【白皮书市场研报】北京邮电大学：第六代固定通信网（F6G）白皮书V1.1——天地一体化光通信技术.docx

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1、第六代固定通信网（F6G）白皮书V1.1天地一体化光通信技术信息光子学与光通信全国重点实验室目录1 .固定通信网技术概述41.1. 固定通信网演进历程41.1.1. 固定通信网41.1.2. F5G与F5.SG.*a.-.51.1.3. F6G61.2. 固定通信网面临的挑战71X1.量基能力7122.生存能力81.2.3.连接能力9124.智能能力101X5.安全能力102 .天地一体化网络发展需求122.1. 高速率全脸入122.1.1. 三122.1.2. 大带宽132.2. 大容,安全142.2.1. 大容量152.2.2. 离安全152.3. 高动态智IMa网162.3.1. 强智能

2、172.3.2. 高可拿172.4. 多模态主动版172.4.1. 通感一体182.4.2. 主动感知192.5. 超时空全息呈现192.5.1. 裸眼3D.202.5.2. 通M联动213 .天地一体化光通信关键使能技术22223.1. 接入技术1. 1.1.有线接入22312. 无线接入23321 .多维复用光传箱24322 .空间激光传输261.1.1. SS内生安全防护273I.智能管控架构与协议281.1.2. 光电混合交换技术291.1.3. 生存性保障技术30354.313.4.3334.1. 通信感知一体化3334.2. .网络化智能感知343.5.1.内容采集与处理35352

3、=fci三y%4.F6G适用场景与应用38124.3. 虚实交互404.4. 智能体互联41附：主要贡献单位与人员（排名不分前后）431 .固定通信网技术概述固定通信网是指通信设备之间通过有线或无线方式实现固定连接的网络，可向用户提供语音、数据、多媒体等服务*通过百年发展，固定通信网不断向着宽带化、综合化、IP化、智能化和融合化的方向演进.固定通信网承担若海量信息传输的任务，是国家关键信息基础设施,也是支撑社会数字化转型的信息系统底座。1.1. 固定通信网演进历程在计算机与互联网技术的郭动下，固定通信网在近三十年得到了快速发展。1900至2000年期间，固定网络主要承载语音业务，依托铜线基础设

4、施，采用PSTN/ISDN技术，典型带宽为64kbitsa20至2006年期间，固定网络主要承载网页业务，典型技术为xDS1.,用于提供20MHZ以卜的宽带镀力。2006年至2012年期间，固定网络主要承载视频流业务。依旅VDS1.技术以及光纤接入技术，FTTB以及PON+1.AN的接入技术，固定网络逐步提供30100MHz的家庭宽带。2012年至2020年期间，固定网络具有承载4K超制清视频潦的能力，大规模发展并应用的PON+1.AN可以提供仃兆及以上的传输带宽服务“随若云计嵬、物联网等新技术发展，新型业务对固定网络的带宽、时延、可靠性提出了更高要求，来满足业务的高质址需求.业界开始以代际划

5、分的形式为固定网络定义发展路径，提出了第五代固定通信网(F5G.the5thGenerationofFixedCommunicationsNetworks)1.1.1. 固定通信网(1) FlG语音时代：固定通信网从电话网诞生一直持续到20世纪末，其主要服务于语音业务，但拨号接入和ISDN发展速度非常缓慢，仅能支持音频服务和拨号呼叫。在此阶段，形成了一个较完整的电话网络基础设施，并且其网络架构以及控制信号能够很好地适配全球网络，这标志着电信全球化的开始。该阶段接入网采用PSTN/ISDN技术，对应的传送网则采用PDH技术，其范群速率为2Mbp$,光纤线路速率以140MbpS为主.(2) F2G

