“通感一体”将成为低空经济发展基石

更新时间：2024-11-23 10:11 zixunge 发布时间：8个月前 3 0

　　来源：东北通信科技最前沿

　　作者：要文强、陈建森

　　低空经济浅析

　　1.1

　　商业应用有需求+技术更新可实现+政策、监管助推行业加速发展

　　市场驱动：无人机不断融合到各产业的重要生产环节，从而实现提高效率、降低成本、降低风险；“无人机+农业”、“无人机+医疗”、“无人机+物流”等新兴商业模式加速传统产业转型，为各行各业带去新增长。预计2030年全球无人机市场规模有望达到7000-10000亿人民币，其中中国市场预计占比达50%；预计2040年全球城市空中交通（UAM）产值可达7万亿人民币，2050年可达64万亿人民币，其中行业应用为最大板块，占比为52%。

　　技术驱动：低空经济刚好进入了通讯的新阶段，2024年要实现通讯协议R19版本，R19版本需实现通感一体、全双功、AI 增强技术从而拓展5G行业应用+商业应用，与国家低空经济Roadmap匹配。1）高可靠低延时通讯技术：保障无人机接收飞行控制信令、上报航控数据、机间通信；2）通感一体化健全监管手段：实现对低空无人机感知，借助移动通信组网能力迅速扩大覆盖范围，实现低空无缝覆盖；3）低空航控平台：与低空信息网结合，实现无人机可视化、可调度、可监控的管理目标；4）人工智能+算力：有效辨别不同类别能力，提升低空无人机检测、跟踪能力。

　　政策驱动：我国高度重视低空经济发展，出台了一系列支持和鼓励政策。自低空经济首次写入政府工作报告后，各地陆续出台政策利好，26+省市政府工作报告提出大力发展低空经济；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）》彰显我国推动低空经济的决心和效率。

　　监管驱动：随着低空经济的发展，规模不断扩大，飞行风险不断上升。无人机监管力度逐渐加强已成为规范低空经济的重要趋势。

　　1.2

　　低空经济应用场景

　　快递物流、地理测绘、城市管理、应急救援、能源巡检、交通巡检、农林保植、载人无人机。

　　图1：无人机应用场景

　　数据来源：通感一体低空网络白皮书，东北证券

　　1.3

　　低空经济行业痛点

　　监控：低空飞行密度高、频次高、类型多，目前缺乏高效的技术监控手段，政府监管部门难以第一时间发现低空空域中“乱飞”、“黑飞”等不合理和不合法的行为，企业也难以保证其飞行任务的安全性和可靠性。高精度、低时延、全天候的感知技术是支撑无人机实现有效、便捷监控和飞行任务管理的基础，也是目前急需突破的挑战。

　　网络能力：1）无法实现宽带通讯，传统无线网络以地面覆盖为主要目标，而低空信息网络则需实现对空立体覆盖。目前现有网络不能保障无人机全路程连续业务服务和不中断飞行操控。因此，构建一张低空连续覆盖的无线网络是低空经济高质量发展的基础，也是目前需要攻克的关键挑战。2）传输速率不够，无人机普遍要求有视频或图片回传，甚至是高清视频回传，上行速率普遍要求在每秒几十到几百兆速率，如何基于蜂窝移动网络技术来保障未来大量无人机的大上行、低时延业务需求也是将要面临的较大挑战。

　　数字化导航：低空领域数字化导航没有通信设备支持，无法稳定获得飞行信息，包括：感知定位信息、北斗信息数据、GPS信息数据等。

　　天气、地理信息无法监测

　　基于通感一体的蜂窝网络覆盖为低空网络系统发展的主要解决方式

　　2.1

　　5.5G基站实现通感一体

　　通过采用通感一体基站方式组建网络，确保网络及时更新、高效运行，通过 5G 通讯覆盖整个航道领域，实现更大上下行速率、更低传输时延，能够将感知信号、通信信号、定位信号，及时与后台进行交互，实现高效调度，同时也可以实现低空安防，包括入侵检测、无人机监管等。

　　2.2

　　通感基站VS地面雷达，方案优势在哪？

　　1）与传统雷达探测的相比的话，通过5G+多基站协同探测方式可以缩小感知盲区，实现整个区域全覆盖，同时干扰也小；

　　2）成本方面，无需单独做基础设施，只需增加一个面向空域的通信基站即可，部署快；

　　3）频谱资源，基站和雷达存在频谱争夺，最终还是按照运营商方式去做。

　　2.3

　　通感一体架构

　　总体架构：低空网络需实现“泛在连接、全域感知、智能计算”三个目标，因此低空网络需要包含通信、感知、智算三个主要功能。根据不同的应用领域和性能要求，为应用层提供多样化的通信能力、感知能力和智算能力。

