周末了，接着交作业！攒篇不烧脑的文。

大家可能都知道了汽车的自动驾驶系统V2X（科普文章见CV2X基本概念小结），而UAS是无人机系统，即Unmanned Aerial Systems (UAS)，等于将5G技术拓展到无人机控制领域。通常印象中，无人机在现实生活中的用途可以拓展到如下领域：

更多公共无人机的用例如下：

随着5G使用案例的发展，需要新的研究并引入更丰富的新功能，3GPP工作组在这方面做了大量工作以在5G系统引入并满足无人机系统（UAS）的需求，同时也要确保5G网络的其他用户不会因为引入无人驾驶飞机系统而业务受到影响。

5G关于无人机系统的技术规范进展汇总如下：

R15：Enhanced LTE Support for Aerial Vehicles

在R15中，主要研究使用LTE网络服务飞行器的能力，相关报告已经发布。确定使用基于UE的解决方案，基于网络的解决方案，下行链路干扰migration，上行链路干扰migration，移动性能和空中UE识别的进一步性能增强。另外，R15中也针对飞行UE对eNB的干扰也做了更新，不如在36.331中定义了两个新的测量报告H1和H2以帮助eNB处理与UAV相关的潜在干扰，同时也考虑了其他的针对消息和降低UAV干扰的测量。

R16：Remote Identification of Unmanned Aerial Systems

3GPP SA1 完成了关于UAS潜在需求和远程识别的研究。这项研究着眼于3GPP系统在多大程度上能够使无人机组件在彼此和无人机交通管理（UTM）之间建立必要的连通性——包括视线连通性和非视线连通性，以及对未经授权的无人机对UTM的检测和报告。

R17： Study on application layer support for Unmanned Aerial System (UAS)

3GPP SA6 正在研究UAS标识和跟踪的用例和需求（基于3GPP A1的研究）SA6正在在应用层面查看潜在的影响，尤其针对UTM的应用的支撑和使能功能，以及UAS和UTM的业务交互。比如：fly route authorization, location management, group communication support等。SA6也考虑了已经用于mission critical和V2X业务的架构和解决方案，试图能够复用于在无人机系统。

R17-1：5G Enhancement for UAVs

为了进一步满足无人机5G连接的需求，R17中的相关工作将产生新的KPI和无人机的通信需求（比如3GPP签约）。具体而言，将记录与以下相关的要求：基于通信服务的KPI、指挥和控制流量的KPI、机载无线接入节点（UxNB）、无人机的服务限制、无人机的网络暴露。

到2019年底为止的3GPP有关UAS的技术文档如下：

3GPP生态中的UAS参考模型如下：

为了方便看这个图，请其中的一些名词缩写简要解释如下：

这个模型图中需要说明的几点：

第一，每个UAS由一个UAV控制器和一个或者多个UAV组成。

第二，UAV们通过蜂窝连接互联。

第三，UAV通过UAV控制器控制，UAV控制器连接到3GPP移动网络。

第四，无人机也可由不通过3GPP移动网络连接的UAV控制器控制，使用3GPP范围以外的C2接口。

第五，通过3GPP移动网络连接的UAV控制器可以控制一个或多个UAV。

第六，UAS使用UTM交换应用程序数据流量。

ok，关键内容--5G UAS Usecase举例：

Usecase1：UAV支撑的实时高分别率视频广播

无人机与全景虚拟现实VR直播相结合，将使现场视频体验像观众在现场一样。该系统基于无人机上搭载的360度球面摄像机系统。可以捕捉和编码4K视频，然后通过3GPP系统实时上传到云端。随着8K等高分辨率视频的发展，5G系统的相关性能指标也需要更新。根据中国IMT2020（5G）推广小组发布的无人机支持VR直播应用的性能要求如下表所示：

3GPP相关指标：

Usecase2：机载无人机充当无线接入节点

在某些应用场景如灾害监测、边境监视和紧急援助，无人机（UAV）因其易于部署、购置和维护成本低、机动性和悬停能力强而成为商业应用的良好选择。从无线通信的角度来看，使用机载无线接入节点UAV（即UAV eNB/gNB/ng eNB，UxNB）已经引起了极大的兴趣，特别是利用UxNB增强了对各种场景的覆盖，如紧急情况、移动用户的临时覆盖和热点事件，因为它们部署迅速，并且覆盖能力强大。

