回顾移动通信的发展历程，每一代技术更迭背后都有其驱动力与演进逻辑。从1G到5G，传输速率持续提升，通信时延不断降低，连接范围从人与人扩展至物与物。那么，我们究竟在追逐什么？说到底，我们追逐的方向就是6G的核心愿景：构建覆盖太空、天空、陆地、海洋的全域互联网络。下面将从1G到5G的进化之路出发，阐述6G的核心愿景与技术指标，引出空天地海一体化网络作为实现6G愿景的关键路径，并介绍3GPP非地面网络（Non-Terrestrial Network, NTN）的标准化进展如何从产业层面推动这一愿景走向现实。

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从1G到5G：移动通信的进化之路

图1. 移动通信发展历程

自20世纪80年代诞生以来，移动通信技术大致以十年为周期完成一次代际更迭。每一代技术的演进，都伴随着传输速率、业务类型和网络架构的根本性变革，深刻影响着人类社会的生活方式与生产模式。

第一代移动通信技术

First Generation, 1G

诞生于20世纪70年代末至80年代初，其历史使命是实现语音通话的无线化，彻底打破了电话机对物理线缆的依赖。1978年，贝尔实验室在芝加哥启动了名为“高级移动电话系统（Advanced Mobile Phone System, AMPS）”的实地测试；后一年，日本电报电话公司（Nippon Telegraph and Telephone, NTT）便在在东京推出了世界上第一个商用蜂窝网络，标志着蜂窝通信时代的正式开启。1G基于模拟信号传输，主要采用频分多址（FDMA）技术，将频谱划分为不同的频率通道分配给用户；1G还引入了蜂窝网络概念，将服务区域划分为多个小区，每个小区由一个低功率发射机提供服务。1G的核心突破在于打破了固定电话的物理束缚，使“随时随地通话”成为可能。然而，模拟信号传输存在抗干扰能力弱、语音品质低、易被窃听等缺陷，网络容量也十分有限，仅有2.4 Kbps。以摩托罗拉“大哥大”为代表的终端设备体积庞大、价格昂贵，移动通信在当时仍是少数人的特权。

第二代移动通信技术

Second Generation, 2G

于20世纪90年代商用，标志着移动通信从模拟时代迈入数字时代。2G采用数字信号传输技术，以欧洲主导的全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications, GSM）和美国高通公司提出的码分多址（Code Division Multiple Access, CDMA）系统为代表。数字传输带来了通话质量的显著提升，可达64 Kbps，同时手机终端开始小型化、轻量化。更重要的是，2G首次引入了能够发送文本消息的短信（Short Message Service, SMS）业务，随后又引入了图片消息，开启了移动通信从单纯的语音通话向数据业务拓展的进程。这一时期，移动通信开始走入寻常百姓家，用户规模迅速扩大。

第三代移动通信技术

Third Generation, 3G

于21世纪初商用，目标是实现“移动多媒体通信”。3G以宽带CDMA技术为基础，其数据速率至少达到2Mbps，实际使用速率达到数百kbps，是2G的约3倍。全球形成三大主流标准：欧洲的宽带码分多址（Wideband Code Division Multiple Access, WCDMA）、美国的CDMA2000，以及中国自主研发的时分同步码分多址（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access, TD-SCDMA）。3G的落地推动了移动通信的质变：网页浏览、电子邮件、在线视频等移动互联网服务成为可能，视频通话从概念变为现实。更重要的是，3G时代催生了智能手机的普及，随着2007年第一代iPhone发布以及安卓系统迅速崛起，应用商店生态开始形成，移动电商、社交网络等新兴产业加速崛起，移动通信与互联网实现了首次深度融合。

第四代移动通信技术

Fourth Generation, 4G

于2010年代大规模商用，以长期演进（Long-Term Evolution, LTE）技术为核心，采用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM）和多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）等关键技术，构建了全IP网络架构。中国主导的时分长期演进（TD-LTE）与全球主流的频分双工长期演进（FDD-LTE）共同构成了4G技术体系。4G的峰值速率可达100Mbps以上，理想条件下甚至突破1Gbps，是3G的数十倍。这一突破彻底引爆了移动互联网应用：高清视频流畅播放、实时在线游戏无延迟、大文件高速下载成为常态；短视频、直播、在线教育、远程办公等新业态蓬勃发展；移动支付全面普及，深刻改变了社会消费模式。4G时代实现了“人人互联”的全面渗透，移动通信成为数字经济的重要基础设施。

