我國幅員遼闊，自然災(zāi)害時有發(fā)生，重大自然災(zāi)害往往會造成通信大面積、長時間中斷。如何快速恢復(fù)通信，消除“通信孤島”，確保災(zāi)害發(fā)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(yè)必須肩負(fù)的神圣職責(zé)。目前在災(zāi)害救援中，應(yīng)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(fā)通信中斷時，由最近的應(yīng)急通信車提供應(yīng)急救援保障，但突發(fā)自然災(zāi)害區(qū)域不可預(yù)測，應(yīng)急車到達(dá)現(xiàn)場投入使用的時間難以保證，并且災(zāi)害導(dǎo)致道路損壞也會極大延緩應(yīng)急車通信保障效率。此外，通常應(yīng)急通信車覆蓋半徑僅能達(dá)到幾百米范圍，難以滿足大范圍受災(zāi)地區(qū)人員的通信需求。

　　本文主要介紹“空天地”融合網(wǎng)絡(luò)中無人機(jī)與蜂窩設(shè)備結(jié)合在應(yīng)急通信領(lǐng)域的應(yīng)用，以此滿足突發(fā)災(zāi)害時的受災(zāi)群眾和救援指揮人員的通信保障需求。無人機(jī)應(yīng)急通信保障救援生命線自2008年汶川地震災(zāi)害后，中國移動投入大量資源開展應(yīng)急通信技術(shù)研究，形成災(zāi)后快速救援和增強(qiáng)災(zāi)害常發(fā)區(qū)域通信可靠性兩方面技術(shù)方案，力求為應(yīng)急救援提供高可靠的通信保障。

　　在此過程中，中國移動重點(diǎn)研究和探索了“空天地”網(wǎng)絡(luò)體系中無人機(jī)平臺與蜂窩技術(shù)結(jié)合提供應(yīng)急通信保障方案。無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)主要包括4G/5G蜂窩通信設(shè)備和無人機(jī)平臺，以及包括衛(wèi)星、微波、地面光纖鏈路等多種回傳組成的端到端通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可快速恢復(fù)通信中斷地區(qū)臨時通信能力，為災(zāi)后“黃金72小時”救援提供穩(wěn)定可靠的通信保障，無人機(jī)平臺主要包括固定翼無人機(jī)和系留式多旋翼無人機(jī)兩種。

　　固定翼無人機(jī)應(yīng)急保障固定翼無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)具有快速部署能力，采用固定翼大型無人機(jī)與通信設(shè)備結(jié)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(qū)域提供臨時性的應(yīng)急覆蓋，連續(xù)服務(wù)時間取決于無人機(jī)燃料攜帶量，通常可提供十幾個小時的應(yīng)急通信保障，例如采用多機(jī)接力方式可提供更長時間的保障能力。大載荷無人機(jī)平臺可同時掛載4G/5G通信基站、動中通設(shè)備，以及攝像、雷達(dá)等其他任務(wù)載荷。無人機(jī)從機(jī)場起飛，操控人員利用衛(wèi)星通信遠(yuǎn)程控制無人機(jī)到達(dá)并在災(zāi)區(qū)上空盤旋，通過安裝在飛機(jī)側(cè)面的定向天線為受災(zāi)區(qū)域提供蜂窩覆蓋，覆蓋范圍可達(dá)50平方千米以上。利用機(jī)載動中通設(shè)備與衛(wèi)星相連承載基站的傳輸鏈路，并與地面蜂窩核心網(wǎng)相連，可提供面向受災(zāi)區(qū)域應(yīng)急廣播災(zāi)區(qū)用戶對外通信等服務(wù)。

　　固定翼無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)具備以下幾大特點(diǎn)：一是適應(yīng)性強(qiáng)，無人機(jī)可遠(yuǎn)程起飛、遠(yuǎn)程控制，直飛災(zāi)區(qū)現(xiàn)場，不受災(zāi)害發(fā)生造成的道路中斷等地形影響;二是載荷能力強(qiáng)，無人機(jī)平臺具有百千克以上載荷能力，可攜帶基站設(shè)備和動中通設(shè)備，無需其他配套設(shè)備;三是反應(yīng)速度快，利用無人機(jī)高機(jī)動性特征，可根據(jù)應(yīng)急保障需求快速切換區(qū)域，滿足突發(fā)性覆蓋需求。該方案主要適用于極端環(huán)境的通信應(yīng)急保障，尤其是道路損毀嚴(yán)重、車輛完全無法通行、需要快速深入災(zāi)區(qū)提供的通信保障。2021年7月河南突發(fā)特大暴雨，中國移動聯(lián)合中航工業(yè)利用“翼龍”固定翼無人機(jī)為受災(zāi)區(qū)域提供5小時的通信保障，累計(jì)接通用戶超過2500個，有效支撐了災(zāi)區(qū)應(yīng)急救援行動。

