国联低空经济系列研究：基础设施之：通感一体化助力智慧低空产业发展

产业政策引导无人机产业创新发展 习近平主席在中共中央政治局第三十四次集体学习时强调，要加快新型基础设施建设，加强战略布局，加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施，打通经济社会发展的信息“大动脉”。2022年1月中国民用航空局、国家发改委、交通运输部联合印发《“十四五”民用航空发展规划》，大力引导无人机创新发展，积极拓展服务领域，完善法规标准体系，创新无人机产业生态。 无人机产业已呈现快速发展的态势 近年来，无人机产业已呈现快速发展的态势，2022年中国民用无人机市场规模已达443.58亿元，预计2022-2027年我国工业无人机行业市场规模年复合增长率（CAGR）为39%，到2027年我国工业无人机行业市场规模将达到3138亿元。结合AI人工智能、信息通信、北斗导航等新一代通信和信息技术，无人机产业或成为推动经济增长和满足人民生活需求的新引擎。 通感一体化助力智慧低空产业发展 面向无人机场景，利用基站通信功能实现信息回传和飞行控制；利用基站对一定区域进行感知可识别无人机的飞行状态、检测障碍物、监测气候变化等，提供监管类和辅助飞行类服务，进一步地，利用基站对机上终端的感知功能可针对特定无人机进行监管。相比于传统的低空雷达方案，通感一体化无人机感知方案具有3个明显的优势：1）部署成本低，可在传统基站上部署感知功能；2）频谱可以共享，即通信和感知共享频谱，提高了频谱利用率；3）感知范围广，例如单站感知距离超过1 km，依赖5G基站可实现大范围连续覆盖。 低空经济有望为电信运营商提供新的业务增长点 我们认为低空经济和5.5G通感一体化有望形成相互促进，协同发展的良好局面：通感一体为无人机监管、入侵检测、飞行路径管理提供了重要的信息化支撑手段；低空经济为5.5G、6G通感一体功能提供了一个充满发展潜力的应用场景，有望为运营商带来新的业务增长点，建议关注电信运营商中国移动、中国电信、中国联通。 重点关注同感一体化大规模天线阵列产业链 我们认为实现通感一体化功能，基站需要具备足够大的发射功率和波束增益才能对其进行远距离的有效探测和跟踪，需要采用大规模的天线阵列以提升方位向的位置精度和波束增益。包括天线、射频、滤波器等领域的企业均有望受益低空经济和5.5G通感一体互相促进发展过程中带来的需求增长、技术进度等产业机会。 风险提示：1）低产业政策支持力度不及预期风险、2）低空经济发展不及预期风险、3）通感一体化技术发展不及预期风险。 1.本周行情回顾 本周通信行业指数下跌2.22%，跑输沪深300指数3.08pct，跑输创业板指3.44pct。其中通信设备（申万）下跌2.13%，通信服务（申万）下跌2.38%。同期沪深300指数上涨0.86%，创业板指上涨1.22%。 图表1：2024年1月1日至2024年4月4日通信板块涨跌幅 本周通信板块涨幅前十和跌幅前十的个股见表2： 图表2：本周（2024.04.01-2024.04.03）通信板块个股涨跌幅前十 2.本周聚焦：通感一体打造低空经济信息底座 2.1智慧低空场景通感融合需求分析 习近平主席在中共中央政治局第三十四次集体学习时强调，要加快新型基础设施建设，加强战略布局，加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施，打通经济社会发展的信息“大动脉”。2022年1月中国民用航空局、国家发改委、交通运输部联合印发《“十四五”民用航空发展规划》，大力引导无人机创新发展，积极拓展服务领域，完善法规标准体系，创新无人机产业生态。 近年来，无人机产业已呈现快速发展的态势，2022年中国民用无人机市场规模已达443.58亿元，预计2022-2027年我国工业无人机行业市场规模年复合增长率（CAGR）为39%，到2027年我国工业无人机行业市场规模将达到3138亿元。