星地融合卫星互联网标准体系研究综述

溯溪而上

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概述

在全球数字化转型加速的背景下，传统地面移动通信网络在覆盖范围上存在天然局限，难以满足海洋、沙漠、高空等偏远地区的通信需求。卫星互联网凭借其广覆盖、高可靠的优势，成为地面网络的重要补充。然而，长期以来，卫星通信与地面移动通信标准互不兼容，终端无法通用，严重制约了卫星互联网产业的规模化发展。

近年来，随着低轨卫星星座的爆发式增长和第五代移动通信（5G）技术的成熟，星地融合已成为全球通信行业的共识。其核心目标是通过统一的星地融合卫星互联网标准体系，实现卫星网络与地面网络在频谱、技术体制、网络架构及业务体验上的深度融合，让用户通过单一终端即可在无感知的情况下切换于地面基站与卫星之间，真正实现卫星互联网与地面网络的一体化运营。

目前，国际电信联盟（ITU）和第三代合作伙伴计划（3GPP）已围绕卫星互联网构建了较为完善的星地融合标准体系。ITU负责顶层设计、频谱规划及总体架构定义，而3GPP则具体承担技术规范的制定，将卫星技术纳入5G及未来第六代移动通信（6G）标准序列。与此同时，中国通信标准化协会（CCSA）也结合我国卫星互联网发展战略积极布局，形成了涵盖总体、接入网、核心网及安全的全方位国内标准体系。本文将从卫星互联网的国际标准组织及国内标准的视角出发，全面剖析星地融合通信技术的标准现状、关键技术特征及未来演进方向。

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ITU国际标准体系分析

ITU作为联合国主管信息通信技术的专门机构，在星地融合卫星互联网标准制定中发挥着顶层设计与协调全局的关键作用。其中，国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）和国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）分别从无线接口技术和网络架构两个维度推动星地一体化进程。

ITU-R：卫星无线电接口技术标准化

ITU-R主要关注卫星无线电接口的愿景、需求、评估方法及最终的技术规范，是确立卫星互联网通信技术合法性与先进性的核心平台。

（1）5G卫星无线电接口标准体系

在5G时代，ITU-R确立了以3GPP非地面网络（NTN）技术作为唯一5G卫星无线电接口技术标准的战略方向。这一过程历经了愿景提出、技术评估到规范确定的完整周期，形成了2册标准报告书、1册标准建议书。

ITU-R M.2514《5G卫星无线电接口愿景、需求和评估方法》奠定了标准化和产业化的理论基础。该报告明确了5G卫星的三大应用场景是增强移动宽带（eMBB-s）、海量机器类通信（mMTC-s）和高可靠通信（HRC-s）。为满足多样化应用场景需求，相较于第四代移动通信（4G）卫星仅定义的8项指标，5G卫星提出了13项关键性能指标，其中包括速率、频谱效率、时延、流量密度、可靠性、移动性和带宽等，显著提升了技术要求。这些指标的确立，确保了5G卫星技术能够真正复用地面5G的先进性。

ITU-R M.2543报告完成了5G卫星通信系统候选技术的全面评估与行业共识构建工作。经过美国电信行业解决方案联盟（ATIS）、欧洲电信标准化协会（ETSI）、5G基础设施论坛（5GIF）等多个评估组的严格测试与对比，3GPP提出的NTN技术方案在各项指标上均表现优异，最终被确认为5G卫星的唯一候选技术。

此外，ITU-R M.2177建议书《5G卫星无线电接口技术标准规范》的正式发布，标志着5G卫星标准体系的闭环。该规范确认3GPP NTN包含两大组成部分，基于NB-IoT增强的IoT NTN和基于5G NR增强的NR NTN，分别用于支持窄带物联网数据业务和支持中低速数据、语音及短信业务。这一成果不仅完善了5G标准体系，更推动了天地融合技术的实质性落地。

（2）6G卫星无线电接口技术规划

面向2030年及未来空天地一体化泛在智能网络的建设需求，ITU-R已正式启动6G卫星无线电接口技术的标准化预研工作，并明确了分阶段推进的全球统一时间表。2023—2027年为预研阶段，核心任务是凝聚产业共识，形成6G卫星通信的技术趋势、总体愿景与核心需求体系；2027—2031年为标准研制阶段，将完成全球候选技术的征集、多轮评估与筛选融合，最终发布6G卫星无线电接口国际标准。图1是6G卫星无线电接口技术标准化工作规划。

