【封面文章】6G星地融合网络：需求、挑战与关键技术

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"6G卫星互联网”专题

《移动通信》2025年第6期

封面文章

6G星地融合网络：需求、挑战与关键技术

223，匡麟玲1,4

（1.清华大学北京信息科学与技术国家研究中心，北京 100084；

2.清华大学电子工程系，北京 100084；

3.中国电信研究院，北京 102209；

4.清华大学天基网络与通信全国重点实验室，北京 100084）

【摘 要】卫星网络与地面网络相融合，构建天地一体网络基础设施，是6G时代实现移动通信网络的广域覆盖服务的必经之路。从6G时代星地融合网络新需求出发，结合卫星网络与地面网络的发展现状，分析了6G星地融合网络发展面临的挑战。提出了基于跳波束的6G星地融合网络架构，利用卫星跳波束技术带来时空频等多维度资源的自由度，实现星地网络通信资源的共享，为用户提供连续一致的通信服务。最后对6G星地融合网络关键技术进行了总结与展望，为探索6G时代星地融合绿色、简约、智慧发展新模式提供参考。

【关键词】星地融合网络；网络架构；跳波束；6G

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.20250507-0004

中图分类号：TN929.5文献标志码：A

文章编号：1006-1010(2025)06-0002-09

引用格式：刘秉坤,常锴,成婕妍,等. 6G星地融合网络：需求、挑战与关键技术[J]. 移动通信, 2025,49(6): 2-10.

LIU Bingkun, CHANG Kai, CHENG Jieyan, et al. 6G Satellite-Terrestrial Integrated Network: Requirements, Challenges and Key Technologies[J]. Mobile Communications, 2025,49(6): 2-10.

0 引言

随着信息技术的快速发展以及通信需求的快速增长，4G/5G移动通信网络已经成为了重要的基础设施，可以为用户提供高速率、低时延的通信网络服务。但是受限于地理环境和经济因素，地面网络的覆盖难以推广至全球各个区域。同时，地面网络设施韧性较差，难以应对灾害场景。2023年京冀水灾和2021年郑州水灾等灾害均使信息基础设施严重受损，通信大面积阻断，给应急救援、灾后快速恢复带来很大的困难。

卫星网络天然具有广域覆盖的优势，可以不依赖地面基础设施，容灾性和抗毁性更强，相比地面网络更加适合提供全球覆盖和应急通信服务。但是，卫星通信网络面临建设成本高、建设周期长、路径损耗大和传输时延长等问题，相比地面网络发展较为缓慢。

目前，卫星网络和地面网络相互独立发展，技术体制、网络架构、终端形态等均存在较大差异。在6G时代，需要充分发挥卫星网络和地面网络各自的优势，构建星地融合网络，在保障人口密集区域高速通信服务的同时，将网络覆盖拓展至全球，为更广阔的用户提供网络服务，弥合数字鸿沟，实现全球无缝覆盖的目标[1]。

6G星地融合网络将面临更多新需求和新挑战，需要探索更加高效的新型网络架构，突破新技术。本文从6G星地融合网络的需求出发，总结了卫星网络和地面网络的发展现状，讨论了星地融合网络面临的挑战，进一步提出了基于跳波束的6G星地融合网络架构，最后对未来的研究方向和关键技术进行了展望。

1 6G星地融合网络的需求与发展现状

1.1 6G星地融合网络需求

近年来，地面网络发展迅速，据GSMA《The Mobile Economy 2024》报告，全球移动互联网人口覆盖率高达95%以上，但地理覆盖率仅为约45%[2]。2024年，5G覆盖率已达世界人口的51%，但分布极为不均，高收入国家的5G覆盖率高达84%，而低收入国家仅为4%。自2018年全球3G覆盖率突破90%以来，提升速度明显放缓，五年间仅增加了5个百分点[3]。此外，广袤的荒漠、山地、海洋和天空等区域也缺少网络的覆盖。随着人类日常活动范围越来越大，对于全球通信的需求越来越高。因此，6G网络的核心目标之一是实现空天地海全时全域覆盖与无缝连接，星地融合网络成为下一代通信网络发展的新趋势[4]。为了实现这一目标，6G网络需要具备多层次的通信基础设施，融合地面、空中（如无人机、高空平台）以及卫星等无线接入点，补充地面基础设施，构建三维异构网络架构[5-7]。这一架构不仅能够为传统网络难以覆盖的区域提供经济高效的按需服务，还能提升网络的弹性与多样化能力。

