基于5G通信技術的無人機立體覆蓋網(wǎng)絡白皮書

2021年9月2目錄 4 5 6 93.15G技術賦能無人機產(chǎn)業(yè) 9 4.2網(wǎng)聯(lián)無人機場景5G網(wǎng)絡優(yōu)勢分析 4.2.4時延 4.2.5可靠性 5.15G網(wǎng)聯(lián)無人機組網(wǎng) 5.3.14.9G協(xié)同2.6G低空覆蓋建議 21 23 27 基于5G通信技術的無人機立體覆蓋網(wǎng)絡白皮書3 31 32 34 36 4引言產(chǎn)業(yè)鏈也越來越完善。據(jù)高盛研究預測，從2016年到2020年，無人機將帶來5G時代的到來為網(wǎng)聯(lián)無人機提供了更大的發(fā)展契機。2019年6月6日5G本文分析網(wǎng)聯(lián)無人機的應用場景和通信需求(主要聚焦于35一.無人機飛行空域政策力。2020年我國無人機市場規(guī)模為200億元，同比增長73%,預計2021年中國無人機行業(yè)市場規(guī)模有望突破300億元，同比增長52%,預計2025年我國無人機市場總規(guī)模將會達到約1500億元，2020-2025年年均復合增速約為28.6%。6二.無人機低空場景行業(yè)應用1.交通物流3.安防巡檢4.地理測繪5.視頻直播基于5G通信技術的無人機立體覆蓋網(wǎng)絡白皮書76.應急救援7.編隊飛行上行速率區(qū)間端到端業(yè)務時延端到端控制時延交通管理安防巡檢8編隊飛行9求5GMassiveMIMO天線4波束的覆蓋，同時5G的垂直維度波寬大于4G。5G支持垂直12°甚至更大波寬射功率23dbm,而5G終端大部分是2T,發(fā)射功率26dbm4.2.2用戶下行容量限問題。相較于4G,5G小區(qū)帶寬提升(如從20M提升到100M),編碼方式提升(從256QAM到1024QAM),容量上有大幅提升，而且當負載較高情況下(2C與2采用如下的方法(不局限于以下幾點):基于5G通信技術的無人機立體覆蓋網(wǎng)絡白皮書AI5.2傳統(tǒng)ToC網(wǎng)絡低空覆蓋面臨問題間隔)幾乎不發(fā)射無線電波。2.旁瓣零位覆蓋場景大概率存在信號強度突降導致連接鏈路故障問題，當由一個旁瓣提供服務的無人機在空中移動時，其信號強度可能會發(fā)生急劇下降，參例：無人機對小區(qū)信號強度進行測量，在開始模擬時(開始時間由藍色虛線標記),無人機選擇小區(qū)0作為服務小區(qū)，幾秒鐘后，小區(qū)的信號強度開始迅速下降，在無人機可以切換到另一個2如下圖顯示的基于地面不同高度的最強接收功率的小區(qū)關聯(lián)模式，相同顏色覆蓋的區(qū)域表明該區(qū)域內的無人機與基站小區(qū)相關聯(lián)(無人機可接入同顏色基站小區(qū)),可以看出，小區(qū)關聯(lián)模式會隨高度的變化發(fā)生顯著變化，理想情況下，地面上的小區(qū)關聯(lián)模式是一個很好界定的連續(xù)區(qū)域，在該區(qū)域內最好的小區(qū)通常是最靠近無人機的小區(qū)，但隨高度變化時，天線旁瓣開始出現(xiàn)，信號最好的小區(qū)可能不再是最靠近無人機的小區(qū)，在這種特殊情況下無人機與小區(qū)的關聯(lián)模式變得碎片化，導致鄰區(qū)關系復雜難以有序規(guī)劃。不同高度的小區(qū)關聯(lián)圖與地面無線電信道相比，空中無線電信道表現(xiàn)出不同的傳播特性，空中無線電信道的一個顯著特征是：如下圖所示空中沒有障礙物，視線傳播的可能性更高。