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非地面网络通信（NTN）将蜂窝系统扩展到更大覆盖范围，同时降低部署成本，预计将在未来6G中发挥重要作用。本专栏从当前基础设施、基于3GPP的功能以及面向6G的未来可扩展性角度介绍NTN技术。近期基于5G平台的现场演示展示了实际频谱效率、硬件/监管限制，以及在真
非地面网络通信（NTN）将蜂窝系统扩展到更大覆盖范围，同时降低部署成本，预计将在未来6G中发挥重要作用。本专栏从当前基础设施、基于3GPP的功能以及面向6G的未来可扩展性角度介绍NTN技术。近期基于5G平台的现场演示展示了实际频谱效率、硬件/监管限制，以及在真实全球低地球轨道（LEO）星座上的权衡取舍。
一、研究背景与问题
随着通信技术向6G演进，传统地面网络（Terrestrial Network, TN）在覆盖范围、部署成本及服务灵活性等方面面临日益严峻的挑战。非地面网络通信（Non-Terrestrial Network, NTN）通过将蜂窝系统扩展至卫星平台，能够在降低部署成本的同时实现更广泛的覆盖。然而，现阶段的NTN部署仍面临协议适配、硬件限制、频谱监管以及星地切换可靠性等关键问题。特别是，大部分现有卫星星座设计早于NTN标准制定，如何在存量系统中高效实现5G新空口NTN（NR-NTN）协议，并验证其在真实环境中的性能，是当前亟需解决的核心问题。为此，研究人员基于MediaTek、Eutelsat及多家合作单位的联合项目，率先将NR-NTN协议应用于运营中的商业低地球轨道（LEO）卫星星座，旨在探索NTN从标准化走向实际部署的可行性。
二、研究内容与主要结论
本研究首次在商业卫星星座（Eutelsat OneWeb）上实现了宽带信道操作的5G NR-NTN协议适配。通过端到端试验平台，研究人员完成了对现有UE原型、Ku波段天线原型与运营中LEO及地球静止轨道（GEO）卫星的集成，并对NR-NTN技术在多场景下的性能进行了全面验证。试验证明，NR-NTN技术可以应用于在NTN标准形成之前设计建造的存量卫星系统，并支持部分3GPP Release 18和Release 19新近标准化的功能特性。该研究发表在《IEEE Wireless Communications Letters》。
三、关键技术与方法
研究人员搭建了一套完整的端到端试验系统，包含5G基站（gNB）与核心网（馈电链路侧，Ka波段碟形天线）、多种形态的5G用户设备（UE）单元（固定用户终端和车载终端，使用Ku波段相控阵天线）以及Eutelsat OneWeb星座中提供透明转发功能的LEO与GEO卫星。研究主要采用以下技术方法：其一，基于3GPP NR-NTN协议栈的透明转发架构，卫星仅执行馈电链路与服务链路间的频率转换；其二，利用3GPP Release 18中定义的条件切换（Conditional Handover, CHO）功能完成波束间、卫星内多频点及地面与非地面网络间的切换；其三，针对LEO场景依据ITU对有效全向辐射功率（EIRP）和功率通量密度（PFD）的监管限制设计链路预算；其四，通过车载移动试验验证UE阵列波束赋形能力及调制解调器与阵列接口在车辆加速、转向等动态条件下的稳定性。
四、研究结果
（一）物理随机接入信道（PRACH）过程与协议数据单元（PDU）会话建立
在地面网络中，UE在成功解码主信息块（MIB）/系统信息块（SIB）完成小区发现后，与gNB交换若干消息（MSG）。常见的做法是将RRCSetup消息与MSG4复用，以降低控制信令延迟，但此举增大MSG4负载，要求更高的信噪比（SNR）。在NTN环境中，可能发生gNB未成功解码RRCSetup ACK的情况，导致gNB忽略后续的RRCSetupComplete并重传RRCSetup，而UE侧RRCSetup已生效并在专用物理上行控制信道（PUCCH）上发送后续ACK，从而产生gNB在公共PUCCH上持续等待而UE在专用PUCCH上持续发送的死锁状态。研究通过配置gNB同时监听专用PUCCH的方式绕开了这一3GPP协议问题，并指出该问题应在未来版本中予以解决。该结论通过对实际端到端系统的接入流程观察得出。
（二）下行与上行吞吐量测量
在50 MHz工作带宽下，下行自适应调制编码方案（MCS）固定至正交幅度调制（QAM）16，频谱效率为2.5703 bit/s/Hz。测量在连续16个波束发生条件切换（CHO）时进行。上行方向未限制最大MCS，在混合自动重传请求（HARQ）使能的情况下，吞吐量受NTN信道长往返时延影响；禁用HARQ后，可获得接近理论目标的性能。该结果通过对MAC层DL与UL吞吐量的直接实测获得。
（三）多波束切换条件切换
针对星内多频切换场景，研究聚焦于同一卫星不同频率波束间的CHO过程。相邻波束间频率差高达约250 MHz，UE需根据目标小区频率调整射频（RF）和Doppler校正，并发送免竞争随机接入（CFRA）消息。该流程通过实际系统测试验证了切换的可行性与性能表现。
（四）车载移动性测试
研究人员将UE安装于厢式货车中进行行驶状态下的NTN通信试验，以测试UE阵列波束赋形能力及调制解调器与阵列接口在车辆加速和转向过程中的稳定性。车辆行驶路线包含多次转弯，UE在波束间成功执行CHO并保持良好的连接。
（五）地面与非地面网络间的CHO
为实现TN覆盖扩展和泛在连接，UE需要在TN与NTN之间无缝切换。试验采用同一核心网（不涉及漫游）、两个gNB分别连接LEO NTN网络与本地地面载波，并将TN配置为默认连接，仅在卫星可见时切换至NTN。试验中CHO成功率达100%。
五、未来星座灵活性与市场展望
在6G标准化加速推进的背景下，业界广泛认识到NTN必须从补充性覆盖演进为全球连接架构中内生且不可或缺的组成部分。研究指出，关键研究方向包括覆盖增强、对全球导航卫星系统（GNSS）的独立性、轨道多样性、预测性移动性管理、高带宽运行及星上计算。在市场和新型应用方面，欧洲委员会已启动IRIS2星座计划，并规划将S波段（MSS）中2×30 MHz频谱用于物联网（IoT）和设备直连（D2D）服务。汽车应用是3GPP NTN技术的天然受益场景，其在路径规划、完全自动驾驶（FSD）、智能座舱及固件空中升级（OTA）等功能方面具有明确需求，并可扩展至机器人、远程救援、老年照护及国防等领域。
六、结论
NTN有望在未来6G系统中发挥重要作用，在地面系统覆盖不足的区域提供可靠连接，从而实现泛在通信。共享同一技术体制使地面与卫星系统能够真正实现集成与互补，为用户提供无缝体验，最大化服务的可用性与质量，同时降低成本。本研究利用商用硬件和运营中的Eutelsat OneWeb卫星进行的现场试验，进一步凸显了NTN资源优化的潜力与实用性，并为面向6G的感知赋能蜂窝网络演进提供了启示。
