空地一体5G增强低空网络白皮书2024

低空经济已成为新质生产力的重要代表，发展低空经济成为推动国家经济社会高质量发展的内在要求和重要着力点。2023年12月，中央经济工作会议明确提出打造低空经济等战略性新兴产业。2024年3月，全国两会首次将低空经济写入政府工作报告。随着低空经济持续发展，空中交通管理、数据传输和通信服务需求不断增加，亟需以传统地面无线网络为基础构建空地一体低空网络，确保低空活动安全、高效运行。 第五代移动通信技术（5G）能够提供更快的数据传输速度、更低的延迟和更广泛的设备连接，可满足低空网联终端（如无人机、飞行汽车等）实时控制、航空交通高效管理以及紧急响应等复杂通信需求。随着5G技术进一步演进，网络性能更加出色，空地一体网络可将5G多种技术手段扩展应用于低空，更好地满足低空飞行业务数据传输和空域管理需求。 本白皮书首先介绍了空地一体5G增强低空网络的发展背景与现状；其次说明了空地一体低空网络的多种应用场景；然后针对应用场景深入分析低空网络面临的关键技术挑战以及网络能力需求；进一步创新性地提出一种空地一体感知覆盖参考模型，并从兼顾建设效果和效益的角度出发，提出多种空地一体通信组网方案，以满足多种场景需求；此外从基站规划设计和空地网络协同优化的角度给出了建议；白皮书还介绍了中国电信低空服务监管平台核心功能；最后对空地一体低空网络的未来发展进行总结与展望。 低空经济作为新兴产业对网络需求充满不确定性，本白皮书旨在分享中国电信在空地一体低空网络建设的思路和经验。空地一体5G增强低空网络以其“高速泛在、智能敏捷、安全可靠”的特点，为移动通信领域拓展了新的应用场景和市场潜力，促进无人机行业全球产业链形成，并为新兴低空经济提供智能化和多样化的保障，推动低空经济的创新与发展，为提升国家综合国力和国际竞争力注入新活力。 引言1 目录2 1发展概况5 1.1政策驱动5 1.1.1国家政策5 1.1.2地方政策6 1.2标准演进6 1.2.1ITU7 1.2.23GPP7 1.2.3IEEE8 1.2.4CCSA9 1.3发展现状10 1.3.1低空飞行器制造10 1.3.2低空基础设施建设10 1.3.3低空网络服务10 1.3.4低空应用产业11 2行业应用场景11 2.1智慧城市场景11 2.1.1低空物流11 2.1.2城市规划12 2.2智慧公安场景12 2.2.1公共安全12 2.2.2交通管理12 2.3应急保障场景12 2.3.1应急救援12 2.3.2应急通信12 2.4智慧水利场景13 2.4.1实时巡查与监测13 2.4.2精准测量与建模13 2.4.3环保检测与治理13 2.5农林植保场景13 2.5.1农药喷洒13 2.5.2病虫害监测13 3面临挑战及能力要求13 3.1主要技术挑战13 3.2网络能力要求15 3.2.1空地一体16 3.2.2通感融合16 3.2.3智算一体16 4网络设计与创新17 4.1空地一体感知覆盖参考模型17 4.1.1空地小区半径参考模型17 4.1.2空地感知覆盖波束参考模型17 4.1.3网络拓扑模型及关键参数设计17 4.2空地一体通信组网方案20 4.2.13.5G单载波空地异频方案21 4.2.23.5G双载波空地异频方案21 4.2.33.5G双载波空地同频方案22 4.2.43.5G虚拟分频方案23 4.2.52.1G双翼辐射方案24 4.3基站规划设计方案25 4.3.1站址规划25 4.3.2天线方案25 4.3.3天线方位角26 4.3.4配套方案26 4.4空地网络协同优化26 4.4.1空地三维移动性策略27 4.4.2空地业务互异协同27 5低空服务监管平台28 6总结与展望29 缩略语31 参考文献33 1发展概况 低空经济指的是利用低空空域资源进行的各类经济活动，包括但不限于通用航空、无人机应用、旅游观光、农林喷洒、医疗救援等。近年来，随着技术进步和政策开放，低空经济正在迅速发展并成为新的经济增长点。