第五代移动通信技术

Fifth Generation, 5G

于2019年正式商用，是移动通信发展史上的又一次重大飞跃。5G的核心特征可概括为三大应用场景：增强移动宽带（enhanced Mobile Broadband, eMBB）峰值速率可达20 Gbps、超高可靠低时延通信（ultra-Reliable and Low-Latency Communications, URLLC）要求空口时延低至1毫秒、海量机器类通信（massive Machine-Type Communications, mMTC）则支持每平方公里100万个设备的并发连接。5G引入了网络切片、移动边缘计算、大规模MIMO等关键技术，不仅服务于个人用户，更将连接对象扩展至工业设备、智能家居、车联网等垂直行业，开启了“万物互联”的新时代。

然而，5G在实际部署中也暴露出一些局限性。一方面，5G网络高度依赖地面蜂窝基站，覆盖范围主要集中在城市和人口密集区域。据统计，现有地面网络仅覆盖地球表面约20%的陆地面积，大量偏远地区、海洋、荒漠、极地等仍无法获得有效的网络服务。另一方面，5G的峰值速率和时延指标虽然较4G有大幅提升，但面向未来全息通信、远程精准操控、数字孪生等场景仍显不足。此外，5G基站的功耗和建设成本较高，在偏远地区部署的经济性面临挑战。这些局限性为下一代移动通信技术的发展指明了方向。

从1G到5G，移动通信的发展历程呈现出一条清晰的轨迹：传输速率持续提升，通信时延不断降低，连接范围从人与人扩展至物与物。这一演进的背后，是技术突破与应用需求之间的相互驱动。每一代通信技术并非对前一代的简单否定，而是在继承核心能力的基础上，针对新的业务场景进行关键技术创新，从而拓展了移动通信的应用边界，使其角色从最初服务于个人通话，逐步深入到产业领域，并最终成为支撑社会运行的基础信息设施。

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6G的核心愿景与技术指标

第六代移动通信技术（Sixth Generation, 6G）面向2030年及未来的信息社会需求，其研究已于2020年前后在全球范围内启动。与5G相比，6G不再仅仅追求速率的线性提升，而是致力于构建通信、感知、计算、智能深度融合的新型信息基础设施。

从国家战略层面看，6G的发展已从技术储备阶段转向全链条推进阶段。2026年3月通过的“十五五”规划明确提出，要“推动量子科技、生物制造、氢能和核聚变能、脑机接口、具身智能、第六代移动通信等成为新的经济增长点”，同时要求“推进第五代移动通信演进（5G-A）、万兆光网建设发展和第六代移动通信（6G）技术创新”。这意味着6G已被正式纳入国家未来产业发展重点，其战略定位从“技术前瞻”升级为“经济增长新动能”。

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6G总体愿景

图2.6G核心愿景示意图

6G的总体愿景可概括为“一念天地，万物随心”，这一愿景包含四个核心关键词：智慧连接、深度连接、全息连接和泛在连接。

智慧连接指人工智能与通信网络的深度融合。5G中AI更多作为网络优化与数据分析工具，而6G将从设计之初就将人工智能内嵌为网络的原生能力。6G网络将实现自感知、自学习、自优化和自演进，同时以“网络即服务”（Network as a Service, NaaS）的形式向用户开放智能能力；也就是说，可以将网络的连接能力、分布式算力以及智能资源统一抽象为标准的、可编程的能力，它支持各类复杂业务进行按需灵活调用。国际电信联盟（International Telecommunication Union, ITU）在《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》中，已将“人工智能与通信融合”列为6G的六大典型场景之一。

