5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)技術(shù)研究

◆寧悅 吳嘯晨

5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)技術(shù)研究

◆寧悅 吳嘯晨

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 江蘇 21000）

自無(wú)人機(jī)云平臺(tái)技術(shù)誕生后，無(wú)人機(jī)應(yīng)用情況越發(fā)廣泛，為了促使現(xiàn)代無(wú)線電環(huán)境足夠規(guī)范，我國(guó)對(duì)于無(wú)線電監(jiān)測(cè)站實(shí)際需求有所上漲，尤其是在我國(guó)正式宣布5G時(shí)代的到來(lái)后，空中無(wú)線電的實(shí)際情況開(kāi)始越發(fā)混亂，我國(guó)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站也開(kāi)始迎來(lái)全新轉(zhuǎn)折點(diǎn)。這時(shí)如果無(wú)人機(jī)云平臺(tái)技術(shù)在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中得到落實(shí)，便可促使我國(guó)在5G時(shí)代下的空中無(wú)線電實(shí)況得到有效控制。基于此，本文首先介紹了5G技術(shù)概念、特點(diǎn)以及核心工藝，其次提出無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)況與相關(guān)問(wèn)題，再次提出5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，最后表明5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)之中的核心技術(shù)，僅供參考。

5G時(shí)代；無(wú)線電監(jiān)測(cè)站；無(wú)人機(jī)云平臺(tái)技術(shù)

在近幾年經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展下，我國(guó)4G通信技術(shù)已經(jīng)十分完善，5G通信技術(shù)也開(kāi)始進(jìn)入社會(huì)大眾視線內(nèi)，云平臺(tái)、人工智能以及大數(shù)據(jù)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然會(huì)更加順利，現(xiàn)代社會(huì)已經(jīng)正式迎來(lái)信息改革，并升級(jí)為將5G技術(shù)作為核心的智能時(shí)代。由于5G技術(shù)具備諸多優(yōu)勢(shì)，將其落實(shí)到無(wú)線電監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)云平臺(tái)設(shè)計(jì)之中，一定可以促使我國(guó)空中無(wú)線電監(jiān)管能力得到大幅加強(qiáng)，促使無(wú)線電監(jiān)測(cè)站發(fā)展前景更加客觀。因此，以下也將5G技術(shù)作為關(guān)鍵，進(jìn)一步探析如何在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)設(shè)計(jì)之中落實(shí)5G技術(shù)。

1 5G技術(shù)概念、特點(diǎn)及核心工藝

1.1 基本概念

所謂5G技術(shù)是指現(xiàn)代社會(huì)中的最新通信技術(shù)，英文為5th-Generation，屬于2G技術(shù)、3G技術(shù)以及4G技術(shù)的升級(jí)。在5G時(shí)代之中，所有運(yùn)營(yíng)商將服務(wù)范圍劃分為各個(gè)小區(qū)域，這些小區(qū)域就可以稱為蜂窩，圖像、聲音等信號(hào)在移動(dòng)終端中變成數(shù)字化形式，通過(guò)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行傳輸。在蜂窩之中所有具備5G技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備，都可以利用電波、天線、發(fā)射與接收裝置實(shí)現(xiàn)通信，當(dāng)手機(jī)用戶從一個(gè)地區(qū)轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)后，便可將用戶移動(dòng)終端轉(zhuǎn)變?yōu)榇说貐^(qū)蜂窩之中。于2019年10月末，我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商同時(shí)宣布5G套餐，并在2019年11月初允許5G套餐正式使用[1]。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

在信息歷史之中5G技術(shù)是第七次革新，前幾次革新無(wú)一不為社會(huì)大眾提供諸多便利，此次5G時(shí)代來(lái)臨也不例外，甚至可以說(shuō)此次5G通信技術(shù)自身特點(diǎn)完全比以往通信技術(shù)更加有質(zhì)量。第一，用戶流量與諒解的視角密度得到全面加強(qiáng)；第二，網(wǎng)絡(luò)頻譜實(shí)際效率與LTE相互對(duì)比至少提高十倍左右；第三，網(wǎng)絡(luò)整體容量可得到提高，足以讓上千億臺(tái)設(shè)施同時(shí)連接，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于通信的實(shí)際需求；第四，接口延時(shí)實(shí)踐控制為1毫秒左右，可以為汽車領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛與遠(yuǎn)程治療；第五，除了為手機(jī)用戶提供通信服務(wù)以外，還可以為家庭網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)絡(luò)提供通信服務(wù)。

