第六代固定通信網(wǎng)（F6G）白皮書1.0 -天地一體化光通信技術(shù)

第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0隨著社會(huì)的全方位數(shù)字化轉(zhuǎn)型，各類新型應(yīng)用正持續(xù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力提出新的挑戰(zhàn)，推動(dòng)著固定通信網(wǎng)向天地一體化的方向發(fā)展?！兜诹潭ㄍㄐ啪W(wǎng)(F6G)白皮書》分析了當(dāng)前固定網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)，從技術(shù)發(fā)展需求、關(guān)鍵支撐技術(shù)與潛在應(yīng)用場(chǎng)景幾個(gè)維度展望光通信全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.01.固定通信網(wǎng)技術(shù)概述 11.1.固定通信網(wǎng)演進(jìn)歷程 11.1.1.傳統(tǒng)固定通信網(wǎng) 1 1.1.3.F6G 31.2.固定通信網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn) 41.2.1.覆蓋能力 41.2.2.生存能力 51.2.3.連接能力 61.2.4.智能能力 71.2.5.安全能力 72.天地一體化網(wǎng)絡(luò)未來需求與發(fā)展趨勢(shì) 82.1.多模態(tài)感知 92.1.1.通感一體化 92.1.2.感知主動(dòng)化 102.2.全覆蓋接入 102.2.1.覆蓋面積擴(kuò)展 102.2.2.接入能力增強(qiáng) 112.3.高可靠傳送 122.3.1.生存性增強(qiáng) 122.3.2.安全性升級(jí) 132.4.高動(dòng)態(tài)組網(wǎng) 132.4.1.拓?fù)鋭?dòng)態(tài)重構(gòu) 142.4.2.連接自動(dòng)調(diào)整 142第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.02.5.超時(shí)空呈現(xiàn) 152.5.1.三維呈現(xiàn)裸眼化 162.5.2.通信呈現(xiàn)聯(lián)動(dòng)化 163.天地一體化光通信關(guān)鍵使能技術(shù) 163.1.多模態(tài)增強(qiáng)型通感一體技術(shù) 173.1.1.通信感知一體化 173.1.2.網(wǎng)絡(luò)化智能感知 173.2.天地融合廣覆蓋接入技術(shù) 183.2.1.下一代PON 183.2.2.光與無線融合 193.3.物理層安全增強(qiáng)型傳輸技術(shù) 193.3.1.全波段光傳輸 193.3.2.天基量子密鑰分發(fā) 203.3.3.空間激光內(nèi)生安全 213.4.天地一體化高動(dòng)態(tài)組網(wǎng)技術(shù) 213.4.1.高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星管控 213.4.2.光網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生 223.5.三維全息呈現(xiàn)技術(shù) 233.5.1.內(nèi)容采集與處理 233.5.2.三維渲染 243.5.3.裸眼顯示 244.F6G適用場(chǎng)景與應(yīng)用 254.1.全息通信 254.2.虛實(shí)交互 264.3.智能體互聯(lián) 28附：主要貢獻(xiàn)單位與人員(排名不分前后) 291第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.01.固定通信網(wǎng)技術(shù)概述網(wǎng)絡(luò)，可向用戶提方向演進(jìn)。固定通信網(wǎng)承擔(dān)著海量信息傳輸?shù)娜蝿?wù)，是國(guó)家關(guān)鍵信1.1.固定通信網(wǎng)演進(jìn)歷程在計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，固定通信網(wǎng)在近三十年得到了快速發(fā)展。1900至典型帶寬為64kbit/s。2000至2006年期間，固定網(wǎng)絡(luò)主要承載網(wǎng)頁業(yè)務(wù)，典型技術(shù)為AN算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)發(fā)展，新型業(yè)務(wù)具有更高的業(yè)務(wù)質(zhì)量需求，對(duì)固定網(wǎng)絡(luò)的帶提出第五代固定通信網(wǎng)(F5G,the5thGenerationofFixedCommunicationsNetworks)。1.1.1.傳統(tǒng)固定通信網(wǎng)從電話網(wǎng)誕生一直持續(xù)到20世紀(jì)末，固定通信網(wǎng)主要用于服務(wù)語音業(yè)務(wù)，撥號(hào)接入ISDN形成一個(gè)較完整的電其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及控制信號(hào)能夠很好地適配全球網(wǎng)絡(luò)，這標(biāo)志著電信DH等。2第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0接入網(wǎng)以ADSL技術(shù)為代表(10Mbps)，對(duì)應(yīng)的傳送網(wǎng)采用的是SDH技術(shù)，光纖線路速2005年開始，在多媒體業(yè)務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，固定網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都出現(xiàn)巨大的變 為代表的光接入網(wǎng)上行總速率達(dá)到1-2.5Gbps，具有高帶寬、穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和能夠長(zhǎng)期發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，因此得到運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注。