5G-A通感融合赋能低空经济-RedCap芯片在无人机中的应用

news2024/9/21 16:30:39

1. 引言

随着低空经济的迅速崛起，无人机在物流、巡检、农业等多个领域的应用日益广泛。低空飞行器的高效、安全通信成为制约低空经济发展的关键技术瓶颈。5G-A通感一体化技术通过整合通信与感知功能，为低空网络提供了强大的技术支持。本文探讨了5G-A通感一体化技术如何赋能低空经济，详细讨论了适用于低空网络的无人机通信技术，以及芯片设计中的关键技术。

2. 5G-A的发展和通感一体技术概述

5G分为两个阶段：R15-R17为第一阶段，R18-R20为第二阶段（5G-Advanced，简称5G-A）。2024年6月18日，R18标准正式冻结，标志着5G-A商用时代的正式开启。

图1.5G演进路线图

在5G的三大标准场景eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（海量机器类通信）、uRLLC（超可靠低时延通信）基础上，5G-A进行了深入的增强和扩展，新增了三大新场景：UCBC（上行超宽带）、RTBC（宽带实时交互）和HCS（通信感知融合）。

图2.5G-A技术应用场景

5G-A通感一体化技术是进一步融合通信与感知功能的新型网络技术。该技术使基站和终端设备同时具备通信和感知能力，实现高精度定位和追踪等功能，可应用于低空安防、低空管理、智慧交通等场景。

图3 通感一体化技术(单站感知和多站感知)原理图

3. 低空网络架构

3.1 网络架构概述

低空网络架构是为支持低空（如无人机等航空器活动区域）通信与感知需求而设计的网络体系结构。它结合了移动通信技术、物联网、云计算等先进技术，旨在实现低空领域的“泛在连接、全域感知、智能计算”。

低空网络架构主要包含应用层和功能层，功能层主要包括通信功能、感知功能和智算功能三大核心部分：

图4.低空网络功能架构

通信功能：满足低空无人机多样化通信需求，包括数据传输、控制指令传输、身份标识认证等。

感知功能：利用无线信号实现对低空飞行目标的测距、测角、测速、定位和追踪。

智算功能：提供全面的数据处理和计算能力，支持低空信息系统中业务预测、故障诊断和飞行决策等功能。

通信芯片作为功能层通信的关键器件，承担网络接入，身份标识，数据转发，数据处理，信息上报等功能。

4.通感一体化核心技术

4.1 拓宽通信上限并实现通信多样化

随着低空经济的快速发展，对无人机等低空飞行器的通信需求日益增长。通过引入5G-A通感一体化网络、低轨卫星网络等新技术，突破了现有无线通信网络的有效覆盖高度限制，实现了低空空域内的高效通信。同时，根据业务场景的具体需求，无人机可以配置不同的通信方式，支持实时数据传输、高清视频传输等大带宽场景。

图5.低空网络系统逻辑示意图

4.2通感一体化无人机定位和识别技术

该技术结合了通信和感知的功能，利用通信系统的频谱资源、空口基数、硬件资源处理单元等接收感知信号并进行处理，实现高精度的定位和识别。其优势在于兼顾通信与感知、高精度与低时延，并具备广泛适用性。

图6.无人机通过基站定位避障示意图

2023年5月，华为实现了5G-A立体感知网在低空场景下的无人机航迹准确追踪等多场景验证，目标识别率达100%，证明5G-A通感基站可实现探测面0.01m2的目标感知，准确率高达99%，单站探测距离超2km。

4.3 空联网技术

空联网技术（A2X）支持无人机之间、无人机与地面设备之间的直接通信，提供低延迟通信支持无人机在无网络覆盖区域的避碰和安全操作。无人机防撞系统则通过综合感知和智能决策，提升无人机在低空空域的飞行安全性。

A2A（无人机对无人机）通信：通过专用频段和通信协议，实现无人机之间的直接通信和数据传输。
A2G（无人机对地面）通信：无人机与地面基站或控制中心之间的通信，确保飞行指令和实时数据的上传下达。
组网技术：通过分布式网络架构和智能路由算法，实现无人机编队的动态组网和协同作业。
无人机防撞系统：通过空域栅格化、飞航安全感知、碰撞预警和智能路线规划等核心功能，利用ADS-B、雷达侦测、AI与大数据分析等技术手段，实现全面感知、实时预警和智能决策，以提升无人机在低空空域的飞行安全性。