深度连接强调通信从传统的信息“连接”向“感知与交互”的深化。5G的URLLC场景主要关注数据传输的可靠性和时延，而6G将在此基础上支持触觉互联网（Tactile Internet），不仅传输视觉和听觉信息，还能传递触觉、力觉、温度等多维感官信息，实现人与机器、机器与机器之间的实时精准交互。远程精准机器人手术、工业数字孪生协同、全向虚拟操控等极端苛刻的应用将因此获得突破性进展。此外，深度连接还意味着网络对物理世界感知能力的本质提升，通过通信感知一体化（Integrated Sensing and Communications, ISAC），网络可实时获取高精度的环境状态，实现对物理世界的精准数字化映射与深度数据挖掘。

全息连接指向未来沉浸式通信体验。当前以4K/8K视频为代表的高清多媒体已逐步普及，而6G将支持更高维度的信息交互。全息通信通过重建光场的振幅和相位信息，使用户无需佩戴特殊设备即可裸眼观看立体影像。高保真扩展现实（eXtended Reality, XR）业务将融合视觉、听觉、触觉等多模态信息，用户可随时随地享受身临其境的沉浸式交互体验。为了突破人体的感知极限并实现高保真的全息通信，网络必须具备高达Tbps量级的峰值数据速率，以及亚毫秒级（<1 ms，甚至逼近 10-100 μs）的端到端极低空口时延指标。

泛在连接要求突破地面网络的覆盖限制。5G虽然已开始关注物联网连接，但覆盖范围仍以地面为主。6G将通过融合地面网络与非地面网络（NTN），构建覆盖太空、空中、陆地、海洋的全域立体网络，实现任何时间、任何地点的无缝宽带接入。面向未来，无论是深海探测器、极地科考站、远洋船舶，还是高空通信平台、低轨航天器，都将作为核心节点融入6G网络。泛在连接的实现，将从根本上消除数字鸿沟，使全球所有人口都能平等地享受高质量地宽带通信服务。

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6G典型应用场景与关键性能指标

2023年6月，ITU无线电通信部门（ITU-R）第44届会议正式通过了《IMT面向2030及未来发展的框架和总体目标建议书》，明确了6G（IMT-2030）的六大典型应用场景：沉浸式通信、超大规模连接、超高可靠低时延通信、泛在连接、人工智能与通信融合、通信感知一体化。这些场景共同勾勒出6G的能力蓝图。

为满足上述六大场景的需求，ITU定义了6G的关键性能指标，可分为增强型指标和新增指标两大类。

增强型指标是在5G基础上进一步逼近物理极限的性能参数。峰值速率方面，根据不同场景的评估，6G的目标设定在50 Gbps至200 Gbps之间，而在某些特定极致场景下有望突破1 Tbps的量级，同时用户体验速率要求大幅攀升至300 Mbps甚至Gbps级别。用户体验速率方面，6G要求达到1Gbps以上。频谱效率方面，6G要求较5G提升1.5至3倍甚至更高。连接密度方面，6G目标达到每平方公里支持106至108台设备并发接入。时延方面，6G空口时延进一步被压缩至0.1到1毫秒之间。可靠性方面，6G要求达到99.99999%（7个9）的极高标准。移动性方面，6G要求支持最高1000公里/小时的移动速度。此外，为了支持超高速高铁或航空器，6G的移动性要求能够支持最高500至1000公里/小时的移动速度.

这些指标的实现，需要突破太赫兹通信、星载智能处理器、超大规模天线等核心技术。“十五五”规划对此做出了明确部署，要求“聚焦战略必争领域和产业链供应链薄弱环节，采取超常规措施，全链条推动关键核心技术攻关取得决定性突破”，为6G技术指标的落地提供了政策保障。

从这些指标可以看出，6G并非5G的简单升级，而是从“连接”向“融合”的转变。其中，泛在连接所要求的空天地海全域覆盖，是6G区别于前几代移动通信的核心特征之一。

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空天地海一体化：

实现6G愿景的关键路径

在6G的六大典型场景中，泛在连接被列为独立场景，同时其他场景（如沉浸式通信、超高可靠低时延通信）的落地也依赖于网络覆盖的广度和连续性。然而，传统的地面蜂窝网络受限于基站部署的极高资本支出与复杂的地理环境，目前仅能覆盖全球约20%的陆地面积和约6%的地球表面积，大量偏远地区、海洋、荒漠、极地等仍处于通信盲区。这一覆盖缺口，成为制约6G愿景实现的核心瓶颈之一。

