类型b：
作者及机构
本文由多位作者合作完成，主要来自卢森堡大学跨学科安全、可靠性与信任研究中心（SNT–Interdisciplinary Centre for Security, Reliability and Trust, University of Luxembourg），包括Oltjon Kodheli、Eva Lagunas、Nicola Maturo等。George Goussetis来自英国爱丁堡大学工程与物理科学学院（School of Engineering and Physical Sciences, Institute of Sensors, Signals and Systems, Edinburgh）。论文发表于2021年第一季度的《IEEE Communications Surveys & Tutorials》期刊（Vol. 23, No. 1），标题为“Satellite Communications in the New Space Era: A Survey and Future Challenges”。
论文主题
本文是一篇系统性综述，全面探讨了“新太空时代”下卫星通信（Satellite Communications, SatComs）的技术进展、应用场景及未来挑战。文章聚焦于新型星座架构、星上处理能力、非地面网络（Non-Terrestrial Networks, NTN）及空间数据采集等创新驱动因素，并分析了卫星通信与5G集成、地球观测、航空航海通信等关键应用。
观点：卫星通信的复兴由技术进步和私营资本推动，主要体现在新型星座、星上处理、NTN和空间数据采集四大方向。
论据：
- 新型星座：传统地球静止轨道（GEO）卫星主导的格局被打破，低地球轨道（LEO）和中等地球轨道（MEO）星座（如SpaceX的Starlink、O3b）因低延迟和高吞吐量成为焦点。混合星座（如GEO-LEO协同）进一步优化了覆盖与延迟的权衡。
- 星上处理能力：数字透明处理器（DTP）和再生式载荷（Regenerative Payload）的成熟，支持灵活波束成形、信号再生和动态路由，克服了传统透明转发器的局限性。
- 非地面网络（NTN）：3GPP将卫星、无人机（UAV）和高空平台（HAPS）纳入5G标准，通过架构融合实现广域覆盖与多播优势。
- 空间数据经济：小型卫星（如CubeSat）和商业地面站网络（如AWS Ground Station）降低了数据采集与分发的成本，推动地球观测和物联网（IoT）应用。
观点：卫星通信在5G集成、航空航海跟踪、地球观测和深空通信中具有不可替代的价值。
论据：
- 5G集成：卫星通过三种模式增强5G网络：
- 服务连续性：为移动平台（飞机、船舶）提供无缝连接。
- 覆盖扩展：在偏远地区（海洋、沙漠）补充地面网络。
- 多播卸载：通过广播热门内容减轻地面网络负载。
- 航空航海通信：自动相关监视广播（ADS-B）和船舶自动识别系统（AIS）依赖LEO星座实现全球实时监控，解决传统地面基站覆盖不足的问题。
- 地球观测：商业公司（如Spire）通过LEO星座和机器学习技术实现物流监控等下游应用。
- 深空通信：针对“太空4.0”计划（如ESA的“月球村落”），需开发高可靠链路以支持远距离数据传输。
观点：系统设计、空口技术、多址接入和网络协议是卫星通信的关键研究领域。
论据：
- 系统层面：多波束卫星需通过数字载荷和混合频谱（如Q/V波段）提升吞吐量，但面临非线性失真（如TWTA放大器效应）和星地协同难题。
- 空口技术：
- 多用户MIMO（MU-MIMO）：预编码（Precoding）技术（如符号级预编码）可抑制多波束干扰，但需平衡计算复杂度与性能。
- 非正交多址（NOMA）：通过功率域复用提升频谱效率，但卫星信道的高相关性限制了用户配对策略。
- 数据采集：LEO星座的宽频下行链路（如1.5 GHz带宽）需解决多普勒效应和同步问题，新型调制技术（如Turbo-FSK）被提出以增强鲁棒性。
观点：光学通信、标准化和测试平台是未来突破点。
论据：
- 光学通信：自由空间光通信（FSO）可替代射频馈电链路，但需通过宏分集（多地面站）和微分集（多孔径）克服大气湍流和云层衰减。
- 标准化：3GPP将NTN纳入5G Release 17，但需解决LEO/GEO透明载荷的兼容性问题；CCSDS标准则专注于深空任务的数据系统互通性。
- 测试平台：实际验证预编码和波束跳变（Beam-Hopping）等技术对高频谱效率场景的适用性。
本文系统梳理了卫星通信的技术演进与产业化趋势，为学术界和工业界提供了以下价值：
1. 技术指导：详述了从物理层到网络层的技术链，帮助研究者定位关键挑战（如星上处理复杂度）。
2. 应用蓝图：明确了卫星在5G、IoT等新兴市场的角色，推动跨领域合作。
3. 政策参考：频谱分配（如C波段与5G共享）和标准化建议对监管机构具有实际意义。
亮点
- 全面性：覆盖从LEO星座到深空通信的全场景，兼具广度与深度。
- 前瞻性：提出光学链路和NOMA等前沿方向，指引未来10年研究。
- 跨学科视角：融合通信工程、航天技术与数据科学，体现“新太空”的交叉学科特性。