主頁（http://www.130131.com）：除了“翼龍”無人機(jī)，應(yīng)急通信保障也少不了Ta

我國(guó)幅員遼闊，自然災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，重大自然災(zāi)害往往造成通信大面積、長(zhǎng)時(shí)間中斷。如何快速恢復(fù)通信，消除“通信孤島”，確保災(zāi)害發(fā)生后黃金搶救時(shí)間的通信暢通，是通信管理部門和通信企業(yè)必須肩負(fù)的神圣職責(zé)。

目前在災(zāi)害救援中，應(yīng)急通信車是主要的通信保障手段，已廣泛部署在全國(guó)各地。在突發(fā)通信中斷時(shí)，由最近的應(yīng)急通信車提供應(yīng)急救援保障，但突發(fā)自然災(zāi)害區(qū)域不可預(yù)測(cè)，應(yīng)急車到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)投入使用的時(shí)間難以保證，并且災(zāi)害導(dǎo)致道路損壞也會(huì)極大延緩應(yīng)急車通信保障效率。此外，通常應(yīng)急通信車覆蓋半徑僅能達(dá)到幾百米范圍，難以滿足大范圍受災(zāi)地區(qū)人員的通信需求。

本文主要介紹“空天地”融合網(wǎng)絡(luò)中無人機(jī)與蜂窩設(shè)備結(jié)合在應(yīng)急通信領(lǐng)域的應(yīng)用，以此滿足突發(fā)災(zāi)害時(shí)的受災(zāi)群眾和救援指揮人員的通信保障需求。

無人機(jī)應(yīng)急通信保障救援生命線

自2008年汶川地震災(zāi)害后，中國(guó)移動(dòng)投入大量資源開展應(yīng)急通信技術(shù)研究，形成災(zāi)后快速救援和增強(qiáng)災(zāi)害常發(fā)區(qū)域通信可靠性兩方面技術(shù)方案，力求為應(yīng)急救援提供高可靠的通信保障。在此過程中，中國(guó)移動(dòng)重點(diǎn)研究和探索了“空天地”網(wǎng)絡(luò)體系中無人機(jī)平臺(tái)與蜂窩技術(shù)結(jié)合提供應(yīng)急通信保障方案。

無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)主要包括4G/5G蜂窩通信設(shè)備和無人機(jī)平臺(tái)，以及包括衛(wèi)星、微波、地面光纖鏈路等多種回傳組成的端到端通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可快速恢復(fù)通信中斷地區(qū)臨時(shí)通信能力，為災(zāi)后“黃金72小時(shí)”救援提供穩(wěn)定可靠的通信保障，無人機(jī)平臺(tái)主要包括固定翼無人機(jī)和系留式多旋翼無人機(jī)兩種。

固定翼無人機(jī)應(yīng)急保障

固定翼無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)具有快速部署能力，采用固定翼大型無人機(jī)與通信設(shè)備結(jié)合，形成具有大載荷、快速部署能力的“空中基站”�？蔀橥ㄐ胖袛鄥^(qū)域提供臨時(shí)性的應(yīng)急覆蓋，連續(xù)服務(wù)時(shí)間取決于無人機(jī)燃料攜帶量，通�？商峁┦畮讉�(gè)小時(shí)的應(yīng)急通信保障，例如采用多機(jī)接力方式可提供更長(zhǎng)時(shí)間的保障能力。

大載荷無人機(jī)平臺(tái)可同時(shí)掛載4G/5G通信基站、動(dòng)中通設(shè)備，以及攝像、雷達(dá)等其他任務(wù)載荷，如圖1所示。無人機(jī)從機(jī)場(chǎng)起飛，操控人員利用衛(wèi)星通信遠(yuǎn)程控制無人機(jī)到達(dá)并在災(zāi)區(qū)上空盤旋，通過安裝在飛機(jī)側(cè)面的定向天線為受災(zāi)區(qū)域提供蜂窩覆蓋，覆蓋范圍可達(dá)50平方千米以上。利用機(jī)載動(dòng)中通設(shè)備與衛(wèi)星相連承載基站的傳輸鏈路，并與地面蜂窩核心網(wǎng)相連，可提供面向受災(zāi)區(qū)域應(yīng)急廣播災(zāi)區(qū)用戶對(duì)外通信等服務(wù)。