Usecase3：无人机指挥与控制（C2）通信

这里C2指的是Commands and Control 的两个C。在Rel-16 ID_UAS的服务要求中，假设无人机由操作员使用无人机控制器来控制配对的无人机，其中无人机和无人机控制器通过3GPP网络通过两个单独的连接进行指挥与控制（C2）通信。然而，Rel-16中的ID_UAS服务没有考虑到C2通信的KPI。无人机运行首先要考虑的是引起的安全问题，包括与另一架无人机在空中相撞的风险、无人机失去控制的风险、故意滥用无人机的风险以及各种无人机用户（如商务、休闲等）共享空域的风险。因此，为了避免安全风险，在考虑5G网络作为传输网络时，通过保证C2通信的QoS来提供UAS服务是非常重要的。

Usecase4：同时支持无人机和eMBB用户的数据传输

在有限的带宽资源下，基站可能需要同时支持空中无人机和地面eMBB用户的数据传输。例如，在直播场景中，高度超过100米的无人机需要将拍摄到的图片或视频实时传输到基站，这就要求传输速率高、带宽大。同时，基站还需要为地面用户（例如eMBB用户）提供所需的QoS。应尽量减少这两种通信之间的干扰。

Usecase5：人工智能控制的自主无人机

人工智能对无人机的控制主要有以下几个步骤：

1） 无人机实时采集信息（包括高精度三维地表地形数据、实时图片、实时视频等）；

2） 这些实时信息通过5G网络传输到AI系统；

3） AI人工智能系统对固定的飞行轨迹进行处理，计算并作出判断指令；

4） 这些指令通过5G网络发送给无人机。

对于人工智能控制的无人机，需要考虑无人机对无线网络的高上行链路高速传输和低延迟下行链路传输的要求。此外，5G网络需要向AI系统提供高精度的定位信息，以辅助无人机飞行的计算和决策。

Usecase6：借助无人机进行无线接入的隔离部署

无人机的飞行时间是有限制的，这反过来又会影响安装在无人机上的网络设备的工作时间。在某些情况下，例如远程隔离位置，可以将无人机部署到不需要回程连接的区域来进行私人用户组之间的通信。

Usecase7：无人机提供无线接入服务

目前可用的无人机飞行时间有限，一般在10分钟到1小时之间。由于重量、电池功率、有效载荷、空气动力学、操纵性、规章制度等因素之间的复杂关系，飞行时间不能任意或无限地增加。而当无人机作为飞行无线接入网时，由于无线接入网设备的有效载荷增加，无人机的重量会增加。这反过来又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接入网络平台的有效性将进一步受到部署方案的影响。例如，在无法安装地面RAN设备的地区，通常需要所谓的“飞行”RAN”。所以，无人机必须从大本营飞到偏远地区，而后必须在电力耗尽前飞回大本营。如下图所示。

上图每次运作的时间总和应小于无人机的最大飞行时间。那么，飞行RAN的实际运行时间将小于这个时间。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接入网的电池耗尽之前，应该用其他无人机来代替无人机。UAV更换操作示例如下：

Usecase8：UAV服务区的分割

传统上，用于蜂窝通信的天线安装在高耸的蜂窝塔架上，并向稍向下倾斜。这是因为人类通常不是在地面上就是在建筑物里进行通信业务。

随着无人机通信业务的引入，一些UE位于常规覆盖范围之上。因此，需要调整天线系统，比如俯仰角等，以便在无人机运行的高度有一个覆盖范围：

在某些情况下，可以安装附加设备，调整天线参数等。如下图所示：

因此，有必要对不同的ue提供不同的服务。在上述场景中，可以提供给无人机UE的位置和内容与其他非UAV UE可以提供的位置和内容不同。这可以提供另类的差异化服务。

Usecase9：业务体验保证的用例

MEC（参考文章5G移动边缘计算（MEC）学习总结和5G中的MEC）作为边缘云计算环境和网络能力的开放平台，将为运营商构建网络边缘生态系统奠定基础。无人机的运行要求在各种应用场景下实现低时延、高可靠性的实时控制信息传输。因此，研究5G网络中无人机通信时延对无人机的低时延服务具有重要意义。对于无人机与无人机控制器之间的远程指挥与控制（C2）通信，端到端C2通信路径中的延迟要求至关重要，例如远程控制服务的延迟要求为50ms。再例如，实时遥控器应能快速响应紧急事件：像突然出现的鸟群或其他无人机正在接近。远程控制链路的用户路径优化是必要的。