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

　　無人機(jī)平臺可以掛載多種任務(wù)載荷，包括通信基站設(shè)備、自組網(wǎng)設(shè)備、中繼臺、電臺、光學(xué)變焦設(shè)備等。空中平臺通過光電復(fù)合系留線纜與地面系統(tǒng)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(xù)的電力供應(yīng);另一方面，系留纜內(nèi)置光纖提供了通信設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸，為減輕多旋翼無人機(jī)載荷，通常僅將基站射頻單元安裝在無人機(jī)平臺上，基帶單元置于配套的應(yīng)急車中，兩者通過系留纜連接。基站的傳輸鏈路可根據(jù)災(zāi)區(qū)條件和業(yè)務(wù)要求選擇適合的衛(wèi)星中繼、微波中繼、光纖直連等回傳方式，與地面核心網(wǎng)連接實(shí)現(xiàn)應(yīng)急保障能力。系留無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)具備以下幾大特點(diǎn)。

　　一是系統(tǒng)成本低，采用小型化的多旋翼無人機(jī)及地面供電單元，復(fù)用運(yùn)營商應(yīng)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(zāi)害易發(fā)區(qū)域，投入應(yīng)用迅速。二是操作便捷，標(biāo)準(zhǔn)化接口、模塊化組裝，普通人員簡單培訓(xùn)即可操作。

　　三是覆蓋靈活，可根據(jù)保障場景需求自由調(diào)節(jié)升空高度，可適應(yīng)應(yīng)急救援、活動保障等不同場景應(yīng)用需求。四是滯空時間長，利用光電復(fù)合線纜提供持續(xù)的電源保障，可提供長時間不間斷應(yīng)急通信服務(wù)。與固定翼無人機(jī)方案主要面向極端環(huán)境不一樣，系留無人機(jī)方案更為普適，主要適用于地震、洪水等自然災(zāi)害發(fā)生時的應(yīng)急通信保障，在應(yīng)急通信車無法到達(dá)或基站不能及時架設(shè)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(shí)測可達(dá)近百平方千米。

　　該系統(tǒng)已經(jīng)在2017年四川九寨溝地震、湖南抗洪搶險(xiǎn)、阿拉善達(dá)喀爾拉力賽，以及2018年廣東“山竹”臺風(fēng)、山東壽光抗洪搶險(xiǎn)等事件中承擔(dān)了應(yīng)急通信保障任務(wù)。云網(wǎng)業(yè)一體增強(qiáng)應(yīng)急救援能力無人機(jī)應(yīng)急通信系統(tǒng)極大地提高了應(yīng)急保障反應(yīng)速度和環(huán)境適應(yīng)能力，為受災(zāi)區(qū)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(wèi)星帶寬較小，傳輸能力通常在10Mbit/s以內(nèi)，遠(yuǎn)小于應(yīng)急小區(qū)通信能力需求，導(dǎo)致服務(wù)用戶數(shù)目有限，面對災(zāi)區(qū)用戶業(yè)務(wù)需求，易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，通信困難。此外，衛(wèi)星傳輸帶寬小也限制了救援指揮系統(tǒng)的業(yè)務(wù)，無法開展視頻類大帶寬應(yīng)用，無法直觀地獲取受災(zāi)區(qū)域狀態(tài)信息，限制了應(yīng)急救援信息獲取能力。為了解決上述問題，需要對現(xiàn)有的應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)一步賦能。

　　一是將5G專網(wǎng)能力引入應(yīng)急通信領(lǐng)域，利用5G網(wǎng)絡(luò)提供QoS優(yōu)先級、GBR專用承載、切片PRB資源預(yù)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(yīng)急通信生命線。

　　二是在基站上部署本地分流設(shè)備和邊緣云，形成具有本地?cái)?shù)據(jù)處理和分級網(wǎng)絡(luò)保障能力的“云網(wǎng)業(yè)一體化”應(yīng)急通信系統(tǒng)，通過在本地部署應(yīng)急指揮系統(tǒng)，提供本地的通話、視頻等服務(wù)，未來結(jié)合AI能力，采集現(xiàn)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(zhǔn)確的信息輔助，這將極大提高應(yīng)急救援的及時性和準(zhǔn)確性。基站“云網(wǎng)業(yè)”一體化集成，讓5G和云緊綁定，打造可移動的5G網(wǎng)絡(luò)和云，讓優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù)無處不在。這種新型應(yīng)急系統(tǒng)不僅可應(yīng)用于洪災(zāi)等應(yīng)急場景，還可應(yīng)用于更加廣泛的應(yīng)用場景，例如船舶等網(wǎng)絡(luò)快速移動場景、露天礦/野外科考等網(wǎng)絡(luò)慢速移動場景、巡回電競等行業(yè)臨時覆蓋場景。

　　通信工程論文： DCGAN信道下的端到端通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　綜上所述，“空天地”融合網(wǎng)絡(luò)可作為地面網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)有力的補(bǔ)充，提供地面網(wǎng)絡(luò)損毀后的應(yīng)急通信補(bǔ)充和通信替代鏈路，打通災(zāi)后區(qū)域救援通信生命線。“空天地”網(wǎng)絡(luò)融合也是未來通信技術(shù)演進(jìn)的重要方向，非地面的衛(wèi)星和空中網(wǎng)絡(luò)具有明顯的覆蓋優(yōu)勢和大范圍通信優(yōu)勢，可以突破地面限制，向空、天、地、海多維空間擴(kuò)展，通過與地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合，形成“空天地”一體化、“云網(wǎng)業(yè)”融合的立體多層網(wǎng)絡(luò)體系，充分利用各層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，為用戶提供高質(zhì)量、無處不在的通信服務(wù)。

　　作者：丁海煜崔航程錦霞張龍