對(duì)于許多應(yīng)用而言，包括5G在內(nèi)的傳統(tǒng)蜂窩通信對(duì)于數(shù)據(jù)密集型自動(dòng)駕駛汽車，UAV和機(jī)器人系統(tǒng)而言并非最佳選擇。所需要的是新的蜂窩通信解決方案，該解決方案可以為車輛提供無(wú)縫連接和無(wú)限范圍，并確保所有數(shù)據(jù)都可以從任何位置與相關(guān)方進(jìn)行收發(fā)。

在過(guò)去的十年中，無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛飛機(jī)（UAV）已成為最終用戶，企業(yè)和政府的寶貴資產(chǎn)。隨著推進(jìn)技術(shù)，傳感器技術(shù)和航空電子技術(shù)的發(fā)展，它們繼續(xù)證明其價(jià)值，其不斷提高的承受能力和可用性為不同行業(yè)中的無(wú)數(shù)應(yīng)用提供了更新和更高的功能。我們目睹了城市和工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)空中操作的驚人增長(zhǎng)。因此，商用無(wú)人機(jī)，城市空中交通和無(wú)人機(jī)交付的全球市場(chǎng)保持了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。

多家公司已經(jīng)開(kāi)始測(cè)試貨物和人員的自動(dòng)航空運(yùn)輸。同時(shí)，其他公司則通過(guò)收集寶貴的航空數(shù)據(jù)并借助AI對(duì)其進(jìn)行智能處理來(lái)為市場(chǎng)創(chuàng)造價(jià)值。這些新應(yīng)用程序有可能改變?cè)S多行業(yè)，從農(nóng)業(yè)到采礦和建筑。

技術(shù)的兩個(gè)基本飛躍集中在車輛的自主性和飛行距離上。結(jié)果是……車輛不受任何方向的限制，只有數(shù)百英尺的高度，而且操作員可以手動(dòng)輸入，從而逐漸獲得了超越視線（BVLOS）飛行的能力。這些進(jìn)步使諸如無(wú)人機(jī)交付，空中檢查和監(jiān)視以及城市空中機(jī)動(dòng)性等一系列新應(yīng)用成為可能。

連接性挑戰(zhàn)

盡管所有這些聽(tīng)起來(lái)都是未來(lái)科技，但自動(dòng)駕駛飛行器的普及卻存在著巨大的障礙。那就是連通性的問(wèn)題。

創(chuàng)新者正在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)車載技術(shù)，并提高航空器的能力。但是，如果我們無(wú)法創(chuàng)建統(tǒng)一的基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)響應(yīng)連接需求，則無(wú)法確保安全的飛行和管理空中交通。因此，如果沒(méi)有無(wú)縫，健壯且與范圍無(wú)關(guān)的連接技術(shù)，自動(dòng)駕駛飛機(jī)和航空器的許多擬議應(yīng)用將無(wú)法起飛，這是實(shí)現(xiàn)安全，智能和自動(dòng)駕駛空中飛行的最終基礎(chǔ)。

無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)的連接

5G和無(wú)人機(jī)傳統(tǒng)上，無(wú)人機(jī)和無(wú)人機(jī)的連接被認(rèn)為是地面站／操作員與車輛本身之間的直接，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。盡管通信是一個(gè)廣泛的話題，但是我們可以將飛行器的連接性分為兩種類型：控制和非有效載荷通信（CNPC），以及有效載荷通信（PC）。

CNPC是專用的雙向鏈接，可在車輛與地面站／操作員之間傳輸關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)。通過(guò)確保對(duì)飛機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，控制和必要的干預(yù)，它提供了有用且安全的操作。

另一方面，有效載荷通信通常被實(shí)現(xiàn)為單向鏈路，可將特定于應(yīng)用程序的有效載荷數(shù)據(jù)從無(wú)人機(jī)傳輸?shù)降孛?。由于PC有助于傳輸高質(zhì)量和大負(fù)載數(shù)據(jù)，例如實(shí)時(shí)高清，熱，紅外或多光譜視頻，因此與CNPC相比，它需要更高的吞吐量。

相反，CNPC對(duì)時(shí)間更敏感，并且所需的等待時(shí)間要少得多。這些車輛的尺寸范圍從幾厘米到幾十米不等，并且具有多種配置，例如旋轉(zhuǎn)翼，固定翼，多旋翼和許多其他構(gòu)造，這些車輛可用于多種應(yīng)用。除了PC和CNPC的要求之間的差異之外，還必須提供連接參數(shù)設(shè)置的許多單獨(dú)組合才能滿足這些不同的用例。

大量創(chuàng)新

由于安全管理空中交通至關(guān)重要，因此支持飛行員飛機(jī)關(guān)鍵通信的技術(shù)和協(xié)議已經(jīng)存在了數(shù)十年。非軍事性使用無(wú)人駕駛飛機(jī)相對(duì)較新，可以追溯到幾年而不是幾十年。然而，人們的關(guān)注程度令人吃驚，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的利益相關(guān)者已經(jīng)做了很多工作，包括購(gòu)買新飛機(jī)，空中出租車和送貨用無(wú)人機(jī)，以安全地進(jìn)入并分享我們未來(lái)的天空。

