无缝连接无处不在：非地面网络如何重塑6G

长期以来，非地面网络(NTN)一直被视为弥合连接和网络覆盖缺口的重要方案，为偏远社区、灾区，以及地面网络难以覆盖的行业场景提供支持。进入6G时代，NTN所承载的价值已不只是网络覆盖，还包括更高的弹性和包容性。究竟发生了什么变化?实际上，相关技术已不再仅仅停留于理论层面。终端直连技术正从概念走向实践，多家企业机构推出相关服务，将移动通信延伸至地面网络之外。(地面)网络盲区不再意味着通信中断。即便没有地面基站，手机仍能正常收发短信、获取气象信息，并执行信令交互。

自轨道，通四方

从1957年的一颗人造卫星，发展到如今在轨运行的数千颗卫星，这一历程为NTN的崛起奠定了基础。当前预测显示，未来活跃的卫星数量将达数万颗(见图1)，其中多数位于低地球轨道(LEO)，形成一张连接覆盖全球的高密度通信网络。行业势头正在加速：SpaceX已实现卫星直连手机短信服务，AST SpaceMobile正与AT&T、Verizon合作构建起覆盖全球的网络，苹果公司则通过与Globalstar合作在iPhone上提供紧急短信服务。2024年末及2025年全年，运营商开始陆续推出实际服务，例如新西兰的全国性短信覆盖、加拿大的全国性试点、日本的精选数据应用，以及美国通过将WhatsApp、谷歌地图等主流应用集成到操作系统级卫星模式，进而实现服务扩展。

这一关键转折点的到来，得益于多重因素：美国联邦通信委员会(FCC)推出的太空补充覆盖(SCS)框架明确了政策方向，国际电信联盟(ITU)领导推进的全球频谱协调，持续完善的第三代合作伙伴计划(3GPP)相关标准，再加上使卫星能够作为普通手机漫游基站的技术突破。

图1：2000年至2030年的在轨活跃卫星数量

三维网络架构：6G NTN的骨干支撑

与5G将NTN作为地面网络的补充不同，6G从设计之初就NTN视为原生能力，用于构建覆盖地面层、空中层和空间层的统一三维网络架构。这种多层设计集成了：

· 低地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)，以及同步地球轨道(GEO)卫星

· 高空平台(HAP)

· 无人机(UAV)

最终，这种架构可以实现跨层无缝切换，助力实现强大的网络覆盖，并赋能自动驾驶、海事通信、应急响应等高级应用场景。该架构可支持全域多连接、动态频谱共享，以及AI驱动的协同调度。

变革性应用

终端直连技术

想象一下，在沙漠或船上掏出手机，却能享受与在市中心时同样的网络覆盖体验——这在6G时代将有可能成为现实。早期部署支持短信收发和基础应用，随着频谱和卫星密度的提升，语音及更丰富的数据服务也将逐步落地。

自动驾驶与无人机

NTN将能够支持无人机在偏远地形巡检管道，还能支持车辆在无地面基站的区域安全行驶。可靠的NTN链路将支撑精准农业与城市空中交通，这些场景下的机器设备依赖于持续的数据流传输。

灾害救援与公共安全

当飓风或野火导致地面网络瘫痪时，NTN可立即启用从而为救援人员提供通信，助力保障生命安全。这种弹性保障促使运营商将卫星接入整合为漫游功能，确保无需用户干预即可实现通信连续性。

