2024年通信基础设施行业低空经济专题报告:向上而生,打开新空间

  • 来源:浙商证券
  • 发布时间:2024/04/16
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通信基础设施行业低空经济专题报告:向上而生,打开新空间。发展低空经济成为确定性大趋势,通信基础设施是必不可少的关键保障。低空通信基础设施是发展低空经济重要环节,主要包括通信、感知、智算三大核心功能模块。其中,传统无线网络以地面覆盖为主要目标,面向低空场景存在性能差距、融合不深,空域感知与空管系统深度融合,因此,通信、感知产业链长期以来各自独立发展。随着5G-A演进与卫星互联网建设,低空通信基础设施正在进入通信、感知融合发展、天地一体协作的新阶段。5G-A“一突破四增强”,通感算用能力融合供给、“向上而生”打开新空间通感一体网络突破传统网络能力边界...

低空经济启航,通信基础设施提供关键支撑

低空通信基础设施是发展低空经济重要环节

低空基础设施主要包括物理基础设施与通信基础设施两大类。其中,物理基础设施主要包括低空飞行所需的起降、中转、货物装卸、乘客候乘、航空器充(换)电、电池存储、飞行测试等平台;通信基础设施,主要包括低空飞行所需的通信、导航、监视、气象监测等系统,以及低空飞行数字化管理服务系统。

低空通信基础设施主要包括通信、感知、智算三大核心功能模块。其中,通信模块提供数据接入、转发、处理、上报与身份标识等传输类服务,感知模块提供测速、定位、跟踪、监测等采集类服务;智算模块相对独立,提供音视频数据处理、决策辅助等加工类服务。

通信功能看,低空通信实现主要包括移动通信网络等三种路径

目前,以无人机为代表的低空数据传输通讯方式主要有无线电、WiFi、运营商公网(移动通信网络)三类。其中,无线电是无人机首选,间隔普通在15-30KM之间,普遍应用于军警、植保、航测等各类工业级无人机。依据《中华人民共和国无线电频率划分规则》及我国频谱运用状况,规划840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz频段用于无人驾驶航空器系统。WiFi方式,频段普通选择2.4GHz,通讯间隔在600-800M。

传统无线网络以地面覆盖为主要目标,面向低空场景存在性能差距,长期以“按需选用”方式供给、融合不深。传统无线网络以地面覆盖为主要目标,而低空信息网络则需实现对空立体覆盖,由于天线旁瓣杂乱、信噪比普遍较差且起伏不定、天线辐射存在零陷无信号区域、时延不稳定等因素,较难保障无人机全路程连续业务服务和不中断飞行操控,特别是300米以上的位置覆盖薄弱;同时,传统对地覆盖移动网络主要服务于人、下行链路容量大,较低空视频采集回传等大上行需求存在不适配性。

感知功能看,空域感知与空管系统深度融合

空中交通管理系统是空管人员实际用于管理空中交通运输的信息处理系统,其中包括空中交通服务(ATS),空中交通流量管理(ATFM)和空域管理(ASM)。空中交通服务ATS又由三部分组成:空中交通管制(ATC),飞行情报服务(FIS)和告警服务(AS)。

空域感知深度融入空域监视系统,实现方式主要包括航管一/二次雷达系统与ADS-B系统。一次监视雷达是由地面上的一次雷达装置向空域散射无线电波,触碰到空域中的飞行物后反射回波,由一次雷达计算出此飞行物的位置和距离信息;二次监视雷达是由地面上的二次雷达装置向空域发射询问信号,当有机载应答机的飞机接收到此询问信号后,由应答机向二次雷达发射飞机的高度和识别码等回复信息。ADS-B(Automaticdependent surveillance–broadcast),即广播式自动监视,作为一种自动监视系统,是基于卫星导航系统所提供的位置信息,装备了ADS-B的飞行器定期将自己的位置等信息,通过空-空、空-地数据链进行广播式传播。

长期以来,通信网与感知网各自产业链独立发展

地面无线通信与飞行器感知分属不同产业链,长期以来各自独立发展。传统移动通信基于3GPP(第三代合作伙伴计划)标准体系演进,产业链由电信运营商、主设备商主导,涵盖通信/基带芯片、滤波器、射频、PCB等元器件厂商,主要企业包括中国移动、中国电信、中国联通、中国信科、华为、中兴等,以网络容量、速率等性能为主要升级演进方向;飞行器感知隶属航空与制造板块,融入空管系统产业链,涉及雷达、空管平台、定位导航以及飞行器制造商,主要企业包括四川九洲、川大智胜、国睿科技等。

