随着全球数字化进程的加速以及人们对高速、稳定、无处不在的通信需求不断增长，6G 空天地一体通信模式逐渐成为未来通信领域的焦点。

在技术进步方面，5G 的广泛应用为 6G 奠定了坚实的基础。5G 建设实现了快速发展，截至 2024 年 2 月，全国已建成 5G 基站超 350 万个。然而，偏远地区基站较少、宽带覆盖能力不足的问题依然存在。6G 移动通信从地面 2D 网络发展成天地一体 3D 网络，有望填补数字鸿沟。

需求增长方面，海洋产业的发展急需宽带信息服务，公共安全、应急救援、远程教育、智能交通、物联网等领域对通信的覆盖范围、数据传输速度、可靠性等提出了更高要求。例如，在应急救援中，地面通信设施可能受到损害，此时空天地一体通信可以在无法覆盖的区域提供可靠的通信服务。

同时，人工智能和空天地一体通信等新技术浪潮的迅猛发展迫切呼唤整合全球资源与智慧，推动 6G 形成全球统一标准，加速 6G 商业化进程。在 2024 全球 6G 技术大会等国际会议上，6G 空天地一体通信成为高频词，全球 6G 领域思想领袖和技术先锋共聚一堂，探讨其技术和业务的未来蓝图。

综上所述，6G 空天地一体通信在技术进步和需求增长的双重推动下，正展现出强大的崛起之势。

6G 空天地一体通信最显著的优势之一就是能够突破地理条件的限制，实现真正的全球覆盖。无论是广袤无垠的海洋、荒无人烟的沙漠，还是地势险峻的高山等极端环境，都能轻松覆盖。例如，在海洋通信中，传统地面通信难以实现全面覆盖，而 6G 空天地一体通信可以借助卫星网络，为海上航行的船只、海洋资源开发等提供稳定的通信服务。据统计，地球表面约 70% 被海洋覆盖，传统地面基站只能覆盖陆地约 20% 的地区和小于地球表面积 6% 的区域，覆盖人口约占总人口的 70%。但 6G 空天地一体通信将卫星网络与地面网络深度融合，打破了地理限制，为海洋通信带来了新机遇。像卫星互联网，每一颗卫星就如同一个移动的基站，能够为全球任何角落提供宽带互联网接入等通信服务。在沙漠等偏远地区，6G 也能发挥重要作用，为探险、资源开发等活动提供可靠的通信保障。

6G 空天地一体通信的组网方式极为多样，融合了多种通信技术和资源，实现高效通信。它将天基网络、空基网络和地基网络深度融合，形成一个统一的通信网络。天基网络由多颗不同轨道的卫星组成，包括同步卫星、中轨 / 低轨卫星、中继卫星等，为全球用户提供高速、可靠、连续的通信服务。空基网络由无人机、高空平台等设备组成，可部署在空中，为地面用户提供灵活高效的通信服务，还能与天基网络协同，扩大覆盖范围和提高通信性能。地基网络由地面基站、物联网设备等组成，实现与用户的直接连接和数据传输。

这种多样的组网方式，例如通过多无线电协作，实现多无线电间的相互协作和对多无线电资源的有效管理与合理分配，提高网络吞吐量、降低无线设备的能量消耗、降低异构网络间切换的时延，为实现真正的异构网络无缝融合提供基础。同时，6G 异构融合组网还采用新型的网络协议、路由算法、资源管理技术等，实现不同网络之间的无缝连接和协同工作。

6G 空天地一体通信拥有丰富的带宽资源，能够满足高速数据传输和多种业务需求。6G 的数据传输速率相比 5G 有质的飞跃，理论上可以使数据传输速率提升至 5G 的 100 倍以上，达到每秒数十 GB 乃至 TB 级别。如此高的传输速率，能够轻松满足高清视频传输、远程手术、全息通信等业务需求。例如，在工业制造领域，6G 将促进智能工厂的普及，实现设备间的即时通信，需要高速的数据传输来支持大量设备的连接和数据交换。在医疗健康领域，远程诊疗和精准医疗也需要高带宽来传输高清的医学影像和实时的医疗数据。同时，6G 空天地一体通信还能支持多种新兴业务，如沉浸式云 XR、全息通信、感官互联、虚拟网游和虚拟演唱会等，为用户带来全新的体验。

