【学习笔记】无人机（UAV）在3GPP系统中的增强支持(八)-通过无人机进行无线接入

 引言

本文是3GPP TR 22.829 V17.1.0技术报告，专注于无人机（UAV）在3GPP系统中的增强支持。文章提出了多个无人机应用场景，分析了相应的能力要求，并建议了新的服务级别要求和关键性能指标（KPIs）。

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主要内容包括：

1. 无人机高清视频直播：支持4K乃至8K视频实时上传，要求低延迟、高可靠性和精确定位，以避免事故。
2. 无人机作为空中基站：在灾难监测等场景中，无人机携带基站设备，提供临时覆盖，强调快速部署和灵活配置。
3. 无人机命令与控制（C2）通信：定义了直接C2、网络辅助C2等多种模式，强调QoS保障和安全性，以适应不同飞行环境和需求。
4. 无人机与地面用户共存：探讨了无人机与增强型移动宽带（eMBB）用户共享网络资源时的干扰最小化问题。
5. 自主无人机控制：AI系统通过5G网络控制无人机，对上下行传输提出了高带宽和低延迟要求，并需要高精度定位信息。
6. 无人机群管理：支持无人机群在物流等领域的应用，强调群管理和协同作业能力。
7. 服务可用性和体验保障：提出通过边缘计算和路径优化，确保无人机通信服务的低延迟和高可靠性。

文章最后总结了无人机通信服务的潜在要求，并建议3GPP制定相关服务规范，以更好地支持无人机生态系统的发展。

5.7 通过无人机进行无线接入

5.7.1 描述
目前可用的无人机飞行时间有限，通常在10分钟到1小时之间。由于重量、电池电量、有效载荷、空气动力学、可控性以及法规等之间的复杂关系，飞行时间不能任意或无限增加。

当无人机作为飞行无线电接入网络时，由于无线电接入网络设备的有效载荷，无人机的重量会增加。反过来，这将进一步减少无人机的实际可实现飞行时间。

无人机作为移动无线电接入网络平台的有效性将进一步受到部署场景的影响。例如，地面无线电接入网络设备无法安装的地区，通常需要飞行无线电接入网络。因此，无人机必须从基地飞往偏远地区，并且必须在耗尽电量之前飞回基地。如下图所示。

图5.7.1-1：无人机操作时间分析。

图中每项操作的时间总和应小于无人机的最大飞行时间。那么，飞行无线电接入网络实际可操作的时间将小于该时间。

因此，为了通过无人机提供连续的通信服务，需要多个无人机，即在部署的悬停无线电接入网络电池耗尽之前，应更换其他无人机。

5.7.2 前提条件
悬停无线电接入网络（RAN）由携带无线电接入网络设备的无人机实现。它被派往没有通信基础设施的地区。

由于技术限制，悬停RAN的最大飞行时间为1小时。不使用时，悬停RAN在中央基地进行保存和充电。

5.7.3 服务流程
紧急救援行动在树林中开始，那里没有安装有线通信设备。为了协助救援人员之间的通信，决定向该地区派遣悬停RAN。悬停RAN从中央基地飞往救援区需要15分钟。以下是事件的时间表。

• 上午12:00：无人机1装备悬停RAN。无人机1从中央基地起飞，前往救援区。
• 上午12:15：无人机1到达救援区。安装在无人机1上的悬停RAN开始运行。因为无人机1的位置有回程，所以由悬停RAN服务的用户设备（UE）可以连接到远程操作控制服务器。为了节省电力，悬停RAN会根据它需要服务的用户调整其覆盖范围。由于回程连接是通过无线介质提供的，因此有必要有效利用此回程来传送信令和用户数据。由于无人机上的电力容量有限，这一点尤其重要。随着设备功耗的增加，飞行时间将缩短。
• 上午12:25：无人机2也配备了悬停RAN。无人机2从中央基地起飞，前往救援区。
• 上午12:40：无人机2到达救援区。安装在无人机2上的悬停RAN开始运行。当无人机2上的悬停RAN正在设置时，应将对无人机1上悬停RAN服务的UE的影响降至最低。例如，由于无人机1和无人机2的接近，应尽量减少悬停RAN之间的干扰。此外，当UE的控制从无人机1上的悬停RAN转移到无人机2时，悬停RAN之间的信息交换应迅速且最小化。切换程序不应造成不必要的延迟、数据转发和信令。在上下文传输完成后，无人机2的悬停RAN开始为无人机1的悬停RAN服务的UE提供服务。
• 上午12:41：无人机1离开救援区。
• 上午12:50：无人机3从中央基地起飞，接替无人机2的角色。
• 上午12:56：无人机1抵达中央基地并开始充电。

图5.7.3-1：无人机的更换。

5.7.4 后续条件
在地面救援行动进行期间，救援区域内的UE将获得连续的连接服务。

5.7.5 对现有服务/功能的潜在影响或交互
关于无线电覆盖范围的调整，TS 25.463规定了远程电气倾斜（RET）天线应用部分（RETAP）信令。本规范适用于UTRAN，并不适用于无人机上的无线电接入网络。

5.7.6 潜在的新要求

[P.R.5.7-001] 3GPP系统应能够提供支持UxNB的方法。
[P.R.5.7-002] 3GPP系统应能够提供最小化UxNB功耗的方法（例如优化操作参数、优化流量传输）。
[P.R.5.7-003] 当服务UxNB发生变化时，3GPP系统应能够提供优化信令的方法。
[P.R.5.7-004] 3GPP系统应尽量减少近距离UxNB之间的干扰。

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