5G通信技術在無人機領域的應用現狀

近年來隨著無人機市場的興起，無人機平臺技術逐漸成熟，其攜帶的載荷種類不斷擴展，應用場景逐漸豐富。5G通信技術具有高寬帶、海量連接、低時延、高可靠的特點，能夠有力支撐無人機在執行軍事、農業、電力、應急救援等多類型任務時對通信網絡的要求。無人機與5G融合發展的需求與趨勢已經有目共睹，本文將梳理5G通信技術在無人機領域已實現的典型應用場景，分析可能存在的問題，總結并預測未來發展趨勢。

5G通信技術在無人機領域的應用現狀

低空監管

搭載高清相機、喊話器等載荷的無人機通過5G網絡接入指揮中心可實現無人機的實時顯示與統一調度，遠程監視并管控空域、海域、陸域等。同時，在5G網絡的支撐下，基于人工智能的實時航線規劃、智能起降管理、智能探測與避讓等技術為實現低空空域智慧管控提供了重要支撐。2021年4月，布魯塞爾機場與空中交通管制和管理公司Skeyes成功測試了基于機場5G網絡的無人機監視用例，測試中無人機遠程回傳的空域高清視頻圖像為飛機起飛調度提供了依據。2022年4月，南京海事局啟動了“5G+無人機”海事監管創新試驗，開展了多架次固定翼無人機低空飛行試驗，通過智慧無人機管理平臺遠程控制無人機按照設定航線自動飛行，利用5G網絡將海事監管數據實時回傳，供指揮中心實時判斷分析。

物流配送

無人機物流配送已成為國內外各大物流公司實現降本增效的新業務增長點。利用5G網絡大帶寬、低時延特性一方面可以實現無人機狀態及拍攝視頻的實時回傳；另一方面地面人員可以遠程控制無人機的飛行路線。2022年11月，韻達公司在浙江省桐廬縣完成了韻達X470無人機的首次載貨飛行，在16min時間內完成了直線距離10km的飛行與送貨，其中5G網絡提供了全程的管控支持。2023年3月，德國電信公司宣布將建設5G專網并測試其支撐物流無人機可靠傳輸傳感器、圖像及飛行數據的能力。

電力巡檢

無人機進行電力巡檢、基站巡檢等過程中，利用5G通信技術較大的上行帶寬可將其搭載的高清相機、紅外相機、夜視相機、激光雷達等傳感器采集到的數據實時上傳至后臺服務器中，利用人工智能等算法進行分析，自動識別目標故障，降低了人工巡檢勞動強度及作業風險，提高了巡檢效率。2019年4月，南方電網廣東東莞供電局在全國率先實現“5G無人機+程序化操作”，依托中國聯通5G網絡將實時高清視頻回傳到主控室，將巡檢耗時由30min縮短至5min。2022年10月，中國電信與湖北電力共同搭建了融合電力5G短切片專網，在實現無人機智能巡檢、自動識別安全隱患的同時，保障了數據傳輸通道的安全性。

農業植保

農林植保無人機是工業無人機發展最快、前景最廣闊的方向之一。5G通信技術與農林植保無人機相結合，可以將農田的環境動態以及作物的實時情況通過5G網絡回傳高清視頻流進行監控，并將人力從噴灑農藥、種子播撒等高強度的勞作中解放出來。2021年在四川涼山金陽縣蘆稿鎮青花椒現代農業園區內，植保無人機已經能夠通過5G網絡控制實現自動化噴灑農藥，1min就能完成2畝（約1333m2）地作業，效率是人工作業的20倍。

視頻直播

無人機搭載全景相機進行360°全景拍攝，依托5G網絡高速率、低時延的特性實時傳輸4K等超高清直播視頻，可以讓遠程用戶獲得實時、沉浸式的觀看體驗。2018年5月，搭載5G通信模組的無人機在上海虹口北外灘成功演示了基于5G網絡的無人能及全景4K高清視頻直播。同年，日本電商巨頭樂天公司在“智能體育場”項目中演示了利用5G通信技術傳輸無人機拍攝的8K虛擬現實視頻。在2019年世園會上，中國移動與華為合作推出了5G無人機VR旅游。后續云南、廣西等多地也都利用5G+無人機VR視頻直播的方式有力支撐了疫情時代下的旅游經濟。

