1. 引言
随着低空经济的迅速崛起，无人机在物流、巡检、农业等多个领域的应用日益广泛。低空飞行器的高效、安全通信成为制约低空经济发展的关键技术瓶颈。5G-A通感一体化技术通过整合通信与感知功能，为低空网络提供了强大的技术支持。本文探讨了5G-A通感一体化技术如何赋能低空经济，详细讨论了适用于低空网络的无人机通信技术，以及芯片设计中的关键技术。
2. 5G-A的发展和通感一体技术概述
5G分为两个阶段：R15-R17为第一阶段，R18-R20为第二阶段（5G-Advanced，简称5G-A）。2024年6月18日，R18标准正式冻结，标志着5G-A商用时代的正式开启。
图1.5G演进路线图
在5G的三大标准场景eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（海量机器类通信）、uRLLC（超可靠低时延通信）基础上，5G-A进行了深入的增强和扩展，新增了三大新场景：UCBC（上行超宽带）、RTBC（宽带实时交互）和HCS（通信感知融合）。
图2.5G-A技术应用场景
5G-A通感一体化技术是进一步融合通信与感知功能的新型网络技术。该技术使基站和终端设备同时具备通信和感知能力，实现高精度定位和追踪等功能，可应用于低空安防、低空管理、智慧交通等场景。
图3 通感一体化技术(单站感知和多站感知)原理图
3. 低空网络架构
3.1 网络架构概述
低空网络架构是为支持低空（如无人机等航空器活动区域）通信与感知需求而设计的网络体系结构。它结合了移动通信技术、物联网、云计算等先进技术，旨在实现低空领域的"泛在连接、全域感知、智能计算"。
低空网络架构主要包含应用层和功能层，功能层主要包括通信功能、感知功能和智算功能三大核心部分：
图4.低空网络功能架构
通信功能：满足低空无人机多样化通信需求，包括数据传输、控制指令传输、身份标识认证等。
感知功能：利用无线信号实现对低空飞行目标的测距、测角、测速、定位和追踪。
智算功能：提供全面的数据处理和计算能力，支持低空信息系统中业务预测、故障诊断和飞行决策等功能。
通信芯片作为功能层通信的关键器件，承担网络接入，身份标识，数据转发，数据处理，信息上报等功能。
4.通感一体化核心技术
4.1 拓宽通信上限并实现通信多样化
随着低空经济的快速发展，对无人机等低空飞行器的通信需求日益增长。通过引入5G-A通感一体化网络、低轨卫星网络等新技术，突破了现有无线通信网络的有效覆盖高度限制，实现了低空空域内的高效通信。同时，根据业务场景的具体需求，无人机可以配置不同的通信方式，支持实时数据传输、高清视频传输等大带宽场景。
图5.低空网络系统逻辑示意图
4.2通感一体化无人机定位和识别技术
该技术结合了通信和感知的功能，利用通信系统的频谱资源、空口基数、硬件资源处理单元等接收感知信号并进行处理，实现高精度的定位和识别。其优势在于兼顾通信与感知、高精度与低时延，并具备广泛适用性。
图6.无人机通过基站定位避障示意图
2023年5月，华为实现了5G-A立体感知网在低空场景下的无人机航迹准确追踪等多场景验证，目标识别率达100%，证明5G-A通感基站可实现 探测面0.01m2的目标感知，准确率高达99%，单站探测距离超2km。
4.3 空联网技术
空联网技术（A2X）支持无人机之间、无人机与地面设备之间的直接通信，提供低延迟通信支持无人机在无网络覆盖区域的避碰和安全操作。无人机防撞系统则通过综合感知和智能决策，提升无人机在低空空域的飞行安全性。
- A2A （无人机对无人机）通信：通过专用频段和通信协议，实现无人机之间的直接通信和数据传输。
- A2G （无人机对地面）通信：无人机与地面基站或控制中心之间的通信，确保飞行指令和实时数据的上传下达。
- 组网技术：通过分布式网络架构和智能路由算法，实现无人机编队的动态组网和协同作业。
- **无人机防撞系统：**通过空域栅格化、飞航安全感知、碰撞预警和智能路线规划等核心功能，利用ADS-B、雷达侦测、AI与大数据分析等技术手段，实现全面感知、实时预警和智能决策，以提升无人机在低空空域的飞行安全性。
图7. 无人机仿碰撞系统
这些技术共同提升了无人机等低空飞行器的通信效率和飞行安全性，为低空经济的发展提供了强大的技术支持。随着这些技术的进一步发展和完善，低空经济的应用场景将更加广泛和深入。
5. 5G RedCap芯片在无人机中的应用
5G-A技术通过融合通感一体化网络、卫星网络等新技术，不仅扩大了无人机通信的覆盖范围和多样性，还提高了感知与定位的精确度。这些技术进步对低空网络架构进行了全面的优化，同时也激发了市场应用的更多创新可能，并强化了飞行安全的监控，从而推动了低空经济向更高效、安全、多元化的方向发展。
图8.空天地一体网络
作为无人机通信的核心，5G RedCap技术通过降低终端带宽、减少收发天线数量、降低调制阶数等手段，显著降低了终端和模组的成本及功耗，为低空经济的技术革新注入了新的活力。
图9.5G Redcap设计要素
为了在低空经济中发挥更大的作用，5G RedCap还需进一步支持通感一体化技术和空联网（A2X）技术。通感一体化技术的融合能够增强无人机的环境感知能力，提升其飞行安全性和效率。而空联网（A2X）技术的集成则能确保无人机在更广阔的空域内维持稳定的通信连接。
5G RedCap芯片集成北斗高精度定位功能，将提升无人机的导航精度和飞行安全性。同时，作为我国自主研发的卫星导航系统，北斗系统的集成也将进一步增强国内技术的自主性和独立性。
采用基于RISC-V内核设计的芯片在低空经济中发挥着重要的作用。其开源特性为芯片设计带来了高度的自主可控性，使得芯片可以根据特定需求进行定制和优化，从而更好地满足低空经济领域对性能和安全性的特殊要求。
5G-A的技术演进和低空经济的发展，为5G RedCap芯片带来了新的市场机遇；完美契合了低空经济中无人机通信和感知系统的需求的通信芯片，为无人机在通信、感知、定位等方面的多样化应用提供了强有力的支持。
5. 总结与展望
随着5G-A技术的不断演进和低空经济的持续发展，技术和市场可以预见有如下几个方面的趋势：
技术融合与创新：5G-A通感融合技术进一步与其他先进技术，如人工智能、大数据等，推动低空经济领域的技术创新和应用拓展。
市场拓展与应用深化：随着无人机等低空飞行器的通信、感知和定位能力不断提升，在各个领域的应用将更加广泛和深入。
芯片技术的持续优化：5G RedCap芯片等关键技术将持续优化，以降低成本、提高性能和能效，进一步满足低空经济领域对高效、安全、可靠通信的需求。
5G-A通感融合技术及其在低空经济中的应用具有广阔的发展前景和巨大的市场潜力。随着技术的不断进步和应用的深化，低空经济将在未来成为推动社会经济发展的重要力量。