近年來，全國各地積極發(fā)展低空經濟，但“低小慢”飛行器存在“看不見、叫不到、管不住”的突出問題。由于缺乏統一精細化的低空基礎設施和管控平臺，低空通信、導航、監(jiān)視等保障能力不足，政府部門難以有效監(jiān)管。全國多家運營企業(yè)紛紛嘗試自行搭建飛行規(guī)范和低空基礎設施平臺，導致信息孤島現象，管理混亂，資源浪費，給低空飛行帶來極大的安全隱患。
對于“異構、高密度、高頻次、高復雜性”的低空飛行，相關的空中交通規(guī)則及法律法規(guī)建設還比較滯后。低空經濟的發(fā)展離不開有序的運營和監(jiān)管，而運營和監(jiān)管的前提是低空基礎設施建設。，目前低空空域尚缺乏有效的全天候監(jiān)測手段，其根本原因是為缺乏統一的基礎設施建設，尤其無法對低空空域進行全天候的“感知”。
構建低空通信與感知為一體的基礎設施網絡，賦能可計算空域，是發(fā)展低空經濟和打造可運營空域的前置條件。這一網絡將為低空管理與企業(yè)飛行運營提供感知、檢測與通訊保障能力。同時通過對低空網絡信號覆蓋范圍內的物理設施，尤其是低空飛行器進行感知與定位，實現各類形式的低空飛行器運行統一調度，集中管理和高效通行，推動低空空域的安全有序發(fā)展。
為什么要通信和感知功能？
1、通信功能的需求
（1）飛控需求
- 實時飛控：下行低時延高可靠通信鏈路（URLLC）
1）飛行過程：當前低空飛行器一般為預置飛行軌跡。但從未來演進看，為實現動態(tài)航線規(guī)劃、提升空域資源利用率，以及異常情況處理（如識別黑飛的時候下發(fā)飛控動作）等功能，實時飛控是必須的。
2）起降過程：地面控制中心與低空飛行器之間需要高可靠的通信鏈路，從而傳遞飛行參數、飛行計劃以及接收指令，避免相互干擾或發(fā)生沖突，保證飛行的有序進行。
// 需要保證通信的及時性（時延10ms），可靠性（99.9%），抗干擾性，通信安全性（認證加密）。
- 狀態(tài)報告：上行低時延高可靠通信鏈路（URLLC）
1）狀態(tài)信息：合作或合法低空飛行器周期性匯報當前位置，高度，速度，目的地等多維度狀態(tài)信息，用于創(chuàng)建飛行記錄等，輔助地面控制中心監(jiān)管。
2）身份ID：伴隨狀態(tài)信息，通過通信能力，上報身份ID，可以是飛機主動上報類似ESN，也可以是開戶的類似IMSI信息；當前所有低空管制，均要求低空飛行器會發(fā)送自己的身份ID信息。
（2）業(yè)務需求
- 機載數據傳輸：上行大帶寬傳輸通信鏈路（eMBB）
1）飛行過程：低空飛行器可以將飛行過程中的傳感采集數據、視頻數據等周期性或實時（部分場景和用途）回傳給地面控制中心。
2）降落過程：低空飛行器在靠近起降平臺的時候，快速的將機載數據offloading到地面控制中心。
// 大多數低空飛行器應用和服務都需要從低空飛行器到地面服務中心或控制器的高清視頻反饋。例如，低空飛行器輔助管道和基站巡檢、搜救任務、重大賽事監(jiān)控和娛樂需要高達30 Mbit/s的上行鏈路傳輸數據速率。
- 業(yè)務遠程控制：下行低時延高可靠通信鏈路（URLLC）
地面控制中心也會把一些業(yè)務類信息動態(tài)傳遞給低空飛行器，例如，給低空飛行器發(fā)送拍攝需求。
//行業(yè)對業(yè)務數據鏈路的訴求是：低空300米無縫覆蓋，上行傳輸帶寬15-60Mbps，飛行控制時延10ms。
