建設(shè)通感一體化專網(wǎng)　打造數(shù)字低空基礎(chǔ)設(shè)施

近年來全國(guó)各地積極發(fā)展低空經(jīng)濟(jì)，低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開有序的運(yùn)營(yíng)和監(jiān)管，而運(yùn)營(yíng)和監(jiān)管的前提是低空基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。低空空域目前缺乏統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，尤其無法對(duì)低空空域進(jìn)行全天候的“感知”。因此構(gòu)建低空通信與感知于一體的數(shù)字低空基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，賦能可計(jì)算空域是發(fā)展低空經(jīng)濟(jì)和打造可運(yùn)營(yíng)空域的重要前提條件。

為什么要具備通信和感知功能？

低空飛行場(chǎng)景對(duì)于通信的需求體現(xiàn)在安全高效的飛行控制和豐富的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸上。從飛控角度看，低空飛行需動(dòng)態(tài)規(guī)劃航線、提升空域利用率，并在識(shí)別非法飛行時(shí)下達(dá)緊急指令;需要高可靠傳遞起降飛行參數(shù)和指令;飛行器還需定期匯報(bào)位置、速度等狀態(tài)信息，幫助監(jiān)管部門監(jiān)控飛行。在這些需求下，低時(shí)延高可靠通信鏈路(uRLLC)成為飛控的關(guān)鍵。而從業(yè)務(wù)方面來看，低空飛行在飛行和起降階段傳輸大量的機(jī)載數(shù)據(jù)，需要靠高帶寬的上行通信鏈路(eMBB)來實(shí)現(xiàn)。此外，地面控制中心還需通過uRLLC向無人機(jī)下達(dá)實(shí)時(shí)的任務(wù)指令。

而隨著低空飛行器數(shù)量的增加，單一的通信功能已無法應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的飛行環(huán)境，低空主動(dòng)感知成為保障飛行安全、提升空域管理效率的核心技術(shù)。從空域建設(shè)和管理的角度來看，通過感知功能可以實(shí)現(xiàn)空域的柵格化管理，在GNSS信號(hào)受到干擾時(shí)仍能確保飛行器在復(fù)雜環(huán)境中正常飛行;在監(jiān)測(cè)和監(jiān)控方面，需要通過感知功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控合作飛行器是否有飛出航線或超速等情況，對(duì)非法無人機(jī)進(jìn)行軌跡跟蹤和定位;從起降引導(dǎo)的角度來看，依賴感知功能，低空飛行能夠順利避障并精確降落，地面控制中心可調(diào)度多架無人機(jī)有序起降;在導(dǎo)航輔助方面，感知功能可以獲取地形、氣象條件和其他飛行器位置等實(shí)時(shí)信息;同時(shí)，感知系統(tǒng)還具備碰撞預(yù)警和智能航路規(guī)劃的功能，最大化利用空域資源。

為什么需要通感一體化？

上述低空飛行場(chǎng)景中的通信和感知功能緊密相連，傳統(tǒng)的分離式解決方案已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代低空飛行的需求，通感一體化成為推動(dòng)低空經(jīng)濟(jì)安全高效發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)路線。

第一，傳統(tǒng)的航空通信與感知系統(tǒng)無法滿足低空飛行的復(fù)雜需求，如傳統(tǒng)雷達(dá)只能檢測(cè)飛行物的存在，無法進(jìn)行精確的身份識(shí)別。第二，通感一體化已經(jīng)成為5G-A和6G的核心技術(shù)路線之一，能夠在全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的支持下，持續(xù)演進(jìn)和升級(jí)。而低空經(jīng)濟(jì)作為應(yīng)用場(chǎng)景，可以分享移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值。第三，相比傳統(tǒng)的分立式設(shè)備，通感一體化方案不僅減少了硬件設(shè)施的數(shù)量，還降低了站點(diǎn)租賃、人工維護(hù)等方面的成本，使整體部署更加經(jīng)濟(jì)高效。第四，通感一體化技術(shù)可以通過靈活分配通信和感知任務(wù)，最大化提高頻譜資源的利用效率，還能夠從通信和感知兩個(gè)維度提供一致的數(shù)據(jù)源，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，這在飛行軌跡預(yù)測(cè)、異常檢測(cè)、非法入侵監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景中具有重要意義。