在星地融合网络中，不同区域由不同的网络基础设施提供覆盖和服务，不同网络基础设施的服务能力和质量的差异很大，但是用户期望在任何地点、任何时间获得一致的连接质量，获得“零感知”网络体验。例如用户在乘坐飞机和轮船等大范围移动的交通工具时可以进行流畅的通信，不因为网络的切换或漫游等问题导致服务的中断。这要求6G星地融合网络在接入网侧使用相同或相近的频率和体制，以支持终端随遇接入地面基站和卫星；在核心网侧深度融合，统一调配地面网络和卫星网络的通信资源，实现用户一致性服务质量保障。

（2）万物互联到万物智联

随着移动通信网络和物联网设备的发展，网络逐渐从人与人之间的连接演变成人、设备、数据和环境的连接，通过万物互联构建一个智能化、实时响应的世界，可以实现工业、农业生产和生活的信息化和自动化。6G时代，在万物互联的基础上，通过人工智能和大数据分析等技术的深度融合，赋予网络和设备自主感知、决策与学习能力，从“连接”升级为“智能协同”，实现万物智联。网络从自动化走向智能化，从原先被动采集数据到主动感知、主动决策和主动优化，从被动响应到主动预判。不仅优化现有流程，更通过数据融合与智能决策重新定义人类与世界的互动方式。在更远期的未来，无需人类指令，系统可以主动理解需求、调配资源，实现真正的可持续发展。

随着物联网规模持续扩大，2024年上半年全球蜂窝物联网连接数达到39亿，同比增长20%，过去5年增长181%[8]。蜂窝物联网连接数到2030年预计将超过70亿[9]。智能电网、智慧农业、远程医疗、智能物流等关键应用对网络覆盖性、连接密度、时延及可靠性提出极高要求。以智能电网为例，电力分配需要无处不在的通信网络来访问智能电网中新兴的物联网应用[10]，因此要求网络具备极高的覆盖性。在工业自动化场景下，工厂自动化中的机器人运动控制和触觉交互等关键任务，对网络连接数和时延、可靠性要求极高。工业自动化的端到端时延要求为0.25～10 ms，可靠性高达99.999 999 9%。6G星地一体化网络在全球覆盖、资源稀缺、网络动态性强和服务多样化等方面面临诸多挑战，传统静态或单一AI方法难以高效应对这些难题，只有通过智能化、协同化的网络管理与资源调度，才能满足未来6G时代对高效、灵活、智能通信与计算服务的要求，真正实现“万物智联”[11]。通过引入数字孪生等新兴智能技术，6G网络能够实现虚实融合与智能闭环，实现“万物智联”[12]。同时，支持数字孪生的一体化星地网络能够降低风险和延迟，快速实现网络恢复，并实时优化物联网设备的资源分配[13]移动通信网络已经成为社会基础设施，像水和电一样成为生产生活的基本要素。随着智能终端和新兴应用的爆发，全球移动数据流量激增，带来巨大的能源消耗和碳排放压力。2022年，运营商消耗了约320 TWh的电力，约占全球用电量的1.3%[14]。随着5G网络大规模部署，全球移动通信网络的能耗急剧上升，5G基站单站能耗为4G的2～3倍[15]。中国数据中心行业的用电量到2030年将比2020年翻倍，主要原因之一就是5G和物联网的快速扩张[16]。5G架构的扩容方式主要体现在通过增加小基站密度、部署更多天线，若6G沿用5G架构并继续扩容，随着用户数和终端数的激增，整体通信系统的能耗将大幅提升[17]。因此，绿色高效成为6G网络发展的核心目标之一[18]。国际电信联盟（ITU, International Telecommunication Union）也将能效作为6G的八大关键能力之一，明确提出网络侧和终端侧的能效指标，强调绿色高效的重要性。在6G及低碳经济发展的驱动下，星地融合网络架构成为提升能效的关键手段。充分利用卫星广域覆盖的能力和地面基站大容量服务能力，优化卫星和地面基站的覆盖范围，在保证热点区域覆盖容量的基础上，扩展更广的覆盖范围，同时减少所需地面基站的数量，有效降低网络架构复杂度，减少网络本身的能耗。地面基站能耗高，而卫星能力受限，因此亟需高效的能量管理策略。人工智能技术的引入可以进一步优化网络资源分配，不仅可以有效降低能耗，还可以提升网络整体性能[19]。通过在网络中引入边缘智能，用户业务可以被动态卸载到卫星或地面基站，在最大程度减少延迟的同时，兼顾网络能耗的最小化[20]。特别地，物联网对能效、可持续连接有更高需求，能效问题直接影响物联网终端寿命和网络可持续性。因此在6G网络中，需要进一步发展智能节能调度、能量采集与回收等技术，实现零能耗、零成本、零排放的物联网部署，在6G网络的支持下推动绿色社会的实现。

