专栏：面向空天地海一体化的低轨卫星通信关键技术 2026(3)
发刊词
目前，发展低轨卫星通信已成为下一代信息技术竞争新高地。构建空天地海一体化网络是 6G 愿景之一，也是实现万物智联的重要手段。 为此，特筹办并出版《面向空天地海一体化的低轨卫星通信关键技术》专栏。内容紧扣行业热点，涵盖基于关键节点牵制控制的巨型星座网络路由方法、面向低轨卫星太赫兹通信的 OTFS 波形联合设计与优化以及基于 Newton˗Raphson 算法的低复杂度编码辅助载波同步算法研究等。 我们谨向关心与支持本专栏创办的各级领导、行业专家及学术同仁致以最诚挚的谢意并特别感谢所有投稿作者的贡献与付出！愿我们携手共进，不断推动面向空天地海一体化的低轨卫星通信关键技术的突破与应用。 【主编简介】 张更新，南京邮电大学教授、博士生导师。长期从事卫星通信方面的教学和科研工作，出版学术著作 5 部，发表三大检索论文 100 多篇；作为课题负责人完成科研项目 30 多项，获省部级科技进步一等奖 1 项、二等奖 8 项、三等奖 3 项，授权国家发明专利 40 多项。 丁晓进，南京邮电大学教授、博士生导师。长期从事卫星通信、卫星物联网、卫星频谱感知等方向的研究。近 5 年主持国家自然科学基金、民用航天预先研究项目、企业委托项目等科研项目 10 余项，在相关期刊和会议上发表学术论文 30 多篇，参与出版专著 2 部，授权国内外发明专利 20 项，获科研奖励 5 项。
文章列表
2026, 24(3):275-280.
DOI: 10.11805/TKYDA2025094
摘要:
随着卫星通信需求的快速增长，频谱资源紧张问题日益突出。为保证系统带宽的充分利用，减少相邻22n阶正交幅度调制(QAM)叠加方案间的性能跨度，本文研究基于22n+1阶的叠加32QAM方案在非正交多址接入(NOMA)的卫星网络中的应用。首先，设计一个由新8QAM和正交相移键控(QPSK)叠加而成的32QAM星座，并在两用户间采用联合编码的方式实现8QAM信号的旋转。然后，为了获得最佳叠加星座，以最大化星座约束(CC)容量为目标，在高信噪比(SNR)条件下简化了最佳功率分配算法。仿真结果表明，在互信息(MI)大于4.98时，所提方案相比方形8QAM+QPSK方案的功率系数比值范围大0.29，误码率(BER)性能均优于其他3种方案(方形8QAM+QPSK，传统8QAM+QPSK，叠加32PSK）。
随着卫星通信需求的快速增长，频谱资源紧张问题日益突出。为保证系统带宽的充分利用，减少相邻22n阶正交幅度调制(QAM)叠加方案间的性能跨度，本文研究基于22n+1阶的叠加32QAM方案在非正交多址接入(NOMA)的卫星网络中的应用。首先，设计一个由新8QAM和正交相移键控(QPSK)叠加而成的32QAM星座，并在两用户间采用联合编码的方式实现8QAM信号的旋转。然后，为了获得最佳叠加星座，以最大化星座约束(CC)容量为目标，在高信噪比(SNR)条件下简化了最佳功率分配算法。仿真结果表明，在互信息(MI)大于4.98时，所提方案相比方形8QAM+QPSK方案的功率系数比值范围大0.29，误码率(BER)性能均优于其他3种方案(方形8QAM+QPSK，传统8QAM+QPSK，叠加32PSK）。
2026, 24(3):299-313.
