皇甫瑩麗

摘 要：通信是現(xiàn)代社會發(fā)展的重要基石，尤其是對于武警部隊來說做好武警部隊的應(yīng)急通信是十分必要其重要的。為保障武警部隊的應(yīng)急通信需要注意做好小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)的研究與開發(fā)。小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)具有良好的靈活性、便于部署和良好的地面適應(yīng)性。本文在分析常用空中中繼通信平臺特點的基礎(chǔ)上對如何做好小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)的研究開發(fā)機(jī)進(jìn)行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：小型無人機(jī)平臺中繼通信；應(yīng)急；武警

中圖分類號：TV243 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

武警部隊是我國安全保障的重要基石。當(dāng)國內(nèi)發(fā)生重大的自然災(zāi)害或是公共突發(fā)事件時武警部隊往往需要奮戰(zhàn)在第一線并發(fā)揮著中流砥柱的作用。在應(yīng)急搶險或是應(yīng)對突發(fā)事件時常規(guī)通信往往會由于各種原因而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信無法滿足語音、視頻等寬帶網(wǎng)絡(luò)通信的需求。尤其是在一些通信基礎(chǔ)薄弱的郊區(qū)、偏遠(yuǎn)山區(qū)等想要短時間內(nèi)搭建起穩(wěn)定可靠的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)需要面臨著巨大的困難。小型無人機(jī)平臺中繼通信是國內(nèi)外所較為流行的一種解決應(yīng)急通信的方法，其利用無人機(jī)所構(gòu)建的空中平臺能夠很好的解決周邊復(fù)雜地形的電波覆蓋問題，做好小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)的研究與開發(fā)對于確保武警部隊的應(yīng)急通信保障有著極為重要的意義。

1.小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)特點

小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)利用無人機(jī)體積小、機(jī)動性強(qiáng)、攜帶方便的特點很適合作為復(fù)雜地形的應(yīng)急通信保障平臺。在傳統(tǒng)的通信技術(shù)中LoS（視距）通信技術(shù)等在野外復(fù)雜的地形條件下很難滿足長距離通信的需求，利用小型無人機(jī)作為平臺搭建應(yīng)急中繼通信是解決武警部隊?wèi)?yīng)急通信保障的有效手段。除上述優(yōu)點外，以小型無人機(jī)作為平臺搭建應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)也具有一些不足，小型無人機(jī)的飛行高度、續(xù)航性都有著一定的不足，因此其多應(yīng)用于短期應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的搭建。

2.小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)的研究

小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)需要滿足小型無人機(jī)對于輕量化、小型化以及低功耗的需求，在小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)的設(shè)計過程中需要注意縮減通信器材的質(zhì)量、體積以及功耗從而提高小型無人機(jī)平臺的機(jī)動性、安全性和續(xù)航力。此外，在小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)的研發(fā)中還需要確保中繼系統(tǒng)能夠進(jìn)行多節(jié)點接入，實現(xiàn)長視距、高速率的數(shù)據(jù)傳輸用以滿足復(fù)雜條件下的應(yīng)急通信保障需求。在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)的搭建中多采用的是WiFi標(biāo)準(zhǔn)所建立的，但是WiFi標(biāo)準(zhǔn)中所采用的MAC 協(xié)議其核心所采用的CSMA/CA機(jī)制其僅能夠在接入用戶較少且通信距離較短范圍內(nèi)發(fā)揮出良好的作用，而超出一定的范圍后其將會產(chǎn)生隱藏終端、遠(yuǎn)近效應(yīng)等影響通信效果的眾多問題，因此以WiFi標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的搭建是不可能的。在小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)的解決方案中采用基于時分多址的MAC協(xié)議則能夠有效的規(guī)避WiFi標(biāo)準(zhǔn)所存在的諸多問題。小型無人機(jī)平臺中繼通信設(shè)計方案所采用的TDMA方式其核心是通過將一個寬帶的無線載波上按照一定的時間將其劃分為周期性的幀，對于所劃分出來的每一幀則繼續(xù)分割成眾多的時隙，這些所劃分出來的時隙則是通信通道。TDMA系統(tǒng)所采用的時隙分配原則能夠確保將各時隙分配到各個站點中以避免多節(jié)點同時傳輸而造成系統(tǒng)過載。小型無人機(jī)平臺中繼通信中采用的TDMA系統(tǒng)利用TDD方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的收發(fā)因此能夠有效的減少通信設(shè)備的體積和功率。TDMA系統(tǒng)所具有的高抗干擾性和頻率利用率高等的特點在輔助以調(diào)頻和QoS保障等的技術(shù)使得小型無人機(jī)平臺中繼通信技術(shù)能夠有效的滿足復(fù)雜條件下的應(yīng)急通信需求。在小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)中采用TD-LTE頻段，工作頻段在2.3～2.7GHz的區(qū)間范圍內(nèi)，這一區(qū)間段的微波通信的軟、硬件技術(shù)都已經(jīng)應(yīng)用十分廣泛利用小型飛機(jī)這一空中平臺能夠滿足周邊數(shù)十千米內(nèi)的通信需求。在小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的硬件構(gòu)成方面，使用SoC硬件搭建方案能夠有效的提高小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的集成性。比如說采用Atheros公司的AR9XXX系列芯片來進(jìn)行小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的開發(fā)能夠滿足TD-LET、IEEE802.11n等的多種通信模式，通過這一設(shè)計方案能夠有效的降低小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的重量。