结合AI人工智能、信息通信、北斗导航等新一代通信和信息技术，无人机产业成为推动经济增长和满足人民生活需求的新引擎。 图表3：我国无人机市场规模 随着低空经济的发展，数据安全和飞行安全成为不可忽视的问题。需要建立全面的安全体系，包括加强物理层面的安全防护、提升数据加密技术、实施身份认证和访问控制等，确保低空经济的健康发展不受网络安全威胁的干扰。 图表4：无人机信息化网络流程与管理架构图 目前的无人机空域管理系统并不能做到针对群体性飞行的管理，包括空中防碰撞、流量管控、空域管控，也无法解决无人机与民航、通航之间空域使用的冲突。面对未来数以百万架的无人机，依旧存在着监管不力、安全等问题，主要有以下几点原因： 无人机监管难度大，低空无人机数目多，体积小，执行任务复杂多样，很难用雷达来监控它们； 无人机缺乏有效的信息获取手段，难以全面、及时感知规避障碍物，导致空中碰撞的风险增加； 无人机运营缺乏高效飞行任务的申报渠道，造成黑飞现象屡禁不止。 面向无人机场景，利用基站通信功能实现信息回传和飞行控制；利用基站对一定区域进行感知可识别无人机的飞行状态、检测障碍物、监测气候变化等，提供监管类和辅助飞行类服务，进一步地，利用基站对机上终端的感知功能可针对特定无人机进行监管。具体智慧低空感知业务场景可归纳如下： 无人机监管：针对存在电子围栏的区域，若感知到无人机接近围栏边界或将突破围栏限制时，给出围栏告警； 无人机避障：对空域进行全方位多角度的探测并将感知结果提供给无人机，为避障预警提供冗余量，提升避障成功率； 飞行入侵监测：监测特定区域，若感知到非法无人机，则给出入侵告警； 飞行路径管理：感知无人机位置、高度、航向、速度等信息，若发现与原计划飞行轨迹不符，则给出飞行一致性告警；同一区域存在多个无人机时，根据各无人机的位置、高度、航向、速度等信息，预测其航迹，若预计无人机间将发生冲突，则给出冲突告警。 图表5：低空无人机主要感知应用场景 对无人机进行有效探测和管控，是产业规模发展的前提。传统的低空雷达方案面临3个困境：1）部署成本高：需要在敏感空域重新部署低空警戒雷达；2）频谱资源短缺：目前雷达频段一般主要是24 GHz和77 GHz；3）感知范围受限：大多数雷达的EIRP受限导致最远感知距离有限。 相比于传统的低空雷达方案，通感一体化无人机感知方案具有3个明显的优势： 1）部署成本低，可在传统基站上部署感知功能；2）频谱可以共享，即通信和感知共享频谱，提高了频谱利用率；3）感知范围广，例如单站感知距离超过1 km，依赖5G基站可实现大范围连续覆盖。 图表6：低空无人机不同场景的感知业务指标 2.2通感一体化助力智慧低空发展 2021年4月，3GPP正式将5G的演进从R18开始命名为5G-Advanced（5G-A），这标志着全球5G技术和标准的发展进入了新的阶段。面向2024年及以后，一方面，5G-A持续增强已有的能力，支撑传统5G业务大规模应用；更重要的一方面，5G-A将增加新的能力，支撑新场景新业务的应用。5G-A将面向六大主要应用场景，包括沉浸实时，智能上行、工业互联、通感一体、千亿物联和天地一体，从网络、终端、云等端到端的关键方面进一步演进，构建数字、智慧、绿色低碳社会的基础设施。 在通信感知一体化的技术发展过程中，通信与感知将分阶段、分层次融合演进，其技术趋势主要包括“业务共存、能力互助、网络共惠”三个阶段。首先原先分立的通信系统与感知系统已经集成在同一物理平台中；然后，能力互助作为发展阶段，通信能力与感知能力互助配合，实现感知辅助通信或通信辅助感知，技术方案重点关注波形设计、收发处理算法等。最后，网络共惠作为成熟阶段，通信与感知将实现频谱资源、硬件设备、波形设计、信号处理、协议接口、组网协作等全方位、多层次的深度融合，通信网络与感知网络共惠双赢，技术方案重点关注多点感知、协作组网等。 