卫星成本持续下降，极大地提升了产业热度。以高轨高通量星为例，容量得到大幅提升，Viasat3 已经实现了 1Tbps 容量，成本也持续下降，目前达到了 3.5 美元 / Gbps。这带动了相关公司纷纷入局部署，国内以上海垣信为代表的低轨卫星公司正在积极布局，包括全自动化的生产流水线、激光通信 / 白盒化等新技术研究、波束赋形相关芯片的设计等，以便提供更加智能、丰富的卫星商业服务，汇集地理、海事、环境、水文、车联网、航空等种类丰富的海量数据。

平流层通信技术在不断优化，日本 NTT DOCOMO 公司介绍了低成本、低时延、管理简单的平流层通信（HAPS）。在成本方面，以日本为例，相较低轨卫星需要大规模的星座组网才能够实现全域覆盖，采用 HIBS 的方式覆盖仅需 50 个高空平台即可实现全域接入。在时延方面，高空平台距离地面 20Km 的高度，是低轨卫星高度的近 1/25，拥有更低的延时和更高的服务体验。随着非对称的 DFT、虚拟孔径技术等技术的引入，将 HAPS 的覆盖范围由 5km 提升至 50km、目标的分辨率由 500m 提升到 300m。目前 HAPS 已经来到了商用的前夜，日本 Space Compass 公司以及法国空客公司均有计划在 2025 年前后开展提供 HIBS 商用服务。

手机直连卫星服务在 2024 年进入竞争期，将带动 6G 星地融合发展。2022 年产业及学术界关注卫星与地面关口站的联合，并宣布开始进行手机直连卫星的研究。2023 年则展开了各类技术验证，同年我国天通一号手机直连卫星服务在全球率先商用落地。2024 年，星链开始提供手机直连的短信服务、AST 开始提供间歇性连接服务；中国移动开始发星验证 NTN 的相关标准。据 TrendForce 预测，2026 年全球 NTN 市场预计可达 88 亿美元。可见未来 NTN 类业务（如手机直连等）将带动 6G 向星地融合方向持续发展，未来为了实现更灵活的网络覆盖以及性能，还需要持续关注网络架构演变、空口传输、频率共享以及资源管理等方面。

基础通信技术与专用设备有待进一步研究攻克。天地终端间的相对运动速度高，会带来传输时延和多普勒偏移，同时远距离通信也会造成偏移等问题，需要加强对于空口同步、时序管理、波束管理、移动性等基础通信技术的研究。例如，在空口同步方面，由于卫星与地面终端的距离远，信号传播时延大，需要更加精确的同步技术来确保通信的可靠性。在波束管理方面，由于卫星信号覆盖范围广，需要动态调整波束方向和功率，以提高信号质量和覆盖效率。同时，还需要研发专用的通信设备，以适应 6G 空天地一体通信的特殊环境和要求。

为了满足未来 6G 通信的需求，研究人员对 5G 网络架构进行了进一步演进，通过融合接入网与核心网，极大地改善了网络的灵活性，降低了处理时延。具体来说，首先将 5G 网络架构中的 aau 单元剥离可以软件化和虚拟化的功能，只留下 ad（模拟数字转换）、da（数字模拟转换）和 rf（射频）功能，将 aau 变成射频单元 ru（radio unit）；然后将 aau 剥离出的功能软件化，并与 du（distributed unite）单元整合。接着，将当前 5G 网络的集中单元 cu 的控制平面和数据平面分离，分别为 cu-cp 和 cu-up。分离后 cu-cp 的主要功能有 rrc（radio resource control）的功能、pdcp（packet data control protocol）与用户和网络控制相关的功能，cu-up 的功能有 sdap（service data adaptation protocol）和 pdcp 的用于用户数传输的功能。

进一步地，将 cu-cp 与核心网接入移动性管理网元 amf（access mobility function）进行融合，并重新定义为网元 rrbmcf（radio resource and bear management control function）和新的 amf。新的 amf 的功能由原有 amf 功能和 cu-cp 中的移动性管理和接入控制的功能组成；网元 rrbmcf 的功能为 cu-cp 中除去移动性管理和接入控制功能外的剩余功能。同时，将 cu-up 与核心网的用户平面功能进行融合，将 cu-up 重新定义为网元 pdusf，将融合前 cu-up 与用户平面功能网元 upf（user plane function）的接口取消，将重新获得的 du 与 pdusf、upf 组成新的数据平面（用户平面），并重新设计数据平面的通用接口以及协议栈。

此外，还定义了 rrbmcf 与控制平面内其他网元的内部接口以及与数据平面网元的接口，这些接口基于微服务的原则进行设计，采用统一的协议栈，为 6G 空天地一体化网络的实现提供了技术支持。

