SPL无人机将提供5G网络服务

托尼·奥斯本

英国SPL公司正研究使用氢燃料动力高空长航时无人机为未来5G蜂窝网络提供经济高效的补充，这种无人机能在18km以上的高空持续工作9天，与地面设备及土地租金相比，在成本上具有很大的优势。

英国初创公司SPL（Stratospheric Platforms）提议使用氢燃料动力高空长航时无人机为未来5G蜂窝网络提供经济高效的补充。SPL无人机重3.5t，翼展为60m，能在18km以上的高空持续工作9天。这与在地面上建立5G网络以及支付相应土地租金相比，在成本上具有很大的优势。

高带宽5G网络是一项可用于自动驾驶汽车和物联网领域的使能技术，与早期的3G和4G蜂窝服务相比，需要更多的地面蜂窝基站，仅英国就可能需要40万个5G基站以提供网络覆盖，是现有基础设施的10倍。另外，英国手机运营商每年所支付的基站土地租金已高达数十亿英镑。

SPL公司的无人机将充当飞行中的基站，根据区域地理位置的不同，可为跨140km的区域提供5G通信，从而省去了安装700个基站的要求。SPL首席执行官、原英国国家空中交通服务有限公司（NATS）负责人理查德·迪肯（Richard Deakin）解释说，从本质上说该无人机基站相当于天空基站，用户甚至不知道其手机连接的是无人机。

而且，由于信号是从高空飞行的无人机上发射，不会受建筑物等障碍物干扰，因此信号的连续性更好。SPL和主要投资方德国电信进行的测试已经证明了这一理论。2020年10月，SPL在德国使用Grob G 520高空涡轮螺旋桨飞机测试了专门开发的天线，该天线能够在13.7km的高空向智能手机提供4G语音和数据传输服务。测试结果显示，在该信号覆盖区，下载速度可达70 Mbps，上传速度达20Mbps。

图1 SPL与缩比复合材料公司合作设计3.5t级无人机。

为了保证5G网络的连通性和带宽，蜂窝天线需要在尺寸、重量和电功率上进行扩容，这推动了对大型专用平台的需求。SPL的合作伙伴剑桥咨询公司开发了一个9m2的大型相控阵可转向收发机，将安装在无人机底部以便向下方发射5G信号单元。可转向天线能使5G信号集中在特定区域，例如使信号集中在高速公路上以支持自动驾驶汽车，或者沿海岸线使波束可以更有效地针对人口密集区而不是向水中发射。

由于平流层气压较低，没有足够的空气来散热，所以还必须考虑天线的冷却问题。为此，SPL公司在设计无人机平台时将冷却系统整合其中，在机头上有一个大的进气口。另外，5G天线对功率的使用要求很高，需要20kW的功率才能工作，其他高空飞行器，如空客“西风之神”（Zephyr）太阳能无人机和潜鸟公司（Loop）的热气球都无法满足功率需求。

为了产生足够的电力，SPL公司正在测试一种源于汽车工业的高能量燃料电池系统。到目前为止，这种电池能在模拟平流层飞行条件下产生49kW的电能。而为能维持天线和无人机发动机的运行，电池需要产生约70kW的功率才能满足需求。SPL还在开发一种绝缘罐，以储存足够的氢气支持长时间飞行。剑桥咨询公司首席销售官蒂姆·福勒（Tim Fowler）表示，安装在SPL平流层无人机上的天线十分经济，将改写提供蜂窝覆盖范围的成本概念。

目前，这架无人机由诺斯罗普-格鲁门公司的缩比复合材料公司设计，SPL公司希望2022年实现首飞，但这取决于从其他投资者处获得B轮融资的情况。SPL的目标是2015年左右取证并投入市场。市场分析表明，覆盖整个英国需要60架无人机，而覆盖德国大小的国家需要70架左右，不过这些估算没有把无人机的返航和维修情况考虑在内。德国电信表示无人机平台将作为对地面网络的补充，使用无人机的区域是无线电信号被遮挡的峡谷和山区。

鉴于所需的地面发射塔太多，且整个网络的安装可能耗时数年，SPL公司建议手机运营商可以逐步采用SPL无人机系统，以更快地推出5G服务。同时，手机运营商不需要同时是无人机运营商，SPL正与多个商业伙伴合作向手机运营商提供这项服务，手机运营商可以选择为使用基站的时间付费或为传送的每TB数据付费。