對(duì)應(yīng)的主流傳輸技術(shù)為OTN光傳送網(wǎng)技術(shù)，結(jié)寬(eFBB,EnhancedFixedBroadBand)、全光連接(FFC,Full-FiberConnection)和極致體驗(yàn)edReliableExperience2022年9月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)第五代固定網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)工作組發(fā)布了一份白皮書3第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0GFGFG定網(wǎng)絡(luò)在連接覆面臨諸多挑戰(zhàn)。以衛(wèi)星為基座的天基通信系統(tǒng)正在快速發(fā)展，未來將網(wǎng)進(jìn)行深度融合，共同面向消費(fèi)級(jí)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供寬帶通信服務(wù)，形成天地一體化的第六代固定通信網(wǎng)(F6G)，發(fā)展路徑如圖1。天地一體化網(wǎng)絡(luò)是未來F6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究的核心方向，由衛(wèi)星組成的骨干網(wǎng)絡(luò)使得隨地享受高速寬帶無線接入服務(wù)，可以克服距離障礙，實(shí)現(xiàn)包括地的任意兩點(diǎn)之間的高速通信，達(dá)到全球無縫覆蓋。F6G將實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)4第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0，構(gòu)成天地一體化光通信系統(tǒng)，滿足不同行業(yè)對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)的1.2.固定通信網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)2021中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告指出，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展已進(jìn)入萬物互聯(lián)階段，新的應(yīng)用正在向1.覆蓋能力網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)在于其高數(shù)據(jù)傳輸速率、低時(shí)延以及海量連接能力。但其管理、空間智能體互聯(lián)等新興業(yè)務(wù)的通信需求，未來地推動(dòng)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)由“面向人”覆蓋到“面向物”覆蓋的轉(zhuǎn)變，為全球用戶的各類應(yīng)用提供全域?qū)?第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0)覆蓋速率：地基固定網(wǎng)絡(luò)接入速率可達(dá)10Gbps，未來將在50G-PON的基礎(chǔ)上進(jìn)G，而當(dāng)前衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的接入速率仍比較受限。如何提升衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)在覆蓋區(qū)2)覆蓋延時(shí)：亞毫秒級(jí)延遲將成為空天地一體化網(wǎng)絡(luò)的整體需求，充分考慮地面和毫米波延遲覆蓋、毫秒級(jí)延遲覆蓋、十毫秒級(jí)延遲覆蓋等多層次網(wǎng)3)覆蓋密度：由“面向人”覆蓋到“面向物”覆蓋的轉(zhuǎn)變過程中，“萬物智聯(lián)、手機(jī)直連、天地互連”等應(yīng)用將極大提升對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性、可靠性和覆蓋密度的需求，相比于傳統(tǒng)網(wǎng)一體化網(wǎng)絡(luò)的單位面積接入設(shè)備密度將提升100倍至1000倍，如何有效4)覆蓋靈活性：覆蓋靈活性是指覆蓋場(chǎng)景靈活、接入方式靈活、用戶速率靈活以及構(gòu)建具有環(huán)境感知、自主智能決策、按需重構(gòu)和無縫融合的天地一體2.生存能力目前光纖網(wǎng)絡(luò)故障平均修復(fù)時(shí)間可達(dá)5-10小時(shí)，生存能力不足將會(huì)嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)質(zhì)量和生存性機(jī)制多聚焦于小規(guī)模故障，可保障通信業(yè)務(wù)在面對(duì)故障尺度，同時(shí)也擴(kuò)大了故障的風(fēng)險(xiǎn)范圍。未來，天基會(huì)面臨空間碎片、激光武器等潛在威脅，可能出現(xiàn)規(guī)模性節(jié)點(diǎn)或鏈路故障。為應(yīng)對(duì)大尺度的故障風(fēng)險(xiǎn)，天地一體化網(wǎng)絡(luò)的生存性技術(shù)需要由“自愈”向“自組織”方此對(duì)星間/星地激光鏈路狀態(tài)與連接情況的實(shí)時(shí)感知是業(yè)務(wù)生存性保障的基本要求，如何6第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.02)星地按需協(xié)同：由于目前網(wǎng)絡(luò)傳輸體制和運(yùn)維方式的約束，當(dāng)前天、地兩層網(wǎng)絡(luò)式，跨域業(yè)務(wù)如何實(shí)現(xiàn)多域資源的協(xié)同聯(lián)動(dòng)以完成路徑拼接與端到3)自組織抗毀：傳統(tǒng)業(yè)務(wù)生存性機(jī)制通過基于既定拓?fù)涞臉I(yè)務(wù)路徑計(jì)算實(shí)現(xiàn)，依賴拓?fù)涞膶?shí)時(shí)獲取，然而6G場(chǎng)景中天基平臺(tái)的移動(dòng)性和路徑隨機(jī)性增強(qiáng)。因此，針對(duì)大動(dòng)態(tài)范圍天地一體化網(wǎng)絡(luò)，如何實(shí)現(xiàn)基于隨機(jī)高動(dòng)態(tài)拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)自組織抗毀是保障6G場(chǎng)景3.連接能力層出不窮，互聯(lián)網(wǎng)中的流量高速絡(luò)帶來了巨大承載壓力。