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一、穩(wěn)定覆蓋

面向低空經(jīng)濟的無人機通信，因為天線零位問題存在覆蓋能力差、穩(wěn)定覆蓋難的問題。定向天線有多個旁瓣，通過零位互相分開，在旁瓣之間的天線零位存在覆蓋盲區(qū)。由于地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施天線傾角向下，導致低空無人機處于天線零位區(qū)域時無信號覆蓋，若被其他小區(qū)的旁瓣覆蓋則可能發(fā)生切換，或因信號強度突降導致鏈路故障。可以通過站點協(xié)同組網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)整天線布放和參數(shù)配置、高效波束掃描和跟蹤等手段解決這些問題。也可以通過空天地一體化組網(wǎng)，利用NTN網(wǎng)絡(luò)的補充實現(xiàn)低空無人機通信的持續(xù)、穩(wěn)定覆蓋。

二、干擾抑制

相比地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)，低空無人機通信面臨更大的干擾問題，如圖3所示。當無人機飛行高度高于天線高度時，由于視線傳播的概率增大，其上行信號會被更多站點接收到，同時亦會探測到來自更多站點的下行信號。無人機在空中收到大量鄰區(qū)，鄰區(qū)數(shù)量超過十幾個，導致平均SINR下降。低空無人機主要由基站天線的旁瓣提供服務(wù)，而地面用戶主要由主瓣提供服務(wù)，由此導致無人機對地面用戶的干擾和地面用戶對無人機的干擾程度各有不同。

圖3 無人機通信可能的上下行干擾問題

有多種方案可以解決干擾的探測和抑制問題，如RSRP(Reference Signal Reference Power)是用來指示給定小區(qū)信號強度的主要測量參數(shù)，空中UE看到來自不同小區(qū)的多個RSRP值接近等強，因此，可以通過增強現(xiàn)有的測量報告機制更好地實現(xiàn)干擾檢測。基于UE的信息如移動歷史報告、速度估計、時間提前調(diào)整值和位置信息也可以被網(wǎng)絡(luò)用來輔助干擾檢測。干擾抑制方面，MIMO波束賦形可以最大限度地減少小區(qū)間干擾和空地干擾，CoMP技術(shù)可以交換檢測到的上行鏈路干擾信息，使得提供服務(wù)的基站知道鄰近節(jié)點是否正在經(jīng)歷來自它所提供服務(wù)的特定UE的干擾，從而限制該UE的上行鏈路調(diào)度。上行干擾則可以通過對空中和地面終端的開環(huán)和閉環(huán)功率控制，以及考慮無人機和終端位置的新調(diào)度、準入和擁塞控制機制來進一步控制。總體而言，一兩架無人機不會對蜂窩網(wǎng)絡(luò)造成較大影響，但是如果一個區(qū)域內(nèi)無人機數(shù)量增加則會存在干擾增加的風險，因此空中—地面UE共存機制需要根據(jù)UE和基站功能以及蜂窩連接無人機的密度來設(shè)計。

三、移動性管理

無人機在移動過程中因頻繁進出零位區(qū)域?qū)е滦^(qū)出現(xiàn)頻繁切換，切換失敗和掉線次數(shù)比地面高出2～5倍。無人機移動性問題在不同部署場景下影響不同，和農(nóng)村地區(qū)相比，更密集的城市地區(qū)由于信號波動和干擾，移動性問題(如切換失敗、RLF、切換中斷、呼出時間等)更加突出。切換過程增強可以提高移動性性能，如：基于位置信息、UE的空中狀態(tài)、飛行路徑計劃等信息，提高空中UE的移交程序和相關(guān)參數(shù)；通過定義新事件、增強觸發(fā)條件、控制度量報告數(shù)量等增強度量報告機制。此外，干擾管理中列出的DL和UL干擾緩解技術(shù)也可以改善空中UE的移動性能。

四、安全管理

對無人機進行準確的識別跟蹤是低空經(jīng)濟管理中實現(xiàn)“看的見”要素的基本要求。移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該提供一種驗證UAV位置的方法，網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)該能夠提供UE身份和其他與飛行相關(guān)的信息。空中節(jié)點容易受到攻擊，例如未經(jīng)授權(quán)的訪問和控制，竊聽無人機和地面控制站之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，干擾GPS信號或無人機通信鏈路，以及位置和身份欺騙攻擊。因此，提供安全可靠的無線鏈路以及不同級別的完整性和隱私保護機制是必須予以支持的。

 面向低空經(jīng)濟的無人機通信標準進展及技術(shù)展望 

3GPP從2017年至今一直針對無人機通信技術(shù)開展標準化工作，如圖4所示。然而，實現(xiàn)面向低空經(jīng)濟的無人機通信仍面臨著一系列挑戰(zhàn)需要進一步探索和研究。本節(jié)我們先對無人機通信的標準進展進行回顧，然后從人工智能應(yīng)用、多無人機協(xié)同通信、空天地一體化通信以及通感算融合應(yīng)用等方面展開討論，為面向低空經(jīng)濟的無人機通信創(chuàng)新和發(fā)展提供參考。

圖4 3GPP UAV標準化過程

一、標準進展

3GPP對低空無人機通信支持的正式研究最早可追溯到2017年3GPP RAN#75會議上，“增強飛行器支持研究”項目(SI)獲得批準。基于此研究項目，R15完成技術(shù)報告TR 36.777，報告確定了LTE在干擾檢測、上下行干擾抑制、移動性管理等方面的功能增強，以優(yōu)化無人機服務(wù)時的網(wǎng)絡(luò)性能。從R16到R17，3GPP先后輸出了TS 22.125和TR 22.829，前者規(guī)定了通過3GPP網(wǎng)絡(luò)提供無人機服務(wù)的要求，后者描述了支持無人機應(yīng)用的若干用例，明確了潛在的服務(wù)水平要求和關(guān)鍵指標定義。進一步地，3GPP針對無人機通信在識別跟蹤、應(yīng)用管理和安全管理三個方面做了更深入的研究，相繼輸出了TR 22.825、TR23.754、TR23.755和TR 33.854等研究報告。

目前R18和R19的標準化工作正在進行中，除了在識別跟蹤、應(yīng)用管理和安全管理進一步深入和增強以外，R18新增了NR支持無人機的工作項(WI)，計劃在測量報告(RAN2)功能增強、指定信令以支持基于訂閱的空中終端識別、指定NR PC5中對UAV識別廣播(BRID)的支持、研究UE信令以指示無人機波束賦形能力等方面展開研究；R19針對通信網(wǎng)絡(luò)支持無人機運營和管理的能力空白，計劃輸出TR 22.843給出改進5G系統(tǒng)對UAV應(yīng)用、UAV運營和管理的潛在支持需求。