2025年空天地一体化光承载网络白皮书（v1.0）

空天地一体化光承载网络白皮书版权声明 3 3 4 5 7 7 9 11 13 21 25 34 35 4.1偏远地区、海洋、空中覆盖：打破地理限制，共享 384.2应急通信与灾害救援：构建“不落幕”的 4.3智能交通与自动驾驶：通往未来的“数字 39 404.5态势感知与边防安全：构筑坚不可摧 41 43 44前言络承载层的必然选择。本白皮书旨在全面阐述“空天地一体化光承载网络）：一、空天地一体化光网络的愿景与价值1.1空天地一体化光网络核心愿景星地还是地面光承载网络的带宽需求呈现成倍增长的趋势，推动空天地一体化光承载网络向着高速率互联方向发展。在过去数十年中，地基网络取得了爆发式增链路监测到故障诊断、安全防护，AI赋能将是实现网络高效运营和智能决策的关键。1.2现有空天地光网络体系的瓶颈与挑战1.3空天地一体化光承载网络的价值二、空天地一体化光承载网络概念与架构2.1空天地一体化光承载网络基本概念地基域：传统地面光纤网络、无线基站网络以及地面自由空间光（Free2.2空天地一体化光承载网络总体架构-10--11-泛在接入和融合服务。2.3物理承载层：多维光网络-12-地面光承载节点：这些是连接天基/空基光网络的关键接口。它们是配备高-13-能提供Gbps级甚至更高的数据传输能力，弥补地面网络的覆盖盲区。-14-传统射频星地链路的带宽和抗干扰限制，提供Gbps-Tbps级的星地回传容量。2.4网络控制与管理层：智能大脑与统一调度-15-2.4.1跨域统一SDN控制：从“分治”到“集约”空天地一体化光网络的高度异构性使得传统的分域管理模式效率低下。-16-矩阵。传统的路由协议难以应对空天地网络的高度动态性。AI算法能够综合考虑-17-动态计算最优的端到端传输路径，混合使用光链路和射频链路。AI能耗。-18-2.5安全与信任保障层：内生安全、量子护航-19--20--21-第三章空天地一体化光承载网络关键技术与创新3.1高容量空间光传输技术载波生成。VCSEL（垂直腔面发射激光器）则以其低成本、易于阵列化和低功-22-高增益和高输出功率星载光放大器：在远距离空间光通信中，由于光信号在传输过程中会发生损耗，星载光放大器扮演着至关重要的角色，用于补偿链路损耗并放大信号。考虑到空间环境的严酷性，这些光放大器必须具备优异的抗辐射能力，以抵御空间粒子对器件性能的影响。掺铒光纤放大器（E平坦、低噪声等特性，是常用的放大技术。然而，将EDFA集成到微小型化的-23-著提升FSO链路的可用性和传输距离。在星地光链路中，频率分集和极化分集等。空间分集，通过使用多个独立的接收或发射天线/光学-24-端的核心，确保在高速运动和微振动环境下光束的精确对准和稳定维持。指向束的稳定性。-25-3.2智能动态组网技术异轨道的全连接、智能动态调度，通过类似波长交换光网络（Wavelength网络。-26-扑视图。l智能关联与异常检测：运用ML算法对感知数据进行关联分析，例如，当常等。-27-AI/ML技术是实现网络自主决策和优化的核心，能互影响。-28-免拥塞。），-29-3.3天地融合协同增强技术站建立连接。-30-利用可用资源。到高带宽的光链路。-31-3.4空天地时频同步技术地面与低轨卫星的初始同步：地面站和低轨卫星终端可以通过接收GNSS-32-对于无法直接接收GNSS或星间同步信号的节点，可以通过测量与其他已荷。-33-量子时频传递（QTFP探索应用量子技术实现更高精度的时频传递，例3.5网络和设备高可靠关键技术-34-和电层协同保护，可在卫星网络中结合ODUCk、WDM等光层保护方案和引导至光链路。-35-3.6设备小型化与功耗优化-36--37--38-第四章典型应用场景4.1偏远地区、海洋、空中覆盖：打破地理限制，共享数字红利-39-卫星星座（特别是具备ISL能力的星座）可作为主干，地表FSO可在地面站和勘探设备间提供高速连接，水下光通信（UOWC）则连接深海探测器与水面平4.2应急通信与灾害救援：构建“不落幕”的生命线火蔓延路径；卫星遥感数据配合地面传感器可实现地质形变的实时监测；海洋/4.3智能交通与自动驾驶：通往未来的“数字高速公路”-40-车联网。V2X通信：空天地一体化光承载网络通过地面光纤骨干网和空中FSO（连4.4算力上星：实现“智能”在云端，连接在光速对地观测任务中，在轨AI可以直接识别出有价值的区域，避免将海量原始图像-41-4.5态势感知与边防安全：构筑坚不可摧的“信息长城”-42--43-第五章总结与展望成本和商业模式的闭环难题以及国际法规和政策的不完善。-44-缩略语-45-中国联通研究院根植于联通集团（中国联通直属二级机构作为中国联通科技创新专业子公司，自中国联通研究院根植于联通集团（中国联通直属二级机构作为中国联通科技创新专业子公司，自2022年起，挂牌成立中国网络安全研究院、下一代互联网宽带业务应用国家工程研究中心及首个国家级网络安全产业知识产权运营中心，形成“两院两中心”发展格局，开创了研究院高质量发展的新局面。中国联通研究院作为服务于国家战略、行业发展、企业生产的战略决策参谋者、技术发展的引领者、产业发展的助推者，坚持以高水平科技自立自强为使命担当，聚焦网络强国、数字中国主责，拓展联网通光网络、5G-A/6G、网络安全、数智网网联和新型智库研究七个领域为主攻方向，坚持“四个聚焦”，开展关键核心技术攻关、科创力量建设、专业技术人才队伍建设