面對(duì)日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)流量，當(dāng)前通信網(wǎng)正在積天地一體化的網(wǎng)絡(luò)空間將出現(xiàn)更多以“智能體互聯(lián)”為代表的交互式應(yīng)用。為適應(yīng)空間網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性，網(wǎng)絡(luò)在提供基礎(chǔ)連接能力之外，還需對(duì)高動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)和終端的位置進(jìn)行精準(zhǔn)管理，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)模式將由“靜態(tài)連接”向“動(dòng)態(tài)連接”拓展，進(jìn)而為高速移動(dòng)的1)動(dòng)態(tài)信道維持：天地一體化網(wǎng)絡(luò)中，星間鏈路隨著衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)高速移動(dòng)，鏈路的力，是實(shí)現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)連接能力的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一；速連接切換：衛(wèi)星的高速移動(dòng)還導(dǎo)致星地鏈路的頻繁切換，進(jìn)而影響承載業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無縫切換，保障無中斷無抖動(dòng)的端到端服務(wù)能力，是接能力的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一；3)精準(zhǔn)定位追蹤：未來，衛(wèi)星與衛(wèi)星之間、衛(wèi)星與高空平臺(tái)之間的通信將主要依賴激光通信對(duì)指向性要求極高。在高動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)中，如何實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星、高空平臺(tái)7第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.04.智能能力、軟件管控到人工智能輔助管控的變革。然而，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議繁雜，網(wǎng)絡(luò)的管理依然嚴(yán)重依賴專業(yè)知識(shí)技能，傳統(tǒng)光纖通信網(wǎng)所具備的智能能力(如基于人工智能的流量預(yù)測(cè)、故障診斷等)往往僅作為輔助功能，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管控的全面和動(dòng)態(tài)性將帶來顯著的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的決策式智能技術(shù)輔到抑制。為了應(yīng)對(duì)未來天地一體化網(wǎng)絡(luò)的高動(dòng)態(tài)管控壓力，提升網(wǎng)一體化網(wǎng)絡(luò)的智能管控技術(shù)將由決策式智能向生成式智能發(fā)展，利能技術(shù)理解網(wǎng)絡(luò)問題并自主生成網(wǎng)絡(luò)管控方案，顯著提升網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)1)面向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的專業(yè)大模型：將網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維與專業(yè)大模型相融合會(huì)有效提升通用性的建立需要龐大的模型尺度、高昂的存儲(chǔ)和計(jì)算資源成本、復(fù)；生成式智能的管控應(yīng)用：在專業(yè)大模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)中的3)智能化應(yīng)用與人的協(xié)作關(guān)系：智能化應(yīng)用在輔助人進(jìn)行智能管控的同時(shí)，也會(huì)勢(shì)，如何實(shí)現(xiàn)智能化過程中AI與人的有效協(xié)作，5.安全能力但是，隨著量子計(jì)算技術(shù)的持續(xù)突破及人工智體化網(wǎng)絡(luò)將部署大量的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)到公共空間，開放的通信信道將8第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.01)物理信道加密：在天地一體化網(wǎng)絡(luò)中，星地通信的傳輸性能受到發(fā)射功率、跟蹤影響，衛(wèi)星設(shè)備部署成本高，靈活性大，且需要與地面站進(jìn)行協(xié)同，高兼容的物理信道加密方案，實(shí)現(xiàn)傳輸性能高，處理時(shí)延低且安2)高速密鑰協(xié)商技術(shù)：天地一體化網(wǎng)絡(luò)傳輸依靠空間激光，鏈路跨距長(zhǎng)、傳輸媒介地在各類節(jié)點(diǎn)之間分發(fā)密鑰變得復(fù)雜。如何高速且安全地在空天一3)安全風(fēng)險(xiǎn)感知技術(shù)：與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡(luò)相比，天地一體化網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性使安全風(fēng)險(xiǎn)變得困難。龐大的互連組件數(shù)量，包括衛(wèi)星、地面站和控攻擊面和潛在的風(fēng)險(xiǎn)。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的主動(dòng)感知，是天地一體化光2.