“低空经济”和“通感一体”,为什么值得关注?

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通感一体,也不仅仅是服务于低空经济。它的应用领域非常宽泛,除了目标定位、跟踪和识别之外,还可以用于目标检测和目标成像。

年初这段时间,中央和地方开了很多会,规划部署今年的工作。在这些会议上,有一个新词,频繁出现,那就是——低空经济

包括重庆、四川、浙江、安徽、深圳等在内的多个省市,纷纷提出——“要积极布局低空经济,建设低空经济示范区,拓展低空产品和服务应用场景”。全国范围内,目前已经有十多个省份,将“低空经济”、“通用航空”等相关内容写入政府工作报告。

那么,究竟什么是“低空经济”呢?

我们通信行业今年马上要搞5G-Advanced(5G-A)。5G-A里面有一个“通感一体”,经常和“低空经济”放在一起讨论。它们之间,又是什么关系呢?

今天这篇文章,小枣君就和大家聊聊这些话题。

什么是低空经济

很多人一提到低空经济,就会想到无人机。

其实,低空经济并不能和无人机经济划等号。

低空经济的官方定义是:以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展,所形成的综合性经济形态。

也就是说,低空经济,既包括无人机,也包括有人机。低空有人机,因为技术和安全等条件尚不成熟,目前还没有规模商用。所以,我们现在讨论低空经济,主要还是集中在无人机应用上。

低空经济并不仅仅包括航空器(飞行器)本体的研发、制造和销售。

一般来说,围绕低空飞行的制造、飞行、保障、综合服务等四大板块,都属于低空经济产业链。

低空经济的价值在于:它在传统地面空间和中高空空间、太空空间的基础上,挖掘了一个新的空间范围,加以利用,并形成产业。

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这些年,大家应该也看到了,无人机在各个行业领域大放光彩。

不管是娱乐拍摄等个人用途,还是物流运输、文化旅游、交通治理、农林防护、应急救援、医疗救护、警务安防、政务飞行等行业用途,都有大量的无人机应用案例。

无人机的“低空、低速、可悬停、低成本、小型化”特性,弥补了地面运输工具和传统飞机的不足,实现了“花小钱、办大事”,受到了用户和市场的广泛欢迎,普及速度不断加快。

在这样的背景下,政府给予高度重视,专门提出了“低空经济”这个概念。

按有关部门的说法,低空经济属于“新质生产力”,是战略型新兴产业,是国家未来重点发展的方向。

什么是通感一体

再来说说通感一体。

发展低空经济,最重要的是安全。毕竟走在路上,谁也不希望天上突然两架无人机相撞,然后砸在自己的头上。

而且,万一有“黑飞”,从事非法活动,也会带来极大危害。

对飞行器进行监管,传统的办法主要是:依靠制定法律法规,设定禁飞区,进行飞行申请等。

对飞行器进行跟踪和探测,最有效的方法,是雷达。

雷达对于民航飞机这种中高空飞行器,是很有用的。但是,对于低空飞行器,雷达存在不足。

首先,低空的建筑物或障碍物较多,雷达会存在大量盲区。

其次,雷达的功率高,在居民区大量布设,存在很多不便。

第三,针对低空飞行,新建大量雷达站,会带来巨额成本。

于是,我们开始探索一种新的手段,专门针对低空飞行进行探测和管理。这个手段,就是通感一体。

通感一体,也叫通信感知一体化,英文名是Integrated Sensing and Communication(ISAC,“艾萨克”)。

针对通感一体的研究,多年之前就已经开始了。早几年的时候,我们将通感一体作为6G的主要研究方向。没想到,在外部需求的推动下,这项技术变成了5G-A的关键技术,提前和我们见面。

那么,什么是通感一体呢?

