面向2030及未来的5G/6G卫星通信系统演进

苑阿芳 ,  杨志华 ,  孙智立

工程（英文） ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (11) : 37 -44.

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工程（英文） ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (11) : 37 -44. DOI: 10.1016/j.eng.2025.06.025
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面向2030及未来的5G/6G卫星通信系统演进

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Evolution of Satellite Communication Systems Toward 5G/6G for 2030 and Beyond

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苑阿芳,杨志华,孙智立. 面向2030及未来的5G/6G卫星通信系统演进[J]. 工程（英文）, 2025, 54(11): 37-44 DOI:10.1016/j.eng.2025.06.025

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1 引言

从第一代（1G）、第二代（2G）全球移动通信系统（GSM）、第三代（3G）宽带码分多址（WCDMA）到第四代（4G）长期演进（LTE）蜂窝网络，地面网络（TN）在提升通信速率和改善用户服务质量（QoS）方面取得了显著成就。这些演进有效满足了不断增长的移动数据需求，并为后续无线技术[包括当前的第五代（5G）新空口（NR）网络以及未来的第六代（6G）网络]的发展奠定了基础。

5G无线网络旨在满足多类业务的差异化需求，涵盖增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）以及大规模机器型通信（mMTC）[1]。面向未来，6G无线网络致力于突破现有能力边界，实现不间断的全球连接，做到“随时随地、陆海空一体”的移动通信覆盖。尽管6G仍处于研发初期阶段，一些具有潜力的典型用例和应用已经被提出，如无处不在的移动超宽带（uMUB）、超高数据密度（uHDD）以及超高速、超高可靠低时延通信（uHURLLC）[2‒3]。这些用例要求实现全球覆盖，以满足多样化需求：uMUB确保城市、乡村及偏远地区用户都能持续获得高速互联网接入；uHDD支撑工业物联网（IoT）以及部署在海洋、沙漠等难以触达区域的大量设备和传感器连接；uHURLLC则为自动驾驶、远程医疗、应急救援等关键业务在偏远地区提供实时通信。然而，受限于TN覆盖范围有限、部署成本高昂以及地理环境复杂等因素，现有的5G系统在偏远或人口稀疏地区面临严峻挑战，具体表现为带宽受限、时延较高和连接不稳定等问题，难以有效支撑uMUB、uHDD和uHURLLC等高级用例的实施。这些挑战的根源在于TN所固有的瓶颈，包括覆盖能力有限、可扩展性不足以及对自然灾害的脆弱性。例如，在偏远地区部署和维护地面基础设施在经济上往往不可行，而传统卫星方案又难以满足现代应用对低时延和高吞吐的要求。同时，运维成本与经济可行性也进一步增加了在欠服务地区部署TN的难度。为解决上述问题，作为非地面网络[NTN，包括卫星星座、高空平台（HAP）和无人机（UAV）等与移动通信网络融合的系统]关键组成部分的先进卫星星座提供了一种颇具前景的解决方案，可实现全球覆盖、低时延和高吞吐。本文聚焦NTN中的卫星网络。

在早期阶段，NTN主要依赖传统卫星通信（SatCom）系统，如地球静止轨道（GEO）卫星。这类系统多为相对独立的专用系统，用于广播电视、导航和军事通信等应用。早期的卫星通信系统主要提供点到点链路或广播服务，与TN的交互有限，整体设计面向高时延、低吞吐业务，因此并不适合支持如今TN中普遍存在的高速、动态和交互式应用。早期卫星通信与TN的融合受到多方面技术和运营因素的制约。

