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5G-A通感一體技術(shù)實踐，再次取得新突破。
1月7日，2024廈門馬拉松賽圓滿落幕，在被稱為最美馬拉松賽道的環(huán)島路上空，福建移動攜手華為率先完成了5G-A通感一體低空多站連續(xù)組網(wǎng)的通感能力驗證。
據(jù)悉，這是全球首個多站連續(xù)組網(wǎng)的通感一體驗證，它基于4.9GHz頻段實現(xiàn)了對城市低空120米下，多無人駕駛飛行器的探測與及時預(yù)警。這一成果，不僅是5G-A通感一體護航低空經(jīng)濟發(fā)展邁出的重要一步，也意味著網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工作開啟了全新的“上天”模式，為未來5G-A通感一體網(wǎng)絡(luò)支撐低空經(jīng)濟繁榮發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。
三大亮點，全球率先實現(xiàn)“5G-A通感一體低空連續(xù)組網(wǎng)”
本次試點針對城市低空場景，采用多個5G-A通感一體基站連續(xù)組網(wǎng)和站間協(xié)同，成功驗證了多目標(biāo)探測、無人機跨站跨小區(qū)完整航跡的連續(xù)跟蹤與上報，低空空域的防護和預(yù)警等應(yīng)用。具體而言，有三大亮點值得關(guān)注。
亮點一，應(yīng)用案例豐富。根據(jù)IMT2020（5G）推進組發(fā)布的《5G-Advanced通感融合場景需求研究報告》，低空感知業(yè)務(wù)包括低空安防、無人機入侵檢測、無人機飛行路徑管理三大應(yīng)用案例。此次試點完成了黑飛探測、基于電子圍欄的入侵告警、無人機飛行軌跡追蹤三大應(yīng)用驗證，基本覆蓋了低空感知場景全業(yè)務(wù)。
亮點二，全球首次采用多個5G-A通感一體基站連續(xù)組網(wǎng)，既實現(xiàn)了跨站跨小區(qū)的無人機飛行軌跡追蹤，也實現(xiàn)了多架無人機同時識別，是目前最接近實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的一次實踐。據(jù)了解，即使多架無人機以30-50km/h的速度并行飛行，該樣板網(wǎng)絡(luò)也能迅速鎖定目標(biāo)并實時探測無人機的航跡。
亮點三，網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)開創(chuàng)性進入低空領(lǐng)越。良好的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化是保障網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和業(yè)務(wù)體驗的前提和基礎(chǔ)，本次試點通過5G-A通感一體基站連續(xù)組網(wǎng)成功驗證了低空感知場景，其背后表明了網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工作首次完成了向低空領(lǐng)域的探索和實踐。
突破新挑戰(zhàn)，網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)首次走向低空
眾所周知，傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)主要覆蓋地面，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工作主要面向地面室外用戶和建筑物室內(nèi)用戶開展。如今網(wǎng)絡(luò)首次面向低空場景，對網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工作自然也就提出了全新的要求和挑戰(zhàn)。
面向低空場景的主要網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工作
首先，5G-A從通信走向通感一體，對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃提出更高的挑戰(zhàn)。面對低空場景要求基站能向低空領(lǐng)域提供獨立對空波束覆蓋，5G-A AAU設(shè)備提供獨立的對地通信波束、對空通信波束和獨立的感知波束，可有效滿足低空領(lǐng)域的立體感知需求，但這隨之也對5G-A 的RF參數(shù)規(guī)劃設(shè)計工作帶來了新挑戰(zhàn)。
與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃關(guān)注的覆蓋、干擾、容量等不同，5G-A通感一體新增感知性能的規(guī)劃目標(biāo)，如無人機識別準(zhǔn)確率，空域感知高度和距離，感知精度等。5G-A新增了感知波束，復(fù)雜度相對于5G再上一個臺階，其寬度、數(shù)量和方向動態(tài)可調(diào)，可通過數(shù)千種包含方位角、下傾角、波束寬度、波束數(shù)量等參數(shù)的權(quán)重組合，生成海量的波束Pattern，來滿足不同場景的通感需求。因此，如何規(guī)劃好站高、下傾角、方位角、波瓣角等RF參數(shù)，并通過最優(yōu)的參數(shù)組合來匹配低空覆蓋場景，是網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工作的一次全新探索，也是一項極具挑戰(zhàn)性和復(fù)雜性的工作。
