5G基站可否運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)

Loon 可以說是一個(gè)非常簡單粗暴的項(xiàng)目，起初，項(xiàng)目開發(fā)人員將路由器(信號中繼設(shè)備)掛在氣象氣球上，讓它飛到 10 公里高，然后再看看有沒有信號。

經(jīng)過不斷的演進(jìn)，氦氣球有了可充封結(jié)構(gòu)，和模塊化的鋁制負(fù)載，以及太陽能電池、燃料電池和一些電子元件，使其能夠在溫差變化、高強(qiáng)紫外輻射的條件下保持長時(shí)間飛行，并利用算法指揮動(dòng)力、熱力系統(tǒng)，改變氣球位置進(jìn)而調(diào)節(jié)氣球群的布居。據(jù)悉，Loon 項(xiàng)目已經(jīng)在新西蘭、斯里蘭卡、澳大利亞、印尼等地進(jìn)行飛行試驗(yàn)。

臉書 Aquila：波音 737 那么大的展翼

2014 年，臉書收購英國航空公司 Ascenta，為無人機(jī)制造以及激光通信做足準(zhǔn)備工作。隨后，扎克伯格宣布天鷹計(jì)劃，即以無人機(jī)為載體，利用激光通信，實(shí)現(xiàn)全球三分之二的無線覆蓋率。

據(jù)悉，Aquila 計(jì)劃由氦氣球提升至氣候環(huán)境穩(wěn)定的平流層，白天飛行于 9 萬英尺，規(guī)避商業(yè)飛機(jī)航線，吸收和貯存太陽能，晚上則飛行于 6 萬英尺，目標(biāo)續(xù)航時(shí)間為一次 90 天。Aquila 將沿著半徑約為 3 公里的圓形空中區(qū)域飛行，F(xiàn)acebook 加州實(shí)驗(yàn)室工程師希望它的激光信號能覆蓋半徑約 50 公里的地面區(qū)域。

根據(jù)最近媒體披露的 Aquila 第二次試飛：高度從第一次的 655 米上升到了約 914 米，時(shí)間上延長了 10 分鐘，達(dá) 1 小時(shí) 46 分鐘。

低軌道衛(wèi)星群方面，去年 11 月，SpaceX 向 FCC 請求，利用可重復(fù)使用的獵鷹 9 號火箭發(fā)射 4425 顆衛(wèi)星為全球提供高速互聯(lián)網(wǎng)，但由于計(jì)劃的衛(wèi)星數(shù)過多 FCC 便是方案仍需審查。相反，初創(chuàng)公司 OneWeb 獲得了高通、維珍、軟銀的支持，計(jì)劃到 2019 年發(fā)射 720 顆低軌道衛(wèi)星，并被 FCC 允許進(jìn)入美國市場。

以上通信平臺在實(shí)際推廣中往往有些困難，主要因?yàn)椋?/p>

1、載荷能力較強(qiáng)，飛行高度高、距離遠(yuǎn)，滯空工作時(shí)間相對較長。

2、體積大、地面保障系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜、維護(hù)成本高、訓(xùn)練保障要求高 ;

3、發(fā)射回收條件要求高，需要專門的起降場地;

4、靈活性不足從而導(dǎo)致整體滯空時(shí)間短;

5、需協(xié)調(diào)飛行空域 。

系留式無人機(jī)：全天候超靈活

從需求來看，國內(nèi)基站建設(shè)相對比較完善，但由于幅員遼闊，地理、氣候條件復(fù)雜，是全球遭受自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。自然災(zāi)害導(dǎo)致的光纖、基站受損可使通訊中斷，影響救災(zāi)組織、指揮調(diào)度、人員搜救、次生災(zāi)害預(yù)防等進(jìn)程。

應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)(國際海事衛(wèi)星)因搶險(xiǎn)現(xiàn)場的搶險(xiǎn)單位和人員通信過多而負(fù)荷過重不能保證實(shí)時(shí)通信;北斗衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)階段還只能提供通信簡 i 吾服務(wù)。許多搶險(xiǎn)隊(duì)伍因無搶險(xiǎn)應(yīng)急通信系統(tǒng)支持 ， 使得搶險(xiǎn)現(xiàn)場的信息不能實(shí)時(shí)送至搶險(xiǎn)現(xiàn)場指揮部和后方應(yīng)急中心。搶險(xiǎn)隊(duì)伍在進(jìn)入災(zāi)區(qū)核心區(qū)域和進(jìn)入后的工作過程中， 與搶險(xiǎn)現(xiàn)場指揮部和后方應(yīng)急中心基本處于通信失聯(lián)狀態(tài)。