2、感知功能的需求
（1）空域建設和管理
- 空域柵格化：通過地面感知功能，結合三位地理坐標信息，提供空域柵格化能力，按照特定的長寬高的方格，將空域資源切分標記，統一管理。
- 空域可靠性維護：GNSS受到干擾的情況下，地面感知功能仍然可以維護航路的運行。
// 無論是低空飛行器的自身的位置上報，還是基于ADS-B的廣播式位置報送，其數據來源都是本身的GNSS信號，在GNSS信號受到干擾或故意偽裝欺騙的情況下，飛機主動發(fā)出的位置都不可靠。如果完全依賴則會出現航路完全失控的情況。
（2）監(jiān)測和監(jiān)控
- 身份匹配：針對合作低空飛行器，在“車牌”識別/身份識別時，根據場景需求可能會對低空飛行器進行目標類別、姿態(tài)和軌跡感知，并結合通信ID，確保證“”車“證”匹配。
- 交通監(jiān)管：對低空飛行器分配的預定飛行路線和軌跡的監(jiān)控和監(jiān)管，重點監(jiān)測飛出航線、超速等情況；這些監(jiān)管能力不僅體現了對低空基礎設施的需求，同時也可能成為低空運營的創(chuàng)收手段。
- 黑飛識別：需要對低空飛行器進行感知定位，軌跡跟蹤。這類低空飛行器的特點是“低慢小”，且不發(fā)送Remote ID等，傳統的通信系統無法探測到這些低空飛行器。包括禁飛區(qū)域或重要保護區(qū)域，禁止所有飛行物進入。
- 故障檢測：針對一些通信故障低空飛行器，可以利用感知功能實現軌跡跟蹤，幫助企業(yè)及時發(fā)現、定位和尋回低空飛行器。
（3）起降引導
- 通過感知定位，導航引導，碰撞規(guī)避，提供低空飛行器的航向引導，為飛機建立下降線路，輔助低空飛行器精確降落。類似于民航的盲降，避免飛機單獨依靠衛(wèi)星定位或視覺定位來起降。
- 實現對飛機的調度管控，對多低空飛行器時，可以實現可視的有序起飛和降落。
（4）導航輔助
- 地形氣象感知：部分低空飛行器上也部署有感知系統，但受限于體積、功耗、算力感知能力和范圍。通過地面感知系統實時獲取飛行器及飛行路線周圍環(huán)境的信息，包括地形、氣象條件、其他飛行器的位置等，從而輔助導航和飛行控制，確保飛行器按照預定航線飛行并在需要時作出調整。
// 碰撞預警：通過感知結合飛行狀態(tài)、天氣、干預時間等因素，提供低空飛行器的碰撞評估和預測，為特定的低空飛行器碰撞提供預警和避免功能；// 智能航路規(guī)劃：通過感知，根據給定的起飛和降落點，空域流量、天氣等因素，結合安全性和成本，智能規(guī)劃出三維飛行線路，最大效率利用空域資源；
// 航路檢測：低空飛行器較多的情況下，不同的低空飛行器申請相同的航路時，基于網絡質量、航線繁忙度等對初始航路計劃進行調整和實時的匹配。
為什么需要通感一體化？
1、傳統技術路線不滿足低空需求
傳統分立的通信或感知系統均不滿足，需要考慮新的技術路線。
低空場景中低空飛行物和低空環(huán)境呈現“異構、高密度、高頻次、高復雜性”四大特征。傳統航空ADS-B系統性能和特性無法滿足低空場景需求；傳統雷達技術無法支持低空場景的身份識別并存在監(jiān)測盲區(qū)。
（1）民航ADS-B：只有通信功能，沒有感知功能；基于民用飛機密度低（一平方公里低于一架），通信速率低（基本坐標信息傳遞），飛行速度高的特點設計的；而低空場景特點是高密度（每平方公里大于百架），高速率（機載視頻回傳，機載傳感器，及動態(tài)控制）。同時，ADS-B系統為明文發(fā)送，不滿足商用場景數據傳輸安全性要求。