1.3 核心工藝

在5G通信技術(shù)中存有很多核心工藝，這些工藝便是構(gòu)成5G時(shí)代的關(guān)鍵。其一為超密集異構(gòu)工藝。未來(lái)在一個(gè)網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)之中節(jié)點(diǎn)數(shù)量至少是現(xiàn)在的十倍，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)之間距離約為十米之內(nèi)，平均在1平方千米之中可以同時(shí)為兩萬(wàn)名用戶提供通信服務(wù)，這就需要5G技術(shù)可以對(duì)無(wú)線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)督與控制，而超密集異構(gòu)工藝便可精準(zhǔn)感知所有節(jié)點(diǎn)，促使所有節(jié)點(diǎn)在5G時(shí)代下得到有效監(jiān)控。其二為自組織工藝。在4G網(wǎng)絡(luò)之中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)部署與維護(hù)時(shí)都需要通過(guò)人工進(jìn)行，這樣不僅會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行所需成本，還會(huì)導(dǎo)致諸多人力資源被浪費(fèi)，在優(yōu)化效率上也不夠有效。而5G時(shí)代因具備多種接入工藝，所以在接點(diǎn)覆蓋上肯定會(huì)有所不同，這時(shí)自組織工藝便成為其中較為關(guān)鍵的工藝之一，因?yàn)樽越M織工藝可以針對(duì)網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)動(dòng)態(tài)規(guī)劃，還能滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多種需求[2]。

2 無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)況與相關(guān)問(wèn)題

2.1 發(fā)展現(xiàn)況

近幾年在無(wú)人機(jī)技術(shù)持續(xù)完善下，無(wú)論是飛行距離還是操作方式都得到一定升級(jí)，社會(huì)各界也在此趨勢(shì)下利用無(wú)人機(jī)技術(shù)開(kāi)展一系列工作，從2019年起我國(guó)就已經(jīng)存有很多無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)商得到相應(yīng)資格，如：沃天宇、U-Cloud以及大翼云等。曾有相關(guān)人士預(yù)測(cè)無(wú)人機(jī)技術(shù)發(fā)展至2021年無(wú)人機(jī)銷售金額就會(huì)高達(dá)上百萬(wàn)美金，銷售量可達(dá)約三千萬(wàn)臺(tái)，直到目前為止我國(guó)僅無(wú)人機(jī)生產(chǎn)制造廠家就已經(jīng)高達(dá)近千家，由此可知，無(wú)人機(jī)近幾年發(fā)展情況會(huì)一帆風(fēng)順。

2.2 相關(guān)問(wèn)題

在無(wú)人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)下，對(duì)于無(wú)線電監(jiān)測(cè)站來(lái)說(shuō)就是一種壓力，我國(guó)在無(wú)人機(jī)監(jiān)督與管理方面開(kāi)始出現(xiàn)各種問(wèn)題。

近幾年我國(guó)也開(kāi)始在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中使用無(wú)人機(jī)，如：空中無(wú)線電監(jiān)測(cè)定位系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)使用監(jiān)測(cè)平臺(tái)、無(wú)人機(jī)電波監(jiān)測(cè)與阻攔系統(tǒng)等等。但這些系統(tǒng)在各個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中依然屬于使用初期，在操作、工藝等多方面過(guò)于落后，所有無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中無(wú)法在業(yè)務(wù)與系統(tǒng)方面實(shí)現(xiàn)共享，在大量信息數(shù)據(jù)無(wú)法通過(guò)有效方式共享給其他無(wú)線電監(jiān)測(cè)站時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致每一個(gè)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站都處于一種信息孤島狀態(tài)，無(wú)法切實(shí)達(dá)到5G時(shí)代對(duì)于空中無(wú)線電監(jiān)督管理的實(shí)際需求。

自無(wú)人機(jī)開(kāi)始在社會(huì)與市場(chǎng)之中售賣后，立即吸引大部分民眾的注意力與興趣，當(dāng)這些民眾購(gòu)買無(wú)人機(jī)進(jìn)行操作時(shí)，由于這些無(wú)人機(jī)并沒(méi)有飛行資格，這就相當(dāng)于在非法飛行，容易對(duì)軍隊(duì)、航空等諸多領(lǐng)域造成影響與干擾，于是導(dǎo)致我國(guó)對(duì)于無(wú)人機(jī)監(jiān)督管理需求越發(fā)急迫。例如：在2017年我國(guó)成都某機(jī)場(chǎng)就接連遭遇三次非法飛行無(wú)人機(jī)的影響，此次事故導(dǎo)致數(shù)十個(gè)航班被迫降落，甚至將已經(jīng)完成起飛操作的四架飛機(jī)被迫返航，至少有上萬(wàn)名民眾行程被延誤停留在機(jī)場(chǎng)。由此可知，這種非法飛行事件影響異常惡劣，會(huì)耽誤機(jī)場(chǎng)與民眾個(gè)人收益?zhèn)涫苡绊懀杂胁簧骶腿菀滓l(fā)大型傷亡事故，這種情況絕不可因?yàn)橐患軣o(wú)人機(jī)非法飛行所引起。

