前言

提到“天基传输网络”，大家也许比较陌生，可以将其理解为各类高/中/低轨卫星通信系统、高/中/低轨卫星中继系统，以及着眼于未来发展，极有可能形成的卫星通信和中继融合系统的总称。当前的卫星通信系统以基于单星转发器的地球站间组网为主要模式；而卫星中继系统则以同一时刻跟踪单目标或者极少数目标为主要模式。随着通信卫星和中继卫星轨道越来越多样，尤其是轨道向更低、数量更多方向发展以及星载天线由机械式向相控阵扫描式方向发展，星间星地一体化组网、海量人机物一体化组网能力特征凸显。因此本书将这些系统统称为天基传输网络，以强调“网络化”的发展趋势。

讨论与天基传输网络密切相关的概念时，不得不提“互联网”“卫星互联网”以及“移动互联网”。“互联网”可以有两种理解：一种是广义的理解，即认为它是所有互联网的总称，包括基于固定网的互联网、基于移动通信网的移动互联网，以及基于卫星通信网的卫星互联网；另一种是比较狭义的理解，即认为它是基于固定网的互联网。基于固定网的互联网是互联网的最早形态，也是互联网的基础，移动互联网的终端虽然是移动的，但是需要依托基站和地面基础承载网来实现。当今时代的确可以说是互联网“一统天下”、移动互联网“攻城略地”、卫星互联网“开疆拓土”的时代。2021年8月27日，中国互联网络信息中心发布的《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2021年6月，我国网民规模达10.11亿人，其中100Mbit/s及以上接入速率的固定宽带用户数接近5亿。据工业和信息化部统计，截至2021年9月，我国移动电话基站总数达969万个，其中4G基站总数为586万个，占比约为60.5%;5G基站总数为115.9万个，占比约为12.0%。移动电话用户规模为16.43亿，人口普及率升至116.3部/百人，高于全球的104.3部/百人。其中，4G和5G用户数分别达到10.69亿和3.55亿，两者在移动电话用户数中合计占比达86.7%。尽管固定网的互联网和移动互联网已经非常发达，但是由于网络的距离和布设条件限制，其只能覆盖地球陆地面积的20%、地球表面的5.8%，这无疑促进了卫星互联网的快速发展。

前面已经提到，天基传输网络是卫星互联网的基础网络，正像移动通信网是移动互联网的基础网络一样。显然卫星互联网是传统互联网、移动互联网的立体延伸，向全球的远距离大覆盖延伸主要依靠卫星通信网，而向空间纵深延伸则依赖太空领域的新发展，比如太空航天器组网、多层星座组网，以及通信中继融合等的发展均将牵引卫星互联网向太空纵深发展，而这种纵深的网络构建可能需要更多的创新技术，如协议技术、高动态接入技术等。无论是互联网、移动互联网还是卫星互联网，其构成都是基础网络+互联网信息服务系统。近年，互联网信息服务系统蓬勃发展，已经有了相当成熟的应用。这些互联网信息服务系统可以跨固定网、移动网、天基网统一应用。因此卫星互联网需要重点解决的瓶颈是天基传输网络构建，这也是选择“天基传输网络”作为本书名字的原因所在。尽管基于卫星通信网的卫星互联网在20世纪就被提出了，但在今天数字化、全球化的背景下，卫星互联网有了超出传统卫星通信系统支持互联网应用的新的服务能力需求，包括全球化服务能力、高速率与低成本产业化能力、高质量用户体验能力。本书正是从传统卫星通信能力、未来高质量支持卫星互联网应用能力出发，给出了各类天基传输网络的核心关键设计内容。

本书共有9章内容，内容安排由孙晨华同志提出和确定。从概念内涵到核心体制协议，再到未来发展终端，从已经完成的系统到即将建设的系统，再到未来建设系统的相关技术，在本书均能找到支撑。

第1章详细梳理、分析了天地一体化、天基传输网络、卫星互联网等诸多概念，并加以解释，给出了“技术体制”的内涵，由孙晨华同志编写。

第2章全面梳理了国内外天基传输网络的发展情况，包括空间段及网络发展脉络，对读者了解行业现状和发展趋势十分有利。本章由孙晨华同志编写，尹波同志、贾钢同志做了很多补充工作。

第3章基于全球覆盖的设定，给出了典型星座构型设计。本章由孙晨华同志提出目录和编写要点，审核把关全部内容；周红彬同志编写大部分内容；孙晨华同志编写第3.3节，并由周红彬同志做补充。

第4章总结了当前和未来发展涉及的传输体制相关内容，包括调制解调、编译码、多址方式等，由孙晨华同志提出目录和编写要点，贾钢同志编写大部分内容。

第5章的内容是设计天基传输网络必然涉及的链路预算，给出了基于不同类型卫星和网络的链路传输模型，特别体现了各类模型的差异，从工程应用的角度给出了必要的经验值。本章目录和编写要点由孙晨华同志提出，章劲松同志编写大部分内容，孙晨华同志进行内容审核、补充完善。

第6章的内容是作者对各类天基传输网络路由交换的深刻理解和机理总结，对基于透明转发器、单星处理转发器、多星组网转发器的整个网络路由交换体制进行了详细说明。本章由孙晨华同志和尹波同志编写。

第7章系统地介绍了地面网络协议、天基传输网络协议。之所以介绍地面网络协议，是因为天基传输网络协议与地面网络协议具有高度的关联性和融合性；同时给出了现有天基传输网络协议，也给出了未来天基传输网络协议，尤其是提出了控制与数据分离的软件定义天基网络协议模型。本章目录和编写要点由孙晨华同志提出，尹波同志编写大部分内容。

第8章从网络特点、站型、典型应用方面多层次、多角度给出了多个行业的典型网络构建方案构想，由孙晨华同志编写。

第9章给出了天基传输网络未来两个发展重点，一是网络融合和网信融合方向，二是人工智能技术应用方向，希望更多人参与研究，共同推动行业发展。本章由孙晨华同志编写。

贾钢同志配合孙晨华同志对全书进行了审查修改、补充完善。特别地，对中国电科网络通信研究院（中国电科54所）卫星通信专业部天基网络协议创新工作室张亚生及全体同志表示感谢，感谢他们多年来为本书涉及的成果付出的心血和智慧。

本书也是孙晨华同志带领中国电科网络通信研究院卫星通信专业部从事多年工程和新技术研究的总结。特别对卫星通信专业部的全体同志表示感谢！

在本书编写过程中，作者参考了很多国内外著作和文献，在此对这些参考文献的作者表示感谢！

由于时间仓促，作者对内容的表达缺乏反复仔细推敲，书中语句可能不够精练和准确，同时难免存在疏漏和错误，敬请读者批评指正。

作者

2022年3月