好的，我们继续解读TR 21.918的后续章节。
深度解析 3GPP TR 21.918：8.1 Architecture for UAV and UAM Phase 2 (无人机与城市空中交通架构第二阶段)
本文技术原理深度参考了3GPP TR 21.918 V18.0.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“8.1 Architecture for UAV and UAM Phase 2”的核心章节，旨在为读者深度剖析5G-Advanced如何从基础的通信连接，演进为低空空域的“空中交通管制员”，为无人机（UAV）和新兴的城市空中交通（UAM）提供安全、高效、智能的通信与协同能力。
在之前的章节中，我们已经见证了5G网络如何借助卫星通信飞向广阔的星空。现在，让我们将视线从万米高空拉回到离我们更近的低空空域——这里正成为无人机（UAV）、飞行汽车等城市空中交通（UAM）工具竞相角逐的新蓝海。
3GPP在Release 17中，已经为无人机接入5G网络提供了基础的连接、识别和跟踪能力。然而，随着无人机从“单打独斗”的航拍，走向大规模、高密度的商业运营（如物流配送、城市巡检、载人飞行），低空空域的安全与效率问题变得空前突出。仅仅提供“联网”是远远不够的，5G网络必须扮演起更主动、更智能的角色。
为了应对这一挑战，Release 18启动了“UAS_Ph2”（无人机系统第二阶段）的研究。今天，我们的主角是一家名为“空域数智”的科技公司的首席架构师，王工。他的公司正在为一座智慧城市打造一套完整的低空交通管理平台。他需要确保这套平台能够与5G网络深度融合，为成千上万架无人机提供可靠的通信和安全保障。让我们跟随王工的视角，深入8.1章节，探索5G如何为低空的“钢铁洪流”构建起一套全新的“空中交规”。
1. 从“连接”到“协同”：A2X通信的诞生
王工首先关注的是，当大量无人机在高密度空域飞行时，如何避免它们在空中相撞。传统的地面雷达系统对于小型无人机“看得”不够准、不够快。最有效的办法，是让无人机之间能够相互“看见”并“对话”。
Release 18 Phase 2 enhancements define new system enhancements required by the proliferation of UAV (Uncrewed Aerial Vehicles) and UAM (Urban Air Mobility) vehicles and use cases, as to provide reliable and safe communication for UAV/UAM. In particular, mechanisms are defined to support:
- Broadcast Remote Identification for UAV identification…
- C2 (Command and Control) communications for direct C2…
- aviation applications such as Detect And Avoid (DAA)…
为了实现这些高级功能，Release 18引入了一个全新的通信框架——A2X（Aircraft-to-Anything）。
A new functionality called A2X (Aircraft-to-anything) is added to enable the support of Broadcast Remote Identification, Direct C2 communications, Direct Detect And Avoid, and Ground-based Detect And Avoid for an area. A2X is based on concepts and mechanisms defined in previous releases for Cellular V2X (Vehicle-to-Anything).
A2X借鉴了车联网（C-V2X）的成功经验，其核心思想是让飞行器之间、飞行器与地面之间，能够通过两种主要方式进行直接或间接的通信：
- A2X over PC5：利用PC5直通接口，让无人机之间可以直接“喊话”，交换位置、速度、意图等信息，无需经过基站中转。这对于毫秒级的防撞预警至关重要。
- A2X over Uu：利用传统的Uu蜂窝接口，让无人机与地面网络（如王工的管理平台）通信。这对于航线规划、远程监控等广域应用是必不可少的。
A2X框架的建立，为5G网络从一个单纯的“通信管道”，转变为低空交通的“协同平台”奠定了基础。
2. A2X的三大核心应用：为低空安全保驾护航
在A2X框架下，Rel-18重点定义了三大关键应用，它们共同构成了低空安全飞行的“三驾马车”。
2.1 广播式远程身份识别 (Broadcast Remote ID, BRID)
场景：城市上空，一架无人机正在进行大楼外墙巡检。地面上的执法人员需要快速识别这架无人机“是谁”、“归谁管”、“是否合法飞行”。
For Broadcast Remote ID, A2X provides transport of BRID messages defined by standards outside 3GPP via broadcast PC5 messages or via Multicast Broadcast Service, using broadcast only…
BRID就像是无人机的“电子车牌”。
- 工作方式：无人机会周期性地通过PC5接口，向周围广播包含其唯一身份ID、实时位置、速度、航向等信息的BRID报文。
- 5G的角色：5G网络在这里扮演的是“信息搬运工”的角色。BRID报文的格式和内容由航空管理机构（如FAA）定义，3GPP负责提供一个可靠的、标准化的无线传输通道（PC5或Uu口的MBS），确保这个“电子车牌”能被周边的其他无人机、地面接收设备（如执法人员的手持终端）清晰地接收到。
2.2 直接指挥与控制 (Direct C2)
场景：消防员正在火场前线，利用手持控制器，操控一架消防无人机进行近距离火情侦察。信号必须以极低的时延、极高的可靠性在控制器和无人机之间传输。
For Direct C2, a UAV that supports Direct C2 Communication may establish direct NR PC5 communication with a UAV controller based on application layer information (e.g. information regarding the identity of the serving UAV controller).