圖1 固定翼無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)

固定翼無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)具備以下幾大特點(diǎn)：一是適應(yīng)性強(qiáng)，無人機(jī)可遠(yuǎn)程起飛、遠(yuǎn)程控制，直飛災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)，不受災(zāi)害發(fā)生造成的道路中斷等地形影響；二是載荷能力強(qiáng)，無人機(jī)平臺(tái)具有百千克以上載荷能力，可攜帶基站設(shè)備和動(dòng)中通設(shè)備，無需其他配套設(shè)備；三是反應(yīng)速度快，利用無人機(jī)高機(jī)動(dòng)性特征，可根據(jù)應(yīng)急保障需求快速切換區(qū)域，滿足突發(fā)性覆蓋需求。

該方案主要適用于極端環(huán)境的通信應(yīng)急保障，尤其是道路損毀嚴(yán)重、車輛完全無法通行、需要快速深入災(zāi)區(qū)提供的通信保障。2021年7月河南突發(fā)特大暴雨，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合中航工業(yè)利用“翼龍”固定翼無人機(jī)為受災(zāi)區(qū)域提供5小時(shí)的通信保障，累計(jì)接通用戶超過2500個(gè)，有效支撐了災(zāi)區(qū)應(yīng)急救援行動(dòng)。

系留無人機(jī)應(yīng)急保障

系留無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)具備超長(zhǎng)滯空能力，是由傳統(tǒng)應(yīng)急通信車集成多旋翼無人機(jī)和系留供電系統(tǒng)組成，由于采用地面電源提供電力（市電、油機(jī)等），在持續(xù)供電條件下，具有長(zhǎng)時(shí)間通信保障能力。系留無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)相當(dāng)于搭建一座臨時(shí)的通信基站塔，無人機(jī)升空高度可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景靈活調(diào)整，高度范圍通常為50~200米，可滿足多種場(chǎng)景應(yīng)用需求。

系留無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)主要由無人機(jī)平臺(tái)、地面系留平臺(tái)、供電電源以及回傳系統(tǒng)組成，如圖2所示。無人機(jī)平臺(tái)可以掛載多種任務(wù)載荷，包括通信基站設(shè)備、自組網(wǎng)設(shè)備、中繼臺(tái)、電臺(tái)、光學(xué)變焦設(shè)備等�？罩衅脚_(tái)通過光電復(fù)合系留線纜與地面系統(tǒng)連接，一方面空中平臺(tái)及載荷利用系留纜連接地面電源獲得持續(xù)的電力供應(yīng)；另一方面，系留纜內(nèi)置光纖提供了通信設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，為減輕多旋翼無人機(jī)載荷，通常僅將基站射頻單元安裝在無人機(jī)平臺(tái)上，基帶單元置于配套的應(yīng)急車中，兩者通過系留纜連接。基站的傳輸鏈路可根據(jù)災(zāi)區(qū)條件和業(yè)務(wù)要求選擇適合的衛(wèi)星中繼、微波中繼、光纖直連等回傳方式，與地面核心網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)應(yīng)急保障能力。

圖2 系留無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)

系留無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)具備以下幾大特點(diǎn)。

●一是系統(tǒng)成本低，采用小型化的多旋翼無人機(jī)及地面供電單元，復(fù)用運(yùn)營(yíng)商應(yīng)急通信車或普通的小型越野車輛承載，總體成本較低，可廣泛部署在災(zāi)害易發(fā)區(qū)域，投入應(yīng)用迅速。

●二是操作便捷，標(biāo)準(zhǔn)化接口、模塊化組裝，普通人員簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作。

●三是覆蓋靈活，可根據(jù)保障場(chǎng)景需求自由調(diào)節(jié)升空高度，可適應(yīng)應(yīng)急救援、活動(dòng)保障等不同場(chǎng)景應(yīng)用需求。

●四是滯空時(shí)間長(zhǎng)，利用光電復(fù)合線纜提供持續(xù)的電源保障，可提供長(zhǎng)時(shí)間不間斷應(yīng)急通信服務(wù)。

