通感一体低空网络白皮书2024

通感一体低空网络白皮书 TheLow-AltitudeNetworkby IntegratedSensingandCommunication 中国电信集团有限公司 爱立信，诺基亚，华为，中兴，中信科移动 OPPO,➶米，vivo,联想 高通，联发科，紫光展锐 2024-02 目录 03 02引言 04 03低空经济及行业驱动力3.1市场驱动：全球无人机民用市场将达万亿规模 04 3.2技术驱动：信息技术浇筑低空经济发展的坚实基础 05 3.3政策驱动：多国十余年政策酿，促进低空经济商业化 05 3.4监管驱动：规范行业发展与风险管控的需求迫切 06 04典型应用场景 4.1快递物流 ·08 4.2地理测绘 ·09 4.3城市管理 10 4.4应急救援 11 4.5能源巡检4.6交通巡检 13 4.7农林植保4.8载人无人机 15 05主要技术挑战5.1低空飞行监控的挑战 16 5.2低空网络能力的挑战 01摘要 01 目录 06低空网络系统 6.1总体架构 18 6.2通信功能 19 6.3感知功能 20 6.4智算功能 20 07关键技术 7.1通感一体的信道模型 22 7.2通感一体波形和顺结构设计 ·23 7.3低空感知模式 ·24 7.4组网的感知干扰分析 ·26 7.5组网下高可靠目标检测 ·27 7.6精准目标识别 ·29 7.7空地网络协同 ·30 7.8低空网络的通信保障 ·32 7.9空联网技术 ·33 7.10无人机防撞系统 35 7.11低空航控平台 36 08展望 39 09总结 39 缩略语 41 参考文献 44 02 01摘要 随若5G网络在全球范围内迅速推广，人们的目光04》目前，中国无人机数量已达数百万架。随若都策焦在可能出现的新应用上，期待这世应违能通该行业的准发性增长，预计这一数了将增长到数 过新技术来使移动网络运营商摆脱目前业务饱和千万级别。考虑到更高的ARPU预期，该领域的发 的状态。尽管通信感知一体化(ISAC)概念是6G虑展有望为运营商带来超百分之十的两位数收入增 景之一，但本文将揭示，ISAC技术有望在5G时代启长。 动，以顺应无人机行业的快速增长，并有以下观点： 05》为支持无人机行业服务，运营商需要具备通 01》尽管最近全球范围内的地区间冲突使无人信、感知和计算的网络架构，并将其覆盖范围从当机威力成为新闻焦点，但真正的全球无人机产业前的地面扩展到低空。本文深入讨论了信道模型、链增长机会，将出现在具有明量市场驱动的商业波形设计、感知、于扰管理、无人机检测与识别、可 领域。多家知名咨询公司已经预测，无人机行业的靠性、无人机碰撞控制以及无人机导航平台等技市场价值将达到数千亿美元。术。 02》预期无人机行业的快速增长将推动农业、能尽管移动网络覆盖扩展至低空空域尚处于起步阶 源、来矿、环境、智慧城市、旅游和3D制图等众多领段，但运营商、设备商、终端制造商和芯片供应商 域的数字经济健康增长。其中许多应用需要视频均寄予厚望。随着低空领域快速发展，有望在推动回传功能，这意味差无人机行业的兴起，将有望为无人机行业发展的同时，促进移动产业实现新增运营商带来高端物联网（O）应用，以及相对高的长，并将全球数字经济推向新的阶股。 每用户平均收入(ARPU)。 03》除视频回传外，无人机网络服务的另一主要应用场景是通过低空择离覆善来实现无人机的取联，使得无人机能实现自主飞行。据分析，预计双 运营商来说，这类应用的市场规模将与各个垂直 领域的视频回传规模相当： 03 02引言 数字经济是全球经济发属的支柱，也是中国经济中国电信正协同产业伙伴，通过通信感知一休化技发展的重点之一，低空经济以低空网络为依托，以术，致力于构建基于择窝移动网络的低空覆盖，旨无人驾驶航室器（UAV)产业为核心，构建综合涵害在实现“泛在连接、全域感知、智能计算”的目标。通 城市管理、快递物流、地理测绘、农林植保、应急救信感知一体化低空网络，将为监管部门提供便利、援等领域的经济体系。