我國幅員遼闊，自然災害時有發生，重大自然災害往往會造成通信大面積、長時間中斷。如何快速恢復通信，消除“通信孤島”，確保災害發生后黃金搶救時間的通信暢通，是通信管理部門和通信企業必須肩負的神圣職責。目前在災害救援中，應急通信車是主要的通信保障手段，已廣泛部署在全國各地。在突發通信中斷時，由最近的應急通信車提供應急救援保障，但突發自然災害區域不可預測，應急車到達現場投入使用的時間難以保證，并且災害導致道路損壞也會極大延緩應急車通信保障效率。此外，通常應急通信車覆蓋半徑僅能達到幾百米范圍，難以滿足大范圍受災地區人員的通信需求。

　　本文主要介紹“空天地”融合網絡中無人機與蜂窩設備結合在應急通信領域的應用，以此滿足突發災害時的受災群眾和救援指揮人員的通信保障需求。無人機應急通信保障救援生命線自2008年汶川地震災害后，中國移動投入大量資源開展應急通信技術研究，形成災后快速救援和增強災害常發區域通信可靠性兩方面技術方案，力求為應急救援提供高可靠的通信保障。

　　在此過程中，中國移動重點研究和探索了“空天地”網絡體系中無人機平臺與蜂窩技術結合提供應急通信保障方案。無人機應急通信系統主要包括4G/5G蜂窩通信設備和無人機平臺，以及包括衛星、微波、地面光纖鏈路等多種回傳組成的端到端通信系統，該系統可快速恢復通信中斷地區臨時通信能力，為災后“黃金72小時”救援提供穩定可靠的通信保障，無人機平臺主要包括固定翼無人機和系留式多旋翼無人機兩種。

　　固定翼無人機應急保障固定翼無人機應急通信系統具有快速部署能力，采用固定翼大型無人機與通信設備結合，形成具有大載荷、快速部署能力的“空中基站”。可為通信中斷區域提供臨時性的應急覆蓋，連續服務時間取決于無人機燃料攜帶量，通常可提供十幾個小時的應急通信保障，例如采用多機接力方式可提供更長時間的保障能力。大載荷無人機平臺可同時掛載4G/5G通信基站、動中通設備，以及攝像、雷達等其他任務載荷。無人機從機場起飛，操控人員利用衛星通信遠程控制無人機到達并在災區上空盤旋，通過安裝在飛機側面的定向天線為受災區域提供蜂窩覆蓋，覆蓋范圍可達50平方千米以上。利用機載動中通設備與衛星相連承載基站的傳輸鏈路，并與地面蜂窩核心網相連，可提供面向受災區域應急廣播災區用戶對外通信等服務。

　　固定翼無人機應急通信系統具備以下幾大特點：一是適應性強，無人機可遠程起飛、遠程控制，直飛災區現場，不受災害發生造成的道路中斷等地形影響;二是載荷能力強，無人機平臺具有百千克以上載荷能力，可攜帶基站設備和動中通設備，無需其他配套設備;三是反應速度快，利用無人機高機動性特征，可根據應急保障需求快速切換區域，滿足突發性覆蓋需求。該方案主要適用于極端環境的通信應急保障，尤其是道路損毀嚴重、車輛完全無法通行、需要快速深入災區提供的通信保障。2021年7月河南突發特大暴雨，中國移動聯合中航工業利用“翼龍”固定翼無人機為受災區域提供5小時的通信保障，累計接通用戶超過2500個，有效支撐了災區應急救援行動。

　　系留無人機應急保障系留無人機應急通信系統具備超長滯空能力，是由傳統應急通信車集成多旋翼無人機和系留供電系統組成，由于采用地面電源提供電力(市電、油機等)，在持續供電條件下，具有長時間通信保障能力。系留無人機應急通信系統相當于搭建一座臨時的通信基站塔，無人機升空高度可根據應用場景靈活調整，高度范圍通常為50~200米，可滿足多種場景應用需求。系留無人機應急通信系統主要由無人機平臺、地面系留平臺、供電電源以及回傳系統組成。

