NTN卫星互联网一体化融合系统与技术

内容简介

  卫星互联网是NTN一体化融合网络中的重要组成部分，也是世界各国竞相发展的未来通信网络模式。本书全面介绍了NTN卫星互联网一体化融合的系统理论、组成架构与关键技术，主要内容大致分为四个部分：第一部分是卫星通信绪论，主要包括卫星通信到星互联网的发展历史，卫星通信系统结构概述及典型系统；第二部分是NTN卫星融合系统总体描述，包括NTN融合发展挑战与融合系统架构统一设计；第三部分涵盖了卫星互联网在物理层、接入层、网络层的关键技术，形成NTN网络的基础技术支撑；第四部分为NTN网络融合中的交叉技术，包括边缘智能、算网融合、数字孪生仿真平台，以及未来新技术展望。本书收集并整理了国内外大量关于NTN卫星互联网、天地一体化融合网络的前沿研究成果，同时介绍了卫星互联网系统级平台解决方案及相关试验结果。

  本书全面涵盖了NTN卫星互联网的总体架构及关键技术，可作为高校卫星通信相关专业的教材或教学辅助用书，也适合相关学科领域内科研工作者阅读参考。

目录

第1章 卫星互联网的发展历史

• 1.1 卫星通信的提出与试验
• 1.1.1 卫星通信设想的提出
• 1.1.2 国外卫星通信早期尝试
• 1.1.3 国内卫星通信早期尝试
• 1.2 卫星通信系统的产业化发展历程
• 1.2.1 卫星通信初级阶段
• 1.2.2 卫星通信对地面通信网络补充阶段
• 1.2.3 卫星通信和地面通信网络融合阶段
• 1.3 国内外卫星标准化进程
• 1.3.1 第三代合作伙伴计划
• 1.3.2 其他标准化组织的相关工作
• 小结
• 参考文献

第2章 卫星通信系统架构与关键技术发展

• 2.1 卫星通信系统架构的组成
• 2.2 天地一体化典型系统的架构及关键技术
• 2.2.1 铱星系统
• 2.2.2 全球星系统
• 2.2.3 O3b系统
• 2.2.4 OneWeb系统
• 2.2.5 星链系统
• 2.2.6 天地一体化系统对比与展望
• 2.3 LEO星座卫星通信系统的新架构和新技术
• 2.3.1 LEO星座卫星通信新架构及其特征
• 2.3.2 LEO星座卫星通信新技术
• 小结
• 参考文献

第3章 NTN卫星互联网一体化融合技术挑战

• 3.1 天地一体化融合网络的发展需求
• 3.2 天地一体化融合网络的概念与发展
• 3.2.1 天地一体化融合网络的组成
• 3.2.2 天地一体化融合网络形态的发展
• 3.3 NTN卫星互联网一体化融合的技术挑战和实现思路
• 3.3.1 网络融合结构设计
• 3.3.2 统一空口设计
• 3.3.3 端到端可靠传输
• 3.3.4 细粒度资源管控
• 3.3.5 边缘计算4C融合
• 小结
• 参考文献

第4章 NTN卫星互联网一体化融合系统架构

• 4.1 NTN卫星互联网一体化融合系统架构的设计
• 4.1.1 5G-NTN架构的标准化动态
• 4.1.2 NTN卫星互联网一体化融合架构的整体方案设计
• 4.1.3 现有架构的融合演进路线设计
• 4.2 承载网融合
• 4.3 核心网融合
• 4.3.1 星地融合统一核心网架构
• 4.3.2 核心网网元架构
• 4.3.3 关键网元功能
• 4.4 接入网融合
• 4.4.1 透明转发
• 4.4.2 星上处理——完整 gNB
• 4.4.3 星上处理—— CU/DU分离
• 4.4.4 TN-NTN多连接
• 小结
• 参考文献

第5章 NTN卫星互联网一体化融合信道分析与建模

• 5.1 卫星无线信道模型
• 5.1.1 电波传播特性——卫星移动通信无线电波传播模型
• 5.1.2 信道衰落特性——卫星移动信道的特点
• 5.1.3 信道模型
• 5.2 卫星移动MIMO信道模型
• 5.2.1 卫星双极化 MIMO信道模型
• 5.2.2 基于簇延迟线的卫星移动信道模型
• 5.2.3 基于多波束域的卫星移动 MIMO信道模型
• 小结
• 参考文献

第6章 NTN卫星互联网一体化融合空口波形与协议栈

• 6.1 无线空口系统
• 6.1.1 无线空口系统概述
• 6.1.2 地面移动通信系统
• 6.1.3 非地面网络无线空口系统
• 6.1.4 调制编码基础
• 6.1.5 调制方式
• 6.2 无线空口波形设计
• 6.2.1 DVB-S2空口帧结构
• 6.2.2 5G-NTN空口帧结构
• 6.2.3 波形设计
• 6.3 一体化融合的空口协议栈结构
• 6.3.1 5G-A协议与卫星通信协议转换
• 6.3.2 卫星5G-A/6G融合空口协议
• 6.3.3 各协议层的功能
• 小结
• 参考文献