DOI: 10.11805/TKYDA2025233
摘要:
针对电网监测信息在偏远及灾害地区传输能力不足的问题，提出一种面向电网应急监测的低轨卫星(LEO)物联网传输方法。通过引入重传次数与退避时间等关键发射参数，构建多级别的电网应急监测信息优先级调度机制，保障不同紧急等级信息在传输过程中的准确性和实时性。考虑到卫星/无人机通信信道的高度动态特性，提出一种卫星物联网信号闭环解调方法以对抗信道的动态多普勒频偏。该方法通过快速傅里叶变换(FFT)解调判决中主峰和副峰间的关系提取动态多普勒频移信息，并将其通过反馈回路动态补偿到后续符号的解调过程，从而提升物联信号在高动态信道下的误码性能。为验证所提方法的有效性，本文结合Matlab仿真与现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台进行综合性能评估。仿真与FPGA实验结果表明，所提闭环解调方案在误码性能上显著优于传统方法。在误码率(BER)为10?3、扩展因子(SF)为9时，相较传统方案可获得约2 dB的信噪比(SNR)增益，且随着信噪比的提升，该方案误码率不再出现地板效应。
针对电网监测信息在偏远及灾害地区传输能力不足的问题，提出一种面向电网应急监测的低轨卫星(LEO)物联网传输方法。通过引入重传次数与退避时间等关键发射参数，构建多级别的电网应急监测信息优先级调度机制，保障不同紧急等级信息在传输过程中的准确性和实时性。考虑到卫星/无人机通信信道的高度动态特性，提出一种卫星物联网信号闭环解调方法以对抗信道的动态多普勒频偏。该方法通过快速傅里叶变换(FFT)解调判决中主峰和副峰间的关系提取动态多普勒频移信息，并将其通过反馈回路动态补偿到后续符号的解调过程，从而提升物联信号在高动态信道下的误码性能。为验证所提方法的有效性，本文结合Matlab仿真与现场可编程门阵列(FPGA)硬件平台进行综合性能评估。仿真与FPGA实验结果表明，所提闭环解调方案在误码性能上显著优于传统方法。在误码率(BER)为10?3、扩展因子(SF)为9时，相较传统方案可获得约2 dB的信噪比(SNR)增益，且随着信噪比的提升，该方案误码率不再出现地板效应。
2026, 24(3):265-274.
DOI: 10.11805/TKYDA2025080
摘要:
作为现代通信网络的重要组成、国际竞争的重要领域，卫星通信面临着日益严峻的干扰威胁，其安全性、可靠性面临严重挑战。在此背景下，干扰感知技术成为保障通信可靠性的关键手段，具有重要的现实意义和应用前景。本文首先对几类卫星通信干扰信号进行全面分析，在此基础上，从干扰检测、识别、定位3个角度探讨卫星通信干扰感知的相关技术研究现状，以及各类技术在当前干扰环境下的优势与局限，最后对干扰感知技术的后续发展方向进行了简要的展望。
作为现代通信网络的重要组成、国际竞争的重要领域，卫星通信面临着日益严峻的干扰威胁，其安全性、可靠性面临严重挑战。在此背景下，干扰感知技术成为保障通信可靠性的关键手段，具有重要的现实意义和应用前景。本文首先对几类卫星通信干扰信号进行全面分析，在此基础上，从干扰检测、识别、定位3个角度探讨卫星通信干扰感知的相关技术研究现状，以及各类技术在当前干扰环境下的优势与局限，最后对干扰感知技术的后续发展方向进行了简要的展望。
2026, 24(3):314-323.
DOI: 10.11805/TKYDA2025200
摘要:
编码辅助载波同步可以充分利用译码过程的数据符号软值信息进行载波参数估计，在低信噪比条件下展现出优异性能。经典的编码辅助载波同步方法主要通过期望最大算法或其级数展开近似求解包含隐变量的非线性方程，但存在复杂度较高或估计精度有限的问题。本文利用极坐标形式下对数似然函数导数的雅可比矩阵易于推导的特点，使用Newton-Raphson迭代算法对非线性函数进行求解，在保持参数估计性能不降低的条件下，大幅降低了编码辅助载波同步参数估计的计算复杂度。计算机仿真表明，本文算法可在误码率性能与期望最大算法相当的情况下，大幅降低计算复杂度，接近级数展开近似算法，可适用于二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、正交振幅调制(QAM)等单载波线性调制系统。
编码辅助载波同步可以充分利用译码过程的数据符号软值信息进行载波参数估计，在低信噪比条件下展现出优异性能。经典的编码辅助载波同步方法主要通过期望最大算法或其级数展开近似求解包含隐变量的非线性方程，但存在复杂度较高或估计精度有限的问题。本文利用极坐标形式下对数似然函数导数的雅可比矩阵易于推导的特点，使用Newton-Raphson迭代算法对非线性函数进行求解，在保持参数估计性能不降低的条件下，大幅降低了编码辅助载波同步参数估计的计算复杂度。计算机仿真表明，本文算法可在误码率性能与期望最大算法相当的情况下，大幅降低计算复杂度，接近级数展开近似算法，可适用于二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、正交振幅调制(QAM)等单载波线性调制系统。
2026, 24(3):289-298.
