引 言
近年来，低空经济不断赋能交通、物流、文旅等产业，为国民经济发展提供了新动能。低空经济是以低空空域为依托，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的综合性经济形态。在这其中，无人驾驶航空器尤其是无人机的应用，正成为不容忽视的趋势。无人机传统模式是基于遥控器与无人机的通信，实现视线范围内的人工操作，未来低空经济场景下，其趋势是实现超视线范围的远程控制和无人机自主操作。这意味着无人机在数百米高度层中进行飞行时需要高带宽、低时延，并满足低空纵深覆盖的通信服务。新一代移动通信技术，如5G/5G+通信技术，因其具有大带宽、低时延、抗干扰、广接入、多波束指向等鲜明特点，正在成为解决这个问题的关键，这些通信技术的应用不仅能促进无人机技术成熟和产业链完善，也有助于打通应用孤岛，为面向低空经济的数字化服务平台奠定通信基础底座。
本文首先描述了低空经济场景下无人机通信的应用场景，然后从稳定覆盖、干扰抑制、移动性管理、安全管理等方面探讨其面临的挑战与应对措施，最后在总结3GPP标准进展的基础上，对无人机通信在人工智能应用、多无人机协同通信、空天地一体化通信、通感算融合等方面的技术进行展望。
面向低空经济的无人机通信应用场景
无人机与移动通信技术的结合，可以实现设备的监控和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域资源的合理利用，从而极大延展无人机的应用领域，具有巨大的经济价值。新一代蜂窝移动通信网络5G/5G+为无人机赋予的实时超高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能力，将加速推进以网络化、数字化、智能化为特点的低空智能网络建设。本节针对低空经济中的无人机通信应用场景进行初步分析，如图1所示。
图1 低空经济应用场景图
一、指挥控制通信
无人驾驶航空系统(Uncrewed Aerial System，UAS)是无人驾驶飞行器(Uncrewed Aerial Vehicle，UAV)和UAV控制器的组合。UAS的通信既包括指挥与控制通信(Command and Control，C2)，也包括UAS组件到服务移动通信网络和网络服务器的上下行链路数据，如图2所示。无人机传统模式是基于遥控器与无人机的通信，实现视线范围内的人工操作。随着无人机应用的快速发展，通过移动通信实现超视线范围的远程控制已成为无人机应用的通用功能。C2链路将无人机飞行控制命令从地面控制站传送到无人机，也从无人机携带遥测数据到控制器以促进有效操作。除了C2直接通信以外，移动通信还支持网络辅助C2通信和UTM(Uncrewed Aerial System Traffic Management)导航C2通信，前者可在蜂窝网络与无人机之间以及网络与无人机控制器之间建立单播C2链路，后者被UTM用于监控无人机的飞行状态、提供飞行路径更新、跟踪无人机的导航并在需要时提供飞行导航命令。通过无人机命令和控制通信可以为空中交通管理提供全面、端到端、低时延服务，从而支撑物流、交通等行业的网联化、实时化、智能化应用。
图2 3GPP生态系统的UAS模型
二、数据传输通信
利用无人机的数据传输通道，为无人机配备高清摄像头、各类气体/温度/湿度传感器等，可以提供只能从空中提供的新型服务，并在各个垂直行业得到广泛应用。主要场景有三类：第一类是利用各类传感器进行基础设施检查，如对输电线路、输油管道、基站塔台、风力发电等基础设施进行巡检和检测；第二类是利用无人机协助收集各类信息，如在农业植保领域对农作物、土地肥力进行数据收集和分析，在地理测绘领域对地图数据抓取和拼接等；第三类是将无人机与全景VR直播相结合，使得现场视频体验成为可能，就像观众身临其境一样。由于场景和需求不同，这些应用对数据传输的带宽和实时性等性能要求又各有不同。
三、辅助接入通信
无人机由于易部署、具有高机动性和悬停能力、维护和部署成本低，既可以作为终端，也可以作为空中无线电接入节点(Radio Access Node on-Board UAV，UxNB)用于扩展蜂窝网络的覆盖范围或增加容量。它可以在自然灾害发生后，地面通信设备受到破坏的情况下快速部署，为受灾地区的应急救援和日常通信提供基础保障。除此以外，在体育赛事、大型活动、音乐演出等热点事件中，蜂窝网络面临着极高的通信容量需求，可能会导致网络服务恶化、呼叫中断和互联网连接降级，使用配备小型蜂窝的按需无人机群可以更好地解决这一挑战。UxNB会飞到需要无线服务的指定区域，在那里盘旋，同时为地面用户提供无线连接。
面向低空经济的无人机通信挑战与应对
由于各类无人机的应用场景和服务对象不同，因此不同场景下对带宽、速率、时延、覆盖、定位等方面的通信能力需求存在差异。除了需要满足通信的数据类型和场景需求之外，低空经济场景下无人机通信服务还需要解决无线通信环境差异带来的新问题，应对低空无人机设备异构、高密度、高频次、高安全要求等特性带来的监管和服务新挑战，保证监管者对无人机实现“看得见、叫得到、管得住”的有效管控。本节针对无人机通信的关键问题，从稳定覆盖、干扰抑制、移动性管理、安全管理等方面探讨低空经济下无人机通信的挑战与应对。