图1 6G卫星无线电接口技术标准化工作规划

作为6G卫星互联网通信预研阶段的核心阶段性成果，《6G卫星未来技术趋势报告书》系统梳理了无线空口、卫星网络、终端技术、安全隐私、发展趋势这五大核心领域的演进方向，明确指出了未来6G卫星通信将呈现三大核心演进特征：一是应用场景全面拓展。从传统的广域覆盖基础通信服务，延伸至先进移动宽带（aMBB-s）、海量通信（MC-s）、超高可靠通信（URC-s）、泛在连接（UC-s）、人工智能（AI）赋能通信（AI-s）及通感一体化（SC-s）六大类卫星特色场景。二是性能指标体系实现迭代升级。在传统速率、时延、可靠性指标的基础上，新增定位导航授时（PNT）、环境感知、系统能效、网络韧性及可持续性等关键维度。三是核心技术迎来突破性革新，语义通信、智能超表面、星上再生处理、高速星间激光链路等前沿技术的规模化应用，将显著提升频谱利用效率与网络动态组网能力。

此外，ITU-R计划于2027年完成《6G卫星框架与目标》及《6G卫星性能需求与评估方法》两份关键报告书，为后续标准制定提供统一的参数定义、性能基准与测试评估模板，为全球6G卫星系统的协同研发与规模化部署奠定坚实的标准化基础。

ITU-T：固移卫融合网络架构与传输技术

与ITU-R侧重无线空口技术标准化不同，ITU-T主要开展网络层面的标准化工作，研究方向包括固移卫融合（FMSC）网络架构、跨域协议交互及传输技术，旨在实现卫星互联网与地面电信网络的协同运行。

（1）FMSC网络架构

ITU-T第13研究组（SG13）成立了“IMT-2030固移卫融合”课题组，负责构建面向未来的星地一体网络架构标准体系。该体系按照技术发展与产业部署的时间节点，可划分为5G兼容期、5G-A增强期和6G原生期。

5G兼容期的核心目标是解决卫星接入5G核心网的基础问题，定义融合网络的基础框架，规范移动性管理、连接管理及回传会话控制等核心流程。5G-A增强期以网络能力增强与应用场景拓展为目标，研究卫星回传会话管理、移动中继及星地网络切片技术。而6G原生期将实现核心网功能星上部署与星地无感知切换，以支撑天地一体化网络的实现。从5G兼容期的基础框架，到5G-A增强期的能力拓展，再到6G原生期的核心网上星、无感切换等前沿攻关，为全球星地一体化网络的规划部署提供权威技术规范。

（2）自由空间光通信标准

为突破射频频谱资源受限的瓶颈，ITU-T第15研究组（SG15）大力推动自由空间光通信（FSO）技术在星地链路中的应用。G.641建议书作为SG15在该领域的首个核心标准，为星地光链路和地面短距光传输提供了标准化的接口规范，填补了该领域的国际标准空白。未来，多通道FSO、星间时间同步增强等技术将成为支撑6G星间光骨干网的关键，实现太比特级的高速数据传输。

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3GPP NTN标准体系与技术演进

3GPP作为移动通信行业事实上的标准制定组织，将卫星通信正式纳入其技术规范序列，命名为3GPP NTN。3GPP NTN标准与地面5G标准一脉相承，通过针对性的优化和增强，解决了卫星高动态、高时延、大频偏等特殊挑战。

3GPP NTN标准总体架构

3GPP NTN标准体系包含两大技术分支，包括基于非地面网络的物联网（IoT NTN）和基于非地面网络的新空口（NR NTN）。IoT NTN是基于窄带物联网（NB-IoT）和增强型机器类通信（eMTC）技术演进形成的非地面物联网技术体制，主要支持低速率、非实时性的物联网数据传输。NR NTN基于5G NR技术体制，支持更高的数据传输速率，可实现语音、视频及宽带数据业务。

目前，3GPP已完成R19版本的NTN标准制定，并启动了R20版本的研究工作。整体演进路线呈现出从透明转发向再生载荷、从基础连通向高性能商用、从单一轨道向多轨道协同发展的趋势。

关键技术版本演进分析

3GPP NTN星地融合技术标准体制的演进历程如图2所示。

图2 3GPP NTN星地融合技术标准体制的演进

（1）R17：奠基与可行性验证

R17是3GPP NTN的首个正式版本，承担了技术奠基与可行性验证的核心任务。该版本确立了以透明转发架构为核心的技术路线，明确卫星仅作为射频中继完成信号转发，全部信号处理功能集中于地面网关。此外，明确了FR1频段（L、S频段）的应用规范，首次实现了手持终端与物联网终端的卫星接入能力。同时，定义了NTN网络内部及NTN与TN之间的基础移动性管理流程，为NTN与地面5G网络的协同运行提供了基本框架。

