专题丨低空智联网赋能低空经济的思考与探索

低空智联网赋能低空经济的思考与探索

宋杰  周建锋  王卫斌

（中兴通讯股份有限公司，深圳 518057）

摘要：低空经济作为新兴产业，正成为新的经济增长点。首先，介绍低空经济的基本概念，分析低空经济成为热点的原因。其次，针对低空业务的通信特征，分析通信网络面临的挑战，总结了低空经济对通信网络的关键需求；提出了以5G-A通感智算网络为底座的低空智联网体系架构，阐述了低空智联网的七大能力体系。最后，对5G-A网络特别是核心网支持低空经济的架构演进进行了分析和总结。

关键词：低空经济；低空智联网；5G-A；核心网

0   引言

2024年是低空经济元年，也是5G-A商用元年，低空经济的发展离不开通信网络的支持。本文通过分析低空经济对通信网络的关键需求，提出了以5G-A通感智算网络为底座的低空智联网方案，阐述了低空智联网的七大能力体系，并从通感一体化技术、无人机管控及服务、核心网的演进等方面对5G-A网络特别是核心网为促进低空经济的发展所做的支持进行了分析。

1  低空经济概述

1.1  低空经济

2021年2月，低空经济被写入《国家综合立体交通网规划纲要》；2023年12月，中央经济工作会议将低空经济列入战略性新兴产业；2024年3月，低空经济被写入政府工作报告，并纳入新质生产力范畴；2024年7月，党的二十届三中全会明确提出要发展通用航空和低空经济。

低空经济在全国范围内迅速掀起一股热潮，各地纷纷将发展低空经济写入2024年地方政府工作报告或出台相关政策，争先布局。低空经济作为国家重点发展方向，正成为中国新的经济增长点。

根据《中国低空经济发展研究报告（2024）》^[1]，我国低空经济在2023年的市场规模超过5 000亿元，同比增速超33%，预计2026年有望突破万亿元。根据《低空经济发展白皮书——深圳方案》^[2]，预计到2025年，低空经济对我国国民经济的贡献将达到3~5万亿元规模。

1.2  低空经济成为热点的影响因素

除了政府政策的支持以外，主要有3个因素：一是法律法规逐步完善；二是相关技术日渐成熟；三是市场需求快速增长。

法律法规方面，我国陆续出台了一系列法律法规。例如，《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》是我国无人机领域的专门行政法规，也是后续一系列无人机领域法规条例的上位法。其中一项关键内容就是建立产品识别码和所有者实名登记制度，明确了无人机具备唯一产品识别码，是实现无人机全生命周期可管可控的基础。《国家空域基础分类方法》将空域划分为A、B、C、D、E、G、W 7类，其中，A、B、C、D、E类为管制空域，G、W类为非管制空域。无人机主要涉及非管制空域G、W类。空域是发展低空经济的关键要素，规范低空空域管理，释放低空空域资源，有助于推动低空经济的发展。此外，还包括《民用无人驾驶航空器生产管理若干规定》《民用无人驾驶航空器无线电管理暂行办法》《民用无人驾驶航空器运行安全管理规则》《民用微轻小型无人驾驶航空器运行识别最低性能要求（试行）》等。一系列法律法规的密集发布，彰显了我国对低空经济规范化发展的高度重视。

技术方面，网联无人机技术、5G-A网络通感一体化技术，都推动了低空经济的高速发展。传统无人机使用电台或Wi-Fi通信方式，只能满足视距内飞行，且容易受干扰，应用场景和使用范围有限。网联无人机利用5G网络为无人机提供通信服务^[3]，实现通信广覆盖、稳连接，包括上行的大带宽、低时延、高可靠的要求，保障安全飞行和业务连续性，满足超视距飞行、高清实时图传、远程控制等需求；同时还可以为无人机应用提供云—边—端协同的数据分析、数据存储等算力服务，并结合人工智能（Artificial Intelligence， AI）能力，实现应用的价值增值。相较于5G，5G-A不仅在时延、速率、连接等方面的性能有了更大提升，同时增加了通感一体化、通算智一体化、空天地一体化3个重要能力^[4]。通感一体化使网络同时具备通信和感知能力，利用网络的高精度感知和定位，能够对空域内的无人机进行精准识别，辅助无人机避障，有效保障低空空域安全。2024年以来，多省市陆续启动5G-A网络商用部署，为构建规模化、高质量、安全的低空经济提供技术支撑。

市场方面，无人机具备灵活机动、快速反应、作业范围大、效率高等特点，被广泛应用在物流、巡检、消防、救援、旅游等各个方面，为低空经济发展打开了想象空间。无人机产业是低空经济的主导产业，“无人机+行业应用”作为低空经济的驱动力，将会赋能更多行业领域，不断拓展低空经济的边界，中短期“无人机+物流”具有较大商业规模，中长期令人期待的是电动垂直起降飞行器（Electric Vertical Take-off and Landing，eVTOL），eVTOL将在未来空中出行场景中扮演重要角色。

