低空通信
低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。低空经济主要以民用有人驾驶和无人驾驶航空器的低空飞行活动为核心,涉及民用/警用/军用、涵盖农业/工业/服务业、贯通制造/飞行/保障/服务,具有“多领域、跨行业、全链条”的特点,通过这些活动带动相关领域的融合发展。这类经济形态涵盖了从地面 1000 米以下,有时甚至延伸至3000 米以下的空域,涉及多种行业和领域。低空经济链点产业研究院将之总结为:三业一态,即航空器制造业、航空飞行业、飞行保障业、综合服务的经济形态。
无人机是低空经济中的关键技术和重要组成部分,为核心推动力。要想实现大规模无人机自主飞行,航空器网络、无人机网络的通信保障就必不可少、至关重要。链点产业研究院发现,若无人机通过 Wi-Fi 或蓝牙点对点通信,则Wi-Fi 或蓝牙的通讯距离非常有限。以Wi-Fi 为例,通常只能控制在 300~500 米的视距范围以内(特定条件限制下,可以达到1 公里以上)。所以,为了解决通信能力对无人机飞行范围的约束问题,当前无人机主要有以下几种通信方式:
1) 借助地面基站通信。eVTOL 与地面通信主要有三种目的:图传、数传和遥控。借助5G/5G-A等地面基站,可以提供更大容量的数据存储,更彪悍的计算能力,为异地的更多地面人员提供服务(例如远程视频观看),并且可以接入更多无人机。通过在基站附近设置边缘计算中心,无人机相关的数据可以在边缘计算中心完成计算,而不用送往更远的云计算中心,从而保证了低时延(服务于自动驾驶)。此外,5G/5G-A 支持的 D2D(Device to Device)通信能力,可以让无人机与无人机之间实现直接通信,更好地服务于自动驾驶和机群协同。
2) 卫星通信。卫星通信是一种高速、长距离、强信号的无线通信方式,具有稳定性好、耐干扰等优点,适用于遥感、实时视频、灾难救援等应用场景。但缺点是价格昂贵。
3) 地面自组无线电台直连。工信部为采用直连通信的无人机划分了专用的通信频段。2023 年工信部印发《民用无人驾驶航空器无线电管理暂行办法》,要求通过直连通信方式实现遥控、遥测、信息传输功能的民用无人驾驶航空器通信系统无线电台,应当使用下列全部或部分频率:1430-1444MHz、2400-2476MHz、5725-5829MHz。其中,1430-1444MHz 频段频率仅用于民用无人驾驶航空器遥测与信息传输下行链路。
当前存在的问题:低空通信无法实现宽带通讯+传输速率低
1) 无法实现宽带通讯:传统 4G/5G 网络主要设计用于地面通信,其有效覆盖高度大约在 150 米左右,难以满足低空空域高达 1000 米以上的通信需求。而低空信息网络则需实现对空立体覆盖,因此,构建一张低空连续覆盖的无线网络是低空经济高质量发展的基础,也是目前需要攻克的关键挑战。
2) 传输速率不够:无人机普遍要求有视频或图片回传,甚至是高清视频回传,上行速率普遍要求在每秒几十到几百兆速率。而传统对地覆盖的移动网络则主要服务于人,以下行业务为主。因此,无人机如何基于蜂窝移动网络技术来保障未来大量无人机的大上行、低时延业务需求也是将要面临的较大挑战。
3)缺乏有效的感知能力,实现低空监管。低空飞行的特点包括:密度高、频次高、类型多;目前行业缺乏高效的技术监控手段,政府监管部门难以第一时间发现低空空域中“乱飞”、“黑飞”等不合理和不合法的行为,企业也难以保证其飞行任务的安全性和可靠性。高精度、低时延、全天候的感知技术是支撑无人机实现有效、便捷监控和飞行任务管理的基础,也是目前急需突破的挑战。
升级5G到5G-A,基于 5G-A“通感一体”为低空网络系统的主要解决方式
5G-A 技术,作为 5G 技术的进阶版,实现了对 5G 多方面性能的显著增强。具体来说,5G-A 在以下几个关键性能指标上取得了突破:
1) 传输速率:5G-A 的上下行速率相较于 5G 技术提升了 10 倍,这意味着网络的下载和上传速度都得到了大幅度的增强。
2) 连接能力:5G-A 大幅提高了连接密度和连接数,能够支持更多设备同时接入网络,满足大量设备连接的需求。
3) 时延与可靠性:5G-A 进一步降低了网络时延,并提升了网络的可靠性,这对于实时性要求高的应用场景至关重要。
4) 通感一体化与内生智能:5G-A 实现了通感一体化技术,增强了网络的感知能力,同时引入了内生智能,使得网络能够自主优化和适应不同的服务需求。
由此可知:采用5G-A地面基站是未来的主流方式。5G-A 可以提供厘米级定位精度可以协助导航,并且可以通过多基站协同,利用现有站址实现对空域更广范围的覆盖,实现低空监测。
那什么是5GA:5G-A,又被称为“5.5G”,是一种介于5G和6G之间的移动通信技术。或许你会好奇,移动通信技术家族不是一直按照3G、4G、5G这样的方式更新换代吗,为何在5G之后不是直接升级到6G,而是出现了带有小数的5.5G?其实,这主要是因为移动通信技术大约每10年更新换代一次,而由于技术发展迅速,每一代之间的技术差距都相当大,因此在这10年的中间时刻,往往会出现一种介于两代之间的过渡代。在5.5G之前,移动通信技术家族也曾出现了2.5G、3.5G、4.5G,但是由于知名度不高,鲜为人知。
2024年6月18日16点30分,在上海举行的3GPP RAN第104次会议上,R18标准正式冻结,标志着5G技术的又一重要里程碑。值得注意的是,R18不仅是5G标准的第四版,更是面向5G-Advanced(5G-A)的第一个版本,预示着5G技术将进入一个全新的发展阶段。