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1、 1 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 天地一體化光通信技術 信息光子學與光通信全國重點實驗室 2023 年 11 月 4 日 信息光子學與光通信全國重點實驗室 2 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 目錄 1.固定通信網技術概述.4 1.1.固定通信網演進歷程固定通信網演進歷程.4 1.1.1.固定通信網.4 1.1.2.F5G 與 F5.5G.5 1.1.3.F6G.6 1.2.固定通信網面臨的挑戰固定通信網面臨的挑戰.7 1.2.1.覆蓋能力.7 1.2.2.生存能力.8 1.2.3.連接能力.9 1.2.4.智能能力.10

2、1.2.5.安全能力.10 2.天地一體化網絡發展需求.12 2.1.高速率全域接入高速率全域接入.12 2.1.1.廣覆蓋.12 2.1.2.大帶寬.13 2.2.大容量安全傳輸大容量安全傳輸.14 2.2.1.大容量.15 2.2.2.高安全.15 2.3.高動態智能組網高動態智能組網.16 2.3.1.強智能.17 2.3.2.高可靠.17 2.4.多模態主動感知多模態主動感知.17 2.4.1.通感一體.18 2.4.2.主動感知.19 2.5.超時空全息呈現超時空全息呈現.19 2.5.1.裸眼 3D.20 2.5.2.通呈聯動.21 3 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1

3、3.天地一體化光通信關鍵使能技術.22 3.1.接入技術接入技術.22 3.1.1.有線接入.22 3.1.2.無線接入.23 3.2.傳輸技術傳輸技術.24 3.2.1.多維復用光傳輸.24 3.2.2.空間激光傳輸.26 3.2.3.物理層內生安全防護.27 3.3.組網技術組網技術.28 3.3.1.智能管控架構與協議.28 3.3.2.光電混合交換技術.29 3.3.3.生存性保障技術.30 3.3.4.數字孿生技術.31 3.4.感知技術感知技術.33 3.4.1.通信感知一體化.33 3.4.2.網絡化智能感知.34 3.5.呈現技術呈現技術.35 3.5.1.內容采集與處理.35

4、 3.5.2.三維渲染與呈現.36 4.F6G 適用場景與應用.38 4.1.全時域光互聯全時域光互聯.38 4.2.全息通信全息通信.39 4.3.虛實交互虛實交互.40 4.4.智能體互聯智能體互聯.41 附：主要貢獻單位與人員（排名不分前后）.43 4 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 1.固定通信網技術概述固定通信網技術概述 固定通信網是指通信設備之間通過有線或無線方式實現固定連接的網絡，可向用戶提供語音、數據、多媒體等服務。通過百年發展，固定通信網不斷向著寬帶化、綜合化、IP化、智能化和融合化的方向演進。固定通信網承擔著海量信息傳輸的任務，是國家關鍵信息基礎設施，也是支撐社

5、會數字化轉型的信息系統底座。1.1.固定通信網演進歷程固定通信網演進歷程 在計算機與互聯網技術的驅動下，固定通信網在近三十年得到了快速發展。1900 至2000 年期間，固定網絡主要承載語音業務，依托銅線基礎設施，采用 PSTN/ISDN 技術，典型帶寬為 64kbit/s。2000 至 2006 年期間，固定網絡主要承載網頁業務，典型技術為xDSL，用于提供 20MHz 以下的寬帶能力。2006 年至 2012 年期間，固定網絡主要承載視頻流業務。依靠 VDSL 技術以及光纖接入技術，FTTB 以及 PON+LAN 的接入技術，固定網絡逐步提供30100MHz的家庭寬帶。2012年至2020

6、年期間，固定網絡具有承載4K超高清視頻流的能力，大規模發展并應用的 PON+LAN可以提供百兆及以上的傳輸帶寬服務。隨著云計算、物聯網等新技術發展，新型業務對固定網絡的帶寬、時延、可靠性提出了更高要求，來滿足業務的高質量需求。業界開始以代際劃分的形式為固定網絡定義發展路徑，提出了第五代固定通信網（F5G,the 5th Generation of Fixed Communications Networks）。1.1.1.固定通信網（1）F1G語音時代語音時代：固定通信網從電話網誕生一直持續到 20 世紀末，其主要服務于語音業務，但撥號接入和 ISDN 發展速度非常緩慢，僅能支持音頻服務和撥號呼

7、叫。在此階段，形成了一個較完整的電話網絡基礎設施，并且其網絡架構以及控制信號能夠很好地適配全球網絡，這標志著電信全球化的開始。該階段接入網采用 PSTN/ISDN 技術，對應的傳送網則采用 PDH 技術，其基群速率為 2Mbps，光纖線路速率以 140Mbps 為主。（2）F2GWeb時代時代：20世紀末到21世紀初，隨著互聯網以及ADSL技術的推廣，固定網絡進入高速發展時期，寬帶時代正式開始，主要用于服務 Web 業務。個人電腦和瀏覽器的普及推動了互聯網的迅速發展，固定網絡的應用由電話擴展到了電子郵件、搜索 5 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 引擎以及網頁瀏覽等。接入網以 ADS

8、L 技術為代表（10Mbps），對應的傳送網采用的是SDH 技術，光纖線路速率以 2.5Gbps 和 10Gbps為主。（3）F3G視頻時代視頻時代：2005 年開始，在多媒體業務的驅動下，固定網絡的業務和網絡架構都出現了巨大的變化。由于傳統 ADSL 技術和原有電話網的架構無法支撐“寬帶”業務，因此引入 VDSL 技術（30Mbps200Mbps）。對應的傳送網采用的是 MSTP 技術，在SDH 技術基礎上增加了對以太數據業務的承載能力。（4）F4G4K 時代時代：2012 年開始，4K 高清信號的出現對寬帶網絡提出了更高的要求。為了滿足這種高質量視頻的傳輸需求，需要不低于 100Mbit/

9、s 的寬帶網絡。以 GPON技術為代表的光接入網上行總速率達到 1-2.5Gbps，具有高帶寬、穩定、結構簡化和能夠長期發展的優勢，因此得到運營商的關注。同時，對應的主流傳輸技術為 OTN 光傳送網技術，這種技術結合了 WDM 技術和 SDH 技術優點，可以實現光纖線路速率全面提速，單波速率達到 100Gbps，一根光纖中同時傳輸 80 波信號，線路速率達到 80*100Gbps。1.1.2.F5G 與 F5.5G 2020年 2月，ETSI面向全球宣布成立 F5G產業工作組，提出了從“光纖到戶”邁向“光聯萬物”的產業愿景，標志著 F5G 時代正式開啟。2020 年 2 月，全球主流的運營商、

10、設備商、行業協會及研究機構均已加入該工作組。F5G 的主要特征有 3 個，分別是超大帶寬(eFBB,Enhanced Fixed BroadBand)、全光連接(FFC,Full-Fiber Connection)和極致體驗(GRE,Guaranteed Reliable Experience)。2022 年 9 月，歐洲電信標準化協會第五代固定網絡產業工作組發布了一份白皮書F5G Advanced and Beyond，介紹了 F5G向 F5G Advanced（又稱 F5.5G）演進的驅動因素、能力維度和關鍵使能技術。綜合來看，F5.5G對 F5G進行了增強和擴展：超高帶寬 eFBB：通過

11、更先進的固定網絡技術，網絡帶寬容量可提高十倍以上，實現上下行對稱寬帶容量，實現千兆家庭、萬兆建筑和百 G 級園區。利用 Wi-Fi 7、50G PON、800G等下一代技術，將用戶帶寬體驗從 1Gbps 提升到 10Gbps everywhere。全光連接 FFC：通過光纖基礎設施的全面覆蓋，實現光纖延伸到每一個房間、每一個桌面、每一臺機器，充分擴展垂直行業應用。業務場景擴展 10 倍以上，連接數增長 100 6 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 倍以上，實現每平方公里 10萬連接的覆蓋。打造智慧家庭/企家協同/全光園區數字化底座。終極體驗 GRE：支持 0 丟包，微秒延遲，99.9

12、99%的可用性。配合 AI 智能運維，滿足家庭和企業用戶的極致業務體驗需求。在可保障體驗方面，自動駕駛從 L3 升級到 L4。家庭寬帶從可視定位到體驗自優化，專線/算網實現急速智能鏈接。同時，F5.5G向三個方面進行擴展：RRL：在工業場景，實時韌性聯接可滿足工業場景微秒級時延、6 個 9 可用性要求；OSV：光感知與可視化則聚焦于構建光纖通信感知融合和數字化運營能力；GAO：OTN To EverySite，打造一跳直達，站點能效提升 10 倍。圖 1 固定網絡發展路線前瞻 1.1.3.F6G 雖然F5G和 F5.5G已經可以滿足地面業務的多種需求，但地基固定網絡在連接覆蓋面積、建設成本等方

13、面面臨諸多挑戰。以衛星為基座的天基通信系統正在快速發展，未來將與地面固定通信網進行深度融合，共同面向消費級互聯網業務提供寬帶通信服務，形成天地一體化的第六代固定通信網（F6G），發展路線如圖 1。天地一體化網絡是未來 F6G 網絡架構研究的核心方向，由衛星組成的骨干網絡使得地球上的用戶可以隨時隨地享受高速寬帶無線接入服務，可以克服距離障礙，實現包括地 7 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 面、高空平臺在內的任意兩點之間的高速通信，達到全球無縫覆蓋。F6G 將實現衛星網絡與地面光纖網絡的互連互通，構成天地一體化光通信系統，滿足不同行業對下一代網絡的需求，并極大地提高用戶體驗，推動社會數

14、字化轉型和數字經濟高質量增長。1.2.固定通信網面臨的挑戰固定通信網面臨的挑戰 2021 中國互聯網發展報告指出，互聯網發展已進入萬物互聯階段，新的應用正在向固定通信網提出更嚴峻的挑戰。為了支撐未來的萬物互聯需求，F6G 將重點針對覆蓋能力、生存能力、連接能力、智能能力和安全能力方面的挑戰進行網絡能力升級，如圖 2。圖 2 F6G面臨的技術挑戰 1.2.1.覆蓋能力 傳統地面固定通信網的優勢在于其高數據傳輸速率、低時延以及海量連接能力。但其覆蓋范圍受限，在偏遠及無人區域建設難度大、運營成本高。目前，地球上超過70%的地理空間，涉及 30 億人口未能實現互聯網覆蓋。為了支撐未來無人區域數字化管理

15、、空間智能體互聯等新興業務的通信需求，未來地面固定通信網需與空間衛星網絡進行融合，構建可覆蓋全球的天地一體化骨干通信網絡，8 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 推動傳統網絡由“面向人”覆蓋到“面向物”覆蓋的轉變，為全球用戶的各類應用提供全域寬帶連接支持。在覆蓋能力方面，天地一體化光通信技術正面臨如下挑戰：1）覆蓋速率：地基固定網絡接入速率可達 10Gbps，未來將在 50G-PON 的基礎上進一步發展至 100G，而當前衛星網絡的接入速率仍比較受限。如何提升衛星網絡在覆蓋區域的接入速率，是覆蓋能力方面的關鍵挑戰之一；2）覆蓋時延：亞毫秒級時延將成為空天地一體化網絡的整體需求，充分考慮

