低軌衛星與3D網路架構驅動NTN整合　非地面網路邁向6G核心架構

非地面網路(Non-Terrestrial Networks, NTN)長期被視為解決連線缺口的重要方案，涵蓋偏遠社區、災區及超出地面覆蓋範圍營運的產業。邁入6G時代，NTN不僅承諾提供更廣的覆蓋範圍，更強調連線韌性與普及性。變革何在？理論已成現實。直連裝置的通訊技術正從概念邁向實踐，多家業者推出延伸地面通訊覆蓋範圍的行動服務。訊號死角不再是終點——當基地台消失時，手機仍能持續傳訊、獲取氣象資訊並維持必要的信令傳輸以確保運作。

從軌道到無處不在

自1957年單顆衛星發射，發展至今日數千顆衛星在軌運行的規模，為NTN的崛起奠定基礎。預測未來將有數萬顆活躍衛星(圖1)，其中多數位於低地球軌道(Low Earth Orbit, LEO)，構築起全球通訊的密集網路。產業發展持續加速：SpaceX已實現直連手機通訊，AST SpaceMobile正與AT&T、Verizon合作拓展全球覆蓋，Apple整合Globalstar技術為iPhone提供緊急簡訊功能。自2024年末至2025年期間，電信業者陸續推出實際方案：紐西蘭實現全國簡訊覆蓋、加拿大展開全國性測試、日本推出特定類型的資料應用程式，美國則將WhatsApp與Google Maps等主流應用程式整合至作業系統層級的衛星通訊模式。

此轉捩點結合了美國聯邦通訊委員會(FCC)於太空補充覆蓋(Supplemental Coverage from Space, SCS)框架下的政策逐步明朗化、國際電信聯盟(ITU)主導的全球頻譜協調、持續推進的第三代合作夥伴計畫(3GPP)標準化進程，以及技術突破，使衛星亦可作為一般手機的漫遊基地台。

3D網路架構：6G NTN的骨幹

有別於5G將NTN視為附加元件，6G願景從第一天起便將NTN定位為統一3D網路架構的原生核心組件，涵蓋地面層、空中層與太空層。此多層次設計整合：

• 低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)及地球同步軌道(GEO)衛星
• 高空平台(HAPs)
• 無人飛行載具(UAV)

此架構將實現跨層無縫切換，提供強健的覆蓋能力，並支援自主移動、海事通訊及緊急應變等進階應用場景。該架構可實現跨領域的多連接能力、動態頻譜共享及AI驅動的協同調度。

變革性應用

直連裝置通訊

想像在沙漠或船上掏出手機，竟能享有與市區相同的訊號覆蓋——這在6G時代將成為現實。初期部署將支援訊息傳遞與基礎應用程式，隨著頻譜資源與衛星密度持續擴展，語音通話與更豐富的資料服務亦將逐步實現。

自主移動與無人機

NTN將使無人機得以在偏遠地形巡檢管線，車輛也能在缺乏地面基地台的區域安全行駛。穩定且可靠的NTN鏈路將支援精密農業與城市空中移動——這些應用場景中的機器運作皆仰賴持續的資料傳輸。

災害救援與公共安全

當颱風或野火導致地面網路中斷時，NTN可即時啟動，為第一線救援人員提供關鍵通訊能力。基於此類高韌性特性，營運商正將衛星接取納入漫遊機制，確保無需用戶操作的情況下，仍可維持連線。

6G NTN支援技術堆疊

實現無縫的NTN-TN整合需具備多項技術組合：

• 頻率範圍3(FR3)頻譜：作為6G的黃金頻段，在覆蓋與容量之間取得優於毫米波的平衡，同時提供比6GHz更寬廣的頻寬。
• 極大規模多輸入多輸出(xMIMO)：透過數千支天線形成超窄波束，以最大化頻譜效率並降低干擾。
• 可重構智慧表面(Reconfigurable Intelligent Surface, RIS)：安裝於建築物甚至衛星上的智慧反射器，能繞過障礙物重新導向訊號。
• 整合感測與通訊(Integrated Sensing and Communication, ISAC)：同步執行感測與通訊的網路架構，可實現協同導航與環境感知能力。
• AI原生無線接取網路(AI-Native RAN)：具備學習與適應能力的網路，可即時優化頻譜、預測切換時機並平衡能源消耗。