天地一體化網(wǎng)絡(luò)未來需求與發(fā)展趨勢(shì)圖3天地一體化固定通信網(wǎng)(F6G)技術(shù)范疇面向未來高動(dòng)態(tài)、交互式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，基于天地一體化的F6G網(wǎng)絡(luò)將在感知、接入、9第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0SpaceDomain狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)速度、方位、距離區(qū)域1設(shè)備2全域全譜感知網(wǎng)絡(luò)區(qū)域2設(shè)備1設(shè)備4設(shè)備3SpaceDomain狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)速度、方位、距離區(qū)域1設(shè)備2全域全譜感知網(wǎng)絡(luò)區(qū)域2設(shè)備1設(shè)備4設(shè)備32.1.多模態(tài)感知以信息傳遞功能為主，缺乏對(duì)外部環(huán)境的感知能力。隨著多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外部環(huán)境的感知需求不斷增加，需要在進(jìn)行信息傳遞的同時(shí)具離、速度等多模態(tài)信息的感知能力，如圖4。特別地，未來天地一體化光通三維空間，具備大尺度、多樣化的潛在可感知要素，網(wǎng)絡(luò)的多模態(tài)感網(wǎng)絡(luò)資源-安全安安全監(jiān)測(cè)智能管控網(wǎng)絡(luò)智慧中心信號(hào)匯聚單元FrequencyDomain圖4天地一體化固定通信網(wǎng)(F6G)多模態(tài)感知能力示意圖2.1.1.通感一體化過信號(hào)聯(lián)合設(shè)計(jì)或硬件共享等手段，實(shí)現(xiàn)通信和感知功能一體得通信網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行信息傳遞的同時(shí)能夠感知網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外部的多模態(tài)信信技術(shù)的支持，包括光纖通信技術(shù)，衛(wèi)星通信技術(shù)，光傳感技持，通過對(duì)多類型傳感器與數(shù)據(jù)的集確的感知。例如，可以通過激光雷達(dá)、光電傳感器、光學(xué)成像傳第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.02.1.2.感知主動(dòng)化經(jīng)典的光傳感技術(shù)通常工作在“被動(dòng)”感知的模式，基于傳感系統(tǒng)參數(shù)與環(huán)境變化模式的關(guān)聯(lián)模型，通過對(duì)傳感參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的被動(dòng)式感知。感知“主動(dòng)”化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)外部環(huán)境多模態(tài)元素的按需感知，進(jìn)而提升測(cè)型的傳感設(shè)備，通過對(duì)多模態(tài)要素的按需采集與探測(cè)，可應(yīng)用。主動(dòng)感知技術(shù)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域已有初步應(yīng)用，例如路網(wǎng)監(jiān)動(dòng)追蹤并探測(cè)車輛動(dòng)態(tài)，進(jìn)而通過與車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交傳感器的統(tǒng)一管理平臺(tái)，基于靈活的可編程管控能力將傳網(wǎng)中，全域覆蓋的網(wǎng)絡(luò)提供了對(duì)三維空間進(jìn)行感知的基礎(chǔ)條件，主動(dòng)2.2.全覆蓋接入面固定網(wǎng)絡(luò)之外的第二張接入與傳輸網(wǎng)，在提供廣覆充，承載越來越多的互聯(lián)網(wǎng)流量，如圖5。傳網(wǎng)在覆蓋范圍內(nèi)的接入能力已經(jīng)非?？捎^，而衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)2.2.1.覆蓋面積擴(kuò)展通信技術(shù)互為補(bǔ)充，可共同構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化光通信系用光纖接入網(wǎng)覆蓋，發(fā)揮無源光網(wǎng)絡(luò)的接入容量人區(qū)域則采用衛(wèi)星覆蓋，充分發(fā)揮衛(wèi)星的覆蓋能力優(yōu)勢(shì)。天地一體化第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0破傳統(tǒng)的家庭寬帶業(yè)務(wù)，走向全光園區(qū)、全光工廠、全光校園等新的寬步實(shí)現(xiàn)面向大規(guī)模全光物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。擴(kuò)大天基衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積，除了增加衛(wèi)星數(shù)量以外，可以高軌、中/低軌衛(wèi)星通通信網(wǎng)，以擴(kuò)大全球覆蓋面積。天基網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍主要取決于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，可通過優(yōu)化星座軌道與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞矫鎸?shí)現(xiàn)覆蓋面積的天基網(wǎng)絡(luò)以星間激光通信為主，星地通信以毫米波與極高頻傳輸為星星間激光互聯(lián)低軌衛(wèi)星對(duì)地F6G光接入網(wǎng)天地一體化融合地面信關(guān)站地面固定網(wǎng)絡(luò)地面無線網(wǎng)絡(luò)圖5天地一體化固定通信網(wǎng)(F6G)全域覆蓋接入能力示意圖2.2.2.接入能力增強(qiáng)能力已經(jīng)非常成熟，但傳統(tǒng)衛(wèi)星通信技術(shù)以數(shù)據(jù)通信和中繼為專業(yè)型應(yīng)用，業(yè)務(wù)數(shù)量少、接入速率低，在接入能力上屬于天基窄帶通信系統(tǒng)。