1.2 6G星地融合网络发展现状

（1）地面网络发展现状

近年来，地面网络发展迅速，已成为重要的基础设施。2021年我国超过99%的行政村实现光纤和4G网络的全覆盖，固定宽带接入的需求已经基本得到满足。为了追求更高的速率和更大的容量，地面5G网络逐渐呈现出小区覆盖范围越来越小、容量日益集中的趋势。根据ITU制定的IMT-2020标准，5G网络上下行峰值速率分别需要达到10 Gbps和20 Gbps，支持每平方公里百万级连接，但是由于频谱有限且容量需求剧增，传统的宏基站已经难以满足流量需求。为了实现高效的频谱复用，提升网络容量，大规模部署小基站将成为5G蜂窝网络的关键技术[22]。传统蜂窝网络的单个小区覆盖面积可达数百平方公里；而现在，小区的面积已经缩小到一平方公里，特别是在城市热点区域，基站之间的间距只有200米，单个小区的覆盖面积甚至不到十分之一平方公里。大规模部署基站使频谱可以在更小的地理范围内多次重复利用，从而提升整体网络容量。尽管如此，为实现更大范围的覆盖，需要的基站数量越来越多，导致网络建设成本和复杂度越来越高。

（2）空间网络发展现状

随着卫星制造和火箭发射等相关技术的发展，通信卫星星座的发展如火如荼，全球主要国家和企业纷纷布局建设卫星星座。美国SpaceX的Starlink星座已累计发射超过7 000颗卫星，目标组网规模超12 000颗，全球用户数已超550万，并在持续增长。欧洲OneWeb星座已经发射了630颗卫星，目前是仅次于Starlink的低轨卫星星座，已经开始提供服务。

随着星地融合网络探索的持续推进，为了支持存量终端接入卫星网络，手机直连卫星相关技术受到了越来越多的关注。SpaceX已经发射了超300颗手机直连卫星，部署在高度为350公里的轨道上，搭载了超过6平方米的天线和4G基站模块，具备收发4G信号的能力。美国联邦通信委员会（FCC, Federal Communications Commission）已经授权SpaceX在Starlink卫星上使用T-Mobile的移动频段，向用户提供手机直连卫星短信服务。AST SpaceMobile通过BlueWalker 3卫星验证了手机直连卫星的可行性，搭载64平方米超大规模相控阵天线，复用地面4G/5G频段，实现对存量手机的兼容。在此基础上，AST SpaceMobile计划构建由168颗BlueBird卫星组成的星座，截至2025年4月，已发射5颗卫星。手机直连卫星要克服干扰、全球频率不统一，以及应对因频率选择带来的系统和终端改造等一系列挑战[23]。

（3）标准化现状

ITU通过对频谱规划、轨道资源分配、业务类型与性能指标的明确，为星地融合网络的标准制定提供了指导。2017年，ITU针对5G卫星网络的应用场景与技术需求展开研讨，为后续标准化工作奠定理论基础。2022年，ITU进一步制定卫星无线接口的愿景、需求及评估指南，为空天地一体化网络的技术规范细化提供重要参考。在频谱规划方面，2023年，世界无线电通信大会（WRC, World Radiocommunication Conference）通过决议，研究将卫星通信频段7 125—8 400 MHz频段用于国际移动通信（IMT, International Mobile Telecommunications）系统的技术条件，并将在WRC-27上审议。