Direct C2为这种“人机一体”的精准操控提供了保障。
- PC5直连：控制器和无人机之间通过PC5接口建立一条点对点的、高可靠的通信链路。所有控制指令和视频回传都在这条链路上直接传输，绕过了基站和核心网，将端到端时延降至最低。
- 授权与安全：为了防止无人机被“劫持”，Direct C2的建立需要经过严格的授权。这个授权可以由无人机服务供应商（USS，相当于无人机的“运营商”）通过Uu网络接口，在飞行前或飞行中下发给无人机，确保只有合法的控制器才能与其建立连接。
2.3 探测与规避 (Detect And Avoid, DAA)
这是低空安全的核心，也是王工最为关注的技术。
场景：两架物流无人机在航线的交叉口即将相遇，它们没有统一的地面塔台进行调度。它们必须能够自行发现对方，并协商出安全的规避动作。
For Direct Detect And Avoid, the detection and deconfliction of potential collisions between UAVs is locally performed between UAVs using direct UAV to UAV communication over PC5… In case of a potential conflict is detected between two UAVs, the two devices can use unicast PC5 communications to exchange DAA information for flight deconfliction…
Rel-18为此定义了一套基于PC5的分布式协同防撞机制。规范中的Figure 1: Information flow for Direct Detect And Avoid清晰地描绘了这一流程：
- 广播探测（Broadcast DAA）：所有无人机都会周期性地通过PC5广播自己的DAA信息（位置、速度、飞行意图等）。无人机A通过接收无人机B的广播，在其机载应用层检测到潜在的碰撞风险。
- 可选上报（Inform UTM）：无人机A和B可以选择性地通过Uu接口，将这个潜在风险上报给王工的无人机交通管理（UTM）平台。
- 协商规避（Deconfliction）：关键的一步来了。无人机A会发起一个**PC5单播（unicast）**连接请求，与无人机B建立一条临时的“私聊”通道。
- 交换规避指令：在这条私聊通道上，两架无人机交换DAA冲突解脱请求/响应消息，例如，“我向右爬升10米，你保持高度”，通过协商达成一致的规避动作，从而避免碰撞。
这种“广播发现+单播协商”的模式，兼顾了效率和精确性，为高密度的无人机自主协同飞行提供了强大的技术保障。
3. A2X的策略与授权：谁来制定“空中交规”？
有了通信能力，谁来决定何时使用、如何使用这些能力？谁来为无人机的行为制定规则？
Authorization and configuration of A2X services may be based on A2X Policies configured in the device… A2X Policies also configure the device on how to use the A2X transport based on either PC5 or cellular connectivity with the MNO. A2X Policies may be defined with input from an application function in the aviation domain, e.g. the UTM… via Network Exposure Function (NEF) services.
