，北京邮电大学工学博士，教授级高级工程师，中关村国家自主立异示范区高端领军人才，现就职于我国联通网络技能研讨院。长时刻从事4G/5G移动通讯技能与事务立异研制作业，作为项目组长先后担任多个4G/5G范畴的移动通讯国家重大项目，宣布学术论文超越70篇，发明专利100余篇，个人专著3本。

　　国家高度重视应急通讯网络的规划与建造，特别是无人机的应急通讯技能研讨越来越受到重视，相关于4G“尽力而为”的网络特性，5G凭仗大带宽、低时延和高牢靠性的网络才能，为网络功用装备供给了灵敏的装备空间，将会逐步成为满意应急通讯不同场景需求的首选技能。提出了根据固定翼式无人机的5G应急通讯掩盖解决计划，该计划经过无人机机载5G一体化基站，结合地上宏基站辅佐完成组网。对无人机基站下行掩盖与回传链路预算进行仿真，结果表明，所提出的解决计划能够满意偏远地区和应急通讯的掩盖需求。

　　地上通讯体系常常因为自然力腐蚀、人为损坏、年久老化导致设备功用下降等多种要素，影响其稳定性和牢靠性，其移动性与灵敏性较差，难以满意应急通讯的要求 [1-2]。因而，高灵敏性、高牢靠性的应急通讯办法成为通讯技能范畴的研讨热门。

　　我国政府为确保并推动我国应急通讯网络的建造，成立了国家应急办理部，发动六合一体的应急通讯网络规划和建造。为呼应国家召唤，国内三大运营商积极开展应急通讯确保研讨。传统应急通讯一般选用应急通讯车方法，应急通讯车具有较高的机动性与稳定性，是应急通讯设备中的重要组成部分。但在塌方、山体滑坡、地震、海域掩盖等极点场景，通讯车辆难以及时布置；一起，因为应急通讯车桅杆升降高度约束，导致天线投射面积有限。因而，单一应急通讯办法难以满意全方面的应急通讯的需求 [3]。跟着无人机技能发展，特别是无人机的飞翔高度、移动半径、续航和载重等才能的大幅提高，经过无人机搭载基站具有了可行性。此外，无人机基站具有高牢靠的视距链路和灵敏布置的才能，使得无人机组网技能在未来应急通讯网络中具有宽广远景 [4-5]。

　　5G是面向2020年今后移动通讯需求而发展起来的新一代移动通讯体系，在传输速率和资源使用率等方面较4G体系取得大幅提高。用户在享用更高、更快、更丰厚的体会的一起，也对网络速率和时延等功用指标提出更高的要求。相关于4G“尽力而为”的网络特性，5G大带宽(0～10 Gb/s)、低时延(1～100 ms)和高牢靠性(0～99.999 9%)等才能，为网络功用装备供给了灵敏的装备空间。因而，根据5G的应急体系将会逐步成为满意应急通讯不同场景需求的首选技能。

　　本文将根据5G技能，对固定翼式无人机机载体系的组网架构进行研讨 [6-7]，要点对该架构下的固定翼无人机掩盖和回传才能进行剖析，并给出相应定论。

　　(1)续航时长：因为应急通讯场景的需求，续航时刻超越20小时将更具有实用性；

　　(2)快速布置：鉴于应急通讯事情突发的特色，需求在呈现突发状况时在尽量短的时刻内开端运作；

　　(3)运送快捷：鉴于应急事情产生地址的不确定性，需求在短时刻内将设备运送至突发事情产生地址；

　　(4)载荷较大：鉴于应急通讯需求的杂乱性，需求渠道具有较大起飞分量，能够搭载多种应急通讯设备；

　　无人机包含民用级无人机和专业级无人机两种类型。民用无人机载荷较小，自带蓄电池的规划在确保机体简便的一起也使得飞翔时刻一般在20～70 min，无法满意应急通讯确保的需求。专业无人机首要包含旋翼无人机、系留式无人机和固定翼无人机3种类型。旋翼无人机具有便于控制、笔直起降和长时刻悬停等优势，一起无人机结构紧凑，外形尺度较小。系留式无人机体系以多旋翼无人机为渠道，经过专用电源和电缆完成供电和传输，可完成在必定载荷下长时刻悬停，完成远间隔通讯掩盖。系留式无人机具有携带方便、开设敏捷、操作简略的特色，但负载有限(载荷为2～10 kg)，然后约束了其运用规模。固定翼无人机尺度相对较大，控制相对杂乱，一起有必定的起降受限，但其更高的飞翔高度、更大的载荷分量(特别是近年来小型化的氢燃料电池逐步实用化)、更久的续航才能使得固定翼无人机更适合于大规模的应急通讯确保。

