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引 言
近年來，低空經濟不斷賦能交通、物流、文旅等產業，為國民經濟發展提供了新動能。低空經濟是以低空空域為依托，以各種有人駕駛和無人駕駛航空器的各類低空飛行活動為牽引，輻射帶動相關領域融合發展的綜合性經濟形態。在這其中，無人駕駛航空器尤其是無人機的應用，正成為不容忽視的趨勢。無人機傳統模式是基于遙控器與無人機的通信，實現視線范圍內的人工操作，未來低空經濟場景下，其趨勢是實現超視線范圍的遠程控制和無人機自主操作。這意味著無人機在數百米高度層中進行飛行時需要高帶寬、低時延，并滿足低空縱深覆蓋的通信服務。新一代移動通信技術，如5G/5G+通信技術，因其具有大帶寬、低時延、抗干擾、廣接入、多波束指向等鮮明特點，正在成為解決這個問題的關鍵，這些通信技術的應用不僅能促進無人機技術成熟和產業鏈完善，也有助于打通應用孤島，為面向低空經濟的數字化服務平臺奠定通信基礎底座。
本文首先描述了低空經濟場景下無人機通信的應用場景，然后從穩定覆蓋、干擾抑制、移動性管理、安全管理等方面探討其面臨的挑戰與應對措施，最后在總結3GPP標準進展的基礎上，對無人機通信在人工智能應用、多無人機協同通信、空天地一體化通信、通感算融合等方面的技術進行展望。
面向低空經濟的無人機通信應用場景
無人機與移動通信技術的結合，可以實現設備的監控和管理、航線的規范、效率的提升，促進空域資源的合理利用，從而極大延展無人機的應用領域，具有巨大的經濟價值。新一代蜂窩移動通信網絡5G/5G+為無人機賦予的實時超高清圖傳、遠程低時延控制、永遠在線等重要能力，將加速推進以網絡化、數字化、智能化為特點的低空智能網絡建設。本節針對低空經濟中的無人機通信應用場景進行初步分析，如圖1所示。
圖1 低空經濟應用場景圖
一、指揮控制通信
無人駕駛航空系統(Uncrewed Aerial System，UAS)是無人駕駛飛行器(Uncrewed Aerial Vehicle，UAV)和UAV控制器的組合。UAS的通信既包括指揮與控制通信(Command and Control，C2)，也包括UAS組件到服務移動通信網絡和網絡服務器的上下行鏈路數據，如圖2所示。無人機傳統模式是基于遙控器與無人機的通信，實現視線范圍內的人工操作。隨著無人機應用的快速發展，通過移動通信實現超視線范圍的遠程控制已成為無人機應用的通用功能。C2鏈路將無人機飛行控制命令從地面控制站傳送到無人機，也從無人機攜帶遙測數據到控制器以促進有效操作。除了C2直接通信以外，移動通信還支持網絡輔助C2通信和UTM(Uncrewed Aerial System Traffic Management)導航C2通信，前者可在蜂窩網絡與無人機之間以及網絡與無人機控制器之間建立單播C2鏈路，后者被UTM用于監控無人機的飛行狀態、提供飛行路徑更新、跟蹤無人機的導航并在需要時提供飛行導航命令。通過無人機命令和控制通信可以為空中交通管理提供全面、端到端、低時延服務，從而支撐物流、交通等行業的網聯化、實時化、智能化應用。
圖2 3GPP生態系統的UAS模型
二、數據傳輸通信
利用無人機的數據傳輸通道，為無人機配備高清攝像頭、各類氣體/溫度/濕度傳感器等，可以提供只能從空中提供的新型服務，并在各個垂直行業得到廣泛應用。主要場景有三類：第一類是利用各類傳感器進行基礎設施檢查，如對輸電線路、輸油管道、基站塔臺、風力發電等基礎設施進行巡檢和檢測；第二類是利用無人機協助收集各類信息，如在農業植保領域對農作物、土地肥力進行數據收集和分析，在地理測繪領域對地圖數據抓取和拼接等；第三類是將無人機與全景VR直播相結合，使得現場視頻體驗成為可能，就像觀眾身臨其境一樣。由于場景和需求不同，這些應用對數據傳輸的帶寬和實時性等性能要求又各有不同。
三、輔助接入通信
無人機由于易部署、具有高機動性和懸停能力、維護和部署成本低，既可以作為終端，也可以作為空中無線電接入節點(Radio Access Node on-Board UAV，UxNB)用于擴展蜂窩網絡的覆蓋范圍或增加容量。它可以在自然災害發生后，地面通信設備受到破壞的情況下快速部署，為受災地區的應急救援和日常通信提供基礎保障。除此以外，在體育賽事、大型活動、音樂演出等熱點事件中，蜂窩網絡面臨著極高的通信容量需求，可能會導致網絡服務惡化、呼叫中斷和互聯網連接降級，使用配備小型蜂窩的按需無人機群可以更好地解決這一挑戰。UxNB會飛到需要無線服務的指定區域，在那里盤旋，同時為地面用戶提供無線連接。
面向低空經濟的無人機通信挑戰與應對
由于各類無人機的應用場景和服務對象不同，因此不同場景下對帶寬、速率、時延、覆蓋、定位等方面的通信能力需求存在差異。除了需要滿足通信的數據類型和場景需求之外，低空經濟場景下無人機通信服務還需要解決無線通信環境差異帶來的新問題，應對低空無人機設備異構、高密度、高頻次、高安全要求等特性帶來的監管和服務新挑戰，保證監管者對無人機實現“看得見、叫得到、管得住”的有效管控。本節針對無人機通信的關鍵問題，從穩定覆蓋、干擾抑制、移動性管理、安全管理等方面探討低空經濟下無人機通信的挑戰與應對。