在政策、监管、市场以及技全面、智能的低空空域管理解决方案，引导设备制术的全方位推动下，低空经济有望成为全球经济造商与服务提供商形成低空无人机行业的全球产新的重要增长点，为于行百业带来创新变革、效率业链，为行业提供智能化多样化的低空体验，助力 提升和新的商业机会。新兴低空经济快速发展。 03低空经济及行业驱动力 在各种驱动力的推动下，低空经济已处于迅速发3.1市场驱动展期的前夜，无人机不仅在军事领域具有重要价 值，在商业应用领域也将大有可为。未来无人机广泛应用于消费娱乐、物流交通、农业 气象、工业生产、地理能源、智慧城市等多个民用在全球按情之后，迅速发展经济成为各个国家的领域。随若无人机不断融入到传统产业的一些重重要任务。从各行各业来卷，全球低空经济处于要生产运行环节，将表现出提高效率、降低或本、 蓄势待发且即将快速发展阶段，世界各国均已意降低风险等优势。低空经济在民用领域除了带动识到无人机的应用潜力和前景及对经济增长的无人机设备市场价值增加，作为新型基础设施的立动作用。目前市场与技术已成为低空经济的“重要部分，也在反哺传统产业的全面发展。“无人动力源”。低空经济在经历消费市场的培育后，加机+农业”、“无人机+医疗”、“无人机+物流”等新兴 速向各类行业市场拓展。政策与监管是低空经济商业模式加速传统产业转型。未来，在5G/6G、人工 发展的“助推器”。通过开放空域促进民用市场活智能等众多技术的发展下，低空经济将为各行业跃，低空经济有望成为经济发展的新引擎。带来新的增长。 04 从目前趋势来着，2030年全球无人机市场规模将能的精准控制提供基础保障 达7000-10000亿元人民币（1000-1400亿美元），其 中中国市场预计占比50%1。据率根斯坦利预测，二是基于终端和无线接入网络的通信感知一体化2040年全球城市空中交通（UAM)产值可达7万亿技术将健全无人机监管手段，赋能产业发展。通感人民币左右（1万亿美元），到2050年可达64万亿人一体化技术可以在满足低空无人机通信需求的同 民币左右(9万亿美元)(74)。其中，行业应用作为最时，实现对低空无人机的感知。同时，借助移动通 大的板块，占比将高达52%。信网络的组网能力，迅速扩大低空信息网络的服务范围，甚全实现关低空领现的无缝覆盖， 结合其他咨询机构数据，全球无人机市场2025年 行业规模的预测区间集中在3000-5000亿元人宝三是低空航控平台为无人机统一管理提供新契机。 币（430-710亿美元），2030年将达到5000-8000亿该平台与低空信息网络相结合，提供气象处理、空 元人民币（710-1150亿美元）。例如，DroneIndustry域处理、情报处理、飞行计划处理、监视信息处理和Insights预测1]，到2030年全球无人机硬件市场规综合计算等服务，达到无人机可视化、可调度、可监模将达3900亿元人民币左右（550亿美元），复合年控的管理自标。 均增长率(CAGR)为7.7%，应用及服务市场规模达 3980亿元人民币左右（560亿美元）日，CAGR为7.4%四是人工智能技术与算力的发展丰富了低空无人 机检测、跟踪能力。人工智能技术进一步赋予了低 3.2技术驱动空信息网络分辨不同类别自标的能力，可以第一 时间发现“乱飞”、“黑飞”等不合理、不合法行为， 低空经济的健康发展，离不开科技的创新驱动，近优化无人机防撞系统能力和低空航控平台设计，年来，随若无人机技术的迅猛发展，无人机数目急从而为低空无人机提供高效、安全、可控的飞行管剧增加，无人机任务也日益复杂，此时，少数无人机理与控制的解决方案，为低空无人机筑牢安全飞往往难以满足人们的作业需求，无人机集群技术行的基础： 应运而生。同时，低空信息网络技术的长足进步，网 联无人机产业也汽辆了无人机集群管理和低空经3.3政策驱动 济发展的坚实基础： 以美国、欧盟为代表的主要国家和地区经过十余一是高可靠低延时通信技术为无人机集群控制提年的政策酿，力促低空经济的商业化。