6、-Wcb时代：20世纪末到21世纪初，附着互联网以及ADS1.技术的推广，固定网络进入高速发展时期，宽带时代正式开始，主要用于服务Web业务.个人电脑和浏览器的普及推动了互联网的迅速发展，固定网络的应用由电话扩展到了电子邮件、搜索引率以及网页浏览等。接入网以ADS1.技术为代表(IoMbPS3对应的传送网采用的是SDH技术，光纤线路速率以2.5GbPS和IOGbPS为主。(3) F3G视频时代：2005年开始，在多媒体业务的驱动下，固定网络的业务和网络架构都出现了巨大的变化。由于传统ADS1.技术和原有电话网的架构无法支掾“宽带”业务，因此引入VDS1.技术(3OMbps-2OOMbps),对

7、应的传送网采用的是MSTP技术，在SDH技术基础上增加了对以太数据业务的承载能力。(4) F4G-4K时代I2012年开始，4K高消信号的出现对宽带网络提出了更高的鬟求.为了满足这种r质量视频的传输需求,需要不低于100MbiuS的宽带网络,以GPON技术为代表的光接入网上行总速率达到25Gbps,具有高带宽、稔定、结构简化和能够长期发展的优势，因此得到运营商的关注.同时,对应的主流传输技术为OTN光传送网技术，这种技术结合/WDM技术和SDH技术优点.可以实现光纤线路速率全面提速.单波速率达到100Gbps.根光纤中同时传输8()波信号，线路速率达到80*I(X)Gbps.1.1.2. F5

8、G与F5.5G2020年2月，ETSI面向全球宣布成立F5G产业工作如提出了从“光纤到户”迈向“光联万物”的产业愿景，标志着F5G时代正式开启“2020年2月，全球主流的运营商、设备商、行业协会及研究机构均已加入该工作组“F5G的主要特征有3个，分别是超大带宽(eFBB.EnhancedFixedBroadBand).全光连接(FFC.Full-FiberConneelion)和极致体脸(GRE.GuaranteedReliableExperience)o2022年9月，欧洲电信标准化办会第五代固定网络产业工作组发布了一份白皮竹F5GAdvancedandBeyondJ,介绍了F5G向F5GA

9、dvanced(乂称F5,5G)演进的驱动因素、能力维度和关键使能技术.综合来看，F5.5G对F5G进行了增强和扩展：超高带宽cFBB：通过更先进的固定网络技术，网络带宽容量可提高十倍以上，实现上下行对称宽带容蚯，实现千兆家庭、万兆建筑和百G级园区.利用Wi-Fi7、50GPON,SwG等下一代技术，将用户带宽体魄从IGbPS提升到IOGbpseverywhem.全光连接FFC：通过光纤基础设施的全面覆盖，实现光纤延仰到每一个房间、每一个桌面每一台机器，充分扩展垂直行业应用.业务场景扩展10倍以上，连接数增长100而、高空平台在内的任意两点之间的高速通信，达到全球无缝陵盖。F6G将实现卫星网络

10、与地面光纤网络的互连互通，构成天地一体化光通信系统，满足不同行业对下一代网络的需求，并极大地提高用户体验，推动社会数字化转型和数字经济高旗量增长e1.2. 固定通信网面临的挑战2021中国互联网发展报告指出，互联网发展已进入万物互联阶段，新的应用正在向固定通信网提出更严峻的挑战。为了支撑未来的万物互联需求，F6G将重点针对覆盖能力、生存能力、连接能力、智能能力和安全能力方面的挑战进行网络能力升级，如图2。1.2.1. 覆盖能力传统地面固定通信网的优势在于其高数据传输速率、低时延以及海量连接能力.但其覆盖范围受限，在偏远及无人区域建设难度大、运营成本高。目前，地球上超过70%的地理空间，涉及30

