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天地一体化信息网络中天基卫星网络架构设计

FENGJianyuan;LIJie;PANGLixin;ZHOUZhicheng

【摘要】为了充分利用各种空间设施资源,提升天基信息网络覆盖与传输能力,分别

从天基信息网络体系架构和逻辑功能架构角度进行了系统性设计.与以往天基网络

的设计不同,该设计更注重各类卫星网络的深度融合应用,为此将网络虚拟化技术引

入天基卫星网络.同时,还提出了解决新架构下卫星组网难题的方法,将电磁涡旋、卫

星灵活载荷和边缘计算技术设计到天基网络.仿真表明,所提出的架构能有效提升频

谱利用率和减少卫星网络信令开销.

【期刊名称】《电讯技术》

【年(卷),期】2019(059)007

【总页数】5页(P775-779)

【关键词】天地一体化信息网络;卫星网络;架构设计;虚拟化;卫星协同

【作者】FENGJianyuan;LIJie;PANGLixin;ZHOUZhicheng

【作者单位】

【正文语种】中文

【中图分类】TN915;TN927

1引言

天地一体化信息网络[1]通过融合天基卫星通信网络、空基飞行器通信网络、地基

通信网络，实现天、空、地三网协同，达到全球覆盖、随处接入、按需服务、安全

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可信全球网络连通的目标。

天地一体化信息网络包含三张网：第一张网是由各类卫星组成的天基信息网络，将

空间中的通信、导航、遥感卫星组成一张协同网络作为空间信息基础设施；第二张

网是由各类飞行器组成的空基通信网络，包括各类飞机、飞艇、热气球以及无人机

等，空基网络多用于中继来沟通天基和地基网络；第三张网是由陆地通信网构成的

地基网络，包括陆地蜂窝网和无线局域网(WirelessLocalAreaNetwork，

WLAN)等[2]。

这三张网中，天基网络和地基网络分别构成天、地的骨干网络，是天地一体化信息

网络中重要组成部分，空基网络在天、地骨干网间起中继传输作用，是骨干网络的

辅助部分。由于技术起步晚，我国天基网络设施建设还不够完善，通信容量缺口较

大，覆盖范围仍需进一步加强。因此，推进天地一体化信息网络的重中之重是建设

和完善天基网络[3]。

2天基网络建设思路与方案

2.1天基网络的组成

天地一体化信息网络中的天基网络是一个混合异构的卫星网络，简要概括其特点就

是高、中、低轨卫星结合，通、导、遥卫星协同。

卫星按照距离地球高度分为中、低轨道卫星和高轨道卫星，不同卫星系统相互独立。

天基信息网络则同时纳入各轨道卫星，形成一个高低轨道相配合的混合卫星网络，

以解决以往单纯某一轨道卫星系统各自存在的不足。从天基通信角度看，高轨通信

卫星主流采用地球静止轨道，其时延大，无法覆盖两极地区，通信容量有限[4]；

中低轨通信卫星星座对地运动，其链路不够稳定，用户终端成本较高，网络组网成

本高昂，且从实际运营来看，因低轨星座规模较大，而我国卫星频率、轨位等网络

资料国际协调处于后发地位，卫星轨位和频率资源紧张[5]。然而，高低轨卫星优

劣势具有很强互补性。高轨卫星广覆盖的特点能有效解决中低轨卫星星座通信不稳

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定的问题，而数量繁多的中低轨通信卫星能够提供较大的通信容量。因此，打破两

种通信卫星网络各自独立的体系，实现高中低轨卫星联合组网，是天基网络的趋势。

除了实现不同轨道高度上通信卫星的联合组网，还应将我国现有各类型卫星融合入

天基网络中来，包括通