空地一体网络旨在为地面用户和空中用户提供无缝、稳定、高速的网络连接。空地一体网络同时为低空及地面提供服务，形成一个稳定且高效的三维（3D）立体覆盖无线网络，不仅满足全时全域通信的需求，也将满足低空智能感知需求。在5G网络持续增强与演进的背景下，空地一体网络为低空经济的发展提供强大的基础设施支持、创新发展动力、监管与安全管理保障，推动低空经济市场规模持续增长的同时不断拓展应用领域。 1.1政策驱动 低空经济作为新兴产业，近年来在国家及地方政策层面得到了越来越多的支持与激励。国家政策及地方政策的出台，无疑为低空经济及低空网络的发展提供强大政策支持和发展动力。 1.1.1国家政策 国家对低空经济给予高度重视和政策支持，通过多种手段推动低空经济快速、健康发展。 2021年2月，中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》[1]，提出发展交通运输平台经济、枢纽经济、通道经济与低空经济，标志着低空经济概念首次写入国家战略规划。 2023年12月，中央经济工作会议[2]提出要大力推进新型工业化，发展数字经济，加快推动人工智能发展，打造生物制造、商业航天与低空经济等若干战略性新兴产业。 2024年2月，中央财经委员会第四次会议强调，鼓励发展与平台经济、低空经济、无人驾驶等结合的物流新模式。统筹规划物流枢纽，优化交通基础设施建设和重大生产力布局，大力发展临空经济、临港经济[3]。 2024年3月，工信部等四部门联合印发《通用航空装备创新应用实施方案 （2024-2030年）》[4]，方案指出发展通用航空制造业，加快通用航空装备创新应 用，是塑造航空工业发展新动能新优势、推动低空经济发展的重要举措，是加快制造强国、交通强国建设的必然要求。 1.1.2地方政策 2024年以来多地政府工作报告提及低空经济，广东、江苏、江西、四川等多地都持续出台政策，推动低空经济的发展。 广东省政府工作报告[5]提出发展低空经济，创新城市空运、应急救援、物流 运输等应用场景，加快建设低空无人感知产业体系，推进低空飞行服务保障体系建设。支持深圳、广州、珠海建设通用航空产业综合示范区，打造大湾区低空经济产业高地。 江苏省政府工作报告[6]提出加快发展新质生产力，持续打造“51010”战略性新兴产业集群，积极开展省级融合集群试点，大力发展生物制造、智能电网、新 能源、低空经济等新兴产业。其中南京已建成一中心两平台，即南京民用无人驾 驶航空运行管理中心、低空智联网平台、低空服务管理平台，围绕长江保护、消防应急等场景进行发展打造。 江西省政府工作报告[7]提出深入推进新型工业化，加快构建体现江西特色和优势的现代化产业体系。大力实施产业升级战略、科教强省战略，争创国家新型 工业化示范区。实施未来产业培育发展三年行动计划，努力在元宇宙、人工智能、新型显示、新型储能、低空经济等领域抢占先机。 四川省政府工作报告[8]提出加快发展低空经济，支持有人机无人机、军用民 用、国企民企一起上。2024年6月，四川省专门发布促进低空经济发展的指导意见，以培育低空经济市场为重点，加快基础设施建设和低空航线网络构建，巩固拓展低空空域管理改革试点成果，增强低空飞行服务保障能力，提升通用航空制造业水平，加快形成新质生产力。 1.2标准演进 随着低空网络技术持续发展，全球移动通信行业对低空标准化进程也在不断加快。在国际电信联盟（ITU）、第三代合作伙伴计划（3GPP）、电气与电子工程师协会（IEEE）、中国通信标准化协会（CCSA）等国内外标准组织的推动下，低空领域的标准化工作取得了许多进展。 1.2.1ITU 国际电信联盟针对民用无人机（CUAV）发布了一系列建议书，以支持无人机在各种应用场景中的应用。这些建议书涵盖了从基本通信服务要求到特定应用场景下综合技术框架和要求，包括移动边缘计算（MEC）、飞行控制、无人机协同、无人机监测服务、物流快递服务、基站检查服务、网联无人机和无人机控制器的功能架构等。 