這些技術共同構成智慧、自適應、NTN驅動的6G生態系統骨幹，但每項技術皆具備獨特優勢與挑戰(表1)。

產業專家警示，這些技術需在真實環境中進行嚴格驗證，包含NTN特有的都卜勒效應、延遲與同步挑戰等因素。

產業加速發展：關鍵參與者

SpaceX、AST SpaceMobile與Apple等企業，展現了塑造NTN未來的不同策略。

• SpaceX專注於移動衛星服務(MSS)頻譜收購與衛星星座密度，以實現全球規模擴展。
• AST SpaceMobile透過與主要電信商合作，致力於提供高容量的直連裝置通訊。
• Apple整合NTN技術於緊急訊息服務，優先考量使用者體驗而非高傳輸速率。

遵循3GPP標準確保了互通性，使衛星能作為無線接取網路(RAN)的組成部分運作，而非附加元件。3GPP標準自Release 17開始確立NTN基礎規範，並於Release 18/19進一步發展移動性與再生載荷技術。

標準路線圖：展望Release 20與21

儘管Release 17與18奠定了基礎，3GPP Release 20及21將進一步深化NTN整合：

• Release 20(2025–2026年)：研究多軌道架構、AI原生空中介面及進階頻譜共享。
• Release 21(2027–2028年)：制定再生載荷相關規範、實現無縫NTN-TN融合，並符合IMT-2030標準。

這些版本與ITU的IMT-2030時程表相契合，目標於2030年前實現6G商用部署(圖2)。

未來挑戰

儘管取得進展，NTN仍面臨諸多障礙：

• 頻譜協調：協調FR3頻段的衛星與地面營運商極為複雜，彷彿管理數十座機場的空中交通。
• 標準化：多廠商互通性至關重要；若缺乏共通介面，NTN恐面臨碎片化風險。
• 硬體限制：衛星運作受限於嚴格的電力與熱能預算，效能至關重要。
• 商業模式：衛星星座建置耗資數十億，成敗取決於能否在消費者、企業及公共安全市場展現其價值。

成功設計與建模之道

5G經驗教訓凸顯務實性需求。對6G的NTN而言，這代表著：

• 能源效率：低流量時段進入休眠的網路，以及動態調整波束的衛星。
• 零信任安全(Zero-Trust Security)：跨國界與產業的持續驗證與加密機制。
• 數位孿生：透過高擬真虛擬模型，在昂貴的實際發射前模擬干擾、天氣與網路攻擊等真實環境條件。

驗證6G時代的NTN效能，需要超越傳統鏈路測試。結合先進調變方案高擬真數位孿生技術，使工程師能在硬體部署前模擬複雜軌道動力學、都卜勒效應及多層次干擾。這些虛擬環境能重現真實世界條件，進而優化波形設計、功率效率與延遲表現。透過將AI技術整合至模擬流程，開發者可預測效能取捨，在加速創新的同時，減少實際在軌測試所帶來的高昂的試錯成本。

NTN不僅關乎衛星，更關乎公平性、產業與韌性：

• 公平性：將數位服務延伸至資源匱乏的社區。
• 產業：提升農業、物流與製造業的運作效率。
• 韌性：在災害發生時維持社會通訊不中斷。

隨著多方參與者推動創新，並由全球標準持續促進互通性發展，NTN正成為6G時代連接性的基本配置。對工程師而言，關鍵在於打造兼具前瞻性與實務可行性的系統設計，確保自一開始即具備高效能、安全性與互通性。

(本文作者為是德科技Keysight Technologies 6G解決方案負責人)