2022年宏文第八篇，主要总结3GPP的5G系统针对UAV=uncrewed aerial vehicle的相关规范。UAV通常归类为无人飞行器，我们以前有文章5G 无人机系统（UAS）及其Usecase们曾经说过部分信息。

UAV系统依赖无线通信来解决多个需求包括指挥和控制、定位、合作感知以及防撞和远程识别等。5G蜂窝网络成为无人机所依赖的平台。为了更好为无人机应用服务，3GPP R17设计定义了针对无人机用例的相关规范。

Part1：首先看一下UAS系统的3GPP生态系统的参考模型：

在此模型中包括UAV和UAV controller，其中UAV需要通过我们的蜂窝系统连接并被UAV controller控制。当然，UAV也可以被连接到非3GPP移动网络的UAV controller控制。每个UAV controller可通过蜂窝网络控制一个或者多个UAV。UAS通过UTM（Uncrewed Aerial System Traffic Management ）来交换应用数据信息。3GPP生态系统为UAS的运行提供了几乎无处不在的覆盖、高可靠性和QoS、强大的安全性和无缝移动性，这也是支持无人机指挥和控制功能的关键因素。与此同时，监管机构正在调查安全和性能标准以及注册和许可计划，以开发一个功能良好的私人和民用无人机生态系统，该生态系统可以与商业空中交通、公共和私人基础设施以及普通人群安全共存。此外，3GPP系统可以为无人机提供控制面和用户面通信服务。可以向无人机生态系统提供的服务示例包括用于指挥和控制（C2）、远程通信、无人机生成的数据、远程识别以及无人机操作的授权、执行和监管的数据服务。UAS是一种没有载人飞行员的飞行器，UAS可以由操作员通过UAS controller进行控制，并具有一系列自主飞行能力。UAS和UAS controller之间的通信系统在本规范范围内，在某些情况下，由3GPP系统提供。UAS模型还考虑了UAS controller通过3GPP范围外的系统与UAV通信的场景。无人机的尺寸和重量范围从通常用于娱乐目的的小型轻型飞机可延伸扩展到通常更适合商业应用的大型重型飞机。监管要求在这一范围内有所不同，并因地区而异。无人机的通信需求涵盖指挥和控制（C2）以及无人机组件向服务3GPP网络和网络服务器发送/发送的上行链路和下行链路数据。UTM支持无人机及其操作，包括但不限于无人机识别和跟踪、授权、执行、无人机操作监管，以及存储无人机操作所需的数据。它还允许授权用户（例如空中交通管制、公共安全机构）查询无人机及其无人机控制器的身份和元数据。

关于C2接口说明如下：

在使用3GPP网络作为传输链路来支持UAS业务的场景中，3GPP定义了如下几个C2通信方式以保证QoS：

第一，Direct C2 Communication，顾名思义，就是UAS controller通过C2与UAS之间直接建立通信链路并使用5G网络进行注册。

第二，Network-Assisted C2 Communication：UAV controller和UAV 分别注册并连接到5G网络，并通过5G网络连接和通信。当然，UAV和UAV controller可通过不同的NG-RAN节点注册到5G网络，5G网络需提供可靠的C2通信链路。

第三，UTM-Navigated C2 Communication，UAV具有预调度飞行计划，例如4D多边形阵列，用于自主飞行，但UTM仍与UAV保持C2通信链路，以便定期监测无人机的飞行状态，验证最新动态限制的飞行状态，提供路线更新，并在必要时导航无人机。

Part2：UAS的remote Identification（远程识别）与安全需求

3GPP系统中设计UTM需要与UAV和UAV controller关联并将之识别为UAS系统。所以remote identification需求是非常重要的。UTM也分为centralized和decentralized两类，以下要求适用于这两类UTM：

第一，3GPP系统应为UTM提供一种机制，以向UAV提供路线数据和飞行许可。

第二，3GPP系统应能够以小于500ms的延迟将从UTM接收到的路由修改信息交付给UAS。

第三，3GPP系统应能够以小于500ms的延迟将从UTM接收到的通知交付给UAV控制器。

第四，根据MNO政策和/或监管要求，3GPP系统应使UTM能够接管用于控制无人机的通信。

此外，UAV的安全方面考虑也是很重要的一环，3GPP系统需要保护UAS和UTM之间的数据传输并防止UAS身份的欺骗攻击。3GPP系统还应允许在应用层non-repudiation UAS和UTM之间发送的数据。3GPP支持为UAS和UTM之间的不同连接以及通过这些连接传输的数据提供不同级别的完整性和隐私保护的能力。3GPP系统支持与无人机和个人识别信息相关的身份的保密保护，并支持无人机通信的监管要求（例如合法拦截和监测等）。

Part3：UAV的使用需求

除了无人机相关要求外，3GPP还可以通过在各种商业和政府部门使用低空无人机来支持广泛的应用和场景。已经确定并规定了3GPP系统支持各种无人机应用的新服务级别要求和KPI，例如与指挥与控制（C2）、有效载荷（如摄像头）和无人机上无线接入节点（RAN-node）的操作相关的服务要求和KPI。

第一部分，针对无人机的网络开放业务，当初这类网络开放是传统运营商被新兴的IT厂商“吸血”后的无奈之举措施之一。另外3GPP系统提供允许第三方请求和获取实时监控无人机状态信息（例如，无人机位置、通信链路状态）的方法。

第二部分，关于无人机机载UE的服务限制，3GPP网络应能够支持UE机载无人机基于网络的三维空间定位（例如，海拔30~300m）。3GPP系统应能够在UAV车载UE进入未授权UE连接服务的区域（例如，由于海拔）之前，通知授权的第三方连接服务可能停止。

第三部分 UxNB的要求，UxNB无人机上的无线接入节点（RAN-node），用于提供与UE的连接，这里UE由UAV在空中携带。5G系统能够支持UXNB，以提供增强和更灵活的无线电覆盖。应能够提供适当的方式来控制UxNB的操作（例如，启动操作、停止操作、更换UxNB等）。3GPP系统应能够提供最小化UxNBs功耗的方法（例如优化操作参数、优化流量传输）。3GPP系统应能够最大限度地减少干扰，例UXNB改变其位置引起的干扰。

第四部分，指挥与控制通信，3GPP系统应支持具有预定义C2通信模型所需QoS的C2通信（例如，使用无人机和无人机控制器之间的直接通信，基于UTM和无人机之间的飞行计划的UTM导航C2通信）。

支持在C2通信模型之间切换时，3GPP系统应支持具有所需QoS的C2通信。另外，3GPP系统应支持UTM机制，以请求监测具有预定义C2通信模型所需QoS的C2通信（例如，使用UAV和UAV控制器之间的直接ProSe通信，UTM和UAV之间的UTM导航C2通信）。

Part4：UAS系统的KPI需求

第一部分，UAV应用的KPI需求，如下表：

第二部分，UAV指令控制的KPI

第三部分，协助UAV控制的视频的KPI

第四部分，定位性能需求

第五部分，其他需求包括，5G系统应支持在无人机操作的指挥与控制通信模式之间切换的机制，例如从间接指挥与控制通信切换到直接指挥与控制通信，并确保断开时间低于延迟要求。3GPP系统还需要支持无人机控制器和无人机之间以及UTM和无人机之间的并发通信，这些通信可能需要不同的KPI。

本文参考文档：

TS22.261

Application for UAV in 5G -- IMT-2020

TS22.125

TS21.916

TS23.501

TS23.502

TS29.522

TS 29.255

TS 33.256

读书愉快！