童 伟

（海口经济学院，海南 海口 570127）

0 引 言

随着5G商用节奏的整体加快，5G时代已越来越近。无人机利用5G网络的超高可靠性、超低时延及超大宽带等特性，使航拍高清画面可流畅、无损地传送至云端，秒级生成3D地形图，极大地提升了地形勘测和地图绘制工作效率；同时打破了距离瓶颈，为普及无人机物流和无人机赈灾提供高可靠性通信保障。

5G网络提供了从无线网到核心网的整体网络解决方案，以适配各种复杂应用场景的网络实现[1]。5G网联无人机的无人机终端和地面控制终端均通过5G网络进行数据传输和控制指令传输，并通过业务服务器加载各类场景，如图1所示。

1 5G新空口技术

5G新空口技术包括大规模多入多输出（MIMO）天线技术、波束成形技术、新频谱、基于OFDM的可扩展波形、基于低时延时隙结构的全新灵活设计及5G的网络切片技术[2]。

1.1 大规模多入多输出（MIMO）天线技术

当前网络面临着容量需求激增和站址资源难寻的矛盾，可使用5G大规模多路输入/多路输出（MIMO）天线方案解决。MIMO（多输入/多输出）是一种用于提高无线数据传输速度和传输质量的技术，使用多个天线发送和接收不同的数据，大幅提升了网络容量。商用网络中，天线准确对准高空作业的无人机和地面终端，增强传输信号，并减少各种复杂环境干扰和上下行干扰，提升低空覆盖能力。

图1 5G网联无人机数据传输与控制

1.2 波束成形技术

5G Massive MIMO支持模拟式波束赋形，也可支持基于预编码的数字式波束赋形。波束赋形技术加大了无线信号的覆盖范围，能让能量极小的波束集中在一块小型区域，极大地减少了干扰。波束赋形技术可与小区分裂、小区分簇相结合，并与毫米波高频段共同应用于无线短距离传输系统，将信号强度集中于特殊方向和特定用户群，从广度和深度上无缝覆盖，实现信号的可靠高速传输。

1.3 新频谱

5G以用户级下行导频替代小区级下行导频，降低了无人机在低负载网络下受到的下行干扰。5G灵活Numerology在时域、频域、码域、空域及功率域等采用灵活的资源调度来减少无人机的上下行干扰。5G空口云化包括上下行解耦技术和以用户为中心的网络技术，上下行解耦打破了上下行绑定与同一频段的传统限制，以5G高频段与4G中低频共站部署增强小区覆盖，5G下行传输利用高频段，上行传输与4G的低频段进行频谱共享，根据4G空闲程度灵活分配给5G上行使用，实现5G覆盖增强[3]。

1.4 基于OFDM的可扩展波形

波形是一项创新的5G技术，OFDM具有非常灵活的频域结构和较好的MIMO整合特性，利用零散窄带资源，满足不同业务类型对资源的需求。对于低SHF频段（如厘米波、3.5～10 GHz），OFDM能抵抗多径衰落且具有较高的复用增益，帮助用户根据多业务需求灵活配置空口资源。远离基站的离散用户可使用能效高的基于SC-FDM的波形来扩展覆盖，而基站近处的用户则可受益于基于OFDM的波形的灵活性，为5G物联网的规模建设奠定了技术基础。

1.5 基于低时延时隙结构的全新灵活设计

5G NR引入了较多策略，以减少时延。承载网进行扁平化改造，实现多路径通达，减少网络层次和设备跳数，以进一步降低时延。5G可实现与基站的快速连接。在对时延极其敏感的5G前传网络中，采用OTN承载，计算智能可在实地用于对象识别以辅助导航。无人机无需携带功能强大的计算机和运行所需的电池，可在运送包裹时飞得更长或者携带更好但更重的相机[4]。

1.6 5G的网络切片技术

5G的网络切片技术，可针对不同类型业务灵活分配不同的网络资源，动态优化网络连接。在传送平面，能在波长、ODU及VC等硬管道上进行切片，也能在分组的软管道上进行切片。通过光网络SDN化，可开展带宽按需分配BOD和光虚拟专网OVPN等应用，支持跨层、跨域的协同以降低整网的建设成本和运营成本，支持端到端的网络切片，为智能化运营做好了充足准备。

为满足多行业的多样化业务需求，按需实现网络切片资源分配，为不同切片提供相应的QOS保障。网络切片使一张5G网络上同时承载无人机大带宽、低时延及高可靠的应用[5]。图2为5G网联无人机新空口技术。

图2 5G网联无人机新空口技术

2 结 论

5G网络接入低空移动通信网络的网联无人机，可实现设备的监管、航线的规范及效率的提升，促进了空域的合理利用。5G网络具有超高带宽、低时延、高可靠、广覆盖及大连接的特性，将为网联无人机赋予实时超高清图传、远程低时延控制、永远在线等重要能力，大大扩展了无人机的应用场景，无人机联网后的应用将是一个跨越式发展[6]。