武警小型无人机平台中继应急通信设计

皇甫莹丽

摘 要：通信是现代社会发展的重要基石，尤其是对于武警部队来说做好武警部队的应急通信是十分必要其重要的。为保障武警部队的应急通信需要注意做好小型无人机平台中继通信技术的研究与开发。小型无人机平台中继通信技术具有良好的灵活性、便于部署和良好的地面适应性。本文在分析常用空中中继通信平台特点的基础上对如何做好小型无人机平台中继通信技术的研究开发机进行了分析阐述。

关键词：小型无人机平台中继通信；应急；武警

中图分类号：TV243 文献标识码：A

武警部队是我国安全保障的重要基石。当国内发生重大的自然灾害或是公共突发事件时武警部队往往需要奋战在第一线并发挥着中流砥柱的作用。在应急抢险或是应对突发事件时常规通信往往会由于各种原因而导致网络通信无法满足语音、视频等宽带网络通信的需求。尤其是在一些通信基础薄弱的郊区、偏远山区等想要短时间内搭建起稳定可靠的应急通信网络需要面临着巨大的困难。小型无人机平台中继通信是国内外所较为流行的一种解决应急通信的方法，其利用无人机所构建的空中平台能够很好的解决周边复杂地形的电波覆盖问题，做好小型无人机平台中继通信技术的研究与开发对于确保武警部队的应急通信保障有着极为重要的意义。

1.小型无人机平台中继通信技术特点

小型无人机平台中继通信技术利用无人机体积小、机动性强、携带方便的特点很适合作为复杂地形的应急通信保障平台。在传统的通信技术中LoS（视距）通信技术等在野外复杂的地形条件下很难满足长距离通信的需求，利用小型无人机作为平台搭建应急中继通信是解决武警部队应急通信保障的有效手段。除上述优点外，以小型无人机作为平台搭建应急通信网络也具有一些不足，小型无人机的飞行高度、续航性都有着一定的不足，因此其多应用于短期应急通信网络的搭建。

2.小型无人机平台中继通信技术的研究

小型无人机平台中继通信技术需要满足小型无人机对于轻量化、小型化以及低功耗的需求，在小型无人机平台中继通信技术的设计过程中需要注意缩减通信器材的质量、体积以及功耗从而提高小型无人机平台的机动性、安全性和续航力。此外，在小型无人机平台中继通信技术的研发中还需要确保中继系统能够进行多节点接入，实现长视距、高速率的数据传输用以满足复杂条件下的应急通信保障需求。在传统的无线局域网的搭建中多采用的是WiFi标准所建立的，但是WiFi标准中所采用的MAC 协议其核心所采用的CSMA/CA机制其仅能够在接入用户较少且通信距离较短范围内发挥出良好的作用，而超出一定的范围后其将会产生隐藏终端、远近效应等影响通信效果的众多问题，因此以WiFi标准进行应急通信网络的搭建是不可能的。在小型无人机平台中继通信技术的解决方案中采用基于时分多址的MAC协议则能够有效的规避WiFi标准所存在的诸多问题。小型无人机平台中继通信设计方案所采用的TDMA方式其核心是通过将一个宽带的无线载波上按照一定的时间将其划分为周期性的帧，对于所划分出来的每一帧则继续分割成众多的时隙，这些所划分出来的时隙则是通信通道。TDMA系统所采用的时隙分配原则能够确保将各时隙分配到各个站点中以避免多节点同时传输而造成系统过载。小型无人机平台中继通信中采用的TDMA系统利用TDD方式实现数据信号的收发因此能够有效的减少通信设备的体积和功率。TDMA系统所具有的高抗干扰性和频率利用率高等的特点在辅助以调频和QoS保障等的技术使得小型无人机平台中继通信技术能够有效的满足复杂条件下的应急通信需求。在小型无人机平台中继通信系统中采用TD-LTE频段，工作频段在2.3～2.7GHz的区间范围内，这一区间段的微波通信的软、硬件技术都已经应用十分广泛利用小型飞机这一空中平台能够满足周边数十千米内的通信需求。在小型无人机平台中继通信系统的硬件构成方面，使用SoC硬件搭建方案能够有效的提高小型无人机平台中继通信系统的集成性。比如说采用Atheros公司的AR9XXX系列芯片来进行小型无人机平台中继通信系统的开发能够满足TD-LET、IEEE802.11n等的多种通信模式，通过这一设计方案能够有效的降低小型无人机平台中继通信系统的重量。

3.小型无人机平台中继通信系统的链路预算

在完成了对于小型无人机平台中继通信系统的设计后需要对小型无人机平台中继通信系统的链路进行预算，为了分析方便在分析时对于小型无人机平台中继通信系统的应用采用了较为简单的应用场景：小型无人机平台中继通信系统采用2.4GHz的微波通信频段，在小型无人机平台中所搭载的中继通信系统中采用3dB的简易全向通信天线，在地面控制系统中采用的是19dB的定向天线，为保障通信在小型无人机平台中继通信系统中和地面通信系统中采用相同的发射机。小型无人机平台中继通信系统的接收机其灵敏度与系统所采用的编码方式和通信速率有着密切的联系。以2.4GHz频段为通信频段，小型无人机平台中继通信系统的灵敏度和MCS之间的有着复杂的关系，根据相关关系MCS可以根据其复杂关系的不同分为0～7个层级，各层级所对应的基带编码也从BPSK到64-QAM进行了转换。在计算时选用5MHz的调制带宽，如需要达到最小为1.6Mbps的调制速率则需要将确保小型无人机平台中继通信系统的接收灵敏度。根据上述数据可以对小型无人机平台中继通信系统的有效覆盖半径进行计算。在对接收机收到的功率电平计算时可以按照下列公式（1）进行计算。

Pr=Pt+Gt+Gr-Lf （1）

Pr为接收机功率电平；Pt为发射功率；Gt为发射天线增益；Lf为自由空间损耗。

在小型无人机平台中继通信系统通信时采用2.4GHz时，自由空间上的损耗可以采用公式（2）进行计算：

Lf=100+20lg d （2）

根据上述计算公式可以算得在采用升限为300m的小型无人机作为空中中继平台时，小型无人机平台中继通信系统的覆盖范围能够达到半径≥60km，采用上述设备进行小型无人机平台中继通信系统的架设时，其能够在覆盖半径范围内达到1.6～65Mbps的通信速率，此速率能够满足武警部队对于语音和视频等对于通信的需求。此外，在小型无人机平台中继通信系统的设计中为了更好的提高小型无人机平台中继通信系统的带宽和通信覆盖范围还可以通过采用提高通信天线增益、采用通信天线伺服等的方式。

结语

小型无人机平台中继通信系统是武警部队应急通信保障中的一种重要的方式，本文在分析小型无人机平台中继通信系统通信解决方案的基础上对小型无人机平台中继通信链路的预算进行了分析介绍。

参考文献

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