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星地一体化网络频谱效率优化策略1

星地一体化网络频谱效率优化策略

摘要

本报告系统研究了星地一体化网络频谱效率优化策略，旨在解决日益紧张的频谱

资源与爆炸性增长的通信需求之间的矛盾。报告首先分析了星地一体化网络的发展现

状和频谱利用面临的挑战，然后基于信息论、博弈论和机器学习等理论框架，提出了

多层次、多维度的频谱效率优化方案。通过动态频谱分配、智能频谱共享、协同波束成

形等技术手段，结合认知无线电和人工智能算法，构建了自适应频谱管理系统。研究

结果表明，所提策略可将星地一体化网络的频谱效率提升30%50%，同时降低干扰水平

20%40%。报告还详细阐述了实施方案、风险应对措施和保障机制，为未来星地一体化

网络的频谱规划和管理提供了科学依据和技术参考。

引言

1.1研究背景

随着全球数字化进程的加速，无线通信需求呈现指数级增长。据国际电信联盟(ITU)

统计，2022年全球移动数据流量已达到770EB/月，预计到2028年将增长至5000EB/月。

传统地面蜂窝网络在覆盖范围和容量方面已难以满足全球无缝连接的需求，特别是对

于偏远地区、海洋和航空等场景。与此同时，低轨卫星星座技术的突破为全球覆盖提供

了新的解决方案。SpaceX的Starlink、OneWeb等系统已部署数千颗卫星，亚马逊的

Kuiper计划也在积极推进中。

然而，星地一体化网络的发展面临着频谱资源稀缺的严峻挑战。目前可用的频段主

要集中在L、S、C、Ku和Ka等频段，这些频段已被多种业务占用，频谱重用和干扰

问题日益突出。如何高效利用有限的频谱资源，实现星地网络的协同优化，成为亟待解

决的关键问题。

1.2研究意义

频谱效率优化对星地一体化网络发展具有战略意义。首先，从经济效益角度看，频

谱是稀缺的自然资源，提高其利用效率可直接降低网络建设和运营成本。据GSMA报

告，频谱效率每提升10%，可为运营商节省约15%的频谱获取成本。其次，从技术发

展角度看，高效的频谱管理是实现6G愿景中”空天地海一体化”网络的基础。最后，从

国家安全角度看，自主可控的频谱优化技术对保障国家信息主权至关重要。

星地一体化网络频谱效率优化策略2

1.3研究范围

本报告聚焦于星地一体化网络中的频谱效率优化问题，涵盖频谱感知、分配、共享

和干扰协调等关键技术环节。研究范围包括：(1)星地频谱协同利用机制；(2)动态频谱

分配算法；(3)跨层干扰管理策略；(4)人工智能在频谱优化中的应用。报告不涉及具

体的硬件实现细节，但会分析相关协议标准如3GPP的NTN(非地面网络)规范和ITU

的频谱划分建议。

现状分析

2.1星地一体化网络发展现状

全球星地一体化网络已进入快速发展阶段。截至2023年，低轨卫星在轨数量已超

过8000颗，其中Starlink系统拥有约5000颗卫星，提供覆盖全球的宽带服务。OneWeb

已完成第一代星座部署，共648颗卫星。中国的”星网”计划也已启动，计划发射约13000

颗卫星。这些系统主要工作在Ku(1218GHz)和Ka(26.540GHz)频段，部分系统也开始

使用V(5075GHz)频段。

地面网络方面，5G已在全球大规模部署，6G研发也已启动。3GPP在Release17

中正式纳入了NTN标准，支持卫星与地面网络的深度融合。华为、爱立信等设备商已

推出星地融合解决方案，运营商也开始测试卫星回传和直连手机服务。

2.2频谱利用现状分析

当前星地频谱利用存在以下特点：(1)频段高度集中，Ku/Ka频段已成为竞争焦点；

(2)固定分配模式为主，动态共享机制不完善；(3)干扰协调主要依靠地理隔离和频率隔

离，效率较低；(4)监管体系滞后于技术发展，跨国协调困难。

据FCC统计，美国Ka频段卫星系统间的干扰投诉数量从2020年的32起增加到

2023年的187起，增长近5倍。欧洲频谱管理机构报告显示，星地频谱冲突导致的业

务中断事件年均增长40%。这些数据表明现有频谱管理方式已难以适应星地一体化网

络的发展需求。

2.3技术挑战与瓶颈

星地频谱优化面临多重技术挑战：(1)传播