DOI: 10.11805/TKYDA2025087
摘要:
随着6G通信对高频谱效率(>10 bps/Hz)与超高可靠性(比特误码率(BER)<10??)的需求，本文针对低轨卫星(LEO)太赫兹通信中1.2 MHz多普勒频移、120 μs时延扩展及功放非线性(峰均比(PAR)<4 dB)等，提出正交时频空(OTFS)波形联合设计方案。通过分数阶傅里叶变换(FrFT)实现亚网格级信道估计(误差3 kHz）；结合256单元智能反射面(IRS)辅助的时空?频三维波束成形架构，设计黎曼流形约束的恒包络预编码算法。仿真验证证明，在0.3 THz频段、7 km/s相对速度下，系统误码率降至1×10??，峰均比优化至3.5 dB，频谱效率达12.4 bps/Hz，较传统正交频分复用(OFDM)提升40%，同时功放效率从12.7%提升至78.4%。该方案通过第三代合作伙伴计划(3GPP)非地面网络(NTN)信道模型验证，为6G星地融合通信提供了兼具高鲁棒性与功率效率的波形解决方案。
随着6G通信对高频谱效率(>10 bps/Hz)与超高可靠性(比特误码率(BER)<10??)的需求，本文针对低轨卫星(LEO)太赫兹通信中1.2 MHz多普勒频移、120 μs时延扩展及功放非线性(峰均比(PAR)<4 dB)等，提出正交时频空(OTFS)波形联合设计方案。通过分数阶傅里叶变换(FrFT)实现亚网格级信道估计(误差3 kHz）；结合256单元智能反射面(IRS)辅助的时空?频三维波束成形架构，设计黎曼流形约束的恒包络预编码算法。仿真验证证明，在0.3 THz频段、7 km/s相对速度下，系统误码率降至1×10??，峰均比优化至3.5 dB，频谱效率达12.4 bps/Hz，较传统正交频分复用(OFDM)提升40%，同时功放效率从12.7%提升至78.4%。该方案通过第三代合作伙伴计划(3GPP)非地面网络(NTN)信道模型验证，为6G星地融合通信提供了兼具高鲁棒性与功率效率的波形解决方案。
2026, 24(3):281-288.
DOI: 10.11805/TKYDA2025254
摘要:
巨型星座网络中的路由方法对网络性能至关重要，也极具挑战性。动态拓扑变化会带来大量状态交互和路由更新开销，且对路由收敛时间要求更高。本文从复杂网络理论的角度出发，提出了适用于巨型星座网络的一种基于牵制控制的路由选择方法。在巨型星座网络的分布式控制框架中，基于最大本地流量(MLT)选择少量关键节点，通过控制这些节点的状态实现可扩展路由。仿真结果表明，所提路由选择方法的性能能够达到或超过现有路由方法，且路由信息交互开销也更小，验证了其作为一种新型的路由控制范式的有效性。
巨型星座网络中的路由方法对网络性能至关重要，也极具挑战性。动态拓扑变化会带来大量状态交互和路由更新开销，且对路由收敛时间要求更高。本文从复杂网络理论的角度出发，提出了适用于巨型星座网络的一种基于牵制控制的路由选择方法。在巨型星座网络的分布式控制框架中，基于最大本地流量(MLT)选择少量关键节点，通过控制这些节点的状态实现可扩展路由。仿真结果表明，所提路由选择方法的性能能够达到或超过现有路由方法，且路由信息交互开销也更小，验证了其作为一种新型的路由控制范式的有效性。