第7章 卫星相控阵多波束技术

• 7.1 卫星天线发展历程
• 7.1.1 反射面多波束天线
• 7.1.2 大规模相控阵天线
• 7.2 卫星波束赋形技术发展历程
• 7.2.1 固定波束
• 7.2.2 可编程波束
• 7.2.3 自适应波束成形
• 7.2.4 预编码
• 7.3 NTN卫星多天线技术标准
• 7.3.1 3GPP多天线传输标准
• 7.3.2 DVB-S2X多天线传输标准
• 7.4 星地融合多波束技术
• 7.4.1 基于切换感知的单星多波束传输
• 7.4.2 基于异步干扰消除的多星多波束传输
• 小结
• 参考文献

第8章 NTN卫星互联网一体化融合接入承载技术

• 8.1 多址接入技术
• 8.1.1 正交多址接入技术
• 8.1.2 非正交多址接入技术
• 8.1.3 多址接入方式比较
• 8.2 卫星路由算法
• 8.2.1 基于更新方式分类的卫星路由算法
• 8.2.2 基于任务需求分类的卫星路由算法
• 8.2.3 基于决策主体分类的卫星路由算法
• 8.3 卫星接入承载一体化分级设计的初步方案
• 8.3.1 接入承载异质资源的统一表征
• 8.3.2 端到端多用户多业务的分级管控
• 8.3.3 基于分级结果的 QoS保障技术
• 小结
• 参考文献

第9章 卫星互联网天基边缘智能技术

• 9.1 天基边缘智能的基本概念
• 9.1.1 移动边缘计算
• 9.1.2 边缘智能算法
• 9.2 天基边缘智能的基本模型
• 9.2.1 天基边缘智能模型的性能评估
• 9.2.2 用户卸载模型
• 9.2.3 星上资源协同调度模型
• 9.3 基于通感算一体化的天基边缘智能
• 9.3.1 感知计算增强通信——天基边缘网络通信实时性能优化
• 9.3.2 通信计算赋能感知——天基边缘网络感知数据实时聚合压缩
• 9.3.3 通信感知辅助计算——天基边缘网络计算节点动态最优化
• 9.3.4 通感算融合的性能指标评估
• 小结
• 参考文献

第10章 卫星互联网一体化算网融合技术

• 10.1 算力网络
• 10.1.1 算力与算力网络的概念
• 10.1.2 算力网络的系统架构
• 10.1.3 算力网络的基础技术
• 10.2 卫星算力网络
• 10.2.1 卫星算力网络的概念
• 10.2.2 卫星算力网络的系统架构
• 10.2.3 卫星算力网络的关键技术
• 10.3 星地联邦学习
• 10.3.1 联邦学习
• 10.3.2 星地联邦学习的系统架构
• 10.3.3 星地联邦学习的关键技术
• 小结
• 参考文献

第11章 NTN卫星互联网一体化融合组网孪生仿真验证技术

• 11.1 仿真需求
• 11.2 仿真技术基础
• 11.2.1 仿真工具
• 11.2.2 设备模拟器
• 11.3 仿真数字模型
• 11.3.1 卫星轨道动力学模型
• 11.3.2 传输波形模型
• 11.3.3 网络路由模型
• 11.3.4 卫星遥测、运控和测控数据交互
• 11.4 仿真系统设计
• 11.4.1 平台系统架构
• 11.4.2 链路仿真
• 11.4.3 动态运行数据方案
• 11.5 孪生仿真
• 11.5.1 数字孪生的基本概念
• 11.5.2 数字孪生卫星的概念
• 11.5.3 数字孪生卫星的关键技术
• 11.5.4 NTN卫星互联网一体化融合的数字孪生仿真设计
• 小结
• 参考文献

第12章 NTN卫星互联网一体化融合组网通信新技术发展展望

• 12.1 6G天地一体化技术发展展望
• 12.1.1 标准化组织工作动态
• 12.1.2 未来应用场景
• 12.2 关键技术发展展望
• 12.2.1 星地多维立体组网的架构设计
• 12.2.2 天基高性能的在轨计算
• 12.2.3 天基通感算一体化
• 12.2.4 天地一体化网络的数字孪生技术
• 12.2.5 NTN卫星互联网一体化融合的空口传输技术
• 12.2.6 新型天线技术
• 12.2.7 星间高速激光通信
• 12.2.8 太赫兹通信
• 小结
• 参考文献

附录 A 缩略语