数字低空系列—通感一体赋能数字低空网络白皮书_98页_12mb

报告摘要

通感一体赋能数字低空网络白皮书总结

核心内容

本白皮书围绕通感一体（Integrated Sensing and Communication, ISAC）技术在数字低空网络中的应用展开，系统分析了低空经济的发展趋势、通感一体技术的现状与挑战、融合理论、网络架构、关键技术及试验验证等内容。通感一体技术旨在通过通信与感知功能的融合，为无人机、低空飞行器等提供更高效、更智能的网络支持，从而推动低空经济在多个领域的创新应用和可持续发展。

主要观点

低空经济是未来全球经济增长的重要方向，以无人机为核心，涵盖快递物流、农业植保、应急救援、低空安防、导航避让、巡查巡检等多个领域。
通信与感知一体化是数字低空网络的重要支撑技术，具有低成本、广覆盖、高精度等优势，为5G-A和6G网络演进提供新的信息服务范式。
通感一体技术面临五大核心挑战：通感融合理论缺失、低空立体覆盖不足、感知精度受限、感知可信性不足、全局干扰复杂。
标准化与研究进展：国际电信联盟（ITU）、3GPP、IEEE、中国通信标准化协会（CCSA）等组织在通感一体技术的标准化和研究方面取得了重要进展，推动了技术的融合与应用。
通感融合网络架构：数字低空网络由支撑基础设施、网络基础设施、应用及终端组成，其中通感一体化子系统涵盖感知服务管理、感知任务控制、感知数据处理、无线感知资源调度等功能模块。
关键技术突破：包括覆盖增强技术、感知精度提升、干扰抑制、多模态融合算法等，为实现低空场景下的通感一体化提供理论和技术支撑。
试验验证：通过室内与外场试验验证通感一体技术在不同场景下的性能表现，为技术落地提供数据支持。

关键信息

1. 低空经济的发展趋势

国内外政策支持：多国陆续出台政策推动低空经济发展，包括立法保障、基础设施建设、金融支持等。
市场规模增长：全球无人机市场增长迅速，中国低空经济规模在2023年达5059.5亿元，预计2026年突破1.5万亿元，2035年达3.5万亿元。
技术支撑：5G和6G、ADS-B、二次雷达、北斗导航、大规模天线等技术为低空通信与导航提供支持。

2. 通感一体技术现状与挑战

发展现状：ITU、3GPP、IEEE、CCSA、IMT-2020/2030推进组等组织已开展通感一体的标准化和研究工作。
主要挑战：
- 理论缺失：缺乏统一的通感一体化性能指标，感知信道建模和多模态融合理论尚未完善。
- 覆盖不足：传统基站难以满足低空场景的立体覆盖需求，尤其是300米以上空域。
- 感知精度受限：受发射功率、环境传播损耗等影响，感知精度不足，难以满足轨迹追踪等高精度需求。
- 感知可信度不足：非目标杂波、NLoS传输等问题导致感知结果不可靠。
- 干扰复杂：感知与通信之间存在干扰，且干扰具有时变性和全局性，对网络性能构成挑战。

3. 通感融合理论

通信性能指标：包括有效性（信道容量、传输速率、频带利用率等）和可靠性（误码率、信噪比等）。
感知性能指标：包括均方误差（MSE）、分辨率、检测概率、虚警概率等。
通感一体化性能指标：提出容量-失真性能指标，用于统一评估通信和感知性能，包括等效通信容量、等效MSE、容量-失真函数等。
感知信道建模：将ISAC信道分为目标信道和背景信道，通过分段卷积模型进行建模。
多模态融合理论：包括环境建模技术和环境表征算法，如卡尔曼滤波、图优化、深度学习（NeRF、3DGS）等，提升环境感知的精度和效率。

4. 低空通感一体架构及关键技术

网络架构：包括支撑基础设施、网络基础设施、应用及终端，其中通感一体化架构涵盖感知服务管理、感知任务控制、感知数据处理、无线资源调度等功能。
覆盖增强技术：采用双波形设计，波形一用于远距离覆盖，波形二用于近距离覆盖，通过调整脉冲宽度和周期实现连续覆盖。
感知精度提升：通过波形设计、感知接收算法、融合感知、非理想因素消除等技术手段提升感知精度。
感知可信度提升：引入NLoS感知方法、杂波抑制、非理想因素消除等技术，提高感知的准确性与可靠性。
干扰抑制技术：包括干扰分析、干扰协调与功控、自适应波束零陷、参考信号静默算法，以解决全局干扰问题。

5. 标准化影响

通感一体技术对参考信号设计、TDD帧结构配置、资源抢占与回避、信令交互等方面产生重要影响。
为实现多域资源协调，需制定统一的资源调度机制、信令交互协议，并优化网络架构以支持通感一体化服务。

6. 试验验证

室内验证：用于测试通感一体系统在封闭环境中的性能表现。
外场验证：包括低频与高频场景的验证，测试通感一体化在实际低空环境中的可行性。
验证结果为通感一体技术的部署与优化提供了重要依据。

结论与展望

通感一体技术是推动低空经济高质量发展的关键技术，其在通信与感知功能上的融合将带来更高效、更精准、更智能的低空网络服务。随着5G-A和6G技术的发展，通感一体将在无人机调度、环境监测、安全预警、智能导航等领域发挥更大作用。然而，目前仍面临理论体系不完善、覆盖能力不足、感知精度和可信度有限、干扰复杂等挑战。未来需在标准化、算法优化、网络架构设计等方面持续发力，以实现通感一体技术的规模化应用和商业化落地。

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