毫米波感知＋5G—A通信，讓智慧能源更安全

借助毫米波高精度感知和5G網絡強大通信能力，聯通浙江開展了全國首個電力行業5G—A試點，可有效防范外部物體入侵、誤觸，提升電網事故防范水平和供電可靠性，同時節約電網運維成本，實現用戶、電網、運營商多方互利共贏

“黑飛”無人機入侵重要電力基礎設施、誤撞變電站、高壓線路，挖掘機、吊車誤觸電力線路……近年來，隨著無人機等智能設備的廣泛應用及大規模城市化建設的推進，電網等能源本體安全面臨巨大挑戰。

要保障電網等基礎設施更安全可靠的運行，需要借助數字技術手段打造新型電力系統，使之具有超強感知能力、智慧決策能力和快速執行能力。聯通（浙江）產業互聯網有限公司（下稱“聯通浙江”）結合電力行業需求，借助毫米波高精度感知和5G網絡強大通信能力，在浙江嘉興開展了全國首個電力行業5G—Advanced通感一體技術研究與應用試點（下稱“5G—A試點”），可有效防范外部物體入侵、誤觸，提升電網事故防范水平和供電可靠性，同時節約電網運維成本，實現用戶、電網、運營商多方互利共贏，有力支撐新型電力系統建設。

三大關鍵融合技術，精準突破“技防”難點

電網安全是保障社會財產生命安全的有效前提。傳統的輸電線路防范外力破壞手段主要以“人防”為主，人力投入大、成本高，卻效果甚微。新型電力系統迫切需要借助廣泛存在的超強感知能力以支撐智慧決策和快速響應，實現管理手段從“人防”到“技防”，更可靠地保障國家電網基礎設施安全。

5G—A試點設計了基站—核心網—監控平臺的通感一體化系統架構，在基站側通過空口融合設計、時頻空資源復用、高隔離度天線收發全雙工等技術，實現感知功能在通信基站上共享共用、按需疊加，有效降低感知的部署成本，提高快速部署能力；在核心網側部署AI感知解算能力，高效解析感知目標位置、速度、類型等關鍵參數，實現感知目標精準分辨識別；在平臺側部署電力空域安全防御平臺，實現感知事件信息生成、圖形界面展示、告警提示等功能，真正實現感知能力和通信能力的融合共生、互惠互利。

具體來說，5G—A試點主要包含三大關鍵技術——

首先是通感一體空口融合技術，包括波形設計和感知幀結構設計。在波形設計方面，通過頻域稀疏性設計使感知信號占用更大帶寬的同時節省資源開銷，通過感知信號在時域進行重復傳輸來提升多普勒估計準確性，通過窄波束掃描的方式發送感知信號來最大化感知信號鏈路質量、最小化感知信號與其他信號之間的干擾，從而提升距離、速度、角度估計精度，實現通信和感知性能的雙向提升。在感知幀結構設計方面，通過讓通信和感知各自擁有自己的幀結構，通信與感知的資源通過時分、頻分、空分、碼分等方式復用，以同時滿足通信和感知的需求。

其次是通感一體軟硬件融合技術。主動感知需工作在同時同頻全雙工模式，當前的無線通信系統共用收發天線，隔離度不能滿足感知需求。通過軟件配置，可以令一部分天線工作在發射模式，一部分天線工作在接收模式實現全雙工，在收發天線之間實現高隔離度，避免發射信號造成接收通道阻塞，實現主動感知功能，并提高探測范圍和結果的可靠性。

最后是低慢小目標探測和跟蹤技術。無人機的目標反射截面積非常低，需要很高的探測靈敏度才能實現穩定的探測和跟蹤，而高靈敏度又容易受地面目標干擾而出現虛警。采用多波束精確測角技術實現米級測高精度，采用目標識別技術區分無人機和非無人機目標，采用軌跡跟蹤技術克服無人機短暫懸停導致的軌跡中斷錯誤，提高無人機軌跡完整度和探測跟蹤的可靠性，實現目標高度和移動軌跡準確識別。

豐富應用場景，提升社會治理水平

如今，5G—A試點基站部署在嘉興烏鎮變電站附近，實現24小時全天候監測跟蹤變電站全空域“黑飛”無人機動向，探測距離達到1km；無人機在變電站100米范圍內發出首次入侵告警，在變電站50米范圍內發出黃色入侵告警，在20米范圍內發出紅色嚴重告警，構建了面向變電站無人機入侵檢測防御的“電子圍欄”。2022年8月至2023年4月，在烏鎮變電站區域1000米范圍內累計識別黑飛、誤飛無人機39架次，大幅提高了變電站空域防御水平，有力地保障了電網安全穩定運行。

“從試點運行情況來看，5G—A通感一體技術的創新價值主要體現在技術先進性、經濟性、成本優勢和性能優勢4個方面。”聯通浙江相關負責人介紹道。

技術方面，采用5G—A毫米波通信感知技術和新型感知算法，具有更高的頻譜效率和數據傳輸速率，同時可實現1km距離高精度的目標識別和軌跡跟蹤，具有更強的實時性和可靠性，可滿足不同場景和業務的需求。經濟性方面，此項技術可在不改變現有5G網絡架構、不增加站點部署密度基礎上，提供廣域覆蓋的全天候、多類型的目標感知能力，真正實現感知能力和通信能力融合共生、互惠互利。

成本優勢上，一個通感單站可替代4個TDoA站點（總投資需80萬元），而新建通感單站成本僅需50萬元，且可利用已有基礎設施和通信網絡進行改造，單站可節省建設和維護成本超30萬元，并可一網多用，具有更低的成本和更高的性價比。性能優勢上，通感一體技術可以高精度、高分辨率的無人機探測和跟蹤，可實現對低空無人機的實時監測和預警。

“十四五”期間，我國電網建設加速，電網生產管理環節與社會其他生產生活場景結合得更加緊密，交互過程中存在影響電力安全可靠的潛在風險。5G—A通感一體技術可大幅減少管理成本，提升電網數字化管理和安全水平。如將其應用于變電站無人機偵測及周界防護場景，可實現精確識別變電站禁飛區域無人機入侵及周界防護，且感知精度高、發現速度快、探測種類全。對于城市施工環境輸配電線路風險識別場景，可實現工程車輛識別和定位，并在設備靠近輸電線路指定距離范圍時引發預警，保障施工人員人身安全及輸電設備穩定運行。

隨著數智化社會轉型持續深化，無人機、自動駕駛汽車、機器人等自動設備在社會生產生活中運用逐漸增多，對周圍環境的影響逐漸增大。5G—A通感一體技術的應用研究，在城市建設、智慧交通與車路協同場景、鐵路周界場景具有廣大的應用前景，不僅可以通過規模效應和引領作用，進一步降低終端價格，也能為不斷涌現的智慧工業、智慧醫療、智能交通等新興業務場景提供底層能力支撐，促進數字經濟發展，助力數智社會高效治理。

[作者單位：聯通（浙江）產業互聯網有限公司]