• 传统卫星系统（尤其是GEO卫星）存在较高的时延（典型往返时延250~500 ms）和有限的数据速率，难以匹配TN中实时或高带宽业务的需求。

• 其所采用的协议、调制技术和网络架构与GSM、WCDMA或LTE等地面标准不具互操作性。

• 早期卫星系统部署和维护成本高，可扩展性有限，与TN相比难以构建大规模系统。

• 卫星系统架构偏静态、集中式，难以融入以用户为中心、动态演化的TN体系。

近些年，多项技术进展逐步缩小了卫星通信与TN之间的差距，使二者的无缝融合成为可能。高通量卫星、低轨（LEO）大规模星座以及具备波束赋形和星上处理能力的先进载荷的出现，显著降低了时延并提升了系统容量。第三代合作伙伴计划（3GPP）等标准化组织通过标准化NTN协议，确保其与5G NR等TN技术的兼容性。此外，软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的引入，使NTN拥有了更加灵活的动态控制机制，从而提升了与TN的互操作性。卫星部件的小型化以及商用现货器件的广泛应用降低了系统成本，使大规模部署NTN具备了经济可行性。同时，基于人工智能（AI）的网络管理与自动化调度进一步提升了NTN的性能，实现了高效的资源利用和与TN的无缝集成。特别是“卫星直连手机”的出现，进一步推动了NTN的变革：标准移动终端可直接与卫星通信，无需专用地面设备，从而将覆盖范围延展至以往难以触达的区域。依托上述技术进步，NTN已从相对孤立的系统演化为全球通信网络的重要组成部分，并在5G/6G中日益发挥关键作用，特别是在应对覆盖范围、可扩展性与可靠性等核心挑战方面。

本文系统梳理并分析了面向2030及未来、赋能5G/6G网络的卫星通信演进路径，重点讨论卫星通信技术、国际标准化进展、关键技术挑战以及未来发展方向。文章结构如下：首先，介绍与5G/6G网络一体化的卫星系统架构；其次，从国际标准视角回顾当前发展现状并展望5G/6G系统中卫星通信网络与TN融合的未来趋势；最后，总结卫星通信网络中亟待深入研究的关键挑战和技术方向。

2 卫星与5G/6G网络的一体化

卫星通信网络正逐步成为未来5G/6G网络不可或缺的组成部分，其整体结构如图1所示，由TN和卫星网络共同构成。TN覆盖海域、农村地区、交通系统、基站和其他地面基础设施；卫星网络由不同轨道高度的卫星组成，按轨道类别可分为GEO、中轨（MEO）和LEO卫星。卫星网络具备广域覆盖能力，能够满足5G/6G网络在多样化业务场景下的通信需求。不同类型的卫星可分别承担接入、转发和中继等功能，并支持网络的管理与控制[4]。不同轨道高度卫星的关键特性汇总于表1 [5‒6]。

如图1中“有效载荷类型”插图所示，卫星可搭载非再生透明载荷或再生载荷，这两种基本架构与轨道层无关。透明载荷主要执行频率变换、滤波和放大等基础功能，高级处理依赖地面基础设施，在这种情况下，卫星本质上扮演“弯管”中继的角色。相比之下，再生载荷则支持星上编码、解调和路由等功能，等效于在卫星上嵌入新一代Node B基站（gNB）的部分能力。通过星上处理与星间链路（ISL）的支持，再生载荷能够降低时延并提升网络灵活性，尤其在偏远或欠服务区域更具优势。

除了载荷架构的差异外，ISL是实现高效卫星通信的关键技术之一。ISL的概念[7]自提出以来不断演进。早期卫星系统高度依赖地面站，导致时延较大且覆盖受限。20世纪70年代，美国航空航天局（NASA）的跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）引入了具备直接通信能力的中继卫星，降低了对地面站的依赖，并提高了对LEO卫星的覆盖能力。到20世纪90年代，Iridium和Globalstar等星座已采用ISL支撑全球覆盖和动态路由。ISL最初采用射频（RF）技术，后来逐步演进为光学星间链路（OISL）[8]。相较RF，OISL具有显著优势：其数据速率可达400 Gbps（而典型RF仅约为300 Mbps）；得益于极窄的波束特性，OISL拥有更强的抗干扰能力，并具备更高的能效[9]。这些技术进步使ISL成为NTN的关键基础，尤其在支持密集型大规模星座部署方面发挥着至关重要的作用。为满足日益增长的全球连接和用户密度需求，大规模星座高度依赖ISL，以在数百甚至上千颗卫星之间实现无缝通信。然而，ISL仍面临若干挑战，包括OISL部署成本高、波束对准精度要求严苛以及需要在大规模星座中进行动态网络管理等问题。为应对这些挑战，未来研究可探索用于优化对准的自适应波束赋形、智能调度算法以降低干扰以及节能化设计以减少部署与运维成本。