16、地面和天地融合網絡，打造亞毫米波延遲覆蓋、毫秒級延遲覆蓋、十毫秒級延遲覆蓋等多層次網絡結構和服務場景，是覆蓋能力方面的關鍵挑戰之一；3）覆蓋密度：由“面向人”覆蓋到“面向物”覆蓋的轉變過程中，“萬物智聯、手機直連、天地互連”等應用將極大提升對網絡的可達性、可靠性和覆蓋密度的需求，相比于傳統網絡，下一代天地一體化網絡的單位面積接入設備密度將提升 100 倍至 1000 倍，如何有效提升覆蓋密度，是覆蓋能力方面的關鍵挑戰之一；4）覆蓋靈活性：覆蓋靈活性是指覆蓋場景靈活、接入方式靈活、用戶速率靈活以及終端類型靈活。如何構建具有環境感知、自主智能決策、按需重構和無縫融合的天地一體化網絡體系架構，是覆蓋

17、能力方面的關鍵挑戰之一。1.2.2.生存能力 網絡生存性是指網絡應對故障的能力，對保障網絡的正常運行具有重要意義。據統計，目前光纖網絡故障平均修復時間可達 5-10 小時，生存能力不足將會嚴重影響業務質量和用戶體驗。傳統固定網絡的生存性機制多聚焦于小規模故障，可保障通信業務在面對故障時具備一定的自愈能力，但面對區域性的故障通常束手無策。天地一體化網絡擴大了網絡的覆蓋尺度，同時也擴大了故障的風險范圍。未來，天基的高動態衛星網絡會面臨空間碎片、激光武器等潛在威脅，可能出現規模性節點或鏈路故障。為應對大尺度的故障風險，天地一體化網絡的生存性技術需要由“自愈”向“自組織”方向發展，通過對衛星節點、星間

18、鏈路的動態調度與配置，支持天地網絡的智能化自組網，進而提升網絡面對大范圍故障的抗毀和生存能力。在生存性能力方面，天地一體化光通信技術正面臨如下挑戰：9 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 1）業務動態管理：由于天地一體化網絡拓撲存在動態性，特別是星地鏈路部分，因此對星間/星地激光鏈路狀態與連接情況的實時感知是業務生存性保障的基本要求，如何實現廣域業務的動態監控與管理是保障業務生存性的關鍵挑戰之一；2）星地按需協同：由于目前網絡傳輸體制和運維方式的約束，當前天、地兩層網絡基本采取分域治理的形式，跨域業務如何實現多域資源的協同聯動以完成路徑拼接與端到端資源協同是跨域業務生存性保障的關鍵挑戰

19、；3）自組織抗毀：傳統業務生存性機制通過基于既定拓撲的業務路徑計算實現，依賴于拓撲的實時獲取，然而 6G 場景中天基平臺的移動性和路徑隨機性增強。因此，針對大動態范圍天地一體化網絡，如何實現基于隨機高動態拓撲實現自組織抗毀是保障 6G 場景中業務生存性的關鍵挑戰。1.2.3.連接能力 隨著全社會數字化轉型的深入發展，各類互聯網應用層出不窮，互聯網中的流量高速增長，為光通信網絡帶來了巨大承載壓力。面對日益增長的業務流量，當前通信網正在積極探索高帶寬、低時延等方面的新型連接技術。然而，隨著 AR/VR、元宇宙和以 ChatGPT 為代表的人工智能技術的快速發展，未來天地一體化的網絡空間將出現更多以

20、“智能體互聯”為代表的交互式應用。為適應空間網絡和智能體終端的高動態性，網絡在提供基礎連接能力之外，還需對高動態網絡和終端的位置進行精準管理，網絡的服務模式也將由“靜態連接”向“動態連接”拓展，進而為高速移動的智能體提供高可靠的網絡連接。在連接能力方面，天地一體化網絡正面臨如下挑戰：1）動態信道維持：天地一體化網絡中，星間鏈路隨著衛星的運轉高速移動，鏈路的長度、位置等屬性均呈現出高動態特征。如何針對這些動態屬性進行自適應信道參數調整、維持信道的通信能力，是實現天地一體化網絡動態連接能力的關鍵挑戰之一；2）高速連接切換：衛星的高速移動還導致星地鏈路的頻繁切換，進而影響承載業務的連續性。如何在高動

21、態過程中實現無縫切換，保障無中斷、無抖動的端到端服務能力，是打造天地一體化網絡動態連接能力的關鍵挑戰之一；3）精準定位追蹤：未來，衛星與衛星之間、衛星與高空平臺之間的通信將主要依賴 10 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 激光鏈路，而激光通信對指向性要求極高。在高動態的網絡中，如何實現衛星、高空平臺之間的精準定位追蹤，是發揮天地一體化網絡動態連接能力的關鍵挑戰之一。1.2.4.智能能力 隨著人工智能技術的發展，固定通信網的智能化水平已經得到了顯著的提升，工作模式上實現了從人工管控、軟件管控到人工智能輔助管控的變革。然而，由于網絡結構和協議的繁雜，網絡的管理依然嚴重依賴專業知識技能，傳

22、統光纖通信網所具備的智能能力（如基于人工智能的流量預測、故障診斷等）往往僅作為輔助功能，難以實現網絡管控的全面自動化和智能化。天地一體化光通信系統的規模和動態性將帶來顯著的挑戰，傳統的決策式智能技術輔助決策的有效性也會受到抑制。為了應對未來天地一體化網絡的高動態管控壓力，提升網絡的智能化水平，天地一體化網絡的智能管控技術將由決策式智能向生成式智能發展，利用網絡生成式人工智能技術理解網絡問題并自主生成網絡管控方案，顯著提升網絡的自動化水平。在智能化能力方面，天地一體化網絡正面臨如下挑戰：1）面向網絡運維的專業大模型：將網絡運維與專業大模型相融合會有效提升通用性智能程度，然而專業大模型的建立需要龐

23、大的模型尺度、高昂的存儲和計算資源成本、復雜的模型調參和優化能力，是天地一體化網絡中大模型構建的關鍵挑戰之一；2）基于生成式智能的管控應用：在專業大模型的基礎上，針對天地一體化網絡中的生成式智能需要具有多模態、全領域知識的同時，也對準確性和恰當性提出了嚴格的要求，如何基于生成式智能開發穩健的管控應用是發揮智能能力的關鍵；3）智能化應用與人的協作關系：智能化應用在輔助人進行智能管控的同時，也會勢必帶來由于自動化操作而導致的誤差和風險，如何實現智能化過程中 AI 與人的有效協作，規避誤操作而導致的風險，是智能化過程中所面臨的關鍵技術挑戰之一。1.2.5.安全能力 目前，固定通信網絡中安全技術標準與

24、應用均已成熟，主要依靠經典密碼學實現信息的加密，以實現面向信息的安全保護能力。但是，隨著量子計算技術的持續突破及人工智能技術的廣泛應用，基于信源加密的安全體系正面臨“先存儲再破譯”等攻擊方式的威脅。11 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 特別地，未來天地一體化網絡將部署大量的衛星節點到公共空間，開放的通信信道將面臨更多未知的安全威脅和挑戰。因此，需要進一步推動天地一體化網絡的安全架構升級，實現安全體系從“信息安全”到“信道安全”的增強，利用物理信道級的安全防護措施，提升信息傳遞的隱蔽性和安全性。在安全能力方面，天地一體化網絡正面臨如下挑戰：1）物理信道加密：在天地一體化網絡中，星地通

25、信的傳輸性能受到發射功率、跟蹤誤差和其他各類干擾的影響，衛星設備部署成本高，靈活性大，且需要與地面站進行協同管理。如何設計低功耗、高兼容的物理信道加密方案，實現星地之間高速安全傳輸，是天地一體化光通信系統面臨的安全能力挑戰之一；2）高速密鑰協商技術：天地一體化網絡傳輸依靠空間激光，鏈路跨距長、傳輸媒介為開放空間，使得安全地在各類節點之間分發密鑰變得復雜。如何高速且安全地在空天一體化網絡中實現密鑰分發，是天地一體化光通信系統面臨的關鍵挑戰之一；3）安全風險感知技術：與傳統固定網絡相比，天地一體化網絡的動態性和復雜性使得準確感知和評估整體安全風險變得困難。龐大的互連組件數量，包括衛星、地面站和控制

26、中心，增加了攻擊面和潛在的風險。如何實現對安全風險的主動感知，是天地一體化光通信系統面臨的關鍵挑戰之一。12 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 2.天地一體化網絡發展需求天地一體化網絡發展需求 圖 3 天地一體化固定通信網（F6G）技術范疇 面向未來高動態、交互式網絡應用，基于天地一體化的 F6G 網絡將在感知、接入、傳送、組網與呈現方面呈現出新的需求和發展趨勢，如圖 3。2.1.高速率全域接入高速率全域接入 目前，陸地移動通信服務的人口覆蓋率約為80%，但受制于經濟成本、技術等因素，僅覆蓋了約 20%的陸地面積，小于 6%的地表面積。未來，天基衛星通信網將成為地面固定網絡之外的第二

27、張接入與傳輸網，在提供廣覆蓋能力的同時，還將作為地面固定網絡的補充，承載越來越多的互聯網流量，如圖 4。傳統地面固定光通信網在覆蓋范圍內的接入能力已經非?？捎^，而衛星通信網絡覆蓋范圍內的接入能力還比較有限，發展天地一體化網絡需重點提升覆蓋范圍和接入能力。2.1.1.廣覆蓋 衛星光通信與地面光通信技術互為補充，可共同構建覆蓋全球的天地一體化光通信系統。在覆蓋能力方面，陸地人口密集區域用光纖接入網覆蓋，發揮無源光網絡的接入容量優勢；偏遠地區與無人區域則采用衛星覆蓋，充分發揮衛星的覆蓋能力優勢。天地一體化光通信系統將融合地面固定網絡、衛星通信網、自由空間光通信的技術優勢實現面向物的無縫覆蓋。13 第

28、六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 圖 4 天地一體化固定通信網（F6G）全域覆蓋接入能力示意圖 地基網絡覆蓋面積擴展：地基網絡覆蓋面積擴展：需重點發展 FTTR 或 FTTM 技術。FTTR 即光纖到達每個房間將使用室內光纖代替現有的網線布線方式，結合下一代 WiFi 或太赫茲接入技術將有望擴展覆蓋面積。從 FTTR 走向 FTTM，將進一步提升接入網的覆蓋面積。地基接入網覆蓋范圍將突破傳統的家庭寬帶業務，走向全光園區、全光工廠、全光校園等新的寬帶光接入場景，進一步實現面向大規模全光物聯網的發展。天基網絡覆蓋面積擴展：天基網絡覆蓋面積擴展：除了增加衛星數量以外，可以高軌、中/低軌衛星通

