低空经济的底座:通感基站

城城读书会 2024-04-04 02:45:41

天线阵子

低空交通监管痛点:

目前低空经济的监管方面存在盲区。行业要发展,监管要先行。但现在行业的痛点是低空飞行密度高、频次高、类型多,目前缺乏高效的技术监控手段,政府监管部门难以第一时间发现低空空域中“乱飞”、“黑飞”等不合理和不合法的行为,企业也难以保证其飞行任务的安全性和可靠性。同时网络能力方面也存在短板:1)无法实现宽带通讯,传统无线网络以地面覆盖为主要目标,而低空信息网络则需实现对空立体覆盖。2)传输速率不够。3)无法数字化导航,低空领域数字化导航没有通信设备支持,飞行信息包括:感知定位信息、北斗信息数据、GPS信息数据等都不稳定。4)天气、地理信息无法监测。

未来低空监管的总体要求:低空网络需实现“泛在连接、全域感知、智能计算”三个目标,因此低空网络需要包含通信、感知、智算三个主要功能。根据不同的应用领域和性能要求,为应用层提供多样化的通信能力、感知能力和智算能力。

解决方案:

通过采用通感一体基站方式组建网络,确保网络及时更新、高效运行,在5G基站基础上改造升级,将通讯覆盖整个航道领域,实现更大上下行速率、更低传输时延,能够将感知信号、通信信号、定位信号,及时与后台进行交互,实现高效调度,同时也可以实现低空安防,包括入侵检测、无人机监管等。5G基站网络改造需要增加BBU处理单元和天线总通道数。

通感一体的底层技术:5.5G

随着5G频谱从传统的Sub6G向毫米波拓展,波长的减少让感知的能力不断提升。因此,在5G的下半场,也就是5.5G阶段,通感一体化被纳入了标准化的议程。

5.5G正是介于5G和6G之间的一种过渡,是基于第五代移动通信技术的演进和增强,具备确定性体验、高精度定位、轻量化、无源物联等新特性。

5.5G的数据下载的最高速率将从5G初期的千兆提升到万兆,提升了十倍,可以支撑扩展现实、裸眼3D等创新业务需要的大带宽、低时延和高可能性;而数据的上传最高速率也从百兆提升到千兆,能够支持海量数据全面上云端、直播全民化,以及全息交互的对称体验等。

5.5G还多了很多新功能,比如5.5G支持全场景全能力千亿连接,可以从工业级高速连接到大规模无源物联。而这个无源物联就是5.5G新增的物联能力,可以用于标识类连接,同时支持高精度定位、微型传感类连接能力,大幅降低物联网的成本。

5.5G还将支持毫秒级时延,以及实现厘米级的定位精度,而5G初期只能达到米级定位精度。

5.5G 基站能够通过信号反射进行被动探测,并确定物体位置和移动轨迹。

高频段的使用将带来感知能力的增强,未来基站可能具备强大的雷达探测功能。

通感一体目前实现指标:

通感一体化网络在4.9GHz 和26GHz 频段进行测试,感知距离可达2000米,精度达米级。目前可以实现的指标:

1)感知距离:采取高频段,移动(4.9G);电信(毫米波26G,),感知距离1km以内,可以完全覆盖600m空域;

2)感知精度:分米级(感知距离86m情况下,误差在0.2m,后续通过后台优化还能提升精度)。

通感一体应用分为三个层面:

1)120m以下低空:满足外卖配送、无人机配送等商业化应用;

2)120-300m低空:空域物流运输,eg.顺丰丰翼(打造1-3小时之内送达的低空无人配送网络);

3)300-600m低空:15分钟经济生活圈,城际飞行(将相应的飞行器调度、低空空管全部纳入这个网路)。

通感基站与5G基站区别:

1)频段:传统基站频段为2.6G-3.5G,实现5G+通感一体采用新频段,从而实现更高精度和更高传输效率;2)网络架构:传统基站直接连接BBU;5G+在基站侧加入算控单元(BBU侧配边缘计算服务器),对信息做初步处理;3)基站采用更多通道,实现更大传输流量上下行。传统5G基站最高为单向64通道;5G+基站为128通道;处理速度&处理效率达到8-10倍提升。4)面的提升,传统是做3个面,每个面64通道;5G+需根据实际覆盖情况去增加面的数量,目前为3-5个面。单价提升+通道数增加,基站整体价值量大幅提升。

通感基站价值量增加部分:

通道数增加带来元器件侧数量同比例增加:1)天线振子;2)滤波器;3)功放。价值量提升:更高频段的通信方式,频段越低,单元价值越低;频段越高对于各个器件处理精度越高,单元价值增高。

价值量方面:

天线振子:

传统:这应该是基站中价值量提升幅度最大的环节,主要是天线阵子负责信号整形与方向,传统单面64通道,3面192通道,传统5G基站振子单价质量为7-8元,目前基站内基本控制在1500元以内。