尽管ISL显著提升了卫星网络能力，但不断增长的全球覆盖需求和高容量连接需求使部署大规模星座（如超大型LEO星座）成为必然趋势。推动大规模星座发展的原因主要有两点：其一，传统仅包含数百颗卫星的星座虽可解决部分区域性问题，但无法实现真正意义上的全球覆盖，极地、偏远岛屿和欠服务地区往往仍存在覆盖空洞，而大规模星座可有效填补这些空白，提供连续可靠的全球服务；其二，即便实现全球覆盖，如果卫星数量有限，也难以支撑高密度用户环境中的并发接入和高容量需求。超大型LEO星座还可通过规模化制造降低单星成本，并在偏远区域减少对昂贵地面基础设施的依赖，从而提升5G/6G网络的经济可行性；结合频谱复用和与TN的无缝融合，整体成本效益可进一步提高。实时增强/虚拟现实、IoT及自动化系统等新兴应用对网络吞吐量和时延提出了更为苛刻的要求。凭借良好的可扩展性和灵活性，超大型LEO星座被视为应对上述挑战的关键。同时，部署超大型星座也面临若干关键挑战，包括频谱资源分配、轨道碎片管理以及能耗等问题。

基于SDN的管理在应对大规模星座复杂性方面发挥着关键作用。通过SDN可实现跨数千颗卫星的动态资源分配和高效网络控制。将SDN与再生载荷结合，可实现星上处理和路由，进一步降低时延、提升灵活性。如图1所示，Yang等[10]提出了一种SDN主/备控制器部署方案，其中LEO和MEO卫星构成数据平面，地面站与GEO卫星共同构成控制平面。该方案中，地面控制器作为GEO主控制器的备份。与分布式控制架构相比，集中式SDN控制具有多方面优势：能够减少信令开销、改善响应时间并依托全局视图实现整体优化。这一点对大规模星座尤为重要，因为在大传播时延和高度动态拓扑条件下，分布式协同和同步难度极大。分布式架构尽管在局部弹性方面具有一定优势，但它往往会导致决策碎片化和系统复杂度提升。考虑卫星平台上的功率、计算和存储资源受限，集中式SDN控制更符合系统实现需求，有助于提升系统的可扩展性和灵活性，并在5G/6G环境中连接设备数量不断增长的背景下保持系统性能一致性。这不仅是一种面向工程实现的务实选择，更体现了未来网络基础设施向智能化、自适应以及全局优化方向演进的战略趋势。因此，在大规模星座部署中采用集中式SDN控制框架，更适合支撑未来5G/6G系统中对低时延和任务关键业务的需求。

为实现真正意义上的全球连接，卫星网络必须优先考虑与TN的无缝融合。当前卫星架构主要强调广域覆盖，而未来系统还须进一步应对动态资源分配、时延收敛以及在异构环境中支持高用户密度等关键问题。再生载荷和ISL的采用，对提升卫星网络灵活性和可扩展性至关重要，可支持去中心化的数据路由和星上处理。同时，集中式、基于SDN的控制机制为管理复杂系统提供了有前景的方案，可优化全局资源分配并实现更具响应性和智能化的网络编排。上述进展将确保卫星网络能够满足5G/6G通信对性能与可靠性的严格要求。

3. 5 G/6G中卫星通信的发展

在5G/6G系统、相关技术领域以及由主要标准化组织[3GPP、国际电信联盟（ITU）、欧洲电信标准协会（ETSI）和电气与电子工程师协会（IEEE）]主导的国际标准方面，卫星网络已经取得了重要进展。

3GPP已发布了一系列关于NTN的技术报告和规范，以支持未来TN与卫星网络的融合[11‒12]。图2展示了3GPP面向5G、5G-advanced和6G系统的相关版本及其演进过程。每个版本通常经历开放（open）、冻结（frozen）和关闭（closed）三个阶段。需要指出的是，一旦版本冻结，系统必须经历开发、测试、试点和部署等环节，在实现大规模商用前往往需要数年时间。