支撑6G NTN的技术底座

NTN-TN的无缝集成需要多项技术的共同支撑：

· FR3(频率范围3)频段：这是6G的理想频谱范围。它在覆盖与容量间的平衡优于毫米波(mmWave)频段，同时能够提供比sub-6 GHz更高的带宽。

· 极致多输入多输出(xMIMO)：数千个天线形成超窄波束，以最大化频谱效率并减少干扰。

· 可重构智能表面(RIS)：智能反射器可绕过障碍物重新定向信号，安装于建筑物甚至卫星上。

· 通信感知一体化(ISAC)：同时具备感知与通信能力的网络，支持协同导航与环境感知。

· AI原生RAN(AI-Native RAN)：具备学习和适应能力的网络，可实时优化频谱、预测切换，并平衡能耗。

这些技术共同构成了智能化、自适应、由NTN赋能的6G生态系统的基石。不过，每项技术也都具备其独特优势与挑战(见表1)。

表1：6G NTN使能技术：优势与挑战

行业专家提醒，这些技术需要在实际环境中进行严格验证，包括NTN独特的多普勒效应、时延以及同步难题。

关键参与者发力，行业提档加速

SpaceX、AST SpaceMobile 与苹果公司采用了不同策略来推动NTN的未来发展。

· SpaceX聚焦于移动卫星服务(MSS)频谱获取及星座密度，以实现全球可扩展性。

· AST SpaceMobile通过与主要运营商合作，致力于打造高容量的终端直连链路。

· 苹果公司集成NTN以实现紧急短信服务，优先保障用户体验而非追求高速率数据传输。

3GPP相关标准中，Release 17奠定了NTN的基础规范，Release 18/19面向移动性与再生载荷进一步完善。遵循3GPP标准确保了互操作性，并使卫星能作为RAN的一部分，而非只是一个附加组件。

标准路线图：展望Release 20与21

Release 17和18奠定了基础，而3GPP Release 20和21将进一步推进NTN集成：

· Release 20(2025–2026)：多轨道架构、AI原生空中接口，以及先进频谱共享的研究阶段。

· Release 21(2027–2028)：再生载荷、无缝NTN-TN融合，以及IMT-2030合规方面的规范。

如图2所示，这些Release与ITU的IMT-2030时间表一致，目标是到2030年实现6G商用部署。

图2：6G标准时间表

前路挑战依旧

尽管已取得长足进展，NTN仍面临诸多难题：

· 频谱协调：在FR3进行卫星与地面运营商的协调非常复杂，犹如管理数十个机场的空中交通。

· 标准化：多厂商互操作性至关重要;若缺乏通用接口，NTN的发展将面临碎片化风险。

· 硬件限制：卫星运行的功耗与散热要求非常严格，效率至关重要。

· 商业模式：卫星星座建设耗资巨大，能否在消费、企业及公共安全市场证明其价值，将决定其成败。

成功之道：设计与建模

5G的发展经验表明，实用性至关重要。对于6G时代的NTN而言，这意味着：

· 高能效：低流量时段进入休眠的网络，以及动态调整波束的卫星。

· 零信任安全：跨地域、跨行业，实现持续身份验证与加密。

· 数字孪生：通过高保真虚拟模型仿真实际环境，模拟干扰、天气及网络攻击等，在昂贵的启动前进行验证。

验证6G时代的NTN性能，仅靠传统链路测试远远不够。先进的调制方案结合高保真数字孪生技术，可让工程师在硬件部署前模拟复杂的轨道动力学、多普勒频移及多层干扰。这些虚拟环境能够复现实际环境，助力优化波形设计、功率效率及时延表现。通过在仿真中融入AI技术，研发者可预测性能的权衡，在加速创新的同时减少在轨试验中的高成本试错。

沿星轨前行，探未来机遇

NTN的价值远不止于卫星本身，更关乎普惠公平、产业赋能与弹性保障：

· 普惠公平：将数字服务延伸至(地面)网络覆盖不足的社区。

· 产业赋能：提升农业、物流业与制造业的效率。

· 弹性保障：在灾害中维持社会通信。

在多方力量推动创新、全球标准助力互操作性的背景下，NTN有望成为6G时代连接的基础能力。对于工程师而言，任务非常清晰、明确：设计兼具前瞻性与实用性的系统，从设计之初就确保系统的高效、安全和互操作性。