隨著低空經濟的興起，5G在構建低空智能生態、助力低空產業“騰飛”方面發揮了關鍵作用。當前，5G網絡主要是針對地面場景而設計，基站天線通常架設在高處，通過設定一定的下傾角實現“由上向下”的輻射，將網絡信號集中覆蓋地面目標區域。低空區域并非當前5G網絡的重點覆蓋區域，因此，如何提供低空區域高質量的5G網絡信號覆蓋，已成為5G賦能低空經濟發展亟待解決的重要課題。
低空信號覆蓋的難點
移動通信基站發射的無線信號本質上是一種電磁波，而電磁波在空間傳播過程中主要會產生以下三類損耗。空間傳播損耗（路徑衰落）是無線信號在空間傳播過程中因介質特性而產生的一種損耗。這種損耗主要由空氣、水汽、云層等介質的吸收、散射和衰減作用引起，損耗程度與傳輸距離、信號頻率均成正比。因此，當信號傳播距離增大或頻率升高時，空間傳播損耗將顯著增加。
多徑傳播損耗（快衰落）是無線信號在傳播過程中因反射、折射、繞射等現象而產生的一種損耗。當信號傳播存在多條路徑時，這些路徑上的信號在接收端會有不同的相位和幅度，導致信號疊加時發生干涉現象，進而造成傳輸質量下降。
這種損耗在城市復雜環境下尤為突出。衰減損耗（慢衰落）是無線信號在傳輸過程中因材料吸收、散射以及傳輸介質中的雜散物質等因素導致的一種損耗。不同材料對于不同頻率的信號具有不同的衰減特性，如混凝土、金屬等材料對高頻信號有較大的衰減作用。在實際傳播環境中，建筑物等障礙物也會引起一定程度的信號衰減（如表1所示）。
隨著移動通信技術的發展，5G網絡通過波束賦形等技術在一定程度上降低了多徑傳播損耗。同時，由于5G網絡在城區的站間距更小（通常僅為幾百米），也有效降低了空間傳播損耗，因此，在地面網絡覆蓋中，衰減損耗成為更為重要的影響因素。
在低空區域，由于空曠、無遮擋，無線信號的主要損耗是空間傳播損耗。相比于地面網絡，信號衰減會大幅減少。盡管基站天線設置了下傾角，但天線上旁瓣輻射信號仍然會覆蓋低空區域，加之傳播損耗小，很容易出現多個基站信號重疊覆蓋的情況，導致嚴重的干擾。
表1 無線信號穿透損耗測量值（dB）
在某城區基于現網3. 5GHz頻段5G網絡的低空實際測試中發現，在現網基站工參配置下，低空120m高度處的5G信號強度表現較好，RSRP（參考信號的接收功率）普遍高于-95dBm，但SINR（信噪比）表現較差，高于-3dB的比例僅為84.5%，同時誤碼率也高達13.6%。由此可見，低空區域5G信號覆蓋的電平絕對值并非瓶頸所在，主要問題在于同頻干擾導致的信噪比較差。因此，低空區域5G信號覆蓋需要解決的核心問題是如何形成主導覆蓋，以提升信噪比。
低空信號覆蓋的解決方案
由于低空區域空曠、無遮擋，電磁波信號很難得到有效衰減，因此通過消除雜亂信號解決同頻干擾問題的路徑很難實現。并且現有天線技術上旁瓣信號抑制能力有限，在確保地面網絡覆蓋質量的前提下，也不太可能對天線工參進行大幅度的調整，因此從源頭上消除雜亂信號以解決同頻干擾問題的路徑同樣很難實現。
既然無法有效解決低空區域來自地面網絡的同頻干擾問題，采用異頻覆蓋便成為可行的解決方案。異頻覆蓋的前提是具備與地面網絡不同的可用異頻資源，這需要從移動網絡的整體架構層面進行頻率使用規劃，可能涉及現有頻率規劃的調整或新增頻率的申請。以中國電信為例，在中國電信與中國聯通5G共建共享的背景下，3.5GHz頻段有2個100MHz可用帶寬，可在一定范圍內進行靈活使用；同時，申請5G毫米波頻段也是值得考慮的選項。
覆蓋方案
在低空異頻覆蓋的實施方面，基于5G網絡的設備性能和技術特性，可以采用以下三種解決方案（如表2所示）。
表2 低空5G網絡覆蓋的三種解決方案
一是設備專用模式。為低空覆蓋建設專用基站，將A AU（有源天線單元）或RRU（遠端射頻單元）天線的機械傾角配置為負值，實現面向低空的定向覆蓋。該模式的優點是設備專網專用，傾角可獨立按需調整，不受地面網絡約束；提供獨立的空口容量，確保良好的網絡性能和業務體驗。其缺點是需要新增軟硬件設備，建網成本高、周期長，且資源利用率低。
