低空通信网络是低空经济基础设施建设的重要一环，主要通过无线、卫星中继和地面移动通信技术来实现对低空飞行器及其机载传感器等设备的实时监测和数据传输。其主要用途包括：
- 实时通信和导航服务：低空通信网络能够提供实时的通信和导航服务，确保无人机和飞行器在低空飞行时的安全和高效运行。
- 数据传输和遥感监测：该网络支持低空数据传输和遥感监测，为低空经济的发展提供了重要的技术支持。
- 低空监管平台与无人机数据回传：低空通信网络是低空飞行的重要基础设施，对低空经济规模化发展起决定性作用，能够实现低空监管平台与无人机机载数据的实时回传。
- 智能互联的低空数字化服务体系：通过蜂窝移动通信网络、物联网和云计算等基础设施，实现智能互联的低空数字化服务体系，满足不同领域的低空无人机需求。
- 高精度气象预报和无人机验证场：低空通信网络还支持高精度气象预报和无人机验证场，为无人机运行安全和科学实验提供保障。
- 低空智联网：通过新一代低空通讯、定位和建模技术，将低空空域建设成类似现代地面交通的空域网格化指挥与服务系统，提升低空综合治理效率和空域资源利用率。
- 通信感知一体化：低空网络系统通过通信感知一体化技术，实现泛在连接、全域感知、智能计算的目标，为监管部门提供全面、智能的低空空域管理解决方案。
- 支持低空物流、巡检、安防、救援等应用：低空通信网络能够支持空中物流、通航、巡检、安防、救援等多种应用，降低网络建设成本，提高服务效率。
低空通信网络是实现低空经济发展的关键基础设施，通过提供实时通信、数据传输、智能互联等服务，为无人机和飞行器的安全运行、数据监测和管理提供了强有力的技术支持。
一、 低空通信网络的技术架构和关键技术
低空通信网络的技术架构和关键技术如下：
1. 技术架构
低空通信网络的技术架构主要基于物联网络、5G-A(第五代移动通信增强版)和北斗卫星系统，形成了一个端到端的网络架构。该架构包括以下六个主要部分：
- 物联网终端网络：用于连接和传输设备状态数据的大量终端设备。
- 5G-A无线网：提供高速无线通信的网络。
- 卫星系统：用于提供广域覆盖的通信服务。
- 5G-A核心网：负责数据的路由和管理。
- 5G-A + 北斗：结合北斗卫星导航系统，提供定位和导航服务。
- 监管服务运营平台：用于管理和监控整个网络的运行。
此外，低空网络系统还依托蜂窝移动通信网络、物联网、云计算等基础设施，形成通信、感知、计算一体化的智能互联低空数字化服务体系。
2. 关键技术
低空通信网络的关键技术包括以下几个方面：
- 空地协同新覆盖：通过地面基站和卫星系统的协同工作，实现广域覆盖。
- 干扰控制新机制：采用先进的干扰控制技术，确保通信的稳定性和可靠性。
- 切换增强新策略：优化网络切换策略，提高通信的连续性和稳定性。
- 飞控业务新保障：通过增强的飞控业务保障机制，确保飞行器的通信和控制。
- 可信接入新认证：采用新的认证机制，确保接入网络的设备和用户的安全可信。
- 通信感知一体化设计技术：将通信与感知功能融合，通过集成通信基站、卫星通信和定位等基础设施，形成一个协同的网络系统。
此外，低空通信网络还涉及数字孪生技术，用于模拟和优化网络性能。
二、 如何解决低空通信网络中的信号干扰问题?
解决低空通信网络中的信号干扰问题，可以采取以下几种方法：
- 防干扰设计和信道隔离：通过科学合理的防干扰设计，可以有效减少信号干扰。例如，可以采用信道隔离技术，将不同信号的传输信道分开，以减少信号之间的干扰。
- 信号过滤和增强抗干扰能力：使用滤波器来抑制高频噪声，优化设备的屏蔽性能，减少信号线的长度和交叉区域，从而减少干扰信号的强度。此外，还可以通过增强信号的抗干扰能力来提高通信系统的可靠性。
- 异频组网和簇内联合调度：在低空覆盖和地面覆盖中采用异频组网，可以有效减少同频干扰。同时，在簇内引入联合调度资源，基站天线同步联合进行多天线收发，从而降低低空干扰并提升联合收发收益。
- 使用全维MIMO技术：在基站发射端使用多天线技术(FD-MIMO)，可以有效减少下行链路的干扰，同时限制地面用户设备的平均数据包吞吐量损失。
- 优化基站布局和天线设计：确保LPFM发射器在正常设计传输功率和频率范围内运行，并使用天线-发射器隔离器或滤波器，确保LPFM天线与其他发射器之间有足够的物理距离，以减少干扰。
三、 低空通信网络在全球范围内的应用案例有哪些?
