导读：无人机行业高速发展的同时，也对无人机通信链路提出了新需求，5G蜂窝移动通信技术与无人机的结合使得正在蓬勃发展的直播、安防、巡检、应急等领域如虎添翼。未来，无人机应用必将向网联化、实时化、智能化等方向快速发展。通过应用创新，构建一个丰富多彩的“网联天空”，将大幅度提升无人机在各行业的应用体验，创造更大的价值。

在过去十年中，无人机在全球市场的销量大幅增长，现在已经成为商业、政府和消费应用的重要工具，可以广泛应用于建筑、石油、天然气、能源、公用事业和农业等领域。无线通信在过去20年经历了突飞猛进的发展，目前正在步入万物互联的5G时代。5G以全新的网络架构，提供10Gbps以上的带宽、毫秒级时延、超高密度连接，实现网络性能新的跃升。

无人机行业高速发展的同时，也对无人机通信链路提出了新需求，呈现出与蜂窝移动通信技术紧密结合的发展趋势，形成“网联无人机”。以往无线信号主要覆盖地面的人和物，没有专门为无人机设计空中覆盖，低空数字化是一块有待开发的宝藏。在即将到来的5G时代，5G蜂窝移动通信技术与无人机的结合使得实现这些原本天马行空的想法成为可能，将给产业界带来10倍的商业机会。

无人机的通信需求

目前，在中国乃至世界各地，诸多领域已显现出“无人机+行业应用”的蓬勃发展势头。无人机在农林植保、电力及石油管线巡查、应急通信、气象监视、农林作业、海洋水文监测、矿产勘探等领域应用的技术效果和经济效益非常显著。此外，无人机在灾害评估、生化探测及污染采样、遥感测绘、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐、野生动物保护等方面也有着广阔的应用前景。

表1 无人机各应用领域的网络指标需求(数据来源于IMT-2020(5G)推进组5G无人机应用白皮书)

图1 5G网络能力图(来源于IMT-2020(5G)推进组5G无人机应用白皮书)接入低空移动通信网络的网联无人机，可以实现设备的监视和管理、航线的规范、效率的提升，促进空域的合理利用，从而极大延展无人机的应用领域，产生巨大经济价值。

无人机应用体系通常包含四个实体要素：运营调度中心、地面控制站、无人机终端、移动接受终端。各要素之间的低延时、大带宽通信能保障无人机系统高效、安全的运行。下表对无人机各应用领域的网络指标需求进行概述。

现有4G网络在无人机应用中面临的挑战

蜂窝连接对于无人机的控制和协同操作非常重要，并能实现更多样化的使用场景。目前4G网络已经具备支持无人机部分场景的通信需求，但同样具有很多挑战，4G网络在带宽、时延、干扰协同上都存在一定的优化空间。

飞行航线上的信号质量问题

低空50～300m区间信号强度RSRP在-80～-90dbm之间，属于较好覆盖，室外能够发起各种业务。但由于飞行沿线的基站主要为地面覆盖建设，无人机所处高度不在地面站天线主瓣范围内，空中信号杂乱，且无主覆盖小区，造成基站下行干扰较大，在部分区域可能出现终端无法解调，出现断线失联问题。

速率问题

根据《5G无人机应用白皮书》分析可知，上行TCP业务速率测试结果显示，在低空50～300m区间，速率均值可达5Mbps以上。5Mbps以上速率占比超过70%，速率低于1Mbps占比在1%左右，可以满足无人机安全飞行的状态信息采集通信需求(30～50kbps)。但是，从表1的分析结果可知，未来有一半以上的业务场景，对传输速率的需求超过6Mbps。

时延问题

根据《5G无人机应用白皮书》分析可知，Ping包(32B)和TCP小包(100B)时延测试结果显示，时延范围基本在200～300ms之间，300m高度时延会达到500～600ms。

此外，无人机终端和地面终端的差异性，带来的干扰增多、移动性管理复杂化、身份验证识别难等技术问题。

5G网络能力

5G 网络通过提供人人通信、人机通信和机器之间通信的多种方式，支持移动因特网和物联网的多种应用场景。同时，5G网络通过提供多样化业务需求和业务特征的能力，适应不同应用场景的灵活性和多样化的业务需求，例如超宽带、超低时延、海量连接、超高可靠性等。5G超高速、超低时延和超高可靠性的显著特征，将为无人机应用注入更强大的生命力。

图2 5G网联无人机整体解决方案

在5G网联无人机网络整体解决方案中，5G网联无人机的无人机终端和地面控制终端均通过5G网络进行数据传输和控制指令传输，并通过业务服务器加载各类场景的应用，其中5G网络提供了从无线网到核心网的整体网络解决方案。

5G网络具备的能力包括以下几个方面：

(1) 覆盖能力。5G网络能解决有用信号强度不差，但是干扰信号强度大，从而SINR低的问题。可以通过降低下行干扰的方式来提高覆盖能力，例如：1)采用大规模天线形成较窄波束对准服务用户，减少小区内和小区间干扰；2)采用协作传输的方式，即多个小区间协调在时、频、空、码、功率域的资源来减少干扰；3)采用不同带宽部分(Bandwidth Part，简称BWP)分频接入，使得地面和空域采用不同的BWP资源，减少空地间的干扰。(2) 无人机端下行容量。低空无人机的下行业务速率要求较低，如果因为未来无人机的密度增大，5G基站具有大规模天线能力，大规模天线增加水平和垂直面发射通道数，使得水平垂直面的波束更加准确的指向用户，更窄的波束有利于控制干扰，提升用户的信噪比，同时可以实现更多用户的空分复用，提高下行容量。同时，5G拥有更大带宽单载波带宽，相比4G频谱有5～20倍提升。此外，5G不再使用小区参考信号，减少了开销，避免了小区间CRS干扰，提升了频谱效率。(3) 无人机端上行容量。无人机具有明显的上下行业务不对称性，无人机应用的上行要求100Mbps的速率。与下行容量提升一样，5G通过大带宽、大规模天线精准波束、高阶调制等技术，相对4G大幅提升了上行容量，以用户为中心的无边界网络架构，提供上行高速率、低时延，实现5G网络无缝的移动性和随时随地的极致体验。