2024年面向电力行业的星地融合无线通信技术研究报告

中国电力科学研究院2024.8 面向电力行业的星地融合无线通信技术研究 背景及业务需求 组网及关键技术 下一步研究方向 1.1空天资源竞争 我国在十三五、十四五发展规划中指出要加强卫星通信顶层设计，探索建设天地一体化信息网络欧美国家将卫星互联网上升为国家战略 一方面频率和轨道资源的国际争夺战愈演愈烈，一方面一箭多星以及火箭回收技术使得近地轨道卫星发射成本骤降，并加快与地面通信形成互补融合的无缝通信网络。 抢占空天信息竞争制高点、发展相关新兴产业成为国家间技术竞争 轨道频率资源面临激烈竞争 偏远应急通信提供重要支撑 1.2国内卫星通信发展历程 国际应用 Starlink星链计划，Spacex于2015年推出该计划，兼顾民用领域和军事应用。同时，SpaceX还推出了“星盾计划”，为政府和国防部门提供地球观测、安全通信和有效载荷托管等服务。 国内应用： 北斗、天通一号，军民两用填补我国在卫星移动通信领域的空白，分别支持短报文与卫星通话、卫星消息，Mate60Pro实现卫星通信功能，证明国内已在卫星通信天线和高功率功放等方面取得突破性进展。 VDES，“立足水上，天地互联，服务中国交通，提供全球海上安全服务”在水上应急、安全监管、主权维护等多应用场景都能发挥重要作用。 中星16等大波束卫星，实现应急现场与应急指挥中心的专线视频会议和专用语音互通，国网公司“新一代应急指挥系统（SG-ECS）“中，每个省电力公司至少配置一主一备2套装备天启低轨物联网星座，真有全球覆盖、小型化、低功耗和低成本等特点，为全球用户提供“空天地海”一体 化卫星物联网数据服务。 广域连接：偏远地区输电线路及设备状态监测、海上风电状态监测、基建现场安全监测、偏远地区的新能源场站、小水电站/换流厂站存在通信无法覆盖问题，成为新型电力系统的精益化管理、安全生产的瓶颈，驱需不受地理条件制约的远距离无线通信技术，卫星通信是有效可行的通信方式 灵活快捷：洪涝、冰灭、台风、、地震等自然灭害频发，造成“断路、断电、断网”在电力抢修过程中暴露出通信支撑不足的问题，灾情勘察、人员定位、指挥调度等信息无法回传。重大保电住务中通信链路备份保障迫切需要接入灵活、组网快捷的无线通信。驱需开展面向极端条件下免安装、免调试、免运维的卫星通信应用 1.5存在问题 卫星通信应用存在问题 1）主要满足军工国防需求，兼顾应急，应用模式较少：2）垂直工业行业应用与生产需求不匹配；3）成本和流量费偏高；4）产业规模化不足。电力行业应用实际问题 1）现场存在雨衰、对星问题，通信成功率不高；2）无法组成互联互通的卫星通信系统；3）无法提供差异化区分服务及安全分区隔离能力；4）电力行业应用标准不完善 我国商用航天处在起步阶价段低轨通信星座发展目前处于单星试验和系统规划阶段，卫星互联网卫星规划总数量超过1.6万颗哲未实现卫星成熟组网中国卫星网需要在2027年11月之前发射12922颗卫星，仍与国际先进水平存在较大差距。 面向电力行业的星地融合无线通信技术研究 组网及关键技术 下一步研究方向 2.1差异化电力业务 从安全角度，电力业务可分为生产控制大区业务、管理信息大区业务和互联网大区业务；从应用场景角度，分为生产控制类、运行监测类、远程巡视类、运维管理类、指挥联络类等。为匹配电力业务需求和卫星通信性能，从隔离、带宽、时延三个维度，可以将电力业务抽象为I/川/川三种类型 针对不同安全分区、不同类型的业务可以构建多种“卫星通信架构”与目前“可用的通信资源”直接相关，包括频谱资源、载荷资源与卫星资源 根据不同业务需求，配置多种卫星通信资源，形成多分区卫星通信网络。通过卫星透明转发接入地面核心网、卫星搭载基站/核心网开展星上再生等技术手段，实现星地融合无线通信。通过设置电力卫星应用统服务平台，开展异构星地融合网络统一管控以及卫星资源弹性调度编排， 型业务终端同时支持地面电力蜂窝网和卫星转发器网络，馈电链路通过OPT1/OPT2接入电力安全边界电力天基网络和地基网络架构相互独立，地面电力空口E-Uu继续使用电力专网空口体制。 2.5电力星地融合通信架构一/Ⅲ型业务 3GPPNTN在空口体制中进行了融合设计，分为透明转发和星上再生两种网络架构。透明转发融合网络架构下卫星具备基本的射频收发功能。星上再生融合网络架构下，支持基带信息解调、星间路由、接入控制和无线资源管理等功能。 2.6电力卫星通信关键技术一卫星通信异构网络动态资源管理 研究多层异构网络统一管控及资源弹性调度技术。设计支持星地动态关系构建的实时信息交互方案，促进星地通信的深度耦合，实现多层网络的联合资源优化。研究高动态拓扑的灵活实时协同。面对广域泛在的业务需求以及星地协同需求，研究面向星地融合组网的高 动态拓扑结构下的灵活实时协同技术，通过星地接入网间的配合，快速感知终端位置，满足突发的星地协同需求 2.7电力卫星通信关键技术一星地融合网络安全 面向电力行业的星地融合无线通信技术研究 背景及业务需求 组网及关键技术 下一步研究方向 3.1地面专网和空间专网的技术演进 未来系统融合是星地融合的高级层次，一体化星地融合系统将具备统一空口技术、统一网络架构、统一智能管控和多样接入的特征。TTU-R已发布VDES技术建议书2092-1，确定了物理层、链路层技术规范，为电力行业的空间专网提供技术参考 3.2频谱共享+基站上星的非地面网络演进 频谱占用现状 频谱资源稀缺 经频谱状态实测，频谱利用率普遍低，很多频段上的频谱利用率甚至不到5%，现有的频谱管理模式存在疏漏。 无论星上还是地面频谱资源稀缺问题日益严重，限制了网络性能。 降低混合共信道干扰 提升资源利用率 随着星地不断集成，星地频谱共享网络可实现星地资源共享，能够对共存系统有限资源联合优化。 频谱共享会带来的卫星与地面层内及层间混合共信道干扰，合理的星地频谱共享方法可以提升网络抗干扰性能。 3.3电力卫星通信相关标准工作 中国电科院联合北邮、中国电信和中国信通院在通标协CCSA牵头立项了《面向电力行业的星地融合无线通信技术研究》研究课题。中国通信标准化协会 开展标准体系研究，规划系列电力行业卫星通信标准。 China Communications StandardsAssociation 面向电力行业的星地融合无线通信技术研究 ResearchonWirelessCommunicationTechnologyof Satellite-Terrestrial Integration towards Power Industry 欢迎指正！