// ADS-B主要設計給民航使用，主要目的是用于降低一、二次雷達的建設費用。ADS-B與二次雷達不同，位置等信息由機載的GNSS系統報送而非雷達檢測和計算所得，優(yōu)點是相對于一次、二次雷達，精度更高，可以縮小飛機之間的最小間隔標準。缺點是當GNSS受到干擾時會失效，尤其在一些特殊區(qū)域和特殊時期，GNSS會受到持續(xù)的干擾。且ADS-B未加密無身份認證。目前通常是一、二次雷達和ADS-B共覆蓋，通過數據融合的方式使用，ADS-B的信息須得到雷達確認，以保證空域管理的可靠性。因此，并不適合管理低空的低空飛行器。
（2）傳統雷達：傳統雷達技術成熟，探測距離遠，但只能檢測有無，而無法對飛行物進行“身份識別”。包括軍方Ku/Ka雷達，光電雷達和無線電偵聽等，只有感知功能，沒有通信功能；僅從感知功能而言，傳統雷達探測距離遠，但難以發(fā)現敏捷性的“低慢小”低空飛行器目標，設備昂貴，視場角小，大規(guī)模組網費用高；低空經濟的發(fā)展也必然是從近地區(qū)域開始的，一些涉及到國家及社會安全的非法低空飛行器也經常在近地區(qū)域出現。由于傳統雷達一般為脈沖波體制，保證探測距離，存在百米級以上的探測盲區(qū)，難以滿足規(guī)�；涂诊w行活動監(jiān)控需求，近地的起降場更是難以應用。
（3）低空飛行器主動信息報送系統：（美國Remote ID和中國GB 42590-2023），基于WIFI協議和頻段，通過WIFI信標和藍牙協議廣播，距離近，易受到干擾，可靠性低，且廣播非加密性質�？赏ㄟ^手機WIFI+APP接收，適合娛樂用途的低空飛行器。
2、通感一體化可以分享移動通信產業(yè)鏈帶來的價值紅利
（1）通感一體成為5G-A/6G的典型技術路線和核心技術特征；有較高的數據通信和可靠性保證能力，有完整的認證、加密等安全流程；有全球統一的標準支持可以長期演進和升級。
（2）為配套5G-A/6G地面通信的技術要求，相關芯片產業(yè)鏈會快速催熟、完備。低空經濟作為應用場景，可以充分分享移動通信網絡的產業(yè)鏈和價值鏈，進一步降低成本。
3、通感一體降低了對硬件/軟件部署的要求
（1）低空場景的業(yè)務需要通信和感知的功能，則部署通感一體的設備能使得整體部署成本最優(yōu)，包括運維和管理。
（2）傳統設備為單一技術，則需要部署兩套獨立設備，增加了設備本身的成本、站點租賃成本、人工維護成本、設備維護成本等。
（3）低空場景需要感知和通信系統聯動的數據進行處理，通感一體化系統，設備采集的數據也是由一套軟件架構進行處理，減少了多個系統部署、對接的復雜度。
4、通感一體化可以賦能低空場景更多的業(yè)務特性
（1）頻率資源的高效利用：頻率資源是寶貴的戰(zhàn)略資源，通感一體化可以根據業(yè)務場景需求進行動態(tài)時域、頻域和空域的頻率資源調度和復用；靈活分配通信和感知的資源，實現協同優(yōu)化，提高頻譜的資源利用效率。
（2）通感一體融合互助：通信的被動定位跟蹤與感知的主動跟蹤融合，可提升定位跟蹤精度；感知的環(huán)境探測和位置跟蹤可輔助通信進行環(huán)境重構、波束管理和移動性管理等，提升通信性能。
（3）多維度數據源的一致性：在通感一體網絡下，通過通信獲得低空飛行器的信息，通過感知獲得低空飛行器的實時監(jiān)控數據，可以做到數據源在時間和空間上的獨有關聯性，確保管理的實時性，無需多系統的多頭數據源的二次融合。