應急救援

無人機在自然災害、公共事件發生時可以快速響應，利用5G網絡回傳實時圖像，輔助第一時間查明災害事故的關鍵因素。在災后救援工作中，無人機搭載通信基站進行災區應急通信覆蓋，能夠觸發受災被困人員換手機接入機載基站網絡，實現對被困人員通信設備的主動定位，確認被困人員的位置及身份信息，結合5G實時回傳的圖像以及人工智能技術，有助于救援人員針對性地開展營救工作。2021年7月鄭州特大暴雨搶險中，中航（成都）無人機系統股份公司的“翼龍”-2型平臺搭載中國移動基站搭建了空天地一體化應急通信系統，為受災群眾提供了長達5h的網絡覆蓋。2022年8月重慶山火搶險救援中，12架5G網聯無人機在3天時間內完成了超過520km2的森林巡查，通過中國移動的5G網絡實時回傳畫面，指揮中心發現3處火點并及時拋投阻燃劑成功阻止了山火的蔓延。

集群作戰

利用5G等先進通信技術構建無人集群化作戰體系是近年來國內外的關注熱點。5G網絡為未來無人機集群作戰提供了新型組網架構，能夠極大地提升集群內態勢共享、數據傳輸和協同指控能力。5G通信技術與邊緣計算、人工智能等技術結合，還可將無人機執行圖像識別、自主避障等任務所需的復雜算力轉移到邊緣計算平臺，釋放機上載荷，降低無人機功耗，提升無人機任務能力和智能化水平。2022年9月，洛克希德·馬丁公司與美國電信運營商Verizon公司合作演示了5G網絡支撐無人機開展情報、監視和偵察（ISR）任務的場景。該場景下，4架旋翼無人機通過接入Verizon公司的兩個5G專網節點，將探測到的目標通信、感知或干擾的低功率射頻信號數據進行實時回傳，為戰場指揮官提供了更高水平的指揮和控制能力。

存在的問題

通過上述分析，可以得知5G通信技術在軍民用無人機領域的應用已取得很多積累，但是在泛低空覆蓋、抗干擾、移動能力方面，現有的5G網絡還存在一些不足，亟待提升。

5G通信網絡的泛低空覆蓋能力

傳統移動通信場景下絕大多數終端在地面，基站高度為30～50m，其射頻信號的主瓣向下覆蓋指向地面。5G網絡通過成熟的大規模天線陣列Massive MIMO和波束賦型技術一定程度上增加了垂直波束角度，在一定高度下對空覆蓋能力更強。而當無人機飛行高度進一步提高，5G通信技術對空信號功率衰減與距離的平方成正比，需要根據實際飛行高度與距離通過波束賦型等技術調整 5G基站主瓣指向，以提升覆蓋性能。

5G通信網絡的抗干擾性

由于泛低空區域開放特性，無人機5G通信面臨多種無線信號干擾，包括惡意干擾、開放環境噪聲等非5G網絡干擾，以及鄰區5G網絡的自干擾。一方面需要通過Massive MIMO波束賦型對準無人機形成精準的窄波束，以及小區間協調、功率控制等技術手段減少小區內或者小區間干擾；另一方面在基于5G通信技術的無人機專網建網時進行整體規劃，完善監管體系也可以達到鄰區干擾降低的目的。

5G通信網絡的移動能力

5G網絡的移動性管理以4G通信技術機制為基準，對測量配置、小區質量計算、小區切換等機制進行了優化，提高了地面移動性支持的最高速度。但是為保障無人機尤其是軍用無人機在高速移動狀態下的接入質量和服務質量，降低多普勒頻移帶來的干擾，還需要針對性開展子載波間隔、小區切換策略等設計。

結束語

無人機接入5G網絡可以實現機載傳感器數據的快速回傳、資產的監視和管理、航線的規范、效率的提升，促進空域的合理利用，從而極大地延展無人機的應用領域，在低空監管、物流配送、電力巡檢、農業植保、視頻直播、應急救援、集群作戰等領域發揮重要作用，產生巨大經濟及軍事價值。為進一步保障無人機飛行安全，將當前相對分立的應用場景統一管控，還需要從頂層建立低空空域管理體系，推動以5G通信技術為代表的低空智聯網建設，實現高效、有序的無人機低空應用，最終實現數字化天空，繁榮低空經濟。