未來的低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)將面臨大量的智能網(wǎng)絡(luò)終端和各類互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，需提供系統(tǒng)的接入能力，需要實(shí)現(xiàn)高低軌衛(wèi)星及地面的聯(lián)動(dòng)接入，并實(shí)現(xiàn)天地基資源的靈活調(diào)度，以支撐天地接入系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，推動(dòng)當(dāng)前“地基寬帶+天向“地基寬帶+天基寬帶”的方向增強(qiáng)。第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0通信系統(tǒng)的接入能力，還依賴于光電信息理論和集成高帶寬通信和。考慮到深空探測(cè)中繼、海洋信息融合、地球引力場(chǎng)測(cè)量等前瞻性應(yīng)FG2.3.高可靠傳送擴(kuò)展至近地空間，可顯著提升網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力，但為一體化的通信網(wǎng)帶來了新的問題。一方面，運(yùn)行在近地空間的衛(wèi)星路穿越開放空間，也面臨被截獲、被入侵的風(fēng)險(xiǎn)。因此，天地一體化6。 星間激光互聯(lián)地面無線網(wǎng)地面無線網(wǎng)F6G光接入網(wǎng) 地面信關(guān)站地面信關(guān)站地面固定網(wǎng)絡(luò)地面信關(guān)站圖6天地一體化固定通信網(wǎng)(F6G)高可靠傳送能力示意圖2.3.1.生存性增強(qiáng)復(fù)。為了提升在開放空間的生存能力，天地一體化網(wǎng)絡(luò)的生存性技術(shù)將由業(yè)務(wù)指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過相互作用和信行為，能夠根據(jù)環(huán)境的變化和其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0化，及時(shí)、準(zhǔn)確地狀態(tài)，設(shè)計(jì)自適應(yīng)的鏈能夠根據(jù)鏈路狀況自主選擇和調(diào)整傳輸路徑；通過設(shè)計(jì)自愈和2.3.2.安全性升級(jí)典密碼學(xué)保障，基于密鑰實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的加密，而通信系統(tǒng)通常提供了應(yīng)對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)開放空間帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，未來天地一體化網(wǎng)絡(luò)將基于“信息安全”向“信道安全”方向進(jìn)行安全體系升級(jí)?！靶诺腊踩奔夹g(shù)工作在通信物理層加密技術(shù)，基于時(shí)間同步的密鑰，在信號(hào)處理及調(diào)制解調(diào)現(xiàn)一次一密的信號(hào)隱藏變換，其時(shí)間和空間相關(guān)聯(lián)的加密特征可極的入侵與截獲難度，從而能夠保障天地一體化網(wǎng)絡(luò)的通信可靠性?；谖锢硇盘?hào)分析進(jìn)行入侵檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)入侵行為后可以立即實(shí)時(shí)響應(yīng)，從量子密鑰分發(fā)也是支撐信道安全的關(guān)鍵技術(shù)之一，基于量子態(tài)不可克隆、不可分割、密鑰分發(fā)雙方之間的可信密鑰傳遞，提供具備天然安全屬性的可2.4.高動(dòng)態(tài)組網(wǎng)能力，而大尺度空間中衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)終端的快速出了新的挑戰(zhàn)，要求網(wǎng)絡(luò)具備對(duì)衛(wèi)星與終端的高動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)管控能第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0圖7天地一體化固定通信網(wǎng)(F6G)高動(dòng)態(tài)組網(wǎng)能力示意圖2.4.1.拓?fù)鋭?dòng)態(tài)重構(gòu)間上的分布尺度遠(yuǎn)超過地面光通信網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)隨之動(dòng)態(tài)變化。拓?fù)鋭?dòng)態(tài)重構(gòu)是指基于天基衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特征關(guān)系，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)重建的過程，目的是保障網(wǎng)絡(luò)拓路控制技術(shù)，綜合基于軌道參數(shù)預(yù)計(jì)算系統(tǒng)、光學(xué)跟瞄如，星間鏈路在距離變化較大的情況下，可以根據(jù)距離預(yù)配置激測(cè)與管控系統(tǒng)，基于高可靠的信令技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)變監(jiān)測(cè)和維護(hù)，進(jìn)而通過自動(dòng)化的設(shè)備、鏈路、拓?fù)淇刂茀f(xié)議與算2.4.2.連接自動(dòng)調(diào)整關(guān)系動(dòng)態(tài)變化的特征。連接自動(dòng)調(diào)整是指根據(jù)動(dòng)態(tài)的通信業(yè)務(wù)需求和第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0的過程，用以在高動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)保障備業(yè)務(wù)感知的能力，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)識(shí)別業(yè)務(wù)流量的網(wǎng)頻傳輸、大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸、低時(shí)延工控操作等，根據(jù)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和徑、帶寬屬性進(jìn)行智能優(yōu)化和動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)端到端業(yè)務(wù)全生動(dòng)態(tài)連接切換技術(shù)，基于拓?fù)浠蚪K端的高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)特征，進(jìn)過日凌區(qū)激光信道劣化的特征，預(yù)先進(jìn)行業(yè)務(wù)路徑的切換，以避免日凌效2.5.