卫星通信被公认为是填补这一覆盖盲区的有效手段。一颗高轨（Geostationary Earth Orbit, GEO）卫星可覆盖地球表面约三分之一区域，低轨（Low Earth Orbit, LEO）卫星星座可通过数百至数千颗卫星实现全球覆盖。然而，卫星通信也存在明显局限：高轨卫星信号传输时延长（单程约120毫秒），难以满足低时延业务需求；低轨卫星虽时延较短，但单星容量有限，难以支撑高密度用户的宽带接入。与此同时，地面通信在人口密集区域具有高容量、低时延的显著优势，但其覆盖范围受限。

由此可见，地面通信与卫星通信各有优劣，单一网络无法同时满足6G对覆盖广度、连接密度、传输时延和业务容量的综合需求。将两者深度融合，形成优势互补，是6G实现全域覆盖的必然选择。这正是空天地海一体化网络的核心使命——通过整合天基、空基、地基、海基网络资源，构建一个覆盖全球、协同工作的立体化通信网络，从根本上消除通信盲区，使6G的“全域覆盖”愿景成为可能。

空天地海一体化网络的建设，不仅是通信架构的演进，更将在多个层面产生深远影响。在基础层面，它消除海洋、荒漠、极地等传统通信盲区，使6G“泛在连接”愿景中“任何时间、任何地点”的接入承诺成为现实。在经济层面，它为海洋经济、低空经济、智慧物流等产业提供关键基础设施支撑，6G网络的高速率、低时延特性将使远洋航运实现全程实时监控、低空无人机物流突破视距限制、航空乘客在万米高空享受高速互联网服务成为常态。在社会层面，6G的广域覆盖能力使偏远地区的居民能够接入宽带互联网，享受远程教育、远程医疗等公共服务，有助于缩小数字鸿沟、促进社会公平。

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3GPP NTN演进路线

图3. 3GPP NTN演进路线示意图

非地面网络（NTN）是空天地海一体化网络在标准化领域的具体体现。第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project, 3GPP）从Release 14开始研究卫星通信与蜂窝网络的融合潜力，经过多个版本的持续推进，逐步形成了较为完善的NTN技术标准体系。

在标准化历程方面，Release 14至Release 15为可行性研究阶段。3GPP从Release 14 开始成立“NR支持NTN的解决方案”工作组，探讨NR空口传输技术用于NTN场景的可行性，Release 15阶段完成了NTN部署场景和信道模型的初步研究，明确了将卫星通信纳入5G系统的技术方向，为后续标准化工作奠定了基础。Release 16为解决方案研究阶段，进一步研究了NTN的系统解决方案，提出了透明转发和星上再生两种组网架构，并初步分析了NTN对高层协议、物理层技术的潜在增强需求，明确了NTN的技术路线。Release 17为首个NTN标准版本，于2022年6月冻结，是NTN标准化的里程碑，首次形成了面向NTN的端到端技术规范，支持手持终端直连卫星的短信、语音和窄带数据业务，透明转发模式下的时频同步、移动性管理等关键技术得到规范，标志着NTN技术从研究走向标准化，为产业界开发NTN设备和开展网络部署提供了技术依据。Release 18为能力增强阶段，作为5G-Advanced的首个版本，进一步增强了NTN能力，主要包括支持10GHz以上频段部署、覆盖增强、移动性和服务连续性优化、星上本地数据交换等，使NTN从“能通信”向“高质量通信”迈进。Release 19及以后将面向6G演进，重点研究星上再生模式，增强卫星间的协同通信能力，预计Release 20及后续版本将结合5G NTN遗留问题以及6G需求，针对多频段管理、高低轨卫星协同、核心网能力增强以及星地频谱共享等方面开展进一步研究。