3GPP作为蜂窝移动通信国际标准的重要制定者，在星地融合网络的标准化中也发挥着关键作用。3GPP NTN（NTN, Non-Terrestrial Networks）项目从2017年Release 15开始对空天地一体化通信的场景需求开展研究，并在2019年的Release 16中提出了卫星与地面网络协作的集成架构与解决方案。2021年，Release 17首次将NTN正式纳入5G体系，实现透明有效载荷与终端直连技术的标准化。2024年，Release 18进一步研究了NTN增强技术，包括移动性增强、覆盖范围增强和服务连续性增强等技术。截至Release 18阶段，NTN的研究主要集中在卫星透明转发载荷，但以透明传输模式运行的卫星通信服务在一定程度上仍然受到地理位置的限制。因此，Release 19聚焦星上再生模式，规划下行覆盖增强、上行容量提升等关键技术。未来将进一步探索不同轨道卫星协同、核心网能力增强以及星地频谱共享等方面的关键技术和标准[24]。

2 6G星地融合网络面临的挑战

2.1 网络架构繁杂与边际效用递减

当前地面网络和卫星网络面临架构繁杂与边际效用递减的挑战。在地面网络中，为了追求更高的容量和更高的频谱效率，基站覆盖范围越来越小，为完成区域覆盖所需基站的数量和密度越来越高，网络建设和运营的成本也随之增长。在卫星网络中，延续地面网络的建设思想，以Starlink为代表的低轨星座将卫星部署在更低的轨道，以追求更少的路径损耗、更高的速率和更低的时延。但是更低的轨道意味着单颗卫星更小的覆盖范围，为实现全球覆盖需要超大规模的卫星组成星座，网络复杂度快速增长。随着网络复杂度的上升，网络的建设和运营成本都会呈超线性增长，这是由于网络间的拓扑关系随着节点的增多而变得复杂。对于卫星网络来说，形成多星连续组网需要星间链路或地面信关站的支持，特别在非静止轨道卫星星座中，卫星相对位置关系动态变化，对卫星的遥测遥控以及网络的管理提出了更高的要求。进一步，如何将大量密集基站组成的地面网络和大规模非静止轨道卫星星座组成的卫星网络协同组网，进行高效管控并提供服务，是6G星地融合网络面临的首要问题。

网络的收益往往因为各种因素呈亚线性甚至反向增长。以卫星网络为例，由于卫星间频率通常复用，卫星数量的增加导致波束的旁瓣泄漏更容易引起星间干扰，从而带来容量的损失。针对网络效能与规模关系的问题，文献[25]对非静止轨道卫星星座规模与中断概率和遍历容量的关系进行了建模与分析，重点关注了多星之间的干扰对星座容量的影响。分析结果表明，当用户规模较小时，增大卫星星座的规模可以降低用户与接入卫星之间的通信距离，进而降低中断概率、提高容量，但是受限于用户规模，最终呈现平稳趋势；当用户规模较大时，随着星座规模的增长，可服务用户数逐渐上升，星座内部干扰强度随之增加，这种干扰将极大限制星座上行容量，使得大规模星座不能提供与其规模呈现正相关的容量。在星地融合网络中，卫星和地面基站等无线接入点种类繁多、特点各异，之间的相互影响关系也各不相同，在设计建设过程中需要充分考虑系统间的协同分工，而不能一味地追求规模的增长。

2.2 业务需求的非均匀性与突发性

传统的地面网络主要服务陆地人口分布密集的区域，在这些区域用户分布集中且较为均匀。但是，6G网络的目标将服务范围扩展至全球，在大时空尺度范围内，业务需求的分布呈现显著的时空非均匀特性。空间上，人口分布非均匀，全球90%的人口集中在10%的陆地面积上，而陆地面积只占地球总面积的29.2%。时间上，业务流量随人们使用网络的习惯也呈现一定的波动性。另一方面，航空和海洋用户也是卫星业务需求的重要来源，民航航班与海洋船只的分布通常聚集在热门航线附近，也存在显著聚集性。此时，如果沿用传统蜂窝的均匀平铺式覆盖模式，大量通信资源被部署在业务需求不足的区域，导致通信资源使用效率难以提升。