3.小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的鏈路預(yù)算

在完成了對于小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的設(shè)計后需要對小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的鏈路進(jìn)行預(yù)算，為了分析方便在分析時對于小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的應(yīng)用采用了較為簡單的應(yīng)用場景：小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)采用2.4GHz的微波通信頻段，在小型無人機(jī)平臺中所搭載的中繼通信系統(tǒng)中采用3dB的簡易全向通信天線，在地面控制系統(tǒng)中采用的是19dB的定向天線，為保障通信在小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)中和地面通信系統(tǒng)中采用相同的發(fā)射機(jī)。小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的接收機(jī)其靈敏度與系統(tǒng)所采用的編碼方式和通信速率有著密切的聯(lián)系。以2.4GHz頻段為通信頻段，小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的靈敏度和MCS之間的有著復(fù)雜的關(guān)系，根據(jù)相關(guān)關(guān)系MCS可以根據(jù)其復(fù)雜關(guān)系的不同分為0～7個層級，各層級所對應(yīng)的基帶編碼也從BPSK到64-QAM進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。在計算時選用5MHz的調(diào)制帶寬，如需要達(dá)到最小為1.6Mbps的調(diào)制速率則需要將確保小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的接收靈敏度。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以對小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的有效覆蓋半徑進(jìn)行計算。在對接收機(jī)收到的功率電平計算時可以按照下列公式（1）進(jìn)行計算。

Pr=Pt+Gt+Gr-Lf （1）

Pr為接收機(jī)功率電平；Pt為發(fā)射功率；Gt為發(fā)射天線增益；Lf為自由空間損耗。

在小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)通信時采用2.4GHz時，自由空間上的損耗可以采用公式（2）進(jìn)行計算：

Lf=100+20lg d （2）

根據(jù)上述計算公式可以算得在采用升限為300m的小型無人機(jī)作為空中中繼平臺時，小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的覆蓋范圍能夠達(dá)到半徑≥60km，采用上述設(shè)備進(jìn)行小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的架設(shè)時，其能夠在覆蓋半徑范圍內(nèi)達(dá)到1.6～65Mbps的通信速率，此速率能夠滿足武警部隊對于語音和視頻等對于通信的需求。此外，在小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的設(shè)計中為了更好的提高小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)的帶寬和通信覆蓋范圍還可以通過采用提高通信天線增益、采用通信天線伺服等的方式。

結(jié)語

小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)是武警部隊?wèi)?yīng)急通信保障中的一種重要的方式，本文在分析小型無人機(jī)平臺中繼通信系統(tǒng)通信解決方案的基礎(chǔ)上對小型無人機(jī)平臺中繼通信鏈路的預(yù)算進(jìn)行了分析介紹。

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