在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中，需要根據(jù)無(wú)線電監(jiān)測(cè)規(guī)模與自我分析并識(shí)別無(wú)線電信號(hào)的固定站點(diǎn)，以及可移動(dòng)監(jiān)測(cè)車與設(shè)備才能使無(wú)線電監(jiān)測(cè)得以開(kāi)展。在對(duì)無(wú)線電信號(hào)干擾源進(jìn)行查找時(shí)，需要按照無(wú)線電監(jiān)測(cè)站中專業(yè)人士所掌握的工作經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)知識(shí)進(jìn)行，但在無(wú)人機(jī)銷售數(shù)量大幅上漲同時(shí)，在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站中工作的專業(yè)人士，就需要在工作實(shí)踐內(nèi)承受較大壓力與工作量，長(zhǎng)期如此無(wú)線電監(jiān)測(cè)站中員工數(shù)量就會(huì)減少，無(wú)線電監(jiān)測(cè)效率也開(kāi)始有所下降[3]。

3 5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案

3.1 方案概念

所謂5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)系統(tǒng)，主要是將5F、無(wú)人機(jī)、云平臺(tái)、智能化、大數(shù)據(jù)、信息處理、傳感、遙控等多種技術(shù)集于一身的先進(jìn)平臺(tái)，可以增加無(wú)線電監(jiān)測(cè)站對(duì)于空中無(wú)線電光控能力，根本上實(shí)現(xiàn)人力資源解放的目的，幫助各地區(qū)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站轉(zhuǎn)變信息孤島局面，并將所有無(wú)線電監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)結(jié)合到一起，從而構(gòu)成一種更加龐大、完善的無(wú)線電監(jiān)測(cè)平臺(tái)[4]。

3.2 構(gòu)成部分

在5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)之中，主要由頻譜管理、無(wú)線電監(jiān)管、云數(shù)據(jù)以及所有無(wú)線電監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成，各方會(huì)通過(guò)交換裝置與代理服務(wù)器構(gòu)建云平臺(tái)。其中無(wú)線電監(jiān)管主要是由網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、移動(dòng)控制系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及管理系統(tǒng)構(gòu)成，其中所有系統(tǒng)數(shù)據(jù)都可以在5G技術(shù)基礎(chǔ)上共享數(shù)據(jù)。頻譜管理是由無(wú)線電的頻率管理、頻譜管理以及監(jiān)督管理等系統(tǒng)構(gòu)成，可以幫助無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)對(duì)頻譜展開(kāi)規(guī)劃和管理，還可以監(jiān)督無(wú)線電掌管用戶是否根據(jù)操作標(biāo)準(zhǔn)使用無(wú)人機(jī)，并針對(duì)非法建設(shè)無(wú)線電的相關(guān)用戶展開(kāi)全面檢查，檢查內(nèi)容有無(wú)線電頻率、數(shù)量、設(shè)施型號(hào)等。云數(shù)據(jù)主要是由云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)、智能監(jiān)控站、電源以及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)成，這樣便可以將各地區(qū)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站所有數(shù)據(jù)集合到一起，針對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)展開(kāi)同意控制與管理，這樣便可使無(wú)線電監(jiān)測(cè)站對(duì)于信息數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存空間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，促使信息數(shù)據(jù)更加安全、規(guī)范，當(dāng)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站需要其中數(shù)據(jù)時(shí)，可以自行到云數(shù)據(jù)中心之中進(jìn)行搜索，還可以儲(chǔ)存圖片與信號(hào)，這樣會(huì)更加利于無(wú)線電監(jiān)測(cè)站工作。

4 5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)中核心技術(shù)

4.1 5G技術(shù)

因5G技術(shù)可以在根本上實(shí)現(xiàn)高清視頻實(shí)時(shí)傳輸與接受，可以在飛機(jī)、高鐵等快速移動(dòng)物體中實(shí)現(xiàn)正常通信，而且在5G技術(shù)中的Massive MIMO（大規(guī)模天線技術(shù)）具備一定空間掌控能力，可以在立體情況下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的覆蓋，這與無(wú)人機(jī)三維特性相互吻合，能夠幫助無(wú)線電監(jiān)測(cè)站準(zhǔn)確鎖定無(wú)人機(jī)在空中飛行的具體節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)具備一定硬編性能，可以促使無(wú)人機(jī)在各種業(yè)務(wù)之中的實(shí)際需求都得到滿足，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、減少成本、增加效率等作用。智能計(jì)算技術(shù)能夠幫助無(wú)線電監(jiān)測(cè)站解決遠(yuǎn)程通信延遲情況，幫助無(wú)線電監(jiān)測(cè)站構(gòu)成智能網(wǎng)絡(luò)，從而促使現(xiàn)代智能化技術(shù)對(duì)于數(shù)據(jù)連接需求得到滿足，并以此豐富無(wú)人機(jī)在5G時(shí)代應(yīng)用情況。