随着5G-A演进,通信、感知有望进入融合发展新阶段

5G-A(5G-Advanced)又称5.5G,是基于5G网络在功能上和覆盖上的演进和增强。根据网络演进版本,5G-A预计包含R18、R19、R20三个版本,当前R18的大部分工作已经完成,预计于2024年中完成标准冻结。

5G-A升级演进感知等新功能,能力增强定向适配低空经济应用场景。与5G相比,5G-A下行速度提升10倍、上行速度提升至Gbps级,支持4ms超低时延、厘米级定位精度,并具备距离、速度等感知能力,高度适配低空无人机、空域管理等应用场景。

卫星互联网建设加速,低空通信基础设施迈向天地一体协作

卫星互联网将协同地面通信网络,为低空经济提供广域、跨地形覆盖能力。陆地覆盖仅占地球表面的6%,且陆地覆盖不足问题依然存在。通过天基、地基网络融合,可利用卫星通信不受地形地貌限制提的覆盖能力,作为地面网络有效补充,协同为低空场景提供可靠、一致的服务体验。

NTN技术体制稳步推进,星地融合有望加速落地。NTN(Non Terrestrial Network,非地面网络)是6G演进中天地一体技术采用的技术体制,3GPP于2017年的5G R15版本研究NTN需求场景,R16研究解决方案,R17面向GEO/MEO/LEO等场景、短信/语音/窄带/宽带等业务,形成手机直连、透传模式等标准;2024年即将冻结的R18版本正在开展10GHz以上高频段部署、移动性、覆盖增强等技术研究。根据以往经验,随着标准冻结,预计产业链也将在1-2年内具备商用落地能力。

低轨卫星走向通导一体,进一步增强低空信息服务能力。低轨通信卫星融合导航功能,在发射信号空间损耗、空间覆盖、定位精度、使用范围、传输速率等方面具备优势,可复用卫星资源,为低空经济提供低成本、广覆盖、高性能的通导融合服务。

5G-A“一突破四增强”,通感算用融合赋能低空经济

5G-A(5G-Advanced)主要能力升级定向适配低空经济应用场景,主要体现在“一突破四增强”: 一突破:通感一体网络,突破网络能力边界 四增强:确定性网络、无线云网算业一体、大容量上行超宽带、厘米级高精定位,全面赋能支撑低空数字化场景。

突破:通感一体突破网络能力边界,直击低空监管最大痛点

一直以来,面向低空空域的监视系统与能力存在诸多痛点,是制约低空经济发展的主要桎梏之一。低空空域空间环境复杂,架设雷达存在低空障碍物多、盲区大,功率高、不宜在居民区、厂区布设,以及新建成本高等问题;ADS-B受制于技术兼容性、商业模式(按信息报告频次收费)等原因,应用于低空海量目标监视成本高、效益低,目前仅有少部分低空飞行器配备发射和应答设备,且所配备的设备缺少标准规范,无整套通信协议,无法实现统一指挥和航信规划。因此,低空空域长期存在“ 看不见 、叫不到 、联不上 ”现象,航空管制部门难以准确掌握飞行器的运动状态,造成安全隐患,是低空监管的全球性难题与最大痛点。

通感一体网络突破传统网络以“传输”为核心的能力边界,赋予通信网络探测跟踪等感知能力。通信感知一体化网络,通过空口及协议联合设计、软硬件设备共享,使用相同频谱资源实现通信功能与感知功能的融合共生,使得无线网络在进行数据通信的同时,通过有效提取无人机等动态目标以及环境等静态目标对无线信号特征的影响(如直射、反射、散射等),能够实现对低空飞行目标的测距、测角、测速、定位、追踪等功能,辅助实现飞行器的入侵检测和碰撞规避,即可对“低慢小”飞行器进行路径追踪,进而实现自动化远程监控。

复用地面移动通信规模效应打造“低空探测网”,自动化、智能化、低成本低空空域监管成为可能。一方面,替代昂贵的雷达系统投资;同时,感知功能与通信功能共享物理资源,可通过新增面向空域的基站或升级改造现有基站快速实现感知功能,并根据不同应用场景进行通信和感知资源分配,实现时域、频域、空域的资源动态管理和多维度复用。

