编者按:天地通信一体化的重要性在今年的俄乌战争中得到了充分的展现。在战术成像和信号监测方面，商业卫星图像和感知在这场冲突中大出风头，向军队和公众提供卫星图像，实时反映冲突过程。据说，原本完全处于劣势的乌克兰军队，能够时不时地找到合适的时机，预料到敌人会先伏击、先进攻。俄罗斯黑海舰队旗舰导弹巡洋舰“莫斯科”号被击沉，多名俄罗斯高级将领相继遇难。这些作战成果都与卫星通信提供的信息有关。
《电信科学》2022年4月刊发表文章，全面阐述了加快形成中国天地一体化通信运营能力的思路。而且文章作者是中国电信集团卫星通信有限公司总经理杨令才写的，看完很有启发。
以下是这篇文章的摘要。
关于快速形成中国天地一体化通信运营能力的思考。
作者:杨玲才
摘要
天地一体化通信网是智能化综合数字信息基础设施的必要组成部分，对加快我国一体化通信作战能力的形成具有重要的现实意义。首先，分析了国内外天地一体化通信能力的研究现状以及天地一体化通信能力与工业应用的差距。然后，提出了基于枢纽港的云网融合能力体系，以及天地一体化通信运营的阶段性演进路线，包括业务融合、用户融合、终端融合、云网融合和全系统融合。最后提出了天地一体化通信作战能力形成过程中需要突破的统一用户认证、多模多频智能终端、智能网络管理、统一资源调度等关键技术。
关键词:天地一体化通信网络；云网融合；集线器端口；工作能力
前锋
天地一体化通信能力是深入贯彻总体国家安全观、积极建设数字中国、全面实施网络强国的必然要求。2021年10月18日，中央集体学习强调，要加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能综合数字信息基础设施[1]。“十四五”国家信息化规划提出，加快地面无线与卫星通信融合、太赫兹通信等关键技术研发。《信息通信业发展“十四五”规划》也提出，推进卫星通信系统与地面信息通信系统深度融合，初步形成覆盖全球、天地一体的信息网络，为陆地、海洋、[/k0/]天各类用户提供全球信息网络服务。
基于运营网络、业务和服务的经济社会发展，结合我国卫星和地面通信网络发展现状，提出基于枢纽港的综合通信网络架构，系统规划综合通信运营能力发展路径，梳理需要解决的关键技术，为我国快速形成综合通信运营能力提供建议，以期逐步实现综合通信网络的产业化应用。
1天地一体化通信能力的现状和瓶颈
天地一体化通信网是以地面网为基础，以卫星通信网为扩展，由地面网和卫星通信网融合而成。目前地面移动通信的5G系统和6G系统已经考虑全面融合卫星通信，共同构建天地之间的广域覆盖综合通信网络，满足用户无处不在的通信需求[5]。国内外研究机构和学者对天地一体化通信网络进行了大量的研究和探索，取得了许多有意义的成果。但天地一体化通信网络整体上还处于起步阶段，离产业化应用还有较大差距。
1.1发展现状
国际上，国际电信联盟、第三代伙伴计划、欧洲电信标准协会、SaT5G联盟等组织和相关单位从系统架构、标准体系、演示验证等方面研究了卫星通信与5G融合的关键技术。，两化融合的标准制定也在稳步推进。
国际电信联盟(International Telecommunication Union)
对于卫星和地面5G的融合，ITU提出了中继到站、信元返回、移动通信和混合组播四种场景，并研究了支撑这些场景的关键技术，包括智能路由支持、自适应流量支持、网络功能虚拟化/软件定义网络兼容等[6]。对于面向6G的星地融合，ITU重点关注卫星与地面网络空端口设计的融合统一，相应的关键技术研究已经开展，技术标准的制定也在进行中。
第三代合作伙伴项目（the3rdGenerationPartnershipProject）
从3GPP Release 14开始，研究卫星和地面5G的融合，旨在通过互补卫星和地面移动网络的优势，实现更无处不在的覆盖。其中，3GPP TR 38.913提出了将卫星网络扩展为地面网络的场景；3GPP TS 22.261将卫星接入技术作为5G网络的基础接入技术之一，研究5G网络系统必备的性能指标和基本功能需求。3GPP Release 15非地面网络研究项目研究了NTN的部署场景和信道模型，发布了3GPP TR 38.811，分析了新的空推出后卫星网络的潜在应用3GPP Release 16NTN SI提出了基于5G空端口支持NTN的技术方案，并进行了链路和系统级的性能评估。3GPP Release 17已经开展了三个NTN项目的标准化工作，包括NTN的NR、NTN的IoT和5G ARCH_SAT，并将完成首个基于5G的卫星弯头透明转发技术标准。2021年底，3GPP Release 18中确立了首批27个项目，其中一个项目是继续开展天地一体化研究，利用卫星的广覆盖特性辅助地面通信。在3GPP Rel-17的基础上，3GPP进一步研究了卫星通信和地面通信之间的移动性、业务连续性增强和高频段部署。3GPP标准演进计划如图1所示。