超時(shí)空呈現(xiàn)圖8天地一體化固定通信網(wǎng)(F6G)超時(shí)空呈現(xiàn)能力示意圖域信息傳輸能力，結(jié)合新型的三維顯示技術(shù)，未來的通信網(wǎng)絡(luò)8。中，超時(shí)空呈現(xiàn)能力將充分連接三維空間的人和物，賦予用戶更加豐富第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.02.5.1.三維呈現(xiàn)裸眼化軍事等，要求能夠?qū)崿F(xiàn)3D場(chǎng)景的裸眼三維呈現(xiàn)，從而使得觀看者可以更加精確地捕行現(xiàn)場(chǎng)判斷。在傳統(tǒng)視頻圖像等呈現(xiàn)的基礎(chǔ)上，裸眼三維呈現(xiàn)的通和沉浸感以及通信的實(shí)時(shí)性特點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出了更高的需求。3D虛擬視頻相比，裸眼三維呈現(xiàn)傳輸?shù)牧髅襟w對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求將達(dá)Gbps。并且，隨著傳感器分辨率和視點(diǎn)數(shù)量的增加，在更高的分辨率和幀速率下，尤其通過采集端設(shè)備獲取對(duì)象信息，計(jì)算處理后，經(jīng)過編碼壓縮進(jìn)并顯示三維影像。為了減少整體時(shí)延，需要處理節(jié)點(diǎn)具有2.5.2.通信呈現(xiàn)聯(lián)動(dòng)化管道式的數(shù)據(jù)傳遞能力，為呈現(xiàn)端提供數(shù)據(jù)支撐。未來的超時(shí)空呈呈現(xiàn)獨(dú)立服務(wù)的方式，通信與呈現(xiàn)聯(lián)動(dòng)的技術(shù)將實(shí)現(xiàn)通信與呈現(xiàn)系維度的信息保持嚴(yán)格同步，并且在業(yè)務(wù)傳輸過程中，來自不同的各個(gè)并發(fā)媒體流之間需要保持相當(dāng)嚴(yán)格的同步。并且，還需要對(duì)多維交互式通信協(xié)議的支撐，實(shí)現(xiàn)連接感知的視頻傳輸和呈現(xiàn)感知的智延和抖動(dòng)。3.天地一體化光通信關(guān)鍵使能技術(shù)術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與發(fā)展需求，傳感、接入、傳送、組網(wǎng)與第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.03.1.多模態(tài)增強(qiáng)型通感一體技術(shù)3.1.1.通信感知一體化，技術(shù)使用光學(xué)設(shè)備與成像算法捕捉并分析多模態(tài)視覺信息，可用于醫(yī)虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。深度感知技術(shù)使用激光雷達(dá)、結(jié)構(gòu)光、飛行時(shí)間相使用環(huán)境光傳感器或紅外傳感器感知和測(cè)量環(huán)境的光照、溫度等參數(shù)，用于作為傳感器來感知環(huán)境中的各種物理量和參數(shù)。常見技術(shù)主技術(shù)，光纖拉曼散射以及光纖布里淵散射等。光纖傳感技術(shù)通過提合利用地面、空中和衛(wèi)星等多種通信資源，融合光感設(shè)備，構(gòu)建通信感知網(wǎng)絡(luò)體系并發(fā)展一體化結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在3.1.2.網(wǎng)絡(luò)化智能感知亟需構(gòu)建起廣覆蓋、高動(dòng)態(tài)、分布式的網(wǎng)絡(luò)感知信息采集與融合架先對(duì)傳感設(shè)備的性能提出更高的要求，通信頻段正經(jīng)歷著從微波到毫米波，再到THz的進(jìn)化與轉(zhuǎn)變，傳感設(shè)備的實(shí)時(shí)感知頻段范圍需要進(jìn)一步擴(kuò)大以。與此同時(shí)，電器件的處理帶寬與性能受限，微波光子技術(shù)有望成為處，第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0簡(jiǎn)單算法的管控機(jī)制將難以滿足愈加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，而基于數(shù)據(jù)融合、智能分析決策和協(xié)同管控，有望做到知全貌以控全局，應(yīng)3.2.天地融合廣覆蓋接入技術(shù)下一代PON技術(shù)是指下一代更高速率、更大容量、更靈活和更廣覆蓋范圍相關(guān)光接入網(wǎng)絡(luò)，用于將光信號(hào)傳輸?shù)接脩艏彝セ蚱髽I(yè)。隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、G/6G、4K/8K高清視頻等新興業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，光纖接入網(wǎng)，作為連接人、物和云互聯(lián)互通的“最后一公里”，正在演繹一場(chǎng)更高速率、更大容量、更靈活和更廣覆蓋范圍的深刻率，傳統(tǒng)的直調(diào)直檢方案很難達(dá)到接入網(wǎng)功率預(yù)算的要求。具有更高靈敏度的相干技術(shù)，開始逐步向短距應(yīng)用中滲透。為了滿足接入網(wǎng)功算的要求，將相干技術(shù)引入接入網(wǎng)，得到了越來越多研究人員的關(guān)注。下一代PON要包括降低高速器件的數(shù)量、帶寬及線性度的需求，通過先進(jìn)的靈活接入場(chǎng)景，需要重點(diǎn)解決下一代超100G或200G光接入靈敏度受限和動(dòng)態(tài)范圍受限問題。相關(guān)關(guān)鍵使能技術(shù)包括新型點(diǎn)到多點(diǎn)、低成本低復(fù)雜度、靈活接入、多維復(fù)用的G接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可變速率的靈活相干光接入。