// 如通過通信獲得低空飛行器的實時位置跟蹤及歷史的運動軌跡分析，預測可能出現的小區(qū)和航路的流量，提供實時調度能力。通過低空飛行器的傳感器數據，視頻數據進行智算分析，提供低空飛行器的異常檢測、非法入侵監(jiān)測等智能化的能力。
低空通感一體網絡頻段選擇
低空通感一體網絡到底選擇哪個頻段合適？sub 6G還是毫米波？
現在5G-A被廣泛提及，5G-A是3GPP標準版本特性演進。5G-A本身可以使用已有的5G sub6G頻段（當前運營商已經部署的5G，諸如3.5GHz、2.6GHz、4.9GHz，統稱sub6G），也可以使用5G毫米波頻段（24.75~27.5GHz）。從目前行業(yè)內各種交流語境里，很多專家把5G-A和毫米波當作兩條技術路線，此說法不嚴謹，這里僅作澄清。
從是否支持通信感知一體化功能特性的角度來看，可以說之前的5G標準版本不支持，在5G-A的標準版本里是支持的；在討論低空通感一體技術路線的時候，結合低空場景和需求對通感性能的要求，需要討論的是選取哪個頻段，即sub 6G，還是毫米波，頻段的不同意味著可用的頻譜資源的多少不同，以及對應的頻率特性不同，從而會極大影響了5G-A的通感一體這個功能特性的性能指標。
現有運營商部署的5G公網頻段sub 6G頻段，與毫米波頻段相比較，在覆蓋距離上有一定優(yōu)勢，但在低空空域有明確的覆蓋距離（通常低空空域在1km范圍，部分地方到3km），超過這個覆蓋距離，本身會帶來對其他系統的干擾；作為5G毫米波頻段而言，覆蓋當前開放的低空空域本身就是毫米波系統的基本特征，同時針對低空場景，毫米波頻段相對sub6G（2.1/2.6/3.5/4.9GHz）有如下優(yōu)勢：
1、毫米波頻段可提供更短的通信時延，滿足飛控需求
（1）5G網絡通常以時隙為單位調度數據，而空口時隙長度越短，意味著在空口傳輸時延就越小。（2）毫米波系統其空口時隙長度最小可達0.125ms，僅為目前主流低頻5G系統的1/4。
（3）如果采用短時隙（mini slot）調度，空口時延甚至會更小。
這使得毫米波系統能夠實現極低時延，從而滿足飛行控制或工業(yè)控制等對短時延場景需求嚴苛的應用場景。
2、毫米波頻段帶寬大頻段高，更好滿足通導監(jiān)需求
（1）更高的感知精度：毫米波頻段具有較大的帶寬，較小的波長，較大的天線陣列規(guī)模，可以支持更高的距離分辨率/精度和角度分辨率/精度，例如，在800M帶寬下，可分辨20厘米距離的2個物體。（2）更豐富的感知特征：毫米波頻段頻點高，感知可獲得的物體特征豐富，可用于飛行物體的分類與識別，也可基于微多普勒檢測懸停的旋翼無人機。
（3）更多維度的感知應用：基于毫米波內生的感知能力，可以廣泛應用于環(huán)境成像，微觀氣象和微動檢測等領域。
3、5G-A毫米波通感一體化設備，具備更低功耗和成本
（1）毫米波采用大規(guī)模相控陣架構，天線陣列增益可以做到20～30dBi以上，可用更低的功率，更低功耗的毫米波設備滿足低空通感覆蓋。
（2）毫米波所需的設備功耗低，就意味著整機成本低和供電成本低、功耗低同時意味著重量輕（主要重量來自散熱金屬結構），重量輕站點配套成本就低，不需要高承重的鐵塔和抱桿。
現有運營商地面公網還是專頻專網？
