一种无人机应急救灾高空基站的制作方法

本发明涉及一种无人机应急救灾高空基站。

背景技术：

在很多情况下，常规的移动通信网络会因特殊原因无法满足需求。例如在救灾指挥领域，地震、洪水等自然灾害导致运营商网络瘫痪，短时间内无法恢复；灾区周边的道路交通受到破坏，大型设备及车辆无法及时抵达灾区。在治安反恐领域，团队成员之间、团队成员与后端指挥中心间需要进行特定的信息交互。或者在热点覆盖领域，大型展会、比赛、集会活动等会导致某一区域内的通信业务量在某一时间段内激增，超出了常规的网络设施承载能力，需要迅速在这些热点区域临时增加网络覆盖，支撑用户业务的顺利接入，保障用户体验。在这些情况下，均需要部署应急通信基站，日常应用较多的应急通信车等保障手段，由于道路阻断、山体遮挡、活动范围广、人流量多等方面的原因，通常也无法满足实际使用需求。

目前全球运营商都在积极开展高空基站研究，根据地震、泥石流、洪水等重大自然灾害情况下应急通信保障需求，研究探索适用于不同保障场景，方便、快捷、低成本、易部署的高空基站。从现有研究情况来看，主要有热气球和氦气艇两种方式，但是热气球和氦气艇均存在成本高、操作复杂等弊端，很难实际应用。

为积极履行社会责任，保障地震、泥石流、洪水等重大自然灾害情况下的通信需求，汶川地震发生后，中国移动2008年第62期公司领导专题办公会就提出了建设“天地一体”应急通信体系的思路。目前研究成型的高空基站包括热气球和氦气球。

其中热气球经过几代改良，已发展出了系留式热气球。系留式热气球成本低（500万左右），升空高度至1000m时，覆盖范围可达40km。但其体积约6000m3，滞空时间仅能维持6小时，只适用于好于小雨雪的天气下，升空时地面风力小于3级（5米/秒）、空中风力小于5级（10米/秒）的环境下，且升空时最少需要60m×60m的平整、周边无高大遮挡物的净空场地，需要人力20人左右。

而氦气球经过几代改良，已发展出了系留式氦气艇。系留式氦气艇升空高度至1000m时，覆盖范围可达50km，滞空时间可维持72小时。但其同时拥有系留式热气球体积大造成的弊端，且成本较高，需要1500万左右，一次实验成本约20万。

且系留式热气球和氦气球由于需要地面牵引，载重、远程距离均受限制。

在现有研究的基础上，如何降低成本、如何提升操作便易性、如何提升远程操作性、如何提升高空基站载重能力，从而进一步提升网络覆盖、容量以及如何提升应对恶劣环境性能，成为高空基站研究的重要课题。

技术实现要素：

鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，本发明提出一种无人机应急救灾高空基站，包括承载平台、无线通信系统和回传设备，所述承载平台为无人机，无线通信系统和回传设备相互连接并搭载在所述系留式无人机上，所述无线通信系统包括rru模块通信设备和天线，rru模块通信设备通过天线与用户进行无线连接，所述回传设备包括bbu模块通信设备和回传系统，所述rru模块通信设备与bbu模块通信设备建立数据传输连接，bbu模块通信设备通过回传系统与机房ptn进行数据传输连接。

在根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站中，优选地，所述承载平台包括旋转翼无人机、系留式无人机或消费类无人机。

在根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站中，优选地，所述rru模块通信设备tdd制式下采用f频段，fdd制式下采用900mhz。

在根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站中，优选地，所述天线水平角度为360度，垂直角度为（15~20）度，天线增益为（7~15）dbi，承载平台驻空高度为（45~200）米；采用旋转翼无人机作为承载平台时，采用7dbi全向天线。

