托尼·奧斯本

英國SPL公司正研究使用氫燃料動力高空長航時無人機為未來5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供經(jīng)濟高效的補充，這種無人機能在18km以上的高空持續(xù)工作9天，與地面設(shè)備及土地租金相比，在成本上具有很大的優(yōu)勢。

英國初創(chuàng)公司SPL（Stratospheric Platforms）提議使用氫燃料動力高空長航時無人機為未來5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供經(jīng)濟高效的補充。SPL無人機重3.5t，翼展為60m，能在18km以上的高空持續(xù)工作9天。這與在地面上建立5G網(wǎng)絡(luò)以及支付相應(yīng)土地租金相比，在成本上具有很大的優(yōu)勢。

高帶寬5G網(wǎng)絡(luò)是一項可用于自動駕駛汽車和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的使能技術(shù)，與早期的3G和4G蜂窩服務(wù)相比，需要更多的地面蜂窩基站，僅英國就可能需要40萬個5G基站以提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋，是現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的10倍。另外，英國手機運營商每年所支付的基站土地租金已高達數(shù)十億英鎊。

SPL公司的無人機將充當(dāng)飛行中的基站，根據(jù)區(qū)域地理位置的不同，可為跨140km的區(qū)域提供5G通信，從而省去了安裝700個基站的要求。SPL首席執(zhí)行官、原英國國家空中交通服務(wù)有限公司（NATS）負(fù)責(zé)人理查德·迪肯（Richard Deakin）解釋說，從本質(zhì)上說該無人機基站相當(dāng)于天空基站，用戶甚至不知道其手機連接的是無人機。

而且，由于信號是從高空飛行的無人機上發(fā)射，不會受建筑物等障礙物干擾，因此信號的連續(xù)性更好。SPL和主要投資方德國電信進行的測試已經(jīng)證明了這一理論。2020年10月，SPL在德國使用Grob G 520高空渦輪螺旋槳飛機測試了專門開發(fā)的天線，該天線能夠在13.7km的高空向智能手機提供4G語音和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。測試結(jié)果顯示，在該信號覆蓋區(qū)，下載速度可達70 Mbps，上傳速度達20Mbps。

圖1 SPL與縮比復(fù)合材料公司合作設(shè)計3.5t級無人機。

為了保證5G網(wǎng)絡(luò)的連通性和帶寬，蜂窩天線需要在尺寸、重量和電功率上進行擴容，這推動了對大型專用平臺的需求。SPL的合作伙伴劍橋咨詢公司開發(fā)了一個9m2的大型相控陣可轉(zhuǎn)向收發(fā)機，將安裝在無人機底部以便向下方發(fā)射5G信號單元?？赊D(zhuǎn)向天線能使5G信號集中在特定區(qū)域，例如使信號集中在高速公路上以支持自動駕駛汽車，或者沿海岸線使波束可以更有效地針對人口密集區(qū)而不是向水中發(fā)射。

由于平流層氣壓較低，沒有足夠的空氣來散熱，所以還必須考慮天線的冷卻問題。為此，SPL公司在設(shè)計無人機平臺時將冷卻系統(tǒng)整合其中，在機頭上有一個大的進氣口。另外，5G天線對功率的使用要求很高，需要20kW的功率才能工作，其他高空飛行器，如空客“西風(fēng)之神”（Zephyr）太陽能無人機和潛鳥公司（Loop）的熱氣球都無法滿足功率需求。

為了產(chǎn)生足夠的電力，SPL公司正在測試一種源于汽車工業(yè)的高能量燃料電池系統(tǒng)。到目前為止，這種電池能在模擬平流層飛行條件下產(chǎn)生49kW的電能。而為能維持天線和無人機發(fā)動機的運行，電池需要產(chǎn)生約70kW的功率才能滿足需求。SPL還在開發(fā)一種絕緣罐，以儲存足夠的氫氣支持長時間飛行。劍橋咨詢公司首席銷售官蒂姆·福勒（Tim Fowler）表示，安裝在SPL平流層無人機上的天線十分經(jīng)濟，將改寫提供蜂窩覆蓋范圍的成本概念。

目前，這架無人機由諾斯羅普-格魯門公司的縮比復(fù)合材料公司設(shè)計，SPL公司希望2022年實現(xiàn)首飛，但這取決于從其他投資者處獲得B輪融資的情況。SPL的目標(biāo)是2015年左右取證并投入市場。市場分析表明，覆蓋整個英國需要60架無人機，而覆蓋德國大小的國家需要70架左右，不過這些估算沒有把無人機的返航和維修情況考慮在內(nèi)。德國電信表示無人機平臺將作為對地面網(wǎng)絡(luò)的補充，使用無人機的區(qū)域是無線電信號被遮擋的峽谷和山區(qū)。

鑒于所需的地面發(fā)射塔太多，且整個網(wǎng)絡(luò)的安裝可能耗時數(shù)年，SPL公司建議手機運營商可以逐步采用SPL無人機系統(tǒng)，以更快地推出5G服務(wù)。同時，手機運營商不需要同時是無人機運營商，SPL正與多個商業(yè)伙伴合作向手機運營商提供這項服務(wù)，手機運營商可以選擇為使用基站的時間付費或為傳送的每TB數(shù)據(jù)付費。