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1、1/86摘要摘要随着地面蜂窝通信技术蓬勃发展，从 4G 改变生活，到 5G 改变社会，地面移动通信取得丰硕成果。但受限于建设难度和建设成本，仍有 80%的陆地面积和95%以上的海洋面积，未实现地面移动通信网络覆盖。卫星通信具有覆盖范围广、不受地形环境限制等优点，可为边远地区提供通信服务，有效弥补地面蜂窝网络覆盖的不足。研究卫星与地面融合通信技术，形成天地一体化通信体制，是卫星通信和地面蜂窝通信的共同需求。第三代合作伙伴计划（3rd GenerationPartnership Project，3GPP）在 Release17 正式引入非地面网络(Non-TerrestrialNetworks,N

2、TN)作为地面网络的补充，并对 5G NTN 展开了更进一步的研究及标准化工作。5G NTN R17 标准的冻结引发了全球产业界的高度关注，各研究院所、运营商、设备、终端和芯片等公司针对 5G NTN 技术积极开展研发与验证工作。此外，天地一体化作为 6G 支柱性技术之一以及基本网络形态，其目标是满足十年后的广域智慧连接和全球泛在无缝接入需求，为广域对象建立智能连接，提供智慧服务，为人类提供全球无间断且一致性的信息服务。本白皮书主要从六个方面阐述了我们对天地一体化通信系统的探索与实践思考，包括需求与愿景、天地网络发展现状、基于 5G NTN 的天地一体化关键技术、基于 5G NTN 的天地一体

3、化产业发展与实践、天地一体化工程实践难题以及面向 6G 天地一体化发展预见。（1）天地一体化需求与愿景卫星通信具有覆盖范围广、抗干扰能力强、部署灵活等特点，可以弥补地面网络在覆盖上的不足。因此，将地面网络和卫星通信融合，可以实现天地一体化的通信系统，为用户提供更优质、更可靠、更智能的服务。在行业需求和技术发展的双重驱动下，卫星通信与地面通信一体化发展也成为未来移动通信系统演进的主流方向。未来移动通信系统将从业务、体制、频谱、系统等不同层次进行融合，构建天地一体化通信系统，实现全球无缝立体覆盖。（2）天地网络发展现状卫星通信先后经历卫星试验、模拟通信、数字通信、宽带卫星通信四个发展阶段。多波束天

4、线、星上处理、星间链路等卫星通信新技术快速发展，高通量、低轨卫星巨型星座相继出现，卫星通信已进入新时代。对于地面蜂窝通信，经历2/86了四十多年的爆发式增长，目前已经渗透到了人们生活的各个领域，并成为推动社会发展的重要动力之一。（3）基于 5G NTN 的天地一体化关键技术基于 5G NTN 的天地一体化关键技术主要涉及网络架构、无线传输技术、卫星实现技术、终端实现技术以及测试技术等。对于网络架构，通信节点不仅局限在陆地，卫星节点将会扮演越来越重要的角色，卫星的载荷和信号处理能力将逐步提升，除了实现透明转发功能与地面基站形成天地一体化组网，还将增加基站和核心网等星上处理功能；无线传输技术主要包

5、括：时频同步技术、时序管理技术以及移动性管理技术等；卫星实现技术主要包括：星载多波束天线技术、星载功放技术、星间链路技术等；终端实现技术主要包括天线技术以及射频前端集成技术。（4）5G 天地一体化产业发展与实践基于 5G NTN 的天地一体化产业发展与实践涉及到天地一体化产业链、标准制定、应用场景以及实践活动等。其中，产业链包括：卫星平台、网络设备、终端与应用、测试仪器以及服务与运营等；对于标准制定，当前主要有 3GPP、中国通信标准化协会（China Communications Standards Association,CCSA）从标准层面推动 5G 天地一体化技术的演进。应用场景主要包

6、括手机直连卫星、物联网、车联网以及宽带接入等；对于实践活动，国内外各大运营商、研究院、网络设备厂商和芯片终端厂商相继开展 NTN 产品研发和试验工作，以加速 NTN 产品落地，促进天地一体化技术与产业融合。（5）天地一体化工程实践难题天地一体化工程实践是天地一化落地商用的前提，考虑到天地一体化网络系统的特点，例如，网络节点动态变化、传输时延大等，天地一体化工程实践面临诸多难题与挑战，主要包括：-通信场景丰富、模型复杂、规模测试难度大；-卫星通信与地面通信体系迥异、互通难度大；-业务管理运营机制差异，融合运营挑战大。（6）6G 天地一体化技术发展预见3/865G NTN 能够充分利用地面网络丰富

7、的产业链基础以提升研发效率，但仍然存在互联互通和网络协同效率低等缺点，未能真正实现 NTN 与 TN 的一体化设计。未来 6G 天地一体化需要从硬件技术、网络技术、新型接入技术、网路安全技术等方面开展研究工作以满足 6G 天地一体化的需求与愿景。硬件技术主要包括：卫星天线技术、卫星处理能力，终端天线与射频技术等；网络技术主要包括新型网络架构以及组网技术；新型接入技术主要包括：波形/调制/多址技术、波束管理技术、星间协作技术、星地协同传输技术、移动性增强等。4/86目录摘要.11.前言.62.天地一体化需求与愿景.72.1.需求.72.2.愿景.83.天地网络发展现状.93.1.卫星通信.93.

8、1.1 卫星通信系统.93.1.2 标准体系.153.1.3 卫星通信系统技术路线.163.1.4 卫星系统业务运营.183.2.地面通信.194.基于 5G NTN 的天地一体化关键技术.214.1.网络架构.214.2.空口传输技术.224.2.1 同步技术.224.2.2 时序管理.234.2.3 覆盖.244.2.4 系统吞吐量提升技术.254.2.5 波束管理.264.2.6 移动性.284.3.安全技术.294.4.卫星实现技术.304.5.终端实现技术.334.6.测试技术.365.基于 5G NTN 的天地一体化产业发展与实践.385.1.5G 天地一体化产业链.385.1.1

9、 卫星平台.385.1.2 网络设备.395.1.3 终端及应用.415.1.4 测试仪器.435.1.5 5G 天地一体化服务与运营.455.2.5G 天地一体化标准制定.465.3.5G 天地一体化应用场景/实例.485.3.1 手机直连卫星.495.3.2 物联网.495.3.3 车联网.505.3.4 宽带接入.505.4.5G 天地一体化实践大事件.516.天地一体化工程实践难题.556.1.卫星通信与地面通信体系迥异、互通难度大.556.2.通信场景丰富、模型复杂、规模测试难度大.556.3.业务管理运营机制差异，融合运营挑战大.555/867.面向 6G 天地一体化发展预见.56

10、7.1.5G NTN 局限性.577.2.6G 天地一体化核心问题.587.3.6G 天地一体化关键技术.597.3.1 新型网络架构.597.3.2 新型接入技术.607.3.2.1 波形设计.607.3.2.2 多址技术.607.3.2.3 波束管理.617.3.2.4 星间协作传输.627.3.2.5 星地协同传输.647.3.2.6 星地资源共享.657.3.2.7 移动性增强.667.3.3 边缘协同计算技术.677.3.4 通信感知融合.707.3.5 网络安全.717.3.6 卫星技术.727.3.7 终端技术.737.3.8 测试技术.737.4.6G 天地一体化技术演进路线预

11、见.757.5.6G 天地一体化商业模式预见.778.总结.78缩略语.79参考文献.81致谢.856/861.前言前言目前，业界已展开关于天地一体化融合通信相关技术研究。3GPP 5G 网络标准已将非地面网络（NTN）作为地面网络的补充，积极推进 5G NTN 网络架构、空口传输技术、安全技术等相关领域技术规范制定，并于 2022 年发布第一个3GPP NTN 标准版本。卫星方面，星载相控阵多波束天线、星载功放、星间链路、星上容错冗余等技术正逐步成熟。终端方面，低成本终端相控阵天线技术、射频集成技术、节能技术正在密集攻关。产业界各研究院所、运营商、设备公司、芯片公司、终端公司等积极开展5G

12、NTN相关外场测试验证。目前，已基于R17 IOT-NTN技术，开展多次IOT-NTN卫星通信外场验证，从架构、协议、设备等各方面验证了技术落地能力，验证业务包括短消息、语音对讲等。NR-NTN 相关技术验证预计在 2024 年规模开展。天地一体化融合通信进展迅速的同时，也面临着一系列工程实现问题。如天地一体化通信场景丰富、模型复杂，考虑卫星星座发射周期长，进行完整功能的规模测试难度较大；卫星通信与地面通信的技术体制差异较大，实现终端在不同网络间漫游迁徙、交互通信难度较大；卫星通信与地面通信运营体系差别大，业务开通、管理等融合运营支撑体系搭建难度较大。这些都制约着天地一体化融合通信的落地实现。

13、国际电信联盟无线电通信组（ITU-Radiocommunicationssector,ITU-R）的 6G建议书将 5G 的三大应用场景扩展未 6G 的六大应用场景，以实现全应用场景覆盖，除了对 5G 原有的应用场景继续增强和演进，包括沉浸式通信、极可靠低时延通信和大规模通信，还催生出全新的应用场景，包括感知通信一体化、AI 通信一体化和泛在连接，提升生产效率，提高生活品质。其中，泛在连接场景需要通过天地一体化技术实现，换而言之，天地一体化技术是未来 6G 的支柱性技术之一，同时也是 6G 的特征性技术之一。7/862.天地一体化需求与愿景天地一体化需求与愿景2.1.2.1.需求需求5G 和卫

14、星通信是当前通信领域的两大热点。5G 具有高速率、低时延、大连接密度等特点，可以满足多种应用场景的需求，但受地理环境、基站建设等因素的限制，难以覆盖广阔的地域和海域。未来，自动驾驶汽车、无人物流系统、远程作业机器人等智能系统，将在全球全域广泛部署，成为人类生产和生活的重要组成部分1。届时，这些智能系统之间的信息交互和协同工作将是普遍存在的场景。然而，受制于有限的覆盖能力，地面 5G 通信系统难以为广域智能系统协同工作提供有效的网络服务。卫星通信具有覆盖范围广、抗干扰能力强、部署灵活等特点，可以弥补地面 5G 在覆盖上的不足。但受轨道高度、频谱资源等因素的限制，卫星通信难以提供高速率、低时延的服

15、务。因此，将 5G 和卫星通信融合，可以实现天地一体化的通信系统，为用户提供更优质、更可靠、更智能的服务是未来 5G 与卫星通信技术演进趋势。普遍预计 2030 年以后，更多的消费者和更多用途的设备将以一种更加智慧的全新方式连接到信息网络中，地面无线网络、地面有线网络及卫星网络等深度融合，共同构成 6G 移动信息网络。此前，业界对于 6G 的典型特征已达成初步共识，提出了诸如泛在互联、多维感知、全域覆盖、绿色低碳、内生安全等典型特征，随着 ITU-R 的 6G 建议书的确定，6G 的设计原则如可持续性、安全性、隐私性、弹性、泛在化、智能化等被正式提出，从这些典型特征和设计原则可以预言 6G 将

16、会是 5G 的一个进化体，继承并发扬 5G 的优势，同时结合其他技术，打造出一个普适性的网络2。“天地一体化信息网络”作为国家重大科技创新项目，已写入中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要 和“十三五”国家科技创新规划，是“科技创新 2030 新重大项目”之一，与量子通信、脑科学、深海空间站一起作为科技部“十三五”首批启动的重大工程。8/862.2.2.2.愿景愿景在行业需求和技术发展的双重驱动下，卫星通信与地面通信一体化发展成为未来移动通信系统演进的主流方向。未来移动通信系统将从业务、体制、频谱、系统等不同层次进行融合，构建天地一体化通信系统，实现全球无缝立体覆盖。天地一体化作

17、为 6G 网络的一个重要特征，其目标是满足十年后的广域智慧连接和全球泛在无缝接入需求，为广域对象建立智能连接，提供智慧服务，为人类提供全球无间断且一致性的信息服务。天地一体化通信系统具有三大典型特征1：（1）统一的网络架构与接口协议：在统一的逻辑架构和实现架构下将卫星通信、空间通信和地面通信进行一体化设计，网络功能可柔性分割和智能重构，适应卫星载荷资源有限和业务需求动态变化的特点。（2）统一的空口技术：卫星通信和地面通信采用同一框架下的空口传输技术，终端可实现极简极智接入。（3）统一的智能管控：通过对系统资源等进行统一的调度和控制，实现网络全局优化和资源绿色集约。未来的天地一体化通信网络是以地

18、面网络为依托、天基网络和空基网络为拓展的立体分层、融合协作的网络。各星座卫星（包括高、中、低轨）、临近空间平台（如热气球、无人机等）和地面节点共同形成多重覆盖，具有典型的异质异构特点，如图 2-1 所示。图 2-1 天地一体化通信网络示意图9/863.天地网络发展现状天地网络发展现状3.1.3.1.卫星通信卫星通信卫星通信通过采用卫星系统进行信息传输，实现广域覆盖、远距离传输和全球联通。卫星通信基于卫星平台和通信载荷实现。不同轨道高度的卫星，其相对地球的运行速度不同，通信传播损耗和通信时延也不同，提供差异化的通信服务能力，满足不同应用场景的通信需求。卫星通信先后经历卫星试验、模拟通信、数字通信

19、、宽带卫星通信等四个发展阶段。随着多波束天线、星上处理、星间链路等卫星通信新技术快速发展，高通量、低轨卫星巨型星座相继出现，卫星互联网已进入新时代。世界各国积极开展卫星系统研究和建设，在技术体制方面，已形成 GMR-1、S-UMTS、DVB-S/S2/RCS、Surfbeam2、3GPP NTN 等卫星通信技术体系，并逐步向天地一体化演进；在卫星系统建设方面，国内外先后建设运行Inmarsat、GlobalStar、Iridium、Starlink、Oneweb、Jupiter、天通、中星等卫星系统，满足不同场景卫星通信需求。3.1.1卫星通信系统卫星通信系统（1）现有卫星通信系统简介卫星通信

20、系统通常由空间段、地面段及应用段三部分组成。如图 3-1 所示，空间段由一个或多个通信卫星组成，进行信号处理或转发放大；地面段主要包括信关站、测控站、运控中心等；应用段包括各类接入的卫星终端及应用。图 3-1 卫星通信系统示意图10/86依据卫星运行轨道高度，可分为地球同步静止轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO）卫星、中轨道（Medium Earth Orbit,MEO）卫星和低轨道（Low Earth Orbit,LEO）卫星通信系统。GEO 卫星通信系统中，卫星星体轨道高且相对地球位置固定，单颗卫星覆盖面积大，可提供几百 Kbps 级别的通信速率，满足语音、短

21、信、数据、传真等业务需求。近些年，随着高通量卫星、跳波束等技术发展，GEO 卫星通信系统业务能力持续增强。MEO 卫星运行轨道介于 GEO 和 LEO 之间，其通信传输损耗和时延也处于 GEO 和 LEO 中间，目前比较典型的 MEO 通信系统应用是全球导航定位系统，如 GPS 定位、北斗定位。LEO 卫星运行轨道最低，通信传输距离短、损耗小、时延低，更易应对实时通信和终端小型化需求。LEO卫星通信系统可提供高达50-500Mbps的通信速率和几毫秒到十几毫秒的空口时延，成为当前卫星通信领域的热点研究对象。表 3-1 不同高度的卫星参数卫星类型卫星类型轨道高度轨道高度/km典型时延典型时延单星

22、覆盖范围单星覆盖范围GEO 卫星36000百毫秒量级大MEO 卫星200036000数十毫秒量级中等LEO 卫星4002000毫秒量级小从发展阶段来看，卫星通信发展主要经历四个阶段，第一阶段为 1980 年代的通信卫星试验阶段，典型卫星系统如斯普特尼克 1 号卫星、晨鸟卫星；第二阶段为 1980 年-1990 年的模拟通信阶段，主要为 GEO 卫星系统，采用全球波束，单星通信容量较小，典型系统如海事卫星一代和二代；第三阶段为 1990 年-2000年的数字通信阶段，出现了 LEO 卫星系统，提供窄带通信业务，典型卫星系统如 GlobalStar，Orbocomm。此阶段，GEO 卫星通信系统采

23、用区域波束和频率复用等技术，增加单星通信容量，典型系统如海事卫星三代系统。第四阶段为 2000年后的宽带通信阶段，多波束天线、星上处理、星间链路等卫星通信新技术快速发展，高通量、低轨卫星巨型星座相继出现，GEO、MEO、LEO 协同组网，卫星互联网已进入新时代。（2）国外卫星通信系统国外典型的星座包括 Inmarsat、Thuraya、Viasat、铱星、全球星、OneWeb、Starlink 等。11/86表 3-2 国外不同卫星系统参数情况星座星座归属归属轨道高度轨道高度在轨卫星在轨卫星单星最大容量单星最大容量通信制式通信制式Inmarsat国际海事组织GEO94.5GbpsSL/S-UM

24、TSThuraya阿联酋GEO313750 信道GMRViasat美国GEO2300GbpsSurfbeamIridium美国700Km66960 信道私有GlobalStar多国1414Km562800 信道私有Oneweb英国1200Km61810GbpsDVBStarlink美国550Km387520GbpsDVBInmarsat 卫星系统是最早的 GEO 卫星移动系统，由国际海事卫星组织管理运营，主要提供全球海事卫星通信服务。Inmarsat 卫星系统演进了五代，在轨 9颗卫星（其中 5 颗为备用卫星）。目前在用卫星是第三、四、五代。第三代系统卫星包括 1 个全球波束和 7 个 L 频

25、段宽点波束。第四代系统卫星包括 1 个全球波束、19 个宽点波束和 228 个窄点波束。第五代系统卫星采用点波束方式，包括 72 个固定波束，6 个移动波束，单颗卫星容量 4.5Gbps。Thuraya 卫星系统由阿联酋 Thuraya 电信公司运营，覆盖亚太地区、欧洲、非洲、中东等区域，提供话音、传真、数据、短信、互联网接入以及 GPS 定位等服务。Thuraya 包括 Thuraya-1/2/3 三颗 GEO 卫星，其中 Thuraya-3 卫星天线口径达 12.25 米，可产生 300 个点波束。Thuraya 卫星系统具有星上路由功能，支持卫星手机直接通过卫星和系统内外的固定电话、移动

26、手机和卫星电话通信。Thuraya 终端是全球首款整合卫星、GSM、GPS 三种功能，提供语音、短信、数据、传真、GPS 定位五种业务的智能卫星电话，共享速率最大为 444Kbps，专线速率最大为 384Kbps。Viasat 卫星系统由美国 Viasat 等公司联合发射运营，覆盖美洲、欧洲、中东和非洲地区，可为商用飞机提供机载WiFi网络服务。Viasat卫星系统包括Viasat-1、Viasat-2 和 Viasat-3 等卫星，Viasat-1 卫星吞吐量 140Gbps，ViaSat-2 卫星容量300Gbps。ViaSat-3 由 3 颗卫星组成，单星容量可达 1Tbps，首颗卫星已

27、于 2023年发射，前两颗卫星计划分别覆盖美洲地区以及欧洲、中东和非洲地区，第三颗卫星将覆盖亚太地区，从而实现全球覆盖。12/86Iridium 卫星系统由美国 Iridium 公司发射运营，是全球第一个商用的大型低轨移动通信卫星系统。Iridium 卫星系统包括运行于 6 条轨道的 66 颗卫星，每颗卫星约 700kg，轨道高度约 780km。可为个人移动电话提供语音、寻呼和数据传输，实现卫星通信终端手持化、个人通信全球化。“全球星”卫星系统由美国、韩国、英国、德国、意大利、法国等多个国家的相关公司共同发射运营。包括分布在 8 个低轨道平面的 48 颗卫星，典型轨道高度为 1414 千米，可

28、实现全球南北纬 70 之间的全覆盖。“全球星”卫星系统可与固定网、移动网之间相互兼容，可提供业务包括话音、传真、数据、短信息、定位等。OneWeb 卫星系统由英国 OneWeb 公司提出，规划卫星 2648 颗，分三个阶段发射。第一阶段包括 648 颗 Ku/Ka 频段卫星，分布在 18 个轨道，每个轨道部署约 40 颗卫星，轨道高度 1200km，星座容量 7Tbit/s,可为用户提供峰值速率为500 Mbit/s 的宽带服务，地-星地延迟约为 50ms；第二阶段增加 720 颗 V 频段卫星，轨道高度不变，星座容量达到 120 Tbit/s；第三阶段增加 1280 颗 V 频段卫星，位于

29、MEO 轨道，星座容量达到 1000 Tbit/s。有数据显示，目前已完成 618 颗卫星入轨。可提供 50Mbps 网速,业务时延 20ms。Starlink 卫星系统由美国 Space X 公司提出，计划分两个阶段部署。第一阶段包括4408 颗 LEO 卫星和7518 颗 VLEO 卫星。其中 LEO 卫星轨道高度 550km，采用 Ku、Ka 频段，单星通信容量约 20Gbps，全系统数据吞吐量约 100Tbps。VLEO 卫星轨道高度 340km，采用 Ku、Ka、V 频段。第二阶段约 30000 颗卫星，采用 Ku、Ka、V、E 频段，带宽增加 3 倍，进一步增强系统容量。有数据显示