（2）R18：增强与商用优化

R18版本聚焦NTN技术规模商用落地中的核心痛点与工程实际问题，对R17版本构建的基础技术体系开展了全维度增强与优化，核心围绕覆盖增强、容量提升与高频段规模化应用三大方向实现技术突破。在链路性能与物理层增强方面，该版本针对语音通信与低速率物联网业务的链路预算开展专项优化，通过引入重复传输等关键技术，显著提升了弱信号覆盖场景下的端到端连接可靠性；同时完成了FR2频段的系统性研究，突破了该频段下的干扰共存机制、配套射频指标体系及适配卫星信道特性的物理层参数设计，为高通量卫星通信系统的规模化落地奠定了核心技术基础。在移动性管理与终端能效优化方面，R18版本进一步增强了NTN与地面网络（TN）双向切换的业务连续性，引入基于网络验证的终端位置上报机制以满足全球监管合规要求；同时针对非连续卫星覆盖场景，设计了基于星历信息的终端节电管理方案，有效降低了广域部署的物联网终端功耗。

（3）R19：再生架构与容量提升

R19版本标志着NTN技术进入架构革新与系统容量提升的新阶段，核心突破在于实现了从透明转发架构向再生载荷架构的演进。该版本明确了将部分5G基站（gNB）功能部署于卫星平台的技术方案，支持星上本地信号处理，大幅降低了端到端时延并提升了组网灵活性。针对组网初期卫星覆盖不连续的问题，引入星上数据存储转发功能，保障了高延迟场景下的业务可达性。同时，通过细化资源复用粒度、降低信令开销等措施显著提升系统上行容量，以应对海量终端并发接入需求。此外，R19还在NR NTN中引入多播广播（MBS）技术以提高频谱效率，并在FR1频段支持轻量化5G终端（RedCap）设备，进一步降低了终端的成本与复杂度。

（4）R20：6G预研与新场景拓展

目前处于标准化研究阶段的R20版本，是面向6G星地融合网络开展前瞻性技术预研与新兴应用场景拓展，是推动NTN技术体系从5G-A增强阶段向6G星地原生阶段平滑演进的关键迭代版本。在具体研究布局上，该版本将在IoT NTN领域开展基于地球静止轨道（GEO）卫星的IP多媒体子系统（IMS）语音通话功能研究，补齐高轨道卫星语音业务的标准化技术短板，同时针对多轨道卫星混合接入场景，定义标准化的网络共享机制，明确用户签约网络、地面共享网络与非地面共享网络重叠场景下的接入控制策略，完善多网协同的资源管理体系。在此基础上，R20版本将启动多媒体优先级服务（MPS）第一阶段的规范制定，为应急通信与关键任务场景提供语音、视频及消息类业务的端到端优先级保障，强化NTN网络的公共服务与应急保障能力；此外，该版本还将进一步增强终端经卫星直连终端的端到端通信能力，探索去地面化的分布式直接通信模式，为6G空天地一体化网络的标准化体系构建积累核心技术基础。

核心技术特性详解

（1）移动性管理与无感切换

星地融合的最大难点在于卫星的高速运动导致的频繁切换。3GPP标准通过引入相邻小区星历信息广播、提前触发测量机制以及增强的切换流程，实现了NTN内部及NTN与TN之间的平滑切换。特别是在R19及后续版本中，通过星上再生处理，进一步缩短了切换中断时间，力求达到用户无感知的体验。

（2）大时延与大频偏补偿

卫星链路固有的长传播时延和多普勒频移是对5G时序同步机制的巨大挑战。3GPP NTN标准对物理层参数进行了针对性修改，包括调整定时提前量的计算方式、增强频率偏移预估与补偿算法、设计适应长时延的混合自动重传请求（HARQ）进程等，确保了在数千千米传输距离下的通信稳定性。

（3）星上处理与边缘计算

随着再生载荷架构的引入，用户面功能（UPF）上星成为可能。这不仅支持卫星边缘计算，实现用户数据的星上预处理与本地交换，避免数据迂回地面信关站，还大幅降低了端到端时延，为低时延业务在卫星网上的开展提供了技术支撑。

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CCSA国内标准体系建设进展

CCSA紧密跟踪国际标准动态，结合我国卫星互联网发展战略，构建了具有中国特色的星地融合标准体系，多项标准已进入报批或征求意见阶段。

总体架构标准

CCSA标准明确了星地融合系统的总体要求，定义了透明转发与再生模式两种基本架构。标准涵盖了核心网、承载网、无线接入网、信关站及终端等全要素，适用于基于5G技术的卫星互联网系统设计开发，为国产卫星互联网的规模化建设提供了顶层指导（图3）。