低空通感一體網(wǎng)絡(luò)選擇哪個(gè)頻段?當(dāng)前，5G-A主要有Sub6GHz和毫米波(24.75GHz至27.5GHz)兩種頻段。不同特性和頻譜資源的多寡，極大地影響了通感一體的性能指標(biāo)。相比毫米波頻段，Sub6GHz頻段具有覆蓋距離遠(yuǎn)的優(yōu)勢(shì)，但低空空域的覆蓋主要是針對(duì)高度在600～1000米為主的相對(duì)空曠區(qū)域，無需覆蓋室內(nèi)，Sub6GHz和毫米波頻段均可以滿足。基站也不需要大功率，在降低設(shè)備功耗和成本的同時(shí)，減小了空中組網(wǎng)的干擾。相比Sub6GHz頻段，毫米波頻段在感知能力上展現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢(shì)。毫米波頻段帶寬大，典型帶寬為400～800MHz，是低頻的4～8倍，在距離分辨率、速度分辨率和角度分辨率等感知精度方面遠(yuǎn)超Sub6GHz頻段，這對(duì)于“低慢小”無人機(jī)的檢測(cè)、識(shí)別和精準(zhǔn)導(dǎo)航等至關(guān)重要;同時(shí)，基于毫米波頻段豐富的感知特征，未來還可用于環(huán)境成像、微觀氣象、微動(dòng)檢測(cè)等方面。

低空通感一體網(wǎng)絡(luò)的部署策略

當(dāng)前，構(gòu)建低空通感一體網(wǎng)絡(luò)主要有兩種部署方式可供選擇：一是基于現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商的公網(wǎng)系統(tǒng)，二是針對(duì)低空的專用網(wǎng)絡(luò)。

毋庸置疑，基于現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)的改造方案能夠在初期部署時(shí)復(fù)用現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施，具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，然而，現(xiàn)有地面公網(wǎng)的設(shè)計(jì)初衷是為地面用戶服務(wù)，地面網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)布局和天線方向主要針對(duì)水平覆蓋，無法完全有效滿足低空飛行器的垂直覆蓋需求，影響低空通信的連續(xù)性和可靠性;地面公網(wǎng)的密集小區(qū)部署在高速飛行的低空?qǐng)鼍跋聲?huì)導(dǎo)致頻繁的網(wǎng)絡(luò)切換，增加中斷和干擾，難以確保飛控所需的低時(shí)延和高可靠性;地面公網(wǎng)的系統(tǒng)資源主要集中配置在下行鏈路，無法同時(shí)兼顧低空無人機(jī)視頻回傳、感知數(shù)據(jù)上傳等場(chǎng)景的上行鏈路需求，同樣，也無法同時(shí)滿足低空飛行對(duì)高精度感知和穩(wěn)定通信的資源要求。由于低空業(yè)務(wù)需求和地面業(yè)務(wù)需求的巨大差異，通過公網(wǎng)改造方案滿足低空?qǐng)鼍靶枨螅厝恍枰槍?duì)低空業(yè)務(wù)特點(diǎn)重新部署基站、調(diào)整優(yōu)化參數(shù)，即相當(dāng)于構(gòu)建了一張專網(wǎng)，初期公網(wǎng)改造方案的投入必然浪費(fèi)。

相比之下，專頻專網(wǎng)在部署的時(shí)候可以專門考慮航線和起降場(chǎng)的通感需求，優(yōu)化站點(diǎn)選址和天線方向，實(shí)現(xiàn)高效組網(wǎng);有了專門面向低空的專網(wǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃，就可以解決飛行器飛行過程中的通信盲區(qū)問題，并避免中斷和干擾;面向低空經(jīng)濟(jì)的專網(wǎng)充分考慮無人飛行器的上行帶寬要求，系統(tǒng)可以有針對(duì)性地分配更多的網(wǎng)絡(luò)資源，保證飛行業(yè)務(wù)的通信需求;同時(shí)，選取合適的專網(wǎng)頻段，利用更加豐富的帶寬資源，可以最大限度地滿足感知精度和通信可靠性要求。

特別是基于專頻專網(wǎng)的低空信息基礎(chǔ)設(shè)施，在低空?qǐng)鼍暗姆煞ㄒ?guī)遵從性及確保低空飛行安全、城市和國(guó)家安全角度，也值得考量。

低空通感一體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)路線

綜上，針對(duì)城市低空起降場(chǎng)以及飛行線路，基于毫米波的通感一體化低空專網(wǎng)能很好地滿足低空通信和感知的需求。由于低空專網(wǎng)只需覆蓋低空起降場(chǎng)及飛行線路空域中的無人機(jī)和未來的eVTOL(電動(dòng)垂直起降飛行器)，無需兼顧地面人群和室內(nèi)的覆蓋需求，站點(diǎn)的部署密度可以大幅降低。同時(shí)，結(jié)合毫米波相控陣技術(shù)，毫米波低空專網(wǎng)設(shè)備的發(fā)射功率和整機(jī)功耗也可以大幅降低，相應(yīng)地減少設(shè)備功耗和成本，顯著降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和運(yùn)維成本。

因此，基于5G-A的毫米波通感一體化專網(wǎng)必將成為低空新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的主要技術(shù)路線。 (作者：吳建軍)

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