2025年空天地一體化光承載網絡白皮書（v1.0）

空天地一體化光承載網絡白皮書版權聲明 3 3 4 5 7 7 9 11 13 21 25 34 35 4.1偏遠地區、海洋、空中覆蓋：打破地理限制，共享 384.2應急通信與災害救援：構建“不落幕”的 4.3智能交通與自動駕駛：通往未來的“數字 39 404.5態勢感知與邊防安全：構筑堅不可摧 41 43 44前言絡承載層的必然選擇。本白皮書旨在全面闡述“空天地一體化光承載網絡）：一、空天地一體化光網絡的愿景與價值1.1空天地一體化光網絡核心愿景星地還是地面光承載網絡的帶寬需求呈現成倍增長的趨勢，推動空天地一體化光承載網絡向著高速率互聯方向發展。在過去數十年中，地基網絡取得了爆發式增鏈路監測到故障診斷、安全防護，AI賦能將是實現網絡高效運營和智能決策的關鍵。1.2現有空天地光網絡體系的瓶頸與挑戰1.3空天地一體化光承載網絡的價值二、空天地一體化光承載網絡概念與架構2.1空天地一體化光承載網絡基本概念地基域：傳統地面光纖網絡、無線基站網絡以及地面自由空間光（Free2.2空天地一體化光承載網絡總體架構-10--11-泛在接入和融合服務。2.3物理承載層：多維光網絡-12-地面光承載節點：這些是連接天基/空基光網絡的關鍵接口。它們是配備高-13-能提供Gbps級甚至更高的數據傳輸能力，彌補地面網絡的覆蓋盲區。-14-傳統射頻星地鏈路的帶寬和抗干擾限制，提供Gbps-Tbps級的星地回傳容量。2.4網絡控制與管理層：智能大腦與統一調度-15-2.4.1跨域統一SDN控制：從“分治”到“集約”空天地一體化光網絡的高度異構性使得傳統的分域管理模式效率低下。-16-矩陣。傳統的路由協議難以應對空天地網絡的高度動態性。AI算法能夠綜合考慮-17-動態計算最優的端到端傳輸路徑，混合使用光鏈路和射頻鏈路。AI能耗。-18-2.5安全與信任保障層：內生安全、量子護航-19--20--21-第三章空天地一體化光承載網絡關鍵技術與創新3.1高容量空間光傳輸技術載波生成。VCSEL（垂直腔面發射激光器）則以其低成本、易于陣列化和低功-22-高增益和高輸出功率星載光放大器：在遠距離空間光通信中，由于光信號在傳輸過程中會發生損耗，星載光放大器扮演著至關重要的角色，用于補償鏈路損耗并放大信號?？紤]到空間環境的嚴酷性，這些光放大器必須具備優異的抗輻射能力，以抵御空間粒子對器件性能的影響。摻鉺光纖放大器（E平坦、低噪聲等特性，是常用的放大技術。然而，將EDFA集成到微小型化的-23-著提升FSO鏈路的可用性和傳輸距離。在星地光鏈路中，頻率分集和極化分集等?？臻g分集，通過使用多個獨立的接收或發射天線/光學-24-端的核心，確保在高速運動和微振動環境下光束的精確對準和穩定維持。指向束的穩定性。-25-3.2智能動態組網技術異軌道的全連接、智能動態調度，通過類似波長交換光網絡（Wavelength網絡。-26-撲視圖。l智能關聯與異常檢測：運用ML算法對感知數據進行關聯分析，例如，當常等。-27-AI/ML技術是實現網絡自主決策和優化的核心，能互影響。-28-免擁塞。），-29-3.3天地融合協同增強技術站建立連接。-30-利用可用資源。到高帶寬的光鏈路。-31-3.4空天地時頻同步技術地面與低軌衛星的初始同步：地面站和低軌衛星終端可以通過接收GNSS-32-對于無法直接接收GNSS或星間同步信號的節點，可以通過測量與其他已荷。-33-量子時頻傳遞（QTFP探索應用量子技術實現更高精度的時頻傳遞，例3.5網絡和設備高可靠關鍵技術-34-和電層協同保護，可在衛星網絡中結合ODUCk、WDM等光層保護方案和引導至光鏈路。-35-3.6設備小型化與功耗優化-36--37--38-第四章典型應用場景4.1偏遠地區、海洋、空中覆蓋：打破地理限制，共享數字紅利-39-衛星星座（特別是具備ISL能力的星座）可作為主干，地表FSO可在地面站和勘探設備間提供高速連接，水下光通信（UOWC）則連接深海探測器與水面平4.2應急通信與災害救援：構建“不落幕”的生命線火蔓延路徑；衛星遙感數據配合地面傳感器可實現地質形變的實時監測；海洋/4.3智能交通與自動駕駛：通往未來的“數字高速公路”-40-車聯網。V2X通信：空天地一體化光承載網絡通過地面光纖骨干網和空中FSO（連4.4算力上星：實現“智能”在云端，連接在光速對地觀測任務中，在軌AI可以直接識別出有價值的區域，避免將海量原始圖像-41-4.5態勢感知與邊防安全：構筑堅不可摧的“信息長城”-42--43-第五章總結與展望成本和商業模式的閉環難題以及國際法規和政策的不完善。-44-縮略語-45-中國聯通研究院根植于聯通集團（中國聯通直屬二級機構作為中國聯通科技創新專業子公司，自中國聯通研究院根植于聯通集團（中國聯通直屬二級機構作為中國聯通科技創新專業子公司，自2022年起，掛牌成立中國網絡安全研究院、下一代互聯網寬帶業務應用國家工程研究中心及首個國家級網絡安全產業知識產權運營中心，形成“兩院兩中心”發展格局，開創了研究院高質量發展的新局面。中國聯通研究院作為服務于國家戰略、行業發展、企業生產的戰略決策參謀者、技術發展的引領者、產業發展的助推者，堅持以高水平科技自立自強為使命擔當，聚焦網絡強國、數字中國主責，拓展聯網通光網絡、5G-A/6G、網絡安全、數智網網聯和新型智庫研究七個領域為主攻方向，堅持“四個聚焦”，開展關鍵核心技術攻關、科創力量建設、專業技術人才隊伍建設