在根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站中，优选地，所述承载平台为系留式无人机，所述rru模块通信设备采用tdd制式rru模块通信设备，所述回传系统为光电复合光缆，bbu模块通信设备通过光电复合光缆与地面绞车并通过地面绞车与机房ptn进行数据传输连接。因为系留式无人机对负载的重量要求高，需要优先选用满足系留式无人机承重条件下的最大发射功率设备，fdd产品重量上不能满足要求，tdd产品bookrru满足度最高。回传使用光电复合光缆方式，支持bookrru连接，既能提供电力支持，又能满足数据传输要求，能够实现24小时不间断滞空，提供长时间的应急通信保障。

进一步优选地，所述rru模块为bookrru模块，重量为6.5kg，功率为2x10w，天线为10dbi定向天线，天线下倾角5度，系留式无人机驻空高度100m。这种优选方案配置，能够长时间续航、无回传稳定性问题，并且升降快速，可应用于各类自然灾害场景。低于现有的应急通信车投资，成本较低，已具备现网应用条件，一方面可与应急通信车配合使用，作为升降杆的高度补充或替代应急车升降杆；另一方面，可以替代部分应急通信车，覆盖距离远远大于现有的应急通信车。经过发明人测试，在100米高空条件下，基于~115dbmvolte覆盖半径可达到5.12km，基于~120dbm数据业务覆盖半径可达到5.34km。

在根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站中，优选地，所述承载平台为旋转翼无人机，所述rru模块通信设备采用tdd制式或fdd制式的rru模块通信设备，所述天线为全向天线，所述回传系统为relay中继系统、微波系统或者mesh无线网络。旋转翼无人机的负载能力较强，可以负载各种轻重的tdd制式或fdd制式的rru模块通信设备，天线采用全向天线，满足重量要求情况下，综合考虑发射功率和天线增益最大。例如可以配置为fdd:rru3938，重量：15kg，功率：2*40w，天线：7dbi(全向)，或者配置为tdd:rru3172，重量：12kg，功率：2*40w，天线：7dbi(全向)。回传系统可以使用relay中继系统、微波、mesh组网（无线网格网络）等多种方式，实现灵活机动和可靠的回传。

进一步优选地，所述rru模块为tdd制式rru3172模块，重量为12kg，功率为2x40w，天线为7dbi全向天线，旋转翼无人机驻空高度200m。这种优选方案配置，设备功率大，全向天线覆盖效果好，整体机动性强，能够进入应急车辆以及保障队伍无法进入的受灾区域。成本略高于现有的应急通信车，但可直接飞行到灾害上空，机动性强，覆盖范围广，覆盖距离远远大于现有的应急通信车。经过发明人测试，受限于高空管制（飞行物不得超过120米），实际测试基于100米高空条件下进行。在100米高空条件下，基于~115dbmvolte覆盖半径可达到6.5km，基于~120dbm数据业务覆盖半径可达到6.9km。

进一步优选地，所述rru模块为fdd900mhz制式rru3938模块，重量为15kg，功率为2x40w，天线为7dbi全向天线，旋转翼无人机驻空高度200m。这种优选方案配置，设备功率大，全向天线覆盖效果好，整体机动性强，能够进入应急车辆以及保障队伍无法进入的受灾区域。成本略高于现有的应急通信车，但可直接飞行到灾害上空，机动性强，覆盖范围广，覆盖距离远远大于现有的应急通信车。经过发明人测试，受限于高空管制（飞行物不得超过120米），实际测试基于100米高空条件下进行。在100米高空条件下，基于~115dbmvolte覆盖半径可达到9.4km，基于~120dbm数据业务覆盖半径可达到10.3km。

