基于系留升空平台的无线通信技术

李德志

摘要：为了解决山地、沙漠等各种特殊地域的无线通信问题，利用一种以小型气球或其他系留设备为搭载平台的UHF频段的有源转发器，部署在地面通信节点可视范围内合适的山顶或高地位置，位于山底或沙漠其他地域的多个通信节点依靠有源转发器实现电波的跨山与超视距传输，成为解决复杂山地条件下组网通信的有效解决方案，以满足复杂地域的应急通信或组网需要。

关键词：升空平台 转发器 时间分集

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0024-01

基于系留升空平台的宽带通信系统是升空平台通信系统的典型应用之一，与地面微波通信系统相比，它具有地形适应能力强、地域覆盖范围广、便于部署和机动作业等特点；与卫星通信系统比，除了具有路径损耗和通信延迟小、部署和回收方便、抗干扰能力强等特点外，还具有平台系统机动性能好、易于维护、布设方便快捷、研制成本低等特点，是除地面无线通信系统和卫星通信系统以外的又一重要的通信系统。

1 系统设计

基于有源转发器的山区通信系统由空中有源转发器、多个地面通信节点、转发器载体（气球）等部分组成。有源转发器完成C波段电波的变频转发，具有轻便、长续航能力的特点。地面通信节点采用抗衰落时间分集技术，平滑气球随机漂移及遮挡所带来的电波衰落，且具有组网通信功能。同时，地面通信节点具有控制空中有源转发器波道开关的功能，能够识别干扰，并对干扰进行屏蔽抑制。

本系统构成的空中转发组网通信系统具有工作时间长、覆盖面积大、能耗低、便于部署、机动性强的特点，从而解决各种复杂山体地形中的快速建链通信问题。该系统形成一个公共的、灵活的、可扩展平台，以有源中继站为中心，实现覆盖半径达15km的通信网络，用于满足在山区复杂地形条件下，地域之间的宽范围快速组网通信需求。

系统组成如图1所示，包括空中平台、地面通信设备和空中通信设备，其中空中通信设备主要由信道转发模块、空中交换模块和天线等组成；地面通信设备主要由微波设备、交换设备和天线等组成。

2 主要技术

2.1 时间分集抗多径技术

地面站散射通信设备采用“三单”体制——单天线、单发射机、单接收机，该体制显著降低整个通信系统的设备成本，对近距离通信时采用微波模式，远距离时采用散射模式都具有良好的适用性。时间分集技术可以克服单纯频率分集技术在信道出现带内平坦衰落时性能严重恶化的缺点[1]，两种分集技术相结合，可以降低频谱占用宽度、在不降低信息传输速率情况下提高传播可靠度。

2.2 抗频偏技术

散射信道存在严重的时间选择性衰落和频率选择性衰落[2]，为解决信号的平稳传输，通常采用分集技术。收发设备的频率偏差对解调器性能有较大影响，通常的校频算法在衰落信道下往往存在较大误差，难以满足系统要求，因此散射通信设备通常使用频率稳定度和频率准确度都较高的恒温晶振或铷钟作为频率参考源，频率稳定度优于1×10-9。在设计中，有源转发器具有低功耗、体积受限等要求，频率参考源使用普通TCXO，频率稳定度在1×10-6量级，远不能满足现有散射通信设备对频率稳定度的要求。需要设计有效的衰落信道下频偏估计算法，以补偿有源转发器所引入的大频偏。

2.3 气球载的小型化、低功耗转发器设计

设计具有体积小、重量轻和低功耗特点的气球载转发器。设计合理的变频及防干扰放大方案，应用射频芯片、多芯片组装以及微机电系统（MEMS）等技术，降低球载转发器的体积、重量和功耗将成为设计球载转发器的关键。

3 主要应用

基于无系留升空平台的通信系统既可以实现覆盖半径达15km的通信网还可利用携带额外的中继组件的无人机升空平台作为网络中的地区节点，构建大容量、多用途的地-空、空-空基础通信平台，实现200Km半径范围内的互联互通以及几个地区间关键指挥控制信息的多跳中继及共享。该系统以无线传输和网络交换设备为核心，可满足以下需求：

（1）可提供平时和应急服务，能够快速部署和组网；

（2）具有强环境适应能力，可满足沙漠等恶劣环境的部署应用；

（3）支持单平台中继应用、多平台组网应用；

（4）支持话音、数据、视频、图像等综合业务接入、交换和转发，保证业务服务质量。

4 结语

因此，基于系留升空平台无线通信系统技术，能够构建全维度和广域无缝覆盖的网络体系结构，对于解决应急条件下的实时移动宽带通信尤其是灾害应急图像传输进而最大限度发挥通信救援保障具有重要的意义。

参考文献

[1]李志勇，李文铎.对流层散射通信时间分集技术研究[J].无线电工程，2013（12）.

[2]韩明钥，徐松毅，贾伟.LDPC码在对流层散射通信中的性能分析[J].无线电通信技术，2008（04）.