2  低空经济对通信网络的要求

低空业务的通信需求主要涉及3个方面：基础通信网，需要保证广覆盖、低时延、高可靠；大带宽体验网，需要满足上行大带宽的要求；感知和定位监管网，需要高可靠高精度的感知和定位，对空域进行实时监视和探测，对探测率、探测精度有较高的要求。

首先，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。低空通信网络需要实现低空立体覆盖，现有对地覆盖的无线网络利用天线旁瓣对空中有一定的信号覆盖，但是由于天线旁瓣较多且杂乱、信噪比普遍较差且起伏不定等因素，较难保障无人机全路程连续业务服务和不中断飞行操控。这是目前需要攻克的关键挑战。

其次，无人机要求有实时视频或图片回传，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，而传统对地覆盖的移动通信网络则主要服务于人，以下行业务为主，更多聚焦在提升网络的下行链路容量。基于现有网络来保障未来大量无人机的大上行、低时延业务需求，也是网络面临的较大挑战。

最后，低空经济的快速发展对空域安全管理提出更高要求，只有空域安全得到有效维护，低空经济才能健康发展。传统监测感知方式存在弊端，雷达对“低慢小”无人机探测效果不佳，不具备组网的能力，很难实现连续覆盖；视频监控受光照和天气影响，在低光或恶劣天气下，视频监控的效果会受到影响。缺乏高效的技术监控手段，严重阻碍了低空经济发展的步伐。高精度、低时延、全天候的空域监测技术，是亟需突破的主要挑战。

总体而言，低空经济发展对通信网络在以上3个方面主要有5个关键要求：一是低空连续覆盖和稳态通信；二是超高上行传输速率；三是低时延、高可靠；四是低空精准感知和定位；五是安全可控。

3  低空智联网赋能低空经济

当前低空基础设施通信、导航、监控等保障能力不足，需新型基础设施保障低空经济发展。低空智联网是实现低空空域资源数字化、智能化管理和利用的关键基础设施，能够实现空域、通信、导航等设施组网，提升空地信息一体化服务能力，满足低空经济对通信网络的要求，是低空经济发展的基石和助推器。

3.1  低空智联网解决方案

本文构建了完整的低空智联网解决方案，如图1所示。方案以5G-A通感智算融合网络为数字底座，无线侧提供低空大上行通信和低空高精度感知两大能力，分别满足视频回传、数据业务等低空稳态通信需求和轨迹感知、入侵监测等低空精准感知需求，通过5G-A网络融合定位导航基础设施、监测基础设施、环境气象测量设施，以及云边算力等数字基础设施，对外表现为三张网^[5]：通信网负责飞行器、用户、平台之间的通信，实现多个设施和系统间的高效可靠互联；感知网负责为飞行器提供定位、授时、导航和监管服务，对低空飞行活动进行安全保障和有序管理；算力网负责协同云边算力，融合AI能力，实现低空应用各类数据的分析处理、诊断预测等功能。

图1   低空智联网解决方案

同时，以5G-A的通感智算网络为数字底座，打造低空智联网的“通、感、智、算、控、导、安”七大能力体系：“通”主要是无线网络的低空覆盖，包括大上行通信和高精度定位，实现通信广覆盖、稳连接；“感”主要是低空高精度感知，对低空目标进行识别、跟踪和路径监测等；“智”主要是通过AI能力增强，在感知目标识别、低空业务分析、网络质量优化等方面提供智能化的能力；“算”是利用算力网络实现视频分析、感知分析等需要大算力及AI能力的要求，通过算力路由和边缘计算实现按需处理等；“控”主要指飞行器的可信接入、业务鉴权、电子围栏、通信管控等；“导”主要是飞行器的路径规划、网络辅助避障等；“安”包括数据安全、通信安全和飞行安全等。

通过构建低空智联网能力体系，对外提供非法入侵检测、合法飞行服务、安全飞行保障三方面基础服务能力，服务于低空安防和低空飞行等各种低空应用。

3.2  通感一体化技术

低空空域安全管控需求强烈，通感一体化技术是5G-A支持低空经济的重要技术。5G-A通感一体化技术通过分析无线电波的直射、反射、散射等特性，可以对目标或环境信息等进行测距、测速、测角、成像、检测、识别、环境重构等，利用连续波+脉冲波、大张角设备、多小区联合去重技术，实现全天候、无盲区、高精度、低成本的全域连续感知，系统安全性高。同时，采用“通感一体+摄像头”的雷视融合等多源融合感知解决方案，做到优势互补，实现全场景、高可靠的低空探测能力。

针对通感一体化技术，核心网侧新增感知功能（Sensing Function，SF），SF包括控制面和用户面相关的功能：控制面实现感知控制，包括感知策略和计费等；用户面实现数据传输，包括感知数据处理，并将感知结果传递到第三方。SF有两种架构方案：一种是本地化架构，SF与核心网松耦合关联，比较独立，基站侧能够直接连接；另一种是目标架构，把SF作为核心网的一个网元，与现有的5G核心（5G Core，5GC）网架构融合，通过融合，控制面能够复用5GC现有的基于服务的接口（Service-Based Interface，SBI），包括管理和计费等能力，降低商用成本，用户面可以连接云边端算力和AI能力，进行更加复杂、更加智能化且需要大算力的数据处理，提升感知目标的识别效率和准确性。