图3 星地融合卫星互联网技术标准体系

接入网标准

在接入网层面，标准分别针对IoT NTN与NR NTN两大技术分支细化了具体技术指标与功能要求。IoT NTN基于NB-IoT与eMTC技术进行演进增强，支持半双工（HD-FDD）、上行预补偿、HARQ增强等关键技术，终端侧要求具备全球导航卫星系统（GNSS）测量与位置上报能力，功率等级统一规定为Class 3（23dBm），基站侧则需完成与卫星信关站的适配，支持S1/X2接口的功能增强；NR NTN基于5G新空口技术构建，可承载语音、视频及高速数据业务，关键技术包括时频同步调整、波束管理、非连续接收等，同时将终端划分为语音数据类与纯数据类，以适配不同应用场景的差异化需求。

核心网标准

核心网标准与3GPP版本演进路线保持协同，将分阶段推进技术落地：R17阶段对应透明转发架构，重点实现卫星接入类型识别，可区分低轨/中轨/高轨卫星，并且通过增强接入与移动性管理功能（AMF）、会话管理功能（SMF），支持终端位置验证、服务区限制及卫星回传类型上报，保障透明转发模式下的端到端业务连通性；R18阶段聚焦非连续覆盖场景优化与再生架构增强，引入基于星历信息的终端不可用期通知、基于位置的分区寻呼等节能机制，支持UPF上星部署，实现GEO卫星边缘计算与终端间本地交换，同时增加动态回传类别监控功能，以适配卫星链路的时变波动特性。

星间组网与安全

在星间组网与网络安全方面，标准制定了面向低轨星座的100Gbit/s星间光通信系统技术要求，规范了10G激光通信终端的技术指标与测试方法，为构建高速低时延的太空骨干网提供了技术支撑；网络安全标准构建了涵盖物理域、控制域、数据域、应用域的四层安全防护体系，明确了抗干扰、防窃听、认证与密钥协商、源地址验证等关键安全技术要求，确保星地融合网络的安全可控运行。

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挑战与发展趋势

尽管星地融合标准体系已初具规模，但在实际部署与商业化进程中仍面临诸多挑战。与此同时，技术标准的持续迭代与产业需求的不断驱动，也为星地融合卫星互联网指明了清晰的演进路径与发展方向。

面临的主要挑战

在终端层面，现有标准已支持手机直连卫星功能，但弱信号环境下终端发射功率需求较高导致功耗显著增加，同时支持全频段、多模态的射频前端芯片成本居高不下，成为制约消费级终端大规模普及的核心瓶颈。在频谱资源方面，星地频谱共享模式下的干扰问题日益凸显，特别是S波段等低频段，地面基站与卫星接收机之间的干扰协调机制尚未完善，频谱资源的高效利用与干扰抑制仍需进一步研究。在网络架构层面，星地融合网络具有拓扑高度动态、链路时变特性显著的特点，使得路由计算、资源调度及移动性管理的复杂度呈指数级上升，对核心网的智能化管控能力提出了更高要求。在法律法规与监管层面，跨境卫星通信涉及频谱跨国许可、数据主权保护及安全监管等复杂问题，国际通用标准与各国国内法规的衔接与适配仍需持续探索。

未来发展趋势

面向未来，星地融合网络将朝着6G原生融合、智能化、通感算一体化及高速光骨干网等方向演进。第一，6G标准在顶层设计阶段将卫星网络纳入统一架构，实现空天地海一体化的原生融合，替代现有地面网络后期补丁式增强的技术路线，构建全域无缝覆盖的泛在智能网络。第二，人工智能（AI）技术将深度融入卫星网络全生命周期，实现网络资源的智能调度、故障自动修复及波束动态优化，大幅提升网络运营效率与服务质量。第三，卫星网络将向通感算一体化方向演进，在提供基础通信服务的同时，集成遥感探测、导航定位及边缘计算能力，成为国家时空信息基础设施的核心组成部分。此外，自由空间光通信技术将逐步成为星间链路的主流技术，构建高速、大容量的太空光骨干网，从根本上解决传统射频链路的带宽瓶颈问题。

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结束语

星地融合卫星通信技术正处于从标准制定走向规模商用的关键转折期。ITU、3GPP以及CCSA构建的标准体系为产业发展指明了方向，明确了技术路径。从5G时代的初步融合到6G时代的原生一体，星地融合将彻底打破地面网络的覆盖边界，实现真正的全球无缝连接。未来，随着再生载荷、光通信、人工智能等关键技术的成熟，以及产业链上下游的协同创新，星地融合网络将在应急通信、海洋经济、航空互联及物联网等领域发挥不可替代的作用，为构建数字世界提供坚实的底座。中国作为全球通信技术的重要参与者，应继续深化在国际标准组织中的贡献，推动自主技术与国际标准的深度融合，抢占未来通信竞争的制高点。

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来源：国际太空作者：贾心雨 刘硕 李侠宇