29、信星座為基礎構建多層通信網，以擴大全球覆蓋面積。天基網絡的覆蓋范圍主要取決于網絡結構和通信技術。網絡結構方面，可通過優化星座軌道與網絡拓撲方面實現覆蓋面積的提升。對于通信技術，天基網絡以星間激光通信為主，星地通信以毫米波與極高頻傳輸為主，結合無人機、飛艇等空中平臺的自由空間光通信，共同提升天基網絡對數據鏈路的管理能力，擴大覆蓋范圍。2.1.2.大帶寬 傳統衛星通信技術以數據通信和中繼為主，主要用于服務專業型應用，業務數量少、接入速率低，在接入能力上屬于天基窄帶通信系統。未來的低軌衛星通信網將面臨大量的 14 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 智能網絡終端和各類互聯網業務，需提供 Gb

30、ps 規模的寬帶接入能力。提升天地一體化光通信系統的接入能力，需要實現高低軌衛星及地面的聯動接入和天地基資源的靈活調度，以支撐天地接入系統的優勢互補，推動當前“地基寬帶+天基窄帶”接入能力向“地基寬帶+天基寬帶”的方向增強。提升天地一體化光通信系統的接入能力，還依賴于光電信息理論和集成高帶寬通信和高精度探測遙感技術?？紤]到深空探測中繼、海洋信息融合、地球引力場測量等前瞻性應用場景，用戶側需要研發高性能、多模式、小型化、低功耗的新型衛星智能信息終端，進而支撐 F6G網絡天地一體化的深度融合，實現天地網絡的智能彈性接入和無縫切換。2.2.大容量安全傳輸大容量安全傳輸 天地一體化網絡將實現空天地海的

31、全時全域互聯，連接終端數量與承載的數據量將急劇增強。同時，星間和星地的通信鏈路穿越開放空間，也面臨被截獲、被入侵的風險。未來，天地一體化的通信網絡需具備大容量安全傳輸能力，如圖 5，以保障安全高速互聯。圖 5 天地一體化固定通信網（F6G）傳輸示意圖 15 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 2.2.1.大容量 傳統網絡容量面向單一網絡場景，只需要保障當前網絡所承載的業務流量需求，不支持空基、天基、地基等多網絡融合的業務需求。為了應對天地一體化網絡多網絡融合帶來的流量急速增長問題，未來天地一體化網絡將在傳輸和交換方面同時向大容量方向升級。多波段傳輸：多波段傳輸：通過拓展光傳輸系統的頻譜

32、帶寬（即多波段光通信技術）的方式來進行擴容。主流的光傳輸系統都是基于 C 波段（即從 1530nm-1565nm，約 35nm 的光纖頻譜）。然而，標準單模光纖的低損耗窗口事實上遠大于 35nm，其它波段（如 O、E、S、L、U 波段）在光纖損耗上會略高于 C 波段，但仍在 0.4dB/km 以下的低損耗范圍內，其均可進行有效的通信，具有很強的擴容潛力。全光交換技術：全光交換技術：具有高帶寬、低時延、低能耗、可重配等優勢，是實現大容量交換的關鍵技術之一。使用光交換機進行組網互連，為不同類型業務流提供連接服務，既可以克服電子瓶頸，又可以在進行大規模組網時滿足業務低時延，低能耗等要求。2.2.2.

33、高安全 傳統網絡通過基于數學復雜度的加密算法在上層對數據進行加密，并配合防火墻、介質訪問等技術實現網絡安全，而底層的傳輸系統則提供透明的傳輸服務。為了應對天地一體化網絡開放空間帶來的安全風險，未來天地一體化網絡將在物理層進行安全體系升級，天地一體化網絡由“信息安全”轉向“信道安全”。物理層“信道安全”技術基于信道的物理層特征實現密鑰分發和數據加密，并通過監測物理層特征識別潛在的攻擊行為。物理層安全加密：物理層安全加密：天地一體化網絡的開放性、高覆蓋范圍和廣播特性為竊聽者提供了天然的竊聽條件，使得信息傳輸容易被竊聽和干擾，并且惡意攻擊者的藏匿空間更大，因此需要物理層信道加密來抵抗這些攻擊。物理層

34、信道加密利用無線信道的唯一性、時間可變性及空間去相關性可極大地提高非法方的入侵與截獲難度，從而保障天地一體化網絡的通信可靠性。物理層密鑰協商：物理層密鑰協商：在空天地一體化網絡中，不同的設備和系統需要相互通信和交換數據，只有獲得相應的安全密鑰才能進行通信數據加密，確保數據在傳輸過程中的安全。16 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 密鑰的動態更新和有效的密鑰管理對于維持通信和數據傳輸的安全至關重要。安全密鑰分發系統應當能夠實現安全、高效的密鑰更新和管理。信道異常檢測信道異常檢測：天地一體化開放光網絡具備范圍大和規模大的特點，并且面臨嚴重的安全威脅，尤其在物理層發生的攻擊問題，如竊聽和干

35、擾。傳統上用于光纖網絡的檢測工具，如光時域反射儀（OTDR），其在廣域通信鏈路中的應用存在一些限制，例如檢測距離有限、成本較高等。在天地一體化的場景中，需要低成本高覆蓋的信道異常檢測方法，以連續監測一體化鏈路并及時定位任何網絡攻擊。2.3.高動態智能組網高動態智能組網 天地一體化的網絡具有高度的動態性。一方面，天基網絡相對于地面網絡匯聚點和用戶終端處于高速運動狀態；另一方面，天基網絡的衛星節點彼此間也處于高速運動狀態。以上快速移動特征對組網技術提出了新的挑戰，要求網絡具備高動態智能組網能力，以支撐天地一體網絡提供端到端無間斷的通信服務，如圖 6。圖 6 天地一體化固定通信網（F6G）高動態組網

36、能力示意 17 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 2.3.1.強智能 網絡的智能化能力通常指人工智能技術增強的網絡自動化管控能力?；谌斯ぶ悄艿淖詣踊W絡管控技術在傳統的網絡中已有諸多研究，但多屬于決策性人工智能，主要用來做流量預測，故障診斷等。天地一體化的網絡規模與動態性將顯著提升，對管控精準性與時效性要求更高，亟需構建基于生成式人工智能的天地一體化強智能組網能力。智能拓撲管理：智能拓撲管理：在高度動態的網絡中，傳統的被動式拓撲管理機制的性能與效率將急劇劣化甚至不再適用，亟需發展基于人工智能的主動式拓撲管理技術，支撐網絡拓撲的精準預測、鏈路自適應調整與編碼、星地高動態鏈路無縫切換等

37、拓撲管理任務。智能流量調度：智能流量調度：在天地一體化網絡中，通信流量會受到網絡動態性的顯著影響，亟需發展針對高動態性的智能化流量調度機制，建立動態流量時空分布預測模型，支撐差異化服務質量保障、自適應負載均衡、星地連接端到端協作等流量管理任務。2.3.2.高可靠 傳統的網絡生存性技術通常指網絡業務的恢復能力，在網絡出現故障時實現業務自動恢復。天地一體化網絡面臨天基網絡大面積設施故障或損毀的生存性風險，亟需具備自組織能力的新型生存性技術，支撐網絡節點根據環境的變化和其他節點的狀態來進行軌道調整和拓撲重構，通過自動化組網增強網絡自愈能力。拓撲自組織拓撲自組織：為構建天地一體化網絡的自組織能力，首先

38、需要發展大尺度空間網絡的自組織協議，以實時監測并同步網絡狀態變化，按需進行星間、星地鏈路重建，支撐網絡在故障后通過網絡結構自主調整保持良好服務的能力。鏈路自適應鏈路自適應：天地一體化網絡的自組織在重構拓撲的同時還要保障通信鏈路的可用性，因此還需要發展動態鏈路的自適應管理技術，根據鏈路狀態自適應調整調制格式、編碼格式等鏈路屬性，使網絡能夠在故障中保持最大化的通信能力。2.4.多模態主動感知多模態主動感知 天地一體化網絡具有高吞吐量、廣覆蓋特性。如圖 7，天地一體化網絡可以有效增強多模態感知能力，基于廣域覆蓋網絡的感知可以實現位置、速度、空間、光譜等多模態信 18 第六代固定通信網（F6G）白皮書

39、 V1.1 息的獲取。同時，多模態感知也可以提高網絡智能化水平。通過多模態感知，可以全方位檢測、分析網絡的參數和環境，推動自適應組網、動態路由和智能調度的實現。一體化網絡的多模態感知能力將成為催化網絡新應用的關鍵技術。圖 7 天地一體化固定通信網（F6G）多模態感知能力示意 2.4.1.通感一體 通信感知一體化是指通過頻譜或硬件共享等手段，實現通信和感知功能一體化的原生設計，從而使得通信網絡在進行信息傳遞的同時能夠感知多模態信息。通感一體化系統通過檢測、跟蹤、識別、成像等手段，已經為人機互聯、智慧城市等領域提供了重要技術支撐。天地一體化網絡的發展將進一步增強對智能通信網絡與多模態融合感知的需求

40、，從而提升通信系統的綜合服務能力。智能通信網絡：智能通信網絡：傳統的通信網絡無法根據信道狀態、設備條件、環境條件等因素自適應調整網絡配置。在大規模高動態天地一體化網絡中，需要自適應的網絡配置調整并具備高可靠高容錯能力，從而提供更好的服務質量，并提高資源利用效率，確保網絡的穩定性和可靠性，構建智能的通信網絡體系。19 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 多模態融合感知：多模態融合感知：多模態融合感知需要通過對多類型傳感器與數據的融合，為用戶提供更豐富、更精準、更智能的服務。另外，由于天地一體化的大規模網絡架構及大容量需求，需要在保證通信質量和感知功能性需求的前提下，研究結構精簡、復雜度低

41、的新型通信感知系統，以提升系統感知性能，促進數據共享和協同工作，支持未來新型業務場景。2.4.2.主動感知 通感一體技術中的主動感知是指系統能夠主動獲取和處理多種感官信息以實現更全面的感知。經典的光傳感技術通常工作在“被動”感知的模式，基于傳感系統參數與環境變化模式的關聯模型，通過對傳感參數的實時監測，實現對外部環境的被動式感知。主動感知的需求包括主動探測型感知設備與傳感器統一管理平臺。主動探測設備能主動獲取感知信息，統一管理平臺可以協調、整合多模態感知數據，為用戶和應用提供更全面、高效的感知體驗和數字化管理能力。主動探測型感知設備：主動探測型感知設備：主動化感知能力的實現離不開探測型傳感設備