　　机载体系组网架构首要由无人机渠道、机载基站、回传终端(Customer Premise Equipment，CPE)、现网宏站、安全网关和核心网组成，如图1所示。

　　机载基站和回传终端布置在无人机渠道上供给应急网络掩盖以及将数据传输到现网宏站的功用，安全网关首要用来供给数据解密、防火墙等功用，核心网首要用于用户鉴权、接入办理和数据转发等功用。终端接入机载基站后，机载基站将数据进行加密，加密后的数据经过回传CPE传输到宏站以及核心网的网关中，核心网网关将加密数据转给安全网关后对数据进行解密，再经过核心网网关转发到互联网，完成应急通讯数据传输的全体流程。

　　机载基站主张选用专为无人机机载定制的5G一体化基站设备，其首要功用要求主张如下。

　　无人机运用全向天线时，选用高空明区传达核算模型,高空明区示意图如图2所示。无人机基站与用户实践间隔如图3所示。

　　式中，h t为基站天线有用高度，单位为m；h r为用户接纳天线有用高度，单位为m；d为基站天线与用户之间的有用接纳间隔，单位为km。

　　其间，本文中的链路损耗模型为经典自由空间传达模型，其途径损耗模型核算公式能够表明为：

　　(1)无人机掩盖才能：选用5G n1 2.1 GHz频点时，根据5 MHz带宽2×10 W机载一体化基站进行掩盖，假定地上终端UE的方针RSRP为-105 dBm，升空高度为200 m的地上掩盖半径超越2.3 km；

　　(2)无人机回传才能：运用4G 800 MHz宏基站作为无人机回传基站，假定4G宏基站总功率为2×20 W，运用5 MHz作业带宽，宏站与经过无人机搭载的4G回传CPE的掩盖半径大于10.7 km，升空高度为200 m的回传CPE间隔宏站的地上掩盖半径为9.9 km，可满意约340 km2规模内的语音与数据等事务运用。

　　(1)关于2.1 GHz频段5 MHz带宽的5G一体化基站经过无人机渠道搭载后，当掩盖区域内到达边际-105 dBm左右的掩盖水平常，跟着基站发射功率的添加，边际用户接纳功率逐步增大，关于方针RSRP来说，基站下行掩盖规模逐步增大，由2×1 W功率下的0.9 km掩盖半径最大到2×20 W的半径3.5 km掩盖，可最大满意40 km2内用户语音与数据等事务运用需求。

　　(2)在地上4G宏基站辅佐下，800 MHz频段的回传CPE跟着发射功率从2×1 W逐步增大至2×20 W时，其掩盖半径由2 km扩大到9 km左右，最大可满意240 km2以内的用户需求。

　　本文提出了根据固定翼式无人机的5G应急通讯掩盖解决计划，该计划经过无人机机载5G一体化基站，结合地上宏基站辅佐完成组网。无人机基站下行掩盖与回传链路预算的仿真结果表明，固定翼无人机搭载一体化基站设备的计划在原有宏站掩盖半径10.7 km的基础上，进一步将掩盖半径提高2.3 km，到达13 km，总掩盖面积约530 km2。该计划能够满意偏远地区掩盖和应急通讯的根本需求。

　　[1] 吴鹏，王黎阳.系留式多旋翼无人机在应急通讯中的运用[J].我国信息化，2018(12)：60-61.

　　[2] 李威，李跃军.使用无人机建立高空基站的研讨[J].通讯国际，2017(9)：12-13.

　　[3] 卢洪涛，黄毅华，陈玥.系留式无人机应急渠道建立及测验[J].广东通讯技能，2018，38(12)：13-16.

　　(1.我国电信股份有限公司研讨院，北京102209；2.北京佰才邦技能有限公司，北京100044)