为了适应广域业务需求的非均匀性和突发性，6G星地融合网络需要针对业务需求的分布进行优化设计，以提高网络的覆盖效率。文献[26]采用随机几何方法对非静止轨道卫星星座和用户的分布进行了概率统计建模，并基于覆盖效率和通信效率定义了网络效率的评估指标，对用户及全网的容量和效率进行了分析。分析结果表明，面向全球重点区域非均匀分布的用户需求，卫星的平均和速率随着波束数量的增长先增后减，存在最大化平均和速率的最佳波束数量；同时，扩大单颗卫星的覆盖范围以覆盖更多的用户，是提高卫星效率的一个有效手段。进一步，在6G星地融合网络中，不同业务分布强度的地区应使用的覆盖模式不同，例如业务需求量高且分布集中的区域更适合使用地面基站覆盖，而业务量分布分散的区域更适合使用卫星覆盖。因此，在6G星地融合网络的设计建设过程中，需要充分考虑多种因素对网络性能的影响，根据运营商的目标用户和业务确定网络规模，提升网络服务的效费比。

2.3 频率轨道资源极度受限

频率资源是星地网络无线通信的基础。当前，频率资源采用固定划分的方式，ITU将各个频段划分为若干个不同的子频段，分别用于不同的业务类型、服务区域和通信方向。近些年，随着地面4G/5G网络的快速发展，频谱的使用越来越拥挤，可用频谱越来越少。为了解决这一问题，目前一大研究方向是使用更高的毫米波频段，但是更高的频段意味着更大的路径衰减，对于地面网络多径阴影等复杂信道环境的适应能力较弱，对于实际使用来说仍有一定距离。对于卫星网络，目前主流的卫星网络系统都在主用的Ku和Ka频段申报了几乎全部好用可用的频率资源，未来多个大规模非静止轨道卫星星座之间必然需要同频共存。由于卫星系统建设周期更长，对干扰更加敏感，大规模动态卫星使得干扰情况更加复杂。规避频率冲突和同频干扰是提高系统频谱利用率的关键因素。

对于6G星地融合网络来说，如何分配卫星网络和地面网络使用的频谱资源，实现网络的无缝覆盖和干扰规避，是需要解决的关键问题。为了实现小型化集成化终端接入卫星网络和地面网络的能力，卫星网络和地面网络之间需要共享频段。SpaceX和AST SpaceMobile 等公司均与地面网络运营商合作，使用地面通信频段建设手机直连卫星星座。FCC也发布了一份监管框架文件，地面运营商只有在规定的六个特定地理区域内拥有当前频段所有的牌照时，才允许通过卫星来为该区域提供补充覆盖服务，需遵守现有技术规范，包括功率、带外发射、邻频保护等限制。6G时代星地网络频谱的划分和使用问题仍待解决。

2.4 技术体制不统一

目前，卫星网络和地面网络之间技术体制仍存在较大差距。地面移动通信网络从1G时代发展到3G时代，各个运营商之间采用的技术标准差异很大，为网络的建设和用户的使用带来了很大障碍。随着3GPP组织的成立，从4G时代开始，LTE成为全球主流标准，标志着技术体制完成统一。5G时代，各国共同参与标准制定，技术路线高度协同，实现从底层协议到频谱的全球统一。然而，卫星网络技术体制的发展仍处于早期阶段，卫星网络运营商通常采用私有体制，不同的卫星星座之间互不兼容。为了解决这一问题，实现星地网络的融合，3GPP NTN项目尝试在地面5G体制的基础上，针对卫星通信场景进行改进和技术创新，但是目前仍处于设计和实验阶段，距离使用仍有较大差距。

卫星网络与地面网络之间在通信链路方面差异很大，导致技术体制难以直接沿用。卫星网络的传输时延长，使得用户终端与卫星之间信令交互的开销更大；但是在地面网络中，空口时延较小，可以支持频繁的信令交互。因此在卫星网络中，资源分配更多在核心网集中调度管理，而地面网络可以采用载波侦听等竞争性机制接入。此外，在移动性管理方面，地面网络主要基于小区信号强度测量触发切换，发生切换的原因主要是用户的移动；但是在卫星网络中，发生切换的原因主要是卫星的运动，由于卫星在轨道上的运动是规律的，因此卫星网络的切换主要是基于预测的切换。在6G星地融合网络中，星地网络间的移动性管理需要兼容这两种模式，既有基于预测的覆盖规划，又有基于测量的动态接入，实现更高的服务质量和网络效率。

