建设通感一体化专网　打造数字低空基础设施

近年来全国各地积极发展低空经济,低空经济的发展离不开有序的运营和监管,而运营和监管的前提是低空基础设施建设。低空空域目前缺乏统一的基础设施建设,尤其无法对低空空域进行全天候的“感知”。因此构建低空通信与感知于一体的数字低空基础设施网络,赋能可计算空域是发展低空经济和打造可运营空域的重要前提条件。

为什么要具备通信和感知功能?

低空飞行场景对于通信的需求体现在安全高效的飞行控制和丰富的业务数据传输上。从飞控角度看,低空飞行需动态规划航线、提升空域利用率,并在识别非法飞行时下达紧急指令;需要高可靠传递起降飞行参数和指令;飞行器还需定期汇报位置、速度等状态信息,帮助监管部门监控飞行。在这些需求下,低时延高可靠通信链路(uRLLC)成为飞控的关键。而从业务方面来看,低空飞行在飞行和起降阶段传输大量的机载数据,需要靠高带宽的上行通信链路(eMBB)来实现。此外,地面控制中心还需通过uRLLC向无人机下达实时的任务指令。

而随着低空飞行器数量的增加,单一的通信功能已无法应对复杂多变的飞行环境,低空主动感知成为保障飞行安全、提升空域管理效率的核心技术。从空域建设和管理的角度来看,通过感知功能可以实现空域的栅格化管理,在GNSS信号受到干扰时仍能确保飞行器在复杂环境中正常飞行;在监测和监控方面,需要通过感知功能,实时监控合作飞行器是否有飞出航线或超速等情况,对非法无人机进行轨迹跟踪和定位;从起降引导的角度来看,依赖感知功能,低空飞行能够顺利避障并精确降落,地面控制中心可调度多架无人机有序起降;在导航辅助方面,感知功能可以获取地形、气象条件和其他飞行器位置等实时信息;同时,感知系统还具备碰撞预警和智能航路规划的功能,最大化利用空域资源。

为什么需要通感一体化?

上述低空飞行场景中的通信和感知功能紧密相连,传统的分离式解决方案已经无法满足现代低空飞行的需求,通感一体化成为推动低空经济安全高效发展的关键技术路线。

第一,传统的航空通信与感知系统无法满足低空飞行的复杂需求,如传统雷达只能检测飞行物的存在,无法进行精确的身份识别。第二,通感一体化已经成为5G-A和6G的核心技术路线之一,能够在全球统一标准的支持下,持续演进和升级。而低空经济作为应用场景,可以分享移动通信网络的产业链价值。第三,相比传统的分立式设备,通感一体化方案不仅减少了硬件设施的数量,还降低了站点租赁、人工维护等方面的成本,使整体部署更加经济高效。第四,通感一体化技术可以通过灵活分配通信和感知任务,最大化提高频谱资源的利用效率,还能够从通信和感知两个维度提供一致的数据源,确保数据的实时性和准确性,这在飞行轨迹预测、异常检测、非法入侵监测等场景中具有重要意义。

低空通感一体网络选择哪个频段?当前,5G-A主要有Sub6GHz和毫米波(24.75GHz至27.5GHz)两种频段。不同特性和频谱资源的多寡,极大地影响了通感一体的性能指标。相比毫米波频段,Sub6GHz频段具有覆盖距离远的优势,但低空空域的覆盖主要是针对高度在600～1000米为主的相对空旷区域,无需覆盖室内,Sub6GHz和毫米波频段均可以满足。基站也不需要大功率,在降低设备功耗和成本的同时,减小了空中组网的干扰。相比Sub6GHz频段,毫米波频段在感知能力上展现了巨大的优势。毫米波频段带宽大,典型带宽为400～800MHz,是低频的4～8倍,在距离分辨率、速度分辨率和角度分辨率等感知精度方面远超Sub6GHz频段,这对于“低慢小”无人机的检测、识别和精准导航等至关重要;同时,基于毫米波频段丰富的感知特征,未来还可用于环境成像、微观气象、微动检测等方面。

低空通感一体网络的部署策略

当前,构建低空通感一体网络主要有两种部署方式可供选择:一是基于现有运营商的公网系统,二是针对低空的专用网络。

毋庸置疑,基于现有运营商公网的改造方案能够在初期部署时复用现有的通信基础设施,具有一定的经济优势,然而,现有地面公网的设计初衷是为地面用户服务,地面网络的站点布局和天线方向主要针对水平覆盖,无法完全有效满足低空飞行器的垂直覆盖需求,影响低空通信的连续性和可靠性;地面公网的密集小区部署在高速飞行的低空场景下会导致频繁的网络切换,增加中断和干扰,难以确保飞控所需的低时延和高可靠性;地面公网的系统资源主要集中配置在下行链路,无法同时兼顾低空无人机视频回传、感知数据上传等场景的上行链路需求,同样,也无法同时满足低空飞行对高精度感知和稳定通信的资源要求。由于低空业务需求和地面业务需求的巨大差异,通过公网改造方案满足低空场景需求,必然需要针对低空业务特点重新部署基站、调整优化参数,即相当于构建了一张专网,初期公网改造方案的投入必然浪费。

相比之下,专频专网在部署的时候可以专门考虑航线和起降场的通感需求,优化站点选址和天线方向,实现高效组网;有了专门面向低空的专网设计和规划,就可以解决飞行器飞行过程中的通信盲区问题,并避免中断和干扰;面向低空经济的专网充分考虑无人飞行器的上行带宽要求,系统可以有针对性地分配更多的网络资源,保证飞行业务的通信需求;同时,选取合适的专网频段,利用更加丰富的带宽资源,可以最大限度地满足感知精度和通信可靠性要求。

特别是基于专频专网的低空信息基础设施,在低空场景的法律法规遵从性及确保低空飞行安全、城市和国家安全角度,也值得考量。

低空通感一体网络技术路线

综上,针对城市低空起降场以及飞行线路,基于毫米波的通感一体化低空专网能很好地满足低空通信和感知的需求。由于低空专网只需覆盖低空起降场及飞行线路空域中的无人机和未来的eVTOL(电动垂直起降飞行器),无需兼顾地面人群和室内的覆盖需求,站点的部署密度可以大幅降低。同时,结合毫米波相控阵技术,毫米波低空专网设备的发射功率和整机功耗也可以大幅降低,相应地减少设备功耗和成本,显著降低网络建设成本和运维成本。

因此,基于5G-A的毫米波通感一体化专网必将成为低空新一代信息基础设施的主要技术路线。（作者：未来移动通信论坛副秘书长　吴建军）

（编辑：王小莉）