通過引入基于機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)人第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0工智能賦能的端到端優(yōu)化，有望實(shí)現(xiàn)聯(lián)合線性和非線性ISI均衡進(jìn)一步提升接入速率。通向時(shí)域、頻域、功率的多維度復(fù)用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高性能、高靈活和3.2.2.光與無線融合F6G作為信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施核心支撐，將與第六代移動(dòng)通信網(wǎng)協(xié)同為用戶提供“雙萬為提高家庭網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)品質(zhì)，光纖正從光纖到家庭(FTTH)延伸到房間，形成一種TRFTTR N采用分離式的管控架構(gòu)，兩種網(wǎng)絡(luò)的控制平面相互獨(dú)立，幾乎不交互信令，這嚴(yán)重制絡(luò)的架構(gòu)、協(xié)議、資源調(diào)度算法等，實(shí)現(xiàn)PON與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同優(yōu)化，提高融合網(wǎng)絡(luò)全面支持下一代時(shí)延敏感、高可靠新型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。3.3.物理層安全增強(qiáng)型傳輸技術(shù)3.3.1.全波段光傳輸輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要突破新波段光放大器、系統(tǒng)受激拉曼散射等非線性研究熱點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)擴(kuò)譜首先要突破的關(guān)鍵技術(shù)。新波段光放、新型的摻雜光纖制備工藝以及新型的光放大器架構(gòu)。鉍離第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0機(jī)理仍需進(jìn)一步探索。半導(dǎo)體光放大器則需要探究新的組阻礙全波段光傳輸實(shí)現(xiàn)另一重要因素，主要包括信道內(nèi)與波長(zhǎng)通道間的受激拉曼散射效應(yīng)。全波段系統(tǒng)中隨著波長(zhǎng)通道的增導(dǎo)致的系統(tǒng)性能劣化愈發(fā)嚴(yán)重，有效的非線性均衡和抑制技術(shù)是提括新型的非線性預(yù)編碼設(shè)計(jì)、非線性預(yù)均衡和補(bǔ)償技術(shù)、非線性動(dòng)全波段光傳輸實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)路徑，超低損大有效面積光E統(tǒng)向全波段光傳輸演進(jìn)，需要研究下一代超低損、大有效面積、低截光纖；此外，近幾年的研究熱點(diǎn)——反諧振空芯光纖是全波段光傳輸?shù)淖罾砉饫w低3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，各波段望突破100Tb/s的容量限制。新型反諧振結(jié)構(gòu)設(shè)3.3.2.天基量子密鑰分發(fā)現(xiàn)量子密鑰分發(fā)(QKD)，完成地面和空間之間安全、高效、可靠的密鑰協(xié)商和密鑰分發(fā)。天基量子密鑰分發(fā)利用自由空間低衰減、廣覆蓋的特點(diǎn)，可以克服地面光纖網(wǎng)絡(luò)QKD傳需要攻克星地量子密鑰分發(fā)與地星量子隱形傳態(tài)兩大關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)天基量子密鑰分發(fā)的下行鏈路。以星地量子密鑰分發(fā)中繼，可以實(shí)現(xiàn)地球上任意兩點(diǎn)的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范，為了提高星地量子密鑰分的覆蓋面積，可以通過發(fā)射更多的低用來實(shí)現(xiàn)天基量子密鑰分發(fā)的上行鏈路。地星量子隱形傳態(tài)采上接收的方式與地面站建立光鏈路。遠(yuǎn)距離量子隱形傳態(tài)能借助第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.03.3.3.空間激光內(nèi)生安全光束在空間中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且不依賴于附、傳防融合?？臻g激光內(nèi)生安全通信可基于統(tǒng)一的空間信道同時(shí)實(shí)全傳輸技術(shù)之一。通過使用加密算法，將信道中的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)方擁有密鑰才能還原原始信號(hào)，保障信號(hào)在傳輸過程中無法被未經(jīng)授權(quán)的同的協(xié)議來生成密鑰，以確保通信數(shù)據(jù)的保密性和完整性。密鑰協(xié)護(hù)通信的安全性和物理層特征的內(nèi)生安全技術(shù)將數(shù)據(jù)安全與通信的物理特征緊密關(guān)聯(lián)在一起，攻現(xiàn)為信號(hào)狀態(tài)的異常。因此，內(nèi)生安全技術(shù)也為網(wǎng)絡(luò)攻擊的主動(dòng)識(shí)別創(chuàng)造3.4.天地一體化高動(dòng)態(tài)組網(wǎng)技術(shù)3.4.1.高動(dòng)態(tài)衛(wèi)星管控間上的分布尺度遠(yuǎn)超過地面光通信網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)模式在時(shí)空分布特點(diǎn)、帶寬、時(shí)延要求方面和地面互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式也對(duì)我國(guó)而言，境外部署地面通信節(jié)點(diǎn)困難，構(gòu)建具有“天基組網(wǎng)、天地一體”的天基寬第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0態(tài)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星數(shù)量較多，并且衛(wèi)星之間的鏈路狀態(tài)可，動(dòng)態(tài)路由和鏈路管理技術(shù)是關(guān)鍵的，可以根據(jù)實(shí)時(shí)的鏈路質(zhì)量和網(wǎng)據(jù)。