面向实用化的低空经济网络：标准化、测试平台与真实部署

《IEEE Wireless Communications》：Toward Practical Low-Altitude Economy Networking: Standardization, Testbeds, and Real-World Deployments

随着地面交通基础设施日趋饱和，低空经济(LAE)成为新的发展前沿。本期专题聚焦低空无线网络的实际部署挑战，汇集13篇创新研究，涵盖O-RAN智能编排、语义通信、联邦学习、全双工ISAC等关键技术，通过真实测试平台验证了架构可行性，为构建可扩展、安全可靠的LAE网络提供了标准化路径和工程蓝图。

　　

当城市地面交通日渐饱和，我们是否应该将目光投向头顶的广阔空域？低空经济(Low-Altitude Economy, LAE)正成为全球关注的新兴领域，它设想在3000米以下的空域大规模部署飞行器，包括物流无人机、巡检平台、电动垂直起降飞行器(eVTOL)和空中出租车等。与传统无人机网络不同，这些平台不仅是通信节点，还同时充当移动基站、感知平台以及为乘客和货物提供服务的终端。然而，要将这一愿景转化为现实，需要构建能够在能量、载荷和成本严格约束下提供可靠连接、安全关键控制和态势感知的低空无线网络。

当前低空网络发展面临多重挑战。一方面，飞行器的高密度和高机动性加剧了电磁干扰，使与地面系统的频谱共享复杂化。另一方面，低空应用天然耦合了通信、感知和计算——实时空域感知、障碍物检测和交通监控必须与通信链路及机载智能紧密集成，以支持安全导航、协同任务执行和弹性控制。同时，飞行器有限的续航能力和机载资源要求能量感知和计算感知的设计，以及向边缘和云基础设施的灵活卸载，这显著增加了频谱、计算和存储资源管理的维度和动态性。

为弥合理论与实践的鸿沟，严格的标准化、大规模测试平台和真实部署不可或缺。IEEE Wireless Communications本期专题"面向实用化的低空经济网络：标准化、测试平台与真实部署"汇集了13篇创新研究，从不同角度推进低空网络的实用化进程。

在[A1]中，Abdalla和Marojevic提出了一个支持开放无线接入网(O-RAN)的LAE任务智能编排框架，通过语义视觉无线电应用和多智能体深度确定性策略梯度xApp，实现了复杂城市地形上的信号与干扰加噪声比(SINR)感知轨迹规划。[A2]研究针对大规模自主飞行器(AAV)群的可扩展计算问题，提出了分层跨域架构和自下而上的协同计算算法，在基于Kubernetes的测试平台上展示了资源利用率的显著提升。[A3]将语义通信定位为LAE中高效无人机网络的关键使能技术，在北京郊区的5G电力线巡检测试平台上，展示了生成式AI(GAI)模型如何通过任务导向的图像回传减少传输时间和能耗。

[A4]提出了无处不在的信任智能蜂窝原生网络(UTICN)，在广州部署的城市级管理平台验证了低于10米的跟踪精度。[A5]研究了低空无线网络中利用强视距信道的隐蔽通信安全增强方案。[A6]探索了如何将大型AI模型(LAIM)高效集成到资源受限的低空系统中。[A7]提出了联邦增强(FA)框架解决LAE网络中联邦学习的数据异构性和隐私约束问题。[A8]设计了保护隐私的路由和充电框架，在时空图上通过非合作贝叶斯博弈实现近最优性能。

[A9]开发了多模态大语言模型(MLLM)使能的无人机群框架，构建了森林消防原型系统。[A10]提出了全解耦空天地一体化网络(FD-SGIN)，支持密集飞行器(AV)的低空智能网络(LAIN)。[A11]集成了卫星控制与无人机群，提出了基于协作波束成形的物理层安全范式。[A12]探索了在基站(BS)和无人机上使用具有可调三维视轴的旋转天线(RA)来增强LAE中的覆盖和感知。[A13]设计了全双工集成传感与通信(FD-ISAC)框架，通过通用软件无线电外设(USRP)原型验证了比传统半双工方案更高的频谱效率和精确感知能力。

