面向6G非地面网络的低轨巨型星座服务集成与弹性频谱感知研究

《IEEE Network》：Scanning the Literature/Edited by Xiaohua Tian

本期专栏聚焦6G非地面网络(NTN)的前沿挑战，推荐Capez等学者针对LEO巨型星座集成提出的MCSS框架，该研究通过空间用户终端创新设计实现太比特级数据传输；Xu团队则提出弹性频谱感知方法，通过分区检测机制提升动态信道下检测性能28.3%。两项工作为构建空天地一体化网络提供了关键技术支撑。

　　

随着6G通信时代的临近，非地面网络(Non-Terrestrial Networks, NTN)逐渐成为构建空天地一体化连接的核心支柱。与传统地面通信受限于地理环境不同，NTN通过卫星、高空平台等载体，能够为自动驾驶、远程医疗等应用提供全域覆盖。然而，太空信道的高动态特性、异构网络融合难题以及传输延迟等问题，如同横亘在理想与现实之间的天堑。当低轨(Low Earth Orbit, LEO)卫星以每秒数公里的速度划过天际，地面终端如何实现稳定连接？在瞬息万变的太空环境中，频谱资源又该如何高效分配？这些挑战正是推动NTN技术创新的核心动力。

在最新发表于《IEEE Network》的专栏中，研究者们针对上述难题展开了多维度探索。其中，Capez等人开创性地提出巨型星座空间服务(Mega-Constellation Services in Space, MCSS)范式，将星链(Starlink)等现有星座转化为6G网络主动节点；Xu团队则开发了弹性频谱感知框架，通过智能分区策略应对高速移动带来的信道剧变。这些研究不仅提供了理论突破，更带来了性能的实质性飞跃——MCSS方案支持每日太比特级数据传输，而弹性感知将检测性能提升近三成。

关键技术方法涵盖：1）基于三维随机几何的太空节点建模；2）采用联盟区块链与分层多智能体深度强化学习(Hierarchical Multi-Agent Deep Reinforcement Learning, HMADRL)的资源交易架构；3）结合滑动窗口编码的自适应包级前向纠错机制；4）基于可见时间预算的覆盖增强等级划分与智能退避算法。

On the Use of Mega Constellation Services in Space: Integrating LEO Platforms Into 6G Non-Terrestrial Networks

通过构建MCSS评估框架，研究者系统分析了不同轨道配置下的覆盖与延迟性能。创新设计的空间用户终端具备多轨道切换能力，采用软件定义架构动态调整调制编码方案。实验表明该终端可使LEO航天器同时充当6G用户设备与空中基站，在维持紧凑外形下实现分钟级延迟的太比特日数据传输量。

Elastic Spectrum Sensing: An Adaptive Sensing Method for Non-Terrestrial Communication Under Highly Dynamic Channels

提出按相干时间与相对运动将感知区域划分为静态、灵活与刚性三类，引入基于切片的自适应感知流程。采用循环延迟分集辅助的特征检测技术，在多普勒效应下提取稳健的循环平稳特征。仿真显示该方法在-10dB至-5dB信噪比范围内将检测性能提升28.3%，误报率稳定在0.1附近。

Blockchain-Empowered Multi-Domain Resource Trading in TN-NTN 6G Networks: A Hierarchical Multi-Agent DRL Approach

构建空天地三层资源虚拟化架构，通过智能合约实现频谱、算力等资源的可信交易。将多层定价问题建模为随机Stackelberg博弈，采用HMADRL智能体学习跨域策略。仿真证明该方案显著提升系统效用，为多运营商环境下的资源自治市场奠定基础。

Multi-Dimensional Modeling and Connectivity Analysis for THz Space-Air-Ground Integrated Network

建立包含卫星、空中中继与地面用户簇的三维随机几何模型，推导出考虑分子吸收干扰的闭式连接概率表达式。解析结果表明适当部署空中中继可显著改善太赫兹链路可靠性，而分子吸收与同频干扰会大幅降低连接性能。

PEPesc: A TCP Performance Enhancing Proxy for Non-Terrestrial Networks

设计基于流式编码的无重传丢失恢复机制，通过滑动窗口编码消除队头阻塞。将拥塞控制简化为速率控制问题，借助本地确认实现与链路损伤的解耦。排队理论分析指导编码控制，在饱和与欠饱和流量下均保持优于传统TCP变体的性能。

A Novel Twofold Approach to Enhance NB-IoT MAC Procedure in NTN

提出基于剩余可见时间的覆盖增强等级划分机制，仅允许有足够传输时长的设备接入。智能退避算法使重传尝试落在卫星过顶时段，几何方法精准估算用户可见时间。系统仿真显示随机接入成功率提升10-16%，且保持与标准协议的兼容性。

综合而言，这些研究通过跨层优化与智能算法，系统解决了NTN集成中的核心瓶颈。MCSS范式将商业卫星星座转化为6G基础设施，弹性感知为动态频谱管理提供新范式，区块链赋能的资源交易开创了分布式自治新路径。太赫兹建模揭示了空天地信道的内在规律，而PEPesc代理与NB-IoT增强方案则打通了协议适配的"最后一公里"。这些突破不仅推动NTN从理论走向实践，更预示着6G时代真正全域覆盖的到来——未来无论是珠峰之巅还是南海远礁，都能享受与城市中心无异的连接体验。随着技术持续演进，非地面网络必将成为支撑数字文明的重要基石。