Analysis of Research Status and Hotspot Frontier in Satellite Communication
Liu Shaofang
Analysis of Research Status and Hotspot Frontier in Satellite Communication
[Objective/Significance] To grasp the research status in global satellite communication, and put forward some suggestions for the development of this field in China. [Method/Process] Based on the articles between 2013 and 2022, the output trend of SCI, countries distribution, research hotspots, cooperation network of innovation institutions and research fronts of satellite communication were analyzed. [Results/Conclusions] The results showed that the number of SCI publications in satellite communication has increased rapidly in the past five years. In terms of geographical distribution, China publishes a large number of articles, while papers from the Canada, UK and the US are leading in quality. Global research hotspots include low earth orbit satellite (LEO satellite) and its application, satellite navigation, antenna, satellite communication in millimeter wave, Ka band and Ku band, beamforming technology for satellite communication, application in machine learning and so on. In cooperation of innovation institutions, ten subgroups have been excavated centering around the institutions like Southeast University, Tsinghua University, Beijing University of Posts and Telecommunications, and University of Electronic Science and Technology of China etc. Research fronts include space-air-ground integrated networks and its application, beamforming optimization, multibeam satellite industrial internet and so on.
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表1 卫星通信领域关键技术要素 |
技术分类 | 关键技术要素 |
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天线类 | 低轨卫星天线、船载卫星通信天线、 卫星平板天线、卫星相控阵天线等 |
空间段 | Q\V\Ka\Ku\S\L\UHF频段等 |
地球站 | 测控系统、信关站、馈电链路等 |
用户段 | 小型化、低功耗、入网登记等 |
协议 | DVB-S1、DVB-S2、CCSDS、5G-NR、5GC协议 |
基带类 | 星间太赫兹组网通信、QAM、OFDM、NOMA、LDPC等 |
组网 | 融合组网、边缘计算、GEO、LEO、MEO、星链、星间交换、星间路由等 |
卫星通信系统 | 高通量卫星系统、民商用卫星系统、 卫星5G融合、深空通信网络等 |
卫星通信载荷技术 | 卫星灵活载荷、卫星电路交换、 卫星分组交换、卫星激光通信等 |
表2 2013-2022年卫星通信SCI发文量TOP10国家 |
序号 | 国别 | 发文量/篇 | 篇均被引频次 | H指数 | ESI高被引 论文占比 |
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1 | 中国 | 2130 | 12.92 | 69 | 1.92% |
2 | 美国 | 803 | 21.93 | 58 | 2.24% |
3 | 印度 | 585 | 8.98 | 32 | 0.85% |
4 | 英国 | 353 | 22.33 | 44 | 3.40% |
5 | 意大利 | 341 | 18.72 | 38 | 2.35% |
6 | 西班牙 | 282 | 13.43 | 29 | 0.71% |
7 | 德国 | 275 | 18.27 | 33 | 2.55% |
8 | 韩国 | 274 | 9.18 | 25 | 0.00% |