在根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站中，优选地，所述承载平台为旋转翼无人机，所述rru模块通信设备采用tdd制式或fdd制式的rru模块通信设备，所述天线为全向天线，所述所述回传系统为mesh无线网络，bbu模块通信设备与搭载在承载平台上的mesh设备连接，搭载在承载平台上的mesh设备与地面mesh设备无线连接，地面mesh设备与机房ptn进行数据传输连接。mesh设备体积小，重量轻，使用频段广，传输带宽大，全向无需对准，方向性好，开机即用。可以自动选择路径，无中心自组网，组网方式灵活。能够链路自愈，系统健壮性和稳定性强，某条路径失效自动选择其他路径，有效对抗遮挡。并且支持多跳，扩大传输范围，可实现远距离覆盖。经过测试，配置mesh带宽15m时，定点测试下载均速约14mbps，上传速率8mbps，dt测试下载均速13.5mbps。在发生自然灾害时，灾区地面基站全部阻断时，可在灾区边沿升空系留式无人机，通过mesh自组网方式提供传输链路从而越过山体阻挡，多组无人机可深入灾区上空为用户提供4g覆盖，迅速恢复通信。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，采用旋转翼无人机、系留式无人机或消费类无人机等无人机作为高空基站承载平台，搭载无线通信设备、天线和传输设备，根据不同无人机型号，搭载不同类型的无线设备和传输设备，满足快速开启无线站点需求，普通用户可以直接接入。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，承载平台采用无人机，环境适应强，在自然灾害等恶劣环境能够起飞；载重大，能够承载更大的无线通信系统和回传设备，满足无线广覆盖；操作简便，升降迅速；续航时间长，能够支撑无线通信系统长时间运行，服务更多用户。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，无线通信系统重量轻，设备重量越轻，可以适配更多的承载平台，同时增加承载平台运行时间；满足承重下最大发射功率，覆盖远，覆盖距离越远，服务用户越多，解决更多通信难题；体积小，满足多种承载平台需求，节省空间。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，回传设备重量轻，设备重量越轻，可以适配更多的承载平台，增加承载平台运行时间；稳定性好，可以满足承载平台特殊要求，稳定回传信号；传输距离远，可以远距离传输，解决回传难题；体积小，满足多种承载平台需求，节省空间。

在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，具有成本低、操作简便、承重大、驻空时间长、环境适应能力强等特点，在恶劣环境下，高空基站可以快速升空，不需要专业人员就可以快速开启通讯站点，通讯站点不需要人员到达现场，可以远程操作。可以长时间保持通讯畅通，满足更多用户通讯需求，作为应急通信站点，满足不同应急救灾场景例如应急救灾、治安反恐、热点覆盖等场景下通讯需求。

附图说明

图1示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站应用示意图

图2示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同频段测试示意图

图3示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同功率测试示意图

图4示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同下倾角测试示意图

图5示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同天线增益测试示意图

图6示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站tdd制式不同高度覆盖情况静态测试示意图

图7示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站fdd制式不同高度覆盖情况静态测试示意图

图8示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站mesh自组网无线回传示意图

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。

如图1所示，一种无人机应急救灾高空基站，包括承载平台、无线通信系统和回传设备，所述承载平台为无人机，无线通信系统和回传设备相互连接并搭载在所述系留式无人机上，所述无线通信系统包括rru模块通信设备和天线，rru模块通信设备通过天线与用户进行无线连接，所述回传设备包括bbu模块通信设备和回传系统，所述rru模块通信设备与bbu模块通信设备建立数据传输连接，bbu模块通信设备通过回传系统与机房ptn进行数据传输连接。

作为根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，所述承载平台包括旋转翼无人机、系留式无人机或消费类无人机。

作为根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，所述rru模块通信设备tdd制式下采用f频段，fdd制式下采用900mhz。

作为根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，所述天线水平角度为360度，垂直角度为（15~20）度，天线增益为（7~15）dbi，承载平台驻空高度为（45~200）米；采用旋转翼无人机作为承载平台时，采用7dbi全向天线。