简单来说,就是基于我们现在的蜂窝移动通信网络(通信能力),叠加上类似雷达的功能(感知能力),对周边的无人机、汽车或轮船等物体进行探测跟踪。

换言之,通信塔,变成了通信雷达多功能塔,更加强大。

使用基站进行感知,从技术的角度来说,并不难实现。

我们现在的通信,都是基于无线电磁波进行通信。而雷达的基本原理,也是基于无线电磁波。

发射无线电磁波信号,碰到物体,信号会反射。通过三角测量和综合计算,可以得到物体的距离和位置信息。通过单位时间差的持续探测,可以得到物体的速度信息。

这些年,很多室内定位技术,也都是基于无线通信技术,例如UWB(Ultra-Wideband,超宽带)、Wi-Fi、蓝牙等。

蜂窝移动通信在室外拥有优势,所以,非常适合室外低空飞行器的探测。

针对前面提到的传统雷达方案缺陷,通感基站的优势明显:

首先,基站在城市里到处都是,且位置都不错,不需要重复建设,节约了大量的资金。

其次,基站通感一体的无线信号发射功率极低,不会对居民健康造成影响。

第三,基站通感一体,使用的都是已授权的通信频段,不需要另外划分频段,节约了宝贵的频谱资源。

通感一体的技术挑战

通感一体的技术原理看上去很简单,但实际上,真正想要实现预期效果,技术挑战还是非常大的。

传统蜂窝移动通信网络主要覆盖地面,网络规划和优化也面向地面室外用户和建筑物室内用户。

想要实现通感探测,并不是简单调整基站天线的朝向就可以实现的。网络首次面向低空场景,相关的网规网优思路完全不同。

5G-A的通感一体,需要自身AAU(有源天线)能够提供独立的对地、对空波束。既包括通信波束,也包括感知波束。

感知波束增加了系统的设计难度和业务压力。感知波束的宽度、数量和方向动态可调,可通过数千种包含方位角、下倾角、波束宽度、波束数量等参数的权重组合,生成海量的波束Pattern,来满足不同场景的通感需求。

如何对基站高度、下倾角等参数进行规划,建立合适的RF模型,实现最优参数组合,是通感一体的主要挑战之一。

通信系统主要是采用连续波。而雷达既有连续波,也有脉冲波(周期性发送)。如何做好波形设计,如何优化帧结构,如何对时隙进行合理分配,也是需要充分考虑的。

此外,射频信号的自干扰、多站协同感知与精准同步、通感运算的算力满足等等,都是挑战。

如果不能很好地解决这些挑战,通感一体就难以达到预期效果,也就无法实现商用落地。

通感一体的试点

目前,随着5G-A脚步的不断临近,通感一体的测试和验证工作也在加速。

国内运营商和设备商合作,建设了多个外场试点,并取得了一些成效。

节前,小枣君去了一趟厦门,就参观了福建移动与华为合作,在黄厝、椰风寨区域部署的5G-A通感一体试点系统。

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刚刚起飞的无人机

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面向低空服务的AAU(有源天线)

该系统基于中国移动的4.9GHz频段,通过低空多站连续组网(全球首个通感基站的连片组网测试),在保证5G通信服务的同时,可以实时探测低空空域的飞行物,实现低成本、广覆盖、全时段的空域感知。

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通感一体系统对无人机的跟踪

在现场验证的过程中,无人飞行器时速达到60-80公里/小时的情况下,系统仍能快速锁定目标,实时监测无人机的航迹。

依托中国移动自研的“中移凌云”平台,这个系统可以实现融合低空感知、无人机网联飞行、空域管理、AI分析等能力,逐步形成低空空域管理运营一体化解决方案。

结语

总而言之,低空经济前景广阔,而通感一体对于国家发展低空经济具有重要意义。

想要发展一个产业,进行有效监管是前提条件。就像当年有了雷达,我们才能很好地发展民航产业一样。有了通感一体,实现对飞行器的探测和监管,才能引导产业的有序和健康发展,带动背后的产业繁荣。

通感一体,也不仅仅是服务于低空经济。它的应用领域非常宽泛,除了目标定位、跟踪和识别之外,还可以用于目标检测和目标成像。

前面小枣君也提到,除了飞行器之外,它也可以用于汽车和轮船的移动性探测。像一些水文监测、空气污染监测、产品缺陷监测、建筑或桥梁裂缝监测、手势控制等场景,其实也都可以采用通感一体来实现。

海量的应用场景,意味着巨大的商业价值。在传统通信应用之外,能够开发出一个全新的应用领域,对于我们整个通信行业来说,无疑是令人振奋和期待的。

希望在新的一年里,通感一体能够得到更好的普及,成为一个强劲的市场增长点。

责任编辑:姜华 来源: 鲜枣课堂
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