9 | 加拿大 | 259 | 23.91 | 41 | 4.63% |
10 | 日本 | 225 | 17.92 | 26 | 4.44% |
表3 卫星通信领域研究前沿 |
序号 | 研究前沿 | 核心论文/篇 | 被引频次 | 核心论文平均出版年 | 年篇均被引频次 |
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1 | 6G空天地一体化网络中的星地协同架构 | 2 | 31 | 2022 | 15.50 |
2 | 星地融合网络的波束成形设计和优化 | 5 | 385 | 2020.8 | 25.67 |
3 | 用于6G广域物联网、海上通信的卫星-无人机-地面一体化通信网络 | 3 | 187 | 2020.7 | 31.17 |
4 | 采用NOMA的多波束卫星工业物联网以及保证其服务质量的资源配置方法 | 4 | 609 | 2019.8 | 50.75 |
5 | 低轨道卫星通信面临的关键技术挑战 | 5 | 602 | 2019 | 30.10 |
表4 介数中心性排名前20的创新主体 |
序号 | 创新主体 | 介数中心性 | 序号 | 创新主体 | 介数中心性 |
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1 | 卢森堡大学 | 151529 | 11 | 华为 | 55644 |
2 | 电子科技大学 | 130174 | 12 | 曼彻斯特城市大学 | 49820 |
3 | 西安电子科技大学 | 124218 | 13 | 鹏城实验室 | 46710 |
4 | 东南大学 | 95139 | 14 | 深圳大学 | 44625 |
5 | 北京邮电大学 | 93757 | 15 | 北京航空航天大学 | 44224 |
6 | 清华大学 | 76292 | 16 | 卡尔顿大学 | 38543 |
7 | 哈尔滨工业大学 | 73824 | 17 | 德国航天航空中心 | 37774 |
8 | 南京邮电大学 | 71115 | 18 | 南洋理工大学 | 36989 |
9 | 中国科学院 | 68584 | 19 | 庆熙大学 | 36452 |
10 | 国防科技大学 | 61646 | 20 | 瑞典皇家理工学院 | 33788 |
表5 卫星通信领域凝聚子群成分列表 |
序号 | 子群成员 |
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1 | 东南大学、南京邮电大学、国防科技大学、中国人民解放军陆军工程大学、康考迪亚大学、南京航空航天大学、中国人民解放军战略支援部队航天工程大学、阿卜杜拉国王科技大学、上海交通大学 |
2 | 清华大学、鹏城实验室、华威大学、华为、北京航空航天大学、曼彻斯特大学、新加坡科技设计大学 |
3 | 北京邮电大学、中国科学院、北京理工大学、中国空间技术研究院 |
4 | 卢森堡大学、西安交通大学、亚洲大学、奥斯特拉瓦科技大学、世宗大学 |
5 | 哈尔滨工业大学、大连理工大学、大连海事大学、浙江工业大学、卡尔顿大学 |
6 | 电子科技大学、西安电子科技大学、西北理工大学、庆熙大学、奥斯陆大学 |
7 | 曼彻斯特城市大学、武汉大学、马来西亚博特拉大学 |
8 | 瑞典皇家理工学院、欧洲太空总署、波隆那大学、慕尼黑工业大学 |
9 | 深圳大学、萨塔姆本阿卜杜勒阿齐兹王子大学、岭南大学 |
10 | 南洋理工大学、迪肯大学、奥卢大学、高丽大学 |
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中国科学院科技战略咨询研究院, 中国科学院文献情报中心, 科睿唯安. 2021研究前沿. (2021-12-08) [2023-02-13]. http://www.casisd.cn/zkcg/zxcg/202112/P020211208408005795077.pdf.
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刘承良, 管明明, 段德忠. 中国城际技术转移网络的空间格局及影响因素[J]. 地理学报, 2018, 73(8): 1462-1477.
基于2015年专利交易数据,融合数据挖掘、社会网络、空间分析等方法,从节点、关联、模块及影响因素4个方面揭示中国城际技术转移的空间格局及其影响因素:① 技术转移整体强度偏低,空间极化严重,长三角、珠三角、京津冀城市群成为技术转移的活跃地带。② 北京、深圳、上海、广州是全国技术转移网络的“集线器”,发挥城际技术流的集散枢纽和中转桥梁作用,中西部大部分城市处于网络边缘,整个网络发育典型的核心—边缘式和枢纽—网络式结构。③ 技术关联的空间层级和马太效应凸显,形成以北京、上海、广深为顶点的“三角形”技术关联骨架结构,技术流集聚在东部地带经济发达的城市之间和具有高技术能级的城市之间,中西部技术结网不足,呈现碎片化。④ 技术转移网络形成明显的四类板块(子群),具明显自反性和溢出效应,其空间聚类既有“近水楼台先得月”式块状集聚,也有“舍近求远”式点状“飞地”镶嵌。⑤ 城际技术流呈现等级扩散、接触扩散、跳跃扩散等多种空间扩散模式,其流向表现出经济指向性和行政等级指向性特征。⑥ 城市经济发展水平、对外开放程度、政策支持等主体属性和地理、技术、社会、产业邻近性的城市主体关系均会影响其技术转移强度。
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何培育, 刘艳文. 我国智能网联汽车产业专利合作网络结构及演化研究[J]. 世界科技研究与发展, 2022, 44(5): 678-690.