　　無人機平臺可以掛載多種任務載荷，包括通信基站設備、自組網設備、中繼臺、電臺、光學變焦設備等。空中平臺通過光電復合系留線纜與地面系統連接，一方面空中平臺及載荷利用系留纜連接地面電源獲得持續的電力供應;另一方面，系留纜內置光纖提供了通信設備內部數據傳輸，為減輕多旋翼無人機載荷，通常僅將基站射頻單元安裝在無人機平臺上，基帶單元置于配套的應急車中，兩者通過系留纜連接。基站的傳輸鏈路可根據災區條件和業務要求選擇適合的衛星中繼、微波中繼、光纖直連等回傳方式，與地面核心網連接實現應急保障能力。系留無人機應急通信系統具備以下幾大特點。

　　一是系統成本低，采用小型化的多旋翼無人機及地面供電單元，復用運營商應急通信車或普通的小型越野車輛承載，總體成本較低，可廣泛部署在災害易發區域，投入應用迅速。二是操作便捷，標準化接口、模塊化組裝，普通人員簡單培訓即可操作。

　　三是覆蓋靈活，可根據保障場景需求自由調節升空高度，可適應應急救援、活動保障等不同場景應用需求。四是滯空時間長，利用光電復合線纜提供持續的電源保障，可提供長時間不間斷應急通信服務。與固定翼無人機方案主要面向極端環境不一樣，系留無人機方案更為普適，主要適用于地震、洪水等自然災害發生時的應急通信保障，在應急通信車無法到達或基站不能及時架設維修的場景下，可以作為臨時基站，提供長時間通信覆蓋，覆蓋范圍實測可達近百平方千米。

　　該系統已經在2017年四川九寨溝地震、湖南抗洪搶險、阿拉善達喀爾拉力賽，以及2018年廣東“山竹”臺風、山東壽光抗洪搶險等事件中承擔了應急通信保障任務。云網業一體增強應急救援能力無人機應急通信系統極大地提高了應急保障反應速度和環境適應能力，為受災區域提供及時的信息交互保障，但用于承載基站回傳鏈路的衛星帶寬較小，傳輸能力通常在10Mbit/s以內，遠小于應急小區通信能力需求，導致服務用戶數目有限，面對災區用戶業務需求，易造成網絡擁塞，通信困難。此外，衛星傳輸帶寬小也限制了救援指揮系統的業務，無法開展視頻類大帶寬應用，無法直觀地獲取受災區域狀態信息，限制了應急救援信息獲取能力。為了解決上述問題，需要對現有的應急系統進一步賦能。

　　一是將5G專網能力引入應急通信領域，利用5G網絡提供QoS優先級、GBR專用承載、切片PRB資源預留等分級保障能力，在海量用戶接入時保障重要信息通信鏈路通暢，打通應急通信生命線。

　　二是在基站上部署本地分流設備和邊緣云，形成具有本地數據處理和分級網絡保障能力的“云網業一體化”應急通信系統，通過在本地部署應急指揮系統，提供本地的通話、視頻等服務，未來結合AI能力，采集現場圖像信息，利用邊緣云快速識別、判斷，為一線救援人員提供及時準確的信息輔助，這將極大提高應急救援的及時性和準確性。基站“云網業”一體化集成，讓5G和云緊綁定，打造可移動的5G網絡和云，讓優質的信息服務無處不在。這種新型應急系統不僅可應用于洪災等應急場景，還可應用于更加廣泛的應用場景，例如船舶等網絡快速移動場景、露天礦/野外科考等網絡慢速移動場景、巡回電競等行業臨時覆蓋場景。

　　通信工程論文： DCGAN信道下的端到端通信系統設計

　　綜上所述，“空天地”融合網絡可作為地面網絡強有力的補充，提供地面網絡損毀后的應急通信補充和通信替代鏈路，打通災后區域救援通信生命線。“空天地”網絡融合也是未來通信技術演進的重要方向，非地面的衛星和空中網絡具有明顯的覆蓋優勢和大范圍通信優勢，可以突破地面限制，向空、天、地、海多維空間擴展，通過與地面網絡技術融合，形成“空天地”一體化、“云網業”融合的立體多層網絡體系，充分利用各層網絡的優勢，為用戶提供高質量、無處不在的通信服務。

　　作者：丁海煜崔航程錦霞張龍