卫星通信技术有哪些研究热点？

近年来，卫星通信的新技术加速发展，取得系列进展，其研究热点主要包 括：一体化融合网络架构、频率干扰规避、空中接口设计、多波束天线设计、 大容量传输、星上处理与路由等技术方向。

一体化融合网络架构技术

由于卫星具有资源受限的特点，无法实现完全的大容量星上处理，在一体 化融合网络架构设计时，需重点考虑星上处理能力、星地之间网元功能界面划 分、卫星或高速移动用户带来的网络结构变化和移动性管理需求、网络一体化 运维管控等问题。软件定义网络（SDN）是当前研究的重要热点之一，通过将 控制平面和数据平面解耦，并将网络控制功能集中于 SDN 控制器，实现对网络 的灵活配置。网络功能虚拟化（NFV）将网络功能以软件加载在通用硬件上， 实现软件与硬件解耦。SDN、NFV 的结合将使一体化融合网络具有可编程、高 效率、高弹性的特点，而网络切片技术将进一步扩展一体化融合网络的定制服 务能力。

频率轨位干扰分析和规避技术

随着 LEO 星座规划的卫星数目急剧增加，频率资源争夺已经进入白热化。 频率轨位协调方案除了确定使用频率之外，还需要解决对其他卫星系统以及自 身系统内部的干扰问题。相对于 GEO 卫星，LEO 星座动态性高，其干扰与时间 和发射功率均有关。目前，比较有效的方法是 OneWeb 提出的“渐进俯仰 （Progressive Pitch）”技术，通过改变 LEO 卫星信号发射方向和功率来消除对 GEO 卫星的干扰。当星座规模庞大时，基于频谱感知、人工智能等先进技术的 干扰协调机制显得尤为重要，有待进一步跟踪研究。

星地一体化空中接口技术

目前，卫星移动通信系统与地面移动通信系统的空中接口设计在一定程度 上已实现融合。DVB 系列标准存在缺乏跨区切换机制，不支持移动性管理等问 题，因此，未来卫星通信网络的空中接口可采用 3GPP 标准框架的协议分层结构 和 NAS 层协议设计，但物理层波形设计方案还存在一定的争议。对于 L、S 频 段，采用下行 OFDM/上行 DFT-S-OFDM 方案，但不合适载波数目较多的场景。 对于 Ka、Ku 频段，上行采用 DFT-OFDM，但有学者认为下行采用单载波时分 复用（SC-TDM）波形可获得更好 PAPR 性能。此外，面向 6G 的正交时间频率 空间调制技术，本质是时频域扩频，可有效降低窄带干扰，且通过“多普勒横 向分配”机制实现单载波 PAPR 性能，对未来星地一体化波形设计有一定的借 鉴价值。

多波束天线技术

星载多波束相控阵天线可同时实现多个波束的任意扫描，收发波束指向可 任意调整而互不影响，同时由于没有机械转动机构，也不会影响卫星姿态。较 传统的多波束天线，多波束相控阵天线的灵活性得到极大提升，在满足宽带接 入服务的同时，还可适用于高速机动用户跟踪、热点区域灵活赋形、多波位跳 波束轮询等应用场景。常用的多波束相控阵天线主要分为两类，直射相控阵天 线、反射面相控阵天线。

空间高速传输技术

激光通信是采用激光作为载波传递交互信息的一种通信技术，其通信容量 比微波通信高 4 个数量级左右，是未来星间、星地高速传输的主要手段之一。 在星间激光通信场景中，卫星资源受限为集中功率，需要卫星终端的发散角较 小，并优化跟踪捕获算法，抑制卫星平台抖动、相对运动带来的影响；大气湍 流、云雾雨等对激光的吸收和散射等都会降低激光通信的可用度，需要突破大 规模自适应光学、激光分集接收等技术。同时，还需开展星地激光通信可用度、 大规模光电混合交换、激光/微波混合传输、抗辐照长寿命激光器件等关键技术 攻关，增强激光通信的使用灵活性和可靠性。值得注意的是，近年来太赫兹通 信也得到重视，它综合了激光通信和微波通信的优点，是未来解决空间高速传 输与组网问题的重要技术手段之一。

星上数字化信道转发技术

星上数字化信道转发技术是一种透明转发技术。该技术工作在数字域，通 过利用数字带通滤波器组将输入的信号进行滤波，提取所需频段的用户信号， 基于采样信号实现不同频段间信号及不同用户子信道间数据的交换。相比于传统的透明转发技术，星上数字化信道转发可实现不同频段、不同波束间信号的 交换；同时，相比于再生转发技术，该技术实现相对简单，不依赖于信号物理 层调制方式、编码方式等，使用灵活性高，是当今卫星通信研究和使用的热点 技术之一。

 星上路由技术

卫星网络具有高动态、快时变的特性，因此，整个网络拓扑不断变化带来 星间、星地链路的频繁切换，若切换不成功会随时导致通信中断，这对空间路 由协议设计的高效性和可靠性提出了挑战。当前，大部分在轨卫星通信系统均 采用了透明转发、业务就近落地、全球布站等策略，但全球范围内协调部署信 关站对很多国家来说并不实际。Iridium 系统是唯一较为成功的采用了星上路由 技术的星座，据相关资料显示，Starlink 和 Telesat 等先进星座均配备星间链路， 可以通过空间组网和路由策略实现业务不落地的业务传输，有效提升服务质量。