3 基于跳波束的6G星地融合网络

3.1 星地融合网络架构总述

6G星地融合网络的基本架构包含如图1所示。地面固定覆盖蜂窝网络为大规模用户提供高速、稳定的宽带接入服务，卫星通信星座则为广域用户提供无缝覆盖与容量增强服务。卫星网络通过星间激光链路形成空间组网，并通过馈电链路连接至地面信关站。星地协同单元则将所示片区内的蜂窝基站与卫星信关站连接起来，为星地融合网络提供信令交互和协同管理。在6G星地融合网络中，频谱资源可在不同网络间共享，通过干扰协调机制实现频率复用；在此基础上，空口体制的统一和核心网的融合可允许特定的用户在不同网络间实现无缝切换，同时保障业务传输的连续性和一致性。

为了提升卫星资源配置的灵活性，当前越来越多卫星通信系统采用跳波束服务。清华大学2014年发射的灵巧通信试验卫星首次使用时分复用跳波束模式支持卫星下行功率资源分时使用，2024年智慧天网一号01星首次实现25微秒量级切转速率的宽带快速跳波束通信。跳波束卫星凭借相控阵天线快速波束赋形能力，在同一时刻生成多个高增益窄点波束，波束之间允许全频复用；在不同时刻波束可指向任意方向，由此以时分方式完成对地面波位的服务。

跳波束使得卫星通信系统具备时频空资源按需灵活调配的能力，为6G星地融合网络带来了更多的可能性。例如，卫星波束能够灵活地用于各个方位和频段的干扰感知，形成实时干扰态势信息，辅助系统用频决策；卫星能以细粒度时间精度与地面网络展开分时合作，突破传统静态或半静态保护区划分的思路，根据用户聚合状态形成动态小区定时定向服务，大大提升按需资源利用率。通过引入跳波束，星地链路能够以业务驱动模式展开，拓展资源与业务需求匹配的维度，从而带来用户需求满足度、时延与公平性等多种性能指标的提升。对于终端来说，卫星跳波束覆盖模式同样是时分复用系统，可以沿用支持时分复用体制的用户终端。

3.2 基于跳波束的星地频谱共享

星地频谱共享的目标是根据业务需求合理优化频率使用。传统的星地网络频谱共享采用固定的频率划分或空间隔离的方法，灵活度较低且无法充分利用资源。为了动态地在不同空间复用频谱资源，针对协作与非协作网元均存在的场景，可以采用“先感知、后分配”的策略，先获取当前系统的受扰态势，再据此决策系统的接入和用频模式。具体来说，对于各卫星和地面网络设备，可以利用相控阵的优势，将部分接收波束的部分工作时隙用于干扰感知，得到不同频段、不同方位的空域干扰信息。利用多个接收节点（例如多星）干扰信息的联合处理，可以得到精确的干扰来向估计。系统各调度单元可进一步根据感知结果进行干扰态势的学习与预测，并以此调度系统实现干扰规避。一方面，在受扰链路上可以配置使用隔离频段；另一方面，可利用窄点波束的指向性，在与干扰来向夹角较大的链路上重用该频段，并可通过旁瓣零陷等波束赋形方法进一步降低干扰影响。根据干扰的感知频次和预测精度，频率的动态重用周期可达秒级。

对于某些重要频段的协作共用，例如采用6G统一空口的手机直连业务，星地间可以以时分方式进行频率复用，进一步提升一体化业务的无缝覆盖、无感切换能力。利用跳波束的时分特性，对于卫星覆盖范围内的地面小区，在卫星波束跳离的时间里可以采用相同频率工作。星地时分频率复用需要网元间具备精准的时间同步，并在系统间进行按需时间分配。更进一步地，可以将可用时频资源按统一粒度进行划分，并根据不同类型用户在空域的聚合情况进行分配和重用。例如，同一卫星波束可以以时分方式分别服务多个地面蜂窝小区之外的手机直连用户，以及采用高频段的固定卫通终端。由此，具有广域覆盖能力的卫星能够在不同时隙以不同频段、不同波形体制服务不同用户，充分利用卫星资源并实现对地面网络的补充和容量增强，让6G星地融合网络能够适配用户多样化需求。上述基于跳波束的星地频谱共享方法总结在图2中。

