武警小型無人機平臺中繼應急通信設計

皇甫瑩麗

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

關鍵詞：小型無人機平臺中繼通信；應急；武警

中圖分類號：TV243 文獻標識碼：A

武警部隊是我國安全保障的重要基石。當國內發生重大的自然災害或是公共突發事件時武警部隊往往需要奮戰在第一線并發揮著中流砥柱的作用。在應急搶險或是應對突發事件時常規通信往往會由于各種原因而導致網絡通信無法滿足語音、視頻等寬帶網絡通信的需求。尤其是在一些通信基礎薄弱的郊區、偏遠山區等想要短時間內搭建起穩定可靠的應急通信網絡需要面臨著巨大的困難。小型無人機平臺中繼通信是國內外所較為流行的一種解決應急通信的方法，其利用無人機所構建的空中平臺能夠很好的解決周邊復雜地形的電波覆蓋問題，做好小型無人機平臺中繼通信技術的研究與開發對于確保武警部隊的應急通信保障有著極為重要的意義。

1.小型無人機平臺中繼通信技術特點

小型無人機平臺中繼通信技術利用無人機體積小、機動性強、攜帶方便的特點很適合作為復雜地形的應急通信保障平臺。在傳統的通信技術中LoS（視距）通信技術等在野外復雜的地形條件下很難滿足長距離通信的需求，利用小型無人機作為平臺搭建應急中繼通信是解決武警部隊應急通信保障的有效手段。除上述優點外，以小型無人機作為平臺搭建應急通信網絡也具有一些不足，小型無人機的飛行高度、續航性都有著一定的不足，因此其多應用于短期應急通信網絡的搭建。

2.小型無人機平臺中繼通信技術的研究

小型無人機平臺中繼通信技術需要滿足小型無人機對于輕量化、小型化以及低功耗的需求，在小型無人機平臺中繼通信技術的設計過程中需要注意縮減通信器材的質量、體積以及功耗從而提高小型無人機平臺的機動性、安全性和續航力。此外，在小型無人機平臺中繼通信技術的研發中還需要確保中繼系統能夠進行多節點接入，實現長視距、高速率的數據傳輸用以滿足復雜條件下的應急通信保障需求。在傳統的無線局域網的搭建中多采用的是WiFi標準所建立的，但是WiFi標準中所采用的MAC 協議其核心所采用的CSMA/CA機制其僅能夠在接入用戶較少且通信距離較短范圍內發揮出良好的作用，而超出一定的范圍后其將會產生隱藏終端、遠近效應等影響通信效果的眾多問題，因此以WiFi標準進行應急通信網絡的搭建是不可能的。在小型無人機平臺中繼通信技術的解決方案中采用基于時分多址的MAC協議則能夠有效的規避WiFi標準所存在的諸多問題。小型無人機平臺中繼通信設計方案所采用的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點同時傳輸而造成系統過載。小型無人機平臺中繼通信中采用的TDMA系統利用TDD方式實現數據信號的收發因此能夠有效的減少通信設備的體積和功率。TDMA系統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頻和QoS保障等的技術使得小型無人機平臺中繼通信技術能夠有效的滿足復雜條件下的應急通信需求。在小型無人機平臺中繼通信系統中采用TD-LTE頻段，工作頻段在2.3～2.7GHz的區間范圍內，這一區間段的微波通信的軟、硬件技術都已經應用十分廣泛利用小型飛機這一空中平臺能夠滿足周邊數十千米內的通信需求。在小型無人機平臺中繼通信系統的硬件構成方面，使用SoC硬件搭建方案能夠有效的提高小型無人機平臺中繼通信系統的集成性。比如說采用Atheros公司的AR9XXX系列芯片來進行小型無人機平臺中繼通信系統的開發能夠滿足TD-LET、IEEE802.11n等的多種通信模式，通過這一設計方案能夠有效的降低小型無人機平臺中繼通信系統的重量。

3.小型無人機平臺中繼通信系統的鏈路預算

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

Pr=Pt+Gt+Gr-Lf （1）

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

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

Lf=100+20lg d （2）

根據上述計算公式可以算得在采用升限為300m的小型無人機作為空中中繼平臺時，小型無人機平臺中繼通信系統的覆蓋范圍能夠達到半徑≥60km，采用上述設備進行小型無人機平臺中繼通信系統的架設時，其能夠在覆蓋半徑范圍內達到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，在小型無人機平臺中繼通信系統的設計中為了更好的提高小型無人機平臺中繼通信系統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。

結語

小型無人機平臺中繼通信系統是武警部隊應急通信保障中的一種重要的方式，本文在分析小型無人機平臺中繼通信系統通信解決方案的基礎上對小型無人機平臺中繼通信鏈路的預算進行了分析介紹。

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