上海高研院在新一代星地通信技术领域取得重要进展

近日，由中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）智能信息中心胡宏林/徐天衡研究员团队在新一代星地通信技术领域取得重要进展。该研究面向使能6G泛在连接典型场景的星地通信关键技术，聚焦超密集低轨卫星星座部署下的多星覆盖场景，创新性提出了智能超表面辅助多星协作的下行传输技术。研究结合多星协作波束赋形和智能超表面无源波束赋形，设计了联合波束赋形算法以提升星地下行传输的频谱效率；进一步地提出了基于星地视距传输条件的低复杂度算法和分布式联合波束赋形设计以降低计算复杂度。与多种基准传输机制对比，所提技术均可获得星地下行通信频谱效率的显著提升，具备较高的实用价值。相关成果以“Reconfigurable Intelligent Surface-Assisted Multi-Satellite Cooperative Downlink Beamforming”为标题，发表于电信学领域旗舰期刊上IEEE Internet of Things Journal。

构建无缝覆盖的空天地一体化网络是支持6G泛在连接、保证用户随遇接入的关键所在。卫星网络因其广域覆盖特性引起了全球范围内的新一轮技术竞争和产业布局。国务院在“十四五”数字经济发展规划中明确强调要“加快布局卫星通信网络等，推动卫星互联网建设”，指明了空间信息基础设施升级的方向。中国科学院将新体制天基云关键技术攻关与示范系统作为抢占科技制高点的主攻方向之一并予以格外重视，星地通信成为实现天基信息系统从“网”到“云”跨越的重要支撑。星地通信因卫星与地面终端之间的复杂电磁波传播环境面临包括严重路径损耗在内的诸多挑战，此外，星地通信还面临卫星载荷资源、卫星轨道资源以及频谱资源等多种可获得资源的有限性。如何在上述制约的背景下提高星地通信的可实现速率以提升星地下行传输的频谱效率、保证星地通信服务质量是新一代星地通信技术的关键问题。

超密集低轨卫星星座的部署为高容量低时延的卫星接入提供了新的机遇，但随之而来的多重覆盖场景下泛在用户面临星间干扰问题。多星协作传输基于协作多点等技术理念将干扰信号转为增强信号以提升多重覆盖场景下的用户接收信号强度；进一步地，将6G新物理维度无线传输技术智能超表面引入多星协作的星地通信链路，研究多星协作和智能超表面的联合波束赋形设计以提升星地通信频谱效率，这不仅顺应全球卫星网络加速建设的科技趋势，更契合我国卫星网络新型基础设施建设的发展需求。

本研究由上海高研院团队牵头，联合芬兰国家技术研究中心团队、日本电气通信大学团队、上海大学团队等共同合作完成。其中，高研院智能信息中心研究生冯凯为论文第一作者，高研院徐天衡研究员及上海大学周婷教授为共同通讯作者。本研究工作获得了国家青年人才托举计划、上海市优秀学术/技术带头人计划、中国科学院未来网络国际伙伴计划等项目的资助支持。

图 1 智能超表面辅助多星协作下行传输的系统模型

图 2 所提技术与多种基准传输机制的可实现速率对比（所提技术为蓝色实线）