3.3 基于跳波束的按需资源调度

决定系统性能和资源利用效率的关键是能否实现按需服务，即根据业务负载情况确定系统资源调度和用户服务质量。在基于跳波束的6G星地融合网络架构中，控制中心分配系统内的干扰感知资源，即确定接收波束用于干扰感知的轮询方式和时隙占比。根据干扰感知和预测结果，将某些干扰严重方向上的相应频段标记为不可用。卫星根据各自服务对象的需求和优先级情况，确定调度周期内不同波形体制和频段的服务时间占比；地面基站则认为服务周期短、服务对象实时变化且始终占用对应的频段。当卫星存在服务对象靠近地面蜂窝小区且使用相同频段时，对卫星波束和受扰地面蜂窝采用分时工作机制，根据负载对比分配时间占比。根据以上约束对卫星跳波束进行调度，将波束指向方位及大小、地面小区时分结果、用户工作时频安排等进行配置。

对不同的卫星波束覆盖和调度方式进行仿真和性能对比。仿真场景为单颗卫星，共服务100个卫星小区，其中约25个小区受到地面网络同频段的干扰。卫星最多同时产生8个窄点波束。“固定覆盖”模式按照固定顺序服务所有小区，“业务轮询”则只在有业务的小区中进行周期服务；“最大化吞吐率”模式优先服务有业务且平均用户信干噪比（SINR, Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio）最高的小区。以上方法均未考虑对地面干扰的规避，“干扰规避+最大化吞吐率”方法则在调度波束时避开地面小区的工作时间段。仿真中让一定数量的卫星小区产生随机业务速率需求，统计累计分布（CDF, Cumulative Distribution Function）性能。仿真结果如图3所示。从被服务的卫星用户SINR分布来看，未考虑干扰规避会导致受扰小区（约25%）的用户SINR有所下降；最大化吞吐率方法则会优先服务SINR更高的用户。从卫星总吞吐率来看，根据业务需求调配波束、优先高SINR用户、进行干扰规避均能够在一定程度上提升系统吞吐率。总的来说，通过优化卫星波束等资源调配方式并合理进行干扰规避可以有效提升系统性能。

4 6G星地融合网络关键技术展望

4.1 星地一体化空口体制

星地一体化空口体制是6G星地融合网络的重点，其核心目标是通过统一的空口协议实现地面蜂窝网络与卫星网络的无缝衔接与传输增强，为用户提供更广泛、连续的通信服务。目前5G NTN虽已初步实现标准兼容，但未形成系统层面的融合和优化。未来星地融合网络将在传输体制、接入控制等方面开展一体化设计和优化。

在传输体制上，6G具有多种候选波形设计，并可以通过灵活配置参数以适应不同的场景。例如现有的OFDM波形可以通过调整循环前缀长度、子载波间隔、导频序列等适应卫星信道大时延、大多普勒频偏等特点。通过系统内一致的时间同步，不同波形在时间上可按统一粒度排列，以支持多样化的业务需求以及TDD、FDD等多种双工模式。为了实现单个用户的容量增强，还可采用多星、星地协同传输。其中终端具备多波束接收能力，对多个卫星或地面基站的信号进行联合处理，以实现传输速率的提升。协同传输需要星间、星地间具备精准的业务同步，在此基础上合理分配传输资源，以实现系统性能的最大化。

在接入控制上，星地网络根据网络实时状态和用户需求变化动态调整接入控制策略，为用户优选接入链路，并优化接入流程以实现大规模用户的随遇、按需接入。接入策略需要平衡公平性和效率，既要确保用户能够公平地接入网络，又要提高网络资源的利用效率。在接入流程上，对于卫星用户的接入，可考虑利用定位信息进行时频偏预补偿，减少同步开销；对于随机接入，可考虑由四步接入简化为两步接入，进一步缩短接入等待时间。

4.2 网络资源管理与QoS保障

6G星地融合网络中，非静止轨道卫星运动导致网络拓扑高速动态变化，叠加上复杂多变的业务需求，使得网络资源利用效率低下，QoS难以得到保障。因此需要结合移动性等对星地网络资源管理进行研究，通过合理配置和切换网络资源以充分发挥网络效能，从而更好满足用户服务需求。