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）一直是領(lǐng)導(dǎo)全球航空業(yè)無(wú)可爭(zhēng)議的主要監(jiān)管機(jī)構(gòu)，已決定將無(wú)人駕駛和無(wú)人駕駛交通管理分開(kāi)，以更好地滿足各自的不同要求，即NextGen和無(wú)人交通管理（UTM）。這種分離是擴(kuò)展空中作業(yè)的絕佳起點(diǎn)。尤其是在兩種類型的飛行器上來(lái)自傳感器，航空電子設(shè)備和有效載荷的機(jī)載數(shù)據(jù)量不斷增加的情況下，當(dāng)前能夠最佳地避免碰撞，語(yǔ)音數(shù)據(jù)和遙測(cè)的通信架構(gòu)將不足以滿足下一代飛行員的需求。此外，當(dāng)您考慮到估計(jì)預(yù)測(cè)未來(lái)幾年將有數(shù)百萬(wàn)架無(wú)人機(jī)的需求時(shí)，這將是一個(gè)巨大的問(wèn)題。

不同的挑戰(zhàn)

有些人指出，無(wú)人機(jī)連接問(wèn)題的明顯解決方案是利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)就緒，可以為人類提供廣域，高質(zhì)量和安全的連接。5G已經(jīng)開(kāi)始為許多用戶提供更可靠，低延遲和高吞吐量的蜂窩通信。因此，這可能只是解決新興的航空器連接問(wèn)題的解決方案。但是，自主空中作戰(zhàn)對(duì)滿足容量，覆蓋范圍，成本，用戶數(shù)據(jù)速率和等待時(shí)間的要求提出了完全不同的挑戰(zhàn)。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的局限性

當(dāng)前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)和協(xié)議旨在支持地面用戶。天線和信道模型專為二維地面覆蓋而設(shè)計(jì)，無(wú)法適應(yīng)始終移動(dòng)的用戶的3D空間。上行鏈路／下行鏈路帶寬分配已針對(duì)人類使用進(jìn)行了優(yōu)化，這意味著分配的物理帶寬和算法旨在支持更高的下載速度。由于海拔高度的原因，具有大量基站的視線通道的可能性很高，會(huì)導(dǎo)致干擾和關(guān)聯(lián)問(wèn)題。

飛行高度為100英尺的無(wú)人機(jī)可以輕松地從密集城市環(huán)境中的100多個(gè)地面基站獲取下行鏈路信號(hào)。它從許多基站接收大量的弱信號(hào)。這與蜂窩網(wǎng)絡(luò)和當(dāng)前協(xié)議的設(shè)計(jì)方式正好相反。

無(wú)人飛行器還會(huì)對(duì)這些地面基站造成干擾，這意味著單個(gè)信道被阻塞在近100個(gè)小區(qū)中，甚至無(wú)法為地面用戶提供服務(wù)。由于這些原因，當(dāng)前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)無(wú)法充分支持任何飛行器，垂直起降（VTOL）飛機(jī)或客運(yùn)無(wú)人機(jī)。這些網(wǎng)絡(luò)需要發(fā)展，以支持自主的空中作戰(zhàn)。Uber和Ehang等公司已經(jīng)開(kāi)始使用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施測(cè)試其飛行器。但是，如果不是從頭開(kāi)始構(gòu)建，則基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)至少需要進(jìn)行一些重大升級(jí)。

連接性要求

5G和無(wú)人機(jī)建立在現(xiàn)有5G規(guī)范基礎(chǔ)上的用于自主空中操作的協(xié)議棧，可以使數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的不斷移動(dòng)和連接的設(shè)備不斷交換信息。新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將為高速行駛的車輛提供超可靠，低延遲，高吞吐量的通信。

自治世界中的車輛將在許多不同的位置和條件下運(yùn)行無(wú)數(shù)類型的應(yīng)用程序。每輛車都是唯一的，因此它們的連通性要求也將是唯一的。這要求非常靈活的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，這些設(shè)置將相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整以不斷滿足這些要求。內(nèi)置的功能可將關(guān)鍵且對(duì)時(shí)間敏感的操作的計(jì)算委派給設(shè)備邊緣和云邊緣，這將有助于優(yōu)化負(fù)載并極大地提高整體網(wǎng)絡(luò)性能和經(jīng)濟(jì)性。

新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

這種新的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)將為無(wú)人機(jī)和飛行器提供無(wú)縫連接和無(wú)限范圍的通信，并確保所有數(shù)據(jù)都可以從任何位置收發(fā)給相關(guān)方。促進(jìn)更大的數(shù)據(jù)交換將提供廣泛的云計(jì)算功能，從而使無(wú)人機(jī)可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理和管理服務(wù)在云上進(jìn)行擴(kuò)展。這些服務(wù)的一些示例可以是UTM，基于AI的數(shù)據(jù)分析和無(wú)線軟件更新等。

傳統(tǒng)上，蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是一種可以為所有人服務(wù)的大型架構(gòu)。但是，自動(dòng)駕駛車輛，無(wú)人機(jī)和機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步通常迫使電信基礎(chǔ)設(shè)施的本質(zhì)發(fā)生了變化。盡管人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的連接給予了極大的關(guān)注，但數(shù)據(jù)密集型車輛的連接卻是最近才出現(xiàn)的現(xiàn)象。當(dāng)我們認(rèn)為在不久的將來(lái)會(huì)增加數(shù)百萬(wàn)輛自動(dòng)駕駛汽車時(shí)，需要對(duì)電信基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)一方法進(jìn)行迭代。因此，部署針對(duì)特定需求量身定制的分區(qū)網(wǎng)絡(luò)可能是解決方案。的確，這些發(fā)展可能意味著下一代電信公司可能是專門為自治世界服務(wù)的公司。
責(zé)編AJX