例1：数据传输路径的优化

例2：远程控制链路的路径优化

Usecase10：无人机服务的可用性usecase

无人机对通信网络提出了不同的需求，不同的业务对通信速率和时延有不同的要求。例如，无人机本身就分为许多类型，它们的能力是不同的。无人机上下行业务对网络能力有不同的要求。当无人机飞到某个区域时，可能与其他无人机或其他行业服务需求发生冲突。本类用例旨在避免不同行业或无人机之间的高优先级通信冲突而造成的业务可用性问题。

10.1无人机签约高优先级服务

1.UAV B和 UAV C无人机要求运营商提供与UAV A无人机相同的优质服务。

2、5G系统不能根据网络状态或平均用户数等信息为UAV B和 UAV C无人机提供额外的资源，而运营商可能因覆盖范围扩大等原因向UAV B和 UAV C无人机提供更高优先级的服务。

3.运营商需要考虑同类优质服务的用户数量和使用时间。同时，还必须考虑到其他签约用户的不同类型的服务要求。

4.在UAV B和 UAV C无人机服务过程中，网络提供在一定范围和时间内能否保证服务的信息。

10.2正确处理资源冲突

例子：当水塔校区内12:00-15:00有皮划艇比赛时，由于缺乏保障比赛的资源，网络无法在比赛期间为UAV C无人机提供部分服务。

1.网络为无人机与水塔公司的通信提供重要赛事（12:00-15:00皮划艇比赛）和特定服务（如视频）的资源限制。

2、网络对UAV C无人机资源进行重新分配，如不允许视频业务。

3. 水塔公司全年订购无人机业务。运营商需通知水塔公司在一定时间内不能使用该业务。但运营商不能给出原因或其他网络状态。

10.3无人机与普通用户的接入资源共享，例如：

1.超过10个UE进入服务区，使用必要的资源接入网络服务。

2、UAV A无人机在有效时间内进入塔林公园，请求网络资源完成某项任务。

3. 为了保证UAV A无人机的需求，网络共享一部分接入资源。

4. 无人机UAV A成功获取网络资源，完成任务。

Usecase11：物流中的无人机群

对于最后一英里网络，自动投递无人机可以执行比卡活动，特别是在偏远山区和紧急情况下。但送货无人机面临一个根本性的问题：它们的运营缺乏与标准运输卡车竞争所需的路线密度。每一次运送，无人机都必须返回数英里外的仓库，以收集下一个包裹。快递公司可以连续快速投放一批无人机，并行运送几十个包裹，解决这个问题。

Usecase12：更换无人机控制器

无人机与无人机控制器建立关联，开始执行飞行任务后即开始建立指挥控制链路，支持无人机正常运行。在某些情况下，如无人机在视线外飞行或在紧急情况下，无人机控制器将由另一个无人机控制器或高优先级无人机控制器接管。在这种情况下，应与新的无人机控制器建立C2连接，以确保对飞行任务的持续支持。此外，还可以根据UTM和运营商的策略考虑一些工艺优化。随着无人机控制器的更换，由此产生的无人机与无人机控制器之间的连接质量非常重要，如果指挥与控制链路质量下降甚至断开，无人机和无人机控制器需要有方法来检测这一点，并应采取一些行动，例如根据配置自动返回无人机。

改变UAV控制器的KPI潜在需求如下：

Usecase13：控制无人机KPI的体系框架

无人机可从UAV控制器或UTM远程操纵。可以考虑几种无人机控制方式。模式的选择取决于无人机本身、控制源和作战情况。这些模式中的每一种在数据速率、消息速率、可靠性、延迟等方面都规定了自己对通信KPI的要求，并且可能需要立即向导航员反馈。视频将用做在某些模式下飞行员的附加反馈。

5G UAV系统就总结这么多！祝周末愉快！