Page 38 - 网络电信2020年3月刊下
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光    通    信

            大规模天线阵列的数据联合接收和发送，实现了波束从传统单                          的区域，可以面向无人机业务需求进行适当的网络优化。
            一宽波束演进成三维立体波束，从而实现空分复用能力（即增                              （2）共网专用
            加了垂直维的自由度），进而可以使用主波束完成面向地面用                              无人机业务和普通5G终端用户共用物理网络，但在逻辑网
            户的覆盖，使用波束旁瓣在垂直维度完成低空区域覆盖，达成                          络分开，按照无人机业务需求特性通过网络切片技术在一个独
            低空—地面一体的立体覆盖能力。此外，利用大规模MIMO垂直                        立的物理网络上切分出多个逻辑网络，并针对不同的逻辑专网
            面和水平面的波束成形，可以对准无人机形成精准的窄波束进                          配置相应的网络质量保障机制。该服务模式的建设成本高于共
            行发送和接收，减少了小区内或者小区间的干扰。                               网共用模式，相应的网络服务费用也更高，但其网络条件能够
                由于低空区域遮挡较少，且信号特征是LOS（lineofsight）                充分满足绝大多数网联无人机业务应用场景。网络部署上，将
            径，空中信号杂乱无章，且越区覆盖现象严重，如图1所示，无                         综合考虑地面用户和无人机业务的需求进行网络优化，并在低
            人机飞行区域由平均站间距为700m的多个5G基站覆盖，无人机                       空网络覆盖较差的区域补充基站。
            飞行高度在200m时，5G基站可为水平距离在2.2km外的无人机                         （3）专网专用
            提供网络覆盖。由于空中信号无遮挡，难以使用传统地面利用                              无人机业务和普通5G终端用户在物理网络和逻辑网络完全
            建筑物遮挡等实现覆盖控制，因此对于越区覆盖严重且地面容                          分离，专门建设专属的物理专网为无人机业务场景服务。该服
            量需求不高的场景，可采用超级小区等方式将多个小区进行合                          务模式下需要单独新建一条全新的物理网络通道，投资成本极
            并，降低空中切换概率，保障通信连续性。                                  高，但网络业务独享，具有极高的网络质量和稳定性保障。
                                                                     3种典型的低空网络部署方案各有利弊，高投入也意味更强
             图 1 无人机 200m 飞行高度下 5G 基站覆盖情况
                                                                 的网络保障能力，在网络建设时，可根据实际业务场景需求和
                                                                 项目预算选择不同的模式。
                                                                     2. 5G 低空网络服务方案
                                                                     使用MEC [13-14] 及网络切片 [15-16] 技术，5G网络可以为无人机提
                                                                 供基础数据传输能力之上的多样服务能力。
                                                                     基于MEC的边缘导流和边缘计算能力，可以为无人机应用
                                                                 提供超低传输时延保障服务、路由选择服务、边缘化计算服务
                                                                 和安全服务。对于超低传输时延保障服务，针对无人机远程实
                                                                 时控制类业务的需求，数据传输时延要求极高，将MEC服务器部
                                                                 署于靠近基站的接入环、接入汇聚环等网络边缘位置，使网络
                                                                 节点最大限度地靠近业务，从数据传输路径上降低了端到端业
                基于城区场景的5G网络覆盖测试评估，无人机飞行高度                        务的响应时延。对于路由选择服务，基于MEC可以直接打通网联
            在200m以下时，可获得相对较好的覆盖质量，平均RSRP可在                       无人机与无人机管理及应用服务中心的传输通路，而不需要核
            −90dBm以下，随着飞行高度的增加，网络质量逐渐下降且网络                       心网转接，缩短无人机控制、状态、挂载感知数据等的传输距
            切换次数逐渐增加。此外，网络传输时延在30ms左右，经过优                        离。对于边缘化计算服务，MEC服务器可以提供计算、存储、处
            化可以进一步地降低。具体网络评估情况见表2。                               理等边缘服务能力，从而卸载网联无人机上部分资源需求较高
                                                                 的业务（如图像和视频的人工智能识别、自动化控制、高清图
             表 2 不同飞行高度 5G 网络覆盖质量评估
                                                                 像存储等），从而既有效地降低无人机的功耗和成本，又能进
                                                                 一步地提升计算能力。对于安全服务，网联无人机感知的数据
                                                                 可以借助MEC服务器直接接入无人机管理平台和应用服务平台，
                                                                 不仅减少网络迂回，进一步降低数据链路层面可能引入的安全
                                                                 风险，也更适应于部分数据管理和分析平台本身与外网隔离的
                                                                 场景。例如部分面向安防场景的网联无人机服务，借助智能路
                                                                 由选择技术架设“移动传输专网”，可以直接将安防视频数据
                                                                 接入城市安全管理中心，不仅进一步地降低了视频、数据、指
                5G低空网络的部署方案，根据无人机业务类型以及支撑网                       令的交互时延，提升了安防响应速度，而且，通过访问归口集
            络服务的差异性，可以划分为以下3种典型模式。                               中化，可以实现应用平台和安防指挥统一化，方便业务管理和
                （1）共网共用                                          应用拓展，提升系统的安全性和稳定性。
                无人机业务和普通5G终端用户共用物理网络和逻辑网络，                           基于网络切片，可以为网联无人机应用提供定制化网联服
            对于5G网络而言，无人机被视作普通5G终端，可使用QoS机制、                      务能力，具体包括以下3方面的内容。
            地空网络联合优化等方案提升低空网络质量。该服务模式的低                              （1）专享数据链服务
            空网络部署成本相对可控，网络服务费用也较为低廉，但其网                              为网联无人机业务提供端到端的数据传输链路保障，以数
            络质量难以做到充分保障，可以满足部分网联无人机业务应用                          据传输带宽、网络传输延时和抖动、数据分组丢失率等为基础
            需求。网络部署上，优先以地面用户为主，对于地面用户较少                          保障指标，提供从接入网、传输网到核心网的按需定制化的链

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