“向上而生” ,构建基于5G-A的通感算用低空综合信息服务体系

5G-A为地面移动通信产业链“向上而生”,构建低空一体化综合信息服务,深度融入、紧密耦合低空经济生态圈提供了基础。借助5G-A大规模移动通信网络,集成提供高可靠低时延与通感一体空中网联、全生命周期身份管理、云网算业融合供给、高精定位等能力,可提供打通监管方、运营方、用户方,全天候随时随地无人机高质量信息服务,使移动通信能力与低空场景深度耦合,从“可选服务”迈向“刚需能力”。

产业链积极行动,中国移动率先商用5G-A

全球产业链积极响应5G-A,推进能力建设、应用研发与测试验证。国内外运 营商、设备商均将5G-A作为今年布局重点,欧洲、中东等多地运营商明确今 年开启5G-A商用,并围绕通感算一体架构、网络切片等多个技术方面开展研 发与测试验证。

中国5G-A领先全球,中国移动全球首发5G-A商用部署,从概念到落地迈出 坚实步伐。3月28日,中国移动在杭州全球首发5G-A商用部署,公布首批 100个5G-A网络商用城市名单,全年投资15亿用于5.5G基站建设,并宣布计 划于年内扩展至全国超300个城市,建成全球最大规模的5G-A商用网络。

卫星互联网建设加速,构建低空天地一体协作新范式

低轨卫星通信产业链加速,支持商业化服务供给

国内低轨卫星互联网星座主要包括了GW星座和G60星座,规划合计超2万颗星,这两个星座是未来国内低轨卫星互联网组网核心载体。GW星座:中国“GW”公司于2020年9月向国际电信联盟ITU申请了“GW”宽带星座计划,共计12992颗卫星。 G60星座:“G60星座”是目前国内另一个重要的卫星互联网发射计划,未来将打造低轨宽频多媒体卫星网路。目前实验卫星完成发射并成功组网,一期将实施1296颗,未来将实现一万两千多颗卫星的组网。 2023年12月27日,格思航天G60卫星数字工厂投产暨G60卫星互联网首颗商业卫星下线仪式顺利举行。工厂启用后,在卫星互联网批量化的生产情况下,可在1.5天左右生产1颗卫星,年产预估达到300颗。2024年,G60卫星互联网产业基地将有望形成初步商业服务能力。到2027年,G60卫星互联网产业基地将全面建成具有全球市场竞争力的低轨卫星通信与空间互联网全产业链,加速我国低轨卫星商业化进程。

天地一体网络融合,构筑立体的低空服务能力

从技术发展来看,天地融合是未来网络的演进方向,卫星产业技术发展正在推动星地融合。海外卫星公司已经着手加强与移动运营商合作融合,例如SpaceX与美国的T-Mobile、澳大利亚Optus合作,推出星链直连手机业务;AST SpaceMobile公司与美国AT&T运营商合作,通过使用BlueWalker3卫星实现双向语音通话;Lynk 已与全球 30 多个移动通信运营商签订了手机直连卫星服务商业协议。

国内运营商例如中国联通正在推进地基网络为基础,天基网络(含通信/导航/遥感卫星)为补充的立体网络结构,建设蜂窝网络和卫星网络一体发展、全域无缝覆盖、通导遥有机结合,全场景泛在连接的天地一体深度融合通信基础设施。其中泛在低空网联场景将成为天地一体融合的重要应用场景,具体包括无人机物流、娱乐直播等商业应用场景和应急指挥调度、信息采集报送等救灾民生场景。天地一体网络可有效弥补地面通信基站覆盖的不足,在偏远地区为低空飞行器提供无缝覆盖的网络,保障更加稳定的飞行服务。

复制车机逻辑,卫星互联网+eVTOL有望形成商业闭环

车机直连卫星已在电动智能汽车市场落地,开启天地一体协作智联在交通领域新应用。吉利依托旗下时空道宇星座,于2023年10月27日宣布在其纯电超跑极氪001 FR 率先量产实现车载卫星通信功能,提供双向卫星消息与卫星通话服务;12月27日发布的极氪007车机可实现直接给手机发送卫星消息,接收方可获取位置信息,并可通过链接查看详细的地理位置和回复消息。

eVTOL可复制电动智能汽车路径,形成ToB、ToBtoC先行的商业模式。相较消费级场景,车载/机载卫星通信对芯片、射频等元器件的尺寸、功率限制不高,并随着芯片小型化、集成化(如紫光展锐V8821,卫星通信功能集成于5G芯片),可随移动通信模组前装,有利于飞行器厂商低成本快速配置;同时,可通过飞行器厂商预装+订购部分服务(如作为用户权益赠送)+购买资源池对用户转售(如流量池)等方式灵活组合,形成多方共赢的商业模式。

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编辑:火腿肠
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