潘青亮 江國(guó)焱 林柳夢(mèng)

【摘要】 無(wú)人機(jī)平臺(tái)能夠支持多種載荷安裝，已經(jīng)在國(guó)防和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)日益迫切的反恐救援需求，提出一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的LTE集群中繼系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，實(shí)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(yīng)急通信 無(wú)人機(jī) LTE集群 反恐救援

一、引言

應(yīng)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(yīng)對(duì)大型聚會(huì)、抗震救災(zāi)及反恐救援等各類突發(fā)事件時(shí)，能夠快速、機(jī)動(dòng)、及時(shí)的做出反應(yīng)，為指揮中心提供持續(xù)不間斷的第一手現(xiàn)場(chǎng)信息，具有不可替代的重要作用。

二、應(yīng)用背景

新疆地區(qū)是我國(guó)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(fù)雜，國(guó)內(nèi)外敵對(duì)勢(shì)力及恐怖組織一直蠢蠢欲動(dòng)，時(shí)不時(shí)的教唆、竄動(dòng)和實(shí)施一些性質(zhì)惡劣的破壞行為，嚴(yán)重危害了人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)安全。

本文針對(duì)山區(qū)密林等特殊環(huán)境提出了一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)下的LTE集群中繼系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地理環(huán)境下的無(wú)縫覆蓋。

三、系統(tǒng)組成

3.1網(wǎng)絡(luò)原理

大型固定翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)具備長(zhǎng)航時(shí)、高可靠性、升限高、部署快等特點(diǎn)，適合于大范圍長(zhǎng)時(shí)間特點(diǎn)區(qū)域的巡航掃描任務(wù)，已經(jīng)在測(cè)繪、航拍、地質(zhì)、石油、林業(yè)和邊防巡邏等多個(gè)行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，基于LTE的寬帶集群通信系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)大范圍的推廣和布置，能夠?yàn)橛脩籼峁└哔|(zhì)量的音視頻網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

通過(guò)在無(wú)人機(jī)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(hào)覆蓋服務(wù)，在邊防巡邏、反恐救援、圍剿等活動(dòng)中能夠發(fā)揮巨大的作用。

基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)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(diǎn)和無(wú)人機(jī)平臺(tái)的長(zhǎng)時(shí)滯空和快速部署等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)將基于LET系統(tǒng)的集群中繼集成在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上，采用長(zhǎng)時(shí)盤旋飛行模式，為目標(biāo)區(qū)域提供不間斷的網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務(wù)。

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(wú)線信號(hào)覆蓋。系統(tǒng)支持多用

戶信道共享，能夠?yàn)橐痪€提供穩(wěn)定可靠的傳輸信道，具體原理如圖2所示。

3.2應(yīng)用架構(gòu)

無(wú)人機(jī)平臺(tái)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(guò)遠(yuǎn)程多媒體調(diào)度對(duì)轄區(qū)內(nèi)多個(gè)接入終端進(jìn)行監(jiān)控和配置。系統(tǒng)支持單兵作戰(zhàn)圖傳、手持機(jī)、車載機(jī)、AP終端等多種終端隨時(shí)無(wú)縫接入。

集群配置可以設(shè)置不同權(quán)限的終端，對(duì)各個(gè)作戰(zhàn)隊(duì)伍進(jìn)行靈活編隊(duì)，隊(duì)員之間可以實(shí)現(xiàn)資源互享，也可以臨時(shí)組隊(duì)，短時(shí)間內(nèi)形成作戰(zhàn)能力，特別適合野外作戰(zhàn)下瞬息萬(wàn)變的復(fù)雜環(huán)境。

指揮中心可以臨時(shí)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(guò)遠(yuǎn)程多媒體調(diào)度系統(tǒng)簡(jiǎn)單設(shè)置，各集群終端與指揮中心、終端與終端之間可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的音視頻互通，實(shí)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(shí)隙配置采用UL：DL=3：1進(jìn)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(shí)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(wù)中，每部終端可以達(dá)到1024kbps的傳輸速率，下行業(yè)務(wù)中，最高可以支持4096kbps的傳輸速率。

3.4系統(tǒng)功能

基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的集群中繼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠在任務(wù)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(wú)縫覆蓋，系統(tǒng)主要功能包括：

1）為指揮中心提供實(shí)時(shí)的前線參考信息。

2）所有作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)即開即用，無(wú)需過(guò)多應(yīng)用設(shè)置，能夠方便接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

3）各個(gè)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息共享，互通險(xiǎn)情，降低受損率。

4）支持遠(yuǎn)程任務(wù)指令直接下發(fā)到特定單兵，實(shí)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(shí)際應(yīng)用

基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的LTE集群系統(tǒng)，支持多種應(yīng)用模式，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）純集群模式。無(wú)人機(jī)平臺(tái)只搭載一套集群系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)定固定巡航路徑，為特定區(qū)域提供一段時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)覆蓋服務(wù)。

2）衛(wèi)星輔助應(yīng)用模式。無(wú)人機(jī)平臺(tái)同時(shí)搭載集群系統(tǒng)和機(jī)載衛(wèi)星通信設(shè)備，飛行過(guò)程中指揮中心可以根據(jù)當(dāng)前作戰(zhàn)需求實(shí)時(shí)規(guī)劃路徑，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)做出及時(shí)反應(yīng)。

3）地面機(jī)動(dòng)應(yīng)急指揮車輔助模式。配合現(xiàn)有衛(wèi)星通信指揮車，無(wú)人機(jī)集群系統(tǒng)能夠同地面應(yīng)急車載系統(tǒng)進(jìn)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(wù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于無(wú)人機(jī)平臺(tái)的集群中繼系統(tǒng)，通過(guò)LTE集群系統(tǒng)為突發(fā)事件所在區(qū)域提供及時(shí)的信號(hào)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(wù)提供了一定的設(shè)計(jì)參考依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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

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