30、，Starlink 已发射入轨超 5000 颗卫星，在 36 个国家/地区实现业务落地。（3）我国卫星通信系统经过多年发展，我国已经形成了完整的卫星通信产业链，并形成众多卫星通信系统。典型的有天通、中星、天启、北斗、全球高通量（亚太 6D）、出行、GW。表 3-3 我国不同卫星系统参数情况星座星座轨道高度轨道高度在轨卫星在轨卫星单星最大容量单星最大容量技术体制技术体制天通GEO3/GMR-113/86星座星座轨道高度轨道高度在轨卫星在轨卫星单星最大容量单星最大容量技术体制技术体制中星GEO3百 GbpsDVB天启GEO+LEO16/GMR-1北斗GEO+MEO55540000 户/小时GMR-

31、1亚太GEO150GbpsDVB出行LEO9/GMR-1GWLEO/天通卫星系统由中国电信运营，包括三颗 GEO 卫星（天通一号 01 星、02星、03 星）。天通一号是我国自主研制建设的卫星移动通信系统，用户波束在 S频段，馈电波束在 C 频段，可实现我国周边、中东、非洲等相关地区、一带一路地区，以及太平洋、印度洋大部分海域的覆盖。2018 年 5 月，中国电信正式发布天通一号 1740 号段，在青海省启动商用，天通一号卫星系统可为个人、车辆、船舶、飞机等用户提供短信、语音及数据业务，终端产品包括天通+4G 双模手机、天通单模手机、天通+AIS 双模船载手机、天通车载终端、天通机载终端、天通

32、一号卫星物联网终端等。中星卫星系统由中国卫通运营，已发射中星 16 号、19 号、26 号 3 颗高通量卫星。中星 16 号采用 Ka 频段，容量为 20Gbps，单波束容量 1Gbps，；中星 19号采用 C、Ku 和 Ka 频段，容量为 10Gbps，单波束容量 0.35Gbps，中星 26 号是我国首颗超百 Gbps 容量的高通量卫星，采用 Ka 频段，配置 94 个用户波束和 11个信关波束。目前，中星卫星系统可实现中国全境及周边区域、俄罗斯部分地区、东南亚、蒙古、日本、印度尼西亚、印度、印度洋等区域，可为固定终端、车载终端、船载终端、机载终端等提供宽带业务接入服务。天启物联网卫星系统

33、由北京国电高科建设运营，包括 38 颗小卫星，其中 36颗位于高度500-900km的6个轨道面，2颗卫星位于GEO轨道，卫星重量约50kg。天启单星覆盖范围可达 2000km，目前已发射入轨 16 颗卫星，基本已实现全球覆盖，主要面向全球物联网卫星业务，可实现对地球中低纬度任意地点每 1.5 小时一次的信息采集，每次过顶通信持续时间约为 10 分钟。北斗卫星系统是我国自行研发的卫星导航系统，分三阶段建设运营，45 颗卫星在轨,可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、14/86导航、授时服务，定位精度为分米、厘米级别，测速精度 0.2 米/秒，授时精度10 纳秒，并且具备

34、短报文通信能力。亚太高通量宽带卫星系统由亚太宽带通信公司发射运营，规划 4 颗 GEO 卫星，已完成亚太 6D（深圳星）卫星入轨运营。亚太 6D 卫星整星重量 5550kg，可承载有效载荷重量近 1000kg，星上转发器设备 1200 余台，馈源波束 99 个，舱内外共 1900 余根波导。卫星配置 90 个 Ku 用户波束和 8 个 Ka 信关波束，卫星通信容量 50Gbps，单波束容量达 1Gbps 以上。信号覆盖范围包括俄罗斯、日本、韩国、印度、澳大利亚、新西兰、夏威夷等广泛区域，可为飞机、船舶以及偏远地区提供高速宽带服务。“吉利未来出行星座”由吉利下属的时空道宇公司运营，规划一期发射卫

35、星72 颗，覆盖中国及亚太区域。目前入轨卫星 9 颗，单星重量约 100kg，轨道高度600km。吉利未来出行星座卫星系统主要面向智慧出行、消费电子、无人系统、智慧城市、环境监测等领域的卫星通信需求，可提供高精度定位、遥感、导航、宽带通信等服务。GW 卫星系统由 2021 年 4 月成立的中国星网公司进行规划建设运营，从星网公司向 ITU 提交的星座频谱申请资料显示，星座规划卫星 12992 颗，分为GW-A59Q 和 GW-2 两个分星座。其中，GW-A59Q 规划于 600km 以下的极低轨道，包括 3 个子星座，共计 6080 颗卫星；GW-2 规划于 1145km 的近地轨道，包括 4

36、 个子星座，共计 6912 颗卫星。表 3-4 GW-A59 和 GW-2 星座数据星座轨道高度(km)轨道倾角轨道面数单轨星数(颗)卫星数量(颗)GW-A59590850405020005085560603600小计6080GW-2728728728728小计6912合计卫星总数1299215/863.1.2标准体系标准体系现有的卫星标准体系主要包括数字电视广播（Digital Video Broadcast,DVB）标准和地球同步轨道卫星移动通信（GEO-Mobile Radio,

37、GMR）标准。目前，大部分商用低轨卫星的通信技术基于 ETSI 的第三代数字卫星电视广播标准（DVB-S2/S2X）345。DVB-S2 在 DVB 的基础上进行升级以支持交互式互联网业务，可以支持广播业务（Broadcasting satellite service，BSS）和固定业务（Fixed satellite service，FSS），但对于移动卫星业务（mobile satellite service，MSS）的支持能力较差。DVB 不具备移动性管理功能和核心网功能，和地面固定无线接入通信比较相似，移动通信业务能力较差。GMR6用于 GEO 卫星实现 MSS。GMR 基于地面数字蜂

38、窝标准 GSM，可接入到 GSM 核心网。GMR 包括三个版本，其中 GMR-1 仅支持 GEO MSS 的电路域业务；GMR-2 即 GMPRS-1，基于 GPRS，在 R1 基础上增加分组域业务；GMR-3即 GMR-1 3G，在 R2 基础上演进到 3G，与 UMTS 兼容。GMR 协议在 Thuraya卫星通信系统中采用，Thuraya 卫星系统为区域卫星移动通信系统，主要负责为亚太地区提供语音业务。现有的卫星通信体制极大的推动了商用卫星和卫星技术的发展,但是现有的卫星通信体制也存在一定的局限性：（1）现有协议难以满足卫星互联网需求。DVB-S 主要针对广播业务，缺乏上层协议设计和用户

39、管理功能，在业务上很难支持大带宽、多接入的卫星互联网业务；GMR 频谱效率低，同样无法满足卫星互联网的大容量和高速率要求；（2）标准体制多，互相不兼容；产业规模小，成本高，无规模经济优势。面向未来的天地一体化，卫星网络和地面网络应避免独立发展、相互竞争，形成融合发展、互帮互助的趋势，逐步走向一体；（3）终端设备形态繁杂多样，难以统一。国内外卫星通信设备形态多种多样，各国终端采用的标准制式也不尽相同，亟需制定相关标准以促进卫星通信行业设备形态的一致性。16/863.1.3卫星通信系统技术路线卫星通信系统技术路线卫星通信技术持续发展演进，目前，可分为传统卫星通信技术和 3GPP NTN类卫星通信两

40、大类技术路线。（1）传统卫星通信技术路线卫星通信技术体制的发展演进历程，是一个不断提高传输质量、增加传输容量、扩大应用范围的过程。传统卫星通信技术可分为窄带卫星移动通信和宽带卫星移动通信系统。窄带卫星移动通信系统主要使用 S、L 等低频段进行通信，可提供语音、短信和中低速数据业务，典型的技术体制有 GMR-1、S-UMTS 等。窄带卫星移动通信系统通常将卫星通信功能融合到智能手机中，具有卫星覆盖和地面覆盖融合、独立天网、部分卫星运营商和地面运营商融合、卫星终端和地面终端融合等特点，适用于窄带手机直连卫星、卫星物联网等场景。典型的卫星系统有国外的 Thuraya、Inmarsat、GlobalS

41、tar 等卫星系统，我国的天通一号、北斗卫星（短报文）等卫星系统。随着宽带业务需求迅速增强和技术不断发展，基于宽带数据通道、前向单载波、返向载波灵活配置等技术的高通量卫星通信系统日益成熟并广泛部署，典型卫星系统有国外的 Starlink、Oneweb、Jupiter 等，我国的中星、亚太等。典型的技术体制有 DVB-S/S2/RCS、Surfbeam2 等。这些高通量卫星具有全球覆盖、独立天网、独立卫星运营商、独立卫星终端等特点，主要适用于卫星宽带接入。在当前全球卫星通信产业快速迈入卫星互联网的阶段，高通量移动通信已成为卫星互联网的重要组成部分。（2）3GPP NTN 技术演进路线3GPP N

42、TN 技术演进路线是指由 3GPP 等地面移动通信组织制定的天地一体融合技术演进方案。该技术路线在 5G 体制基础上基于卫星通信场景进行针对性改进，将网络覆盖范围扩大到传统地面基础设施缺乏或经济上不可行的偏远和服务欠佳地区，消除数字鸿沟。NTN 标准能够与地面蜂窝系统兼容，可以提供天地融合的服务能力，具有卫星覆盖和地面覆盖融合互补、卫星运营商和地面运营商融合、卫星终端和地面终端融合等特点。与传统卫星通信技术“烟囱式”的标准17/86格局相比，3GPP NTN 技术完全公开透明，有利于生态发展。该技术演进路线逐步成为卫星通信技术发展最重要的方向之一。（3）类 3GPP NTN 技术演进路线类 3

43、GPP NTN 技术是指与 3GPP NR-NTN 技术采用类似技术体制，并结合低轨卫星星座通信特点，进行针对性技术优化和改进的一种技术体制路线。类 3GPPNR-NTN 技术主要应用于卫星宽带应用场景，基于低轨卫星星座，可较好提供低时延、大带宽的宽带卫星业务。类 3GPP NTN 技术通过在终端侧进行蜂窝通信和地面通信功能集成，可实现卫星覆盖和地面覆盖的融合互补。同时，相比于 3GPPNTN 技术，该技术有部分私有属性，符合国家信息基础设施的安全性要求。该技术演进路线也逐步成为卫星通信技术发展最重要的方向之一。表表 3-5 卫星通信技术路线卫星通信技术路线技术技术路线路线类别类别通信技术体制

44、通信技术体制典型卫星系统典型卫星系统特点特点适用场景适用场景最新发展最新发展动态动态传统卫星通信路线宽带通信DVB-S/S2/RCS；类DVB-S/S2/RCSStarlink，Oneweb，Jupiter，中星 16，中星 19，亚太 6D等，玫瑰星座，银河 Galaxy，O3b全球覆盖、独立天网、独立卫星运营商、独立卫星终端卫星宽带接入降本增效性能提升典型代表：SpaceXSurfbeam2Viasat窄带通信GMR-1,类GMR-1Thuraya，天通卫星卫星覆盖和地面覆盖融合互补手机直连卫星、卫星物联网将卫星通信功能融合到智能手机中S-UMTSInmarsat 卫星其它私有体制Glob

45、alStar，IridiumNext，Orbcomm，时空道宇智慧出行卫星，北斗卫星3GPPNTN路线宽带通信NR-NTN/卫星覆盖和地面覆盖融合互补，标准技术完全公开透明；类 NTN 技术有部分私有属性。手机直连卫星、卫星物联网已陆续组织开展室内测试验证和外场上星测试验证窄带通信IoT-NTN天通卫星，Inmarsat卫星，Sateliot类3GPPNTN路线宽带通信类 NR-NTN/卫星宽带接入、手机直连卫星18/863.1.4卫星系统业务运营卫星系统业务运营卫星通信系统建设投资大，运营模式关系着整个系统生命期。目前，国际上宽带通信卫星系统的运营模式可以归结为两种，即封闭式和开放式商业运营

46、模式。封闭式商业运营是由一个实体公司来运营卫星、构建关口站、采购地面终端，再直接或通过合作伙伴向最终用户提供服务。根据用户的不同，封闭式的运营又分成一体化运营模式和经销商代理运营模式7。一体化运营模式下，卫星运营商负责卫星系统、地面网络和业务系统的全套建设与运营，直接面向终端用户提供卫星服务并收取相关费用，属于 B2C 模式。此模式适用于用户规模大、市场性质较为类似的国家和地区（如美国、中国），典型系统有 Viasat、starlink、天通一号。经销商代理运营模式下，卫星运营商建设和运营卫星系统、地面网络和业务系统，经销商参与业务系统建设，并利用其市场渠道和营销网络，最终面向终端用户提供本地

47、化服务，典型的经销商有 ISP、电信运营商、VSAT 公司、DTH 运营商等企业。此模式属于 B2B 模式，适用于市场相对分散的区域，如欧洲、非洲等。开放式运营模式下，卫星运营商专注于卫星系统的建设与运营，出售物理带宽给业务提供商。由服务提供商建设关口站等地面网络、开发业务系统，并向终端用户提供业务服务。该模式下，卫星运营商与业务提供商共同承担商业风险和利益，卫星运营商只负责卫星运营，业务提供商则只负责提供本地服务。业务提供商也可根据需要，更加灵活提供业务服务。对运营模式的选择，需要综合考虑市场分散程度、政策监管要求等各因素。一般而言，封闭运营模式下吞吐量利用率高，收益高但风险大，开放运营模式

48、下收益低但风险小，收入有保障。在我国，天通一号卫星由中国电信运营，负责提供话音、短信、数据、传真等服务，是窄带卫星通信重要应用平台，提升了国家应急通信保障力度。由中国卫通公司运营地中星系列卫星和亚太系列卫星，主要为广电行业提供卫星广播电视转发服务，并为政务应急、海事、铁路等提供卫星转发器租用服务；北斗星通则进行北斗导航定位和短报文等业务运营。19/863.2.3.2.地面通信地面通信移动通信技术从最初的模拟调制发展为数字调制，从语音发展为数据，从窄带发展为宽带，从单工发展为全双工，经历了四十多年的爆发式增长，目前已经渗透到了人们生活的各个领域，并成为推动社会发展的重要动力之一。图 3-2 移动

49、通信发展示意图1G时代，美国的“高级移动电话系统(AMPS)”和英国的“全接入通信系统(TACS)”是模拟移动通信的两个主要系统8，传输和处理都使用模拟信号，采用FDMA接入方式。由于各国采用不同的制式、不同的频带和信道带宽，1G只是一个区域性的移动通信系统。从1G进入2G则是从模拟调制进入数字调制，2G主流的网络制式包括GSM和CDMA9。2G支持的业务也由1G时代单一的语音业务发展为语音、短信和数据传输（窄带）等业务。从2G进入3G，有了统一标准IMT-2000无线接口技术规范，主流技术包括WCDMA，CDMA-2000和TD-SCDMA。TD-SCDMA是由中国提出的标准，采用异步TDD

50、模式，有效提高了频率资源来利用率。3G可以向用户提供各种宽带信息业务，如图像、音乐、网页浏览和视频会议，是一种真正的“宽频多媒体全球数字移动电话技术”。4G采用LTE技术规范，是一套由3GPP制定的全球通用标准，包括TDD和FDD两种模式。4G基于OFDM技术10，下行速率能够达到100Mbps，上行速率能够达到20Mbps。在4G的大规模商用后，移动宽带数据业务还在快速增长，新的应用以及新的通信技术也在不断地更新迭代，给无线网络的演进带来了更为多样的需求，主要包括更高的吞吐量，更低的传输时延，更高的可靠性，更低的功耗以及20/86支持更多的用户连接等。从业务和市场发展来看，移动互联网与物联网

51、是5G通信演进的两大重要的驱动力。5G的演进可以归纳为两大分支，一个是大流量，高速率，高移动的移动互联网宽带业务；另一个是低速率，广覆盖，大容量的物联网业务。ITU-R给出了5G的三大应用场景，分别为应用于移动互联网的增强移动宽带、应用于物联网的海量机器类通信和超可靠低时延通信11，同时ITU-R也给出了5G系统的性能指标，主要包括以下性能指标：（1）流量密度：10Tbit/(s2)（2）连接数密度：1062（3）时延：空口时延 1ms（4）移动性：500km/h（5）能效：100 倍提升（相对于 4G）（6）用户体验速率：0.11Gbit/s（7）频谱效率：3 倍提升（相对于 4G）（8）峰

52、值速率：10Gbit/s5G应用呈现出垂直行业市场、传统消费市场齐头并进的态势，世界各国积极推动5G应用落地，中美欧日韩等领先国家和地区在AR/VR、超高清视频、工业互联网、智慧交通、智慧医疗、公共安全、应急和军事专网等领域开展5G融合应用投资、探索与示范。2022年，全球5G市场在网络人口覆盖、基站部署数量、连接数等方面快速发展，世界先进国家已初步完成第一批5G商用网络建设，5G网络覆盖全球近三分之一人口。全球5G连接数突破10亿，渗透率12%，发展速度远超4G和3G时期，5G已经成为全球主流移动通信技术。当前3GPP进入R19标准制定阶段，在大力发展5.5G的同时，各国已启动6G的研究工作

53、。欧美日韩等国高度重视6G发展，通过组建研究小组、建设公共研究设施、增设6G研究项目等方式，加大6G领域资金投入，带动学术界与产业界6G前沿技术研究，如美国国防部6G研发中心、欧盟6G旗舰项目Hexa-X-II、韩国“6G研发实行计划”、日本6G研发基金等。同时，爱立信、诺基亚、三星、德国电信等龙头企业进一步加大6G研发投入力度，搭建联合测试验证平台。在我国，“前瞻布局 6G 技术”在各级政府层面达成共识，6G 写入北京、上海、河北、广东等多个省市发展规划。IMT-2030（6G）推进组推动 6G 研发创新，取21/86得批量成果，已有 20 余家企业与高校参与了 IMT-2030（6G）推进

54、组 6G 关键技术试验。三大运营商相继发布 6G 网络整体架构及关键技术研究成果，设备厂商6G 研发工作进入关键技术概念样机阶段。4.基于基于 5G NTN 的天地一体化关键技术的天地一体化关键技术4.1.4.1.网络架构网络架构基于天地一体化网络架构，未来的通信节点不仅局限在陆地，卫星节点将会扮演越来越重要的角色。随着 3GPP NTN 技术的演进，卫星的载荷和信号处理能力将逐步提升，实现透明转发、基站和核心网等功能，并与地面基站进行天地一体化组网。3GPP NTN 在 R17 和 R18 版本中均采用透明转发架构12，卫星仅实现射频相关功能，对卫星能力要求低，有利于 NTN 组网的快速落地

55、。如图 4-1 所示，卫星作为终端和 NTN 网关中间的射频处理单元，实现无线信号的透明转发。信号的基带处理仍然放在地面基站去实现，因此该网络架构对卫星能力载荷和处理能力的要求较低，有利于网络的快速部署。图 4-1 透明转发网络架构3GPP 对再生模式网络架构也进行了研究，在未来 NTN 演进版本中有望实现。除了射频部分，基站的部分（DU/CU)或全部功能、核心网的部分网元（例如用户面功能）或者全部功能均可以部署在星上。再生模式下服务链路采用 Uu接口，馈电链路根据卫星所具备的功能实现 Xn/N1/N2/N3 等接口，如图 4-2 所示。图 4-2 再生模式网络架构22/86由于可以在卫星上解

56、码和处理数据包，以及支持星间链路的能力，使用再生传输的卫星网络可以提供更好的性能、更大的灵活性和全球覆盖。以下列出了卫星上部署 NG-RAN（+5GC）功能实现相关的一些潜在优势：（1）降低控制/数据平面延迟；（2）在没有 NTN 网关（未部署或暂时未运行）的地区支持低延迟业务；（3）地面段/NTN 网关的部署更具灵活性；（4）提升服务链路和馈线链路的频谱效率。除了接入，卫星也可以作为基站的回传链路实现基站和核心网的连接。3GPPTS 23.501 标准中规定，卫星可作为(R)AN 与 5GC 之间回传的一部分，并支持边缘计算。若接入和移动性管理功能（Access and Mobility F

57、unction,AMF）已知使用了卫星回传，则可在会话（Protocol Data Unit,PDU）建立过程中，向会话管理功能（SessionManagement Function,SMF）报告卫星回传类别及回传类别的改变。当回传能力（如时延、带宽等）随时间变化时，AMF 需向 SMF 通知相应的动态卫星回传类别；当从 SMF 接收到动态卫星回传信息后，策略控制功能（PolicyControl function,PCF）可以申请对 UE 和用户面功能（User plane function,UPF）间的分组延迟进行服务质量（Quality of Service,QoS）监控，以更好的支持 P