二是載波專用模式。為低空覆蓋配置專用載波，例如，地面網絡使用3.5GHz頻段、低空網絡使用3.4GHz頻段，兩個100MHz帶寬分別覆蓋地面和低空。該模式的優點是可復用現網AAU設備，無需新增硬件，獨立載波可提供獨立的空口容量，建網成本較設備專用模式低。該模式的缺點是低空網絡與地面網絡共用AAU時，機械傾角需兼顧地面和低空覆蓋，通常設置為0度，地面和低空分別通過調整波束數字傾角控制覆蓋區域，導致可調范圍受限；單AAU開通雙載波后，若原單載波時AAU滿功率發射，則開通雙載波后原載波功率將減半，可能影響地面網絡覆蓋；獨立載波需新增邏輯小區，會增加建設成本，同時獨立載波資源專用可能導致資源利用率偏低。
三是SSB（單邊帶調制）波束專用模式。在沒有可用獨立載波的情況下，可選擇地面網絡的其中一個頻點，配置部分SSB波束朝向低空覆蓋，以形成一定范圍的主導覆蓋。SSB波束的配置取決于設備廠家基站的能力和實現方式，不同廠家設備的低空覆蓋波束配置存在差異。以華為設備為例，對于采用3.5GHz頻段的5G地面網絡，通常配置7個SSB水平波束進行地面覆蓋，波束垂直半功率角為6度；在低空場景下，可通過調整波束數字傾角實現0#、2#、4#、6#號波束對地，1#、3#、5#號波束對空，或者配置7個SSB波束的垂直半功率角為12度，機械和數字傾角均為0度，此時上面6度對空、下面6度對地，實現同一個波束兼顧空地覆蓋需求。中興通訊設備支持SSB波束“1+X”特性，其中“1”表示提供水平基礎覆蓋的寬波束，“X”表示提供垂直面拓展覆蓋的窄波束或寬波束，X波束的數量可以根據需要配置為0、1、2或3個，可以將1波束用于地面覆蓋，X波束則通過配置數字傾角實現低空覆蓋。
該模式的優點是能復用現網的軟硬件資源，僅需通過參數調整即可實現，因此成本低、組網速度快。該模式的缺點是與地面網絡共用AAU時，機械傾角須兼顧地面和低空的覆蓋需求，通常設置為0度，地面和低空分別通過調整波束數字傾角控制覆蓋區域，導致可調范圍受限；地面和低空共享同一個邏輯小區的空口容量，存在資源搶占的風險，網絡性能和業務體驗保障難度較大；地面網絡波束數量的減少可能影響局部區域的覆蓋質量。
總體而言，上述三種模式均有其適用的場景，在建設成本、性能體驗、空地協同等方面各有優劣，須結合網絡現狀、業務需求、投資預算等多方因素進行綜合評估，因地制宜地選擇合適的部署模式。
駐留方案
采用低頻覆蓋低空，無論選擇哪種模式，都不可避免地涉及地空網絡協同問題。由于地面網絡的無線信號在低空區域依然存在，為確保低空用戶優先占用低空異頻信號，并有效規避地面同頻信號的干擾，需要分別對空閑態、連接態進行互操作設計。
在空閑態下，終端通過重選機制決定占用哪個網絡和頻段，該機制主要取決于載頻優先級和信號強度。根據3GPP協議規定，在空閑態由低優先級向高優先級載頻重選時，終端將持續測量高優先級載頻，一旦達到門限即可重選；而由高優先級向低優先級載頻重選時，終端需要首先達到異頻測量門限，即當前服務載頻的RSRP低于設定門限才能啟動異頻測量，且需要滿足當前服務載頻的RSRP小于設定門限、異頻的RSRP大于設定門限兩個條件才能完成重選。顯然，將低空覆蓋載頻設置為高優先級更有利于終端重選。該設置適用于設備專用和載波專用模式，但在SSB波束專用模式下，由于需要兼顧地面和低空覆蓋，可能導致地面用戶更容易重選至該載頻，帶來容量壓力，因此不建議采用這種設置方式。
