長期以來，非地面網絡(NTN)一直被視為彌合連接和網絡覆蓋缺口的重要方案，為偏遠社區(qū)、災區(qū)，以及地面網絡難以覆蓋的行業(yè)場景提供支持。進入6G時代，NTN所承載的價值已不只是網絡覆蓋，還包括更高的彈性和包容性。究竟發(fā)生了什么變化?實際上，相關技術已不再僅僅停留于理論層面。終端直連技術正從概念走向實踐，多家企業(yè)機構推出相關服務，將移動通信延伸至地面網絡之外。(地面)網絡盲區(qū)不再意味著通信中斷。即便沒有地面基站，手機仍能正常收發(fā)短信、獲取氣象信息，并執(zhí)行信令交互。

自軌道，通四方

從1957年的一顆人造衛(wèi)星，發(fā)展到如今在軌運行的數千顆衛(wèi)星，這一歷程為NTN的崛起奠定了基礎。當前預測顯示，未來活躍的衛(wèi)星數量將達數萬顆(見圖1)，其中多數位于低地球軌道(LEO)，形成一張連接覆蓋全球的高密度通信網絡。行業(yè)勢頭正在加速：SpaceX已實現(xiàn)衛(wèi)星直連手機短信服務，AST SpaceMobile正與AT&T、Verizon合作構建起覆蓋全球的網絡，蘋果公司則通過與Globalstar合作在iPhone上提供緊急短信服務。2024年末及2025年全年，運營商開始陸續(xù)推出實際服務，例如新西蘭的全國性短信覆蓋、加拿大的全國性試點、日本的精選數據應用，以及美國通過將WhatsApp、谷歌地圖等主流應用集成到操作系統(tǒng)級衛(wèi)星模式，進而實現(xiàn)服務擴展。

這一關鍵轉折點的到來，得益于多重因素：美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)推出的太空補充覆蓋(SCS)框架明確了政策方向，國際電信聯(lián)盟(ITU)領導推進的全球頻譜協(xié)調，持續(xù)完善的第三代合作伙伴計劃(3GPP)相關標準，再加上使衛(wèi)星能夠作為普通手機漫游基站的技術突破。

圖1：2000年至2030年的在軌活躍衛(wèi)星數量

三維網絡架構：6G NTN的骨干支撐

與5G將NTN作為地面網絡的補充不同，6G從設計之初就NTN視為原生能力，用于構建覆蓋地面層、空中層和空間層的統(tǒng)一三維網絡架構。這種多層設計集成了：

· 低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)，以及同步地球軌道(GEO)衛(wèi)星

· 高空平臺(HAP)

· 無人機(UAV)

最終，這種架構可以實現(xiàn)跨層無縫切換，助力實現(xiàn)強大的網絡覆蓋，并賦能自動駕駛、海事通信、應急響應等高級應用場景。該架構可支持全域多連接、動態(tài)頻譜共享，以及AI驅動的協(xié)同調度。

變革性應用

終端直連技術

想象一下，在沙漠或船上掏出手機，卻能享受與在市中心時同樣的網絡覆蓋體驗——這在6G時代將有可能成為現(xiàn)實。早期部署支持短信收發(fā)和基礎應用，隨著頻譜和衛(wèi)星密度的提升，語音及更豐富的數據服務也將逐步落地。

自動駕駛與無人機

NTN將能夠支持無人機在偏遠地形巡檢管道，還能支持車輛在無地面基站的區(qū)域安全行駛?？煽康腘TN鏈路將支撐精準農業(yè)與城市空中交通，這些場景下的機器設備依賴于持續(xù)的數據流傳輸。

災害救援與公共安全

當颶風或野火導致地面網絡癱瘓時，NTN可立即啟用從而為救援人員提供通信，助力保障生命安全。這種彈性保障促使運營商將衛(wèi)星接入整合為漫游功能，確保無需用戶干預即可實現(xiàn)通信連續(xù)性。

支撐6G NTN的技術底座

NTN-TN的無縫集成需要多項技術的共同支撐：

· FR3(頻率范圍3)頻段：這是6G的理想頻譜范圍。它在覆蓋與容量間的平衡優(yōu)于毫米波(mmWave)頻段，同時能夠提供比sub-6 GHz更高的帶寬。

