非地面網路的整合感測與通訊

衛星、HAPS 與 UAV 立體感測的標準化定位與 6G 展望

一、前言

整合感測與通訊 (Integrated Sensing and Communication, ISAC) 在 3GPP 地面網路的標準化，已由 Release 19 的通道模型與 Release 20 的核心網研究奠定基礎，但其在非地面網路 (Non-Terrestrial Network, NTN) 的落地路徑，至今仍停留於研究社群的探索階段。NTN 在 3GPP 的定位，是以低軌與同步軌道衛星、高空平台台站 (High-Altitude Platform Station, HAPS) 與無人機 (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) 等空中與太空節點延伸地面涵蓋，補足偏遠、海洋與災難場景的連線缺口 [1]。當感測能力被疊加於此一立體網路之上，理論上可將對地表、低空與空域的觀測範圍，一舉擴展至地面基地台難以觸及的區域，這正是近期學術界高度關注 ISAC-over-NTN 的根本動機 [6]。

本週報導以此為題，整理 NTN 在 3GPP 現行版本中的標準化定位，說明為何 ISAC 與 NTN 的整合尚未進入 Release 20 的規範範疇，並拆解物理層與架構層各自面臨的關鍵設計課題。需要先行澄清的是，本主題屬前瞻探索性質：截至目前，3GPP 官方對 NTN 的規範工作聚焦於連線能力本身，而非感測，ISAC-over-NTN 的多數架構與演算法設計仍以預印本與期刊論文形式提出，尚未經 3GPP 採納 [6]。因此本文在引用相關提案時，均明確標示其學術屬性，以符合本專案對來源分級與查核的要求。

二、版本時程表

為釐清 NTN 與 ISAC 兩條主線在 3GPP 各版本的推進節奏，下表整理官方已確認的工作範疇與凍結時程。整體而言，NTN 的連線相關工作項目自 Release 17 起即持續有版本更新，ISAC 則於 Release 19 引入通道模型研究、Release 20 進入核心網架構研究；兩條主線目前分屬不同工作項目推進，官方尚未見將兩者正式合流的立項規劃，感測與非地面節點的整合最快也要到 Release 21 的 6G 研究窗口才可能被納入通盤考量 [1][3][5]。

三、官方定位

3.1 Release 20 的 NTN 工作聚焦於連線，而非感測

在 Release 20 中，3GPP 對 NTN 的規範重心明確落在連線能力的強化，涵蓋衛星存取的韌性與效能提升等多個工作項目 [1][3]。就已知範圍而言，這些工作項目的共同特徵，是圍繞如何讓終端在非地面鏈路上穩定收發資料，並未觸及以無線訊號回波推估目標的感測功能。

3.2 Release 20 的 ISAC 研究以地面單站感測為主體

相對而言，Release 20 的 ISAC 研究主線鎖定地面網路。無線接取側的研究項目以基地台單站 (mono-static) 感測為核心，感測訊號的發射與接收共站於地面 gNB，首要評估情境為低空無人機偵測；核網對感測的支援則收斂於感測資料處理與對外開放的架構研究，記錄於 TR 23.700-14 [5]。換言之，官方目前投入的感測研究資源，其部署主體是地面基地台，而非衛星或高空平台，這使得 NTN 與 ISAC 雖同列 Release 20 的重點技術，卻分屬兩條互不重疊的工作軌道。

3.3 關鍵事實：ISAC-NTN 尚未進入 SA2 6G 研究範疇

在此基礎上，一項對本主題最關鍵的事實是：ISAC-NTN 目前並不在 SA2 的 6G (Release 20) 研究範疇之內，這意味著 ISAC-NTN 短期內難以成為 6G 的 Day 1 能力 [6]。此一判斷源自學術綜述對現行 3GPP 工作範圍的盤點，屬對官方進度的觀察與推論 (學術提案，尚未經 3GPP 採納)。進一步來看，這並非技術上不可行，而是標準化資源在有限的版本窗口內優先投入地面 ISAC 與 NTN 連線兩大題目，NTN 感測的整合被暫時擱置於後續版本，這也解釋了為何相關設計目前主要由研究社群推動。

四、物理層 (RAN)

NTN 感測在物理層面臨的挑戰，與地面 ISAC 有本質差異。非地面鏈路的傳播距離動輒數百至上千公里，回波訊號經雙倍路徑衰減後極為微弱，對感測接收機的靈敏度與積分增益提出嚴苛要求；同時，低軌衛星相對地面存在顯著的軌道運動速度，引入巨大的都卜勒 (Doppler) 頻移與往返時延，使得沿用地面波形直接感測的假設難以成立 [6]。相對而言，位於平流層的高空平台台站相對地面近乎準靜止，其都卜勒與時延遠較低軌衛星溫和，因而被學界視為 NTN 感測較務實的起點，並常被描述為一具平流層超級巨集基地台 (super-macro base station) [8]。

都卜勒效應在此呈現一體兩面的角色：在通訊中它是必須補償的損害，在感測中卻是估計目標速度的直接訊號來源。[7] 提出的災後響應框架即善用此一特性，以都卜勒為基礎的移動偵測模型，讓掛載基地台的無人機對地面使用者同時執行下行多使用者多輸入多輸出 (MU-MIMO) 通訊與單站感測，並由高空平台台站提供回程 (backhaul) 鏈路，用以偵測受困於瓦礫下或處於移動狀態的人員 (為學術提案，尚未經 3GPP 採納) [7]。這類設計說明 NTN 感測的價值不僅在於擴大涵蓋，更在於為地面網路失效的災難場景提供備援的態勢感知能力。