发明人通过100米高空静态测试，得出无线通信系统的最优参数设置及高空无人基站预期的覆盖评估。图2示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同频段测试示意图，tdd制式下采用f频段，fdd制式下采用900mhz，这种情况下高空无人基站预期的覆盖较佳。图3示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同功率测试示意图，增加功率可增大覆盖6%左右，功率对覆盖影响相对较小。图4示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同下倾角测试示意图，100米高空场景下，天线下倾角5~8度覆盖效果更好。图5示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站100米高空静态测试不同天线增益测试示意图，使用高增益天线可增大覆盖32%左右，天线增益等天馈系统设计对覆盖影响更大。图6示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站tdd制式不同高度覆盖情况静态测试示意图，图7示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站fdd制式不同高度覆盖情况静态测试示意图，通过不同高度模拟高空静态测试，得出tdd制式下，测试平台从100米到200米，覆盖半径提升48%~76%；fdd制式下，测试平台从45米到200米，覆盖半径提升114%~125%。

考虑盘旋时飞行姿态前倾5度左右，且存在一定震动，垂直方向增益过高会导致覆盖范围不稳定，经计算优选垂直波瓣取15~20度。采用旋转翼无人机平台时，考虑天线增益和气流导致的飞机抖动影响，采用7dbi全向天线，满足高空基站特殊化需求。

一种情况下，作为根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，所述承载平台为系留式无人机，所述rru模块通信设备采用tdd制式rru模块通信设备，所述回传系统为光电复合光缆，bbu模块通信设备通过光电复合光缆与地面绞车并通过地面绞车与机房ptn进行数据传输连接。因为系留式无人机对负载的重量要求高，需要优先选用满足系留式无人机承重条件下的最大发射功率设备，fdd产品重量上不能满足要求，tdd产品bookrru满足度最高。回传使用光电复合光缆方式，支持bookrru连接，既能提供电力支持，又能满足数据传输要求，能够实现24小时不间断滞空，提供长时间的应急通信保障。

作为一种优选的具体配置方案，所述rru模块为bookrru模块，重量为6.5kg，功率为2x10w，天线为10dbi定向天线，天线下倾角5度，系留式无人机驻空高度100m。这种优选方案配置，能够长时间续航、无回传稳定性问题，并且升降快速，可应用于各类自然灾害场景。低于现有的应急通信车投资，成本较低，已具备现网应用条件，一方面可与应急通信车配合使用，作为升降杆的高度补充或替代应急车升降杆；另一方面，可以替代部分应急通信车，覆盖距离远远大于现有的应急通信车。经过发明人测试，在100米高空条件下，基于~115dbmvolte覆盖半径可达到5.12km，基于~120dbm数据业务覆盖半径可达到5.34km。

在另一种情况下，作为根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，所述承载平台为旋转翼无人机，所述rru模块通信设备采用tdd制式或fdd制式的rru模块通信设备，所述天线为全向天线，所述回传系统为relay中继系统、微波系统或者mesh无线网络。

旋转翼无人机的负载能力较强，可以负载各种轻重的tdd制式或fdd制式的rru模块通信设备，天线采用全向天线，满足重量要求情况下，综合考虑发射功率和天线增益最大。例如可以配置为fdd:rru3938，重量：15kg，功率：2*40w，天线：7dbi(全向)，或者配置为tdd:rru3172，重量：12kg，功率：2*40w，天线：7dbi(全向)。回传系统可以使用relay中继系统、微波、mesh组网（无线网格网络）等多种方式，实现灵活机动和可靠的回传。

作为一种优选的具体配置方案，所述rru模块为tdd制式rru3172模块，重量为12kg，功率为2x40w，天线为7dbi全向天线，旋转翼无人机驻空高度200m。这种优选方案配置，设备功率大，全向天线覆盖效果好，整体机动性强，能够进入应急车辆以及保障队伍无法进入的受灾区域。成本略高于现有的应急通信车，但可直接飞行到灾害上空，机动性强，覆盖范围广，覆盖距离远远大于现有的应急通信车。经过发明人测试，受限于高空管制（飞行物不得超过120米），实际测试基于100米高空条件下进行。在100米高空条件下，基于~115dbmvolte覆盖半径可达到6.5km，基于~120dbm数据业务覆盖半径可达到6.9km。