11、亿人口未能实现互.联网覆盖。为了支掾未来无人区域数字化管理、空间智能体互联等新兴业务的通信福求，未来地面固定通信网需与空间卫星网络进行融合，构建可覆盖全球的天地一体化骨干通信网络，与好#夕唬大E推动传统网络由“面向人股盖到面向物”消盖的转变，为全球用户的各类应用提供全域宽带连接支持。在覆盖能力方面，天地一体化光通信技术正面临如下挑战：I)覆盖速率：地基固定网络接入速率可达IOGbps,未来将在50G-PoN的基础上进一步发展至100G,而当前卫星网络的接入速率仍比较受限。如何提升卫星网络在覆盖区域的接入速率，是覆盖能力方面的关键挑战之一；2)置盖时延：亚酒秒级时延将成为空天地一体化网络的整体需

12、求，充分考虑地面和天地融合网络，打造亚壳米波延迟覆盖、亳秒级延迟覆盖、十考秒级延迟覆盖等多层次网络结构和服务场景，是覆盖能力方面的关钺挑战之一：3超盖宓度：由“面向人”内盖到“面向物”也盖的转变过程中，“万物智联、手机直连、天地互连”等应用将极大提升对网络的可达性、可靠性和泡益密度的需求,相比于传统网络，下一代天地一体化网络的单位面积接入设备密度将提升100倍至I(Xx)倍,如何有效提升穆盖密度，是置蓬能力方面的关键挑成之一：4)消盖灵活性：微盖灵活性是指覆盖场景灵活、接入方式灵活、用户速率灵活以及终端类型灵活.如何构建具有环境感知、自主智能决策、按需重构和无缝融合的天地一体化网络体系架构，是

13、覆蔽能力方面的关键挑故之一。1.2.2. 生存能力网络生存性是指网络应对故障的能力，对保障网络的正常运行具有重要意义.据统计,目前光纤网络故障平均修复时间可达5-10小时,生存能力不足将会严重影晌业务质址和用户体险.传统固定网络的生存性机制多聚焦于小规模故障,可保障通信业务在面对故障时具备一定的自愈能力,但面对区域性的故障通常束手无策。天地一体化网络扩大r网络的粗蓬尺度，同时也扩大r故障的风脸范围。未来，天基的高动态卫星网络会面临空间碎片、激光武器等潜在威胁，可能出现规模性节点或链路故障。为应对大尺度的故障风险，天地一体化网络的牛.存性技术需要由“自愈”向“自组织”方向发展，通过对卫星节点、星

14、间链路的动态调度与配置，支持天地网络的智能化自组网，进而提升网络面对大范围故障的抗毁和生存能力。在生存性能力方面，天地一体化光通信技术正面临如卜挑战：1）业务动态管理：由于天地一体化网络拓扑存在动态性，特别是星地链路部分,因此对星间/星地激光链路状态与连接情况的实时空知是业务生存性保障的基本要求，如何实现广域业务的动态监控与管理是保障业务生存性的关键挑献之一：2）星地按需协同：由于目前网络传输体制和运维方式的约束，当前天、地两层网络基本采取分域治理的形式，跨域业务如何实现多域资源的协同联动以完成路径拼接与端到端资源协同是跨域业务生存性保障的关犍挑战：3）自组织抗毁：传统业务生存性机制通过基于既

15、定拓扑的业务路径计兑实现，依赖于拓扑的实时获取.然而6G场景中天基平台的移动性和路径班机性增强。因此,针对大动态苑国天地一体化网络，如何实现基于班机高动态拓扑实现自组织抗毁是保障6G场景中业务生存性的关键挑战“1.2.3. 连接能力随着全社会数字化转55的深入发展，各类互联网应用层出不穷，互联网中的流量高速增长，为光通信网络带来了巨大承载压力。面对日益增长的业务流量，当前通信网正在积极探索高带宽、低时延等方面的新型连接技术。然而，防着AR/VR,元宇宙和以ChatGPT为代表的人工智能技术的快速发展，未来天地一体化的网络空间将出现更多以“智能体互联为代表的交互式应用，为适应空间网络和智能体终端的高动态性，网络在提供基础连接能力之外，还需对高动态网络和终端的位应进行精准管理，网络的服务模式也将由“静态连接”向“动态连接”拓展，进而为商速移动