42、，它們具備多模態感知的能力，可以按需采集各種感知元素，包括視覺、聽覺、觸覺等，從而為未來新型交互式網絡應用提供關鍵支持。這些傳感設備的多功能性和可編程性使其能夠靈活適應不同的使用場景，滿足用戶和應用的各種需求。傳感器數字化管理平臺：傳感器數字化管理平臺：主動化感知能力還依賴于對傳感器的統一管理平臺，以確保感知設備的協同工作，數據的協調整合，以及對多模態感知元素的高效管理。在天地一體化網絡中，這一管理平臺為全球范圍內的感知設備提供了統一的標準和協議，以確保設備之間的互操作性，有助于實現感知數據的無縫傳輸和集中管理。2.5.超時空全息呈現超時空全息呈現 隨著內容產業的進步與消費經濟的發展，各行各業

43、對三維顯示的需求逐年增加。然而，為了實現高真實性和高沉浸感的新型三維顯示技術，需要三維呈現設備具有光場數據量大，互動實時性強等特點，導致該技術對通信網絡有著極高的需求。借助大容量低時延的廣域信息傳輸能力，結合新型的三維顯示技術，未來的通信網絡將提供時間和空間上可無縫銜接的超逼真呈現能力，給用戶身臨其境的場景和體驗，如圖 8。在天地一體化網絡中，超 20 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 時空呈現能力將充分連接三維空間的人和物，賦予用戶更加豐富的交互和探索能力，支撐遠程的游戲、教育、娛樂、醫療等活動。圖 8 天地一體化固定通信網（F6G）超時空呈現能力示意圖 2.5.1.裸眼 3D 裸

44、眼三維呈現是對裸眼呈現 3D 場景的技術，可使得觀看者可以更加精確地捕獲相關信息，準確地進行現場判斷。相較于傳統二維圖像傳輸像素信息，精確傳輸三維圖像信息中的體素信息提升了大約三個數量級的傳輸需求，現有的網絡傳輸能力無法支撐裸眼 3D的大規模應用。在傳統視頻圖像等呈現的基礎上，裸眼三維呈現的通信終端帶來的高真實性和沉浸感以及通信的實時性特點對網絡提出了更高的需求。與傳統高清和 3D 虛擬視頻相比，裸眼三維呈現傳輸的流媒體對網絡帶寬的需求將達Gbps。并且，隨著傳感器分辨率和視點數量的增加，在更高的分辨率和幀速率下，尤其是高精度量子傳感器的應用，對網絡帶寬的需求會更高。裸眼三維呈現首先需要通過采

45、集端設備獲取對象信息，計算處理后，經過編碼壓縮進行網絡傳輸，在終端側解碼渲染并顯示三維影像。為了減少整體時延，需要處理節點具有 21 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 高算力，并進一步縮減網絡本身的傳輸時延。2.5.2.通呈聯動 傳統的通信網提供管道式的數據傳遞能力，為呈現端提供數據支撐，其大規模信息傳輸的實時性方面仍無法達到三維顯示通呈聯動的需求。三維顯示采集信息量極大，且多維度信息超遠距離傳輸需要保持高度的同步性，其通信協議也難以滿足現有三維顯示技術通呈聯動的實時交互。未來的超時空呈現類應用將對通信與呈現系統的性能提出更嚴苛的要求，推動通信與呈現系統的聯動化。相比傳統網絡的通信與

46、呈現獨立服務的方式，通信與呈現聯動的技術將實現通信與呈現系統的需求互感與交互式寫作，進一步精準控制呈現的實效性和逼真性。通信呈現聯動需要各個維度的信息保持嚴格同步，并且在業務傳輸過程中，來自不同傳感器、不同維度的各個并發媒體流之間需要保持相當嚴格的同步。并且，還需要對多維度的信息進行智能化的管控。通信呈現聯動需要交互式通信協議的支撐，實現連接感知的視頻傳輸和呈現感知的智能通信。因此，通信呈現聯動依賴更加智能和高效的編解碼技術，用以緩和多種維度資源聯動過程的控制信息時延和抖動。22 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 3.天地一體化光通信關鍵使能技術天地一體化光通信關鍵使能技術 面對天地

47、一體化光通信技術面臨的技術挑戰，針對天地一體化光網絡接入、傳送、組網、傳感與呈現方面的新型需求，以下技術將支撐未來天地一體化光通信。3.1.接入技術接入技術 3.1.1.有線接入 下一代 PON 技術是指下一代更高速率、更大容量、更靈活和更廣覆蓋范圍相干光接入網絡，用于將光信號傳輸到用戶家庭或企業。隨著下一代互聯網、云計算、物聯網、5G/6G、4K/8K 高清視頻等新興業務的蓬勃發展，光纖接入網，作為連接人、物和云互聯互通的“最后一公里”，正在演繹一場更高速率、更大容量、更靈活和更廣覆蓋范圍的深刻變革。目前，ITU-T 已經發布了 50G PON 的標準，而針對 50G PON 之后的接入網研

48、究也已經準備啟動。后 50G PON 時代的接入網，單波速率預計將向著 100G甚至 200G發展。對于如此高的傳輸速率，傳統的直調直檢方案很難達到接入網功率預算的要求。具有更高頻譜效率和更高接收靈敏度的相干技術，開始逐步向短距應用中滲透。為了滿足接入網功率預算的要求，將相干技術引入接入網，得到了越來越多研究人員的關注。下一代 PON需要的關鍵技術包括：支持高速傳輸的相干算法，突發模式相干接收以及多維復用技術。支持高速傳輸的相干算法：支持高速傳輸的相干算法：在相干探測方面，主要包括降低高速器件的數量、帶寬及線性度的需求，通過先進的線性和非線性算法進一步降低對器件帶寬和線性度要求。相干接入基礎架

49、構和復用方式上，可引入 FDM 或 TFDM 等新型點到多點相干接入架構。此外，時分復用系統一大挑戰在于上行突發模式相干接收。不同于傳統連續相干探測，亟需新的高效信號處理方法，如突發模式相干接收。突發模式相干接收以及多維復用技術：突發模式相干接收以及多維復用技術：針對未來 6G 移動前傳、F6G 寬帶光接入、全光園區、工業互聯網等大帶寬、多場景、靈活接入場景，需要重點解決下一代超 100G 或200G 光接入靈敏度受限和動態范圍受限問題。相關關鍵使能技術包括新型點到多點、低成本低復雜度、靈活接入、多維復用的 200G+相干多址接入技術，多維多址相干光接入架 23 第六代固定通信網（F6G）白皮

50、書 V1.1 構，超大動態范圍光接入和基于星座整形的靈活光接入技術，實現可變速率的靈活相干光接入。通過引入基于機器學習，實現人工智能賦能的端到端優化，有望實現聯合線性和非線性 ISI 均衡來進一步提升接入速率。通過多維相干接入，突破面向時域、頻域、功率的多維度復用機制，實現高性能、高靈活和高智能的上下行雙向傳輸。3.1.2.無線接入 在未來天地一體化的光通信網絡中，衛星網絡的角色將不再只是地面網絡的補充，還將進一步與地面網絡融合。無線接入技術在天地融合的網絡中將發揮關鍵的作用，一方面，無線接入技術起到了移動終端入網的接入作用；另一方面，無線接入技術還起到了衛星網絡與地面網絡的互聯作用。不同于地

51、面網絡的無線接入技術，面向天地一體化網絡的無線接入技術將沿著多技術融合、多頻段共享的路線演進，相關的技術包括：天地融合 5G/6G技術，大容量微波通信技術。天地融合天地融合 5G/6G 蜂窩通信技術：蜂窩通信技術：是傳統無線通信技術面向天地一體化網絡的延伸，旨在通過升級衛星通信終端的通信技術，為地面消費級終端提供衛星直連服務。天地融合5G/6G 蜂窩通信技術主要面臨兩方面的挑戰。一方面，衛星要發揮蜂窩網絡基站的作用，其難點在于要克服5G/6G頻段信號的遠距離傳輸問題。大天線低頻率的移動通信技術可以克服遠途傳輸的衰減問題，有望成為支持 5G/6G 手機直連衛星的有效解決方案。另一方面，衛星基站與

52、地面基站要具備協同服務能力，其難點在于天地一體化網絡的智能敏捷管控能力。特別是面對高速移動終端的接入與切換需求，大尺度網絡下的集中管控模式將面臨嚴重的信令時延問題，將催生天地基站之間的分布式協作信令與管控機制。大容量微波通信技術：大容量微波通信技術：既可以支撐專用衛星終端寬帶接入，也可支撐地面信關站與衛星網絡高速互聯。大容量微波通信技術主要面臨兩方面的挑戰。一方面，用于衛星微波通信的頻率受限。為滿足衛星通信的不斷增長的需求，需進一步挖掘更高的頻率，如 Ka和V頻段。然而，更高的頻率將面臨更嚴重的大氣衰減影響，需要新型的補償技術。另一方面，傳統的通信衛星容量較低，無法適用于消費級互聯網的流量需求

53、。高通量衛星技術使用諸如射點波束技術、頻率重用等技術，可顯著降低信道之間的干擾，使可用帶寬大幅增加，從而實現更高的數據傳輸速率。24 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 光載無線光載無線技術技術：具有傳輸距離遠，抗干擾，容量大，失真度小等優點，因此適用于衛星終端寬帶接入和地面信關站與衛星網絡的高速互聯。光載無線技術主要面臨兩方面的挑戰。一方面，在光學域中傳輸衛星信號會使其受到噪聲和鏈路非線性效應的影響，從而可能限制整個鏈路的動態范圍。這種非線性效應的存在需要未來加強對系統鏈路的非線性補償研究，以擴大鏈路的動態范圍，從而進一步提高系統性能和信號質量。另一方面，采用模擬傳輸系統容易受到信號

54、損傷的影響，例如噪聲和失真。這在要求高質量信號的光通信和衛星網絡應用中可能導致信號質量下降。需要使用高質量的光電器件和信號處理技術來減小噪聲和失真。此外，采用適當的信號糾錯和調制技術也可以提高信號的可靠性。3.2.傳輸技術傳輸技術 3.2.1.多維復用光傳輸 在天地一體化的 F6G 光網絡背景下，全球流量的年復合增長率預期將高達 3040%，單根傳統單模光纖的極限傳輸容量為 100Tb/s，現有的光通信系統中的 OTN基礎設施將無法滿足全球信息流量的需求，光纖通信技術亟需從傳統的C波段波分復用升級為多維度高效復用。全波段光傳輸是通過擴展光纖的有效頻譜資源來提升單纖傳輸容量，除了傳統的C 波段和

