天地一体化需求与愿景分析

5G 和卫星通信是当前通信领域的两大热点。

5G 具有高速率、低时延、大连接密度等特点，可以满足多种应用场景的需求，但受地理环境、基站建设等因素的限制，难以覆盖广阔的地域和海域。未来，自动驾驶汽车、无人物流系统、远程作业机器人等智能系统，将在全球全域广泛部署，成为人类生产和生活的重要组成部分[1]。届时，这些智能系统之间的信息交互和协同工作将是普遍存在的场景。然而，受制于有限的覆盖能力，地面 5G 通信系统难以为广域智能系统协同工作提供有效的网络服务。卫星通信具有覆盖范围广、抗干扰能力强、部署灵活等特点，可以弥补地面 5G 在覆盖上的不足。但受轨道高度、频谱资源等因素的限制，卫星通信难以提供高速率、低时延的服务。因此，将5G 和卫星通信融合，可以实现天地一体化的通信系统，为用户提供更优质、更可靠、更智能的服务是未来 5G 与卫星通信技术演进趋势。

普遍预计 2030 年以后，更多的消费者和更多用途的设备将以一种更加智慧的全新方式连接到信息网络中，地面无线网络、地面有线网络及卫星网络等深度融合，共同构成 6G 移动信息网络。此前，业界对于 6G 的典型特征已达成初步共识，提出了诸如泛在互联、多维感知、全域覆盖、绿色低碳、内生安全等典型特征，随着 ITU-R 的 6G 建议书的确定，6G 的设计原则如可持续性、安全性、隐私性、弹性、泛在化、智能化等被正式提出，从这些典型特征和设计原则可以预言 6G 将会是 5G 的一个进化体，继承并发扬 5G 的优势，同时结合其他技术，打造出一个普适性的网络[2]。 “天地一体化信息网络”作为国家重大科技创新项目，已写入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》和《“十三五”国家科技创新规划》，是“科技创新 2030 新重大项目”之一，与量子通信、脑科学、深海空间站一起作为科技部“十三五”首批启动的重大工程。

在行业需求和技术发展的双重驱动下，卫星通信与地面通信一体化发展成为未来移动通信系统演进的主流方向。未来移动通信系统将从业务、体制、频谱、系统等不同层次进行融合，构建天地一体化通信系统，实现全球无缝立体覆盖。天地一体化作为 6G 网络的一个重要特征，其目标是满足十年后的广域智慧连接和全球泛在无缝接入需求，为广域对象建立智能连接，提供智慧服务，为人类提供全球无间断且一致性的信息服务。 天地一体化通信系统具有三大典型特征[1]：

（1）统一的网络架构与接口协议：在统一的逻辑架构和实现架构下将卫星通信、空间通信和地面通信进行一体化设计，网络功能可柔性分割和智能重构，适应卫星载荷资源有限和业务需求动态变化的特点。 （2）统一的空口技术：卫星通信和地面通信采用同一框架下的空口传输技术，终端可实现极简极智接入。 （3）统一的智能管控：通过对系统资源等进行统一的调度和控制，实现网络全局优化和资源绿色集约。 未来的天地一体化通信网络是以地面网络为依托、天基网络和空基网络为拓展的立体分层、融合协作的网络。各星座卫星（包括高、中、低轨）、临近空间平台（如热气球、无人机等）和地面节点共同形成多重覆盖，具有典型的异质异构特点。