京無人機與地面用戶信號傳播路徑示意圖由于大多數(shù)無人機的飛行高度都在天線上方，無人機的無線通信環(huán)境與地面上的用戶不同。當無人機飛行高度低于或接近天線高度時，其無線電傳播特性與地面用戶的無線電傳播5%(占比)50%(占比)5%(占比)50%(占比)8754基于5G通信技術的無人機立體覆蓋網(wǎng)絡白皮書旁基于5G通信技術的無人機立體覆蓋網(wǎng)絡白皮書空域覆蓋層空域覆蓋層空中擅蓋層地面覆蓋層地面覆蓋層(NLOS)求，在150米~200米(作為2.6G和4.9G切換帶)及150米以下高空可用2.6G做覆150米~200米(作為2.6G和4.9G切換帶)及200米以上高度空域覆蓋，不同覆蓋高度1)多選址分析對比1)屋面抱桿安裝5G天線覆蓋場景2)角鋼塔安裝5G天線覆蓋場景3)單管塔安裝5G天線覆蓋場景半功率角峰值方向(最大輻射方向)無人機業(yè)務速率取決于業(yè)務信道的質量。因此，下傾角規(guī)劃，需要基于業(yè)務信道覆蓋最優(yōu)的原則確定5GNR小區(qū)的機械下傾角。低空覆蓋建議使用垂直4維MassiveMIMO天線，立體為保障小區(qū)覆蓋范圍內的業(yè)務信號最優(yōu)和連續(xù)覆蓋，使用CSI-RS波束次內層波束法線方向·Hav:無人機(AerialV·CellRadius:小區(qū)覆蓋半徑，與各小區(qū)的目標覆蓋區(qū)域有關，需要通過經(jīng)驗確定、或基于站點與周邊站點的平均間距來估算平均站間距(CellRadius=Avg.ISD/1.5)·CSI-RS波束下傾角：傾角規(guī)劃中，垂直波束對應的下傾角為次內層波束對應的下傾無人機切換策略主要保證切換穩(wěn)定性，避免由于切換問題導致可能出現(xiàn)掉話率高、接入困難、吞吐量低等性能問題。十廿十04.9G未來會應用于2C熱點或者2B場景，所以4.9G用于對空覆蓋站點的規(guī)劃，要盡方案1:4.9G對空覆蓋的天線傾角a為0度~負20度，4.9G對地覆蓋的天線傾角b為0度~20度，通過兩面天線的下傾角的夾角之和(角b減角a,角b為正值，角a為負夾角示意圖夾角波寬示意圖為盡量避免4.9G對空和對地小區(qū)，在垂直維度重疊覆蓋的干擾，建議對空對地小區(qū)天線下傾角夾角之和超過21度，即夾角大于3個波寬(每個波寬約7度),如波寬示意圖所方案2:可采用如下圖的地空共站同頻小區(qū)合并方案，實現(xiàn)一體化組網(wǎng)，有效減少空中與地面之間的相互干擾。當合并為一個小區(qū)后，如果要服務2C和2B業(yè)務，建議采用切片空域覆蓋層(LOS)門尺地面覆蓋層(NIOS)進璞地面覆蓋層(NLOS)測試。5.3.1章節(jié)中提到的2.6G與4.9G協(xié)同覆蓋策略(在上行25Mbps速率滿足度超95%前提下，2.6G主要覆蓋150米以下及150米~200米重疊區(qū)域，4.9G主要覆蓋150~200米重疊區(qū)域及200米以上低空),來自于如下5.4.1及5.4.2章節(jié)的測試數(shù)據(jù)的結論。密集城區(qū)高度(米)上行速率≥25Mbps占比RSRP≥-95dbm占比普通城區(qū)高度(米)上行速率≥25Mbps占比RSRP≥-95dbm占比郊區(qū)高度(米)上行速率≥25Mbps占比RSRP≥-95dbm占比高速公路高度(米)上行速率≥25Mbps占比RSRP≥-95dbm占比普通城區(qū)高度(米)站點信息上行速率≥25Mbps占比