其次，通感一體感知精度要求高，對傳統(tǒng)網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)作業(yè)模式和人員技能模型提出更高的挑戰(zhàn)。5G-A通感一體技術(shù)通過在無線信號的固定時頻域位置發(fā)送感知導(dǎo)頻并接受回波，利用時延差計算目標(biāo)距離，利用多普勒效應(yīng)回波頻移計算目標(biāo)速率，利用相位差來判斷目標(biāo)角度，并生成反射點信息，模擬出無人機與交通路徑，實現(xiàn)對各種物體的精準(zhǔn)識別。從實現(xiàn)原理上不難理解，基站天線的高度、經(jīng)緯度、方位角、下傾角等信息是通感融合系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。在通感融合網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計中，需首先確保這些參數(shù)的準(zhǔn)確性，才能實現(xiàn)對目標(biāo)物體的距離、位置和速度的精準(zhǔn)識別。這與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)不同，由于傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)只負責(zé)通信功能，基站天線的高度、方位角等信息若存在幾米或1度左右誤差，對站點覆蓋影響并不明顯，但在通感一體系統(tǒng)，這些參數(shù)差以毫厘，就可能導(dǎo)致感知結(jié)果失之千里。
因此，為確保系統(tǒng)參數(shù)的準(zhǔn)確性，需工程師遵循無線電波的傳播特性，操控?zé)o人機沿著不同徑向方位角角度飛行多次，以通過獲取無人機的飛行高度、速度、方向角等信息來驗證和修正參數(shù)值。這顛覆了傳統(tǒng)的路測工程師作業(yè)模式，需新引入無人機測試，對測試人員提出了更高要求，即具備飛手資質(zhì)。
再者，感知與通信效果兼顧，對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提出了更高的挑戰(zhàn)。與地面無線信號易受建筑物、高山等阻擋不同，低空領(lǐng)域幾乎沒有障礙物，基站與無人機之間的無線信號以視距（LoS）傳播為主，很容易產(chǎn)生上下行干擾，給地面網(wǎng)絡(luò)帶來不利影響。因此，如何在保障感知效果的同時，兼顧地面和空域網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量，是5G-A通感一體網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作面臨的一個新課題。
而本次試點通過多個5G-A通感一體基站連續(xù)組網(wǎng)和站間協(xié)同，為無人機黑飛探測、預(yù)警上報和軌跡追蹤等低空應(yīng)用提供了有力的網(wǎng)絡(luò)支撐，這背后無疑證明了面對低空場景的新要求、新挑戰(zhàn)，網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工作已實現(xiàn)新突破，走出了5G網(wǎng)絡(luò)向低空領(lǐng)域延伸的堅實的第一步。
網(wǎng)絡(luò)先行，開啟低空經(jīng)濟美好未來
從電力巡檢、安全巡邏、應(yīng)急救援到外賣“從天而降”......近年來，我國無人機產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，低空經(jīng)濟已滲透到百業(yè)百態(tài)中，成為推動社會經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展的新引擎。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022年我國民用無人機市場規(guī)模已達443.58億元， 到2027年我國工業(yè)無人機行業(yè)市場規(guī)模將達到3138億元。
未來幾年，伴隨著低空經(jīng)濟進入快速增長期，無人機在各個領(lǐng)域的活動越來越頻繁，作業(yè)范圍越來越廣泛，隨之也將發(fā)生越來越多的違法黑飛現(xiàn)象而導(dǎo)致嚴重的安全問題，給低空安防工作帶來越來越大的壓力。因此，面向低空經(jīng)濟快速發(fā)展，如何高效、精準(zhǔn)地識別檢測非法入侵的無人機，確保無人機業(yè)務(wù)安全有序和高效服務(wù)，已成為擺在行業(yè)面前的迫切任務(wù)。
當(dāng)前，無人機探測主要采用雷達、TDOA（到達時差定位）等方案。盡管這些方案已經(jīng)成熟，但都存在一定的缺點。比如，低空雷達方案部署成本高，需額外申請有限的頻譜資源；TDOA至少需部署三個射頻偵測點，且定位精度較低。
而5G-A通感一體技術(shù)通過在現(xiàn)有基站上疊加感知能力，以及通信與感知共享頻譜的方式，實現(xiàn)了“一網(wǎng)兩用”，可充分利用移動通信網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋、大連接優(yōu)勢，在提供通信服務(wù)的同時實現(xiàn)全域、高精度的低空感知。相對于傳統(tǒng)方案，5G-A通感一體在成本、感知范圍、感知精度等多方面均具有絕對優(yōu)勢，有望更好護航低空經(jīng)濟快速規(guī)模發(fā)展，助力更多低空應(yīng)用繁榮生長。
廈門是一個臨海城市，也是我國有名的旅游城市，擁有物流、港航、旅游、商業(yè)、文化等眾多優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。在這些領(lǐng)域，低空飛行應(yīng)用的前景都非常廣闊。相信以本次試點為良好開端，未來5G-A通感一體技術(shù)和低空網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)新能力將有力推動低空應(yīng)用走進更多行業(yè)，為廈門乃至全國各地的經(jīng)濟發(fā)展注入新動力。
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