【国家电网（丁慧霞）】2024年面向电力行业的星地融合无线通信技术研究报告

报告摘要

面向电力行业的星地融合无线通信技术研究总结

核心内容概述

本研究聚焦于面向电力行业的星地融合无线通信技术，旨在通过整合卫星通信与地面通信资源，构建高效、安全、灵活的通信网络，以满足电力行业在广域连接、应急通信、极端环境下的通信需求。研究涵盖背景及业务需求、组网及关键技术、下一步研究方向等方面。

主要观点与关键信息

1. 背景及业务需求

空天资源竞争加剧：频率和轨道资源成为国际竞争焦点，卫星发射成本下降，推动天地一体化信息网络发展。
国内卫星通信发展历程：
- 2000年之前：技术探索阶段。
- 2000-2014年：技术转化阶段。
- 2014-2020年：商业化加速阶段。
- 2020年以来：快速发展阶段，形成较为完整的卫星产业链。
国际应用案例：如Starlink星链计划，SpaceX推出“星盾计划”用于政府和国防通信。
国内应用进展：北斗、天通一号实现军民两用，Mate 60 Pro实现卫星通信功能，天启低轨物联网星座提供全球覆盖服务。
电力行业应用需求：
- 广域连接：解决偏远地区、海上风电、小水电站等通信覆盖不足问题。
- 灵活快捷：应对自然灾害导致的“断路、断电、断网”问题，实现通信链路备份保障。
电力行业应用问题：
- 卫星通信资源主要用于军工，电力行业应用模式较少。
- 电力行业对通信的差异化需求与现有卫星通信能力不匹配。
- 成本高、流量费用高，产业规模化不足。
- 现场通信受雨衰、对星等问题影响，成功率不高。
- 无法组成互联互通的卫星通信系统。
- 缺乏差异化服务和安全分区隔离能力。
- 应用标准不完善。

2. 组网及关键技术

差异化电力业务分类：
- I型业务：强隔离、小颗粒、时延敏感（≤100ms），如配电自动化、精准负荷控制。
- II型业务：弱隔离、大颗粒、时延不敏感（>100ms），如无人机巡检、视频监控。
- III型业务：弱隔离、小颗粒、时延不敏感（>100ms），如用电信息采集、状态监测。
可用的卫星通信资源：
- 频谱资源：VHF、L、S、C、X、Ku、Ka、Q等频段，部分频段已接近饱和。
- 载荷资源：包括透明转发器、处理转发器和柔性转发器。
- 卫星资源：可通过租用转发器、共建MEO、独立发射、租用流量等方式构建通信卫星资源池。
电力星地融合通信架构：
- 支持多分区卫星通信网络，通过卫星透明转发接入地面核心网。
- 星上再生技术实现基带信息解调、星间路由、接入控制和无线资源管理。
- 建设统一服务平台，实现异构星地融合网络的统一管控和资源弹性调度。
关键技术研究：
- 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，支持星地动态关系构建和高动态拓扑结构下的灵活实时协同。
- 网络安全技术：构建“信任+安全”可信安全体系，包括数据加密、二次鉴权、访问控制、态势感知、专属信关站等。
- 频谱共享与基站上星：3GPP NR-NTN推动星地频谱共享，部分基站上星以提升资源利用率和抗干扰能力。

3. 下一步研究方向

技术演进：未来系统融合将实现统一空口技术、统一网络架构、统一智能管控和多样接入。
标准制定：开展电力行业卫星通信标准体系研究，制定《卫星互联网电力应用》系列标准，涵盖通信终端、通信安全、地面信关站、EP-VDES系统、卫星服务平台等方面。
合作推进：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《面向电力行业的星地融合无线通信技术研究》课题，推动标准化和产业化进程。
频谱管理：优化频谱利用，提升星地频谱共享网络的抗干扰性能，合理分配频谱资源，解决频谱利用率低的问题。