58、DU会话。4.2.4.2.空口传输技术空口传输技术4.2.1同步技术同步技术终端与基站的正常通信建立在终端与基站间严格的上下行时频同步。在 5GNTN 中，卫星与地面的终端之间存在较大的距离和较高的相对运动速度，因此带来了远超地面系统的传输时延和多普勒偏移，这为终端侧上下行时频同步带来了挑战。（1）下行同步技术为了接入网络，UE 必须检测下行同步参考信号，通过这些同步参考信号 UE可以完成进行时间和频率校正以及小区 ID 的检测。为了解决 NTN 大频偏问题，馈电链路上的多普勒频移可以由网络侧自行补偿且对终端透明，服务链路的下行多普勒频移网络也可以进行预补偿，并将预补偿的值指示给终端。网络对服

59、务链路的多普勒频移进行补偿后，大部分频偏被抵消，剩余的残留频偏与小区大小和23/86仰角有关，在这种情况下，对于低轨道近地卫星高速运动场景，现有同步参考信号设计能够实现稳健的下行同步性能。如果网络侧未对服务链路的下行频率偏移进行补偿，UE 需要基于下行同步信号对整个服务链路的多普勒偏移进行估计，终端接收机需要额外复杂度来获得可靠的下行初始同步性能12。（2）上行同步补偿技术对于上行频率同步，一般而言，终端可以基于自身位置信息以及卫星星历信息对服务链路上产生的多普勒频移进行估计与计算。因此，对于服务链路上的多普勒频偏值，终端可以自行计算并进行预补偿。对于馈电链路上的多普勒频偏值，则可以由网络侧或

60、地面网关进行后补偿，并且补偿值对用户来讲是透明。此外，卫星进行数据转发时也可能存在频率误差，该误差大小同样对用户透明，可以由网络侧或直接由卫星进行补偿。对于上行定时同步，UE 根据卫星星历信息和自身的位置信息可以实时计算UE 到卫星之间的来回传播时延，并根据所计算的来回传播时延值进行服务链路上的定时提前补偿（UE 级别的定时提前量）。对于馈电链路上的传播时延，由于终端不知道基站的位置，终端是无法实时计算卫星与基站之间的来回传播时延并进行馈电链路的定时提前补偿，因此，对于馈电链路上的上行定时同步问题，一种方式是馈电链路上的上行定时值完全由网络处理，UE 不需要处理馈电链路上的上行定时提前量。另一

61、种方式是网络指示馈电链路上的定时提前量（也称作公共定时提量）相关参数，UE 根据网络提供的公共定时提前量参数可以实时确定馈电链路上部分或者全部的定时提前量值13。4.2.2时序管理时序管理在陆地移动通信系统中，信号的传播时延通常是低于 1ms。在卫星通信系统中，传播延时大小取决于卫星的高度以及卫星载荷类型，一般在几十到几百毫秒之间。面对如此大空口传播时延，终端在进行上行传输时，需要应用一个较大的定时提前量（几十毫秒到几百毫秒不等）以保证上行同步。这样一来，会导致在终端侧上下行帧定时存在一个较大的偏移量。终端上行定时同步，存在如下两种情况：24/86情况1：终端在发送上行数据时应用完整的定时提前

62、量，即网络指示的公共TA参数为整条馈电链路上的定时提前量，这种情况下，基站侧上下行的帧定时是对齐的，终端侧的上下行定时相差一个完整的定时提前量，如图 4-3所示。图 4-3 基站侧上下行帧定时对齐，终端侧上下行帧定时存在大的偏移情况2：终端在发送上行数据时应用部分的定时提前量，即网络指示的公共TA参数为馈电链路上的部分定时提前量，剩下部分传播时延需要基站进行处理，这种情况下，基站侧上下行的帧定时是不对齐的，终端侧的上下行定时也是相差一个定时提前量，如图 4-4所示。图 4-4 基站侧上下行帧定时不对齐，UE 侧上下行帧定时存在较小的偏移由于终端侧上下行定时没有对齐，存在较大的偏移，因此，数据传

63、输过程中涉及到上下行定时交互的时序需要进行增强。4.2.3覆盖覆盖在 NTN 通信系统中，卫星高度可达几百到几万公里，终端与卫星之间存在很大的路径损耗，例如，GEO场景下，S波段上的自由空间路径损耗可达190.6dB。此外，终端与卫星之间传输还包括阴影衰落，极化损耗，大气损耗等。为保证上下行的覆盖，通常可以通过提升发射机的功率，提高接收机的灵敏度，提高收发两侧的天线增益，采用定向天线，窄带传输，低频传输等方式实现，如图 4-5所示。25/86图 4-5 NTN 场景下的路径损耗在 5G NTN 初期阶段，终端侧的特性定义如下12：（1）VSAT 的发送功率为 33dBm，天线增益是 43.2d

64、Bm，且采用定向天线；（2）手持终端的发送功率为 23dBm，天线增益是 0dBm，且采用全向天线；（3）物联网设备发送功率为 23/20dBm，天线增益是 0dBm，且采用全向天线。从上述终端特性定义可以看出，5G NTN 初期阶段的终端设备在天线增益，发射功率上都存在特别的要求。对于卫星侧，5G NTN 对卫星的能力也进行了加强，以 3GPP 定义的卫星参数 Set1 为例子，GEO 卫星在 S 波段上，上行的 G/T 值为 19 dB K-1，下行的 EIRP为 59 dBW/MHz，GEO 卫星在 Ka 波段上，上行的 G/T 值为 28 dB K-1，下行的EIRP 为 40 dBW

65、/MHz。基于 5G NTN 终端与卫星的特性，对于手持终端与物联网终端，上行要满足链路预算要求只能采用低频（例如 S 波段）以及窄带进行数据传输，对于 VSAT，上行采用高频以及大带宽传输也能满足链路预算要求。考虑到我们日常使用的是智能手机的天线增益只有-5.5dBm，甚至更低，这与 5G NTN 早期定义的手持终端天线增益（0dBm）存在很大的差距，为了能让智能手机也能够接入 5G NTN实现 VoIP 以及低速率数据传输，3GPP R18 开展了 5G NTN 场景下的覆盖增强研究以支持智能手机接入 5G NTN 实现语音与低速数据传输业务14。此外，考虑到卫星侧功率受限以及单星覆盖区域

66、内波束个数较大（以 LEO 为例，单星波束个数可达 1000 以上），R19 将继续开展下行覆盖增强技术。4.2.4系统吞吐量提升技术系统吞吐量提升技术大空口传播时延，不但对数据传输带来很大的时延，同时也会降低系统吞吐量。在现有的 HARQ 机制中，发送端需要等待接收端的反馈（ACK）才能发送新数据，在 NACK 的情况下，发送端可能需要重新发送数据包。这种停止等待过程为通信协议引入了固有延迟。在地面网络中，由于往返传输延迟通常在 1ms以内，因此现有的 HARQ 传输的停止等待机制带来的影响比较小。在 5G NTN系统中，传输延时非常大，按照现有 HARQ 传输协议机制，网络利用某个 HAR

67、Q26/86进程调度下行数据后，需要收到终端发送的 HARQ-ACK 反馈之后才能继续使用该 HARQ 进程进行新的数据调度或者数据重传，如图 4-6 所示。因此，现有的HARQ-ACK 传输机制会严重限制 5G NTN 的系统吞吐量。图 4-6 HARQ 反馈示意图为了改善 5G NTN 的数据传输速率，可以采用以下三种方式：方式 1：增大 5G NTN 支持的 HARQ 进程数，使得网络在 5G NTN 传播时延期间有足够的 HARQ 进程进行数据调度，从而提升系统的吞吐量。方式 2：对 HARQ 进程的 HARQ-ACK 反馈进行去激活，对于 HARQ-ACK反馈去激活的 HARQ 进程

68、，网络不需要执行停止等待的机制。方式 3：采用盲重传的方式保证数据传输的可靠性，回避 HARQ 传输等待问题，从而提升系统吞吐量。此外，现有的数据调度方式包括动态调度与半静态调度，对于动态调度，终端先接收网络下发的调度指示（即调度 DCI），然后根据调度指示进行数据的接收与发送。对于半静态数据调度，网络预先通过高层信令配置上下行数据传输资源，终端直接在预配置的传输资源上进行数据的接收与发送。在大时延的场景下，半静态的数据传输方式更具有优势。4.2.5波束管理波束管理现有 5G 陆地通信系统制定了波束管理机制，主要包括，波束测量上报，波束选择，波束指示，波束恢复过程等。在卫星通信中，卫星一般是通

69、过多个波束对地面提供覆盖，多波束间共享卫星的带宽和功率资源。和 5G NR 相比，卫星通信系统中波束管理存在以下几个方面的特点：27/86（1）卫星的快速移动，波束切换更为频繁；（2）在高多普勒频移场景下，使用 SSB 或 CSI-RS 进行波束测量时，存在测量精度问题。（3）同一小区不同位置的信号质量差异较小，即卫星通信系统中远近效应不明显；（4）对于地表固定波束场景，当波束覆盖区域发生变化，会导致波束覆盖区域内的多个 UE 同时发生波束切换；（5）卫星运动是具有规律性的，波束切换时间以及波束切换顺序是可预测的；（6）基站与 UE 之间存在较大的传播时延，波束测量上报与波束指示存在明显的时效

70、性问题。基于上述特点，NTN 系统在波束管理方面需要提出更优的波束切换机制来应对用户频繁切换、减少不必要的切换等问题，可以从以下两种类型的波束管理机制进行增强12。（1）终端自主的波束切换机制对于 UE 自主波束切换，一种方案是网络基于终端位置信息，小区波位分布以及卫星星历信息给终端配置波束切换的时间以及波束切换的顺序。一种实现方式，网络配置波束切换的顺序以及每个波束的服务时长，当前服务波束的服务时长到期，则按照波束切换顺序切换至下一个波束，如图 4-7 所示。另一种方式是终端根据位置信息以及波束分布图样自主的进行波束切换，这种情况网络侧需要知道终端的位置信息。图 4-7 卫星移动轨迹是示意图

71、28/86（2）网络控制的波束切换对于网络控制的波束切换，现有地面5G波束管理是终端进行波束测量上报，网络根据终端上报的测量结果控制终端进行波束切换。考虑到卫星通信系统中小区不同位置的信号质量差异较小，终端可以上报自身位置信息，网络根据终端上报的位置信息控制终端执行波束切换。此外，考虑到在地表固定波束场景，一个波束覆盖区域下的 UE 同时发生波束切换，为了降低网络的信令开销，可以采用UE 组15级别的波束切换机制。在实际应用中可能会出现卫星覆盖区域中一些波位的通信需求大大超过波束可用容量，而在其他波位的通信需求小于可用容量，也就是热点地区的需求得不到满足，而冷门地区的容量却没有得到充分利用。这

72、对卫星运营商和服务提供商的后果是双重的16：损失了未满足需求对应的收入，也损失了未使用容量的投资成本。因此，在卫星覆盖区域内灵活分配波束资源的能力正在成为未来宽带多波束卫星的必要条件。4.2.6移动性移动性在卫星通信网络中，移动性管理面临一些新的问题，如 NTN 小区中央和小区边缘的信号强度变化不明显，现有的根据无线信号质量进行移动性管理不能完全满足需求。针对这一问题，5G NTN 中提出了新的移动性管理策略，即考虑终端的位置、卫星移出覆盖区域的时间等要素进行移动性管理。（1）条件切换对于基于终端的位置的移动性管理策略，引入基于位置的条件切换，通过提供卫星的参考点以及终端与参考点间距离门限值条

73、件，当满足条件，触发基于位置的条件切换12。对于基于卫星移出覆盖区域的时间的移动性管理策略，引入基于时间的条件切换，网络可以提供关于当前小区停止服务和候选小区开始服务的时间信息，小区通过系统消息广播停止服务的时间来广播停止覆盖该区域的时间，该时间信息可以用于辅助 UE 进行小区重新选择，并用于确定合适时间来执行邻小区测量，当满足条件，触发基于时间的条件切换。（2）小区选择和重选29/86基于星历信息辅助的小区选择和重选：终端基于星历信息提前预判哪些卫星何时会覆盖某一区域，终端可以动态准确地搜索它能够选择到的 NTN 小区信息17，因此可以有效提高小区选择/重选的成功率。（3）跟踪区管理卫星的快

74、速运动带来了跟踪区频繁更新的问题。由于卫星可以提供覆盖面积非常大的小区，导致跟踪区域的面积变大，这样虽然使跟踪区更新频率大大降低，但是会导致较高的寻呼负载。所以如何平衡跟踪区更新频率和寻呼负载成为一个难点。3GPP R16 中提出了固定跟踪区域的方法，即跟踪区域码（Tracking AreaCode,TAC）固定在地面上，而小区在地面上随着卫星的移动而改变。在 LEO 的场景下，当小区在地面上扫描时，在小区到达下一个地球固定跟踪区域位置的区域时，广播的跟踪区域代码会被改变。这样的硬跟踪区更新降低了更新频率，但也对小区的系统消息更新或寻呼周期带来了新的问题。因此在 R17 中提出了软跟踪区更新，

75、即网络可以在 NR-NTN 小区中针对每一个公共陆地移动网（PublicLand Mobile Network,PLMN）广播多达 12 个以上的跟踪区域码，包括相同或不同的 PLMN，系统信息中的 TAC 变化受网络控制。另外，如果当前广播的 TAC中有属于 UE 的注册区域的，UE 就不会执行由移动性触发的注册过程18。4.3.4.3.安全技术安全技术基于 5G NTN 的天地一体通信系统中存在透传模型和再生模型，这意味着一些接入网和核心网功能位于卫星上，因此会出现一些与地面网络不同的安全场景。天地一体网络中卫星间链路和卫星与网关之间的馈线链路是无线链路，可能受到干扰、窃听等，需进行保护。

76、星上网元可能部署在同一颗卫星或不同的卫星上，当位于不同卫星时，需保证网元之间的安全，如信任关系、通信安全，可以采用分布式安全机制或者集中式安全机制。由于部分类型卫星的移动性，星上网元与地面网元之间的组网关系可能动态变化，此时星上网元和地面网元之间的安全机制需要增强。对一些具体需求，如存储转发场景中，可能出现端到端链路不连续，如服务链路或馈线链路不连续，这意味着，为了在卫星不连接地面核心网的情况下完成卫星与 UE 的认证，以及在 UE 和卫星之间建立安全连接，卫星中可嵌入核心网30/86部分安全功能如鉴权、密钥管理，UE 安全上下文信息也可以在卫星之间共享或在卫星网络和地面网络间共享。4.4.4

77、.4.卫星实现技术卫星实现技术（1）通信卫星的组成通信卫星由卫星平台和有效载荷组成，卫星平台通过搭载不同的有效载荷，形成不同功能的卫星。卫星平台包括供电、结构、推进、热控、姿态控制、数据管理（星载计算平台）等系统，为卫星有效载荷提供服务保障。图 4-8 卫星平台组成图卫星有效载荷也称为专用系统，指与卫星执行任务直接有关的仪器、设备或系统，通常包括天线系统、转发器系统以及其它金属/非金属材料和电子元器件等。传统通信载荷主要包括相控阵天线和转发器，卫星互联网在传统通信载荷基础上增加了星间链路。31/86图 4-9 通信载荷组成部分（2）星载多波束天线技术星载天线是通信卫星的关键载荷。通信卫星天线包

78、括简单天线（标准圆或椭圆波束）、赋形无线（多馈源波束赋形和反射器赋形）、多波束天线（MBA）等类型。星载多波束天线更易满足高增益、广覆盖、大速率以及终端小型化的需求，是目前应用研究热点。星载多波束天线可分为反射面多波束天线、透镜式多波束天线及相控阵多波束天线。各类多波束天线对比如表 4-1 所示。表 4-1 三种多波束天线对比表天线类型优点缺点反射面多波束天线重量轻、结构简单、设计技术成熟、性能优良等宽角扫描性能劣于相控阵天线，需采用偏置结构以避免馈源阵的阻挡透镜式多波束天线相比反射面天线，有更大的设计自由度，具有很好的旋转对称性，保留了良好的光学特性，无口径遮挡在低频段具有重量大、损耗大等致

79、命缺点，导致其在星上应用严重受限相控阵多波束天线宽扫描角、低轮廓、低损耗、重量轻。可实现灵活的多波束、波束调整重构，以及波束凝视、等通量覆盖等存在馈电网络损耗、频带窄、结构复杂、成本高等缺点目前，典型的星载大规模天线阵列主要包括反射面多波束天线和相控阵多波束天线。反射面天线具有重量轻、结构简单、设计技术成熟等优点，利用大口径天线，可产生更多高增益低副瓣的点波束。GEO 卫星，由于所处轨道高，传输路径长，路径损耗大，一般采用反射面天线，天线口径往往超过 10 米，如美国TeereStar-1 卫星采用直径达 18m 的超大型 S 频段金属网反射面天线，美国SkyTerra-/-2 的天线口径更是

80、达到了 22m。相控阵天线具有宽扫描角、低轮廓、低功耗、重量轻的特点，可实现灵活多波束、波束调整重构，波束凝视、等通量覆盖等优点。LEO 卫星，由于卫星轨道低、视角宽，要求天线具备较大扫描角，一般都采用相控阵配置。（3）星载功放技术32/86星载功放是星载转发器的关键部件。星载功放的能量转化效率直接影响星上热处理和有效载荷容量，最终影响卫星的重量和体积，是星上关键设备。星载功放主要分为行波管放大器（Traveling-wave tube amplifier,TWTA）和固体功率放大器（Solid State PowerAmplifier,SSPA）。星上功率发射器最早采用 TWTA，TWTA

81、由行波管及其保护电路（如速调管）和稳压电源电子功率调节器组成，工作频率范围为 300MHz 至 50GHz，功率增益约为 40 到 70dB，在高功率和高频率工作状态下，可以获得比固态放大器高得多的输出功率，输出功率范围从几瓦到几兆瓦（6GHz 工作频段额定输出功率可达 2.25kw。TWTA 性价比主要体现在大功率（功率大于 200W 以上）应用方面，主要应用于高轨高通量卫星系统。SSPA 使用场效应晶体管作为射频功率放大的主要器件，工作电压低，实现也更加容易。SSPA 通常需配置集成电源，由于其单体输出功率较低，为实现高功率放大，SSPA 将许多功率晶体管并联放置，从而实现输出功率的合成放

82、大。SSPA 目前主要工作于低功率和低频率状态下，频段集中在 L、S 和 C，输出功率 200W 以下，目前多应用于低轨通信卫星系统。（4）星间链路技术星间链路是指用于卫星间通信的链路，可将多颗卫星互联在一起，实现卫星间的信息传输和交换，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。星间链路的引入，使得低轨卫星移动通信系统能够更少地依赖于地面网络，更为灵活方便地进行路由选择和网络管理，同时减少了地面信关站数量，降低部署复杂度和部署成本。星间链路的核心器件是通信终端，要求波束发散角较小，具有良好的抗干扰和抗截获性能，系统安全性高。目前主要的技术有太赫兹星间链和激光星间链。太赫兹链可实现 10Gbps

83、 以上传输速率，可被大气层吸收，具有更好的保密性。而激光通信不需要向国际电联申请特定频段，使用更加便捷。（5）星上容错冗余技术在太空环境中，辐射粒子会轰击星载平台上的数字信号处理器（如 FPGA 或者 DSP 等），可能会使某些处理模块的逻辑配置或存储部分发生改变，从而导致暂时的（软错误）或者持续的处理故障。目前普遍使用的卫星载荷容错保护措施包括硬件加固、系统级保护和电路级容错。33/86硬件加固使用特殊封装工艺的宇航级器件提高系统可靠性。但宇航级器件性能难以满足现代航天应用的需求。美国 NASA 提出采用低品级的商业级或工业级器件（统称 COTS 器件）部分甚至全部取代宇航级器件。COTS

84、器件具备性能优异、成本低廉、货源充足等优点，但失效风险较高，需基于冗余资源进行容错加固。系统级保护通过多机备份、周期性故障检测与重配置等机制对系统故障进行恢复。此方案开销较大、实时性差，不能保证系统的不间断工作。电路级容错是通过引入冗余（如逻辑冗余或时间冗余），在部分逻辑或存储单元发生故障的情况下，仍能保证处理模块输出正确的结果。最常用方案为三模冗余方案，需在原有处理逻辑基础上增加两倍计算、存储和功耗开销，对于体积、重量和功率都严格受限的空间平台及嵌入式系统来说是巨大的负担。4.5.4.5.终端实现技术终端实现技术天地一体化卫星互联网是一个异构互联的融合网络，具有空间节点高度动态和系统时空尺度

85、极大等特点，对终端接入能力、天线增益、低信噪比接收能力、尺寸、功耗等方面提出更高要求。（1）天线小型化技术传统卫星电话设备通常需搭配体积庞大的外置天线，以便接收和发送卫星信号,限制了设备的便携性和外观美观。对于大众消费应用场景的手持终端，轻小便携美观是基本要求。为满足手机直连卫星的使用，需要研发在消费级的手机上集成卫星通信功能。小型化、低功耗的设计目标，要求终端天线射频技术和基带芯片技术有较大的发展。在天线方面，一方面开展终端天线小型化研究，典型技术有微天线技术、内置天线技术等。另一方面，突破卫星通信天线与手机共形设计，加强高增益天线研发。此外，还需要持续优化手机MIMO天线阵列，以提升天线增

