Page 37 - 网络电信2020年3月刊下

5G低空网络解决方案和运营应用

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张勍 冯毅 马丹 吕琦 1
1，武汉市武汉中学; 2，上海诺基亚贝尔股份有限公司
摘要：随着民用无人机技术的迅猛发展
和成熟，行业应用对无人机数据链提出了越
来越高的要求。利用5G网络为无人机提供数
据链路，构建地空一体化网络，可以极大提
升无人机服务能力和丰富服务场景。在分析
传统无人机数据链路面临的挑战后，提出了
5G 低空网络解决方案和服务方案。最后分析
了 5G 低空网络运营方案和 5G 网联无人机
应用场景。
关键词：无人机；低空网络；边缘计算

一、引言 典型民用无人机数据链最大传输带宽在4～8Mbit/s以下，
民用无人机市场是近几年快速发展的新兴产业 [1-3] ，2017年 即只能在有限地理范围内完成不超过1080P分辨率视频的实时回
工业和信息化部《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指 传，难以满足大量应用场景中视频识别对视频分辨率的要求。
导意见》发布，提出：到2020年，民用无人机产业产值达600亿 而目前解决低分辨率问题的常见应用方式为：在无人机飞
元，年均增速40%以上；到2025年，民用无人机产业产值达1800 行结束后，人工取出无人机存储的航拍视频或照片，进一步导
亿元，年均增速25%以上。在中国乃至世界各地，诸多领域已显 致运行自动化能力的降低。
[4]
现出“无人机+行业应用”的蓬勃发展势头。无人机在安防 、 （3）协同化能力受制约
[7]
农林植保 [5-6] 、电力 及石油管线巡查、应急通信、气象监视、 传统无人机数据链采用一对一控制和管理模式，无人机的
海洋水纹监测、矿产勘探等领域应用的技术效果和经济效益非 飞行需要地面控制端的人员跟踪操作，即无人机仍需一比一地
常显著。此外，无人机在灾害评估、生化探测及污染无人机应 配备“驾驶员”，只是将驾驶员的位置从机载下沉至地面，既
用场景和通信需求采样、遥感测绘、缉毒缉私、边境巡逻、治 难以实现无人机集群化运营，也难以令无人机与机器人等其他
安反恐、野生动物保护等方面也有着广阔的应用前景。 自动化设备实现协同作业。
无人机行业高速发展的同时，也对无人机通信链路提出 因此，使用移动通信网络替换无人机传统数据链，开展更
了新需求，呈现与蜂窝移动通信技术紧密结合的发展趋势，形 丰富的超视距网联无人机应用成为技术发展的趋势。根据对无
成“网联无人机”。业界预测，无人机与移动通信的结合，将 人机典型行业应用场景的调研分析，见表1，垂直行业用户对无
给产业界带来10倍的商业机会。基于新一代蜂窝移动通信网络 人机传输链路的诉求有一定差异。
5G为网联无人机赋予的实时超高清图传、远程低时延控制、永
表 1 垂直行业对无人机传输链路的需求分析预算的影响
远在线等重要能力，全球将形成一个数以千万计的无人机智能
网络，7×24h不间断地提供航拍、送货、勘探等各种各样的个
人及行业服务。本文将深入分析无人机数据传输链路存在的问
题，并探讨5G低空网络的建设、服务、运营方案以及5G网联无
人机的应用场景。

二、传统无人机数据传输链路的挑战
传统无人机数据链采用点对点数据传输模式 [8-9] ，其地面控
制端与无人机机端采用一对一的模式传输数据。这种模式直接
导致无人机的应用受到以下3方面的制约。
（1）远程化能力受制约
传统点对点无人机数据链，传输距离有限，无人机的飞行 三、5G 低空网络解决方案
范围受到地面控制端限制，难以在大尺度范围实现无人机自动 1. 5G 低空网络部署方案
化运行，并无法支持超视距实时远程控制的需求。 5G网络中引入了大规模MIMO技术 [10-12] ，将天线和射频模块
（2）智能化能力受制约 融合，从而将天线数量从2/4/8个提升到了32/64/128个。基于

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