5G相关版本包括Release 15（Rel-15）、Rel-16和Rel-17。其中，Rel-15定义了包括NR在内的基础5G业务；Rel-16增加了卫星回传、卫星接入架构框架以及控制面/用户面协议机制等功能。文献[13]介绍了5G中卫星接入的若干用例，文献[14]则详细阐述了5G卫星链路技术细节。Rel-17首次将NTN作为5G系统架构中的核心组成部分进行引入，增加了更多功能，包括IoT支持以及直连终端的卫星链路。Rel-17包含两个项目：一是面向客户终端设备的卫星回传通信以及面向手持终端的低数据率直连业务；二是支持增强型机器类通信和窄带IoT的卫星通信。Rel-17中引入的5G NTN包括以下关键特性[15‒16]。

（1）频段：仅考虑S波段的FR1频段以及Ka波段作为NTN可用频段。

（2）小区部署：为NTN定义了三种小区部署方式：地球移动小区、准地球固定小区和地球固定小区。不同部署方式在复杂度和对用户设备移动性的影响方面存在差异。为提升NTN环境下的性能，引入了条件切换、用户设备能耗优化以及自适应时序调整等增强功能。

（3）双工方式：为应对NTN中较大的传播时延和往返时延，频分双工被认为是可行的双工方式。

（4）设备兼容性：支持NTN的设备包括手持终端和IoT设备，以及配备定向天线和较大发射功率的甚小口径终端（VSAT）。

（5）定位与时间同步：假定所有用户设备均配备全球导航卫星系统，以实现精确定位，并对由卫星运动和长传播时延引起的频率与时间偏移进行校正。

（6）卫星波束类型：支持地球移动和地球固定两类卫星波束。Rel-17于2022年6月冻结，标志着NTN技术与5G融合的起点。

Rel-18进一步完善了5G-advanced系统，其目标包括提升覆盖与容量、支持多播/广播业务、支持再生载荷以及支撑简化能力终端等。Rel-18的主要改进包括以下几个方面[15‒16]。

（1）移动性增强：引入了改进的用户设备移动性管理，以处理卫星与TN之间的切换，以及地球移动与地球固定小区之间的切换。通过改进测量机制、切换流程和小区重选策略，实现了更高效的移动性管理。地表区域的跟踪方式保持不变，与Rel-17保持一致。

（2）频谱分配：10 GHz以上频段被分配给VSAT（包括机载、车载和海上终端），这些终端具备更高的天线增益和发射功率，可支持宽带通信。然而，由于终端能力和路径损耗等限制，手持用户设备和IoT设备无法使用这些频段。

（3）覆盖扩展：将低数据率业务的覆盖扩展到所有类型的卫星。此外，针对LEO卫星，明确支持基于互联网协议的语音服务，以减轻传播时延对业务的影响。

（4）法规合规性：完善用户设备位置上报机制，以满足紧急通信、公众预警和计费准确性等方面的监管要求，从而提升合规性和服务可靠性。

（5）AI和机器学习（ML）：探索利用AI/ML算法优化NR空口性能的可行性。

Rel-18于2024年6月正式冻结，标志着首个5G-advanced版本的完成，其制定历时三年多。当前Rel-19和Rel-20正在推进中，其中Rel-19可被视为通往6G的过渡版本，潜在研究主题包括以下几点。

（1）下行覆盖增强[17]：在Rel-17已完成的上行增强基础上，进一步提出下行方向的改进方案，重点面向5G NR的控制信道与数据信道，以提升系统在复杂/严苛场景下的覆盖性能。

（2）AI/ML [18]：重点解决NTN与TN在连接模式下的移动性问题，特别是考虑两类链路时延差异的影响，利用AI/ML预测未来最优服务小区。

（3）间断覆盖支持[15]：针对非地球静止轨道（NGSO）场景中无法实现连续覆盖的情况，Rel-19将探索保障通信的相关机制与方法。

（4）再生载荷[19]：在Rel-17和Rel-18中，卫星载荷以透明（非再生）载荷为主；后续将探索在卫星上采用再生载荷，以提供更灵活的NTN部署，使网络部分功能能够在空间侧实现。