當前，構建低空通感一體網絡主要有兩種部署方式可供選擇：一是基于現有運營商的公網系統，二是針對低空的專用網絡，其本質是成本問題。
毋庸置疑，基于現有運營商公網的改造方案能夠在初期部署時復用現有的通信基礎設施，具有一定的經濟優(yōu)勢，然而，現有地面公網的設計初衷是為地面用戶服務，在低空飛行場景中的適用性存在顯著局限。
1、現有地面移動通信系統無法滿足低空場景的新需求
地面移動通信系統演進到支持通感一體后，可復用現有通信站點資源，一定程度上降低部署成本。但由于要兼顧地面通信要求，站點選址、天線朝向等，都不是針對低空場景的最優(yōu)選擇。
（1）低空場景需要的垂直方向覆蓋，與地面網絡的水平覆蓋的矛盾。地面網絡以地面水平覆蓋為主，地面移動通信系統水平掃描角較寬，垂直掃描角較小，利用已有地面移動通信系統無法覆蓋低空1000m空間。
（2）低空覆蓋場景需減少切換，與地面網絡的密集小區(qū)部署頻繁切換的矛盾。地面網絡的組網原則是通過小區(qū)劈裂復用的方式提升容量，來滿足地面用戶的大容量業(yè)務需求。低空飛行器飛行速度快、低時延可靠性要求高，需要新型低空組網方式，避免低空飛行頻繁的小區(qū)切換和越區(qū)干擾導致性能劣化。
（3）低空覆蓋網絡需要上行大帶寬，與地面網絡下行大帶寬需求的矛盾。地面網絡業(yè)務以下行業(yè)務為主，例如觀看視頻（下行），而低空業(yè)務主要是上行為主，例如機載攝像頭的視頻回傳（上行）。地面移動通信網絡無法同時兼顧地面和低空場景所需要的上下行同時大帶寬的業(yè)務需求。
（4）低空高精度感知和地面通信無線資源需求的矛盾�，F有通感一體化的基本原理是，基于無線資源的時分、頻分或空分復用，實現感知和通信功能的共存。當感知的精度（如速度分辨率/精度）要求越高，同時感知物體數量越多，感知需要的無線資源就越多，而通信的資源就越少。如果低空通感和地面移動網絡共享無線資源，會嚴重影響到地面人員的通信服務質量，造成業(yè)務投訴。
為了解決以上矛盾，傳統地面電信網絡運營商會通過各種技術手段去解決，但最終的形態(tài)和手段要么和專網一樣，要么花費了專網一樣甚至更多的投資成本，初期利用公網改造方案的投入面臨投資浪費的風險。
相比之下，專頻專網在部署的時候可以專門考慮航線和起降場的通感需求，優(yōu)化站點選址和天線方向，實現高效組網；有了專門面向低空的專網設計和規(guī)劃，就可以解決飛行器飛行過程中的通信盲區(qū)，并避免中斷和干擾；面向低空經濟的專網同時充分考慮無人飛行器的上行帶寬要求，系統可以針對性分配更多的網絡資源，保證飛行業(yè)務的通信需求；同時，選取合適的專網頻段，可以擁有更加豐富的帶寬資源，最大限度的滿足感知精度和通信可靠性要求。
針對低空的專頻專網是技術選擇，從技術角度要和地面移動網絡分開；特別地，基于專頻專網的低空信息基礎設施，在低空場景的法律法規(guī)的遵從性及確保低空飛行安全，城市和國家安全角度，也值得考量。
（1）針對無人機通過移動網絡、互聯網，《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》中國家給出了專項的規(guī)定，要求所有飛行記錄必須申請，這里國家是考慮到基于地面公眾系統會導致互聯網遠程控制無人機的安全問題，因此做出了此項特殊要求，因此依托于專頻專網，做好網絡的隔離、建立完善的安全機制，避免無人機被遠程遙控。《民用無人駕駛航空器無線電管理暫行辦法》也做出了類似的規(guī)定。
