地面移動通信網(wǎng)絡(luò)過幾代的發(fā)展，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較為固定，傳輸較為穩(wěn)定可靠，服務(wù)質(zhì)量較好。然而，傳統(tǒng)地面網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)也十分明顯，不僅需要相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的支持，而且通信覆蓋范圍有限，在人跡罕至的高山、沙漠以及廣闊的高空、海洋等區(qū)域無法做到有效覆蓋。此外，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常較為固定，在發(fā)生自然災(zāi)害或遭受人為蓄意破壞時，地面網(wǎng)絡(luò)通信可能中斷。無線接入需求的區(qū)域不于人口密集的城區(qū)，未來還一步擴(kuò)展到高空、海洋、沙漠等人口稀疏區(qū)域?qū)嵤┸娛卤O(jiān)控、大氣和海洋環(huán)境監(jiān)測等行為。與地面通信系統(tǒng)相比，通信(如同步或中、低軌道等)具有覆蓋范圍廣、通信容量大、不受地理條件限制、適用業(yè)務(wù)類型廣泛等諸多優(yōu)勢，極大地拓展了信息傳輸?shù)目臻g和時間尺度，是真正全球覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，是搶險救援的重要器材，也是軍隊全域作戰(zhàn)的手段。作為國家重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，通信通過動態(tài)的星間與星地微波鏈路將地面、海洋、空間與深空中的信息獲取節(jié)點(diǎn)、信息存儲節(jié)點(diǎn)、信息處理分發(fā)節(jié)點(diǎn)、信息使用節(jié)點(diǎn)緊密連接，可支持高動態(tài)、多樣化、寬帶、高可靠實時傳輸，廣泛服務(wù)于通信保障、遠(yuǎn)洋航行、應(yīng)急救援、導(dǎo)航定位、航空運(yùn)輸、測控等重大應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)依賴視距通信，對位于城市中心、人口密集區(qū)域的用戶而言，由于各種建筑物的遮蔽，僅依靠提供的通信服務(wù)質(zhì)量顯然不如地面網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。在從,加國由關(guān)大能在由要其川求大的井半發(fā)高中杜開合期業(yè)王隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)計算、區(qū)塊鏈等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出許多新趨勢。國際電聯(lián)定義了泛在網(wǎng)絡(luò)(ubiquitous network)，即個人和無線設(shè)備無論何時何地何種方式以少技術(shù)限制接入到服務(wù)和通信;并描繪了泛在網(wǎng)絡(luò)愿景:5C(融合、內(nèi)容、計算、通信、連接)和(任意時間、任意地點(diǎn)、任意服務(wù)、任意網(wǎng)絡(luò)、任意對象)。泛在網(wǎng)絡(luò)的基本特征是泛在通信和萬物互聯(lián)，對單一的地面通信或通信帶來了巨大挑戰(zhàn)，也為兩者的融合發(fā)展提供了良好機(jī)遇。

本書在回顧地面移動通信和通信歷史及現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過分析蜂窩通信和通信繼續(xù)展面臨的挑戰(zhàn)，可以發(fā)現(xiàn)兩者融合發(fā)展的巨大優(yōu)勢。由于地面網(wǎng)絡(luò)的局限性以及傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)真正意義上的全球覆蓋，將成熟的移動通信網(wǎng)與地面蜂窩網(wǎng)有機(jī)融合所構(gòu)成的星地協(xié)同傳輸網(wǎng)絡(luò)，可發(fā)揮地面網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)各自的優(yōu)勢。同時，兼顧人口地區(qū)的有效覆蓋以及人口密集區(qū)域的可靠通信，能有效地提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用率和用戶的服務(wù)質(zhì)量。隨著無線通信朝移動化、異構(gòu)化、全球化和多網(wǎng)系融合的方向發(fā)展，以及綠色無線通信的提出，使無線通信由追求寬帶高速向追求效率和環(huán)保轉(zhuǎn)變，一體化組網(wǎng)方式下的協(xié)同傳輸架構(gòu)充分挖掘時域、頻域、空域等多維空閑頻譜資源�；�于星間、星地協(xié)同處理，具有組網(wǎng)靈活、切換便捷、資源分配、有效擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍與保證移動用戶服務(wù)質(zhì)量等優(yōu)勢，已成為下一代無線通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和研究之一。天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)同深�？臻g站、量子通信、量子計算機(jī)等項目成為批部署的面向30年的國家重大科技專項。依托國家實驗室、國家重大專項以及國家自然科學(xué)等項目的支撐，我國在天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)方面的研究取得一定成果，但是相比于歐美等發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域的研究強(qiáng)勢和核心專利的擁有程度還處于明顯弱勢地位。因此，迫切需要面向未來天地一體化運(yùn)行服務(wù)的新手段、新途徑、新模式，開展更高和更深層次的應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究，一步構(gòu)建天地一體化的移動通信網(wǎng)提供理論依據(jù)和技術(shù)儲備。

全目前，針對星地融合認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的研究主括兩種傳輸架構(gòu):一是基于覆蓋區(qū)域內(nèi)地面中繼站對信行轉(zhuǎn)發(fā)的協(xié)同中繼傳輸，主要利用時域和空域維度資源;二是基于認(rèn)知無線電技術(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同頻譜共享，主要利用頻域、碼域等資源。盡管協(xié)作和認(rèn)知技術(shù)的引入能夠有效提升星地融合網(wǎng)絡(luò)性能，但是為了提高頻譜利用率，地面蜂窩系統(tǒng)與通信系統(tǒng)使用相同頻率時，就必須要考慮網(wǎng)絡(luò)間同頻問題�；�于上述分析，在頻率資源受限的條件下，如何基于星地融合網(wǎng)絡(luò)實際模型對網(wǎng)絡(luò)間問題展開研究，一步保證與地面網(wǎng)絡(luò)共存、提高信息傳輸?shù)挠?

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在此，作者要感謝一起奮斗的同事們括:林敏研究員、朱衛(wèi)平教授、鄭淦教授.Symeon Chatzinotas教授、Wong K-Kit教授、歐陽鍵副教授、顏曉娟副教授等，他們對本書的完成給予了很多的建議和幫助。此外，還要感謝為本書的整理及校對而辛勤工作的學(xué)生們。

另外，感謝陸程大學(xué)全軍優(yōu)秀博士學(xué)位論文出版資助對本書的資助，感謝國家自然科學(xué)項目(編號:61901502，71392，61371255，601517)、人力資源與社會保障部全國博士后創(chuàng)新人才支持計劃(編號:BX0101)、國防科技大學(xué)科研計劃項目(編號:ZK18-02-11)、江蘇省自然科學(xué)項目(編號:BK131068)、國防科技大學(xué)高層次創(chuàng)新人才青年培養(yǎng)計劃、移動通信國家實驗室項目(編號:12D15)對本書的資助。

隨著研究工作的深入，我們深刻體會到，本書所反映的研究工作雖然取得了一展，但對于整個天地融合網(wǎng)絡(luò)來說，所取得的成果只是“滄海一粟”。盡管本書作者查閱了大量的相關(guān)資料，借鑒了眾多研究成果，但受到知識儲備、研究深度、廣度和能力水平所限，疏漏和不妥之處在所難免，懇請各位讀者不吝批評指正。

后，對本書中所借鑒和引用參考文獻(xiàn)的作者，對在本書編寫過程資料支持和幫助的所有人員，以及對在本書的成稿過程中提出寶貴建議的專家學(xué)者表示衷心的感謝!