常見的應(yīng)急通信系統(tǒng)是應(yīng)急通信車，但當(dāng)遭遇道路損毀、塌方使其局限了其使用。再加上近兩三年 ，隨著直流無刷電機(jī) 、高能鋰聚合物 、多旋翼協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)的突破 ，微小型多旋翼無人機(jī)日漸成熟。于是，便攜式通訊基站，也即是基于系留式無人機(jī)實(shí)現(xiàn)的空中應(yīng)急基站成為一種重要的解決方案。

一般的多旋翼無人機(jī)僅能飛行 30 分鐘至 1 個(gè)小時(shí) ，系留多旋翼無人機(jī)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷飛行 。與此同時(shí)，由于天線高度可隨無人機(jī)飛行高度升高，覆蓋角度可隨無人機(jī)旋轉(zhuǎn)方向調(diào)整，能更加有效地實(shí)現(xiàn)大面積信號覆蓋。

2009 年，德國研究人員們初步測試了可提供 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)信號的無人機(jī)。美國運(yùn)營商 AT&T(Flying COW)、Verizon 和高通均已測試過基于無人機(jī)的機(jī)載 LTE 網(wǎng)絡(luò)基站，此外還有日本電信運(yùn)營商 KDDI 的雄蜂基站、英國 EE 的 LIVE。

最近，北德克薩斯大學(xué)的無人機(jī)基站也進(jìn)行了野外實(shí)地測試，據(jù)稱將系統(tǒng)傳輸功率上調(diào)到 10W 時(shí)，覆蓋范圍可以拓展到整個(gè)丹頓市。

系留式無人機(jī)應(yīng)急通信高空基站具備三大特點(diǎn)：

1、續(xù)航時(shí)間長：采用光電復(fù)合纜，為無人機(jī)和 RRU 供電，續(xù)航時(shí)間可達(dá) 8 小時(shí)，較傳統(tǒng)無人機(jī)基站續(xù)航時(shí)間提升 31 倍。

2、靈活性強(qiáng)：由小型越野車搭載無人機(jī)通信系統(tǒng)，可快速到達(dá)通信中斷現(xiàn)場，滿足保障需求。

3、可擴(kuò)展性強(qiáng)：根據(jù)應(yīng)急通信的不同場景，可靈活配置全向或定向天線，選擇分組化微波或無線環(huán)網(wǎng)傳輸設(shè)備，安裝模塊化、飛控半自動(dòng)化，普通人員短期培訓(xùn)即可上崗。

除了應(yīng)自然災(zāi)害下的應(yīng)急通訊通道需求，系留式無人機(jī)還被應(yīng)用于監(jiān)視和偵察，如 CTTSO 出資支持的美國航空環(huán)境公司(AeroVironment)的無人機(jī)系統(tǒng) Tether Eye，以色列用于邊界監(jiān)視、新聞采訪的小型無人機(jī)產(chǎn)品 HoverLite，CyPhy 公司與美軍合作的全景攝像袖珍系留無人機(jī) Pocket Flyer……

國內(nèi)方案：華為+移動(dòng)+創(chuàng)企

國內(nèi)系留式無人機(jī)的發(fā)展主力目前是中國移動(dòng)，相關(guān)應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)在洪澇、臺風(fēng)、塌方、地震等災(zāi)害中，并在邊界巡視、基地安全、景區(qū)監(jiān)測、地質(zhì)勘測、野外作業(yè)、森林防火、應(yīng)急通信、公安反恐、交通監(jiān)管、新聞采訪、工程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、影視拍攝、科學(xué)研究、國防軍工等領(lǐng)域有一些前景。

中國移動(dòng)的系留式無人機(jī)背后還有華為(提供 4G 基站)和一家創(chuàng)企(卓翼智能科技有限公司)的影子。與兩位大佬合作的這家創(chuàng)企，團(tuán)隊(duì)來自北航、清華、浙大等高校，有多名北航的教授、副教授擔(dān)任公司技術(shù)顧問，據(jù)稱已經(jīng)獲投數(shù)千萬元。

有報(bào)道顯示，借助該高空基站迅速建立的應(yīng)急通信系統(tǒng)，無人機(jī)可為方圓 5 平方公里區(qū)域持續(xù)提供 8 小時(shí)的穩(wěn)定信號(一說駐空高度 800 米時(shí)，覆蓋可達(dá) 20 公里)，站點(diǎn)部署可在 2 小時(shí)內(nèi)完成(但本次地震中基站團(tuán)隊(duì) 10 日下午到達(dá)九寨溝，11 日上午完成站點(diǎn)開通。實(shí)際運(yùn)用中還有很多具體問題需要解決)，平均下載速率為 36.4Mbps，上傳速率為 5.47Mbps，平均語音 MOS 值為 3.4，可同時(shí)為近千個(gè)手機(jī)用戶提供即時(shí)通信服務(wù)，保障救援工作順利進(jìn)行。