3GPP星地融合：物理层协议新突破

3GPP星地融合：物理层协议新突破

引用

CSDN

等

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来源

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https://blog.csdn.net/u011376987/article/details/141791904

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https://blog.csdn.net/dong2010hong/article/details/144267186

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https://www.sohu.com/a/419927525_466840

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https://sjcj.nuaa.edu.cn/sjcjycl/article/html/202303002

随着5G商用的推进，非地面网络（NTN）成为研究热点。3GPP标准化组织致力于将卫星通信与5G融合，推动全球无缝覆盖的海陆空天地一体化立体网络建设。本文介绍了3GPP在支持NTN的物理层关键技术及其标准化研究进展，并探讨了面向6G星地融合的无线传输技术，为未来通信服务提供了广阔前景。

3GPP已经发布了多个技术报告和规范，涵盖了从Release 15到Release 19的内容，涉及NR（新无线）支持NTN的研究、解决方案、架构、RF（射频）和共存方面等。这些规范详细描述了支持卫星通信的技术要求和测试标准。

• TR 38.811：研究NR支持非地面网络
• TR 22.822：研究5G中使用卫星接入
• TR 38.821：研究NR支持NTN的解决方案
• TR 23.737：研究5G中使用卫星接入的架构方面
• TR 38.863：NTN相关的RF和共存方面
• TS 38.101-5：NR；UE射频传输和接收；第5部分：卫星接入RF和性能要求
• TS 38.108：NR；卫星接入节点射频传输和接收
• TS 38.181：NR；卫星接入节点一致性测试
• TS 38.521-5：NR；UE一致性规范；射频传输和接收；第5部分：卫星接入RF和性能
• TR 38.882：研究NR中NTN的网络验证UE位置
• TR 37.911：研究向IMT-2020提交3GPP卫星无线电接口技术的自我评估
• TR 22.926：5G系统（5GS）的域外指南

这些规范和研究报告为NTN技术的发展提供了全面的技术指导和标准化支持，涵盖了从系统架构到具体技术实现的各个方面。

无人机集群通信技术主要包括通信协议、通信链路和频谱资源管理。常用的通信协议有MAVLink、DASH7等，通信模式包括直接通信、中继通信和网状自组网模式。技术挑战主要来自通信链路不稳定、频谱资源受限和通信安全问题。

1. 通信协议：无人机集群内部需要采用统一的通信协议来确保信息的正确传输。这些协议通常支持低延迟、高可靠性、自组织网络等特点，如MAVLink（专为小型无人机设计的通信协议）、DASH7（适用于低功耗广域网）或基于IP的自定义协议等。

2. 通信链路：无人机之间的通信链路可以是直接通信，也可以是通过中继节点（如其他无人机或地面站）进行的间接通信。直接通信适用于近距离编队飞行，而间接通信则增强了通信覆盖范围，但依赖于中继节点的稳定性和可靠性。

3. 频谱资源：频谱资源是无人机集群通信的宝贵资源。为实现频谱资源的高效利用，可采用动态频谱接入（DSA）技术，允许无人机根据当前频谱使用情况自动选择空闲频段进行通信。此外，通过认知无线电技术，无人机还能感知并适应环境中的频谱变化，进一步优化通信效率。

面向6G的无人机通信技术包括太赫兹、超大规模天线、内生人工智能、智能反射面（IRS）、智能边缘计算、区块链等。无人机在空天地海一体化网络中可担任蜂群基站、全息投影部署、远距离中继通信和数据采集等角色。

1. 太赫兹通信：太赫兹频段具有更高的带宽和传输速率，可以满足无人机集群高速数据传输的需求。同时，太赫兹通信具有更好的抗干扰能力和安全性，适用于复杂电磁环境下的作战场景。

2. 超大规模天线：通过增加天线数量和阵列规模，可以提高无人机通信系统的覆盖范围和传输质量。超大规模天线技术还可以实现更精确的波束赋形，提高通信效率和抗干扰能力。

3. 内生人工智能：将人工智能技术嵌入无人机通信系统，可以实现智能频谱感知、动态路由管理和自适应调制编码等功能。这有助于优化通信资源分配，提高通信系统的灵活性和可靠性。

4. 智能反射面（IRS）：IRS技术通过可编程的反射面控制电磁波的传播方向和强度，可以改善无人机通信系统的覆盖范围和信号质量。在复杂地形和城市环境中，IRS可以有效克服信号遮挡和多径效应。

5. 智能边缘计算：通过在无人机上部署边缘计算能力，可以实现数据的本地处理和分析，减少对地面站的依赖。这有助于提高通信系统的实时性和鲁棒性，特别是在远距离作战场景中。

6. 区块链技术：区块链可以为无人机集群通信提供安全可靠的数据传输和存储机制。通过去中心化的共识机制和加密技术，区块链可以防止数据篡改和未经授权的访问，提高通信系统的安全性。

在全域作战背景下，无人机集群需要具备跨域协同作战能力，能够在陆、海、空、天、电、网等多个领域灵活切换和协同作战。物理层协议在以下几个方面发挥关键作用：

1. 统一的信息交互网络：通过标准化的物理层协议，可以实现不同无人机平台之间的互联互通，构建统一的信息交互网络。这有助于打破军种和领域之间的界限，实现真正的跨域协同作战。

2. 灵活的频谱资源管理：在复杂电磁环境下，物理层协议需要支持动态频谱接入和认知无线电技术，以适应不断变化的通信环境。这有助于提高频谱资源的利用率，确保通信系统的稳定性和可靠性。

3. 高可靠性的通信链路：无人机集群在作战中需要面对各种干扰和威胁，物理层协议需要具备抗干扰、低延迟和高可靠性的特点。通过采用先进的调制编码技术和多天线技术，可以提高通信链路的稳定性和鲁棒性。

4. 智能决策与优化：通过内生人工智能技术，物理层协议可以实现智能频谱感知和动态路由管理，优化通信资源分配。这有助于提高通信系统的灵活性和适应性，更好地满足作战需求。

5. 安全保障：在作战环境中，通信安全至关重要。物理层协议需要支持加密技术、身份验证和访问控制机制，确保数据传输的安全性和完整性。通过采用区块链技术，可以进一步增强通信系统的安全性。

总结而言，物理层协议在无人机集群作战中发挥着至关重要的作用。通过标准化的协议体系和先进的通信技术，可以实现无人机集群的跨域协同作战，提高作战效能。随着6G通信技术的发展，星地融合技术将为无人机集群通信带来新的机遇和挑战。