第六代移动通信网络将通信、感知与计算功能融合于统一的空域管控框架中,低空经济的快速发展使空域内无人机、飞行汽车和传统航空器的数量持续增长,空域资源的稀缺性日益凸显。数字孪生技术通过构建物理空域的虚拟映射,将空域内的飞行器状态、频谱占用情况和通信链路质量实时同步至虚拟空间,为管控决策提供数据基础。频谱动态博弈在数字孪生的支撑下,将频谱资源的分配视为多个管控主体之间的博弈过程,各主体根据自身业务需求和干扰约束调整频谱使用策略。空域管控与频谱动态博弈的协同运行,使6G通感算一体网络能够在保障飞行安全和通信质量的前提下提升空域和频谱资源的利用效率。
数字孪生空域模型是空域管控决策的基础设施。模型包含空域几何信息、飞行器状态信息和电磁环境信息三个层面。空域几何信息描述建筑物、地形和禁飞区等静态障碍物的空间分布。飞行器状态信息通过通信链路和感知系统实时采集,包括飞行器的位置、速度、航向和任务类型。电磁环境信息来源于频谱监测设备和通信链路的信道状态反馈,反映各频段的占用情况和干扰水平。数字孪生模型的时间同步精度决定了管控决策的时效性,飞行器状态信息的更新时延需控制在管控周期的允许范围内。模型的数据融合算法将多源异构信息统一至相同的时间和空间参考系,为后续的博弈分析和决策优化提供一致的数据输入。
通感算一体网络在空域管控中承担通信保障、目标感知和计算处理三项功能。通信功能为飞行器提供控制指令传输和数据回传链路,感知功能通过雷达和通信信号的反射回波检测非合作目标,计算功能在边缘节点上执行空域态势分析和冲突检测。三项功能共享频谱资源和天线阵列,频谱资源的分配需在通信、感知和计算三类业务之间进行权衡。通信业务对频谱的需求取决于飞行器的数据速率和链路可靠性要求,感知业务对频谱的需求取决于探测距离和分辨率要求,计算业务对频谱的需求取决于任务卸载的数据量和时延约束。频谱资源的分配结果影响三类业务的性能表现,分配策略需根据空域内业务需求的时空分布动态调整。
频谱动态博弈将频谱分配建模为多个管控主体之间的策略交互过程。管控主体包括地面通信运营商、空域管理机构和飞行器运营方,各主体对频谱资源的需求和使用方式不同。地面通信运营商关注通信链路的容量和覆盖,空域管理机构关注感知系统的探测性能和飞行安全,飞行器运营方关注控制链路的可靠性和时延。各主体的策略选择相互影响,某一主体增加频谱占用可能对其他主体造成干扰,导致对方调整策略。博弈的均衡状态是各主体在给定其他主体策略的条件下无法通过单方面改变策略获得更优结果的状态。数字孪生模型为博弈分析提供实时状态信息,使各主体能够基于当前的空域态势和频谱占用情况做出策略调整。博弈的求解算法需在管控周期内完成计算,算法的复杂度与主体数量和策略空间大小相关。
数字孪生驱动的频谱博弈需要解决信息不对称和策略可信度问题。各管控主体掌握的信息不完全相同,飞行器运营方了解自身飞行器的任务需求和链路状态,地面运营商了解地面网络的负载分布,空域管理机构了解空域的整体态势。信息不对称导致博弈分析中的策略预测存在偏差,主体可能隐藏真实需求以获取更多的频谱资源。数字孪生模型通过多源数据的交叉验证减少信息不对称的影响,感知系统获取的飞行器状态与通信链路反馈的位置信息进行比对,识别不一致的信息并予以修正。策略可信度通过激励机制设计保障,博弈规则中对真实申报需求的主体给予优先分配权,对虚报需求的主体施加频谱使用限制,使各主体有动机真实报告自身状态。
空域管控与频谱博弈的工程验证需要在包含数字孪生平台、通感算一体基站和飞行器模拟器的测试环境中进行。测试场景包括多飞行器在同一空域内执行不同任务、地面通信与飞行器通信共存以及感知系统与通信系统共享频谱等典型情况。评估指标包括空域冲突检测率、通信链路中断率、频谱利用效率和博弈收敛时间。测试数据表明数字孪生模型的状态同步精度满足管控决策要求,频谱博弈在多方参与的场景中通过策略交互实现了频谱资源的动态分配,相比静态分配方案提升了频谱利用效率。空域冲突检测在通感算一体网络的感知功能支撑下识别了潜在的飞行冲突并提前发出预警。博弈收敛时间在主体数量增加时延长,需要在管控周期和博弈精度之间进行权衡。当前,数字孪生驱动的6G通感算一体空域管控与频谱动态博弈技术正处于从理论分析向系统级验证过渡的阶段,相关算法和架构设计已在多个测试平台上完成性能评估,为后续的标准化和产品化提供技术基础。