4.2 無(wú)人機(jī)技術(shù)

具有空中機(jī)器人之父美稱的Vijay Kumar曾提出過(guò)5S理論，其表示未來(lái)空中機(jī)器人一定會(huì)朝向安全、快速、精準(zhǔn)以及智能等方向展開(kāi)進(jìn)一步完善。在現(xiàn)代越發(fā)復(fù)雜的環(huán)境之中，無(wú)人機(jī)會(huì)因硬件、軟件以及燃料等因素造成限制，無(wú)法在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中執(zhí)行大規(guī)模與多維度的覆蓋。在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中風(fēng)險(xiǎn)一旦過(guò)高，無(wú)人機(jī)就會(huì)因?yàn)樽陨硇阅懿蛔慊蛟馐芄魺o(wú)法繼續(xù)飛行，最終任務(wù)就會(huì)徹底失敗。因此，在5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中，所有無(wú)人機(jī)需要按照群體形式執(zhí)行任務(wù)，簡(jiǎn)單來(lái)講就是通過(guò)多臺(tái)型號(hào)完全相同或是各不相同的無(wú)人機(jī)構(gòu)成機(jī)組，這樣所有無(wú)人機(jī)在群體之中就可以相互配合，促使其在無(wú)線電監(jiān)測(cè)站之中執(zhí)行效率有所上漲[5]。

4.3 監(jiān)測(cè)技術(shù)

在以上分析之中可以了解到非法飛行事件在現(xiàn)代社會(huì)與各個(gè)領(lǐng)域之中影響較大，為了促使5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站能夠?qū)@種情況展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)督與管理，便可通過(guò)無(wú)人機(jī)云平臺(tái)對(duì)其展開(kāi)切實(shí)處理。當(dāng)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)多臺(tái)非法飛行的無(wú)人機(jī)，便可立即通過(guò)雷達(dá)、電波、聲波以及光電等多方面對(duì)其展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在第一時(shí)間完成情況了解、方位判斷、準(zhǔn)確定位以及追蹤目標(biāo)等功能，并立即對(duì)反制無(wú)人機(jī)提供定位，促使其針對(duì)非法飛行行為給予立即整治。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前無(wú)人機(jī)云平臺(tái)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、物流運(yùn)輸、勘查資源、地形測(cè)量等諸多領(lǐng)域之中十分重要，但在這種飛速發(fā)展中必會(huì)形成諸多問(wèn)題，如果不立即對(duì)這些問(wèn)題展開(kāi)處理，就會(huì)對(duì)無(wú)人機(jī)云平臺(tái)繼續(xù)完善與空中無(wú)線電環(huán)境造成限制與影響。為了促使我國(guó)空中秩序得到維護(hù)與管理，以上提出將5G時(shí)代下核心技術(shù)作為基礎(chǔ)，構(gòu)建無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)，這樣既可以在非法飛行管理、空中干擾源排查等領(lǐng)域之中起到一定效用，還可以為我國(guó)無(wú)線電監(jiān)測(cè)站提供全新發(fā)展方向。

[1]韓將星. 5G時(shí)代無(wú)線電監(jiān)測(cè)站無(wú)人機(jī)云平臺(tái)建設(shè)方案研究[J]. 通信技術(shù)，2020，53（02）：345-352.

[2]劉俊，畢丹宏，胡宗賢. 中小微企業(yè)云服務(wù)平臺(tái)建設(shè)方案研究[J]. 通信與信息技術(shù)，2019（4）：26-27.

[3]胡波，路紅娟，李冰. 基于云平臺(tái)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)方案[J]. 城市軌道交通研究，2018（7）：158-160.

[4]胡蔚星，梁斌，楊帆. 江西廣電網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)建設(shè)方案與運(yùn)營(yíng)實(shí)踐[J]. 有線電視技術(shù)，2019（6）：23-25.

[5]韓將星. 5G時(shí)代中國(guó)無(wú)線電云智能化監(jiān)測(cè)網(wǎng)系統(tǒng)研究[J].中國(guó)無(wú)線電，2019（07）：42-48.