（2）《民用無人駕駛航空器無線電管理規(guī)定》 2023年12月27日發(fā)布： 不可影響地面公眾通信：地面的通信優(yōu)先級更高，要求通信基站天線的部署方式不允許改變，同時要求要有監(jiān)控和處置能力（利好通感一體）；
通信網絡受到無人機反制設備的干擾，由網絡方自行解決。
低空通感一體網絡技術路線
從上面的分析可知，針對城市低空起降場以及飛行線路，基于毫米波的通感一體化低空專網能很好的滿足低空通信和感知的需求，是潛在的綜合性價比高的技術路線。
1、技術角度：毫米波專頻專網在網絡容量、抗干擾能力、網絡安全性、可靠性以及感知能力上優(yōu)于其他技術。
-毫米波專網覆蓋低空，由于不用考慮室外站覆蓋室內的穿墻需求，低空場景的路損遠小于運營商地面覆蓋場景，所以即使用小功率基站也可做到大站間距；毫米波專網可以按需部署，例如按照航線進行站址選擇、天線朝向的設定。
2、成本角度：毫米波通感一體化的低空專網可以大幅降低建網成本。
-低空專網只考慮空域無人機和未來的eVTOL，無需兼顧地面人群覆蓋，站點密度可大幅降低。以地面5G網絡為例，城區(qū)典型站間距300~400m，每平方公里需要~10個站點。
-而低空專網覆蓋，以感知1~2km為覆蓋邊界，站間距可做到2~3km，每平方公里僅需要0.1個站點，站點密度下降一百倍，即初期建網成本下降百分之一。
-由于不需要考慮地面人群覆蓋，特別是建筑物室內的覆蓋，結合毫米波相控陣技術，毫米波低空專網設備的發(fā)射功率和整機功耗也可以大幅降低，相應地減少設備功耗和成本，顯著降低網絡建設成本和運維成本。以sub6G地面公眾網絡為參照，預計站點費用（包括設備、站點租賃和電費等）低至百分之一。
因此，基于5G-A的毫米波通感一體化專網更適合成為低空新一代信息基礎設施的主要技術路線。
為什么需要盡早完成頂層設計和標準化？
目前低空經濟的發(fā)展嚴重缺乏頂層設計，包括技術路線和商業(yè)模式，更重要的是涉及多部門利益，如軍方，空管，交通，工信等多部門，避免出現智能網聯汽車一直難以有效落地的情況。
作為低空經濟的關鍵一環(huán)，低空智能融合信息基礎設施領域是政府新基建的核心，低空信息基礎設施建設范圍、規(guī)劃如果沒有統一規(guī)劃，可能導致重復建設，無法真正服務于低空業(yè)務。
目前關鍵技術離散，并分布在多個傳統的技術領域，如通信，雷達，導航等多個領域，而單個系統無人滿足低空業(yè)務需求，而系統間的接口無標準化，會導致各個系統割裂，各設備商產品私有接口設計無法形成合力、難以演進。
隨著低空飛行器行業(yè)的發(fā)展，低空的政策仍在制定和逐步發(fā)布過程中，通信方式有衛(wèi)星、公網、直連等，感知方式有雷達、公網5G等，法規(guī)有無線電管理、無人機管理等等。建議國家相關部門盡早組織技術路線的論證與標準化，并組織對相應的關鍵技術的突破：
（1）明確定義低空場景下的通導監(jiān)及氣象監(jiān)測等技術需求；（2）明確定義低空場景采用通信感知一體化網絡技術路線，還是通信、感知分立的技術路線，或者多樣化共存;（3）明確定義低空通感一體網絡到底選擇哪個頻段合適，sub 6G還是毫米波，或者組合共存；
（4）明確定義低空通感一體網絡是基于當前運營商的地面移動通信網絡兼顧覆蓋低空，還是針對低空建立一個專網覆蓋，或是組合共存？
文：吳建軍 未來移動通信論壇副秘書長
附：問題思考