55、 L 波段外，還可充分利用 S 波段、U 波段等頻譜資源，在長距離下實現單纖100Tb/s 的傳輸容量?？辗謴陀弥鞋F有較為成熟的方案包括多芯和少模的技術路線分支及兩者的結合，將傳統單模光纖的單路升級為多路并行，以顯著提升光纖的傳輸容量，有望在天地一體化的 F6G 光網絡中將光纖通信傳輸容量逼近 Pb/s 級。盡管多芯和少模光纖制備及超大容量空分復用傳輸系統技術已經取得重大的進步，但在空分復用部署到 F6G 光網絡之前，關鍵器件和技術仍然面臨巨大的挑戰。支撐多維復用光傳輸的關鍵技術包括：新型波段光放大器、新型空分復用光纖的設計和制備，大規?？辗謴陀霉馄骷脑O計和制備，光電協同的大規模并行通道的低

56、功耗高性能損傷均衡。新型波段光放大器：新型波段光放大器：新波段光放大器，如 S 波段摻銩、摻鉍光纖放大器、U/E 波段摻鉍光纖放大器、超寬帶半導體光放大器等是近期的研究熱點，是實現擴譜首先要突破的關鍵技術。新波段光放大器依賴新型的摻雜元素配方、新型的摻雜光纖制備工藝以及新型的光放大器架構。鉍離子具備獨特的寬譜發光特性，摻鉍光纖在未來超寬帶光放大器件中有 25 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 望扮演重要的角色，但當前鉍離子相關的近紅外發光機理仍需進一步探索。半導體光放大器則需要探究新的組分與調控機理以抑制非線性畸變、提升飽和功率并降低噪聲指數。新型空分復用光纖：新型空分復用光纖：主要

57、包括多芯和少模光纖，需要從串擾、模式耦合、多路干擾和衰減等變量以全局優化的角度確定最優的設計方案。弱耦合空分復用多芯光纖能夠極大的降低接收端 DSP 均衡的復雜度，最有可能在 F6G 光網絡中被鋪設部署。此外，還需要對少模傳輸中的差分模式群時延（DMGD）進行重點優化設計，可以結合新型弱耦合的多芯少模低 DMGD 光纖逼近 Pb/s 級傳輸容量的特性。此外，需要不斷優化特種光纖的預制棒制備和拉制工藝的升級，開發低成本的工藝進行多芯和少模光纖的批量生產是推動空分復用傳輸技術在 F6G光網絡商用的關鍵。新型光通信器件：新型光通信器件：空分復用大規模并行將對目前的商用光器件提出更高的要求，主要包括收

58、發器陣列、低成本的復用和解復用元件、能同時放大多模和多芯信號的光放大器、精密耦合/連接器。器件的加工難度甚至不亞于空分復用光纖。收發器件陣列可以結合目前發展較為成熟的硅基/薄膜鈮酸鋰/InP 等集成光子工藝，進一步優化產品良率和集成密度，開發適用于空分復用傳輸技術的收發器件陣列。在多芯/模式耦合的背景下，對復用/解復用及耦合/連接器這類無源器件的制備提出了更嚴峻挑戰，光纖束熔融拉錐、平面波導及新型超表面維納結構相位操控的多模式無源器件需要被進一步研究。支持放大多模和多芯信號的光放大器是推動空分復用傳輸技術中最重要的器件之一，模式和芯的分離放大將導致系統的體積和功耗顯著的增加，如何實現低串擾和增

59、益均衡的放大是關鍵，可結合目前成熟發展的特種增益光纖并結合衰減調控集成波導陣列對串擾和增益均衡進行優化。損傷均衡技術與關鍵算法：損傷均衡技術與關鍵算法：模式/芯內部及相互之間串擾的損傷均需要在接收端被均衡補償，傳統的光纖通信技術中需要借助于多輸入多輸出(MIMO)的數字信號處理技術來實現對以上損傷的補償。在超大容量傳輸的背景下，MIMO的規模數將顯著增加，對接收端 ASIC 芯片的制程將提出更高的要求。光電協同的方式可以有效的解決 MIMO 算法對ASIC芯片高制程的要求，并能顯著降低ASIC芯片的功耗。其基本思路是通過光信息處理的方式將芯/模式間串擾部分甚至全部補償，顯著降低 MIMO 算法

60、的規模和均衡濾波器的抽頭長度，實現的難點在于如何實現快速的光信息處理損傷補償。隨著對光計算領域的深 26 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 入研究和集成光子學技術的發展，有望結合光計算的方法實現全光片上 MIMO 解復用的運算，實現光電協同的大規模并行通道的低功耗高性能損傷均衡。3.2.2.空間激光傳輸 空間激光傳輸技術是指利用激光束作為載波在空間直接進行信息傳輸的一種技術。衛星之間（星間）以及衛星到地面站之間（星地）的空間激光傳輸技術，是天地一體化網絡中大容量衛星間通信以及衛星對地面通信的重要實現手段。F6G 網絡廣覆蓋、大帶寬對空天地一體化網絡的速率和容量提出更高的要求，傳統基于

61、微波的通信系統容量已經達到極限，難以進一步提升，空間激光傳輸技術具有寬帶寬、大容量、高速率、天線體積重量小、功耗低等優勢?；诳臻g激光傳輸技術，可以將天基衛星網絡的鏈路容量從現階段的15Gbps 提升到 100Gbps 以上，極大提升天基互聯網的業務承載能力?？臻g激光傳輸技術包括高質量光學系統設計及高精度捕獲跟蹤瞄準技術、星地鏈路大氣影響補償技術、高功率通信發射和高靈敏度通信接收技術。高質量光學系統設計及高精度捕獲跟蹤瞄準技術：高質量光學系統設計及高精度捕獲跟蹤瞄準技術：該技術是確?？臻g激光傳輸的關鍵，通過近衍射極限角的光學系統設計和多光軸一致性的裝調技術，降低光學系統的耦合損耗和傳輸過程中的

62、幾何損耗。由于空間激光傳輸的通信終端之間的高速相對運動特性，需要通過捕獲跟蹤瞄準（ATP）技術在相對運動的通信終端之間建立并保持一條光通信鏈路，ATP 技術的難點在于極遠的通信距離要求 ATP 系統能夠進行高精度的光學對準，高速運動的衛星有限的過軌時間要求 ATP 系統能夠快速捕獲并建立鏈路，此外 ATP 還需應對衛星平臺的震動和星地鏈路中的大氣湍流帶來的光斑漂移等問題。ATP 技術可采用信標光指向輔助和無信標光的方式實現跟蹤和瞄準，包括捕獲錯跟蹤和對準精跟蹤技術。星地鏈路大氣影響補償技術：星地鏈路大氣影響補償技術：激光束在大氣中傳輸時，會受到大氣信道的影響。大氣吸收和大氣散射會造成激光能量的

63、衰減，進而影響激光能量；大氣湍流散斑和大氣湍流閃爍會影響激光質量，如光斑中心漂移和波前畸變等。以上情況會影響空間激光通信效果，嚴重情況下會導致無法通信。因此，需要通過星地鏈路大氣影響補償技術降低大氣對激光光束波前相位基本、功率抖動等影響，提升空間激光通信的可用度。大氣影響補償的難點 27 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 在于大氣信道的隨機開放特性導致大氣影響的空間和時間隨機性補償困難。大氣影響補償技術包括自適應光學、空間分集發射和接收、模式分集接收、特種光束等。高功率通信發射和高靈敏度通信接收技術：高功率通信發射和高靈敏度通信接收技術：由于空間激光通信通常距離遠，且無法中繼，發射信

64、號經過長距離傳輸后損耗巨大，導致接收后信號信噪比急劇惡化，對通信發射和接收技術提出挑戰。一方面，通過提升發射端的發射功率來補償長距離無中繼傳輸帶來的損耗。另一方面，在接收端，通過高靈敏度接收技術，降低所需接收功率的要求，提升接收信號的信噪比，進而確保激光通信系統具有充足的鏈路余量。大功率發射技術主要通過高功率的有源光纖放大實現，高靈敏度接收技術包括高能量效率的調制方式和高精度的數字信號處理技術。3.2.3.物理層內生安全防護 在天地一體化網絡中，空間激光鏈路極易遭受攻擊者的竊聽和攔截，從而導致敏感信息的泄露，這對天地一體化網絡的安全性提出了極高的要求。與傳統的網絡安全技術不同，空間激光內生安全

65、技術不依賴于附加的外部密鑰分發和安全監測，由通信系統自身對數據傳輸提供內源式的安全防護，可基于統一的空間信道同時實現安全傳輸和密鑰協商，并監測激光鏈路的安全狀態，核心技術包括加密傳輸、密鑰協商和信道異常檢測。加密傳輸：加密傳輸：作為最重要的安全傳輸技術之一，通過使用加密算法，將信道中的信號進行變換，合法接收方擁有密鑰才能還原原始信號，保障信號在傳輸過程中無法被未經授權的非法接收端讀取。天地一體化網絡中通信網絡模型具有空間跨度大、時延長、信道反饋鏈路信道較少的特性，物理層加密需要高效的算法，在保持高安全性的同時，降低對傳輸性能的影響。針對這個問題，可以通過選擇經過充分驗證和優化的加密算法、使用數

66、據壓縮和優化技術減小加密數據量、設計更好的編譯碼、設計更好的調制方案等方面解決。密鑰協商：密鑰協商：一種在通信合法方之間協商和生成共享密鑰的過程。密鑰協商的目的是讓空天地一體化各終端能夠使用相同的密鑰進行加密和解密，從而實現加密通信。如何在合法方生成具有高度一致性并且高安全性的密鑰是密鑰協商的難點。在經典信道中利用誤碼率、光強度和相位等物理層特征能提取出高一致性的安全密鑰，這類方法主要依賴于自由空間環境的變化對激光產生的影響，具備高兼容性和高速率的特點，可以滿足高速率的 28 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 加密通信。但是，在安全性和一致性方面略顯不足。隱私放大是用來提高一致性的有

67、效手段，一般采用糾錯編碼不一致的密鑰，然后舍棄因為信息交互而可能泄露的密鑰。信道異常檢測：信道異常檢測：天地一體化信道異常檢測旨在辨識和檢測可能存在的惡意攻擊行為，從而增強通信的安全性。它將數據的安全性與通信的物理層特征密切結合在一起。當網絡受到攻擊時，往往會導致信號狀態的異常，例如信號強度、相位的異常波動或頻譜特征和傳播延遲的變化。這些異?？梢栽谡麄€一體化鏈路上通過機器學習等方式進行監測，這意味著該技術具有更廣泛的覆蓋范圍，且不需要額外的硬件設備，降低了檢測成本。因此天地一體化信道異常檢測技術可以令天地一體化開放光網絡更好地應對各類網絡攻擊。3.3.組網技術組網技術 3.3.1.智能管控架構