关键技术方法

研究团队采用了多样化的技术路线：基于O-RAN的智能控制架构实现语义感知的任务编排；分层跨域计算架构支持大规模AAV群协同；生成式AI驱动的语义通信减少传输开销；多域集成传感与通信(ISAC)实现精确感知定位；联邦增强框架解决数据异构性；基于贝叶斯博弈的隐私保护路由；多模态大语言模型使能的人机交互；全解耦空天地网络架构支持异构接入；协作波束成形增强物理层安全；旋转天线优化覆盖性能；全双工ISAC设计提升频谱效率。各项技术均通过真实测试平台或大规模仿真验证。

研究成果

O-RAN使能的智能低空经济部署

通过语义视觉无线电应用提取地形感知特征，结合多智能体强化学习实现SINR感知的轨迹规划，展示AI原生O-RAN控制回路如何支持可扩展的上下文感知LAE部署。

可扩展AAV群协同计算

分层跨域架构将网络划分为由本地调度器和全局调度器管理的局部域，自下而上协同计算算法在360架AAV的大规模仿真中显著提升资源利用率并降低任务完成时间。

语义通信赋能高效无人机网络

提出无人机语义通信架构，在北京5G电力线巡检测试平台上，GAI-based分割、描述和扩散模型实现任务导向图像回传，在保持任务相关语义的同时减少传输消耗。

低空域管理与安全运营

UTICN架构统一多域ISAC感知、高精度多源定位和智能机器通信，广州城市级管理平台实现亚10米级无人机跟踪精度，为空域安全管理提供具体蓝图。

隐蔽通信增强安全

双向无人机-地面案例研究通过联合轨迹-资源设计最大化加权隐蔽率，在强视距信道条件下显著提升安全性能。

大型AI模型低空部署

提出空地云分层架构，通过信道测量实验和案例研究验证LAIM引导的无人机部署及跨平台协同推理的可行性。

联邦增强克服数据异构

在AID数据集上的空中图像分类案例显示，SDP-enhanced FA框架在非独立同分布条件下显著提升准确性和鲁棒性，同时提供更强隐私保证。

隐私保护多无人机协作

在真实城市地图上的评估表明，基于时空图的非合作贝叶斯博弈方案在保护轨迹隐私的同时实现近最优路由和充电性能。

MLLM使能无人机群

森林消防原型展示自然语言人群交互、思维链引导任务规划和自适应群执行，将基于规则的工作流转化为目标驱动的自主服务。

全解耦空天地网络

基于全解耦无线接入网(FD-RAN)概念，FD-SGIN将控制、上行和下行分离到跨地面基站和卫星的异构传输接收点(TRP)，实现高度自适应接入和非对称链路支持。

协作波束成形安全范式

集成卫星-无人机安全中继系统和双向空中安全通信框架案例中，应用增强多目标进化算法联合优化无人机部署、波束成形和能耗，树莓派实践分析显示较低计算开销。

旋转天线增强覆盖感知

通过原型和仿真验证RA-enabled ISAC在基站协同覆盖和多无人机协同覆盖两种部署模式下的性能增益。

全双工ISAC系统

设计协同设计波形支持正交频分复用(OFDM)通信和基于线性调频的感知，多级自干扰消除在空间、射频和数字域实现，室外原型验证高谱效和精确感知能力。

结论与展望

本期专题系统展示了低空经济网络从理论创新到实践部署的最新进展。各项研究通过标准化工作、测试平台建设和真实场景验证，共同推动了低空无线网络在可靠性、安全性和可扩展性方面的突破。特别是在O-RAN智能编排、语义通信、集成传感与计算、物理层安全等关键方向提出了创新解决方案，并通过严格的实验验证了其在实际环境中的有效性。这些成果为构建下一代低空经济基础设施奠定了坚实基础，同时指明了在移动性感知、能效优化、轻量级设计和零信任控制等方向的未来研究路径。随着技术标准的不断完善和测试平台的持续扩展，低空经济有望真正成为推动城市和产业发展的新增长极。