图表7：5G-Advanced应用场景 图表8：通信感知一体化的技术发展趋势 感知服务是5G-A智能网络升级和扩展行业应用的关键支撑能力，通信感知融合已成为5G-A的一个重要演进方向。通信感知融合意味着通信和感知功能的空口及协议将联合设计，软硬件设备共享，通过使用相同的频谱资源，同时实现通信和感知功能的融合共生。这意味着无线网络在传输数据的同时，还能通过分析无线通信信号的直射、反射和散射，感知目标对象或环境信息，实现定位、测距、测速、成像、检测、识别及环境重构等功能。这为提高频谱效率、设备复用率以及通信网络价值带来了全新的维度。 图表9：网络协作通感应用场景 通感一体化的工作模式主要区分为：独立感知涉及到单一基站的操作，其中该基站独自发射探测信号并接收从目标反射回来的回波，用以进行感知测量和评估。另一方面，协作感知依靠在移动通信网络广泛分布的多个节点共同协作和相互作用。在这个过程中，一个节点利用通信参考信号充当探测信号并向覆盖区域发射，当目标反射这些信号时，多个方向上的多个接收节点能够捕获来自同一个目标的回波。通过对这些信号进行综合处理，多个节点的数据融合后能够实现增益，类似于在通信过程中采用的空间分集技术，从而增强感知的准确性。 图表10：通感一体工作模式 网络基础设施的智能化升级除了传统的增加基站数量外，还应考虑利用人工智能技术优化网络资源分配，如智能调度算法可根据无人机飞行路线预测网络负载，动态调整网络资源，以保障关键任务的通信需求。为了提高数据处理的效率和降低延迟，需要将边缘计算深度集成到低空经济的信息化架构中。通过在无人机或近地面站点部署边缘计算节点，可以实现数据的快速处理和响应，同时结合云计算的强大计算能力进行深度分析和存储。 图表11：算网融合服务示意图 2.3通感一体化关键技术 通信感知一体化网络架构是支持无线通信与无线感知功能、服务和应用的系统架构，需要考虑到云原生、虚拟化和微服务等先进技术理念，以实现通感（算）资源，功能服务和数据之间的有效组织和联动，其总体框架分为资源层、能力层与应用层。 图表12：通感一体三层架构 以中兴通讯的低空通感一体化方案为例： 首先通过采用大规模天线阵列等技术实现对低空区域的网络覆盖，利用基站可组网的特性为低空提供稳定、连续、高速可靠的无缝覆盖通信网络。 其次通过提升发射功率和天线增益来提升通感一体设备的感知距离；通过采用5G大带宽和提升天线收发隔离度来提高通感一体设备的感知精度。通感一体的引入使得5G基站能感知到低空无人机的位置、速度、轨迹等，从而使得5G网络在提供低空通信的基础上，具备定位，导航、轨迹监测等能力。 此外通过算力基站提供的算力，可实现感知数据计算，包括感知计算、目标识别、轨迹预测、监测控制和视频处理等，并且通过能力开放，可将感知数据共享给低空管理平台。最终中兴通讯通感一体化方案能为低空飞行提供更精准、更可靠的服务，满足低空应用的CNS（通信、导航、感知）需求。 图表13：中兴通讯通感一体化方案 2021年7月IMT-2020(5G)推进组成立通感任务组，推动在场景、架构、空口技术、仿真和原型验证等多方面的工作。通信与感知融合技术方向已经于2022年一季度在3GPP SA1 Rel-19立项。5G-A通感融合产生了多个潜在的增强方向以实现感知能力。这些技术可以涉及到波形、多天线技术、时频域资源分配技术、AI、组网、信道建模等六个方向。基于这六方面关键技术，5G-A能够在蜂窝网络上轻量化的构建高精度组网感知能力，辅助诸多行业进行更高效的管理和更安全的保障。 图表14：通感融合技术研究方向 其中多天线技术方向包括： 高隔离大规模天线阵列：对于小型目标，基站需要具备足够大的发射功率和波束增益才能对其进行远距离的有效探测和跟踪。考虑到基站处于感知模式下，其天线工作在同时同频全双工模式。因此在硬件上需要高隔离天线技术，尤其是在大发射功率下。同时，在对目标跟踪的过程中，其位置精度也是关键需求指标之一。方位向的位置精度受限于天线阵列的孔径，因此需要采用大规模的天线阵列以提升方位向的位置