86、益。在低功耗方面，研发星地一体基带芯片，支持面向5G NTN等天地融合标准协议，减小终端体积和芯片交互产生的能量消耗；提高功率放大器的效率，降低电量的的消耗。（2）面向低轨星座的相控阵天线技术对于低轨卫星星座，考虑卫星高速运动的特点，卫星与终端相对位置在不但变化，需要通过自动化方式，对卫星和地面终端进行精确对准和跟踪，以确保链34/86路的稳定和可靠性。传统机械扫描终端天线难以满足实时要求，以电子扫描技术为特点的相控阵技术响应速度快，天线可赋型，满足各种辐射方向图设计要求，逐步成为发展热点。相控阵天线是星地融合终端的重要天线形态，通过信号相位控制，可快速调整跟踪低轨卫星，实现一副天线支持多颗星

87、同时工作。目前，相控阵毫米波射频芯片主要是基于GaAs、GaN工艺，发射性能和接收噪声系数较好，但由于每个相控阵天线包含成百上千颗相控阵芯片，占据了超60%的天线成本。使得面向民用市场，成本更低、集成度更高的硅基芯片更有应用前景。硅基射频芯片采用CMOS、CMOS-SOI、SiGe三种工艺。考虑卫星通信应用中的天线口径较大，使用相控阵技术后，通道规模均在数千通道量级，通常选择CMOS工艺的射频芯片技术。硅基CMOS芯片技术成熟度好，可以利用目前的65nm、45nm、28nm工艺线，生产线产能巨大，良品率很高。结合成熟的数字电路技术，可将多个通道的接收、发射、移相衰减控制以及多个通道间的功分网络

88、集成到一颗芯片内，还可把串并转换电路、温控电路、功率检测电流、自检电路等数字控制部分一起集成，通过RF SOC封装，实现相控阵天线的高集成。由于大规模商用的低成本优势，硅基CMOS 芯片技术目前是国际卫星终端相控阵天线领域的主流技术之一。面向未来大规模生产，以CMOS工艺为基础的终端低成本相控阵天线技术还需要解决芯片效率低、功率小以及噪声系数较大等难题。由于硅材料的电子迁移率低，导致采用CMOS 工艺的芯片效率很难做高。目前毫米波频段国际领先水平单管芯达到了20%的效率，与GaAs 通常40%的效率仍有较大差距；功率很难做大，目前可以做到单管芯50mW 的水平，与GaAs通常5W的输出功率差距

89、较大；噪声系数很难做小，现阶段达到的3dB，与GaAs通常的1.5dB仍有差距。（3）射频前端集成技术星地融合终端需要同时支持地面蜂窝通信和卫星通信，考虑到不同接入网往往采用不同的接入频段，由于频谱资源管理历史原因，同一接入网络也面临分配频段碎片化等问题。因此，终端需要支持多种通信制式和多种射频频段，才能接入不同网络。终端支持多模多频主要与基带芯片、射频芯片、射频前端三部分有关。相对于数字化的基带芯片和射频芯片，多模式多频段对射频前端带来的挑战35/86更大。射频前端决定了终端可以支持的通信模式、接收信号强度、通话稳定性、发射功率等重要性能指标，直接影响终端用户体验。射频前端由一系列模拟器件组

90、成，包括开关、功率放大器、低噪声放大器、滤波器和双工器等。每种通信制式、每个频段需配置专门的滤波器或双工器，很难共用。一方面，随着终端支持频段数的增加，其器件数量将逐渐增加。另一方面，终端对尺寸的要求较高，尤其是手持终端，由于结构设计的要求，终端留给射频前端的 PCB 面积是无法增加的。此外，随着通信制式射频复杂度的提升，使用分立方案的调试效率迅速下降。在空间和时间上的双重约束下，射频前端器件朝模组化方向发展已经成为一大趋势，这样不仅可以降低体积和尺寸，同时也能够提升性能，提高调试效率，降低成本。射频前端模组是以系统封装（System In a Package,SiP）的形式集成数个不同工艺的

91、高性能器件，包括射频开关、低噪声放大器、滤波器、双工器、功率放大器等分立器件。射频前端模组面临的挑战之一主要来自于高性能滤波器。Sub6GHz 是移动通信的黄金频段，LTE、5G、GPS、WiFi 2.4G、Bluetooth 等网络通信频段都集中在这个范围。随着卫星通信的到来，终端射频前端面临的频段越来越多，滤波器数量的需求达到几十只甚至上百只，使得射频前端的设计变得极为复杂。过高的频率和过宽的带宽，半导体晶体管的特性下降很快，很难做出高性能。带宽的增加导致实现滤波器带内平坦度指标越来越困难，实现最优滤波器需要基于声表波、声体波或 MEMS 等新技术。同时，功率放大器的效率随着频率提升而降低

92、，实现最优功放效率需要 GaAs 或者 GaN。这些器件工艺互不兼容，射频前端要实现异质集成，把不同工艺的芯片转移到共同一个芯片衬底，面临材料失配、电互联、散热困难等系列挑战。终端射频前端需要持续的创新来满足星地融合的需求。随着 CMOS RFIC 集成度越来越高，不同工艺 SiP 趋势也越来越明显，Chiplet 技术给射频电路/系统的设计带来新的思路。未来的系统越来越复杂，IP 越来越多，需要大的协同创新，而 Chiplet 小芯片技术可以发挥不同材料/器件的优势，使射频通信系统更加灵活。此外，射频电路的数字化特点越来越明显，可以利用数字化射频设计来弥补射频 CMOS 工艺本身的缺陷。36

93、/864.6.4.6.测试技术测试技术基于 NTN 的应用场景，由于空中或太空载体的高度和移动速度，以及由此造成的高传播时延和多普勒偏移等，将对非地面网络的设计和应用带来新的问题和挑战。其主要挑战在于以下几点：（1）高传输时延地面站/用户终端与卫星之间距离较远，会带来比地面蜂窝网络更高的传输延迟。在透明转发模式的单路传输时延可达数百毫秒。（2）高多普勒频移对于低轨卫星系统，卫星将围绕地球做高速环形运动，这会导致额外的技术问题多普勒变化和定时变化。对于低轨卫星系统，将处理几十千赫兹甚至兆赫兹级别的多普勒偏移。（3）低信噪比由于卫星通信传输距离长、发射频率高，会有极大的传播损耗，同时由于卫星的载荷

94、器件的限制，会造成低信噪比的问题。（4）复杂移动性管理在地面网络上，小区是固定的，只存在终端移动性问题。而在 NTN 场景下，小区和终端都在移动，涉及到的小区重选和切换、波束选择和恢复等移动性管理过程需要重新考虑。根据 NTN 典型场景，NTN 通信测试技术体系主要包括：MIMO 通信测试技术、微波毫米波通信测试技术、通信信令仿真与模拟技术、网络性能测试技术、系统级测试与验证技术等。图 4-10 NTN 通信测试技术体系37/861）MIMO 通信测试技术MIMO 是 NTN 技术方向，是调高频谱利用率的主要手段。主要针对 NTN核心部件和 NTN 信关站等设备研发与生产的测试验证需求，构建

95、MIMO 毫米波NTN 通信信号测试环境，进行 MIMO 信号模拟、分析、OTA 测试、信关站综合测试和信道模拟等。2）微波毫米波通信测试技术空/星载平台与 UE 之间的载波频率涉及 0.5100GHz 之间的整个频率范围。毫米波信道的基本属性及特征和传统信道有很大差异，重点测量毫米波信道特征，验证毫米波通信系统特性，实现和使用毫米波实时通信。3）通信信令仿真与模拟类测试技术NTN 通信模拟器设备对于新技术及产品研发十分重要。通过具有终端模拟功能的仪表来实现 NTN 空中接口的终端和信关站侧方案，验证 NTN 关键技术与系统方案。通信信令仿真与模拟技术将重点进行 NTN 终端模拟、NTN 信关

96、站模拟、基于 TTCN(Tree and tabular combined notation)NTN 通信终端协议仿真测试等。4）网络性能测试技术NTN 网络采用异构网络形式，根据用户需求，进行接入层判决，选择服务小区。对于测试来说，首先需要系统模拟波段需要连续覆盖，同时保证多层的频谱叠加；对于节点模拟来说，需要保证节点根据业务需求准确实时的接入相应层级小区，并在多层干扰下准确接入网络；根据业务类型，完成复杂的高层协议传输控制及调度设计。根据 NTN 网络特点，网络性能测试技术包括 NTN 空口监测分析、NTN 异构网络一致性协议分析等。5）系统级测试与验证技术NTN 通信系统需要满足流量增长

97、、降低时延、设备连接的网络发展需要，支持异构网络融合和多种业务场景。终端/信关站一致性进行测试的系统是 NTN终端/信关站研发的必备测试验证平台，系统级测试与验证技术包括射频一致性测试、无线资源管理一致性测试、协议一致性测试、大规模天线阵列测试验证和毫米波通信测试验证等。38/865.基于基于 5G NTN 的天地一体化产业发展与实践的天地一体化产业发展与实践5.1.5.1.5G 天地一体化产业链天地一体化产业链天体一体化涉及的产业链非常广泛，主要包括卫星制造、卫星发射、网络设备、终端设备与应用、测试仪器以及天地一体化网络运营。天地一体化作为B5G/6G 新型网络架构，其所涉及的相关产业链各环

98、节正不断开拓创新，处于产业成长期。图 5-1 天地一体化产业链示意图5.1.1卫星平台卫星平台卫星平台由卫星本体和服务保障系统组成，是可以支持一种或几种有效载荷的组合体。通过搭载不同的有效载荷，卫星平台能够组成具有不同功能的各类卫星。（1）国外主要的卫星平台国外主要通信卫星平台包括波音 BSS-702、洛马 A2100、劳拉 LS-1300、空客 Eurostar-E3000、StarLink、卫讯（Viasat）等。波音 BSS-702 系列卫星平台由美国休斯公司研制，平台卫星质量为 1500 kg到 6100kg 不等，输出功率从 3 到 18 千瓦，最多可携带约 100 个大功率转发器，

99、可满足 5001200kgMEO 轨道、GEO 轨道有效载荷的需求。该平台包含若干子型号，如 BSS-702HP(1318kW，主要用于高功率卫星）、BSS-702MP(612kW，主要用于中等功率卫星）、BSS-702GEM(1218kW，主要用于移动电话服务）BSS-702SP 和 BSS-702X（主要用于小型卫星等)。Eurostar-E3000系 列 卫 星 平 台 由 空 客 公 司 研 制，包 括Eurostar-E3000/E3000S/E3000GM/E3000EOR/Neo 等卫星平台，发射质量 6.4T，39/86采用化学或化学+等离子电推进的方式，卫星有效荷载 15KW

100、，支持最多达 120台高功率转发器，是欧洲通讯卫星应用最多的卫星平台。SSL-1300系列卫星平台由美国劳拉系统公司研制，平台尺寸230*200*300cm，支持 S 频段通信，发射质量大于 6500kg，采用氙离子霍尔推力器进行在轨位置保持及姿态控制电推进，可满足近地轨道、地球同步轨道和各种高轨道有效载荷需求，占据超过 25%的卫星平台市场份额，也曾是我国长期采购的卫星平台之一。Starlink 卫星平台由美国 Space X 公司于 2015 年提出，主要面向巨型星座，通过采用平板式设计、氪离子电推进器、单面太阳能电池板等设计削减卫星制造成本，通过卫星批量生产、火箭重复利用、一箭多星等技术

101、降低卫星发射成本。Starlink 卫星平台采用快速迭代的方式进行技术与能力演进，目前已发展出试验星（TintinA/B）、V0.9、V1.0、V1.5 和 V2.0 等 5 个型号卫星。V0.9、V1.0、V1.5被称为一代卫星，采用平板设计，长 3.2m，具有 4 部高通量相控阵天线和单翼式太阳能电池板，自带霍尔推进器。V0.9 重 227Kg 支持 Ku 波段通信，V1.0 卫星重 260Kg,新增支持 Ka 波段，V1.5 卫星重 295Kg，新增支持激光星间链路。V2.0 被称为二代卫星。长度达到 7 米，质量达 1.25 吨，性能提升约 10 倍。（2）我国主要的卫星平台我国主要以

102、东方红系列卫星平台为主，现有卫星平台包括“东三、东三 B、东四、东四增强、东五”。“东四”卫星平台属于大型静止轨道卫星公用平台，具有大容量、长寿命的特点，可用于大容量通信/广播卫星、视频/音频直播卫星、数据中继卫星、区域移动通信、高轨遥感卫星等。“东四”增强卫星平台在“东四”卫星平台的基础上，采用电推进、大功率配电、多屏通信舱、大承载结构、通信舱高效热控、双天线重叠压紧和展开等多项技术，进一步提高卫星平台综合能力。“东五”卫星平台采用分舱模块化和桁架式主承力结构，提高对于多种载荷的适应性。在供配电分系统上，采用新型二维二次展开半刚性太阳翼、高比能量锂离子蓄电池、下一代电源控制器，有效提高卫星的

103、承载比及供电能力。此外，“东五”卫星平台采用双组元化学推进+多模式电推进，提高卫星经济型、平台能力以及对多种火箭的实用性。5.1.2网络设备网络设备在天地一体化网络系统中，网络设备主要包括接入网设备（基站）与核心网设备。40/86接入网设备：接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有网络设备。本质上，无线接入网的作用就是有线信号和无线信号之间的转换，以便让手机终端可以通过无线电磁波与外界联系。5G 网络系统中，接入网被重构为 3 个功能实体：集中单元（Centralized Unit,CU）分布单元（Distribute Unit,DU）有源天线单元（ActiveAntenna Unit,AAU）

104、核心网设备：核心网的主要功能包括接入控制、移动性管理、会话管理以及数据传输等，其作为衔接多种接入方式与多种异构网络的中枢，在移动通信网络中起着承上启下的关键作用。天地一体化中的非地面网络架构包括透明转发模式与再生模式。透明转发模式的卫星具备简洁，部署成本低，易于维护等特征。而且，还可以通过对卫星功耗以及资源的有效管理，根据实际的需求来对透明转发卫星进行灵活部署，从而达到有效利用卫星功耗以及提高资源利用率的目的。再生模式可实现地面信号的再生，卫星具有信号处理、交换、网络控制等部分或全部功能。卫星网络作为地面网络的补充，通常需要在地面网络无法部署的区域进行部署，因此再生卫星可以很好解决对地面网络的

105、依赖性。但同时也存在卫星功能复杂、建设与维护成本较高的缺点。天地一体化网络可以采用透明转发模式、再生模式或者混合模式。在再生模式或混合模式下，星上网元可包括 gNB-DU、gNB、UPF、核心网中的一种或者几种功能。电信、移动、联通、中兴、华为、中信科等产业链公司积极支持 NTN建设，组织开展 NTN 基站样机研制与外场测试。2021 年 12 月，搭载中国移动研究院自研的 5G-Advanced 核心网实验单元的宝酝号小卫星，在我国酒泉卫星发射中心成功发射升空进入预定轨道，经在轨调试运行正常。该实验单元是业界面向天地一体的轻量级、可定义核心网的首次尝试，也是在轨构建可重构算力单元的首次探索，

106、为后续 6G 及算力网络的演进，提供了有力支撑。通过对 5G-Advanced 核心网 UPF 进行模块化重构和轻量化裁剪的创新，以及在嵌入式系统加载，实现了极简星载用户面单元的高效运行。2023 年 6 月，中信科移动基于卫星透明转发协议和全新的星地融合平台，通过高轨和低轨卫星，实现 5G NTN 标准端到端宽带卫星通信业务传输的技术试41/86验验证，实现 5G NTN 宽带卫星业务和地面业务打通，支持语音、短消息、高清视频通话、4K 高清视频等业务。2023 年 9 月，中国移动与中兴通讯、是德科技，基于 3GPP R17 NR-NTN 国际标准，共同完成了 NR-NTN 透明转发和星上

107、再生两种基本组网模式下的手机直连低轨卫星实验室模拟验证。该测试使用银河航天“小蜘蛛网”低轨宽带试验星座真实星历数据，模拟 500km 轨道高度卫星真实运行轨迹，基于 3GPP R17NR-NTN 构建透明转发和星上处理两种基本组网模式，成功实现了终端和基站根据卫星轨迹分段分链路进行多普勒超大频偏补偿及高动态环境下时序同步调整，完成模拟终端、信道模拟仪、基站、核心网和业务服务器的端到端链路贯通。实测结果显示，透明转发模式下 5MHz 带宽下用户下载速率可达 5.1Mbps，最大环回时延 15ms，用户及馈电全链路补偿最大多普勒频偏 1.03MHz。2023 年 11 月，中国联通研究院携手中兴通

108、讯、是德科技共同完成了 NR-NTN低轨卫星实验室业务验证，在实验室环境下，借助终端模拟仪表、信道模拟器，以及 NTN 基站，采用 3GPP R17 NR-NTN 透明转发模式，进行手机直连卫星业务仿真验证，成功完成端到端卫星语音通话、卫星可视电话等业务测试，且话音和可视电话业务质量均符合预期。实验室测试中，网络侧采用中兴通讯开发的支持 NR-NTN 能力的基站、5G 核心网，以及 IMS 业务服务器等，终端采用支持NR-NTN 协议和 IMS 业务的是德科技终端模拟仪表，满足端到端业务服务。2023 年 12 月，中国移动研究院联合产业共同研制成功基于 3GPP R17NR-NTN 的星载基

109、站，并完成地面通信测试与空间环境适应性测试。地面通信测试模拟了 550Km 轨道高度卫星运行轨迹，与星移联信、唯亚威、是德科技、坤恒顺维共同搭建了从模拟终端、信道模拟器、星载基站到模拟核心网的端到端链路，仿真了低轨卫星通信过程中面临的高动态、大时延、强衰减的传输环境。实测星上再生模式下在 20MHz 带宽时用户下载速率可达 15Mbps（1.875 MB/s），上传速率可达 822Kbps（102.75 KB/s），最大环回时延为 9.2ms，性能基本符合预期。5.1.3终端及应用终端及应用终端设备属于天地一体化产业链中游，是市场竞争焦点之一。终端设备主要包括固定站，移动站，车载终端，手持终端

110、和物联网终端。近年来，手机直连卫42/86星，汽车直连卫星与卫星物联网概念火热，其背后的终端与芯片制造具有巨大的商业价值。涉足 5G NTN 的芯片厂商主要包括 MTK 和紫光展锐。随着 3GPP 标准的演进，各芯片厂商与终端厂商相继开展芯片的研发与测试验证工作，加快产品落地，抢占市场先机。MTK 发布了基于 3GPP R17 IoT-NTN 标准的芯片组 MT6825。MT6825 支持L 波段和 S 波段频率，支持连接地球同步轨道卫星，可自动接收来自卫星的消息，省去了用户手动搜索的步骤。MT6825 适用于信息传递、跟踪和紧急服务等应用，也可被用于大规模的物联网应用，如电网、管道和基础设施

111、管理、海事和物流跟踪等。MTK 与 Bullitt 合作推出的摩托罗拉 defy2 和 cat s75 均搭载了上述芯片组，支持 Bullitt 卫星通信服务，可用于双向卫星通信信息传输、位置共享、SOS 紧急呼救。图 5-2 defy2（左）和 cat s75 卫星手机（右）紫光展锐发布了基于 3GPP R17 IoT-NTN 的 SoC 芯片 V8821。V8821 支持 L频段和 S 频段，单芯片平台上集成了基带、射频、电源管理、存储等通信设备常用功能。V8821 提供数据传输、文字消息、通话和位置共享等功能，同时可扩展支持接入其他高轨卫星系统，广泛适用于海洋、城市边缘、边远山地等蜂窝网

112、络难以覆盖地区的通信需求。V8821 支持 TCP/IP 协议，适用多种上层业务，继承常用物联网协议，能够快捷接入现有数据平台；在硬件配置方面，V8821 可以灵活支持客户复用原有方案中硬件资源，从而提升部署效率，避免硬件成本高、耗时长等问题。Vivo 在 2023 年 MWC 上展示了卫星通信样机，可以在地面网络无法覆盖的区域保持通信，适用于空中运动、潜水、户外登山等场景，并能提供应急救援功能。目前，Vivo 的 X90 Pro+已经在天通卫星环境下实现了 5G NTN 手机直连卫星的业务演示。该手机支持双向卫星通讯，采用射频基带一体化方案和内置天线，拥有 n255/n256 双频段。43/