通感一体化技术实现一网多能、一数多用，扩展了通信网络的业务边界，为网络带来了新价值。

3.3  无人机管控及服务

第三代合作伙伴计划（The 3rd Generation Partnership Project，3GPP）全面推进5G-A网络支持无人机应用的网络架构变革及能力演进^[6]，通过5G-A网络实现对无人机系统的新型标识引入、可靠连接、有效追踪等，并从飞行周期业务保障、飞控适配增强、飞行网络状态分析、探测与避让（Detect And Avoid，DAA）等进行能力增强。

以核心网为例，3GPP从R17开始就引入对无人机接入4G/5G架构及机制的定义，实现网络支持无人机系统，主要研究内容包括无人机身份识别、认证和授权、无人机位置监控；R18研究5G网络增强，实现网络支持无人机飞行中的安全管控，主要研究内容包括直接指挥与控制（Command and Control，C2）通信、广播无人机远程标识、无人机DAA；R19为无人机系统交通管理（Uncrewed Aerial System Traffic Management，UTM）在飞行任务规划、批准和飞行服务方面提供更多支持功能，以降低飞行风险，主要研究内容包括支持飞行任务规划、飞行中管控和服务、网络辅助无人机DAA以及C2通信冗余与可靠性。由此可知，R17是“管起来”，实现对无人机基础的管理；R18是“控安全”，增加无人机DAA等；R19是“服务好”，为无人机安全飞行提供更好的飞控和服务。

无人机身份识别是5G-A网络对无人机可管可控的基础。目前，业界已经进行了网联无人机可信接入方案的技术验证，通过引入新型无人机标识，实现管控平台对网联无人机的鉴权授权。通过端网云整体的解决方案，端到端的打通，实现了网联无人机的标识和相关流程处理，以及可信标识的实现和管理。通过网联无人机可信接入关键技术验证，加速了5G网络融入无人机管控的应用，实现了5G网联无人机接入安全可控的基础性变革。

3.4  核心网的演进

核心网在低空智联网中起着核心作用，为促进低空智联网的发展，5G-A核心网的演进主要有以下几个方面。

一是新增无人机网络功能（Uncrewed Aerial System Network Function，UAS NF），基于5G-A网络实现无人机基本管理，用于支持合作无人机的管控和服务，包括无人机身份识别、认证和授权、位置监控、可靠C2通信等，并为UTM在飞行任务规划、批准和安全飞行服务方面提供更多支持。

二是网络数据分析功能（Network Data Analytics Function，NWDAF）与用户面功能（User Plane Function，UPF）增强，增加AI能力，推动合作无人机状态分析，在航路规划与飞行服务保障等方面进行智能化、定制化功能增强，如提供低空大流量上下行业务和飞控C2链路的质差智能保障、无人机飞行轨迹智能分析、辅助无人机DAA等。

三是新增感知功能SF，用于非合作无人机的非法飞行和入侵检测、合作无人机飞行管控和服务、飞行航线保护等；SF支持感知业务的授权鉴权、感知数据的分析处理等；通过构建具备精准感知定位的通感融合网络，形成通感算融合服务能力，拓展网络的价值。

四是构建低空数据中台，以5G-A网络为基础，汇聚网络的通信能力、感知能力以及行业各种能力，支持统一对外开放，为低空监管平台、业务运营平台、飞行服务平台等提供支撑，为低空监管机构、低空运营商、低空应用消费者等提供全方面服务。

4  结束语

未来的无人机将朝着行业化、智能化、自主化、协同化的方向发展，将具备更高级的自主导航、避障、任务规划、集群协同等能力，以适应更复杂、更多样化的任务需求。以无人机为代表的低空经济发展对5G-A网络能力提出了更高标准的挑战，也带来了发展契机。5G-A网络将支撑通感智算融合的低空智联网演进，全面支持无人机管控和安全飞行服务，促进和保障低空经济的发展。

Thoughts and exploration on empowering low-altitude economy with low-altitude intelligent network

SONG Jie, ZHOU Jianfeng, WANG Weibin

（Zhongxing Telecommunication Equipment Corporation, Shenzhen 518057, China）

Abstract: Low-altitude economy, as an emerging industry, is becoming a new economic growth point in China. Firstly, this paper introduces the basic concept of low-altitude economy and analyzes the reasons for its popularity. Secondly, based on the communication characteristics of low-altitude services, the challenges faced by communication networks are analyzed, and the key requirements of low-altitude economy for communication networks are summarized. This paper proposes a low-altitude intelligent network system architecture based on 5G-A intelligent computing network integrating sensing and communication, and elaborates on the seven capability systems of low-altitude intelligent network. Finally, it analyzes and summarizes the architecture evolution of the 5G-A network, especially the core network supporting low-altitude economy.

Keywords: low-altitude economy; low-altitude intelligent network; 5G-A; core network

本文刊于《信息通信技术与政策》2024年 第11期

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