北斗+5G综合时空网赋能低空经济：技术架构、应用实践与未来展望

doi:10.7527/S1000-6893.2026.33591

Abstract

Abstract:

As a new pillar of China’s economic growth， the booming low-altitude economy hinges on core enabling technologies including positioning， navigation and wireless communication. The Beidou-5G integrated spatiotemporal network， a novel infrastructure combining the Beidou Navigation Satellite System （BDS） and 5G， delivers integrated communication and navigation services essential to low-altitude operations and fuels sound development of the low-altitude economy.Centered on this network and taking Beidou-5G integrated base stations as core nodes， this paper systematically investigates low-altitude UAV communication-navigation integration basics. It compares native BDS and 5G features， exposes drawbacks of standalone deployment， and presents the network’s overall framework. Key discussions cover integrated base station hardware， 5G control-plane broadcast technology and network layout schemes. Benchmarking rival base station designs proves 5G control-plane broadcast excels in low latency， massive concurrency and robust security.This paper assesses the network’s support for low-altitude scenarios from five perspectives： full-coverage high-precision time synchronization， centimeter-level positioning improvement， multi-aircraft collaborative sensing， low-altitude weather and interference surveillance， and upgraded communication performance. It further discusses integration and construction hurdles， then forecasts trends such as communication-sensing-navigation fusion， advanced Positioning， Navigation and Timing（PNT） services and innovative network operation modes.The final conclusion： large-scale rollout of Beidou-5G integrated base stations fixes key low-altitude bottlenecks-unreliable positioning， weak airspace oversight and safety risks-by establishing a converged digital spatiotemporal platform. This research offers valuable guidance for technical tuning and industrial rollout of the low-altitude economy.

Key words: integrated spatiotemporal network, BDS/5G integrated base station, low-altitude economy, integrated communication and navigation, 5G control plane, low-altitude unmanned aerial vehicle

CLC Number:

V279

Chuang SHI, Kunlei LI, Jiale WANG, Ming XIA, Shijun CHEN, Xin JIANG, Xiayu LI, Yi WAN, He ZHANG, Yao JIN. Empowering low-altitude economy with BDS/5G integrated spatiotemporal network: Technical architecture, application practice and future prospect[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2026, 47(14): 333591.

Figures/Tables 14

Fig.1

Table 1

Fig.2

Fig.3

Table 2

Fig.4

Fig.5

Table 3

Technical comparison between user plane broadcast in 5G base stations and control plane broadcast in BDS/5G integrated base stations

对比维度	用户面播发	控制面播发
传输模式	点对点单播信道，数据经PDU会话逐一传输至目标终端，资源消耗容量和终端数量的关系为 $C = ∑ i = 1 N B l o g 2 (1 + S N R i)$ （ $N$ 为终端数量， $B$ 为信道带宽， $S N R i$ 为接收信噪比）	广播信道，数据经一条公共信道同时传输给区域所有终端，资源消耗容量与终端数量无关，主要受广播带宽和覆盖区最弱接收条件约束 $C = B l o g 2 (1 + S N R m i n)$ （ $S N R m i n$ 为终端中最差信噪比）
资源调度机制	动态资源调度机制，符合M/M/1排队模型，终端的请求随机到达基站，单个请求的平均等待时延为 $T w = λ μ (μ - λ)$ （ $λ$ 为请求到达率， $μ$ 为基站服务率）	静态资源预留机制，可为数据预留固定的控制面时隙和频域资源，并优先调度，避开排队过程，端到端的时延仅有信号传播时延和协议处理时延组成，整体可控制在1~10 ms，与终端和网络负载无关
协议栈路径	数据平面完整栈，路径为应用层→传输层→IP层→用户面协议栈，其中传输层的3次握手、重传机制与IP层的路由寻址，会引入至少3层协议开销，协议栈主要包括TCP/UDP、IP、SDAP、PDCP、RLC、MAC、PHY	控制平面轻量级栈，路径为定位信令→NAS层→控制面协议栈，数据嵌入定位信令或者控制面广播流程，协议栈主要包括LPP/NAS/RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY
移动性管理方式	PDU会话承载与基站局部资源强绑定，终端跨基站切换时，必须释放原有资源，引入100~500 ms的数据中断	广播承载与核心网全局资源绑定，终端跨基站切换时，无需重建任何承载，数据由核心网AFM统一调度
安全机制	应用层附加安全，加密与鉴权由外部SUPL服务器实现，密钥在终端与服务器之间协商生成，安全等级完全依赖应用层的实现，无法复用5G网络原生安全能力	网络层原生安全，加密与鉴权由5G核心网AMF与AUSF原生实现，密钥与终端的SIM卡身份绑定，由核心网统一生成与分发，安全等级与5G核心网完全一致