理地分配和調(diào)度衛(wèi)星資源，如帶寬、功需求和網(wǎng)絡(luò)的性能要求。資源分配和調(diào)度算法需要考慮衛(wèi)星之?dāng)?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托?，自適應(yīng)調(diào)制和編碼技術(shù)可以根據(jù)當(dāng)前的調(diào)度：動(dòng)態(tài)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星軌道會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化，因此需要3.4.2.光網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生規(guī)模性的網(wǎng)絡(luò)故障帶來的業(yè)務(wù)中斷將給互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性提出了極高的要求。為了增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜光網(wǎng)絡(luò)的管用網(wǎng)絡(luò)資源以提升網(wǎng)絡(luò)容量，智慧光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建迫在眉睫，基于數(shù)據(jù)集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)每一條鏈路進(jìn)行數(shù)字化同步映射，為網(wǎng)絡(luò)管控提供盒孿生模型是構(gòu)建全生命周期數(shù)字孿生系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它可以解決傳統(tǒng)模型(白盒)的精度問題和機(jī)器學(xué)習(xí)模型(黑盒)的泛化性問題?；益溌返奶匦?，對(duì)光纖、光放大器、波長(zhǎng)選擇開關(guān)和光收發(fā)機(jī)等關(guān)鍵模。各模塊基于特有的物理特性建立的傳統(tǒng)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)模型相融合，從而實(shí)和高泛化性。其次，為了滿足網(wǎng)絡(luò)管控速度的要求，需要降低模型的的耦合需要進(jìn)一步結(jié)合波形仿真模型和性能計(jì)算模型，達(dá)到復(fù)雜度和第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0，針對(duì)各模塊之間的相關(guān)性，需要建立端到端的聯(lián)合校準(zhǔn)機(jī)制，提理層采集大量實(shí)時(shí)成復(fù)雜且不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)具有相關(guān)性，因此可以在光域、電域和數(shù)字域干光通信系統(tǒng)中的數(shù)字信號(hào)處理算法為監(jiān)測(cè)鏈路各類損傷提供了新的可據(jù)融合方法結(jié)合光域和電域數(shù)據(jù)，充分利用物理效應(yīng)間的強(qiáng)耦合性，從而每一條鏈路的全生命周期數(shù)字孿生。在線學(xué)習(xí)可基于遷移學(xué)習(xí)更新，主要校準(zhǔn)模型的不準(zhǔn)確性和參數(shù)的不準(zhǔn)確性。此外，在序列分析技術(shù)研究光物理層器件變化規(guī)律，構(gòu)建預(yù)測(cè)未來系統(tǒng)署數(shù)字孿生模型時(shí)，還需要研究如何衡量在線學(xué)習(xí)過程中模型3.5.三維全息呈現(xiàn)技術(shù)3.5.1.內(nèi)容采集與處理三維全息呈現(xiàn)所需的動(dòng)態(tài)三維內(nèi)容又稱作“體積視頻”(VolumetricVideo)，其采集方式可以分為純彩色相機(jī)陣列(RGB)采集和深度相機(jī)+彩色相機(jī)陣列(RGBD)采集。幾十甚至上百個(gè)彩色相機(jī)從多個(gè)角度捕捉人像和表演，為了后期方周圍布置綠幕。拍攝時(shí)，通過時(shí)間控制器控制相機(jī)陣列同步啟動(dòng)拍攝。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景等不同，彩色相機(jī)陣列又可分為局部圍繞式和360°圍繞式。相較于純流的做法是通過深度相機(jī)搭載彩色相機(jī)陣列來完成。和單純用彩色上深度相機(jī)后，生成的人物三維數(shù)據(jù)更加精細(xì)，細(xì)節(jié)表現(xiàn)會(huì)更好。例如臉部機(jī)陣列的被動(dòng)式和深度相機(jī)加彩色相機(jī)的主動(dòng)式。被動(dòng)式三維重建算法則是直接根據(jù)2D圖片信息，而不依靠發(fā)射信號(hào)，對(duì)物體進(jìn)行重建。如SfM(StructurefromMotion)，主要第六代固定通信網(wǎng)(F6G)白皮書V1.0和稀疏點(diǎn)云為輸出。由于SfM算法得到的點(diǎn)云是稀疏的，因此需要再進(jìn)行MVS(MultiViewStereo)算法對(duì)稀疏點(diǎn)云進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為稠過傳感器對(duì)物體發(fā)射信號(hào)，通過解析返回的信號(hào)對(duì)物體進(jìn)射到被拍攝物體上，然后由紅外相機(jī)進(jìn)行拍攝，獲取被拍攝物體上編3.5.2.三維渲染像數(shù)據(jù)經(jīng)過算法處理后，生成的數(shù)據(jù)模型使用渲染技術(shù)在顯示要有多視圖立體渲染技術(shù)和多平面圖像技術(shù)。多視圖立體渲染技術(shù)主要用于虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)設(shè)備的圖像渲染。當(dāng)圖像通過虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡等設(shè)備呈現(xiàn)在人眼直接決定用戶的觀看感受。在該類設(shè)備上，圖形硬件廠商在提升種基于圖像渲染環(huán)境復(fù)雜真實(shí)場(chǎng)景的技術(shù)。例如在渲染具有遮擋挑戰(zhàn)