113、86利用 5G NTN 技术来实现卫星通信对终端厂商来说，一大优点在于便于集成。智能手机直连卫星有望成为卫星通信的主要商业形态之一，卫星通信功能或成为未来新发高端智能手机的标配，并逐步应用于智能手表等其他消费电子产品。中国消费电子规模居世界第一，是消费电子产品的全球重要制造基地，智能手机直连卫星有着广阔的发展前景。5.1.4测试仪器测试仪器5G NTN 的天地一体化通信系统的生命周期包括多个阶段，从规划和设计、系统优化设计、系统集成与优化、认证/预认证、生产、发射、运行和维护。整个卫星系统的生命周期可能持续数年，每个阶段都需要测试的参与，以确保卫星系统能够稳定、可靠地执行其任务，其测试仪器产品

114、体系如下：图 5-3 NTN 通信测试仪器产品体系（1）NTN 基站/信关站测试仪器在 NTN 卫星移动通信系统设计中，信关站将确定系统网络结构及组网形式，例如,星间链路的选取,卫星间的切换,网络拓扑结构的优化等都必须在选定信关站的基础上加以分析。NTN 基站/信关站测试仪器的主要功能是对 NTN 基站/信关站的各项参数和功能进行测试和评估，以确保其正常运行和性能达标。NTN 基站/信关站测试仪器针对采用毫米波、大多普勒估计等新技术分为信关站测试仪、微波毫米波信关站测试仪、基站/信关站一致性测试仪等。信关站测试仪用于测量基站/信关站通44/86信链路的传输速率、误码率、丢包率等性能指标，以及诊

115、断通信故障。微波毫米波信关站测试仪用于测量微波毫米波基站/信关站通信链路的功率、频谱、调制特性等射频参数。基站/信关站一致性测试仪用于验证 NTN 基站/信关站的各项功能与性能的一致性，包括接口功能、协议功能、业务功能等。通过使用 NTN基站/信关站测试仪器，用户可以全面了解 NTN 基站/信关站设备的性能和状态，并及时发现和解决潜在的故障和问题，确保 NTN 基站/信关站的正常运行和可靠性。（2）NTN 终端/芯片测试仪器NTN 终端/芯片测试仪器是指用于对 5G NTN 终端和芯片进行测试的仪器设备。NTN 终端/芯片测试仪器主要包括终端测试仪、微波毫米波终端测试仪、终端/芯片研发协议仿真

116、测试仪、终端产线测试仪、终端一致性测试系统等。终端测试仪用于测量高度集成多天线的通信终端通信 OTA 测试核心仪表，主要完成传输速率、误码率、丢包率等性能指标，以及诊断通信故障。微波毫米波终端测试仪用于测量微波毫米波终端的功率、频谱、调制特性等参数测试。终端一致性测试系统用于验证 NTN 终端的各项功能与性能的一致性，包括接口功能、协议功能、业务功能等。NTN 终端/芯片测试仪器是 NTN 终端和芯片研发和生产过程中的重要测试设备。（3）NTN 外场环境模拟与监测仪器NTN 外场环境模拟与监测仪器是指用于模拟和监测 5G 外场环境的仪器设备。NTN 外场环境模拟与监测仪器主要包括信道模拟器、空

117、口监测仪、网络优化测试仪等。信道模拟器用于模拟 NTN 通信环境中无线信道特性的设备，模拟无线信道中的多路径传播、衰落、多用户干扰等情况，以评估和验证 5G NTN 通信系统和设备的性能。空口监测仪主要监测在真实环境下 5G NTN 通信的信令交互过程，在建网时解决通信协议可能存在问题。网络优化测试仪用于测量 NTN网络通信信号的强度、质量、吞吐量、误码率等参数等，帮助通信运营商和其他组织识别和解决通信系统中的问题，并优化网络性能。（4）NTN 通信设备器部件测试仪器45/86NTN 通信设备器部件测试仪器是指用于 NTN 通信设备中器件、组件等研发与生产过程中测试的仪器设备。NTN 通信设备

118、器部件测试仪器主要包括矢量信号源、信号分析仪、矢量网络分析仪等。矢量信号源针对 NTN 通信元器件、收发信机的研发和生产测试的需求，矢量信号源能够生成具有特定幅度、相位和频率特性的信号，以测试卫星终端的接收能力和解调器性能。信号分析仪可以测量射频信号的多种特征参数，包括频率、带宽、信道功率、邻道功率、调制波形、场强、谐波失真、三阶交调、激励响应、载噪比、相位噪声、互调测量和电磁干扰测量等，通过对信号的时域、频域和码域多维度进行测试和分析，以确保频谱符合规范和信号质量。矢量网络分析仪是专门用于测量和分析无线通信系统、射频（RF）和微波电路中信号传输和网络特性的仪器。（5）NTN 通信接入网性能测

119、试仪器NTN 通信接入网性能测试仪器是指模拟 NTN 通信接入网功能与性能，测试NTN 终端在接入时的通信质量、业务性能、通信性能等。NTN 通信接入网性能测试仪器主要包括通信质量测试系统、业务性能测试仪器、空间通信性能测试仪等。（6）NTN 通信核心网测试仪器NTN 通信核心网测试仪器是指模拟 NTN 通信核心网业务功能，测试核心网多种节点传输和新型网络架构。NTN 通信核心网测试仪器主要包括核心网模拟验证测试仪、核心网节点设备测试仪、新型网络架构测试仪等。5.1.55G 天地一体化服务与运营天地一体化服务与运营5G 天地一体化服务与运营是上下游产业链向高质量和高价值发展的重要牵引力。5G

120、天地一体化网络基础业务将以通信服务为核心，兼顾天基监视、导航增强和网信服务19。应用拓展情况决定 5G 天地一体化的运营市场空间，亦是未来 5G 天地一体化产业良性发展的保障19。挖掘更多应用场景，并针对该场景提供增值服务，增强企业竞争力，成为未来卫星运营商与地面网络运营商的工作重点。46/865.2.5.2.5G 天地一体化标准制定天地一体化标准制定为了更好地实现卫星通信与地面网络的优势互补和无缝兼容，满足行业与用户的通信需求，当前 3GPP 和 CCSA 推动 5G 天地一体化标准的演进。（1）3GPP2016 年，无线接入网（Radio Access Network,RAN）工作组在 R

121、15 正式开展“支持非地面网络（NTN）的新空口”研究项目（Study Item,SI），形成技术报告 TR 38.811面向非地面网络的 5G 新空口，定义了包括卫星网络在内的非地面网络的部署场景及相关系统参数（如结构、高度、轨道等）；提出了适用于非地面网络的信道模型，包括传播模型、移动性管理等；最后，根据部署场景，提出在 5G 中非地面网络需要进一步研究的主要方向。2018 年，R16 正式开展 5G NTN 的研究，服务和系统（Service&SystemAspects,SA）工作组与 RAN 工作组同时开展对 NTN 的研究工作。SA 工作组对5G 卫星通信技术的场景和需求开展研究工作

122、，形成技术报告 TR 22.8225G 卫星接入研究，同时更新技术规范 TS 22.261第五代移动通信系统的业务需求，对卫星在 5G 系统中的角色和优势进行了探讨，卫星在要求广域覆盖的工业应用场景中具有显著优势。RAN 工作组对 5G NTN 的接入网协议及架构进行了评估，并形成技术报告 TR 38.8215G 非地面网络解决方案，为 R17 开展正式的 5GNTN 标准化工作奠定了基础。2021 年，R17 全面开展卫星通信的系统架构和空口接入技术研究与标准化工作。SA2 根据 SA1 的需求，对卫星通信网络架构开展研究工作并形成技术报告 TR 23.7375G 网络中卫星接入的架构研究，

123、基于研究结果开展卫星通信的网络架构相关标准化工作。RAN 工作组基于 R16 研究结果，开展卫星通信的标准制定工作。在 R17 期间，卫星运营商公司对于 IoT-NTN 提出强烈的需求，在2021 年 6 月，RAN 批准了 IoT-NTN 项目，以 NB-IoT 和 eMTC 技术为基础，在R17 研究并标准化基于卫星的物联网技术。2022 年 6 月，R17 NR-NTN/IoT-NTN 基础协议版本冻结，其中 RAN1 主要针对非地面网络中长传播时延、大多普勒效应和移动小区等问题开展研究，RAN2 主要针对用户面和控制面流程进行相关增强，RAN3 主要针对 NG-RAN47/86的架构进

124、行增强，RAN4 主要针对 NTN 终端性能开展研究。SA/CT 主要针对核心网，QoS 策略等开展研究并进行增强。2022 年 9 月，3GPP 启动了 R18 NTN 议题，在 R17 版本的基础上进一步增强。2023 年 12 月，R18 NR-NTN/IoT-NTN 版本冻结。R18 NR-NTN 所做工作包括：上行覆盖增强以实现智能手机接入 NTN；引入网络验证终端位置以符合监管需求；移动性管理增强以保证业务的连续性；支持 10GHz 以上频段实现卫星宽带业务。R18 IoT-NTN 所做工作包括：HARQ-ACK 反馈增强以提升系统吞吐量、支持连接态 GNSS 测量以实现连续长时间

125、业务传输、移动性管理增强以及支持非连续覆盖场景。R18 采用透明转发的网络架构，卫星仅承担“天外中继”的作用，传播时延过长，网络部署不够灵活。覆盖增强方面，R18 仅聚焦于上行覆盖，由于卫星功率的限制和信道环境的快速变化，下行可能也存在覆盖问题。此外，对于 NTN 还存在较多的问题没有得到解决，例如，网络容量问题、吞吐量问题等。为了解决上述问题，在 R19 进一步推动 NTN 标准演进。其中 NR-NTN 研究内容包括再生模式，下行覆盖增强，系统容量增强，MBS 和支持 RedCap 接入 NTN；IoT-NTN研究内容包括存储转发模式和系统容量增强。图 5-4 3GPP NTN 技术演进路线

126、（2）CCSACCSA 的标准化研究主要集中在 TC5 和 TC12 工作组。卫星互联网设备相关标准研究集中在 TC5 WG10（卫星与微波通信），主要围绕卫星终端开展标准化工作，如天通 1 号手持/非手持终端、Ka/Ku 频段卫星地球站等相关的技术要求48/86及测试方法，研究项目包括基于 5G 的卫星通信系统研究等。2023 年 4 月，WG9&10 立项基于 NTN 的物联网窄带接入系统标准。卫星技术集中在 TC12 航天通信技术组的 WG1、WG2 和 WG3 工作组，WG1的研究重点是航天通信系统，研究项目包括宽带移动卫星通信协议要求，第 1部分：总体、宽带移动卫星通信协议要求，第

127、2 部分：无线电接口物理层等。其中紫光展锐牵头面向星地融合的通信终端能力和技术研究研究课题，联合中国移动、中国联通等单位在 2022 年 6 月通过面向星地融合的通信终端能力和技术研究研究报告。2023 年 2 月立项卫星互联网标准体系。WG2 的研究重点是航天通信应用，研究项目包括宽带移动卫星通信协议要求，第 3 部分：链路层、宽带移动卫星通信协议要求，第 4 部分：上层协议、天地一体 5G 网络应用场景及需求、基于 IoT-NTN 的卫星物联网系统技术研究等。当前已经形成天地一体 5G 网络应用场景及需求研究报告。基于 IoT-NTN 的卫星物联网系统技术研究等领域的研究也已形成对应的技术

128、报告。WG3 的研究重点在协同组网通信技术方面，研究项目包括面向天地一体化网络的承载网架构及需求研究、空间光通信关键技术及应用研究、基于星地融合的网络切片技术研究、基于天地一体化的网络策略控制技术研究、基于物联网低轨星座星地融合与短报文互通技术方案研究 基于星地融合网络的 QoS 关键技术研究、天地一体化场景下异网漫游需求及技术研究等。5.3.5.3.5G 天地一体化应用场景天地一体化应用场景/实例实例2022 年，世界先进国家已初步完成第一批 5G 商用网络建设，5G 网络覆盖全球近三分之一人口，全球 5G 连接数突破 10 亿，渗透率 12%，5G 已经成为全球主流移动通信技术。地面蜂窝网

129、络应用取得巨大成功，但受限于建设难度和建设成本，全球仍有 25%的人(20 亿）未接入互联网，80%的陆地面积和 95%以上的海洋面积，未实现移动通信网络覆盖。考虑卫星通信具有广覆盖全天候通信的优势，融合卫星通信与地面蜂窝通信的天地一体化网络，将具有广阔的业务应用场景。一般而言，可分为手机直连卫星场景、物联网场景、车联网场景和卫星宽带接入场景。49/865.3.1手机直连卫星手机直连卫星手机直连卫星应用场景主要是面向个人消费者的 2C 类应用，包含窄带类应用和宽带类应用。典型场景有户外探险旅游场景、应急通信场景等。在户外探险旅游场景，中国每年有至少 1.3 亿人开展徒步旅行、休闲户外等轻度探险

130、旅游运动，有 6000 万人进行登山、攀岩、滑翔、航海等重度探险旅游运动。对于边远地区或人烟稀少区域，由于通信需求不足或通信网络建设难度较大，蜂窝通信难以做到完全覆盖。这种场景下，用户需要接入卫星通信，通过地面与卫星融合网络来获得连续的通信业务服。在应急通信场景，主要包括个人紧急情况和公众紧急情况。个人紧急情况与户外探险旅游场景类似，公众紧急情况主要指自然灾害、事故灾难等突发公共时间及节假日、演唱会的突发话务高峰的情况。自然灾害包括水旱灾害、气象灾害、地震灾害、海洋灾害、生物灾害和森林草原火灾等。公众紧急情况往往突发性强、紧急度高、时间地点不确定，地面网络难以及时满足需求，需要实时接入卫星网络

131、，满足应急救援需求。该场景主要包括面向公众发布的应急灾害预警信息、以及应急信息上报、应急现场监测、应急救援通信等的通信业务需求。手机直连是卫星互联网拓展大众市场应用的基础，美国北方天空研究所2022 年预计，未来 10 年手机直连市场规模约为 668 亿美元。5.3.2物联网物联网受限于建设难度和建设成本，全球80%以上陆地面积和95%以上海洋面积，未实现网络覆盖，无法满足人类在这些区域的各类生产活动。在农业生产方面，需要对农田、河流、土壤、水利等相关数据进行监测，助力农业管理、水利水质管理、灾害预警等。在油气生产领域，油气田分布点多面广，大部分地处偏远地区，环境比较恶劣，传统地面通信网络难以

132、完全覆盖。油气作业设备运行状态、井口生产数据、油罐液位、长停井数据需要进行监控，以助力生产与安全管理。在气象监测方面，气象监测设备分布广泛，既涉及城市区域，也涉及野外区域。在电力领域，偏远山区电站信息采集、远距离输电线路运维、应急抢险通信等电力业务信息传输，电力系统野外设备工作状态和运行数据监控等业务需求，现有网络往往难以完全满足。在海事场景，大型货轮、集装箱船只、海上平台、海上物联网采集设备在离岸100公里以后无法通过地面蜂窝网络解决，通过卫星物联网可提供经度、维度、速度、船艏向、对应时间等船位实时信息；气温、风力、50/86风向、海温、洋流、台风等环境信息；以及数字地图、遥感影像、三维数据

133、、海图、地名地址数据等空间地理信息。在智慧物流领域，运输工具位置、货物温湿度、冷机运行状态、箱门开关状态、运输轨迹等状态参数需要实时回传后台。在野生动物保护领域，通过动物保护终端实时获取动物的位置、速度等运动数据、心跳、体温等身体数据、以及温度湿度等环境数据。卫星物联网具有广阔的市场空间，据全球技术市场咨询公司 ABI Research宣布，到 2024 年，将有 2400 万个物联网设备通过卫星连接。麦肯锡公司预测,天基物联网的产值在 2025 年可达 5600 亿美元至 8500 亿美元。5.3.3车联网车联网近年来自驾游成为旅游市场热点，汽车租赁市场日益成熟、车联网技术提升为自驾游市场保

134、驾护航。自驾游过程中，乘客娱乐业务对于连续覆盖的通信需求也提出了更高的要求。车联网中的自动驾驶、车辆监测需要超低时延和超高安全性、可靠性的通信，这需要通过在网络的边缘提供可靠的计算能力，将一些必不可少的服务能力延伸到网络边缘，缩短端到端网络时延将来实现。中低轨卫星网络能够通过合理的拓扑结构设计、客户端波束的动态配置、融合边缘计算等支持车联网的应用。卫星链路可为高速行驶下的车辆提供连接，并能够根据需要的内容（如视频、HDTV 以及其它非视频数据消费）在大覆盖范围内进行本地存储或播发，实现与用户设备或传感器的高效直接连接，以补充现有的地面连接。随着汽车工业的快速发展，卫星车联网技术正在成为一种新兴

135、的技术领域。根据市场研究机构的数据，卫星车联网市场规模正在迅速增长，预计到 2027 年将达到 300 亿美元。5.3.4宽带接入宽带接入卫星宽带接入可为偏远地区以及飞机、高铁等高速移动场景，提供无缝宽带畅联服务。在偏远地区宽带接入场景，受限于通信网络建设难度与部署成本，偏远地区往往得不到较好的地面网络覆盖。卫星通信系统具有全天候覆盖、不受地域限制、不受人为干扰的优势，具有很强的机动性，具有点对多点传播、低成本、广覆盖的特点，可为偏远地区网络覆盖提供新的解决方案。可通过满足偏远地区信息获取、在线教育、远程医疗等应用，助力解决教育与医疗资源发展不均衡。教育医疗场景主要为视频类会话、以及 TCP

136、类通信业务，终端主要为 CPE 等宽带终端。51/86图 5-5 远程医疗教育行业卫星宽带服务在交通运输场景，卫星宽带通信可为高速行驶的飞机、车辆、火车和船只，无缝提供视频等宽带网络内容连接与转发服务根据大视野研究公司的一份报告,2022 年卫星互联网市场的规模为 82.3 亿美元,预计到 2030 年将达到 225.7 亿美元。5.4.5.4.5G 天地一体化实践大事件天地一体化实践大事件3GPP R17 和 R18 NTN 标准的冻结引发了全球产业界的高度关注，国内外针对 5G NTN 技术积极开展研发与验证工作。泰雷兹、高通、爱立信启动 5G 太空项目，利用低轨卫星开展 5G NTN 试

137、验；西班牙公司 SatelIoT 成功完成基于 R17标准的 IoT-NTN 测试，并获得欧洲航天局认可。国内各大运营商、研究院、网络设备厂商和芯片终端厂商相继开展 NTN 产品研发和试验工作，加速 NTN 产品落地，促进天地一体化产业融合。按照技术领域细分，天地一体化产业实践可分为两部分：IoT-NTN 产业实践和 NR-NTN 产业实践。基于基于 IoT-NTN 的天地一体化产业实践的天地一体化产业实践（1）研究院所相关测试验证2022 年 10 月，信通院与银河航天联合开展卫星物联网体制在轨技术试验，将 NB-IoT 技术引入卫星通信领域，采用信通院开发的 NTN 试验验证平台，依托银河

138、航天低轨试验卫星和地面信关站，开展 IoT-NTN 信号的卫星在轨测试。首次验证了基于3GPP IoT-NTN协议的窄带物联网体制信号在低轨卫星通信系统中的适用性。针对 Ka 频段低轨卫星路径损耗大、信道环境变化快的特点，中国信通院优化了 IoT-NTN 信号同步、频偏补偿等技术，验证了窄带物联网信号克服大时延、动态频偏的能力。本次试验充分发挥 NB-IoT 技术灵敏度高，覆盖范围广的特点，使用口径 5.8cm，增益 7dB 的小口径终端天线，实现了上下行信号正确解调。本次试验大幅减小了终端天线尺寸，为卫星物联网终端小型化指出了突破方向，为商用化发展提供了有力支撑。Ka 频段的测试结果与中国信

139、通院在 2021 年和 202252/86年的测试结果相结合，探索了建设宽窄带一体化卫星通信系统的技术可行性，对于宽窄带融合的卫星通信发展有重要参考意义。（2）运营商相关测试验证中国移动先后开展两轮测试验证。2022 年 8 月，中国移动、紫光展锐、中兴通讯、交运集团等单位联合发布全球首个运营商 5G NTN 技术外场验证成果。外场验证基于 R17 NTN 协议，依托海事卫星系统，突破超远 3.6 万公里和普通手机直连两大挑战，形成超大时延动态补偿、星地间射频数据转化两大创新方案，实现了 5G NTN 端到端全链路技术贯通，完成短消息和语音对讲等业务演示，性能基本符合预期，实现了从“0”到“1

140、”的突破。全面验证了手机直连卫星技术落地能力，助力构建连接泛在、场景丰富、产业链高度融合、建设运维成本低的天地融合网络。2023 年 5 月，中国移动研究院近日携手 OPPO、中兴通讯、是德科技等产业合作伙伴共同完成 5G 手机终端直连卫星的实验室测试验证。该测试验证在 2022年 8 月完成全球首个运营商终端直连卫星外场试验的基础上，面向容量、时延、速率等增强特性方案，开展国内首款 IoT-NTN 卫星通信的 5G 手机测试验证，具备良好性能。中国电信于 2023 年 1 月携手紫光展锐、中兴通讯、佰才邦、中国信息通信研究院、中国电信广东公司等产业合作伙伴共同完成了全球首次 S 频段 5G