　　图2：通感一体总体架构

　　数据来源：通感一体低空网络白皮书，东北证券

　　通信功能：

　　通信能力旨在满足低空网联无人机多样化通信功能，包含基础的接入、数据/指令转发、信息上报、身份标识认证等。低空通信需满足4个方面：1）低空指定空域能够实现信号连续覆盖；2）稳态业务体验，基站信号通过后台连接之后能够实现合理资源调度；3）干扰协同、移动性管理；4）业务运维，通信网络可以向多个领域开放，不仅只是针对无人机。

　　传输速率要求：

　　根据3GPP TS22.125无人机应用的性能需求，

　　对于8K视频直播，要求达到上行100Mbps数据速率，端到端时延200ms；下行600Kbps数据速率，端到端时延20ms；

　　对于4X4K人工智能（AI）监控，要求达到上行120Mbps数据速率，端到端时延20ms；下行50Mbps数据速率，端到端时延20ms；

　　对于通过高清视频的远程无人机控制，要求达到上行25Mbps数据速率，端到端时延100ms；下行300Kbps数据速率，端到端时延20ms；

　　对于无人机的命令和控制通信，针对 “Steer to waypoints”控制模式，所需传输的数据的上行速率要求约为0.672Kbps-1.12Kbps，下行速率要求约为0.8Kbps；针对“Automatic flighton UTM”自动飞行控制模式，所需传输的数据的上行速率要求约为2.4Kbps，下行速率要求约为16Kbps。

　　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功能。通过有效提取无人机等动态目标以及环境等静态目标对无线信号特征的影响，低空网络能够实现对低空飞行目标的测距、测角、测速、定位、追踪等功能，实现无人机入侵检测、碰撞规避、路径追踪、远程监控等。在一体化的通感系统中，感知与通信功能能够共享物理资源，这种设计允许系统根据具体的业务场景需求，动态地管理和复用资源，涵盖时间域、频率域和空间域等多个维度。高度灵活的资源配置能力可以实现感知与通信资源的协同优化，进而提升频谱资源的利用效率。在这一过程中，系统不仅确保了通信性能的稳定和可靠，同时也最大限度地提高了感知性能。

　　感知精度要求：

　　根据3GPP TR22.83712性能需求，

　　对于无人机入侵检测，要求达到5-10m定位精度，感知时延小于1000ms，不超过5%的漏检率和虚警率。

　　对于无人机防撞，要求达到1m水平定位精度，感知时延小于500ms。

　　对于无人机飞行路径跟踪，要求达到1-10m的距离分辨率和1-10m/s的速度分辦率。

　　智算功能：

　　低空网络集成了智能计算功能，以提高数据处理的效率和准确性。这些功能包括对无人机捕获的图像和声音数据进行分析，支持业务预测、故障诊断和飞行决策。系统还能通过分析传感器和视频数据，进行异常检测和非法入侵监测，保障低空业务的安全。此外，通过对无人机特征的提取和位置跟踪，系统能够识别目标种类并预测其未来轨迹和可能的驻留区域，从而优化飞行路径和提升网络管理效率。

　　5.5G通感一体化对于基站硬件需求变化

　　3.1

　　基站实现通感一体，相较于之前5G、4G基站，主要的变化点在哪里？

　　1）频段：传统基站频段为2.6G-3.5G，实现5G+通感一体采用新频段，从而实现更高精度和更高传输效率；

　　2）网络架构：传统基站直接连接BBU；5G+在基站侧加入算控单元（BBU侧配边缘计算服务器），对信息做初步处理；3）通道数：基站采用更多通道，实现更大传输流量上下行。传统5G基站最高为单向64通道；5G+基站为128通道；处理速度&处理效率达到8-10倍提升。

　　4）方向面：面的提升，传统是做3个面，每个面64通道；5G+需根据实际覆盖情况去增加面的数量，目前为3-5个面。

　　3.2

　　单价提升+通道数增加，基站整体价值量大幅提升

　　通道数增加带来元器件侧数量同比例增加：1）天线振子；2）滤波器；3）功放。

　　价值量提升：5.5G采用更高频段的通信方式；频段越高对于各个器件处理精度越高，单元价值越高。

　　（关于量价测算具体信息欢迎联系东北证券）

　　“通感一体”现有落地案例