低空通信网络在全球范围内的应用案例非常广泛，涵盖了多个领域和场景。以下是一些具体的案例：
在厦门，福建移动成功试点了全球首个“5G-A通感一体低空协同组网”，通过5G-A通感一体技术与城市服务与治理相结合，实现对低空目标的实时感知和信息的及时传递，为政务服务提供了安全可靠的数据参考。
中国联通基于5G优势，为国邮快递物流智能装备产业技术研究院打造了5G网联无人机快递配送解决方案。在南陵县开通了5条无人机航线，通过航线规划、远程飞行控制和实时状态监控等服务，实现了快速物流交付。
低空通信基础设施可以广泛应用于农业、测绘和城市管理等领域，支撑超千亿市场应用。中国移动全球首发5G-A商用部署，5G-A落地已成为确定性趋势。
中国移动联合众多合作伙伴发布了十大低空网联应用场景，覆盖党政、交通、文旅、农业、医疗等多个领域，展示了低空通信网络在不同领域的广泛应用。
上海临港滴水湖的低空数字化应用创新基地可以让无人机在真实环境下进行联网测试，探讨创新应用研发及测试验证，并探索新商业模式。
LEO卫星网络提供了一种新的方式来访问高速互联网服务，同时扩展到地面网络的无线电覆盖。LEO卫星的传播延迟大大减少，用户可以期待小于50毫秒的往返延迟，这与地面线路相当。
四、 低空通信网络对无人机安全性和效率提升的具体影响
低空通信网络对无人机的安全性和效率提升具有显著影响，具体体现在以下几个方面：
- 增强态势感知能力：通过飞联网(A2X)技术，无人机之间能够持续相互通信，从而增强对周围风险的态势感知能力，提升无人机的安全性和功能性。这种持续的通信能力使得无人机能够更好地感知周围环境，及时调整飞行路径，避免碰撞和其他潜在风险。
- 提高通信效率和安全性：基于Blom算法设计的密钥分配方案通过组间和组内的双空间密钥管理，降低了计算开销，提高了密钥计算速度，从而提升了通信效率和安全性。此外，低空网络的感知功能利用无线信号实现对无人机或环境的主动感知，辅助无人机入侵检测和碰撞规避，进一步提升了飞行安全性。
- 优化网络资源利用：通过使用网络切片和MEC(边缘计算)技术，低空通信网络能够确保数据传输畅通，提高无人机运行效率及安全性。这种技术的应用使得无人机能够更高效地利用网络资源，减少数据传输延迟，提升整体飞行效率。
- 智能飞行决策支持：低空网络的智算功能为无人机提供智能计算支持，实现业务预测、故障诊断和飞行决策等功能，包括无人机状态异常检测、非法入侵监测等。这些智能功能使得无人机能够实时做出更准确的飞行决策，提高飞行安全性。
- 降低网络攻击风险：通过制定无人机网络安全标准和加强产业协作，无人机能够更好地应对网络攻击，降低被黑客劫持和数据泄露的风险。这种标准化和协作机制有助于提升无人机系统的整体安全性。
- 提升空域资源利用效率：低空通信网络能够实现设备的监控和管理、航线的规范、效率的提升，降低对通用航线的影响，促进空域资源的合理利用。这种高效的空域管理不仅提升了无人机的运行效率，还减少了对其他航空器的影响。
五、 低空通信网络的未来发展趋势和挑战
低空通信网络的未来发展趋势和挑战如下：
1. 发展趋势
- 基础设施建设：低空通信网络是低空经济的重要基础设施，未来将逐步实现基于5G-A网络的低空智联网覆盖。上海市计划在未来三年内逐步实现这一目标，重点建设5G-A低空通信网络，并按需部署5G-A低空感知网络。
- 技术升级：低空通信网络的构建需要对现有的5G地面网络进行调整和升级，以实现低空通信网络的覆盖。此外，低轨卫星和5G-A通感一体技术有望助力低空通信和监视体系的建设。
- 多领域融合：低空通信网络不仅是低空经济的重要组成部分，还将成为空天地海一体化网络的重要组成部分，并且是后5G时代新一代信息通信网络的重要发展方向。
- 实时通信和导航服务：随着无人机和飞行器等低空航行工具的广泛应用，低空通信网络将成为连接低空交通、监测和管理系统的重要支撑，提供实时的通信和导航服务。
2. 挑战
- 频谱资源：低空通信网络的建设面临频谱资源的挑战，需要合理分配和利用频谱资源以确保网络的高效运行。
- 信号覆盖：信号覆盖是低空通信网络建设中的一个重要挑战，需要通过技术手段确保信号在低空区域的全面覆盖。
- 安全性：安全性是低空通信网络建设中的关键问题，需要确保网络的安全性和可靠性，防止数据泄露和网络攻击。
- 标准规范：低空通信网络的建设需要遵循统一的标准规范，以确保不同设备和系统之间的兼容性和互操作性。
- 融合：低空通信网络需要与其他通信系统(如空管系统、无人机系统等)进行有效融合，以实现整体系统的协同工作。
- 成本和人才：低空通信网络的建设和维护需要大量的资金投入，并且需要专业的技术和人才支持。
- 技术手段不足：低空通信和监控技术手段的不足是制约低空经济健康发展的主要因素之一。
- 能耗评估：低空智联网的发展需要建立能耗评估体系，掌握系统整体能耗的演变规律，并考虑通信网络的能源设计。
低空通信网络的未来发展趋势主要集中在基础设施建设、技术升级和多领域融合等方面，而面临的挑战则包括频谱资源、信号覆盖、安全性、标准规范、融合、成本和人才等方面的问题。