5G+:128通道,5个方向,单基站通道数最高640通道,单价值量也有所提升10-20元,单机价值1万左右。

天线里边,主要靠天线振子将信号放大和控制信号辐射方向,同样可以使天线接收到的电磁信号更强。所以天线的价值量提升主要是振子。之前便宜方案:半径振子(4G、传统5G用的多,成本优势);新方案:注塑模子振子(减少介质损耗,提升天线增益)。

滤波器:

传统:高频段产品由金属嵌体向陶瓷转换,陶瓷介质的单价为20+,最复杂的5G基站成本为4000-5000元;

5G+:通道数量增加,新开发的陶瓷介质滤波器没上量,价格大幅提升,单价为30-40,满配单站为10000-20000元。

功放:

传统:5G新方案都为氮化镓,64通道,满配192通道成本为5000元左右;

5G+:128通道,满配640通道成本为18000元左右。

关键供应商:

天线振子:

飞荣达在华为技术验证效果最好,主要供华为,中兴也会采购,其它厂商比如硕贝德也涉及一些。

滤波器:

700兆、900兆、2100兆使用的金属滤波器;3.5G使用陶瓷滤波器;5G+移动主推4.9G,使用陶瓷滤波器。灿勤科技具备陶瓷粉体原材料工艺。

功放:

4G为LDMOS;高频段采用氮化镓的方案;5G刚开始部署时供应商主要为海外厂家,近几年国产化超过60%。中电十三所(技术储备最高,华为、中兴合作)、中电五十五所(技术水平稍弱)、苏州能讯。

关于通感基站可行性的5个疑问:

5G资本开支减少VS运营商推广5.5G:

5.5G是一个ToB的方案,不是ToC的方案,传统的5G消费者买单(流量、通讯);5.5G目前出的方向都是企业买单,或者是有国家补贴(给企业)。

通感基站VS地面雷达:1)与传统雷达探测的相比的话,通过5G+多基站协同探测方式可以缩小感知盲区,实现整个区域全覆盖,同时干扰也小;2)成本方面,无需单独做基础设施,只需增加一个面向空域的通信基站即可,部署快;3)频谱资源,基站和雷达存在频谱争夺,最终还是按照运营商方式去做。

无人机与地面之间的通信方式:主要有两种通信方式:第一种是通过地面站直接向无人机发送无线电波来控制飞机;第二种 是基于移动通信网络,即网联无人机。这些无人机在5G 或4G 基站的覆盖范围内飞行,通常能够保 证较高的通信可靠性。不过,通信并非时刻都可靠,可能需要双链路备份,或在通信覆盖不佳的区域 建立新基站补盲,定期优化网络覆盖。中国在低空大约120米到300米的空间内,无线通信覆盖是非 常好的,这也是国内的一个优势。

卫星通信和卫星互联网应用: 卫星通信主要在无人机飞得更高时发挥作用,当无人机脱离地面台站的覆盖时,5G基站无法进行 通信,可以考虑建设针对空中的新基站或使用卫星通信。但是,卫星通信要求无人机具有较大的承载 能力,并且费用较高。因此, 一些大型货运无人机可能会考虑使用卫星通信,但这取决于是否业务足 够盈利以承受成本。

低空无人机交通管理体系VS民航的飞行系统:

低空经济中的无人机交通管理体系在概念上可以借鉴民航系统,尤其是超视距无人机,它可以看 作是民航运输体系的微缩版。但是,两者在技术实现上完全不同。当前技术进步,例如使用5G 网 络 和人工智能构建交通管理系统,使得无人机管理系统基于云实现,这在 过去的空中交通管理系统中是没有的。无人机由于飞行高度较低,通信和监视设备不需要像传统大型 飞机那样高功率和广覆盖,这是两者之间的主要差别。

民航ADS-B系统即广播式自动相关监视系统,由多地面站和机载站构成,以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。它主要实施空对空监视。ADSB技术则是无需询问,无人机持续广播自身的高度经纬度、速度等信息,实现自动相关监视。目前民航局规定无人机不可使用ADSB技术,主要为了避免管制员信息过载和操作混乱。

通感基站推广进度:

今年目标核心城市试点,杭州等城市已有落地方案,深圳已通过通感一体对飞行器进行管理。移动今年15亿5.5G基站开支中,低空有10亿左右。今年快速跑通试点城市,后续加速推进。

因为很多厂家产品需要做在网测试(在试点城市做几百个基站,覆盖某个区域的航域,看运营效果,今年Q3要出鉴定书,鉴定效果如何),明年上量。

存量方面,目前基本的5G覆盖网络已经建成。今年两个方向:1)19、20年部署的第一批基站(非独立组网基站)会做替换改造;2)现在核心城市覆盖是没有问题的,但是分布不均匀的,人口密集区域上下行速率不够,针对这些区域做小基站、微基站,或者建大容量基站方式去满足高密度应用。

内部预测,如果明年做到3w个基站,对应资本开支将会达到100亿,后面低空全面跑通的话还会提速。

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