在组网架构方面，3GPP NTN定义了透明转发模式和星上再生模式两种架构。透明转发模式（也称弯管模式）中，卫星仅起到中继器的作用，对信号进行射频滤波、频率转换和放大，不改变信号波形，基站位于地面信关站之后，卫星只是将用户终端的信号转发至地面基站。这种模式的优点是卫星设计简单、成本较低，可复用现有透明转发卫星资源，缺点是信号处理完全依赖地面，星地间需传输大量数据，对馈电链路带宽要求高，且端到端时延较大。星上再生模式中，卫星集成了部分或全部基站功能，可对信号进行解调、解码、路由、编码和调制。星上再生模式又可分为两种子类型：基站部分功能上星（DU上星）和基站全部功能上星（gNB上星）。在DU上星架构中，卫星搭载分布式单元，集中单元位于地面；在gNB上星架构中，卫星搭载完整的基站功能。星上再生模式的优点是可在卫星之间建立星间链路，减少对地面信关站的依赖，降低端到端时延，缺点是卫星设计复杂、成本较高，需解决星上处理能力、功耗、散热等工程问题。

在关键技术增强方面，为适应卫星通信场景的特点，3GPP NTN对5G NR协议进行了多项增强。时频同步增强方面，低轨卫星的高速运动带来显著的多普勒频移（S波段可达±48kHz，Ka波段可达±720kHz），远超地面5G系统的设计值，为此NTN引入了基于星历的频偏预补偿机制：卫星广播自身星历信息，终端结合全球导航卫星系统定位计算相对速度和位置，在发射上行信号前自主完成多普勒频偏的预补偿。时序关系增强方面，卫星通信的传播时延远大于地面网络（GEO单程约120~140毫秒，LEO约2~7毫秒），超出5G NR原有定时参数的范围，NTN引入了基于时间提前量（Timing Advance，TA）增强的补偿机制，即小区级偏移量和UE专用偏移量，用于调整初始接入和数据传输过程中的上下行交互定时关系，解决大尺度传播时延带来的时序问题。移动性管理增强方面，低轨卫星的快速运动导致用户需频繁切换服务卫星（每颗卫星的可见时间通常为数分钟），NTN引入了基于时间和位置的条件切换机制，用户可根据卫星星历预判切换时机，提前完成目标卫星的资源预留，实现零中断切换。HARQ增强方面，长传播时延使5G原有的16个HARQ进程数不足以维持连续传输，NTN将HARQ进程数扩展至32个，并支持禁用HARQ反馈（适用于时延敏感业务），由RLC层的ARQ机制保障可靠性。

面向6G，NTN将从“体制兼容”走向“系统融合”。在6G时代，卫星网络不再仅仅是地面网络的补充，而是与地面网络平等融合，形成统一的空天地一体化网络。用户终端可在卫星和地面网络之间无感知切换，享受一致的通信体验。星间激光链路、星上AI处理、软件定义载荷等新技术将进一步提升NTN的性能和灵活性。按照3GPP的标准化路线图，预计到2029年前后，首个完整的6G国际标准将完成制定，为2030年前后的6G商用奠定基础。在这一进程中，NTN将从5G时代的“地面网络的补充”，逐步演变为6G时代“空天地海一体化网络”的核心组成部分。

结 语

回望来路，1G让我们摆脱了电话线的束缚，2G开启了数字通信与短信时代，3G将移动通信与互联网首次深度融合，4G引爆了移动互联网应用，5G则迈出了万物互联的第一步。每一代技术更迭，都在回答同一个问题：如何让连接更快、更广、更智能。面向6G，这条追逐之路的方向已经清晰——空天地海一体化网络将消除最后的通信盲区，使任何时间、任何地点的无缝接入成为现实。而3GPP非地面网络（NTN）标准的持续推进，正是产业界将这一愿景变为现实的实质性步伐。技术不会停下脚步，追问也不会终止。当我们站在6G的门槛上回望，或许会发现：我们真正追逐的，从来不只是速率和指标，而是一个始终在线、无处不在的数字世界。

研究团队介绍

研究团队为宁波东方理工大学6G空天地海一体化网络实验室。团队负责人为尚博东，现为宁波东方理工大学助理教授、博士生导师。研究团队深耕于6G空天地海一体化网络研究领域，研究方向包括星地融合网络、低轨卫星通信与组网、非地面网络等。

宁波东方理工大学目前与上海交通大学、中国科学技术大学、香港理工大学进行博士生联合培养（满足学位和毕业要求，将发放联培院校学位证和毕业证）。研究团队目前招博士后、博士生、实习生。