潘青亮 江國焱 林柳夢

【摘要】 無人機平臺能夠支持多種載荷安裝，已經(jīng)在國防和經(jīng)濟建設(shè)中得到廣泛的應用。本文針對日益迫切的反恐救援需求，提出一種基于無人機平臺的LTE集群中繼系統(tǒng)設(shè)計方案，實現(xiàn)山區(qū)密林等特殊環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋功能。

【關(guān)鍵字】 應急通信 無人機 LTE集群 反恐救援

一、引言

應急通信系統(tǒng)作為一種非常態(tài)下使用的特殊通信手段，在應對大型聚會、抗震救災及反恐救援等各類突發(fā)事件時，能夠快速、機動、及時的做出反應，為指揮中心提供持續(xù)不間斷的第一手現(xiàn)場信息，具有不可替代的重要作用。

二、應用背景

新疆地區(qū)是我國不可分割的一部分，由于地處邊疆，周圍山區(qū)地廣人稀，山高林密，地理情況比較復雜，國內(nèi)外敵對勢力及恐怖組織一直蠢蠢欲動，時不時的教唆、竄動和實施一些性質(zhì)惡劣的破壞行為，嚴重危害了人民群眾生命和財產(chǎn)安全。

本文針對山區(qū)密林等特殊環(huán)境提出了一種基于無人機平臺下的LTE集群中繼系統(tǒng)的構(gòu)建，實現(xiàn)復雜地理環(huán)境下的無縫覆蓋。

三、系統(tǒng)組成

3.1網(wǎng)絡(luò)原理

大型固定翼無人機平臺具備長航時、高可靠性、升限高、部署快等特點，適合于大范圍長時間特點區(qū)域的巡航掃描任務，已經(jīng)在測繪、航拍、地質(zhì)、石油、林業(yè)和邊防巡邏等多個行業(yè)得到廣泛的應用。與此同時，基于LTE的寬帶集群通信系統(tǒng)已經(jīng)在我國大范圍的推廣和布置，能夠為用戶提供高質(zhì)量的音視頻網(wǎng)絡(luò)體驗。

通過在無人機上搭載小型集群基站系統(tǒng)，能夠大大提升集群天線的覆蓋能力，為轄區(qū)用戶提供連續(xù)、立體的4G寬帶信號覆蓋服務，在邊防巡邏、反恐救援、圍剿等活動中能夠發(fā)揮巨大的作用。

基于無人機平臺的集群中繼系統(tǒng)，結(jié)合傳統(tǒng)LTE集群系統(tǒng)的寬帶寬高速率等特點和無人機平臺的長時滯空和快速部署等優(yōu)點，通過將基于LET系統(tǒng)的集群中繼集成在無人機平臺上，采用長時盤旋飛行模式，為目標區(qū)域提供不間斷的網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務。

LTE寬帶集群中繼系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制方式和MIMO天線技術(shù)，具有極高的頻譜利用率，在1.8GHz的頻帶上最高支持4km范圍內(nèi)的區(qū)域內(nèi)無線信號覆蓋。系統(tǒng)支持多用

戶信道共享，能夠為一線提供穩(wěn)定可靠的傳輸信道，具體原理如圖2所示。

3.2應用架構(gòu)

無人機平臺能夠搭載LTE中型集群基站系統(tǒng)，集群系統(tǒng)配置BBU、RRU和嵌入式OMC系統(tǒng)，通過遠程多媒體調(diào)度對轄區(qū)內(nèi)多個接入終端進行監(jiān)控和配置。系統(tǒng)支持單兵作戰(zhàn)圖傳、手持機、車載機、AP終端等多種終端隨時無縫接入。

集群配置可以設(shè)置不同權(quán)限的終端，對各個作戰(zhàn)隊伍進行靈活編隊，隊員之間可以實現(xiàn)資源互享，也可以臨時組隊，短時間內(nèi)形成作戰(zhàn)能力，特別適合野外作戰(zhàn)下瞬息萬變的復雜環(huán)境。

指揮中心可以臨時設(shè)置在前線車載站附近也可以設(shè)置在后端控制室，通過遠程多媒體調(diào)度系統(tǒng)簡單設(shè)置，各集群終端與指揮中心、終端與終端之間可以實現(xiàn)實時的音視頻互通，實現(xiàn)作戰(zhàn)信息下發(fā)、地理信息、周圍環(huán)境及突發(fā)狀況的信息共享功能。

3.3 鏈路配置

這里時隙配置采用UL：DL=3：1進行覆蓋估算，其中集群基站天線增益3.5dBi，終端設(shè)備發(fā)射功率為25dBm。設(shè)置如下所示：

在可用帶寬20MHz、2T2R、時隙配置采用UL：DL=3：1配置情況下，系統(tǒng)平均吞吐量能力如下：

數(shù)據(jù)上傳業(yè)務中，每部終端可以達到1024kbps的傳輸速率，下行業(yè)務中，最高可以支持4096kbps的傳輸速率。

3.4系統(tǒng)功能

基于無人機平臺的集群中繼系統(tǒng)的設(shè)計，能夠在任務執(zhí)行區(qū)域范圍內(nèi)，為作戰(zhàn)單位提供高速率不間斷的LTE網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋，系統(tǒng)主要功能包括：

1）為指揮中心提供實時的前線參考信息。

2）所有作戰(zhàn)節(jié)點即開即用，無需過多應用設(shè)置，能夠方便接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3）各個作戰(zhàn)節(jié)點之間可以實現(xiàn)實時信息共享，互通險情，降低受損率。

4）支持遠程任務指令直接下發(fā)到特定單兵，實現(xiàn)下行精確控制。

5）兼容現(xiàn)有作戰(zhàn)系統(tǒng)，支持信道加密技術(shù)。

3.5實際應用

基于無人機平臺的LTE集群系統(tǒng)，支持多種應用模式，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

1）純集群模式。無人機平臺只搭載一套集群系統(tǒng)，通過設(shè)定固定巡航路徑，為特定區(qū)域提供一段時間的網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務。

2）衛(wèi)星輔助應用模式。無人機平臺同時搭載集群系統(tǒng)和機載衛(wèi)星通信設(shè)備，飛行過程中指揮中心可以根據(jù)當前作戰(zhàn)需求實時規(guī)劃路徑，對戰(zhàn)場態(tài)勢做出及時反應。

3）地面機動應急指揮車輔助模式。配合現(xiàn)有衛(wèi)星通信指揮車，無人機集群系統(tǒng)能夠同地面應急車載系統(tǒng)進行伴飛，以車載系統(tǒng)為指揮中心，建立指定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務。

四、結(jié)束語

本文提出了一種基于無人機平臺的集群中繼系統(tǒng)，通過LTE集群系統(tǒng)為突發(fā)事件所在區(qū)域提供及時的信號覆蓋，為邊疆地區(qū)地廣人稀的惡劣環(huán)境下的反恐救援任務提供了一定的設(shè)計參考依據(jù)。

參 考 文 獻

[1]潘青亮，林柳夢.公安系統(tǒng)應急通信中混合網(wǎng)絡(luò)體制的設(shè)計[J].信息通信，2016，（5）.

[2]楊春香，趙書倫，楊帆.現(xiàn)代應急衛(wèi)星通信系統(tǒng)應用綜述[J].導航與控制，2011，（2）：75-78.

[3] 呂臻.應急通信指揮車的智能化管理[J].電信快報：網(wǎng)絡(luò)與通信，2015（01）：24-26.

[4]張雪麗.應急通信技術(shù)體系及標準化問題探討[J].現(xiàn)代電信科技，2009，（2）：25-28.