141、NTN技术上星验证。此次验证基于天通一号卫星，采用 3GPP R17 NTN 协议，突破了地球静止轨道卫星通信带来的频率同步、时间同步、时序关系增强等协议匹配性难题，实现了国产安全、自主可控的 5G NTN 端到端全链路连通，初步验证了基于 3GPP R17 NTN 协议的手机直连卫星、天地一体物联网技术方案的可行性，性能基本符合预期。（3）芯片企业相关产业实践紫光展锐多次开展 IoT-NTN 产品测试，相关芯片产品即将量产。2022 年 9月，紫光展锐搭载北京鹏鹄终端，在东南沿海开展多次上星测试（海事卫星）。测试采用的卫星物联网终端基于紫光展锐 IoT-NTN 芯片开发，通过 L 波段卫星，

142、在预商用基站上完成了通信组网测试，并实现数据传输。2022 年 9 月，紫光展锐联合中国移动、中兴通讯，基于海事卫星通信系统在大理开展 R17 NTN 上星53/86测试。2023 年 1 月，紫光展锐联合中国电信、中兴通讯、佰才邦，基于天通卫星通信系统，在广州开展全球首个 S 频段 R17 NTN 上星测试。MTK 也积极开展 IoT-NTN 测试，推动 5G 卫星物联网先进通信技术的发展。2020 年 8 月，MTK 成功通过 Inmarsat 国际海事卫星组织 Alphasat L 波段卫星，与赤道上方 35000 公里处 GEO 地球同步轨道完成数据传输的外场试验。测试采用MediaT

143、ek基于标准NB-IoT芯片开发出支持卫星功能的设备，成功与商用GEO卫星建立双向链路，真正的为物联网业务带来全球覆盖。（4）终端企业相关产业实践北京鹏鹄物宇公司已实现卫星物联网终端量产和落地运营，其模组已量产，频段可全国运营，具备可双向、低功耗、低时延、低成本等特点。其卫星新式产品，可实现实时卫星双向文字通信、位置追踪，应急救援和实时数据回传；海上漂浮终端，内嵌 5G NTN 模组，用于监控海洋环境。基于基于 NR-NTN 的天地一体化产业实践的天地一体化产业实践国外在 2022 年启动了 NR-NTN 相关技术验证工作。我国 NR-NTN 的技术验证工作在 2023 年大规模启动。（1）研

144、究院所相关测试验证中国星网创新院于 2023 年 2 月 24 日，联合电信运营商、中国卫通、信通院，在 CCSA 完成基于 5G NR-NTN 的卫星互联网技术标准项目立项。该标准项目预期完成基于 5G 的卫星互联网总体技术规范，将以地面移动通信网络技术标准、3GPP R17 NTN 技术标准等为标准基线，形成包括核心网、承载网、接入网，以及操作维护系统等在内的总体技术规范。该标准的研究将推动移动终端直连卫星、物联接入等重要场景的规模应用，切实指导卫星互联网的建设和运营。同时，中国星网联合大唐、华为、航天五院等公司共同牵头完成基于 5G NR-NTN 标准的Ka 宽带卫星互联网方案论证，发布

145、完整的接入网标准规范。（2）运营商相关测试验证2023 年 9 月，中国移动携手中兴通讯、是德科技共同完成国内首次运营商NR-NTN 低轨卫星实验室模拟验证，支持手机卫星宽带业务。测试验证采用 3GPPR17 NR-NTN 国际标准，成功验证了 NR-NTN 透明转发和星上再生两种基本组54/86网模式下的手机直连低轨卫星的技术可行性，实现了端到端全链路贯通及数据传输验证。2023 年 10 月，中国电信研究院与中国电信上海应急通信局、中国电信卫星公司协同，联合北京捷蜂创智科技与北京邮电大学，基于同步轨道卫星，完成NR-NTN UE 直连卫星现网环境测试验证。测试遵循 3GPP R17 版本国

146、际标准，结果表明，基于同步轨道卫星的 NR-NTN 网络具备提供宽带数据及语音业务的网络能力，可作为国家应急通信服务体系、综合信息服务体系中重要的便携式解决方案。试验为后续进一步深入开展天地一体组网能力验证、面向 6G 的天地一体系统设计及标准制订奠定了基础。2023 年 11 月，中国联通研究院携手中兴通讯和是德科技共同完成了NR-NTN 低轨卫星实验室业务验证。利用实验室环境验证 3GPP NR-NTN 协议用于手机直连低轨卫星的端到端综合业务能力。验证了话音和可视电话业务在手机直连低轨卫星场景下的性能。在低轨卫星高速运动形成的大范围变化时延和频偏环境下，基于 3GPP 标准的 NTN 技

147、术端到端工作正常，性能符合预期，证明手机直连低轨卫星通信的技术可行性。（3）芯片企业相关产业实践2022 年 8 月份，MTK 与罗德史瓦兹联合完成了 5G NTN 卫星手机实验室连线测试，可以让智能手机直接通过卫星信号上网。测试以 3GPP R17 规范定义功能与程序为基准，通过 MTK 搭载 5G NR-NTN 卫星网络功能的移动通信芯片，配合罗德史瓦兹的低轨卫星通道模拟器、测试基地台共同完成。在实验室环境中，模拟卫星的高度为 600 公里，时速高达 2.7 万公里，采用低轨卫星通讯模式。2023 年 1 月，高通公司联合是德科技完成 5G NTN 端到到验证工作。此次端到端 5G NTN

148、 连接在高通公司的圣地亚哥实验室中通过构建低轨卫星(LEO)模型，将是德科技的 5G 基站和航空航天仿真解决方案与高通公司的 5G 移动测试平台(MTP)相连接而完成。高通公司的 MTP 智能手机参考设计测试平台，可用于实现和验证高通公司研究实验室中最先进的功能特性。此次合作助力终端设备制造商加速 3GPP R17 的研发设计。综合近年来 IoT-NTN 与 NR-NTN 的开发与测试情况，大部分技术验证与实测活动基于 IoT-NTN 开展，IoT-NTN 成熟度高。对于 NTN 落地与商用，未来或55/86将以 IoT-NTN 为牵引，推动 NTN 预商用，以 NR-NTN 为突破方向，探索

149、低轨生态建设，进而实现天地一体化。6.天地一体化工程实践难题天地一体化工程实践难题天地一体化的工程实践难题主要体现在通信体制不同、测试场景复杂、业务运营迥异三大方面。在通信体制方面，卫星通信网络和地面网络采用不同的技术体制和标准，发展程度不平衡，导致系统间信息交互数据融通能力差，系统融合难度较高；在测试场景上，不同卫星星座的网络体系架构差异，信道模型不尽相同，大规模测试难度大；在业务运营方面，卫星网络与地面网络资源管理相互独立，难以保障端到端业务敏捷开通柔性供给。6.1.6.1.卫星通信与地面通信体系迥异、互通难度大卫星通信与地面通信体系迥异、互通难度大长期以来，卫星通信和地面移动通信相对隔离

150、、分别发展，二者由于属性特点的差异采用不同技术体制、协议体系，导致系统间独立封闭、信息交互融通能力差、发展程度不平衡。目前，地面移动通信网络已经形成了完备、规范的通信体制与协议体系，而卫星通信网络则差距较大。各卫星通信系统分别发展，形成“烟囱式”结构，根据功能属性、应用模式、轨道高度、工作频率、服务带宽和转发器类型等不同，采用不同的技术体系架构，系统间相互独立，所属地面网络和终端设备不能互联互通，所属用户终端不能在不同的卫星系统间漫游迁徙、交互通信。卫星通信网络与地面移动通信网络技术标准化程度的差异性决定了天地一体网络融合的复杂性。6.2.6.2.通信场景丰富、模型复杂、规模测试难度大通信场景

151、丰富、模型复杂、规模测试难度大卫星互联网依托于规模巨大的低轨星座。这些星座数量庞大，小的有几百颗，大的有数万颗。星座发射周期长，往往需要数年，甚至更长时间。终端完成功能测试周期长。此外，卫星互联网应用场景丰富，城市、农村、海洋、河流、山川沙漠等，信道模型复杂，测试环境搭建困难，大规模测试难度大。6.3.6.3.业务管理运营机制差异，融合运营挑战大业务管理运营机制差异，融合运营挑战大随着卫星星座建设逐步完成，产业链重心将由卫星制造、发射向地面设备和运营服务转移。而卫星网络与移动通信网络目前独立运营，运营机制差别较大。卫星通信网络之间、卫星通信网络与地面移动通信网络之间，网络资源管理相互56/86

152、独立，业务系统、支撑系统、终端方案和接口规范等也各不相同。卡号、账号统一认证鉴权、端到端业务敏捷开通和柔性提供存在较大困难。此外，卫星服务运营商的本地化服务能力、运营经验积累也是后续卫星地面融合运营的挑战问题。7.面向面向 6G 天地一体化发展预见天地一体化发展预见在 ITU-R 的 6G 建议书中20，将 5G 的三大应用场景扩展未 6G 的六大应用场景，以实现全应用场景覆盖，除了对 5G 原有的应用场景继续增强和演进，包括沉浸式通信、极可靠低时延通信和大规模通信，还催生出全新的应用场景，包括感知通信一体化、AI 通信一体化和泛在连接，提升生产效率，提高生活品质。图 7-1 IMT-2030

153、 应用场景其中，泛在连接场景作为 6G 新提出的场景，需要覆盖目前无覆盖或几乎无覆盖地区，特别是农村、偏远和人烟稀少的地区，以弥合数字鸿沟。面向未来广域智能连接与全球无缝宽带接入等迫切需求，在 AI 技术、云技术、卫星技术、运载技术等技术快速发展的驱动下，6G 天地一体化需要把空间网络与地面网络从业务、体制、频谱、系统等不同层次进行融合，构建全域无缝覆盖通信系统，实现统一高效的资源调度与网络管控。57/867.1.7.1.5G NTN 局限性局限性5G NTN 技术是 5G 系统设计中后期引入的，其基本思想是以 5G TN 空口技术与网络架构为基础适配 NTN 场景。5G NTN 实现了陆地网

154、与非陆地网在网络架构、空口传输协议的融合设计，采用相同或者近似的体制与关键技术，5G NTN能够充分利用地面网络丰富的产业链基础来提升研发效率，但仍然存在互联互通和网络协同效率低等缺点。面向未来天地一体化需求与愿景，5G NTN 存在以下几个方面的局限性：（1）5G 系统设计并未深度考虑卫星通信大时延、高动态和广域覆盖特性。因此，5G NTN 设计基本上是在不改变现有 5G TN 设计的前提下，针对 NTN 场景进行补充与适配，不是真正意义上的一体化设计。（2）5G NTN 系统在对空间环境与设备能力考虑不足，在网络架构、协议轻量化等方面没有考虑 TN 技术与 NTN 技术之间的差异性。（3）

155、组网方面，5G NTN 与 5G TN 是独立组网，并未实现天地统一的组网方式。（4）5G NTN 与 5G TN 之间网络资源是独立管理的，包括：空口资源（例如，频谱资源）、网络设备、卫星资源等。目前 5G NTN 与 5G TN 之间未能实现统一的资源管理。（5）5G NTN 与 5G TN 之间的频谱资源是静态划分的，未考虑 NTN 与 TN频谱资源共存与共享技术以提升系统的频谱效率。（6）5G NTN 在覆盖、系统容量、系统吞吐量等方面存在明显不足，很难满足未来各种通信场景的需求。（7）5G NTN 目前未能充分考虑实时性业务。基于 5G NTN 存在的局限性，未来 6G 需要从硬件技

156、术（包括卫星天线技术、卫星处理能力，终端天线与射频技术等）、网络技术、无线传输技术、网路安全技术等方面开展研究工作以满足 6G 天地一体化的需求与愿景。58/867.2.7.2.6G 天地一体化天地一体化核心问题核心问题（1）系统容量问题在6G天地一体化网络中，卫星移动通信的波束覆盖范围远远大于地面小区，这意味着卫星移动通信的单小区需要支持的用户数远远大于地面移动通信，尤其是卫星物联网场景。因此，提升系统容量（包括上行容量与下行容量）是未来6G 天地一体化需要解决的关键问题。（2）覆盖与吞吐量问题在 6G 天地一体网络系统中，卫星与终端之间的通信距离较远，存在较大的路径损耗。通信卫星是一个功率

157、资源受限的系统，受卫星重量、体积的限制，在卫星上装多幅天线是不现实的，很难实现大规模 MIMO 技术来提升系统吞吐量。随着卫星通信需求向更高峰值速率、更多连接数量方向发展，星上功率资源受限与增大发射功率、提高星上处理能力这一矛盾将进一步加剧。如何满足形态固化、能力有限的智能手机终端接入需求是未来 6G 天地一体化需要解决的重要问题。（3）频谱资源受限问题在天地一体化网络系统中，卫星、高空平台、地面基站之间形成了多维立体网络，随着用户业务需求的增长，频谱资源变得越发匮乏，尤其是适用于智能手机的 Sub-6GHz 频谱资源。如何提升天地一体化网络系统的频谱资源利用率是6G天地一体化需要解决的首要问

158、题。（4）高动态时变网络问题21传统地面网络各节点相对固定，在天地一体化系统中，网络由卫星、高空平台、中低空悬浮器/飞行器和地面设备等不同层次的节点组成，具有一个和传统地面蜂窝通信网络截然不同的三维立体架构。网络中节点的运动还将导致网络拓扑结构呈现高动态变化特性。网络的高速拓扑变化一方面会造成链路变化，难以通过固定流量来传输数据；另一方面，网络协议在多跳、中继等不同变化下面临非对称链路、链路质量变化与高可靠传送反馈控制的矛盾，将造成应用层传送效率低，甚至无法保证数据传送质量。（5）广域通信安全问题1天地一体化通信系统通过卫星、高空平台等手段实现对用户的广域覆盖。然而，卫星通信的无线信道具有开放

159、性和广播性等特征，导致信息传输通道不可控，59/86无线链路更容易受到人为干扰、攻击、窃听和重放等威胁。因此，天地一体化通信系统的发展需要解决广域覆盖条件下的传输安全挑战。7.3.7.3.6G 天地一体化关键技术天地一体化关键技术7.3.1新型网络架构新型网络架构5G 核心网引入了服务化架构，网络功能间采用轻量级服务化接口，利用服务化架构模块化、无状态、独立化、扁平化、自主化的优势，推动网络走向开放化、虚拟化、软件化和服务化。当前 6G 接入网服务化已经受到学术界和产业界越来越多的重视。6G 预计会在核心网服务化的基础上，进一步推动服务化技术的演进。对于 6G 天地一体化网络，可通过资源虚拟化

160、技术，实现接入网、承载网和核心网的一体虚拟化1。借鉴核心网服务化思想，可以将接入网控制面和用户面功能服务化，并按需部署在地面或空间节点平台上，实现接入网和核心网融合一体化设计，降低空间节点的能耗。同时可以利用大数据和 AI 技术，根据不同应用场景需求，通过网络功能编排中心对各网络节点功能进行统一编排，形成网络即服务（Network as a Service,NaaS）的总体架构，从而实现天地一体化网络按需智能重构。在 NaaS 的架构下，天地一体化通信网络可灵活地配置成如下模式：天基网络作为地面网络的回传网络而存在，地面网络的基站通过天基网络接入到地面的核心网；天基节点具备部分基站的功能，如分

161、布式单元部署在卫星节点上，集中单元部署在地面节点；天基节点不仅具备与地面基站等同的功能，同时还部署“边缘核心网”网元，承载部分地面核心网的功能。天地一体化网络架构还存在很多问题需要探索。首先，接入节点复杂多样，硬件环境和性能差异很大，这些特点对虚拟化平台的异构适应性提出了更高的要求。但是，现有的虚拟化平台对异构硬件环境的适应性不足，传统的网络功能编排器也缺乏对无线业务的描述和专用硬件设备的支持，还需要进一步优化改进。60/867.3.2新型接入技术新型接入技术7.3.2.1 波形设计波形设计在 4G 与 5G 通信系统中，OFDM 为主要波形设计，即将符号调制于多个正交的子载波上并通过添加循环

162、前缀来对抗多径信道时延扩展和符号间干扰。OFDM 波形具有高频谱利用率、抗频率选择性衰落等优势，但同时也有高 PAPR、频移敏感性等缺点，这意味着在高速移动场景下使用 OFDM 波形设计并不能获得较好的系统性能。在星地融合一体化网络中，卫星通信系统具有以下特点：终端与卫星之间存在较大的空口传播时延；卫星快速移动，终端与卫星之间存在较大的多普勒偏移；卫星侧带宽与功率受限，相关器件的非线性程度较高。基于上述卫星通信系统特点，未来天地一体化网络中的波形设计需要考虑以下特征。满足天地一体化场景下的多样化通信需求；同时兼顾地面通信与非地面通信波形设计需求，具备较高的频谱利用率特性；对于卫星通信场景具备低

163、峰均比（PAPR）特点；具备较强的抗多普勒频偏的能力。对于天地一体化场景下的波形设计研究，存在两种研究思路，一种是基于现有的波形设计，针对星地融合一体化网络场景的特点及需求进行自适应的改进，另一种是结合星地融合一体化网络场景的特点及需求设计新的波形。关于天地一体化场景下的波形设计目前的一些候选波形包括，正交时频空间调制（OTFS），矢量 OFDM，多载波索引调制，广义频分复用等。7.3.2.2 多址技术多址技术前五代移动通信中采用的是正交多址方案（Orthogonal Multiple Access,OMA），具体包括频分多址、时分多址、码分多址和正交频分多址。现有的 OMA接入技术虽然可以有

164、效缓解频率冲突的问题，但限制了资源的自由度，接入效率61/86也较低。在频谱资源昂贵且受限的条件下，非正交多址接入技术（Non OrthogonalMultipleAccess,NOMA）技术因其高可靠、低时延的免调度（Grant-free）传输以及可灵活支持多用户复用等特点，可满足未来低时延、高可靠、海量终端接入和超大容量的通信需求，成为未来移动通信的关键技术之一。6G 时代的连接数规模较 5G 时代将有数十倍的增加，NOMA 在满足大连接数，低时延和高负载等要求方面的潜在优势，使其成为 6G 时代有竞争力的接入候选技术。尤其对于需要满足大范围覆盖和海量连接需求的星地融合的网络场景，NOMA

165、 能够充分发挥其优势。卫星通信的覆盖范围广，终端接入数多，尤其是卫星物联网场景中的大规模接入。在频带有限并且处于高速移动状态的条件下，很容易出现用户数量过载、多普勒频移严重、信道条件复杂、异构通信系统间频率冲突的问题，而 NOMA有效解决大规模接入问题，因此可以引入进卫星通信网络中，以满足天地一体化网络中海量终端的接入需求。卫星通信网络的上行传输可以采用码域 MUSA 或 SCMA 技术，但卫星通信系统主要以视距直传链路为主，且卫星通信网络是一个资源受限系统，星上功率和处理能力有限，接收机的复杂度不能太高，相对而言，MUSA 技术具有较低的复杂度，因此将是适用的潜在多址技术。此外，MUSA 技

166、术的低互相关性序列扩展可以更好地抑制用户间干扰，并且无需依赖参考信号的多用户检测技术，可以节省导频的开销避开导频碰撞的问题。7.3.2.3 波束管理波束管理6G 倾向于使用太赫兹载波频率22以获得更大的通信带宽，由于卫星高速移动性、天线数量的增加、频率的提升等因素，在大规模多输入多输出(MassiveMIMO)23系统找到最佳的波束进行传输或接收是一个复杂度极高的问题。由于6G 天地一体化网络的高动态性和灵活性，现有的波束管理通过波束扫描来获取和跟踪最优的下行和上行波束对会导致巨大的波束测量开销，对波束获取和跟踪产生负面影响，导致波束管理没有达到敏捷响应、适应性信道环境建模的要求；且由于地理分

167、布不均匀以及地面流量需求的时变特性，如何充分利用有限的卫星资源，有效匹配地面流量需求是卫星波束管理面临的一大挑战。62/86随着人工智能技术的高速发展，机器学习技术成为波束管理复杂度降低的一个解决方案。在机器学习技术的帮助下，波束管理可以获得更加智能的动态特性24，如波束智能选择，智能跳波束等。波束智能选择25是利用机器学习等技术观测信号的幅度、噪声等一系列参数以学习其统计量，以加快波束的选择过程。基于人工智能的波束选择方法从上下文信息中选择波束是一个高度非线性的分类问题，深度神经网络等机器学习技术可以利用接收器的位置、方向、接受功率、到达角等信息进行网络训练，从而进行智能波束选择。此外，通过

168、深度强化学习建立模型进行估计26，将用户体验指标作为即时收益，交互优化切换策略，从而有效避免乒乓切换。除此之外，机器分类模型可以用于群切换场景中，根据用户的特征实现合理的小组划分。智能跳波束管理27是利用深度强化学习等技术设计全频率复用跳波束方案，充分利用波束的时间、空间两个自由度，从而降低波束间干扰，提升频率效率。深度强化学习利用离线学习、在线部署的方式降低跳波束方案的复杂度。此外，针对地面用户分布不均和 LEO 卫星的高移动性对资源管理提出的要求，实现卫星间负载均衡和干扰避免的多卫星跳波束方案，将复杂的多卫星联合跳波束问题通过智能体进行在线决策，在合理分配卫星卸载流量的同时降低星内波位间的