（5）多播/广播服务[20]：在Rel-18已经为TN定义的多播/广播服务基础上，将其扩展到NTN，以支持高效的卫星通信广播业务。

（6）异步多连接[15]：将重点支持跨不同轨道（GEO、MEO和LEO）及多频段的异步多连接，促进三维网络的发展。

总体来看，NTN在各个3GPP版本中的角色不断演进，其集成程度和技术复杂度持续提升。在Rel-15中，NTN主要被视为扩展欠服务区域覆盖的补充方案。到Rel-16，引入了卫星回传、架构框架和IoT支持，使NTN与TN的基本融合成为可能。在Rel-17中，NTN被纳入5G架构的核心组成部分，引入了IoT支持、终端直连以及卫星链路移动性增强。进入Rel-18之后，NTN作为5G-advanced网络的重要部分，重点围绕移动性、覆盖和频谱效率的提升，并探索AI/ML的深度应用。展望Rel-19和Rel-20，NTN将进一步支撑异步多连接、再生载荷等复杂场景，在5G向6G过渡的过程中发挥关键作用，成为实现全球无处不在连接的核心支柱。

NTN的引入显著增强了5G系统中uMUB、uHDD和uHURLLC的性能。

（1）uMUB：借助全球覆盖与高吞吐技术（如LEO卫星和波束赋形），NTN将宽带连接扩展至偏远地区，并支持数据密集型应用。

（2）uHDD：通过动态频谱共享、网络切片以及混合架构，NTN优化频谱利用与网络容量，可应对城市环境、IoT部署等典型高密度场景。

（3）uHURLLC：通过将LEO卫星与星上边缘计算、多轨道冗余以及替代路由相结合，NTN可提升关键业务（如自动驾驶与工业自动化）的可靠性和时延性能。

这些能力可降低端到端时延，并在易故障或基础设施匮乏的环境中提供稳健的通信路径。例如，基于LEO的NTN场景可将往返时延降至30~50 ms、可靠性超过99.999% [21]，能够满足5G及更高阶段中对uHURLLC的严苛要求。

ITU作为全球电信标准化领域的权威机构，负责全球无线电频谱和卫星轨道资源的分配与管理、国际电信标准的制定、全球互联互通的推动以及电信产业的发展。ITU无线电通信部门（ITU-R）先后发布了国际电信联盟《IMT-2020地面无线电接口的详细规范》（5G）[22]以及《面向2030年及未来的地面国际移动通信系统未来技术趋势》（IMT-2030, 6G）[23]。在这些文件中，NTN融合作为提升无线网络能力的关键技术之一被重点强调。IMT-2030愿景提出了6G发展的8项关键能力，对时延、用户体验速率、峰值速率、连接密度、移动性、能效、区域流量密度以及频谱效率等指标提出更高要求，同时强调提升系统安全性、可靠性和韧性。未来6G系统还将与多种接入技术深度融合，提升系统功能，实现无缝的全球宽带移动通信，包括与LEO、MEO、GEO卫星以及HAP和UAV等NTN的互操作。表2列出了IMT-2020与IMT-2030的技术对比，包括5G中的SDN、自组织网络（SON）、NFV等关键技术，以及6G中的全息应用、卫星-NTN一体化和瞬传/远程呈现（teleporting）等新兴能力。

从5G走向6G，NTN的角色正从主要用于扩展偏远与欠服务地区覆盖的“补充系统”，演进为构建统一全球三维通信网络的核心组成部分。在6G体系中，NTN有望与TN无缝融合，支撑自动驾驶、沉浸式应用以及实时感知等高级用例。为实现这一目标，NTN必须满足一系列更为严格的性能指标：峰值速率从5G的10 Gbps提升至1 Tbps，时延从1.0 ms降至0.1~1.0 ms，可靠性从10-5提升至10-7~10-5，连接密度从每平方米106台演进至106~108台设备。此外，6G-NTN将引入通感一体化、AI驱动的资源优化、最高1000 km∙h-1的超高速移动性支持以及频谱共享等新特性，与ITU的IMT-2030愿景保持一致，构建可持续、高韧性、无处不在的连接基础设施。上述演进凸显了NTN在衔接地面与非地面系统、支撑下一代通信网络需求中的核心作用。

