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面向空天地一体多接入的融合6G网络架构

展望

作者：刘超陆璐王硕胡玉双

来源：《移动通信》2020年第06期

【摘要】6G网络的重要需求之一是空天地一体化实现全球无缝覆盖。6G网络架构设计需

要融合空天地一体化的多种接入方式。首先介绍了空天地一体网络的应用场景，然后提出了多

接入的新型融合架构和组网方案，最后分析了适用于空天地一体网络的新型动态路由方式和轻

量级的新型接口协议。

【关键词】空天地一体;6G网络架构;多接入

引言0

空天地一体网络架构是6G的核心方向之一，被ITU列为七大关键网络需求之一[1]。6G

的空天地一体网络架构将以地面蜂窝移动网络为基础，结合宽带卫星通信的广覆盖、灵活部

署、高效广播的特点，通过多种异构网络的深度融合来实现海陆空全覆盖，将为海洋、机载、

跨国、天地融合等市场带来新的机遇。国内外产业已经开始积极布局，美国SpaceX公司正在

积极储备太空能力、欧洲也在积极开展OneWeb等项目，希望打造规模巨大、覆盖全球的低轨

卫星互联网，以抢占卫星网络的运营先机。

卫星网络和地面网络差异较大，而空天地一体网络是多种异构网络混合组成的网络，网络

架构更加复杂、组网更加动态，而且多种异构网络可能长期并存。本文将从空天地融合的应用

场景出发，分析几种典型的空天地融合架构及其关键技术，并探索空天地一体化融合组网下可

能的新型路由方式、网络可能采用的新型接口协议。

应用场景1

目前，全球范围内移动通信覆盖的陆地范围大约30%，无法覆盖诸如沙漠、戈壁、海洋、

偏远山区和两极等区域，6G空天地一体网络可以实现全球全域立体覆盖和随时随地的超广域

宽带接入能力，在广覆盖、公共安全等方面有广阔的应用场景。

海洋、天空等特殊场景应用。在大力推进海洋经济发展、加大航运的背景下，卫星通信作

为海上唯一通信手段，是潜在的新兴通信市场。若采用低轨卫星方案，将可提供时延更短、速

率更高、性价比更高、全球覆盖的宽带通信网络，有助于船载、机载通信从低速到高速、从国

内至全球的发展。

地广人稀、海外地区提供低成本通信服务。随着电信普及服务工作不断深入，针对扩展到

地面通信最难覆盖的边疆、深山、海岛等区域，低轨卫星将具有一定的部署和维护成本优势。

作为传输备用链路，增强地面网络稳定性。通过卫星网络承载基站传输备份保障和应急等

任务，可以有效提高基站抵御各种自然灾害的能力，增强地面网络稳定性。未来还可考虑无线

网、核心网部分设备上星作为容灾备份节点的可行性。

多接入的新2型融合架构

空天地一体网络是一6G种多接入的新型融合架构，将在地面蜂窝移动网络的基础上，融

合天基卫星网络，通过多种异构网络混合组网。本章将先简要介绍传统天基卫星网络、地面蜂

窝移动网络，然后重点分析空天地一体化融合组网可能的架构及涉及的关键技术。

天2.1基卫星网络

天基卫星网络是一个以衛星通信节点为核心的通信系统，由空间的多颗同步卫星、中轨/

低轨卫星、中继卫星、航天器、无人机以及装载在各种平台上的地面接收机、地面终端组成，

形成一个多层次、多连接的多源数据传输和处理系统。卫星具有星上处理、交换和路由能力，

多颗卫星之间具有星际链路并形成星座。

天基卫星网络主要分为天基骨干网、天基接入网、地基网三部分。天基骨干网由布设在地

球同步轨道的若干骨干节点联网而成，具备宽带接入、数据中继、路由交换、信息存储等功

能。天基接入网由布设在高、中、低轨的若干节点组成，负责连接地面以及其他用户的接入处

理。地基网主要是指地面信关站，主要完成网络控制、资源管理、协议适配等功能，并与地面

其他通信系统进行互联互通[2]。

地面2.2蜂窝移动网络

地面蜂窝移动网络是覆盖范围最广的陆地公用移动通信系统。在蜂窝移动网络中，覆盖区

域一般被划分为类似蜂窝的多个小区，每个小区内设置固定的基站，为用户提供接入和信息转

发服务。基站则一般通过有线的方式连接到核心网，核心网主要负责用户的签约管理、互联

网接入等服务、移动性管理和会话管理等功能。

时代全球采用了统一的标准，具有超高速率、超大连接、超低时延三大特性，核心网5G

采用了颠覆性的服务化架构。2020年，随着5G的逐步商用，6G的研究成为行业新的关注

点。当前各国已竞相布局，紧锣密鼓地开展相关研究工作。国际方面，3GPP[3-5]、ITU等国

际标准化组织对6G及203