169、干扰，卫星间的干扰以及与地面小区间的干扰。7.3.2.4 星间协作传输星间协作传输大规模星座卫星，特别是超密集低轨卫星网络在实现全球广域覆盖的同时，也会带来地面多重覆盖区域的干扰问题和用户频繁切换问题，影响系统能量效率和频谱效率28。另一方面，超大规模MIMO作为5G的关键使能技术，为地面网络带来了功率增益、复用增益及分集性能，显著提升了系统频谱效率。然而，由于星地链路间有限的散射体导致星地通信信道具有强视距传输的特点，无法获得良好的MIMO信道特性。超密集低轨卫星网络的部署为星地通信应用MIMO技术创造了条件，结合大规模星座卫星部署和MIMO关键技术的优势，通过星间协作传输构建虚拟多天线系统

170、，可实现发射端天线的空间分离以获得空间复用增益29。63/86图 7-2 多星多波束协作系统示意图基于复用分集技术，多星多波束协作传输可实现多星重叠服务范围内用户的按需覆盖和多连接的数据传输。通过同轨或者异轨多星的星间链路或具有增强计算能力的超级卫星节点进行星间协作，增强特定区域的覆盖以提升系统容量，同时可以缓解单个卫星的发射功率有限导致的链路预算不足以及多星覆盖区域的用户频繁切换问题30。由于空间节点的高速移动导致星地信道的高动态、星地传输的超远距离导致的高时延及高路损等特性，星地信道状态信息获取的准确性及共享的即时性直接影响多星多波束协作下行传输的自适应波束赋形的有效性，这也导致多星多波束

171、协作传输面临较大的挑战。现有的关于多星多波束协作的研究仍处于理论阶段，主要集中在多星多波束之间的干扰抑制以及联合的鲁棒性波束赋形算法设计3132。关于多星协作传输的控制信息、数据信息及信道状态信息的获取与共享算法以及多星时频同步等问题需要深入的研究，此外还需考虑多星多波束协作所带来的性能增益与系统开销的平衡问题。64/867.3.2.5 星地协同传输星地协同传输在星地融合的网络系统中，星地协同传输可充分发挥空间通信系统广域覆盖和地面通信系统宽带传输的优势，对系统中时间、空间、频率和功率等多维资源进行统一调度，以实现资源的最优化配置。如图 7-3 所示。图 7-3 星地协同传输针对不同的业务场景

172、，星地协同传输有不同的应用模式33。广播信息或小数据包通过卫星进行传输，而高速数据业务包则由地面移动网络进行服务。卫星和用户的移动都会带来信道特性的变化，可根据信道的变化对不同卫星或不同层网络业务进行适配，从而提升系统容量。通过星地协同实现海量热点内容的广域分发，可以有效缓解地面骨干网的传输压力，提高网络整体传输能效，实现资源高效绿色集约使用。目前，将卫星通信与地面通信有机结合，构建地星协同传输系统，实现未来无线通信全区域、全方位覆盖，是学术界和产业界热点探讨的话题。典型的协同传输技术包括多连接技术与载波聚合技术。在基于多连接技术的星地协同传输中，终端同时与卫星站点和地面站点建立连接，卫星站点

173、与地面站点可以通过动态接口进行信息交互与资源调度，卫星站点可以作为主小区提供基本信令传输，地面站点可作为辅小区提供高速率数据传输。基于载波聚合的载波聚合的星地协同传输则是终端通过聚合星地传输载波实现高速率数据传输。在星地融合的网络系统中，星地之间传播时延大，卫星节点的位置也是高速变化的，星地之间的信息交互存在较大且可变的时延，星地间鲁棒的信息交互很难保障，这也给星地协同传输带来了挑战。星地协同带来的性能增益与产生的系65/86统开销之间的折衷是决定协同传输能否成功应用的首要因素。只有解决上述问题，星地协同传输才能在星地融合一体化网络中实际应用，以发挥最大效益。7.3.2.6 星地资源共享星地资

174、源共享在星地融合一体化网络中，卫星、高空平台、地面基站之间形成了多维立体网络，随着用户业务需求的增长，频谱资源变得越发匮乏，星地频谱资源共享是未来提升频谱效率的最有效的方式之一，也是星地融合一体化网络最显著的技术特征之一。在传统的频谱资源分配机制中，陆地通信与非陆地通信使用的频段是分离的。频谱共享可分为静态/半静态频谱共享与动态频谱共享模式。对于静态/半静态频谱共享模式，可以从星地融合一体化网络中的无线传输特点、网络拓扑特点以及业务特点等方面提取有效的信息，设计有效的静态/半静态频谱共享机制。对于动态频谱共享模式，星地融合一体化网络的无线传输特性给实现星地接入点之间的动态频谱共享提供了条件。在

175、天地一体化网络中，受天地一体环境、运动等多方面因素影响，可用频谱资源具有很强的动态性。此外，随着天地一体化发展，卫星与地面通信频率的界限更模糊，频谱间的干扰关系从平面拓展到三维空间。在频谱资源高度动态、立体干扰极为复杂的环境下，要实现星地融合网络的统一频谱使用，需要更智能的频谱共享方案。探索星地智能频谱共享新技术，打破星地传统频率硬性分割，使频谱使用从竞争走向协同、从专用走向共有、从静态共享走向动态共享，大幅提升星地融合网络的传输效率和频谱利用率，是实现星地融合需要解决的首要问题。智慧、高效地感知频谱资源，将是 6G 星地融合网络实现频谱智能共享的一个重要前提基础。星地融合网络频谱智能感知的研

176、究方向主要包括立体频谱检测、复杂频谱识别、空域频谱补全、智能频谱预测，从“状、态、体、势”四个层次描述频谱资源的占用情况及态势。立体频谱检测技术主要基于宽带频谱感知、星地分布式协作频谱感知等方法，结合机器学习分类模型，实现天地一体立体多维空闲频谱智能检测。复杂频谱识别技术主要基于特征学习方法，提取频谱数据在时频空的多域特征，实现对波束、时隙、频带、功率等多维频谱信息的认知。空域频谱补全技术针对感知节点的稀疏性，通过挖掘空域频谱状态间的相关性和规律性，实现立体空间离散点上频谱数据补全34。智能频谱预测技术基于历史频谱感66/86知数据的相关性分析，利用长短期记忆神经网络等技术，提前预测频谱使用，

177、有效克服星地传播时延大带来的频谱感知滞后的难点问题35。7.3.2.7 移动性增强移动性增强在 6G 天地一体融合网络中，切换场景多样且复杂，涉及卫星网络内切换、卫星与地面网络间切换等，对移动性管理提出了更高要求。为更好地实现天地一体化的业务连续性保障，要求移动性管理能够在提高切换可靠性、降低信令开销等性能的同时，适应 TN、NTN 网络之间的巨大传播时延差异。由于覆盖范围、传输时延、小区和跟踪区域的关系的差异，使得 UE 在 NTN系统中移动性管理，和 UE 在 TN 系统中移动性管理，存在很大的差别，需要对5G 中基于地理位置和跟踪区域的移动性管理做进一步增强，对 TN 和 NTN 的位置

178、管理进行统一设计，UE、基站等使用基于地理位置的统一管理方式，使其在天地一体化过程中得到真正的融合36。为提高星地融合网络的切换可靠性，双激活协议栈（DAPS）是一种潜在的解决方案37。切换过程中，UE 在与源小区保持连接的同时向目标小区建立连接，成功接入目标小区后再释放源小区连接，以保障用户数据传输在切换过程中的连续性。但是由于 TN 与 NTN 特性的差异，DAPS 机制面临着巨大的挑战。例如NTN 的传播时间比 TN 大很多，RLF 和切换失败处理和恢复流程未考虑基站的高速运动而无法适用于 NTN 存在的场景等，还需要进一步研究。6G 星地重叠覆盖的场景为终端的灵活资源使用提供了条件。在

179、 TN 场景下，移动性管理策略考虑的主要因素有信号强度、终端移动性、小区负荷等，在 NTN场景下则更多的考虑卫星剩余服务时间、仰角、卫星空闲信道数量等，因此如何通过对多种因素的综合判断来选择一个最佳小区驻留或切换，是 6G NTN 有待研究的一个重要方向。考虑到星地融合网络中小区选择及切换算法的复杂影响因素，在移动性管理中引入人工智能算法，有效提高切换后的业务体验，抑制切换带来的信令风暴38。在 6G 天地一体化网络移动性管理中，利用人工智能可预测卫星波束持续服务时间，以及预判和调度切换过程中的无线接入资源等。其次，通过对移动终端的运动轨迹进行建模，将预测到的终端轨迹和卫星的可视信息结合，进而

180、获得更加精67/86确的候选小区集合，可有效降低 TN 与 NTN 小区切换失败率、避免乒乓切换。此外，由于目前大多数小区切换策略都是基于即时的当前目标小区最优的决策来判断，这样会导致选择的小区只是当前的最优选择，而忽略了是否是未来一段时间内的最优。因此可以借助人工智能算法进行优化，将强化学习与切换判决算法相结合，找出整个通信过程中最佳的切换路径。7.3.3边缘协同计算技术边缘协同计算技术为解决天地一体化跨域异构系统中用户复杂应用与服务质量之间的矛盾，移动边缘计算（Mobile Edge Computing,MEC）技术被广泛研究。作为 6G 关键技术之一，MEC 在地面移动网络中已获得成熟的

181、应用，但在天地一体化网络中的应用仍处于研究与探索阶段。天地一体化网络集成 MEC 技术通过将卫星视为边缘计算节点，为用户提供多种类型的计算服务。考虑到单个卫星的计算资源、存储能力及能量有限，卫星集群协同计算的概念被进一步提出，这种新型计算模式具有低时延、高带宽、泛在覆盖等特点，可以为用户提供全天候、全地形、强实时、无缝的计算服务，具体网络架构如图 7-4 所示。图 7-4 天地一体化 MEC 融合组网架构示意图68/86在该架构中，空间部分包括低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、高地球轨道（GEO）的卫星星座。该系统使用具有较强计算能力的 LEO 卫星作为边缘服务器节点，并通过联合多颗

182、卫星的计算资源进行在轨协同计算，提供低时延、高可靠的多类型边缘处理服务。GEO 或 MEO 卫星通常具备控制功能，可以实现负责控制和管理数据层中的多个资源，实现网络资源调度和协同管理。而在地面网络中，依据地面环境及业务种类，用户可以将其业务卸载至地面边缘服务器计算，也可上传至卫星网络进行联合计算。通过该网络架构，用户能够在全球任意时间、任意地点得到实时的计算支撑，提升用户的业务体验，因此，研究天地一体化 MEC 融合组网具有重要的现实意义。但是，由于卫星网络的特殊性，天地一体化 MEC 网络需要解决卫星、无人机等集群中存在的高动态、弱连接等特点带来的问题。具体研究问题如下：（1）保证业务服务连

183、续性问题。由于卫星网络拓扑具有高动态时变特性，因此针对同一用户区域，低轨卫星单星过顶时间短，用户抢占信道资源接入与业务处理返回通常不是同一颗卫星。此过程涉及到多个波束之间、卫星之间频繁切换、批量切换，导致卫星节点资源处于动态变化之中39。因此，如何在低轨单星服务时长受限情况下，保证用户业务的服务连续性是一个较大的挑战。（2）最优业务动态部署问题卫星网络覆盖范围较大，接入用户业务种类多，数量大，具有业务分布不均且时变的特点，单一的网络资源配置策略将导致业务需求无法得到满足，且降低网络资源利用效率。同时，业务与网络的时变特性可能导致卫星节点负载过高、网络拥塞等现象。因此，实现业务动态最优部署、网络

184、资源最优利用具有重要的现实意义。（3）边缘智能管理问题人工智能的快速发展催生了边缘计算技术的新的研究领域边缘智能。通过边缘计算和人工智能彼此之间相互赋能，可以实现人工智能对边端的智能维护与管理，以及在边缘计算平台上提供智能化的服务40。然而，在应用深度学习优化实时边缘计算网络时，人工智能模型训练可能会带来额外的消耗，如训练数据69/86传输所消耗的额外带宽和深度学习推理的延迟。因此，针对资源开销和边缘计算网络的实时管理需求，如何确定模型部署、提升其训练效率是亟待解决的问题。面向天地一体化 MEC 融合网络，针对以上问题，可以从以下三个方面开展研究：（1）基于要素时空扩展图的网络体系架构设计方法

185、针对卫星之间弱连接、高动态与低轨卫星集群场景的大规模、低时延要求之间的矛盾，面向保证业务服务连续性需求，亟需研究可灵活支持分散式协同功能的天地一体化网络体系架构。通过构建全维度要素时空扩展图模型，消除卫星网络动态性，将高中低轨卫星星座集群节点在时间和空间上的计算、通信、缓存能力集中管理，实现空天网络的资源可管可控和灵活调度。技术难点为：低轨卫星集群的网络拓扑呈现高动态的特征，卫星的剩余计算能力、星间链路、网内拓扑等关键参数随时间不断发生变化，因此，难以直接将卫星集群的动态网络抽象成一个静态的网络架构模型。针对上述问题，可以采用时间上连续、空间上延展的时空扩展图模型，对卫星集群的动态网络进行构造

186、，完成星间动态网络的准静态化处理，并实现计算、通信、缓存等资源的统一描述，从而实现用户业务的迁移以及部分卸载，保证业务连续性。（2）基于分散计算的天地一体化网络任务编排算法针对天地一体化网络中业务分布不均且时变的特性，亟需研究用户业务分解与基于分散计算的任务编排算法。基于任务图分解理论模型，针对不同类型的用户业务需求，结合网络形态、拓扑变化、链路质量等参数，进行任务分散化执行响应时延、能耗等指标建模，构建资源调度优化问题的目标函数和约束条件，并基于调度式/竞争式算法进行求解，形成满足天地一体化网络性能指标需求的任务编排执行算法，从而获得最优业务调度策略。技术难点为：卫星网络与地面用户业务的高动

187、态性，使得针对地面网络的单一的业务调度策略难以适用于天地一体化 MEC 融合网中。为解决上述问题，可以结合时空扩展图网络架构和协同计算协议，将用户业务建模为图模型，构建卫星集群协同计算的时延、能耗等用户业务优化指标的数学建模，并依托适应图模型的优化算法进行求解，满足协同计算的求解需求。（3）基于联邦学习计算模式的模型加速推理方法70/86针对资源开销和边缘计算网络的实时管理需求，亟需研究边缘智能模型的优化方法，提高其训练与推理数据的效率。通过采用联邦学习的计算模式，同时，边缘服务器与终端设备共享模型，共同加速完成人工智能模型的训练与推理，减少训练数据传输所消耗的额外带宽和以及模型推理的延迟，实

188、现边缘计算网络的实时管理。技术难点为：若将人工智能模型完全部署在边缘服务器上，将会 给边缘服务器带来巨大的压力。并且，终端设备的计算能力不足以完全支撑模型的训练与推理。针对以上问题，可以采用联邦学习的计算模式，由多个终端设备上传训练推理结果，边缘服务器根据该结果对资源开销和边缘计算网络进行管理，由此，边缘智能本身的优势并不会被其本身带来的带宽消耗和处理延迟抵消。7.3.4通信感知融合通信感知融合通感一体化作为 6G 潜在关键技术之一，备受学术界与产业界关注，当前感知与通信融合的研究主要聚焦于地面应用以及未来与 6G 地面移动通信的融合，对于卫星通感一体的技术研究还处于起步阶段。由于卫星将与地面

189、移动通信深度融合，构建空天地一体的全球全域网络已经成为各界关于 6G 的共识，研究面向6G 天地一体化的通感融合技术具有重要意义41。图 7-5 6G 天地一体化通感融合应用场景对于天地一体化网络场景下的通感融合可以考虑以下几个方面的研究：71/86（1）通感一体化网络架构42。在通感一体化网络架构下，传统定位、探测、成像等无线感知功能同无线传输功能深度融合，同时借助广泛分布的算力进行辅助计算处理，实现感知通信计算的交叉融合。（2）协同感知技术。在单个网络节点感知资源受限的应用场景下，往往不能充分发挥最佳感知性能。为了解决这一问题，通过多点组网协同感知的方式提升网络感知性能是多节点网络化感知的

190、发展趋势。（3）通感一体化波形设计。通过一体化波形设计，一方面可以减轻或消除感知信号和通信信号之间的相互电磁干扰，降低雷达和通信双发射系统整体功耗，提高系统集成度，降低系统成本。另一方面，也能够提高资源利用率，而且可以在完成目标物信息感知的同时，实现彼此之间的通信功能。（4）通感一体化波束赋形技术。对于通信感知一体化系统中的波束赋形技术，需要同时考虑通信和感知两方面的性能，阵列天线的波束赋形技术可用于提升通信速率和感知精度。（5）通感一体化干扰消除技术。在 6G 天地一体化场景下，将部署海量智能节点，这些节点间的动态部署将导致无线环境的复杂化和多变化，不可避免地存在通感无线信号互干扰。干扰消除

191、技术将成为 6G 天地一体化场景中通感一体化的关键技术。天地一体化网络场景下通感一体化设计有着广阔的应用前景，但是无论从硬件层面还是算法层面甚至理论层面存在一些尚待解决的技术问题。未来天地一体化网络场景下通感一体化的发展也会预期从初步的简单融合慢慢向着深度融合的程度逐步演进。7.3.5网络安全网络安全6G 天地一体化网络包含多个子网络，各个子网互联互通，因此相比于地面网络，安全问题也更为复杂。需加强对安全问题的识别，并针对识别的问题进行增强防护。数据互通与用户隐私保护43。基于计算复杂度的传统加密、授权和认证等密码保护机制依然是保障网络安全的主要方式。其中数据服务的鉴权机制能够防止恶意终端进行

192、伪造身份等情况的发生。鉴权机制可由各个子网执行并提供，同时还需要加强对各个子网络鉴权管理。72/86物理层和数据链路层面临窃听和干扰等安全问题44。针对窃听安全问题，创新物理层信道编码技术，为无线信号提供更加安全的传输方式；针对干扰问题，可通过鉴别、加密、自适应多波束天线等技术进行防护。网络层面临信息截获、信息篡改、攻击等安全问题45。面对网络层的安全威胁，通过加密传输，双向身份认证等技术手段进行防护。通过网络层的传输加密完成信息完整性和机密性的保护，避免信息截获、信息篡改。通过双向身份认证46可以预防中间人攻击。传输层和应用层的防护对于应用系统的安全也至关重要，可以通过访问控制、身份认证、传

193、输层加密等方式来解决。7.3.6卫星技术卫星技术（1）能力更强大的星载多波束天线天地一体化通信系统，对卫星通信的覆盖与容量提出更高要求。更多更窄的点波束将导致星载多波束天线口径越来越大，星上载荷质量及复杂度几何级增长。星上数字波束形成设备易因太空辐射而产生“单粒子翻转”，对系统可靠性产生非常大影响。未来星载多波束天线技术将与系统工作模式紧密联系，具备更强大的能力，如面向特定区域的波束赋形能力、增加系统容量的频率复用能力、按需调整覆盖的在轨重构能力以及满足星间传输的波束扫描能力等。（2）智能化的卫星载荷技术随着星座规模急剧扩大和业务快速发展，为降低星地传输数量，部分网络功能需要在星上处理，增加额

194、外的星载处理器以满足网络功能。传统以硬件为核心的卫星载荷设计模式无法适应复杂多变的运行环境和任务要求。面向天地一体化的卫星通信载荷应具备信号处理能力强、软件和硬件解耦、系统功能自主重构等能力。软件化、智能化的卫星荷载技术，结合灵活的射频前端，采用开放式系统架构，实现功能按需加载和重新定义，更能够适应多种任务需求。（3）高频大功率高效灵活的功放技术随着卫星互联网的发展，卫星通信的业务种类和通信流量将快速增长，随着Ku 波段趋于饱、Ka 波段应用逐渐增多，以及 Q/V 频段、THz 频段技术的发展，需要高频化是功放器件。天线口径小型化是终端规模发展的需求，需要进一步增加卫星辐射功率，加大功放功率。

195、考虑不同区域业务需求的差异，通信流量不均衡性将日益明显。由于不同覆盖区域由不同波束服务，如对每个波束进行带宽/73/86功率均匀分配，会出现热点地区能力不足和冷点地区能力浪费，需要可变化功放对不同波束灵活地分配功率和带宽。（4）长时稳定高速的星间链技术星间链技术的引入，可使低轨卫星系统更灵活方便的进行路由选择和网络管理，并降低地面部署成本。面向未来的卫星互联网需要突破 100Gbps 量级小型化星间激光终端技术，实现更高通信速率；需要突破抗辐射长寿命光器件技术，实现长时服务；需要研究高动态星间星地激光链路捕获和跟踪技术，实现高速率稳定服务。（5）协同智能的星上处理容错冗余技术随着卫星有效载荷处