68、與協議 衛星光通信網絡在時間及空間上的分布尺度遠超過地面光通信網絡，衛星節點高速運動帶來的衛星連接關系和網絡拓撲動態變化使得地面光通信網絡的管控體系架構不再適用。此外，天基通信應用模式在時空分布特點、帶寬、時延要求方面和地面互聯網應用模式也存在顯著差異，需要探索不同的網絡管控機制為其提供支撐。發展 F6G 天地一體化光網絡，需要設計面向高動態大尺度網絡的高效管控架構與協議，涉及的技術包括：集中與分布式協同的管控架構，快速路由與信令協議，動態網絡自組織與無縫切換協議等。集中與分布式協同控制：集中與分布式協同控制：是一種管理天地一體化大尺度高動態通信基礎設施的新型架構，其核心是充分結合中心化控制與

69、分布式控制的優勢，以兼顧全局網絡與業務管理的效率與高動態環境中分布式協作的可靠性。該架構的挑戰在于集中式與分布式功能的平衡與備份，以確保中心化系統不成為瓶頸或單點故障，同時為分布式節點提供足夠的自主權來響應實時變化。面向天地一體化光網絡的控制架構將涉及多個層次的集中與分布式協同。在集中式方面，大規模網絡可通過分域管控的方式來進行層次化集中式協同，同級的集中控制單元也需要進行高可用備份。在分布式方面，網絡設備可進行分布式協作，同級的集中控制單元也將具備分布式協作的能力，以應對高層控制單元的故障。新的協同架構中，先進的人工智能技術也將發揮更大的作用，一方面增強對網絡動態性、故障與流量等屬性的預測能

70、力，另一方面充分發揮生成式能力，增強網絡的自動化配置與運維能力。29 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 路由和信令：路由和信令：是支撐天地一天化光網絡拓撲、資源與業務管理關鍵基礎協議。天基網絡衛星節點的動態性導致網絡拓撲將持續動態更新，傳統的路由技術將使網絡不斷針對連接關系的變化進行泛洪，嚴重影響網絡的可用性；同時，天地一體化的大尺度網絡傳輸距離較長，導致控制信令時延較大，也會導致服務效率的下降?？焖俾酚珊托帕罴夹g旨在突破動態性和大尺度的約束，實現快速的路由收斂與信令傳遞。在路由協議方面，完全分布式的泛洪路由方式將不再適用，分域治理與集中式路由信息同步是兩個可行的方向，同時基于人工智

71、能的預測性路由更新技術也將助力實現快速的路由收斂。在信令技術方面，大尺度帶來的傳播時延無法縮短，但使用確定性的信令技術可在信令轉發過程保障信令消息的優先級，進而壓縮轉發時延、補償額外的傳播時延，實現低時延的信令傳遞。自組織和無縫切換協議：自組織和無縫切換協議：主要用于自動化響應高動態網絡的物理節點與鏈路的可用性變化，以保持連續通信能力。在天地一體化的動態網絡環境中，衛星節點一方面面臨故障時效的風險，另一方面其動態性也使其與地面站的連接關系動態變化。如何通過網絡結構的調整或接入點的切換最大化網絡的連續服務能力是關鍵。面向故障的場景，一顆或多顆衛星以及相關的鏈路將同步時效，其他鄰居衛星節點可通過點

72、對點的分布式協議對可用臨近衛星進行搜索與定位，并使用自匹配算法計算新的鏈路并自動進行鏈路重建。面向切換的場景，可以采用人工智能預測技術預測即將到來的切換，在當前鏈接斷開之前與下一個節點預先建立連接，結合緩沖同步技術在切換期間緩存關鍵數據，保障數據連續性。3.3.2.光電混合交換技術 星間網絡可實現不同類型應用衛星的互聯、跨區域的實時數據通信，天基衛星骨干信息網絡需要為不同類型用戶提供穩定可靠的數據轉發服務，向著多類型、多層次混合組網的方向發展等問題。星上高效轉發是重要使能技術之一。因此，針對未來天地融合的組網互聯與信息傳輸需求，需研究空、天、地全時全域立體覆蓋，微波、激光異構星間鏈路混合組網場

73、景下，多體制數據傳輸與多模態交換需求與特征，研究星上光交換、數字交換、微波光子信道化交換等高速數據轉發與交換技術，實現星上體積重量功耗約束下的高效數據轉發與交換。30 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 星上光交換：星上光交換：衛星載荷平臺空間資源緊張，因此對具備小型化、低功耗和輕量化的光交換矩陣模塊有迫切需求。同時，大顆粒度業務的星間激光鏈路復合傳輸，需要結合波分復用技術與基于波長變換的光交換技術。星上應用環境復雜，要求光交換矩陣模塊的不同信道間需要有較高的信號隔離度來保障信號質量和實現高吞吐量無損數據交換。此外，光交換矩陣模塊需要具備無阻塞全交換的特征以實現信道靈活配置和業務靈活部

74、署。數字交換：數字交換：天基光交換需要對用戶業務分組進行存儲與轉發，對全光交換板卡發送的光信號進行解調，因此需要數字交換技術對解調得到全光交換數據幀根據星上特定轉發表將其進行分組交換，最后將分組數據調制為光信號發送給全光交換板卡。數字交換需要實現業務適配、全光交換虛通道（VC）交叉、標簽轉發信息表、流量調度、內部緩存、自動保護倒換等功能。同時數字交換需支持小顆粒度的分組業務傳輸，與全光交換相結合實現業務的匯聚與分流，統一承載轉發，以適應更多的信道類型接入、多粒度業務的混合交換。微波光子信道化交換：微波光子信道化交換：針對星上用戶的不同需求，需實現多路頻帶任意交換，并能使單路頻帶變得靈活可調諧，

75、因此需要微波光子信道化交換技術，該技術可實現低復雜度、大容量的星載交換，通過信道分配、信道切割和信號重構等方式實現多路不同帶寬窄帶信號的綜合與重構，從而可完成微波光子信道化交換的整個過程。微波光子信道化交換過程需要通過交換光載波而不是有效載荷信號來實現，在不降低信號功率的前提下，保證信噪比，并且要求由各自獨立的小型模塊構成，模塊小型化可集成，以任意波長選擇為核心，實現可擴展，多通道的微波光子交換。3.3.3.生存性保障技術 由于天地一體化網絡處在太空環境、大氣環境和地面環境的包圍中，導致其極易受太空環境、大氣環境和地面環境的影響，嚴重影響其可靠穩定運行。地面環境中的地震、施工、洪水、強降雨、臺

76、風、山體滑坡、泥石流、山火、龍卷風、冰雹、山洪、暴雪等情況會損毀通信設備和光纖鏈路。大氣環境中大氣湍流、云層遮擋、雨衰、雪衰等情況會影響通信傳輸質量，嚴重時會導致星地間通信鏈路中斷。太空環境中的衛星蝕、日凌、等離子體、太陽活動、流星體和空間碎片、地磁場等情況會導致衛星故障甚至失效或者導致星地 31 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 和星間鏈路中斷。如何從網絡設計之初對天地一體化網絡進行準確的可靠性評估，減少故障的發生或者降低故障發生的概率成為保障天地一體化網絡可靠性的首要任務。另外，對于具有龐大規模的天地一體化網絡來說，故障是不可能避免的，因此迫切需要天地一體化網絡在故障情況下能夠繼

77、續提供可靠的服務。天地一體化網絡可靠性評估天地一體化網絡可靠性評估：相對于地面網絡固定的節點鏈路連接關系，衛星網絡中衛星節點的位置以及衛星節點間的相對距離都是以時間為變量的函數，網絡的拓撲關系呈周期變化。需要針對太空環境、大氣環境和地面環境中的每種因素造成的空地融合網絡性能下降或者故障進行定量指標描述，建立環境因素與空地融合網絡可靠性的數學聯系，形成空地融合網絡的可靠性評估指標體系。同時，需要建立太空環境、大氣環境和地面環境的影響導致的天地一體化網絡狀態轉移關系，建立統一的天地一體化網絡的狀態轉移關系，計算狀態之間的轉移概率，形成天地一體化網絡的可靠性評估模型。立體化抗毀方案立體化抗毀方案：對

78、于天地一體化網絡來說，衛星網絡處在太空環境中，星地鏈路處在大氣環境中，地面網絡處在地面環境中，衛星網絡和地面網絡具有災難獨立性，衛星網絡與地面網絡可以協同以實現立體化抗毀組網。由于衛星激光鏈路的容量小于光纖鏈路的容量、激光鏈路的性能低于光纖鏈路、空間激光鏈路的成本也高于地面光纖鏈路的成本，因此需要構建立體化抗毀策略，在抗毀能力、成本、網絡性能、傳輸質量等方面進行綜合權衡，保證在提升網絡抗毀能力的同時具有可接受的成本、網絡性能和傳輸質量。智能體構建與保障方法智能體構建與保障方法：天地一體化網絡受太空環境、大氣環境、地面環境多重環境的影響，器件老化、氣壓、溫濕度變化等導致的傳輸性能的下降難以預測，

79、極端環境導致的突發多故障定位準確率低，無法實現實時自適應的網絡調整，使得天地一體化網絡的傳輸質量和系統性能難以保障，影響天地一體化網絡的承載能力和服務質量。智能體構建與保障方法利用人工智能技術實現最優的體覆蓋，并進行空間環境和大氣環境的感知，實現體上光信號傳輸質量的精確預測，實現調制格式等的自適應調整，保障體結構的穩定性。3.3.4.數字孿生技術 32 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 天地一體化的光通信系統中，規模性的網絡故障帶來的業務中斷將給互聯網應用帶來巨大損失，這對光網絡的穩定性和可靠性提出了極高的要求。為了增強對復雜光網絡的感知、監控、優化的能力，并最大化利用網絡資源以提升

80、網絡容量，智慧光網絡的構建迫在眉睫，基于知識與數據聯合驅動的物理層數字孿生系統將成為關鍵數字底座。數字孿生技術以數字化的方式建立物理實體的多維度、多學科、多物理量的動態虛擬模型來仿真和刻畫物理實體在真實環境中的狀態、行為、規則等。作為一種充分利用數據、模型、算法并集成多學科的技術，數字孿生為物理世界與數字世界的全面聯系建立了橋梁和紐帶，為實現二者之間的交互與融合提供了有效的解決途徑。與傳統光網絡物理層的靜態建模不同，數字孿生技術將基于感知單元采集的實時數據，對每一個物理器件和傳輸鏈路進行數字化同步映射，為網絡管控提供實時精準的物理層關鍵信息和動態映射模型，基于該數字底座可以進行全生命周期的監測

81、、模擬、推演、分析和自動優化等一系列功能。面向天地一體化光通信的數字孿生系統是突破泛在感知、動態建模和自動優化方面的關鍵技術。網絡狀態泛在感知：網絡狀態泛在感知：首先是“數據”部分，數字孿生必須以海量數據為基礎，并且是基于全要素、全生命周期的數據，只有通過物理空間中采集到的數據，才能夠在數字空間中建立數值化模型，并且驅動其運行。光網絡從物理層到網絡層通過傳感探測、性能監測、網絡上報等可采集到來源廣泛、類別多樣的海量數據，包括歷史數據、初始數據、實時更新數據和其他關聯數據等。然而，不同數據具有不同的結構特點、運行方式、存儲機制和處理算法。因此，需要對多源異構數據進行融合處理，數據融合處理技術包括

