基于系留升空平臺的無線通信技術(shù)

李德志

摘要：為了解決山地、沙漠等各種特殊地域的無線通信問題，利用一種以小型氣球或其他系留設(shè)備為搭載平臺的UHF頻段的有源轉(zhuǎn)發(fā)器，部署在地面通信節(jié)點可視范圍內(nèi)合適的山頂或高地位置，位于山底或沙漠其他地域的多個通信節(jié)點依靠有源轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)電波的跨山與超視距傳輸，成為解決復(fù)雜山地條件下組網(wǎng)通信的有效解決方案，以滿足復(fù)雜地域的應(yīng)急通信或組網(wǎng)需要。

關(guān)鍵詞：升空平臺 轉(zhuǎn)發(fā)器 時間分集

中圖分類號：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0024-01

基于系留升空平臺的寬帶通信系統(tǒng)是升空平臺通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用之一，與地面微波通信系統(tǒng)相比，它具有地形適應(yīng)能力強、地域覆蓋范圍廣、便于部署和機動作業(yè)等特點；與衛(wèi)星通信系統(tǒng)比，除了具有路徑損耗和通信延遲小、部署和回收方便、抗干擾能力強等特點外，還具有平臺系統(tǒng)機動性能好、易于維護(hù)、布設(shè)方便快捷、研制成本低等特點，是除地面無線通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)以外的又一重要的通信系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

基于有源轉(zhuǎn)發(fā)器的山區(qū)通信系統(tǒng)由空中有源轉(zhuǎn)發(fā)器、多個地面通信節(jié)點、轉(zhuǎn)發(fā)器載體（氣球）等部分組成。有源轉(zhuǎn)發(fā)器完成C波段電波的變頻轉(zhuǎn)發(fā)，具有輕便、長續(xù)航能力的特點。地面通信節(jié)點采用抗衰落時間分集技術(shù)，平滑氣球隨機漂移及遮擋所帶來的電波衰落，且具有組網(wǎng)通信功能。同時，地面通信節(jié)點具有控制空中有源轉(zhuǎn)發(fā)器波道開關(guān)的功能，能夠識別干擾，并對干擾進(jìn)行屏蔽抑制。

本系統(tǒng)構(gòu)成的空中轉(zhuǎn)發(fā)組網(wǎng)通信系統(tǒng)具有工作時間長、覆蓋面積大、能耗低、便于部署、機動性強的特點，從而解決各種復(fù)雜山體地形中的快速建鏈通信問題。該系統(tǒng)形成一個公共的、靈活的、可擴展平臺，以有源中繼站為中心，實現(xiàn)覆蓋半徑達(dá)15km的通信網(wǎng)絡(luò)，用于滿足在山區(qū)復(fù)雜地形條件下，地域之間的寬范圍快速組網(wǎng)通信需求。

系統(tǒng)組成如圖1所示，包括空中平臺、地面通信設(shè)備和空中通信設(shè)備，其中空中通信設(shè)備主要由信道轉(zhuǎn)發(fā)模塊、空中交換模塊和天線等組成；地面通信設(shè)備主要由微波設(shè)備、交換設(shè)備和天線等組成。

2 主要技術(shù)

2.1 時間分集抗多徑技術(shù)

地面站散射通信設(shè)備采用“三單”體制——單天線、單發(fā)射機、單接收機，該體制顯著降低整個通信系統(tǒng)的設(shè)備成本，對近距離通信時采用微波模式，遠(yuǎn)距離時采用散射模式都具有良好的適用性。時間分集技術(shù)可以克服單純頻率分集技術(shù)在信道出現(xiàn)帶內(nèi)平坦衰落時性能嚴(yán)重惡化的缺點[1]，兩種分集技術(shù)相結(jié)合，可以降低頻譜占用寬度、在不降低信息傳輸速率情況下提高傳播可靠度。

2.2 抗頻偏技術(shù)

散射信道存在嚴(yán)重的時間選擇性衰落和頻率選擇性衰落[2]，為解決信號的平穩(wěn)傳輸，通常采用分集技術(shù)。收發(fā)設(shè)備的頻率偏差對解調(diào)器性能有較大影響，通常的校頻算法在衰落信道下往往存在較大誤差，難以滿足系統(tǒng)要求，因此散射通信設(shè)備通常使用頻率穩(wěn)定度和頻率準(zhǔn)確度都較高的恒溫晶振或銣鐘作為頻率參考源，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于1×10-9。在設(shè)計中，有源轉(zhuǎn)發(fā)器具有低功耗、體積受限等要求，頻率參考源使用普通TCXO，頻率穩(wěn)定度在1×10-6量級，遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有散射通信設(shè)備對頻率穩(wěn)定度的要求。需要設(shè)計有效的衰落信道下頻偏估計算法，以補償有源轉(zhuǎn)發(fā)器所引入的大頻偏。

2.3 氣球載的小型化、低功耗轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)計

設(shè)計具有體積小、重量輕和低功耗特點的氣球載轉(zhuǎn)發(fā)器。設(shè)計合理的變頻及防干擾放大方案，應(yīng)用射頻芯片、多芯片組裝以及微機電系統(tǒng)（MEMS）等技術(shù)，降低球載轉(zhuǎn)發(fā)器的體積、重量和功耗將成為設(shè)計球載轉(zhuǎn)發(fā)器的關(guān)鍵。

3 主要應(yīng)用

基于無系留升空平臺的通信系統(tǒng)既可以實現(xiàn)覆蓋半徑達(dá)15km的通信網(wǎng)還可利用攜帶額外的中繼組件的無人機升空平臺作為網(wǎng)絡(luò)中的地區(qū)節(jié)點，構(gòu)建大容量、多用途的地-空、空-空基礎(chǔ)通信平臺，實現(xiàn)200Km半徑范圍內(nèi)的互聯(lián)互通以及幾個地區(qū)間關(guān)鍵指揮控制信息的多跳中繼及共享。該系統(tǒng)以無線傳輸和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備為核心，可滿足以下需求：

（1）可提供平時和應(yīng)急服務(wù)，能夠快速部署和組網(wǎng)；

（2）具有強環(huán)境適應(yīng)能力，可滿足沙漠等惡劣環(huán)境的部署應(yīng)用；

（3）支持單平臺中繼應(yīng)用、多平臺組網(wǎng)應(yīng)用；

（4）支持話音、數(shù)據(jù)、視頻、圖像等綜合業(yè)務(wù)接入、交換和轉(zhuǎn)發(fā)，保證業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)語

因此，基于系留升空平臺無線通信系統(tǒng)技術(shù)，能夠構(gòu)建全維度和廣域無縫覆蓋的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，對于解決應(yīng)急條件下的實時移動寬帶通信尤其是災(zāi)害應(yīng)急圖像傳輸進(jìn)而最大限度發(fā)揮通信救援保障具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李志勇，李文鐸.對流層散射通信時間分集技術(shù)研究[J].無線電工程，2013（12）.

[2]韓明鑰，徐松毅，賈偉.LDPC碼在對流層散射通信中的性能分析[J].無線電通信技術(shù)，2008（04）.