6G 通信的目标和特点是全域覆盖，也就是空天地海无缝覆盖。为了实现这一目标，将基站装在卫星上成为了关键举措。随着 6G 进入太赫兹这样高频应用的频谱资源，未来广域覆盖只能走向空中。卫星发展已经成为全球竞争的新领域，例如马斯克的星链现在已经有四千多颗星，他还计划发射四万多颗星。

然而，把基站装在卫星上也面临着手机与卫星连接的问题。对此，中国工程院院士刘韵洁认为，需要把卫星的天线连接增大，结合太阳能板，把天线加大。同时，卫星的控制要跟地面的控制能够协同起来，大量的算力还需要地面，通过集中控制和分布控制协调解决。

为了解决手机与卫星连接的问题，国内外的研究机构和企业也在积极探索各种技术方案。例如，低轨卫星互联网及手机直连卫星热潮下的商业航天投资正在兴起，我国的社会化股权创投基金对我国商业航天的创立及发展起到了重要的金融支撑作用。同时，国内外正在积极论证和建设的低轨宽带卫星互联网及手机直连卫星通信，面向与 5G-A 乃至 6G 深度融合的空天地一体化设计，蕴藏着巨大的商业价值和投资机会。

总之，把基站装在卫星上是实现 6G 空天地海无缝覆盖的重要途径，虽然面临着一些技术挑战，但随着技术的不断进步和创新，这些问题将会逐步得到解决。

6G 空天地一体通信无疑具有巨大的潜力，它将成为未来数字化社会的关键信息基础设施。

从技术发展趋势来看，随着科技的不断进步，6G 空天地一体通信将在全频谱通信、DOICT 融合、网络可重构等方面持续深化。例如，在全频谱通信方面，可见光和太赫兹频段的应用将为 6G 带来更大的容量和更高的速率。未来，6G 网络将综合考虑成本、需求和业务体验，分场景地有效使用所有可用的频率资源，实现 6GHz 以下、毫米波、太赫兹、可见光等全部频段的深度融合组网，优化全网整体服务质量、降低网络能耗。DOICT 融合将进一步推动 6G 端到端信息处理和服务架构的发展，实现云、网、边、端、业深度融合，提升各方资源利用效率，协同升级云边计算能力、网络能力、终端能力和业务能力。网络可重构设计将使 6G 网络更加灵活，能够根据不同用户的不同业务需求分配相应的网络和空口资源，实现端到端的按需服务，同时降低网络建设和运营成本。

在应用场景方面，6G 空天地一体通信将为更多领域带来创新和变革。除了在公共安全、应急救援、远程教育、智能交通、物联网等领域继续发挥重要作用外，还将在孪生数字人、全息交互、超能交通、通感互联、智能交互等新兴场景中展现强大的实力。例如，在孪生数字人领域，6G 的高带宽和低时延将实现更加逼真的数字人交互，为娱乐、教育、医疗等行业带来全新的体验。在全息交互场景中，6G 能够支持高速的数据传输和实时的交互响应，让用户仿佛身临其境。在超能交通领域，6G 空天地一体通信将实现车辆与交通系统的实时连接，提高交通效率和安全性。

从产业发展角度来看，6G 空天地一体通信将带动多个产业的协同发展。卫星制造、发射、运营等产业将迎来新的机遇，随着卫星成本的持续下降和技术的不断进步，更多的企业将参与到卫星产业中来。同时，通信设备制造、软件开发、内容服务等产业也将在 6G 时代得到快速发展。例如，普天科技作为中国电科旗下的上市公司，积极布局 6G 产业，加快推动卫星通信类相关产品研制，面向卫星终端等领域推出自主产品。随着新一代信息通信技术的演进和突破，在卫星互联网、低空经济、6G 移动通信等领域有较大的市场前景。

此外，6G 空天地一体通信的发展也将促进国际合作。全球标准分裂的阴云一直存在，但 6G 多学科多领域交叉的技术内生需求以及产业生态发展决定了开放、合作是 6G 研发的主流。中国在 6G 超大规模天线阵列、太赫兹通信、通感一体、内生 AI 通信、确定性网络、星地一体化网络等关键技术方面取得了重要进展，中国超大且充分开放的市场将为全球各国的科学家、企业家提供巨大的发展机遇。通过国际合作，各国可以共同推动 6G 技术的创新和发展，制定统一的全球 6G 标准，实现互利共赢。

总之，6G 空天地一体通信的未来充满希望，它将为数字化社会的发展提供强大的支撑，推动人类社会迈向更加智能、高效、便捷的新时代。