82、對各種數據源給出的有用信息的綜合、過濾、合成及分析，以保證數據的統一、規范和通用。高保真鏡像建模：高保真鏡像建模：“鏡像模型”是數字孿生系統的核心，其通過數值化的方式在物理世界和數字世界之間全面建立準實時聯系，數字孿生利用建模技術對光網絡的物理狀態、運行過程、變化趨勢等進行數字化描述、模擬和分析，因此，可以說孿生模型是數字孿生的靈魂。為了實現開放解耦光網絡健康、穩定、高效運行，需要對光器件和光傳輸系統進行多維協同建模。數據驅動的灰盒孿生模型可以解決傳統模型（白盒）的精度問題和機器學習模型（黑盒）的泛化性問題?；液袑\生模型針對光纖鏈路的特性，對光纖、光放大器、波長選擇開關和光收發機等關鍵模塊分別

83、建模。各模塊基于特有的物理特性建立的傳統模 33 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 型和機器學習模型相融合，從而實現各個模型的高精度和高泛化性。其次，為了滿足網絡管控速度的要求，需要降低模型的復雜度。各模塊之間的耦合需要進一步結合波形仿真模型和性能計算模型，達到復雜度和精度的最優折中。同時，針對各模塊之間的相關性，需要建立端到端的聯合校準機制，提升系統整體的建模精度。最終在數字空間中，根據不同場景需求，利用數據和知識混合驅動的思想建立快速、有效的傳輸過程中時域和頻域的動態響應模型。網絡性能自動優化：網絡性能自動優化：“優化策略”是利用數字孿生技術實現網絡性能優化、保障系統穩定運行的功

84、能應用部分。在動態光傳輸過程中，信號的時域波形和功率譜分布會出現惡化及波動。然而，現有的實際系統往往缺乏實時精準優化的能力，配置策略嚴重依賴專家經驗及初始狀態，不夠智能。因此，數字孿生系統要求基于建立的孿生模型，在數字空間通過數值模擬智能化地制定精準、匹配的優化策略，并反饋至物理空間，對光傳輸系統進行優化配置?；谒⒌臅r域和頻域的動態響應模型，實現孿生模型輔助的光傳輸系統中光域和電域的協同優化算法。同時，優化策略建立在鏡像模型實時更新的基礎上，在線學習可基于遷移學習算法，對模型進行動態實時更新，校準模型的不準確性和參數的不準確性。此外，在時間維度上，可以利用時間序列分析技術研究光物理層器件

85、變化規律，構建預測未來系統性能的推演能力。最終，優化策略以實時更新的鏡像模型為基礎，可以在控制系統中智能化制定匹配精準的反饋策略，對光傳輸系統實施低成本、高效率、智能化的優化配置，從而發揮空天地一體化光網絡的效能。3.4.感知技術感知技術 3.4.1.通信感知一體化 天地一體化網絡中，感知、通信設備的大規模部署會引入大量的器件和頻譜資源開銷。為了實現高效、智簡光網絡，并最大化利用硬件和頻譜資源，推動通信感知一體化技術是關鍵一環。通過通信與感知的硬件、頻譜、信號處理和節點共享，一體化網絡可以進一步提高覆蓋能力、傳輸效率、安全性和智能化水平。面向天地一體化光通信的通信感知一體化需突破多模態信息光感

86、知、面向多模態信息的光傳輸和通感一體化系統設計關鍵技術。34 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 多模態信息光感知技術：多模態信息光感知技術：指利用光學技術來實現對多種信息如圖像、深度、光譜、偏振等的感知和處理。多模態信息光感知技術可以提高感知信息的質量和維度，增強對場景的理解和表達，為云業務、全息通信、智慧交互、遙感等領域提供新的解決方案。面向高效、快速的多模態信息感知方法需求，研究新型信息采集理論，設計基于單個或多個傳感器的混合感知方式，實現快速、高質量多模態信息光感知。面向對多種信息的準確重構需求，研究數據驅動方法，設計基于深度學習的網絡模型，實現高質量、快速、多維的信息重建。面

87、向多模態信息的光傳輸：面向多模態信息的光傳輸：指利用激光作為信息載體，通過空間或光纖進行多模態信息的高速率、高安全、低延遲數據傳輸。面向高效多模態信息傳輸需求，設計高性能、低復雜度、可擴展通信感知一體化編碼調制及信號處理方法，提出基于自適應或機器學習的信道損傷補償算法，提高光傳輸系統業務的傳輸容量及傳輸距離。通感一體化系統設計：通感一體化系統設計：通過共享硬件、頻譜、信號或節點，設計同時具備多模態信息光感知及傳輸功能的一體化系統，降低一體化光網絡的成本、功耗。根據通信和感知對于硬件的共性需求，設計合理可靠的硬件架構和布局，實現感知與通信的功能復用。根據不同應用場景的性能需求，綜合頻譜效率、傳輸

88、距離、感知分辨率等指標進行分析，設計適用于通信和感知的系統架構。3.4.2.網絡化智能感知 天地一體化網絡將實現全球范圍內的無縫通信覆蓋，融合衛星和地面網絡，為用戶提供高速智能的服務。而隨著通信頻段的持續提升和網絡規模的不斷擴大，F6G 在智能感知、網絡協同管控等領域正面臨巨大挑戰，亟需構建起廣覆蓋、高動態的信息采集與融合架構，基于全網共享的感知信息，在系統層面獲得更高的安全保障和更智能的管控決策。智能感知技術可以實時收集網絡性能數據，檢測異常并提供預警，從而減少網絡中斷時間，提高服務可靠性。面向天地一體化光通信的網絡化智能需要突破全域全譜感知和決策管控關鍵技術。全域全譜感知技術：全域全譜感知

89、技術：全域全譜感知技術是一種對物理世界進行全方位、全維度、全頻譜的感知和理解的技術。通過高精多維傳感設備對目標區域進行多維度、多頻譜的數據 35 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 采集，并進行數據校準、編碼等操作，提高數據質量和傳輸效率。利用多任務學習、遷移學習、強化學習等技術，對不同模態、不同頻譜的數據進行融合和分析，提取數據中的關鍵特征和關聯信息，實現對目標區域的精細識別和理解。另外，為了滿足未來業務的低時延要求，需要研究低復雜度一體化感知技術，提供低成本高可靠的技術方案。智能協同決策管控：智能協同決策管控：傳統的人工或簡單算法驅動的網絡管控機制難以應對復雜化的網絡業務需求。然而

90、，感知信息的數據融合、智能分析決策和協同管控將成為滿足不同通信場景需求的關鍵。在這一背景下，人工智能技術將發揮重要作用，為未來網絡的分布式智能感知和協同管控提供支持，從而實現全局管控網絡狀況的目標。這一技術路線的核心包括高性能深度學習模型、高效數據采集與傳輸、智能安全性保障等方面的研究。同時，要實現智能協同管控的全面部署，需要降低大規模系統的復雜性，確保數據隱私和安全性，滿足高可用性要求。3.5.呈現呈現技術技術 3.5.1.內容采集與處理 三維全息通信技術能夠為用戶提供更真實、更具臨場感的使用體驗。天地一體化光網絡可提供高速、高帶寬、低延時的數據傳輸，適應三維全息通信傳輸數據量大、實時性要求

91、高的特點。三維全息通信首先需要進行內容采集和實時高效的內容處理，然后通過三維渲染技術呈現在裸眼 3D 顯示器上，給人以身臨其境的視覺體驗。三維全息呈現所需的動態三維內容又稱作“體積視頻”（Volumetric Video），其采集方式可以分為純彩色相機陣列（RGB）采集和深度相機+彩色相機陣列（RGBD）采集。純彩色相機陣列采集用幾十甚至上百個彩色相機從多個角度捕捉人像和表演，為了后期方便數據提取，通常會在周圍布置綠幕。拍攝時，通過時間控制器控制相機陣列同步啟動拍攝。根據應用場景等不同，彩色相機陣列又可分為局部圍繞式和 360圍繞式。相較于純彩色相機陣列，目前主流的做法是通過深度相機搭載彩色相

92、機陣列來完成。和單純用彩色相機相比，加上深度相機后，生成的人物三維數據更加精細，細節表現會更好。例如臉部的三維效果更明顯，可以清晰看到鼻梁的高度、嘴唇的輪廓等細節。針對 RGB 陣列和 RGBD 陣列兩種采集方式，三維重建算法可分為兩大類：純彩色相機陣列的被動式和深度相機加彩色相機的主動式。36 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 被動式三維重建算法：被動式三維重建算法：直接根據 2D 圖片信息，而不依靠發射信號，對物體進行重建。被動式三維重建算法需要通過精準的視差計算和立體匹配來恢復三維信息，是計算密集型任務，對存在遮擋和陰影的區域重建難度較大。被動式三維重建算法，如 SfM（Str

93、ucture from Motion），主要是通過還原點云進行三維重建。SfM 是一種全自動相機標定離線算法，以一系列無序的圖像集作為輸入，估計出的相機參數矩陣和稀疏點云為輸出。由于 SfM算法得到的點云是稀疏的，因此需要再進行 MVS（Multi View Stereo）算法對稀疏點云進行處理，轉換為稠密點云。主動式三維重建算法：主動式三維重建算法：需要通過傳感器對物體發射信號，然后解析返回的信號對物體進行重建。主動式三維重建算法需要高性能的捕捉設備來獲取精準的深度信息，深度數據的噪聲和錯誤會影響三維重建的結果。具有代表性的主動式三維重建算法有：結構光、TOF等。其中，以紅外光結構光為例，依

94、靠紅外投射器將編碼的紅外光投射到被拍攝物體上，然后由紅外相機進行拍攝，獲取被拍攝物體上編碼紅外光的變化，將其轉換為深度信息，進而獲取物體三維輪廓；TOF法通過投射器向目標連續發送光脈沖，然后依據傳感器接收到返回光的時間或相位差來計算距離目標的距離。主動式算法如結構光法和 TOF 法能夠精準構建 3D 模型，但二者都需要較為精密的傳感器。3.5.2.三維渲染與呈現 采集設備獲取的大規模圖像數據，通過天地一體化網絡的高效傳輸，保證了接收數據的高質量和低時延，為后續的內容處理和渲染呈現效果奠定了基礎。圖像數據經過算法進行內容處理后，生成的數據模型使用渲染技術在顯示設備上展示。渲染方法主要有多視圖立體