與固定翼無人機(jī)方案主要面向極端環(huán)境不一樣，系留無人機(jī)方案更為普適，主要適用于地震、洪水等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)的應(yīng)急通信保障，在應(yīng)急通信車無法到達(dá)或基站不能及時(shí)架設(shè)維修的場(chǎng)景下，可以作為臨時(shí)基站，提供長(zhǎng)時(shí)間通信覆蓋，覆蓋范圍實(shí)測(cè)可達(dá)近百平方千米。該系統(tǒng)已經(jīng)在2017年四川九寨溝地震、湖南抗洪搶險(xiǎn)、阿拉善達(dá)喀爾拉力賽，以及2018年廣東“山竹”臺(tái)風(fēng)、山東壽光抗洪搶險(xiǎn)等事件中承擔(dān)了應(yīng)急通信保障任務(wù)。

云網(wǎng)業(yè)一體增強(qiáng)應(yīng)急救援能力

無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)極大地提高了應(yīng)急保障反應(yīng)速度和環(huán)境適應(yīng)能力，為受災(zāi)區(qū)域提供及時(shí)的信息交互保障，但用于承載基站回傳鏈路的衛(wèi)星帶寬較小，傳輸能力通常在10Mbit/s以內(nèi)，遠(yuǎn)小于應(yīng)急小區(qū)通信能力需求，導(dǎo)致服務(wù)用戶數(shù)目有限，面對(duì)災(zāi)區(qū)用戶業(yè)務(wù)需求，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，通信困難。此外，衛(wèi)星傳輸帶寬小也限制了救援指揮系統(tǒng)的業(yè)務(wù)，無法開展視頻類大帶寬應(yīng)用，無法直觀地獲取受災(zāi)區(qū)域狀態(tài)信息，限制了應(yīng)急救援信息獲取能力。

為了解決上述問題，需要對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)一步賦能。一是將5G專網(wǎng)能力引入應(yīng)急通信領(lǐng)域，利用5G網(wǎng)絡(luò)提供QoS優(yōu)先級(jí)、GBR專用承載、切片PRB資源預(yù)留等分級(jí)保障能力，在海量用戶接入時(shí)保障重要信息通信鏈路通暢，打通應(yīng)急通信生命線。二是在基站上部署本地分流設(shè)備和邊緣云，形成具有本地?cái)?shù)據(jù)處理和分級(jí)網(wǎng)絡(luò)保障能力的“云網(wǎng)業(yè)一體化”應(yīng)急通信系統(tǒng)，如圖3所示，通過在本地部署應(yīng)急指揮系統(tǒng)，提供本地的通話、視頻等服務(wù)，未來結(jié)合AI能力，采集現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，利用邊緣云快速識(shí)別、判斷，為一線救援人員提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息輔助，這將極大提高應(yīng)急救援的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

圖3 “云網(wǎng)業(yè)”融合通信系統(tǒng)

基站“云網(wǎng)業(yè)”一體化集成，讓5G和云緊綁定，打造可移動(dòng)的5G網(wǎng)絡(luò)和云，讓優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)無處不在。這種新型應(yīng)急系統(tǒng)不僅可應(yīng)用于洪災(zāi)等應(yīng)急場(chǎng)景，還可應(yīng)用于更加廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，例如船舶等網(wǎng)絡(luò)快速移動(dòng)場(chǎng)景、露天礦/野外科考等網(wǎng)絡(luò)慢速移動(dòng)場(chǎng)景、巡回電競(jìng)等行業(yè)臨時(shí)覆蓋場(chǎng)景。

綜上所述，“空天地”融合網(wǎng)絡(luò)可作為地面網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)有力的補(bǔ)充，提供地面網(wǎng)絡(luò)損毀后的應(yīng)急通信補(bǔ)充和通信替代鏈路，打通災(zāi)后區(qū)域救援通信生命線。

“空天地”網(wǎng)絡(luò)融合也是未來通信技術(shù)演進(jìn)的重要方向，非地面的衛(wèi)星和空中網(wǎng)絡(luò)具有明顯的覆蓋優(yōu)勢(shì)和大范圍通信優(yōu)勢(shì)，可以突破地面限制，向空、天、地、海多維空間擴(kuò)展，通過與地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合，形成“空天地”一體化、“云網(wǎng)業(yè)”融合的立體多層網(wǎng)絡(luò)體系，充分利用各層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，為用戶提供高質(zhì)量、無處不在的通信服務(wù)。