在波形與資源配置層面，高空平台台站的 ISAC 設計需在感測波束增益與多使用者訊號對干擾雜訊比之間取得平衡，本質上是一道非凸最佳化問題，學界已提出以最大化最小值 (max-min) 公平性為目標的波束成形方法作為初步解 [8]。然而必須指出，現行 3GPP 的 NTN 射頻與共存框架 (TR 38.863) 是為連線需求而制定，界定的是衛星接取節點與終端的射頻與效能要求，尚未涵蓋感測波形、感測資源週期或收發同站帶來的自干擾假設 [3]。由此可見，NTN 感測若要進入規範，物理層仍需補足一整套感測專屬的射頻與波形前提，這也是目前官方尚未啟動的環節。

五、架構層 (SA)

從架構角度看，NTN 感測之所以尚未進入 Release 20 範疇，關鍵在於現有 SA2 研究的資料路徑假設仍以地面為中心。TR 23.700-14 所定義的感測資料回報與對外開放，是圍繞地面 gNB 單站感測而設計，對於衛星、高空平台與無人機之間的跨節點感測融合、非地面節點的感測能力回報、以及經由回程鏈路將感測結果送回核心網的完整路徑，皆尚未納入研究 [5][6]。這使得即便物理層具備感測能力，感測結果在立體網路中的匯聚與治理仍缺乏對應的架構元件。

在學術層面，[6] 系統性地提出 ISAC-NTN 的架構設計原則、應用情境與效能取捨，並明確點出當前的標準化落差 (為學術提案，尚未經 3GPP 採納) 。此篇綜述的作者群包含任職於 InterDigital Europe 的 Alain Mourad，反映出跨組織的預標準化討論已在醞釀，惟其結論屬研究性質，最終是否轉化為 3GPP 或 ETSI 的規範文字仍待觀察，這也與本專案先前追蹤的 ETSI 與 3GPP 術語對齊議題相互呼應。相對而言，官方在 Release 19 的衛星整合架構研究 (TR 23.700-29) 已為再生式與儲存轉發等模式建立分階段導入的思路 [4]，可作為未來 NTN 感測架構循序演進的參照。

承接上述，學界對高空平台台站 ISAC 系統提出的實務路線圖，聚焦於可擴充架構與自適應資源管理、環境動態韌性、機器學習整合、資安防護與部署經濟性等面向 [8]。這種以可擴充性與韌性為核心的推進方式，是否進一步與 Release 19 衛星架構對再生式與儲存轉發分階段處理的官方思路 (TR 23.700-29) 方向一致 [4]，仍待後續研究釐清，但已為 Release 21 若要將感測納入 6G 原生 NTN 架構，提供了值得參考的設計脈絡。

六、展望

展望 Release 21，3GPP 規劃於此正式啟動 6G 的正規性工作 [2]；若感測要如願成為 6G 的原生能力而非後期外掛，NTN 感測便需要在這個階段的架構與波形設計窗口中及早被納入考量，然而截至目前，官方尚未針對 ISAC-NTN 提出任何研究立項，相關動能主要來自學術社群 [6]。

相對而言，學界針對高空平台台站 ISAC 系統提出的務實路線圖，涵蓋可擴充架構、機器學習整合與部署經濟性等面向，其中以最大化最小值公平性為核心的資源配置設計 [8]，被視為兼顧感測與通訊效能的務實方向，值得後續持續追蹤其是否被官方採納。

整體而言，本週主題呈現的是一個標準化尚未收斂、但研究動能明顯升溫的前沿領域。技術成熟度仍處研究階段，多數架構與演算法有待驗證，官方立項與否是後續最值得關注的分水嶺。基於本次盤點，以下列出後續可關注的方向：

1. ISAC-NTN 是否於 Release 21 的 SA2 6G 架構研究中正式立項，或維持於學術探索階段。
2. 以準靜止的高空平台台站作為 NTN 感測起點的標準化可行性，是否成為官方分階段導入的首選。
3. NTN 感測資料的回報介面，如何與地面核心網既有的感測資料處理路線 (TR 23.700-14) 銜接。
4. NTN 射頻與共存框架 (TR 38.863) 是否於後續版本延伸涵蓋感測波形與收發同站的自干擾假設。

資料來源

[1]  3GPP 官方，非地面網路 (NTN) 技術總覽頁 (官方)  https://www.3gpp.org/technologies/ntn-overview

[2]  3GPP 官方，Rel-20 Planning and Progress in TSG SA (NTN 與 6G 時程，官方)  https://www.3gpp.org/news-events/3gpp-news/sa-rel20

[3]  3GPP TR 38.863，Non-terrestrial networks (NTN) related RF and co-existence aspects (官方)  https://www.3gpp.org/DynaReport/38863.htm

[4]  3GPP TR 23.700-29，Study on integration of satellite components in the 5G architecture; Phase 3 (Rel-19，官方)  https://www.3gpp.org/DynaReport/23700-29.htm

[5]  3GPP TR 23.700-14，Study on Integrated Sensing and Communication; Stage 2 (Rel-20，官方)  https://www.3gpp.org/DynaReport/23700-14.htm

[6]  M. A. Jamshed 等，ISAC-Enabled Non-Terrestrial Networks for 6G (arXiv 2604.11593，學術提案)  https://arxiv.org/abs/2604.11593

[7]  ISAC-over-NTN: HAPS-UAV Framework for Post-Disaster Responsive 6G Networks (arXiv 2601.15422，學術提案)  https://arxiv.org/abs/2601.15422

[8]  HAPS-ISAC for 6G: Architecture, Design Trade-offs, and a Practical Roadmap (arXiv 2510.23147，學術提案)  https://arxiv.org/abs/2510.23147