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沈学民, 承楠, 周海波, 等. 空天地一体化网络技术:探索与展望[J]. 物联网学报, 2020, 4(3): 3-19.
随着信息技术的不断发展,信息服务的空间范畴不断扩大,各种天基、空基、海基、地基网络服务不断涌现,对多维综合信息资源的需求也逐步提升。空天地一体化网络可以为陆海空天用户提供无缝信息服务,满足未来网络对全时全域全空通信和网络互联互通的需求。首先,对空天地一体化网络技术及协议体系的发展趋势进行了分析,探讨了低轨卫星通信系统以及空地网络融合的研究进展。针对网络结构复杂、动态性高、资源高度约束等问题,提出了基于强化学习(RL,reinforcement learning)的空天地一体化网络设计与优化框架,以进行高效快速的网络设计、分析、优化与管控。同时给出了实例分析,阐明了利用深度强化学习(DRL,deep RL)进行空天地一体化网络智能接入选择的方法。并通过搭建空天地一体化网络仿真平台,解决了网络观测稀疏与训练数据难以获取的问题,极大地提升了RL的训练效率。最后,对空天地一体化网络中的潜在研究方向进行了探讨。
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[7] |
肖圣杰, 林敏, 赵柏, 等. 智能反射面辅助的星地融合网络鲁棒安全波束成形算法[J]. 物理学报, 2022, 71(7): 344-352.
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[8] |
韩帅, 李季蹊, 李静涛. 卫星地面融合网络的窃听威胁与物理层安全解决方案[J]. 中兴通讯技术, 2021, 27(5): 43-47.
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李鹏绪. 卫星物联网系统中多址接入技术研究[D]. 北京: 北京邮电大学, 2019.
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[18] |
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[19] |
The idea of providing Internet access from space has made a strong comeback in recent years. After a relatively quiet period following the setbacks suffered by the projects proposed in the '90s, a new wave of proposals for large constellations of low Earth orbit (LEO) satellites to provide global broadband access emerged between 2014 and 2016. Compared to their predecessors, the main differences of these systems are: increased performance that results from the use of digital communication payloads, advanced modulation schemes, multi-beam antennas, and more sophisticated frequency reuse schemes, as well as the cost reductions from advanced manufacturing processes (such as assembly line, highly automated, and continuous testing) and reduced launch costs. This paper compares three such large LEO satellite constellations, namely SpaceX's 4425 satellites Ku-Kaband system, One Web's 720 satellites Ku-Ka-band system, and Telesat's 117 satellites Ka-band system. First, we present the system architecture of each of the constellations (as described in their respective FCC filings as of September 2018), highlighting the similarities and differences amongst the three systems. Following that, we develop a statistical method to estimate the total system throughput (sellable capacity), considering both the orbital dynamics of the space-segment and the variability in performance induced by atmospheric conditions both for the user and feeder links. Given that the location and number of ground stations play a major role in determining the total system throughput, and since the characteristics of the ground segment are not described in the FCC applications, we then run an optimization procedure to minimize the total number of stations required to support the system throughput. Finally, we conclude by identifying some of the major technical challenges that the three systems will have to overcome before becoming operational.
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本工作在卫星通信领域关键技术分解方面得到华南理工大学电子与信息学院章秀银教授团队的专业指导和支持,在此表示衷心感谢!
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