除3GPP和ITU开展的广泛工作之外，ETSI和IEEE也在5G/6G背景下卫星通信与NTN标准化进程中作出了重要贡献。ETSI通过其卫星地球站与系统（SES）技术委员会发布了多份关键文件。文献[24]概述了在5G系统内实现卫星与TN融合的技术挑战和架构方案，讨论了GEO、MEO、LEO卫星以及HAP系统与地面基础设施的互操作性，并强调了网络切片和边缘计算等使能技术。此外，文献[25]从技术层面对宽带卫星系统在不同频段上的协议进行了比较，涵盖卫星数字视频广播第二代扩展/卫星返回信道（DVB-S2X/RCS2）与3GPP NR协议，指出了峰均功率比、链路自适应等协议层挑战，并评估了将NR适配至卫星特定环境的影响。这些工作从独立的系统层视角出发，补充了3GPP标准，聚焦于跨系统兼容性与性能优化。与此同时，ETSI成立了面向NTN的产业规范组（ISG），以探索NTN用例并支持面向6G的早期预标准化活动。

IEEE则通过发布IEEE 1932.1—2024标准[26]推动相关工作，该标准为移动无线网络中授权与非授权频谱的互操作性建立了统一框架。标准定义了分布式无线接口间的介质接入控制（MAC）层和物理层协调机制，特别关注通过无线保真（Wi-Fi）等非授权频段提供补充下行链路。它引入了一种部署于移动边缘的虚拟控制器架构，能够根据非授权信道的实时可用性动态协调多连接模式。通过业务引导机制，该框架可提升吞吐量、降低时延，满足异构网络环境（包括卫星与地面系统一体化）中uHURLLC的需求，为NTN用例提供跨系统的连接管理与协同机制。

4 未来研究的关键挑战与技术方向

在5G/6G框架下，卫星与TN的融合前景广阔，有望实现全球无处不在的覆盖，为“全球范围内的泛在连接（人与物）”提供连续通信能力。然而，实现这一目标仍面临诸多挑战，包括卫星系统固有的长传播时延、卫星移动与切换管理，以及路由与路径选择优化等问题。同时，高效的资源管理对保障用户QoS至关重要，直接影响整个网络性能。为充分释放卫星-TN融合的潜力，必须重点解决以下挑战[27‒29]。

（1）长传播时延：由于卫星运行在较高轨道（尤其在GEO系统中），卫星通信不可避免地存在较大的传播时延，这会显著影响端到端通信时延。为缩短时延并提升QoS，需要在网关部署选址、多跳传输策略以及移动边缘计算等方面进行优化。

（2）高多普勒频移：卫星链路中（尤其在LEO与MEO卫星场景下）的高多普勒频移，会导致信号劣化和连接不可靠。为保持链路稳定，需要采用有效的多普勒补偿技术与实时跟踪系统，以确保高速卫星网络中的不间断通信。

（3）资源管理：在卫星-地面一体化网络中，高效资源管理是实现频谱、带宽和计算资源最优利用的关键。通过频谱共享、网络切片以及AI驱动的资源编排/管理，可在卫星网络与TN之间平衡资源需求，同时保障QoS。

（4）动态波束覆盖与网络自适应：随着卫星运动，其覆盖区域会不断变化，从而影响连接稳定性和数据速率。为应对这一挑战，需要采用先进的自适应波束赋形技术和实时覆盖调整机制，在移动及高速场景中保证稳定、高效的覆盖。

（5）移动性与切换管理：在LEO和MEO等轨道中，卫星相对用户移动速度较快，移动性与切换管理尤为关键。需要采用动态波束赋形和先进的切换算法，在用户穿越不同卫星覆盖区域时保持稳定连接，尽量降低频繁切换导致的性能下降风险。

