【学习笔记】无人机（UAV）在3GPP系统中的增强支持(三)-机上无线电接入节点无人机

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。

5.2 机上无线电接入节点无人机

5.2.1 描述
在某些场景，例如灾害监测、边境监控和紧急援助中，由于无人机易于部署、购置和维护成本低、高机动性以及能够悬停，因此是商业应用的理想选择。从无线通信的角度来看，使用机上无线电接入节点无人机（即无人机eNB/gNB/ng-eNB, UxNB）已经引起了业界的兴趣，特别是使用UxNB来增强各种场景下的覆盖范围，例如紧急情况、移动用户的临时覆盖和热点事件，因其快速部署和大范围覆盖能力而受到青睐。

TR 38.811文档记录了使用无人飞行器系统（UAS）（包括高空伪卫星（HAPS））作为基站的无线电方面。在TR 38.811中，所谓UAS的高度可以在8公里至50公里之间。由于其较低的高度（通常约为100米），带有基站功能的无人机（即UxNB）从覆盖范围和快速部署的角度来看，比UAS更灵活。UxNB可以充当基站或中继，如下图所示。

图5.2.1-1：UxNB作为基站

图5.2.1-2：UxNB作为中继

5.2.2 前提条件
为了实现这一用途，应满足以下前提条件：

• 无人机应配备基站功能，成为UxNB；
• 无人机基站（DBS）能够自行飞往指定区域，或由人类控制飞往，并在该区域上空悬停一段时间；
• UxNB能够通过无线链路连接到5G核心网络并作为基站工作，并从核心网络的角度引导作为基站；
• UxNB在工作之前应获得5G系统的授权。

5.2.3 服务流程
运营商发现某些地区由于紧急情况或意外事件而需要临时覆盖。然而，由于固定基站的部署时间过长且成本高昂，因此无法通过安装固定基站或提供基于地面车辆的基站来实现此类覆盖。在这种情况下，使用UxNB是合适的，因为它可以快速部署，更重要的是，这种覆盖只是暂时需要的。

服务流程如下：

1. 运营商决定某个区域需要临时覆盖，这可以通过部署UxNB来实现；
2. 确定此覆盖的所有必要参数，例如地理区域、此类覆盖的持续时间、带宽、频谱等；
3. 向指定区域发送一些UxNB；
4. 到达目标区域/位置后，每个UxNB引导其基站功能，并获得网络管理系统（NMS）的授权，以作为基站工作；
5. NMS将配置数据下载到UxNB；
6. UxNB相应地配置自己，例如SIB信息、N2/N3接口，完成后，UxNB将基站功能转为操作模式；
7. 当作为基站工作时，UxNB相对于地面不移动。UE可以通过一个UxNB访问3GPP网络。用户在使用UxNB和正常基站时体验没有区别。
8. 当接近此临时覆盖的时间段结束时，或由于UxNB的功耗，UxNB会关闭其基站功能并飞回家。
9. 运营商可以在此临时覆盖期间发送更多的UxNB。
10. 一旦时间段结束，所有UxNB都会飞回家。
11. 在UxNB工作期间，运营商需要持续监控UxNB的工作状态。如果检测到异常，例如UxNB的无线回程断开连接或无人机的电量将耗尽，运营商可以分配另一个新的UxNB来替换异常的UxNB以接管任务，或调整该区域中的其他UxNB以帮助覆盖覆盖空洞。同时，连接到异常UxNB的UE可以无缝切换到其他UxNB。

5.2.4 后续条件
临时覆盖可用。

5.2.5 部分或完全覆盖用例功能的现有功能
TS 22.125中的现有规范性规范不支持UxNB用例。但是，TS 22.125涵盖了许多与携带UxNB的无人机的操作相关的操作（例如初始操作授权、与UTM的交互等）。

3GPP系统应能够支持UxNB在替换一个UxNB或调整UxNB拓扑时提供无缝连接服务。

5.2.6 支持用例的潜在新要求
[P.R.5.2-001] 5G系统应能够提供具有所需质量的无线回程，以启用UxNB。
[P.R.5.2-002] 3GPP系统应能够监控UxNB（例如无人机的功耗等）。

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