通感一体低空网络白皮书

摘要

• 5G的推广推动了对新应用的需求，通感一体化（ISAC）技术有望在5G时代启动，为运营商带来超10%的两位数收入增长。
• 为支持无人机行业，运营商需要具备通感一体的网络架构，覆盖范围从地面扩展到低空。
• 无人机行业市场价值巨大，预计2025年行业规模达3000-5000亿美元，2030年达5000-8000亿美元。
• 无人机应用将推动农业、能源、采矿、环境、智慧城市、旅游和3D制图等领域的数字经济增长。
• 低空经济有望成为全球经济新的重要增长点，为千行百业带来创新变革、效率提升和新的商业机会。

低空经济及行业驱动力

• 市场驱动：全球无人机民用市场将达万亿规模，中国市场预计占比50%。
• 技术驱动：信息技术为低空经济发展奠定基础，无人机集群技术和低空信息网络技术长足进步。
• 政策驱动：多国十余年政策推动低空经济商业化，中国出台一系列支持和鼓励政策。
• 监管驱动：规范行业发展与风险管控的需求迫切，国际组织及各国建立监管体系，推动行业规范发展。

典型应用场景

• 快递物流：包括外卖即时配送和快递物流配送，市场潜力巨大，未来有望实现快速增长。
• 地理测绘：包括建筑领域堆体测量、国土规划领域的交通和城市建设规划、土地确权、不动产登记等。
• 城市管理：包括城市重大活动、赛事巡逻安保、城市重点区域巡逻、违建及施工现场巡查、刑事侦查等。
• 应急救援：包括灾情勘察、紧急救援、应急通信等。
• 能源巡检：包括输/配电设备过热监测、变电设施全局建模巡检等。
• 交通巡检：包括道路设施异常巡检、交通疏导及指挥等。
• 农林植保：包括农田灌溉、农由监测、观光旅游等。
• 载人无人机：包括城市空中交通、应急救援服务、空中游览等。

主要技术挑战

• 低空飞行监控的挑战：缺乏高效的技术监控手段，难以发现和应对“低慢小”目标。
• 低空网络能力的挑战：传统无线网络难以满足低空广域连续覆盖的要求，需要高精度、低时延、全天候的感知技术和蜂窝技术。

低空网络系统

• 总体架构：包含应用层和功能层，功能层包括通信、感知、智算三个主要功能。
• 通信功能：满足低空网联无人机多样化通信需求，包含基础接入、数据/指令转发、信息上报、身份标识认证等。
• 感知功能：利用无线信号实现对目标无人机或环境的主动感知，包括测距、测角、测速、定位、追踪等能力。
• 智算功能：为低空网络提供可靠的智能计算功能，实现基于图像、声音及相关数据的智能处理，支持业务预测、故障诊断和飞行决策等功能。

关键技术

• 通感一体的信道模型：需要研究通感一体化场景设计通感信道模型，满足感知传播信道的需求。
• 通感一体波形和帧结构设计：需要综合考虑通信性能和感知性能，设计合适的波形和帧结构。
• 低空感知模式：包括单站感知模式、双站感知模式、端网协作感知模式。
• 组网的感知干扰分析：需要综合分析不同类型站间干扰和环境杂波对系统性能的影响。
• 组网下高可靠目标检测：通过多站组网能力实现感知的连续覆盖，提升运动目标检测的连续性和完整度。
• 精准目标识别：利用智能化算法和多站协同感知的优势，提高目标识别准确率。
• 空地网络协同：空地协同网络应能够区分无人机终端，为其配置合适的移动性策略和多频协同迁移/驻留策略。
• 低空网络的通信保障：需要建立无人机业务端对端的质量评估体系，并提供精细化和差异化的业务保障能力。
• 空联网技术：允许无人机设备之间、或无人机与其它设备之间进行直接通信，支持无人机自主飞行。
• 无人机防撞系统：集飞航安全感知、碰撞预警、飞行告警、智能路线规划等功能于一体。
• 低空航控平台：为低空无人机飞行管理与控制而设计的综合平台，实现无人机的可视化、可调度、可监控的管理目标。