这些国家供基础通信保障。高可靠低延时通信技术可以满于2013年前后开始对低空领域出台管理规则，开 足低空无人机接收飞行控制信令、上报航控数据启试点项目，支持无人机的商业应用，大力推动低以及机间通信的基本需求，为进一步实现无人机集空经济发展。中国同样高度重视低空经济的发展， 05 出台了一系列支持和鼓励政策。布《促进民用无人驾驶航空发展的指导意见》为促进无人驾驶航空健康发展，提升民用无人驾驶航 美国持续推动无人机在商业领域应用，并以载人空管理与服务质量。2022年，《十四五”民用航空 级无人机的商用为最终标。2013年，美国联那期发展规划中提出要大力引导无人机创新发展，积 空管理局(FAA)在《FAA现代化与改革法案》提出等极石展服务领域，完善法规标准等。以江苏、浙江、无人机融入美国国家空域系统（NAS)，开启了民用广东为代表，地方政府积极响应国家政策，推动无无人机商业化的时代，为基于无人机的低空经济发人机在各个行业的应用。进入2024年，工信部关于 展奠定了重要的法律和政策基础：FAA于2017年局支持低空经济的一系列频谱及产业发展政策也将 动无人机整合试点计划（IPP），鼓励地方政府、私营陆续出台。 部门与联邦政府合作，共同探索无人机技术的安全 性和实用性，加速无人机技术在交通、公共安全、农3.4监管驱动 业等领域的应用。美国国家航空航天局（NASA)在 2018年提出由无人机系统交通管理（UTM)）到域市低空经济的进一步发展和规模扩大，必将引发飞 空中交通、再到先进空中交通(AAM)的演进路线，行风险不断上升。无人机运行风险主要分为：撞击 进一步推动无人机行业的创新发展9]。位于地面的第三方、碰撞处于空中的第三方、碰撞 关键设施三种类型4。此外，无人机在飞行过程中欧盟从监管和技术同时出发，积极探索素先进的空还可能涉及到隐私泄露、数据窃取、网络劫持等方或管理系统，推动无人机商业化发展，2014年，后面的风险。面对无人机运行过程中的多样化风险，动《欧洲无人机战略1.0》，建立了基的无人机运无人机监管力度逐渐加强已成为规范低空经济发行框架，推动无人机技术在民用领域的应用，2017展的主要趋势之一。 年，提出U-Space计划，建立一个支持大规模无人 机运营的空域管理系统，2022年，欧委员会通过国际组织及各国对无人机领域都采用适航管理与 了《欧洲无人机战略2.0》，提出更加先进的安全框运行风险相结合的监管思路，健全监管体系、研发架和技术要求，借助人工智能、机器人和移动通信飞控平台，多措并举推动行业规范发展。国际无人等关键技术，打造一个创新且竞争力强的无人机机规章制定联合体(JARUS)将无人机运行分为开 行业[],放类、特定类和审定类进行管理，并明确采用特定 运行风险评估(SORA)方法对无人机运行进行评 中国自2013年开始对低空经济全面布局，先后估和监管[1]。欧洲航空安全局(EASA)根据无人机 发多项政策支持无人机行业发展。2016年，国务院的运行风险进行分类注册监管，对不同级别的无颁布的《“十三五“国家战略新兴产业发厦规划》中人机重量、飞行授权、驾驶员资格等作出规定，并明确无人机作为发展重点之一。2019年，民航局发推出U-space数字化服务、监管平台[20]。 06 美国FAA针对运行用途将无人机进行分类管理，发驶资质、监管信息平台、飞行计划申请等内容作出布管制空域、适航审定规则等规范无人机飞行管规定2)。日本、澳大利亚等国也针对无人机监管作 理，同时通过法案授权对无人机采取行动检测、识出相关规定和指引23]。国际组织及各国的监管逐 别、监控等手段以减轻无人机对某些设施或资产浙从概念框架向规范细则演进，关注无人机安全 带来的风险(71]。间题，建立无人机制造、注册、运行全周期监管体系，均需要数字化的监管平台或手段支持，推动行 中国国务院、中央军委发布《无人驾驳航空器飞行业迈入更安全、有序、规范、完善的新