2019年5月，F.749.10[9]标准规定了民用无人机通信服务的基本要求，包括一般通信服务框架、通信系统要求、飞行控制通信、飞行数据传输以及任务有效载荷通信服务要求。 2019年11月，F.749.11[10]标准描述了支持移动边缘计算的CUAV系统的框架和要求，强调了功能、服务和安全要求。 2020年3月，X.677[11]标准提供了无人机全生命周期管理和操作身份识别的要求，并规定了使用对象标识符（OID）的无人机识别机制。 2020年6月，F.749.12[12]标准为民用无人机及其功能实体、参考点等通信应用提出了总体框架。 2020年12月，Y.4559[13]标准描述了使用无人机的基站检查服务要求和功能架构。 2021年6月，F.749.13[14]提供了使用人工智能的民用无人机飞行控制框架；F.749.14[15]规定了CUAV协调的要求，包括网络连接、数据传输和协同任务执行的要求。 2021年10月，Y.4421[16]标准为使用IMT-2020网络的无人机和无人机控制器提供了功能架构。 2022年3月，F.749.15[17]标准规定了使用民用无人机进行监测和检查服务的要求。 2023年7月，F.749.16[18]标准提供了基于民用无人机的物流快递服务系统和管理的要求。 1.2.23GPP 从Release16开始，3GPP着手研究无人机系统的支持和增强。此外，3GPP 还研究了无人机系统的远程识别功能[19]与无人机相关的增强功能[20]，并提出了新的用例和潜在服务级别需求。 在Release17中，3GPPTS22.125[21]规范详细描述了无人机系统远程识别的服务需求，包括身份识别、位置报告、飞行状态监控等。 在Release18中，3GPP进一步定义了无人机系统应用层的功能架构、程序和信令流程[22]，并专注于支持无人机系统的连接性、识别和跟踪，定义了相关的架构增强功能[23]。此外，还发布了关于进一步增强无人机和城市空中交通（UAM）架构的研究[24]。 在Release19中，3GPP定义了无人机系统网络功能（UAS-NF）的空中管理服务协议和数据模型[25]，以及无人机系统（UAS）应用层支持[26]。同时，还专注于无人机系统的安全方面，定义了支持UAS连接性、识别、跟踪和配对授权的安全特性[27]。在通感融合领域，3GPPSA1发布了技术报告（TR）22.837[28]，定义了5G系统在不同垂直领域/应用场景下的感知服务用例和潜在需求。此后，RAN1启动了通感融合信道模型研究。 1.2.3IEEE IEEE制定了一系列与低空无人机相关的标准，包含网络、应用、接口等多个方面，以促进无人机技术的安全、高效和标准化发展。 lEEEP1920.1[29]定义了自组织空中网络的空对空通信标准，适用于载人和无人、小型和大型以及民用和商用飞机系统。 IEEEP1936.1[30]提供了一个支持无人机应用的框架，包含典型的无人机应用类别、场景和所需的环境。此外，还给出了无人机应用的基础设施要求，包括飞行平台、飞控系统、地面控制站、有效载荷、控制链和数据链、起降系统等。 IEEEP1937.1[31]规范了无人机与有效载荷接口的框架，包含无人机有效载荷设备的接口、性能指标、配置、操作控制和管理。 IEEEP1937.8[32]规范了无人机蜂窝式通信终端的功能要求和接口要求，包含硬件、信令、数据接口、环境特性、性能、可靠性、安全性和配置管理等方面。 IEEEP1939.1[33]规范了一个用于实现无人机安全和高效交通管理的低空域空间结构。 1.2.4CCSA CCSA从2021年起研究发布了一系列行业标准，致力于推动低空领域的标准化工作，包括无人机公网通信服务、安全管理、应急通信、网络空间安全仿真以及5G技术融合等方面的技术要求与研究。 《民用无人驾驶航空器公网通信服务