在連接態下，終端通過切換機制維持載頻間的業務連續性，對于同系統內的載頻間切換，一般推薦使用“A2+A5”事件觸發。A2事件用于觸發異頻測量，其規則是當前服務載頻的RSRP低于設定門限。A5事件用于觸發切換判決，其規則是當前服務載頻的RSRP低于設定門限1，且目標載頻的RSRP高于設定門限2。以地面3.5GHz主覆蓋、低空3.4GHz主覆蓋為例，當無人機在地面起飛時占用3.5GHz載頻，為使其升空后盡快切換至3.4GHz載頻，應將3.5GHz向3.4GHz切換的A2門限設置較高（如A2<-70dBm），以便快速啟動異頻測量；同時，A5門限應將門限1設高、門限2設低（如門限1<-70dBm、門限2>-106dBm），以便快速觸發切換判決。當無人機飛行時，應盡量保持占用3.4GHz載頻，避免切換到同頻干擾嚴重的3.5GHz載頻。此時，應將3.4GHz向3.5GHz切換的A2門限設置較低（如A2<-110dBm），以避免啟動不必要的異頻測量；同時，A5門限應將門限1設低、門限2設高（如門限1<-110dBm、門限2>-80dBm），以避免觸發不必要的切換判決。
在連接態下，除了通過異頻切換策略保證終端盡量保持在低空覆蓋載頻外，還要避免低空覆蓋載頻信號被其他終端占用時產生的空口資源搶占問題。尤其是在SSB波束專用模式下，由于空地共享容量，低空終端和地面用戶終端共享空口資源，當載波負荷較高時容易出現資源爭搶。為確保低空終端的業務質量，可通過專用切片或QoS（服務質量）策略進行保障，例如，為低空終端用戶配置獨立的5QI（5G服務質量標識符），設置較高的調度優先級，使其具備資源搶占能力，從而確保不被其他終端搶占資源。
低空信號覆蓋的實踐案例
對于設備專用和載波專用模式，基站配置和工程實施相對明確。因此，本文重點針對空地兼顧的SSB波束專用模式進行試點驗證。在某城市選擇試點區域，該區域地面網絡主要采用3.5GHz載頻覆蓋，且作為熱點區域已開通3.4GHz、3.5GHz兩個5G載頻，故選擇3.4GHz為空地兼顧載頻，具體試點方案配置如表3所示。
表3 某市試點方案主要參數配置
基于上述方案，現網的波束±3dB點范圍是9—15度。受限于試點設備支持的SSB波束數字傾角范圍為-2—9度，方案一對地的波束±3dB點范圍是3—9度、對空的波束±3dB點范圍是-5—1度；方案二的波束±3dB點范圍是-6—6度。可以看出，對空覆蓋的上3dB點方案一是-5度、方案二是-6度，兩者較為接近。
在駐留策略方面，為低空終端配置5QI 70，重選策略同地面網絡保持一致，切換策略采用“A 2+A5”機制。其中，3.5GHz向3.4GHz切換配置為A2&A5_1門限-70dBm，A5_2門限-106dBm，切換容易；3.4GHz向3.5GHz切換配置為A2&A5_1門限-110dBm，A5_2門限-80dBm，切換比較難。
在低空120米高度進行5G網絡覆蓋和速率測試，結果如表4所示。
表4 某市試點方案120m高度的測試結果
試點區域低空測試結果表明，SSB波束專用模式顯著改善了低空5G網絡覆蓋質量，尤其是信噪比指標提升明顯，無線網絡覆蓋率提升了約13個百分點；上下行速率均保持較好水平，其中上行速率≥25Mbit/s的占比達98%以上，能夠滿足無人機等應用的上行數據回傳需求。
由于SSB波束專用模式采用空地共享載波，因此試驗也對地面網絡的影響進行了評估，評估結果如表5所示。試點區域地面測試結果表明，SSB波束專用模式對地面5G網絡覆蓋質量未產生明顯影響，網絡覆蓋質量和速率指標表現平穩，較好地實現了空地網絡兼顧的目標。
表5 某市試點方案地面測試結果
結語
針對低空5G網絡覆蓋需求，本文提出了設備專用、載波專用、SSB波束專用三種解決方案，并對網絡配置和空地協同相對復雜的SSB波束專用模式進行了試點驗證，測試表明，該模式較好地實現了低空5G網絡覆蓋及空地網絡協同。三種模式各有優劣，適用于不同場景，可根據低空經濟具體場景和現網配置情況因地制宜地選擇合適的部署模式。本文研究課題主要滿足了低空通信需求。隨著低空經濟的發展，針對無人機等“低慢小”航空器的監管需求日益凸顯，5G-A“通感算一體”技術展現出顯著優勢，后續將圍繞低空“通感算一體”技術的部署和應用展開研究實踐。(作者：劉通 但德東 陳大明)