95、渲染技術和多平面圖像技術。多視圖立體渲染技術主要用于虛擬現實（VR）設備的圖像渲染。當圖像通過虛擬現實眼鏡等設備呈現在人眼前，設備呈現的畫面質量直接決定用戶的觀看感受。在該類設備上，圖形硬件廠商在提升畫面視野，降低圖形畸變，提高圖形質量等方面不斷努力，并推出一系列技術與解決方案。多平面圖像渲染技術是一種基于圖像渲染環境復雜真實場景的技術。例如在渲染具有遮擋或鏡面反射等具有挑戰性的復雜場景時，這種技術比傳統的 3D 網格渲染更有效。多平面圖像（Multi-Plane Image，MPI）能夠表示幾何體和紋理（包括遮擋元素），并且使用alpha通道處理部分反射或透明對象以 37 第六代固定通信網（

96、F6G）白皮書 V1.1 及處理柔軟邊界。增加平面數可以使 MPI 表示更寬的深度范圍，并允許更大程度的相機移動。此外，由 MPI 渲染生成新視點非常高效，并且可以支持實時應用程序。未來主流的裸眼全息屏技術有基于空間中三維物體光場重構的體三維技術和光場立體顯示技術。體三維顯示：體三維顯示：一種全新的三維圖像顯示技術，通過適當方式激勵點亮位于顯示空間內的物質，利用可見輻射的產生、吸收或散射形成大量的體像素，從而構建出三維圖像。然而，現有可應用的體三維顯示技術大多通過震動、旋轉等方式形成屏幕，其高加速度的機械控制部件承受應力極大，容易出現安全事故，因此其需要強度極大的保護罩。體三維顯示技術呈現的圖

97、像就像是一個真實的三維物體，符合人類觀察的普通三維圖像的特點，幾乎能滿足所有生理和心理的深度暗示，可實現多人、多角度的同時裸眼觀察。光場三維顯示技術：光場三維顯示技術：利用帶有方向的光束來構建空間三維物體的光場?？臻g中任意一個三維物體都可以看作是由無數個發光點組成，任意一個點能夠主動或者被動地向空間中各個方向發出攜帶自身特性的光線。通過設計控光單元的結構、對 2D 顯示設備上加載圖像進行有規律的編碼等方式，調制有控光單元出射的攜帶三維場景信息的方向光，使其能夠在空間中匯聚并構建出向不同方向投射不同空間信息的體像素。然而，單層控光元件構成的控光單元難以有效消除成像像差，需要對控光元件進行多層堆疊

98、以控制成像像差，降低呈現體像素間的串擾。用這些體像素來模擬真實物體的發光點，使人眼獲得更真實、自然的 3D 影像。38 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 4.F6G 適用場景與應用適用場景與應用 4.1.全時域光互聯全時域光互聯 隨著萬物互聯時代的到來，信息通信網絡正在沿著時間和空間不斷拓展，“全時可用、全域覆蓋”的萬物互聯體系將成為未來國際競爭力的核心要素。如圖 9，全時全域光互聯是未來 F6G 的核心應用場景，是實現萬物互聯的承載基座；其以地面網絡、空基網絡和天基網絡（地空天）作為設施載體，以光作為傳輸媒質實現各層相互連通與協作。全時全域光互聯屬于異構資源協同組網，主要具備“大尺

99、度、高速率、多波段”三大關鍵特征。圖 9 面向地空天的全時全域光互聯（1）大尺度。具體指跨越較大范圍的時空尺度。全時全域光互聯將傳統通信由地面延伸至空間，F6G 將提供高動態網絡容量優化和多源異構數據融合應用等核心技術，以提升全球范圍、全天時的信息通信能力，滿足更大容量、更高速度、更低時延的業務需求，為國防軍事、國民經濟和社會服務提供基礎通信保障。（2）高速率。萬物互聯體系需要超 100Gbit/s 的高速率空間光互聯技術來支撐。在F6G 中，通過寬光譜范圍的空間硅基光子芯片、高速光信息處理器件和多粒度交換器件等，減小系統尺寸與功耗，削弱大氣湍流影響，抵抗強電磁流與射線輻照，提高調制效率和響應

100、速度。39 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1（3）多波段。不同頻段資源在覆蓋范圍、傳輸容量和協同處理等方面性能參差不齊，全時全域光互聯將克服通信頻譜和軌道等資源的嚴重制約，通過光波多波段可調諧光發射與接收機、寬范圍調諧和高精度控制的激光器，實現多源異構光電融合通信中的實時數據采集、處理、傳輸過程。4.2.全息通信全息通信 天地一體化 F6G 網絡基于支撐大尺度空間的全時全域互聯能力，配合裸眼三維顯示技術真實度高、參與感強和沉浸感佳的優勢，未來可支撐各類全息通信應用，如圖 10。圖 10 F6G全息通信應用示意圖（1）一對多全息通信：全息演講或教學 當前，遠程演講或教學逐漸應用于現實生

101、活，信息的傳播不受地域限制。相較于傳統的通信方式，全息高真實性的特點使受眾專注度大為提升，學習效果進一步貼近線下教學。此應用場景具有如下特點：信息流重要程度通常不對等，下行流重要性（演講者或授課者的信息）大于上行流（受眾的反饋），信息流呈現輻射狀?；谝陨咸攸c，初期的業務端到端解決方案可采用單向（下行）全息顯示，上行高清顯示，這有利于在全息技術和F6G等高速網絡技術的發展初期進行部署。40 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1（2）多對多全息通信：會議 當全息技術和大帶寬網絡技術發展到一定階段，可以構筑高質量高感官程度的互動通訊。在視頻會議這一場景中，線上參會人員人物數據將會被實時采集并

102、通過全息顯示技術，在人員身邊構建虛擬的高真實度參會場景，實現身臨其境般的線上會議討論。此應用場景具有如下特點：信息流重要程度對等，每個人的面前都需要顯示所有其他人的全息影像和聲音，是一對一的復雜形式?；谝陨咸攸c，業務端到端解決方案中每個用戶既是被采集者也是接受者，作為接受者時，同時獲取來自其他用戶的全息影像和聲音。此模式對網絡帶寬的需求很高。圖 11 F6G虛實交互應用示意圖 4.3.虛實交互虛實交互 虛擬現實是新一代信息技術的重要前沿方向，是數字經濟的重大前瞻領域，將深刻改變人類的生產生活方式。它涵蓋近眼顯示、渲染處理、感知交互、網絡傳輸、內容生產、壓縮編碼、安全可信等核心關鍵技術，以先進

103、的云、網、邊、端、芯組成硬件的基礎底座。在虛實交互方面，F6G 具有廣闊的應用前景，可提供高速、穩定、低延遲的數據傳輸和通信支持，實現更加流暢、更加真實的虛擬現實和增強現實應用，如虛擬會議、虛擬旅游、虛擬現實游戲等。用戶可以在元宇宙的虛擬多人互動環境中創建和控制自己的虛擬角色，41 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 與其他用戶進行互動、交流和游戲。除了元宇宙，F6G 還可以應用于 XR（增強現實）等領域。例如，在現實場景中，用戶可以通過佩戴智能眼鏡或其他設備，實時感知周圍環境，并將虛擬信息疊加在現實場景中，從而實現對現實世界的增強感知，如圖 11。目前，已有許多現實世界場景被遷移至虛

104、擬世界中，通過光通信技術的支持，這種虛實交互可以實現“超高速率、超低時延、超大連接”的數據傳輸和通信，從而實現虛擬世界與現實社會的高度同步。同時，虛實交互在未來的廣泛應用將會對光通信技術提出進一步的需求，未來光通信技術的進一步發展也會促進虛實交互體驗的不斷提升。（1）帶寬需求推動光通信發展：虛實交互技術對數據傳輸的需求巨大，需要傳輸大量的高清圖像、視頻和傳感器數據。天地一體化光通信作為一種高帶寬傳輸技術，能夠滿足虛實交互對數據的高速傳輸需求。虛實交互的發展將進一步推動光通信技術的發展，充分利用天地一體化網絡的覆蓋優勢，打造全時全域虛實交互應用。（2）延遲保障實時交互體驗：虛實交互技術對實時性的

105、要求非常高，需要實時響應用戶的動作和操作，以提供流暢的交互體驗。光通信具有高速傳輸和低延遲的特點，可以有效地支持實時的數據傳輸，確保虛實交互系統的快速響應和實時性。天地一體化光通信將基于天地雙網的寬帶傳輸能力，為虛實交互應用提供低延遲的數據傳輸能力。（3）抗干擾性保證穩定交互環境：虛實交互技術通常在多人同時參與的環境中進行，如多人游戲、虛擬會議等。在這種情況下，通信系統需要具備高抗干擾性，以確保數據傳輸的穩定性和可靠性。天地一體化光通信技術將具備自組織抗毀能力和更強的抗干擾性，能夠提供更穩定的傳輸環境，為虛實交互提供可靠的數據傳輸基礎。4.4.智能體互聯智能體互聯 隨著人工智能技術的迅猛發展，

106、智能系統將廣泛應用于人類生產與生活的各個空間，人能否與智能系統形成良好的交互及協作關系，將影響著能否最大化發揮智能系統的能力。智能系統所具備的自主學習、自主決策、主動交互、情境感知等能力與特性，正推動著傳統的“刺激-反應”式的人機關系向著人機融合發展，即伙伴式的“人機智能協作”關系。以機器為代表的“智能體”未來將與人類充分協作，且具備高速移動、高度智能的特征。為了承擔更多人類無法完成的任務，智能體將廣泛存在于陸地、海洋、天空，甚至太空。42 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 支撐大尺度空間的“人-機”與“機-機”等智能體的高效協同，將是天地一體化光通信系統的關鍵應用之一，如圖 12。

107、圖 12 F6G智能體互聯應用示意圖 為了滿足智能體互聯的信息交互需求，F6G 網絡可通過天地一張網實現海陸空無縫覆蓋與萬物互聯。在 F6G 支持下，可接入的人、物和設備數量和規模將進一步提升，即無論是有人區還是無人區，都能實現智能機器覆蓋，以延長人類活動所能觸及的范圍。被連接的人、物、設備可能升級為可相互連接的“數字物種”，其產生的海量數據源源不斷地匯入到智能中樞，再將智能中樞產生的智慧帶到每一個場景，形成全時全域的智慧協同。43 第六代固定通信網（F6G）白皮書 V1.1 附：附：主要主要貢獻單位與人員貢獻單位與人員（排名不分前后排名不分前后）北京郵電大學：黃善國、趙永利、王 偉、楊 輝、王丹石、于振明、張佳瑋、郭秉禮、于迅博、李亞杰、郁小松、李 巖、徐興元、歐燕妮、李新，薛旭偉 清華大學：鄭小平、華 楠 北京大學：陳章淵、張 帆 北京理工大學：董 毅、謝瑋霖 上海交通大學：胡衛生、諸葛群碧 復旦大學：遲 楠、張俊文 華中科技大學：唐 明 中山大學：李朝暉，李凡 電子科技大學：江 寧 西南交通大學：閆連山 蘇州大學：沈綱祥、李泳成、高明義 重慶郵電大學：郭 磊、侯維剛 廣東工業大學：付松年 南方科技大學：沈 平 西安電子科技大學：顧華璽