作为另一种优选的具体配置方案，所述rru模块为fdd900mhz制式rru3938模块，重量为15kg，功率为2x40w，天线为7dbi全向天线，旋转翼无人机驻空高度200m。这种优选方案配置，设备功率大，全向天线覆盖效果好，整体机动性强，能够进入应急车辆以及保障队伍无法进入的受灾区域。成本略高于现有的应急通信车，但可直接飞行到灾害上空，机动性强，覆盖范围广，覆盖距离远远大于现有的应急通信车。经过发明人测试，受限于高空管制（飞行物不得超过120米），实际测试基于100米高空条件下进行。在100米高空条件下，基于~115dbmvolte覆盖半径可达到9.4km，基于~120dbm数据业务覆盖半径可达到10.3km。

在回传方面，作为根据本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，所述承载平台为旋转翼无人机，所述rru模块通信设备采用tdd制式或fdd制式的rru模块通信设备，所述天线为全向天线，所述所述回传系统为mesh无线网络，bbu模块通信设备与搭载在承载平台上的mesh设备连接，搭载在承载平台上的mesh设备与地面mesh设备无线连接，地面mesh设备与机房ptn进行数据传输连接。图8示出了根据本发明的无人机应急救灾高空基站mesh自组网无线回传示意图。mesh设备体积小，重量轻，使用频段广，传输带宽大，全向无需对准，方向性好，开机即用。可以自动选择路径，无中心自组网，组网方式灵活。能够链路自愈，系统健壮性和稳定性强，某条路径失效自动选择其他路径，有效对抗遮挡。并且支持多跳，扩大传输范围，可实现远距离覆盖。经过测试，配置mesh带宽15m时，定点测试下载均速约14mbps，上传速率8mbps，dt测试下载均速13.5mbps。在发生自然灾害时，灾区地面基站全部阻断时，可在灾区边沿升空系留式无人机，通过mesh自组网方式提供传输链路从而越过山体阻挡，多组无人机可深入灾区上空为用户提供4g覆盖，迅速恢复通信。

根据上述本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，通过采用旋转翼无人机、系留式无人机或消费类无人机等无人机作为高空基站承载平台，搭载无线通信设备、天线和传输设备，根据不同无人机型号，搭载不同类型的无线设备和传输设备，满足快速开启无线站点需求，普通用户可以直接接入。

根据上述本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，承载平台采用无人机，环境适应强，在自然灾害等恶劣环境能够起飞；载重大，能够承载更大的无线通信系统和回传设备，满足无线广覆盖；操作简便，升降迅速；续航时间长，能够支撑无线通信系统长时间运行，服务更多用户。

根据上述本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，无线通信系统重量轻，设备重量越轻，可以适配更多的承载平台，同时增加承载平台运行时间；满足承重下最大发射功率，覆盖远，覆盖距离越远，服务用户越多，解决更多通信难题；体积小，满足多种承载平台需求，节省空间。

根据上述本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，回传设备重量轻，设备重量越轻，可以适配更多的承载平台，增加承载平台运行时间；稳定性好，可以满足承载平台特殊要求，稳定回传信号；传输距离远，可以远距离传输，解决回传难题；体积小，满足多种承载平台需求，节省空间。

根据上述本发明实施例的无人机应急救灾高空基站，具有成本低、操作简便、承重大、驻空时间长、环境适应能力强等特点，在恶劣环境下，高空基站可以快速升空，不需要专业人员就可以快速开启通讯站点，通讯站点不需要人员到达现场，可以远程操作。可以长时间保持通讯畅通，满足更多用户通讯需求，作为应急通信站点，满足不同应急救灾场景例如应急救灾、治安反恐、热点覆盖等场景下通讯需求。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可实施。当然，以上所列的情况仅为示例，本发明并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，根据本发明技术方案的其他变形或简化，都可以适当地应用于本发明，并且应该包括在本发明的范围内。