欧洲电信标准协会(European Telecommunication Standards Institute)
ETSI提出了卫星网络和地面网络融合的相关标准。ETSI TR 103.124定义了卫星网络和地面网络融合应用的场景。ETSI TR 103.263确定了将卫星通信引入认知无线电技术时应遵循的规则。ETSI TR 103.351解决了当卫星网络用于回程时，偏远地区无线接入流量分配的问题。ETSI TS 102.357规范了卫星网络和地面网络联合提供宽带服务时的物理接口。
图1 3GPP标准演进计划SaT5G联盟
SaT5G联盟是由ses、阿凡提通信、英国电信、泰雷兹阿莱尼亚航天、萨里大学等16家企业和研究机构组成的联盟。主要研究卫星融入5G网络的可行性，重点研究星地5G融合的网络架构研究、关键技术突破、实验室环境测试验证、标准制定等方面。此外，SaT5G项目使用由SDN、NFV、移动边缘计算和地球静止轨道卫星组成的Pre-5G测试平台，展示卫星与3GPP网络架构的融合，以及卫星回程功能和多媒体内容边缘分发功能。
其他的
除上述组织外，其他组织也在推动卫星和地面网络的融合，包括欧洲邮电管理委员会、电子通信委员会、数字视频广播组织和空之间的数据系统协商委员会等。
我国相关单位也开展了天地一体化通信网的一系列研究和实验工作。2016年，科技部启动天地一体化信息网络重大项目研制，列入“十三五”规划纲要和“十三五”国家科技创新规划。2019年通过“天球”实验卫星，在轨验证了地面5G的SDN等关键技术。2019年，中国通信标准化协会成立航天通信技术工作委员会，开展星地一体化研究工作。2021年，中国卫通集团有限公司、中国信息通信研究院在Ka高通量卫星开展5G信号系统传输试验。银河航天与中国信息通信研究院联合开展了基于5G信号系统的低轨卫星星座技术系统测试，验证了卫星与5G在通信系统融合的可能性。此外，联合北京邮电大学运营商、设备研制单位、高校共同组建“天空计算联盟”，拟通过“天空计算星座”开展星载5G核心网、云原生卫星计算平台、星地组网等实验。
1.2产能瓶颈
由于技术和市场等因素，在过去的几十年里，地面通信系统和卫星系统根据各自的使用场景和网络特点，采用了不同的系统设计、技术体制和运营模式，形成了相对独立的发展路径，客观上决定了天地一体化通信网络建设和运营的复杂性。虽然国内外对星地一体化进行了大量研究，但离具备运营能力还有很大差距。
卫星系统的异构性决定了它们相互集成的复杂性。
长期以来，每个卫星通信系统都是单独发展的，形成了“烟囱”结构。根据不同的功能属性、应用模式、轨道高度、工作频率、业务带宽和转发器类型，采用不同的技术架构。这些系统相互独立，它们的地面网络和终端设备不能互联，它们的用户终端不能在不同卫星系统之间漫游、迁移和相互通信。以网络协议为例，对于基于透明转发器的卫星通信系统，在其开发之初，物理层和链路层都采用了特殊的协议。随着IP业务的发展，逐渐形成了适应空特性的基于TCP/IP的演进协议体系。对于具有星上处理转发功能的卫星通信系统，增加了星上交换和卫星网络路由优化相关的协议内容[19]。因此，不同卫星通信网络的异构性决定了它们相互融合的复杂性。要实现完全集成，就要在论证阶段考虑系统设计。对于已经建成运营的系统，具体的整合方式只能从地网侧互联和终端侧聚合的角度来研究。
卫星通信网络和地面移动通信网络的技术标准化差异决定了天地一体化的复杂性。
长期以来，卫星通信和地面移动通信相对隔离，各自独立发展。由于其属性和特点的差异，采用不同的技术体系和协议体系，导致系统独立封闭，信息交换和沟通能力差，发展不平衡。目前，地面移动通信网已经形成了完整、规范的通信体系和协议体系，而卫星通信网差距较大。以卫星通信与5G网络的融合为例，目前的5G商用网络主要基于3GPP Rel-15/Rel-16版本，不支持与卫星通信的融合。后续的3GPP Rel-17版本仅使用卫星作为地面基站功能的延伸，工作在透明转发模式或作为承载网提供回程服务。卫星通信网络和5G系统还相对独立，远未达到系统层面深度融合的要求。
卫星通信网络与地面移动通信网络相对分离的现实，决定了天地一体化通信网络运营和业务开放的复杂性。
卫星通信网之间，卫星通信网和地面移动通信网之间，网络资源管理相互独立，业务系统、支撑系统、终端方案、接口规范都不一样。卡号和账号难以统一认证，难以保证端到端服务的敏捷开放和灵活提供，远不能满足系统层面深度融合、为用户提供无感一致服务的要求。