196、理规模越来越大，星上处理可靠性将面临更大的挑战。考虑空间辐射环境动态变化和卫星服务差异，星上处理容错方案应能基于系统可靠性需求和空间辐照环境进行灵活配置，实现处理可靠性与资源有效性的优化协同。可运用 AI 技术，基于多个模块的状态和相互关系实现系统故障的快速诊断，实现系统功能自愈。7.3.7终端技术终端技术终端能力是整个卫星通信应用的核心，既要在高频率段上降低成本，同时在吞吐能力上要有所提升。在 PA 方面，需要不断进行基于新材料的功放模块等关键部件集成化技术、宽角扫描技术研究。在终端天线方面，为适应终端小型化便携的需求，聚焦高增益和小型化技术，如具有高介电常数、低介电损耗、近零温度系数等特点

197、的微波介质陶瓷材料技术等；在终端接收机方面，考虑信号大尺度衰落，研究终端接收机的抗干扰技术、对环境的实时动态测量和环境智能化技术。7.3.8测试技术测试技术依据 6G 天地一体化通信技术及产品发展趋势和测试需求，未来仪表性能上总体将朝“超宽带化、极高速化、全频谱化、多通道化”发展，未来仪表将具备超过 10GHz 带宽信号的处理能力，未来将在太赫兹通信上进行超大带宽扩展；具备数 100Gbps 速率的数据传输处理能力，包括宽带数据传输、海量数据存储，满足严苛的传输时延和实时测试需求；具备 256/512 阵列以上多小区多天线测试能力；具备全频谱覆盖，并支持太赫兹通信测试能力。仪表功能上，将向天地

198、融合一体化网络、智慧连接、深度连接、全息连接、泛在连接等测试功能发展，支持信息突破时空限制、网络拉近万物距离的验证需求。74/866G 天地一体化通信测试技术将重点研究 6G 天地一体化网络测试技术、THz通信大带宽测试技术、智慧连接网络检测技术、星空星地协同组网测试技术等。（1）6G 天地一体化网络测试技术：6G 天地一体化网络测试技术是指在 6G 网络中通过卫星和地面网络的协同，实现天地一体化网络测试。主要包括：卫星和地面网络的性能测试：在 6G 网络中，卫星和地面网络的性能将影响整个网络的性能，因此需要对卫星和地面网络的性能进行测试。主要包括：吞吐量测试、延迟测试、抖动测试、丢包率测试等

199、；卫星和地面网络的互操作性测试：主要包括卫星和地面网络之间的时延测试、同步测试、协同测试、业务测试、安全测试、管理测试等。（2）THz 通信测试技术：是指在 THz 频段进行 6G 天地一体化通信系统测试的技术。THz 通信测试技术主要包括以下几个方面：THz 通信系统测试是指对 THz 通信系统进行测试，以验证系统的性能。主要包括 THz 通信系统的吞吐量测试、THz 通信系统的误码率测试、THz 通信系统的带宽测试、THz 通信系统的延迟测试等。THz 通信信号测试是指对 THz 通信信号进行测试，以验证信号的质量。主要包括 THz 通信信号的功率测试、THz 通信信号的频谱测试、THz

200、通信信号的调制测试等。THz 通信网络测试是指对 THz 通信网络进行测试，以验证网络的性能。主要包括 THz 通信网络的覆盖范围测试、THz 通信网络的业务通信质量测试、THz通信网络的接入数量测试等。THz 混合组网传输与验证技术主要针对天基骨干网、天基接入网、地基节点网，进行与地面互联网、移动通信网开放互联的网络模拟构建，进行覆盖能力、随遇接入能力、按需服务能力的仿真和验证。通过标准的网间接口实现互联，又分别通过标准的用户网络接口来提供服务，多维网络联合解析测试技术通过多网络信令层联合关联分析，准确定位网络故障、实现网络优化、提升用户体验。（3）智慧连接网络检测技术是指用于检测和评估 A

201、I 技术运用到 6G 天地一体化网络中带来智慧连接网络的性能和可靠性的评估技术。智慧连接网络检测技术主要包括：75/86网络性能测试：测试智慧连接网络的带宽、延迟、吞吐量等性能指标，以确保网络能够满足实时性和高效性的要求。网络可靠性测试：测试智慧连接网络的可靠性和稳定性，包括网络的容错能力、恢复能力和抗干扰能力等，以确保网络在面对故障或攻击时能够保持正常运行。设备连接测试：测试智慧连接网络中的设备连接情况，包括设备的注册、身份验证、连接稳定性等，以确保设备能够正常连接到网络并进行通信。数据传输测试：测试智慧连接网络中的数据传输性能，包括数据的传输速率、可靠性和安全性等，以确保数据能够在网络中快

202、速、准确地传输。安全性测试：测试智慧连接网络的安全性，包括身份验证、数据加密、访问控制等方面，以确保网络中的数据和设备不受未经授权的访问和攻击。（4）星空星地协同组网测试技术是指在星空星地协同组网系统中，通过对星空星地协同组网系统的各个组成部分进行测试，以验证星空星地协同组网系统的性能和功能。主要包括：功能测试：包括星空星地协同组网系统的通信功能、定位功能、导航功能等。性能测试：包括星空星地协同组网系统的通信速率、通信延迟、通信可靠性等。星空星地协同组网系统的安全测试：包括星空星地协同组网系统的抗干扰能力、抗攻击能力等。星空星地协同组网系统的互操作测试：包括星空星地协同组网系统与卫星通信系统、

203、地面通信系统、移动通信系统等互操作测试。7.4.7.4.6G 天地一体化技术演进路线预见天地一体化技术演进路线预见为了适应场景和需求的多样性，6G 核心技术也将会呈现多元化。一方面可以是来自现有通信技术的进一步演进，如超大规模 MIMO 技术、多址接入技术、调制编码技术等。另一方面，6G 也会去探索全新的技术领域，例如拓展频谱的太赫兹以及可见光通信技术和提升频谱效率的全双工技术，还有将通信与感知融合在一起的联合设计。此外，6G 还会研究天地一体化技术，实现从天空到陆地的无死角覆盖。同时，AI 技术在 6G 中也会起重要作用，它可以同其它绝大部分6G 核心技术相结合，进一步优化 6G 系统。76

204、/86天地一体化作为未来 6G 的基本网络形态与支柱性技术之一，包含陆地网络通信与非陆地网络通信，与其它 6G 关键技术（例如，MIMO 技术、多址接入技术、调制编码技术、AI+通信以及感知+通信等）是并列存在的，但相互之间又是紧密相连，相互影响的。因此，对于 6G 天地一体化演进存在以下 4 种技术路线：路线 1：类似于 5G NTN 标准演进思路，等到 6G TN 空口与网络技术稳定后，再基于 6G TN 空口与网络技术适配 6G NTN 场景，进而通过 6G TN 与 6G NTN实现 6G 天地一体化网络系统。在这种路线下，6G TN 与 NTN 在空口体制与网络架构上保持一致。图 7

205、-6 6G 天地一体化技术演进路线 1路线 2：6G 设计之初就以天地一体化场景为设计蓝本，进行统一的设计，包括网络结构、MIMO 技术、多址、调制编码技术、AI+通信以及感知+通信等。在这种路线下，6G 空口体制与网络架构兼顾 TN 与 NTN 场景特性，实现一体化设计。图 7-7 6G 天地一体化技术演进路线 2路线 3：6G TN 的空口和网络技术（例如，网络架构、MIMO 技术、多址、调制编码、AI+通信以及感知+通信等）与 6G NTN 的空口和网络技术独立并行进行研究设计，然后再做适配性融合。在这种技术路线下，6G 可以针对 NTN 与TN 场景分别做个性化设计。以波形设计为例，卫

206、星场景下的多普勒较大，当前主要通过终端侧的时频预补偿机制来解决，如果波形具有良好的抗多普勒性能（例如，OTFS 波形），终端侧的压力就会减少；OFDM 波形的高 PAPR 特性对于卫星通信来讲也是一个比较严重的问题，未来 6G 针对 NTN 波形设计可以考77/86虑低 PAPR 特性；此外，面向天地一体化，波形设计还应考虑较高的频谱共享能力。图 7-8 6G 天地一体化技术演进路线 3路线4：5G NTN在6G继续演进形成进一步增强版的5G NTN技术（5G futherenhancement NTN，5G FeNTN），作为 6G NTN 场景的标准技术。最终，通过6G TN 与 5G F

207、eNTN 实现 6G 天地一体化愿景。这种技术路线类似于 5G 通过NB-IOT/eMTC 的进一步演进实现大规模物联网场景，6G 将 5G NTN 的进一步演进作为一个技术分支以实现全球立体无缝覆盖。图 7-9 6G 天地一体化技术演进路线 47.5.7.5.6G 天地一体化商业模式预见天地一体化商业模式预见天地一体化网络范式下，卫星星座与地面网络可以分别独立自主运营。地面网络由本地运营商进行运营和计费，卫星星座运营商向本地运营商收取租金。卫星星座为地面网络提供覆盖增强服务，地面网络作为卫星星座的直接客户。卫星星座运营商可根据提供的资源，网络能力，服务质量定制租金套餐。分布式可信账本和权益原

208、生赋能天地联盟网络“各种资源上链服务和价值兑现”，为 6G 激活用户、行业和区域参与度、打造商业模式创新平台。天地联盟网络中的各运营商，各设备商，用户之间实现资源共享，设备共享，能力共享。其中，资源包括频谱资源，算力资源等，设备包括家庭基站，RU/BBU 设备，服务器等，能力包括算力，感知能力，通信能力，和智能等。智能合约赋能多方交易的计费和结算，包括交易的公平透明，无干预，可查可证。78/868.总结总结进入 5G-A、6G 时代，随着卫星通信应用场景的不断延伸，在智能手机及其他智能终端的应用渗透率也不断提升，进一步推动移动通信网络的变迁和升级。优势互补、融合共生将成为未来 6G 网络技术发

209、展主旋律，为构建万物互联的信息通信系统奠定坚实的基础。天地一体化是指卫星通信与地面通信一体化发展，从业务、通信体制、频谱资源、系统架构等不同层次进行融合，构建天地一体化通信系统，实现全球无缝立体覆盖。这本白皮书分享了国内外针对 5G&6G 天地一体化技术的探索与实践，包括天地一体化需求与愿景、国内外天地网络发展现状、基于 5G NTN 天地一体化关键技术、基于 5G NTN 天地一体化产业发展与实践、天地一体化工程实践难题以及面向 6G 天地一体化发展预见等。知识共享，启示未来。79/86缩略语缩略语3GPPThe3rdGenerationPartnershipProject第三代合作伙伴项目

210、AAUActiveAntenna Unit有源天线单元AIArtificial Intelligence人工智能AMFAccessandMobilitymanagementFunction接入和移动性管理功能AR/VRAugmented Reality/Virtual Reality增强现实/虚拟现实BSSBroadcasting satellite service卫星广播服务CCSAChinaCommunicationsStandardsAssociation中国通信标准化协会CUCentralized Unit集中单元DUDistribute Unit分布单元DVBDigital Vide

211、o Broadcast数字电视广播DVB-SDigital satellite TV system数字卫星电视系统eMBBEnhance Mobile Broadband增强移动宽带技术FSSFixed satellite service固定卫星业务GEOGeostationary Earth Orbit地球同步轨道GMRGEO-Mobile Radio地球静止轨道卫星移动无线电接口GNSSGlobal Navigation Satellite System全球卫星导航系统GPSGlobal Positioning System全球定位系统IOTInternet of Things物联网ITU

212、-RITU-Radiocommunicationssector国际电信联盟无线电通信组标准化组织LEOLow Earth Orbit低轨道地球卫星MECMobile Edge Computing移动边缘计算80/86MEOMedium Earth Orbit中轨道地球卫星MSSmobile satellite service移动卫星业务MWCMobile World Congress世界移动通信大会NRNew Radio新空口NTNNon-terrestrial network非陆地网络PCFPolicy Control Function策略控制功能PDUProtocol Data Unit协

213、议数据单元PLMNPublic Land Mobile Network公共陆地移动网QoSQuality of Service服务质量RANRadioAccess network无线接入网络SMFSession Management Function会话管理功能SSPASolid State PowerAmplifier固体功率放大器S-UMTSSatellite Component of UMTS3G 网络中卫星组件TATimingAdvance定时提前TACTrackingArea Code跟踪区代码TNTerrestrial network陆地网络TWTATraveling-wave t

214、ube amplifier行波管放大器UEUser Equipment用户设备UPFUser Plane Function用户面功能VSATVery Small-Aperture Terminal甚小口径终端地球站81/86参考文献参考文献1天地一体化通信系统白皮书，未来移动通信论坛，2020.26G 无界，有 AI，紫光展锐，2023.3Morello A,Mignone V.DVB-S2:The Second Generation Standard for SatelliteBroad-BandServicesJ.ProceedingsoftheIEEE,2006,94(1):210-22

215、7.DOI:10.1109/JPROC.2005.861013.4ETSI.Digital video broadcasting(DVB);second generation framing structure,channel coding and modulation systems for broadcasting,interactive services,news gathering and other broadband satellite applications(DVB-S2):EN 302307S.2013.5ETSI.Digital video broadcasting(DVB

216、);second generation framing structure,channel coding and modulation systems for broadcasting,interactive services,news gathering and other broadband satellite applications;part 2:DVB-S2extensions(DVB-S2X)(V1.1.1):EN 302 307-2S.20156李阳,张夏.卫星通信与地面 5G 融合发展的路线探讨J.移动信息,2023,45(7):19-21.7Ka 宽带卫星通信商业运营模式研究

217、，电信网技术 2017 年 10 月，王文跃，万屹，卢海萌8钱静,酆广增.移动通信系统从 1G 到 4G 的历程J.移动通信,2001,25(11):4.DOI:10.3969/j.issn.1006-1010.2001.11.002.9陶安.2G 网络的演进策略J.电信技术,2006(11):5.DOI:CNKI:SUN:DXJS.0.2006-11-028.10张云龙.3G和4G网络的对比J.电子测试,2013(10):72-73.DOI:10.3969/j.issn.1000-8519.2013.10.033.11杜滢,朱浩,杨红梅,et al.5G 移动通信技术标准综述J.电信科学,2

218、018,34(8):8.DOI:10.11959/j.issn.1000-0801.2018231.123rd Generation Partnership Project(3GPP):TR 38.821 NR;Solutions for NR tosupport non-terrestrial networks(NTN),2021.133rd Generation Partnership Project(3GPP):TS 38.213 NR;Physical layerprocedures for control(Release 17),2021.82/86143rd Generation

219、Partnership Project(3GPP),New work item proposal:NR NTN(Non-Terrestrial Networks)enhancements,RP-232669.2023.15L.Yang,X.Yang and Z.Bu,A Group Handover Strategy for Massive UserTerminals in LEO Satellite Networks,2022 IEEE 96th Vehicular TechnologyConference(VTC2022-Fall),London,United Kingdom,2022,p

220、p.1-6,doi:10.1109/VTC2022-Fall57202.2022.10012912.16L.Lei,E.Lagunas,Y.Yuan,M.G.Kibria,S.Chatzinotas and B.Ottersten,Beam Illumination Pattern Design in Satellite Networks:Learning andOptimization for Efficient Beam Hopping,in IEEE Access,vol.8,pp.,2020,doi:10.1109/ACCESS.2020.3011746.17

221、沈俊,陈曦,赵新胜.低轨卫星通信系统中的一种波束小区切换算法J.电讯技术,2020,60(04):439-447.18缪德山,柴丽,孙建成等.5G NTN 关键技术研究与演进展望J.电信科学,2022,38(03):10-21.19梅强,史楠,李彦骁等.天地一体化信息网络应用运营发展研究J.天地一体化信息网络,2020,1(02):95-102.20ITU-R,DRAFT NEW RECOMMENDATION ITU-R M.IMT.FRAMEWORKFOR 2030 AND BEYOND,Framework and overall objectives of the futuredevelo

222、pment of IMT for 2030 and beyond.21徐晖,孙韶辉.面向 6G 的天地一体化信息网络架构研究J.天地一体化信息网络,2021,2(4):9.DOI:10.11959/j.issn.2096-8930.2021037.22Tataria,M.Shafi,M.Dohler,and S.Sun,Six critical challenges for 6G wirelesssystems:A summary and some solutions,IEEE Veh.Technol.Mag.,vol.17,no.1,pp.1626,Mar.2022,doi:10.1109/

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224、arning forNext Generation Satellite Broadband Systems”,IEEE Trans.on Broad.,vol.66,no.3,Sep.2020,doi:10.1109/TBC.2019.2960940.83/8625M.Khan,A.Gaber,P.Schulz and G.Fettweis,Machine Learning for MillimeterWave and Terahertz Beam Management:A Survey and Open Challenges,IEEEAccess,vol.11,pp.11880-11902,

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226、9380.28B.Di,L.Song,Y.Li and H.V.Poor,Ultra-Dense LEO:Integration of SatelliteAccess Networks into 5G and Beyond,IEEE Wireless Communications,vol.26,no.2,pp.62-69,Apr.2019.29J.Heo,S.Sung,H.Lee,I.Hwang and D.Hong,MIMO SatelliteCommunication Systems:A Survey From the PHY Layer Perspective,IEEECommunica

227、tions Surveys&Tutorials,vol.25,no.3,pp.1543-1570,thirdquarter2023.30M.Y.Abdelsadek,G.K.Kurt and H.Yanikomeroglu,Distributed MassiveMIMO for LEO Satellite Networks,IEEE Open Journal of the CommunicationsSociety,vol.3,pp.2162-2177,Nov.2022.31张淅,郑重,王英杰等.面向巨型星座网络的多星多波束协作传输方法J.移动通信,2023,47(07):42-48.32赵梅

228、惠,叶能,金怡丰等.面向低轨多星协作的非正交传输资源分配方法J.无线电通信技术,2022,48(05):773-781.33陈山枝,关于低轨卫星通信的分析及我国的发展建议,电信科学,2020.34李高,王威,吴启晖.面向低轨卫星的频谱认知智能管控J.中兴通讯技术,2021,27(5):7-11.35赵春雁.基于 LSTM 的频谱预测算法研究D.哈尔滨工业大学,2011.36徐珉.面向 5G-Advanced 的天地一体化网络移动性管理研究J.移动通信,2022,46(10):26-34.373GPPTR 21.917,“Summary of Rel-17 Work Items(Release

229、17).”84/8638朱晓丹,黄庆秋.AI 赋能 6G 无线接入网技术研究J.科技创新与应用,2023,13(30):14-16+21.39方海,赵扬,王显煜等.6G 时代卫星算力网络发展思考J.空间电子技术,2023,20(02):8-14.40牛鑫,吕现伟,余辰.边缘智能：现状与挑战J.武汉大学学报(理学版),2023,69(2):270-282.41吴晓文焦侦丰刘冰凌翔.面向 6G 的卫星通感一体化J.移动通信,2022,46(10):2-11.42彭木根,张世杰,许宏涛,et al.低轨卫星通信遥感融合:架构,技术与试验J.电信科学,2022,38(1):12.DOI:10.1195

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231、络安全风险及策略研究J.通信世界,2023(12):46-49.46陈福莉,姜自森,蔡罗成,等.5G 非地面网络安全研究J.通信技术,2023,56(1):69-74.85/86致谢致谢历时半年，这本白皮书在 12 家单位的共同努力下终于完成了。牵头撰写这本白皮书让我感受到了前所未有的感激之情。虽然我很感激，但是却找不到适当的方法来表达。首先我想要感谢我的领导潘振岗博士，强调抓住事物的本质，指导我梳理复杂系统的逻辑。感谢我的同事李忻博士，在白皮书内容框架以及撰写思路上给予了极大的帮助，让我备受鼓舞，更要感激她极致严谨的治学态度，时刻提醒我注重白皮书的每个细节。感谢我的同事夏彦龙，夏彦龙负责卫星

232、部分的内容撰写，出色的完成内容撰写，为本白皮书新增了多个亮点内容。感谢我的同事谷磊，谷磊勇于承担白皮书多个章节的内容撰写，保质保量的完成撰写工作，在白皮书内容格式上给予了很大的帮助。感谢上海大学周婷教授的鼎力支持，周婷教授主动承担多个章节的牵头撰写工作，展现了上大人的担当。对撰写团队所有成员的感激之情，难以一一详述。总之，感谢撰写团队的精诚合作，没有大家的共同努力，就没有这本白皮书。编辑员：雷珍珠贡献者：紫光展锐（上海）科技有限公司：雷珍珠、夏彦龙、谷磊、李忻、徐志昆、韩鲁峰、潘振岗电子科技大学：武刚中国联通智能城市研究院：刘琪、宋蒙联通：朱斌电信：刘家祥上海大学：周婷中兴：刘汉超中电科思仪科技（安徽）有限公司：凌云志、刘祖深、许虎、张煜、刘龙北京理工大学：曾捷西安电子科技大学：任智源86/86中电信量子科技有限公司：罗俊中信科移动：韩波