（6）路由与路径选择：在卫星-地面融合网络中，由于卫星位置和链路质量随时间变化，最优路由的选择变得更加复杂。需要设计能够动态适应网络状态变化的自适应路由算法，以确保在大规模星座中实现高效数据转发并尽可能地降低时延与抖动。

为进一步推动5G/6G背景下的卫星通信发展，潜在研究方向可结合开放系统互连（OSI）模型的不同层次进行归类。

（1）应用层-卫星直连智能手机[30]：传统卫星电话通常需要体积庞大的天线，而近期技术进展已使标准5G智能手机具备直接连接卫星的能力。该技术正在快速演进，正成为“天地一体化”通信基础设施的基石。行业领军者[如SpaceX（Starlink）、AST SpaceMobile与Lynk Global]已成功展示了卫星直连手机的实现方案，使手机无需专用硬件即可接入卫星系统。现有路径包括双模终端、通过软件更新使传统手机接入以及遵循3GPP NTN标准的实现方案，并已在全球范围内被逐步采用[31]。面向未来，卫星系统须通过先进的频谱共享、干扰抑制和网络切片等手段，支持海量用户同时接入，确保资源高效分配与QoS。

（2）网络层-超大型LEO星座[32]：超大型LEO星座将在拓展偏远地区连接与支撑5G/6G系统方面发挥关键作用，并有望通过规模效应降低成本，使5G/6G部署更具经济可行性。此外，结合AI与智能网络管理的超大型LEO星座，将实现更高效、可靠的全球通信服务。

（3）MAC/物理层-频谱共享[33]：随着全球通信需求的持续增长以及IoT设备数量的激增，频谱资源日益紧张，TN与卫星网络之间的频谱竞争愈加激烈。在卫星-地面一体化网络中实施频谱共享是一条可行途径，可在两类网络间复用同一频谱，从而提升频谱效率。可采用空域与时域频谱共享、认知式架构以及基于非正交多址接入的协作传输等技术，以提高资源利用率。未来网络可能在单一运营者下实现一体化运作，推动全频段共享，并借助云化架构实现更高效的管理，从而在有限频谱下扩展覆盖并优化资源使用。

（4）数据链路层-卫星波束覆盖自适应[34]：随着卫星运动，地面波束覆盖的脚印会由于仰角变化而改变，从而影响覆盖效果。实现6G NTN高数据率的关键之一是相控阵波束赋形技术。通过动态调整各天线单元的相位，卫星可以将波束指向地面特定区域，在不增加切换中断的情况下延长有效服务时间，相比不可转向波束具有明显优势。

（5）物理层-光无线通信（OWC）[35]：OWC是6G NTN的变革性前沿技术，有望实现Tbps级数据传输速率[35]。在ISL场景中，OWC依托先进的激光通信系统，利用波束指向与自适应光学保持精确对准，实现超高速、超精确的数据交换；在卫星到用户设备的链路中，OWC将通过鲁棒的调制方案和射频-光学混合方案应对大气传播挑战。与射频相比，OWC具备更高的能效和更低的干扰，将在提升吞吐量与实现可持续NTN发展方面发挥关键作用。

（6）物理层-可重构智能反射面（RIS）[36]：RIS被视为推进6G卫星网络的关键方向之一，尤其适用于IoT场景。将RIS与背散射通信结合，可显著提升网络容量与效率。RIS在满足6G NTN中不断增长的IoT需求方面潜力巨大；后续研究应侧重于RIS部署优化、信道估计与资源管理，以充分释放其效益。

5 结论

卫星网络与TN的深度融合被普遍视为从5G走向6G的重要发展趋势之一。本文围绕卫星通信赋能5G/6G在多类场景下实现无缝通信进行了综述与分析。本文首先简要介绍了5G/6G体系下卫星通信的整体架构；然后从3GPP和ITU等国际标准的角度回顾了卫星通信的发展历程与最新进展；最后总结了卫星通信在5G/6G系统中面临的关键挑战并讨论了潜在的研究方向。

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