Table 3

Fig.6

Fig.7

Table 4

Fig.8

Fig.9

Table 5

5G communication-navigation integration and BDS spatiotemporal service standard system

标准体系归属	标准层级	标准编号	标准名称
5G通导融合技术标准体系	行业标准	YD/T 3628-2019	5G移动通信网安全技术要求
	行业标准	YD/T 3936-2021	基于移动通信网的高精度定位总体技术要求
	行业标准	YD/T 4745-2024	基于服务化架构的5G核心网增强位置业务总体技术要求
	国际标准	3GPP TS 23.273 V16.0.0	5G系统位置服务第2阶段（5G System （5GS） location services Stage 2）
	国际标准	3GPP TS 23.502 V16.0.0	5G系统流程（Procedures for 5G System （5GS））
	国际标准	3GPP TS 29.500 V16.0.0	基于服务化架构的5G系统技术实现（5G system technical realization of service based architecture）
	国际标准	3GPP TS 29.518 V16.0.0	5G系统接入和移动管理服务第3阶段（5G System； Access and mobility management services； Stage 3）
	国际标准	3GPP TS 37.355 V16.0.0	NR定位协议（NR positioning protocol）
	国际标准	3GPP TS 38.305 V16.0.0	NG-RAN用户设备定位（User Equipment positioning in NG-RAN）
	国际标准	3GPP TS 38.413 V16.0.0	NG-RAN应用协议（NG-RAN； NG Application Protocol （NGAP））
	国际标准	3GPP TS 38.455 V16.0.0	NR定位附加协议（NR positioning protocol A）
	国际标准	OMA-AD-SUPL V2.0	安全用户面定位架构协议（Secure user plane location architecture）
北斗时空服务标准体系	国际标准	RTCM10403.3	差分数据GNSS服务标准（第3版）（Differential GNSS services Version 3）
	国家标准	GB/T 37019.1-2018	卫星导航地基增强系统播发接口规范第1部分：移动通信网
	国家标准	GB/T 35767—2017	卫星导航定位基准站网基本产品规范
	国家标准	GB/T 39721-2021	北斗地基增强系统基准站入网技术要求
	国家标准	GB/T 39723-2020	北斗地基增强系统通信网络系统技术规范
	国家标准	GB/T 39772.1-2021	北斗地基增强系统基准站建设和验收技术规范第1部分：建设规范
	国家标准	GB/T 44088-2024	北斗卫星导航系统测量型模块技术要求及测试方法
	国家标准	GB/T 44485-2024	北斗地基增强系统实时定位分级服务内容及数据格式
	国家标准	GB/T 44068-2024	LTE移动通信终端支持北斗定位的技术要求
	地方标准	DB13/T 6036-2024	北斗+5G一体化融合位置服务通用规范

Table 5

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定位方法	水平RMS/m	垂直RMS/m
SPP^［13］	5.0	10.0
PPP^［13］	0.3	0.5
PPP-RTK^［14］	0.025	0.05
RTK/NRTK^［14］	0.01	0.02

方案	北斗模块组成	5G模块复用	信号流向
5G+伪卫星一体化基站^［35］	多通道伪卫星发射主机、多频收发天线、射频线缆	复用5G射频链路、天线与传输资源，共址发射5G信号与北斗等伪卫星信号	基站主动发射北斗/GPS L波段信号+5G通信信号
5G+北斗基准站一体化基站^［36］	北斗3D扼流圈接收天线、北斗信号接收板卡、数据中心/播发控制模块	复用5G AAU/BBU、供电单元与回传链路，由5G射频单元播发北斗增强数据	基站被动接收北斗卫星信号→生成差分数据→5G链路广播给用户
5G-A+北斗通感导一体化基站^［6］	改造后的北斗授时模块（可输出卫星测量信息）	复用5G-A通感一体AAU/BBU、授时模块与感知链路，实现通感导协同	基站接收北斗信号→生成RTK改正数→修正感知参数并提供定位服务

应用场景	核心需求	文献
电力输电线自动巡线	北斗RTK厘米级定位；巡检图像实时回传	［65-67］
农林业植保	回传位置和飞行轨迹；多模态数据采集；病虫害监测；精准喷施	［68-69］
物流配送	高精度定位；路径规划	［70-71］
智慧城市治理	图像采集；建筑巡检；交通管制	［72-73］
应急救援	灾害区域精准定位与连续导航	［74-76］
低空测绘与三维建模	厘米级/分米级高精度定位；点云数据高速回传；多机协同航测	［77-78］
低空文旅表演	厘米级编队定位与同步控制；指令接受与下发	［79］

Empowering low-altitude economy with BDS/5G integrated spatiotemporal network: Technical architecture, application practice and future prospect

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