Rel-18引入了**A2X策略（A2X Policies）**的概念，这正是“空中交规”的载体。
- 策略内容：A2X策略会详细规定，例如，在某个地理区域内，BRID的广播频率是多少？是否允许使用Direct C2？DAA功能在什么条件下必须开启？
- 策略来源：这些策略的最终制定者是航空领域的专业机构，比如王工的UTM平台。
- 策略下发：UTM平台并不能直接向无人机下发指令。它需要通过5G核心网的**NEF（网络能力开放功能）**接口，将这些A2X策略“翻译”成5G网络能够理解的策略参数，再由5GC通过标准的UE策略下发流程（类似于URSP），将这些“空中交规”配置到无人机中。
通过NEF这个“翻译官”，5G网络成功地将航空领域的专业管理需求，与底层的通信能力无缝地结合在了一起。
总结
3GPP TR 21.918的8.1章节，为我们描绘了一幅5G-Advanced深度赋能低空经济的宏伟蓝图。它远不止是为无人机提供一张“天网”，更是要为这片天空建立起一套智能的“交通规则”。
通过引入创新的A2X通信框架，5G网络获得了PC5直通和Uu蜂窝两条“腿”，能够同时满足无人机之间低时延的本地协同，以及无人机与云平台之间大带宽的广域通信需求。
基于A2X框架，BRID（电子车牌）、**Direct C2（精准遥控）和DAA（协同防撞）**这三大核心应用，从身份识别、指挥控制和安全规避三个维度，构建起了低空飞行的全方位安全保障体系。
而A2X策略与NEF的结合，则打通了航空管理领域与通信领域的壁垒，让专业的“空中交规”能够被有效地加载到每一架飞行器上。
对于像王工这样的低空交通管理者而言，Rel-18的这些增强，意味着他们终于有了一套标准化的、可信赖的“技术武器”，能够去管理和调度未来城市上空成千上万的无人机。5G，正在从一个通信技术的提供者，真正蜕变为未来智慧城市低空基础设施的构建者和守护者。
FAQ - 常见问题解答
Q1：A2X通信框架与C-V2X（蜂窝车联网）有什么共同点和不同点？ A1：共同点在于核心通信理念和架构。两者都采用了“PC5直通 + Uu蜂窝”的双模通信方式，以兼顾低时延的邻近通信和广覆盖的云端通信。很多基础机制，如资源分配、拥塞控制等，A2X都借鉴了C-V2X的成熟设计。不同点在于应用场景和上层协议。C-V2X服务于地面二维交通，其上层消息集（如BSM, CAM）主要围绕车辆的行驶状态。而A2X服务于空中三维交通，需要考虑高度、飞行姿态等更多维度，其上层应用（如BRID, DAA）直接对接的是航空管理领域的标准和法规，这是两者最本质的区别。
Q2：在DAA（探测与规避）流程中，为什么需要从“PC5广播”切换到“PC5单播”？ A2：这是一种从“发现”到“解决”的效率优化策略。PC5广播就像在公共广场上“喊话”，所有无人机都在不停地广播自己的位置和意图。这种方式效率很高，适合用于发现周边的潜在威胁。当无人机A通过监听广播，发现与无人机B有碰撞风险时，问题就从“发现”转变为“解决”。此时，如果继续在公共频道“喊话”协商，会干扰到其他无关的无人机。因此，切换到PC5单播，就像把无人机B拉到一个“私聊房间”，两架飞机可以进行点对点的、更复杂的规避动作协商（如交换具体的爬升/下降/转向指令），而不会影响公共通信信道。
Q3：什么是UTM（无人机交通管理）平台？它在整个A2X架构中扮演什么角色？ A3：UTM（Unmanned Aircraft System Traffic Management）是无人机领域的“交通管理局”。它是一个云端平台，负责无人机飞行的注册、航线规划、空域授权、飞行监控、交通流量管理等。在A2X架构中，UTM扮演的是**“规则制定者”和“最高指挥官”**的角色。它根据空域的整体情况，通过5G网络的NEF接口，向无人机下发A2X策略（即“空中交规”）。同时，它也会接收无人机通过Uu接口上报的飞行状态和告警信息（如DAA中发现的潜在碰撞），对整个低空交通态势进行宏观调控。
Q4：一个没有运营商SIM卡的无人机（例如，个人爱好者购买的航拍无人机），可以使用A2X功能吗？ A4：可以，但功能会受限。规范明确指出，A2X支持有订阅和无订阅两种设备。对于没有SIM卡的无人机，它可以使用基于PC5直通接口的功能，如广播自己的BRID信息、接收其他无人机的DAA信息。这些通信发生在开放的、非授权的ITS频谱上。但是，它无法使用基于Uu接口的功能，比如将飞行日志实时上传到云端UTM平台，或者从网络接收动态更新的A2X策略。其授权和配置，更多地依赖于出厂时的预配置或通过Wi-Fi/蓝牙等方式的本地配置。
Q5：Direct C2（直接指挥与控制）与我们平时用Wi-Fi或蓝牙遥控无人机有什么优势？ A5：主要优势在于通信距离、可靠性和安全性。1）距离：PC5接口基于蜂窝通信技术，其通信距离可以达到数百米甚至公里级，远超Wi-Fi和蓝牙的几十米。2）可靠性：PC5通信工作在专用的、受保护的ITS频谱上，抗干扰能力强。同时，它借鉴了5G URLLC的部分技术，可以提供更低的延迟和更高的可靠性，确保控制指令的实时送达。3）安全性：如前所述，Direct C2的建立需要经过严格的USS网络侧授权，通信链路本身也采用了蜂窝级的加密和认证机制，可以有效防止信号干扰和非法“劫持”，这对于商业和工业级无人机应用至关重要。