算法不仅可以保证数据的时效性、受到干扰时卫星网络路由的鲁棒性，还可以有效利用星间资源，提升网络的整体性能。
【关键词】深度强化学习；卫星巨型星座；信息年龄；离散时间动态虚拟拓扑路由策略
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适用于天地一体化的GFB-OFDM波形性能分析
肖荣建1,2，辛雨1,2，魏艺璇2，田开波1,2，张向阳2，华健2，刘向伟2，严彬鑫2，朱和合2
（1.移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室，广东 深圳 518055；
2.中兴通讯股份有限公司，广东 深圳 518057）
【摘 要】随着全球互联网的快速发展，卫星通信逐步出现了与地面通信融合的趋势。在天地一体化进程中，非地面网络采用和地面网络不同波形的融合代价大，直接采用地面波形又会存在性能差异。基于FB-OFDM波形，提出使用GFB-OFDM波形，实现地面系统和非地面系统的灵活波形机制。建立了GFB-OFDM波形的系统模型，理论分析证明了GFB-OFDM接收端可以复用现有的CP-OFDM的接收算法，且峰均比更低。在AWGN信道环境中，仿真验证了GFB-OFDM复用CP-OFDM接收端的情况下，误比特率性能相较CP-OFDM降低在0.1 dB以内，同时PAPR比CP-OFDM降低了1~7 dB，所以GFB-OFDM是一种适用于天地一体化的波形技术。
【关键词】天地一体化；非地面网络；GFB-OFDM；波形
☞【2023年第7期】适用于天地一体化的GFB-OFDM波形性能分析
下一代海洋信息网络隐私安全保护方法及趋势
田天1，张桂福1，苏新1，行鸿彦2，王增会3
（1.河海大学信息科学与工程学院，江苏 常州 213022；
2.南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏 南京 210000；
3.南非约翰内斯堡大学电气与采矿工程系，南非 普利托里亚 0002）
【摘 要】为保障和促进沿海地区经济社会发展，提高海洋经济对国民经济的贡献力量，需要加强对海洋信息网络的建设。空天地海一体化的海洋信息网络满足了对海洋环境监测、海域通信和海上交通等服务的支持，而网络数据安全传输和隐私保护是其建设前提。对下一代空天地海一体化的海洋信息网络的网络结构和安全需求进行分析，并对隐私安全保护方法发展趋势做出展望。海洋信息网络是国家经略海洋的重要基础设施，其隐私安全保护研究将为海洋产业建设提供强有力的安全保障。
【关键词】海洋信息网络；隐私保护；空天地海一体化；数据预处理
☞【2023年第7期】下一代海洋信息网络隐私安全保护方法及趋势
5G星地融合标准演进与趋势
林琳1，朱斌1，王泽林1，王光全1，赵欢1，姚海鹏2
（1.中国联合网络通信有限公司研究院，北京 100000；2.北京邮电大学，北京 100000）
【摘 要】近年来，国际标准化组织积极推进5G星地融合技术发展。由于长期以来卫星通信与地面移动通信系统独立组网，标准体制、架构协议等方面存在高度差异性，二者在网络架构融合、系统融合等方面存在极大挑战，当前相关标准制定已进入关键时期。分析了相关5G星地融合标准最新进展，系统性归纳ITU、3GPP、CCSA、ETSI等国内外标准组织研究结论，提出5G星地融合标准及网络架构演进趋势，为相关5G星地融合标准研究及制定提供相关参考。
【关键词】5G星地融合；NTN；卫星通信
基于强化学习天地一体化网络无线资源管理研究
林能波，陈青霞，郭俊滨，陈柱，方玉，叶绍雄
（中国联合网络通信集团有限公司清远市分公司，广东 清远 511500）
【摘 要】有限的能耗和频谱资源并不能满足日益增长的通信需求，以网络系统能耗最小和网络资源利用率最大化为目标，联合用户时延、数据速率、计算资源需求提出基于强化学习的无线资源优化管理策略。仿真表明，提出的方案有效降低接入点切换次数和降低在高业务到达率情况下的平均接入时延，从而降低切换拥塞率，提升网络的平均负载，从而提升网络无线接入性能。
【关键词】天空地一体化；无线资源管理；强化学习
☞【2023年第7期】基于强化学习天地一体化网络无线资源管理研究
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征稿 | 2023年第12期 “车联网专题”
《移动通信》用论文解读通信
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