对于移动性管理，需要研究高效的移动性预测和切换策略。结合卫星的轨道信息和地面网络的拓扑结构，可以提前预测用户的移动方向和目标小区，减少切换时延和掉话率。当星地链路受到干扰时，可以通过切星选择更优的服务链路。此外，可以探索基于群组特征的移动性管理架构，以适应大规模用户的移动性需求，避免因大量切换请求导致的网络资源竞争。同时，针对抗毁需求，可以在星地链路中建立备份和冗余机制，当主链路中断时，能够快速切换到备份链路，保障业务传输不受影响。

对于网络资源管理，软件定义网络（SDN, Software Defined Network）技术通过在线配置网络功能，以及控制面和数据面解耦，能够更加灵活地管理和配置网络资源。在SDN网络中需要对网络资源与功能进行抽象并且进行管控，例如通过流表的定义、生成与下发实现对流量的管控。卫星网络相比地面网络拥有弹性时变的承载网，面向全局优化的流量工程需要集中或分布式地对所有业务进行路径规划和带宽资源分配，最大化网络效能。更进一步地，星地融合网络中存在多种异质资源，需要对这些资源进行统一表征，以实现跨域统一管控。例如在边缘网络中，可以对存储资源访问进行优化以提升文件请求处理效率。

4.3 AI驱动的6G网络

AI通过深度学习和大语言模型可以对复杂非线性网络进行建模，实现端到端的大规模数据映射，并通过强化学习等实现优化决策。随着AI技术的发展以及在通信系统中的应用，未来6G网络将更加智能、安全、绿色。

现有AI技术可用于星地融合网络的资源管理和配置，有助于在提升网络效率的同时减少决策开销。例如业务流量预测、网络路由优化、负载均衡等依赖传统算法的环节，均可更换为数据驱动的AI工具，提升预测准确性和匹配精确性。AI技术也可根据场景提供定制化服务，例如通过任务驱动的资源分配和服务编排、星载核心网的轻量化管理等，为网络赋予自主网络决策与学习能力；除全局优化外，基于深度强化学习的多智能体模型等还可以为网络提供分布式决策能力，在协同的基础上实现网元自治。相比传统算法存在计算复杂度高的问题，AI技术通过动态建模与在线学习显著提升了星地网络在高移动性和复杂干扰环境下的实时响应能力，实现更高效的动态资源调度。

未来，AI技术也可进入星地融合网络的更多处理环节。例如在物理层，可以通过AI实现端到端编解码与调制解调，根据信道条件实时调整并提升接收端性能，优化频谱效率与抗干扰能力。语义通信通过AI提取信息的语义特征，实现对信源的有效压缩和恢复，降低传输带宽需求，显著提升通信效率。AI还可用于实时监测网络异常（如基站故障、DDoS攻击等），代替人工实现更加精准和及时的网络故障诊断，提升网络安全和鲁棒性。

5 结束语

6G星地融合网络是实现全球无缝覆盖、万物智联和绿色高效网络的重要手段和路径。目前卫星网络和地面网络独立发展，传统规模换能力的发展路径导致遇到网络架构繁杂与边际效用递减的问题，网络难以高效服务非均匀和突发分布的业务。另一方面，受限的频轨资源和分立的技术体制为星地网络融合带来了障碍。为应对上述挑战，本文提出了基于跳波束的6G星地融合网络架构，介绍了基于跳波束的星地频谱共享和按需资源调度等关键技术，并对未来6G星地融合网络的发展方向进行了展望，为未来星地融合网络发展建设提供参考。

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★原文刊发于《移动通信》2025年第6期★

作者简介

刘秉坤：清华大学北京信息科学与技术国家研究中心博士后，主要从事卫星跳波束按需覆盖、卫星通信体制等领域的研究工作。

常锴：清华大学电子工程系在读博士研究生，研究方向为星地协同覆盖与组网、卫星跳波束资源分配等。

成婕妍：清华大学电子工程系在读博士研究生，研究方向为卫星物联网、卫星通信体制等。

王建秀：中国电信研究院6G研究中心副主任，主要从事3GPP NTN技术研究与试验、5G网络技术演进及6G关键技术预研等工作。

匡麟玲：清华大学北京信息科学与技术国家研究中心首席研究员，天基网络与通信全国重点实验室副主任，主要从事卫星通信网络、通信卫星系统等领域的研究工作。

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