· 極致多輸入多輸出(xMIMO)：數千個天線形成超窄波束，以最大化頻譜效率并減少干擾。

· 可重構智能表面(RIS)：智能反射器可繞過障礙物重新定向信號，安裝于建筑物甚至衛(wèi)星上。

· 通信感知一體化(ISAC)：同時具備感知與通信能力的網絡，支持協(xié)同導航與環(huán)境感知。

· AI原生RAN(AI-Native RAN)：具備學習和適應能力的網絡，可實時優(yōu)化頻譜、預測切換，并平衡能耗。

這些技術共同構成了智能化、自適應、由NTN賦能的6G生態(tài)系統(tǒng)的基石。不過，每項技術也都具備其獨特優(yōu)勢與挑戰(zhàn)(見表1)。

表1：6G NTN使能技術：優(yōu)勢與挑戰(zhàn)

行業(yè)專家提醒，這些技術需要在實際環(huán)境中進行嚴格驗證，包括NTN獨特的多普勒效應、時延以及同步難題。

關鍵參與者發(fā)力，行業(yè)提檔加速

SpaceX、AST SpaceMobile 與蘋果公司采用了不同策略來推動NTN的未來發(fā)展。

· SpaceX聚焦于移動衛(wèi)星服務(MSS)頻譜獲取及星座密度，以實現(xiàn)全球可擴展性。

· AST SpaceMobile通過與主要運營商合作，致力于打造高容量的終端直連鏈路。

· 蘋果公司集成NTN以實現(xiàn)緊急短信服務，優(yōu)先保障用戶體驗而非追求高速率數據傳輸。

3GPP相關標準中，Release 17奠定了NTN的基礎規(guī)范，Release 18/19面向移動性與再生載荷進一步完善。遵循3GPP標準確保了互操作性，并使衛(wèi)星能作為RAN的一部分，而非只是一個附加組件。

標準路線圖：展望Release 20與21

Release 17和18奠定了基礎，而3GPP Release 20和21將進一步推進NTN集成：

· Release 20(2025–2026)：多軌道架構、AI原生空中接口，以及先進頻譜共享的研究階段。

· Release 21(2027–2028)：再生載荷、無縫NTN-TN融合，以及IMT-2030合規(guī)方面的規(guī)范。

如圖2所示，這些Release與ITU的IMT-2030時間表一致，目標是到2030年實現(xiàn)6G商用部署。

圖2：6G標準時間表

前路挑戰(zhàn)依舊

盡管已取得長足進展，NTN仍面臨諸多難題：

· 頻譜協(xié)調：在FR3進行衛(wèi)星與地面運營商的協(xié)調非常復雜，猶如管理數十個機場的空中交通。

· 標準化：多廠商互操作性至關重要;若缺乏通用接口，NTN的發(fā)展將面臨碎片化風險。

· 硬件限制：衛(wèi)星運行的功耗與散熱要求非常嚴格，效率至關重要。

· 商業(yè)模式：衛(wèi)星星座建設耗資巨大，能否在消費、企業(yè)及公共安全市場證明其價值，將決定其成敗。

成功之道：設計與建模

5G的發(fā)展經驗表明，實用性至關重要。對于6G時代的NTN而言，這意味著：

· 高能效：低流量時段進入休眠的網絡，以及動態(tài)調整波束的衛(wèi)星。

· 零信任安全：跨地域、跨行業(yè)，實現(xiàn)持續(xù)身份驗證與加密。

· 數字孿生：通過高保真虛擬模型仿真實際環(huán)境，模擬干擾、天氣及網絡攻擊等，在昂貴的啟動前進行驗證。

驗證6G時代的NTN性能，僅靠傳統(tǒng)鏈路測試遠遠不夠。先進的調制方案結合高保真數字孿生技術，可讓工程師在硬件部署前模擬復雜的軌道動力學、多普勒頻移及多層干擾。這些虛擬環(huán)境能夠復現(xiàn)實際環(huán)境，助力優(yōu)化波形設計、功率效率及時延表現(xiàn)。通過在仿真中融入AI技術，研發(fā)者可預測性能的權衡，在加速創(chuàng)新的同時減少在軌試驗中的高成本試錯。

沿星軌前行，探未來機遇

NTN的價值遠不止于衛(wèi)星本身，更關乎普惠公平、產業(yè)賦能與彈性保障：

· 普惠公平：將數字服務延伸至(地面)網絡覆蓋不足的社區(qū)。

· 產業(yè)賦能：提升農業(yè)、物流業(yè)與制造業(yè)的效率。

· 彈性保障：在災害中維持社會通信。

在多方力量推動創(chuàng)新、全球標準助力互操作性的背景下，NTN有望成為6G時代連接的基礎能力。對于工程師而言，任務非常清晰、明確：設計兼具前瞻性與實用性的系統(tǒng)，從設計之初就確保系統(tǒng)的高效、安全和互操作性。