在天地一体化网络系统中，卫星、高空平台、地面基站之间形成了多维立体网络，随着用户业务需求的增长，频谱资源变得越发匮乏，尤其是适用于智能手机的 Sub-6GHz 频谱资源。
（1）系统容量问题 在 6G 天地一体化网络中，卫星移动通信的波束覆盖范围远远大于地面小区，这意味着卫星移动通信的单小区需要支持的用户数远远大于地面移动通信，尤其是卫星物联网场景。因此，提升系统容量（包括上行容量与下行容量）是未来6G 天地一体化需要解决的关键问题。 （2）覆盖与吞吐量问题 在 6G 天地一体网络系统中，卫星与终端之间的通信距离较远，存在较大的路径损耗。通信卫星是一个功率资源受限的系统，受卫星重量、体积的限制，在卫星上装多幅天线是不现实的，很难实现大规模 MIMO 技术来提升系统吞吐量。随着卫星通信需求向更高峰值速率、更多连接数量方向发展，星上功率资源受限与增大发射功率、提高星上处理能力这一矛盾将进一步加剧。如何满足形态固化、能力有限的智能手机终端接入需求是未来 6G 天地一体化需要解决的重要问题。
（3）频谱资源受限问题 在天地一体化网络系统中，卫星、高空平台、地面基站之间形成了多维立体网络，随着用户业务需求的增长，频谱资源变得越发匮乏，尤其是适用于智能手机的 Sub-6GHz 频谱资源。如何提升天地一体化网络系统的频谱资源利用率是6G天地一体化需要解决的首要问题。 （4）高动态时变网络问题[21] 传统地面网络各节点相对固定，在天地一体化系统中，网络由卫星、高空平台、中低空悬浮器/飞行器和地面设备等不同层次的节点组成，具有一个和传统地面蜂窝通信网络截然不同的三维立体架构。网络中节点的运动还将导致网络拓扑结构呈现高动态变化特性。网络的高速拓扑变化一方面会造成链路变化，难以通过固定流量来传输数据；另一方面，网络协议在多跳、中继等不同变化下面临非对称链路、链路质量变化与高可靠传送反馈控制的矛盾，将造成应用层传送效率低，甚至无法保证数据传送质量。
（5）广域通信安全问题[1] 天地一体化通信系统通过卫星、高空平台等手段实现对用户的广域覆盖。然而，卫星通信的无线信道具有开放性和广播性等特征，导致信息传输通道不可控，无线链路更容易受到人为干扰、攻击、窃听和重放等威胁。因此，天地一体化通信系统的发展需要解决广域覆盖条件下的传输安全挑战。
新型网络架构
5G 核心网引入了服务化架构，网络功能间采用轻量级服务化接口，利用服务化架构模块化、无状态、独立化、扁平化、自主化的优势，推动网络走向开放化、虚拟化、软件化和服务化。当前 6G 接入网服务化已经受到学术界和产业界越来越多的重视。6G 预计会在核心网服务化的基础上，进一步推动服务化技术的演进。 对于 6G 天地一体化网络，可通过资源虚拟化技术，实现接入网、承载网和核心网的一体虚拟化[1]。借鉴核心网服务化思想，可以将接入网控制面和用户面功能服务化，并按需部署在地面或空间节点平台上，实现接入网和核心网融合一体化设计，降低空间节点的能耗。同时可以利用大数据和AI 技术，根据不同应用场景需求，通过网络功能编排中心对各网络节点功能进行统一编排，形成网络即服务（Network as a Service, NaaS）的总体架构，从而实现天地一体化网络按需智能重构。
在 NaaS 的架构下，天地一体化通信网络可灵活地配置成如下模式：天基网络作为地面网络的回传网络而存在，地面网络的基站通过天基网络接入到地面的核心网；天基节点具备部分基站的功能，如分布式单元部署在卫星节点上，集中单元部署在地面节点；天基节点不仅具备与地面基站等同的功能，同时还部署“边缘核心网”网元，承载部分地面核心网的功能。 天地一体化网络架构还存在很多问题需要探索。首先，接入节点复杂多样，硬件环境和性能差异很大，这些特点对虚拟化平台的异构适应性提出了更高的要求。但是，现有的虚拟化平台对异构硬件环境的适应性不足，传统的网络功能编排器也缺乏对无线业务的描述和专用硬件设备的支持，还需要进一步优化改进。
新型接入技术
波形设计
在 4G 与 5G 通信系统中，OFDM 为主要波形设计，即将符号调制于多个正交的子载波上并通过添加循环前缀来对抗多径信道时延扩展和符号间干扰。OFDM 波形具有高频谱利用率、抗频率选择性衰落等优势，但同时也有高PAPR、频移敏感性等缺点，这意味着在高速移动场景下使用OFDM波形设计并不能获得较好的系统性能。
多址技术
前五代移动通信中采用的是正交多址方案（Orthogonal Multiple Access, OMA），具体包括频分多址、时分多址、码分多址和正交频分多址。现有的OMA接入技术虽然可以有效缓解频率冲突的问题，但限制了资源的自由度，接入效率也较低。在频谱资源昂贵且受限的条件下，非正交多址接入技术（Non Orthogonal Multiple Access, NOMA）技术因其高可靠、低时延的免调度（Grant-free）传输以及可灵活支持多用户复用等特点，可满足未来低时延、高可靠、海量终端接入和超大容量的通信需求，成为未来移动通信的关键技术之一。6G 时代的连接数规模较 5G 时代将有数十倍的增加，NOMA 在满足大连接数，低时延和高负载等要求方面的潜在优势，使其成为 6G 时代有竞争力的接入候选技术。尤其对于需要满足大范围覆盖和海量连接需求的星地融合的网络场景，NOMA能够充分发挥其优势。
卫星通信的覆盖范围广，终端接入数多，尤其是卫星物联网场景中的大规模接入。在频带有限并且处于高速移动状态的条件下，很容易出现用户数量过载、多普勒频移严重、信道条件复杂、异构通信系统间频率冲突的问题，而NOMA有效解决大规模接入问题，因此可以引入进卫星通信网络中，以满足天地一体化网络中海量终端的接入需求。 卫星通信网络的上行传输可以采用码域 MUSA 或SCMA 技术，但卫星通信系统主要以视距直传链路为主，且卫星通信网络是一个资源受限系统，星上功率和处理能力有限，接收机的复杂度不能太高，相对而言，MUSA 技术具有较低的复杂度，因此将是适用的潜在多址技术。此外，MUSA 技术的低互相关性序列扩展可以更好地抑制用户间干扰，并且无需依赖参考信号的多用户检测技术，可以节省导频的开销避开导频碰撞的问题。
