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無人機(jī)整機(jī)
無人機(jī)配件
無人機(jī)服務(wù)
設(shè)備與工具在剛剛過去一個(gè)多月的九寨溝地震中，無人機(jī)高空基站首次出現(xiàn)在搶險(xiǎn)救災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)，助力運(yùn)營商快速恢復(fù)災(zāi)區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)。
截止到目前，國際上不少領(lǐng)先運(yùn)營商先后推出無人機(jī)基站解決方案的實(shí)驗(yàn)測(cè)試或演示，如美國Verizon2016年就啟動(dòng)了固定翼無人機(jī)+LTE小基站的測(cè)試，2017年AT&T發(fā)布Flying cow，系留式多旋翼無人機(jī)，主要用于通信搶險(xiǎn)和大型活動(dòng)應(yīng)急，提供LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
今天，我們就簡單科普一下，這些名稱繞口的無人機(jī)基站。
目前，常見的應(yīng)急通信系統(tǒng)是應(yīng)急通信車，但當(dāng)遭遇道路損毀、塌方時(shí)，交通受阻，往往導(dǎo)致應(yīng)急通信車保障難以因地制宜地展開。另外，應(yīng)急通信車的天線高度也受限，導(dǎo)致不能很難實(shí)現(xiàn)大面積信號(hào)覆蓋。因此，靈活的無人機(jī)高空基站越來越被看好，未來將更多地應(yīng)用在救災(zāi)指揮，治安反恐，熱點(diǎn)覆蓋等領(lǐng)域。
無人機(jī)基站的演進(jìn)發(fā)展，迄今為止經(jīng)歷了3個(gè)階段
1.電池式，毫瓦級(jí)基站
目前來看，電池式無人機(jī)是最成熟、應(yīng)用最廣泛的無人機(jī)。在無人機(jī)行業(yè)內(nèi)，絕大多數(shù)成熟的產(chǎn)品及解決方案，都是基于電池式無人機(jī)，比如掛載相機(jī)、攝像頭、農(nóng)藥噴灑設(shè)備等
由于無人機(jī)系統(tǒng)是負(fù)載受限的，能夠掛載的任務(wù)負(fù)載的重量和體積非常有限，因此，在無人機(jī)基站的最初階段，就是將重量輕、體積小的毫瓦級(jí)基站作為無人機(jī)負(fù)載的一種，快速組合成為電池式毫瓦級(jí)無人機(jī)基站。在這個(gè)階段，只需簡單解決無人機(jī)與基站的結(jié)構(gòu)對(duì)接、電源對(duì)接、以及基站與地面核心網(wǎng)對(duì)接時(shí)的通信回傳問題即可。
KDDI曾經(jīng)發(fā)布過一款無人機(jī)基站，就是一款電池式毫瓦級(jí)無人機(jī)基站（如下圖）。該無人機(jī)除了掛載一臺(tái)毫瓦級(jí)LTE基站之外，還掛載了一臺(tái)CPE設(shè)備，利用CPE與地面基站之間建立的無線鏈路，解決了機(jī)載基站的通信回傳問題。
2.系留式，掛載毫瓦級(jí)基站
電池?zé)o人機(jī)雖然技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但是有一個(gè)極大的限制，即飛行時(shí)間短。典型的電池式無人機(jī)掛載負(fù)載時(shí)的飛行時(shí)間一般不超過30分鐘。這個(gè)飛行時(shí)間對(duì)于短時(shí)間的簡單任務(wù)還可滿足需求，但是對(duì)于應(yīng)急通信場(chǎng)景，往往需要應(yīng)急基站在傳統(tǒng)地面宏站恢復(fù)工作之前持續(xù)運(yùn)行數(shù)小時(shí)以上，這時(shí)30分時(shí)的飛行時(shí)間便無法滿足要求了。
隨著無人機(jī)行業(yè)自身的發(fā)展，出現(xiàn)了一種可長時(shí)間飛行的無人機(jī)：系留式無人機(jī)。這種無人機(jī)通過一根系留線纜，從地面設(shè)備獲取飛行時(shí)所需電能。這種無人機(jī)理論上的飛行時(shí)間是無限的，但是受限于電機(jī)軸承等器件損耗的限制，在保證系統(tǒng)安全及器件經(jīng)濟(jì)性的前提下，可提供10-20個(gè)小時(shí)的單次持續(xù)飛行。
系留式無人機(jī)與毫瓦級(jí)基站的結(jié)合，便產(chǎn)生了一種新的無人機(jī)基站產(chǎn)品形態(tài)：系留式毫瓦級(jí)無人機(jī)基站。這種產(chǎn)品可快速部署，并且在空中可長時(shí)間停留，極大的擴(kuò)展了無人機(jī)基站的實(shí)用性。在這個(gè)階段，機(jī)載基站的通信回傳擴(kuò)展出了光纖回傳的方案，即在系留線纜匯總集成一根光纖，組成光電混合纜，同時(shí)傳輸無人機(jī)基站系統(tǒng)所需的電能和機(jī)載基站所需的回傳數(shù)據(jù)。
下圖是AT&T發(fā)布的一款無人機(jī)基站，就是一款系留式毫瓦級(jí)無人機(jī)基站。該無人機(jī)系統(tǒng)選用了四軸八槳的架構(gòu)，能夠極大的提升無人機(jī)系統(tǒng)的可靠性，以及定點(diǎn)懸停飛行的穩(wěn)定性，更加適應(yīng)通信場(chǎng)景的需求。
3.系留式，掛載大功率基站
在解決了無人機(jī)基站飛行時(shí)間長短后，另一個(gè)問題漸漸浮出水面，即基站覆蓋范圍有限。
毫瓦級(jí)基站雖然有重量輕、體積小的優(yōu)勢(shì)，但是由于其發(fā)生功率小，在頻譜、天線、終端等其他因素相同的條件下，其覆蓋半徑較小。在典型的場(chǎng)景下，基于2*125mW的基站，在50米的高度，手機(jī)終端進(jìn)行正常業(yè)務(wù)的半徑只有300米左右。這就意味著單個(gè)無人機(jī)基站覆蓋的面積非常有限，不適用廣覆蓋的應(yīng)用場(chǎng)景。
為了解決這個(gè)問題，運(yùn)營商經(jīng)過不斷嘗試，將2*5W、2*10W、甚至2*40W的基站掛載在系留式無人機(jī)上?，F(xiàn)在，系留式大功率無人機(jī)基站的典型覆蓋半徑可輕松超過1公里，若基站使用更大的發(fā)射功率，覆蓋半徑可達(dá)到2公里，在配合使用高增益天線時(shí)，甚至可以超過3公里。
下圖是中國移動(dòng)（在九寨溝地震中使用的）的一款無人機(jī)基站，就是一款系留式大功率無人機(jī)基站。該無人機(jī)基站使用了10W以上的發(fā)射功率，并配置了高增益的天線，從而大大擴(kuò)展了無人機(jī)基站的覆蓋半徑，進(jìn)一步提升了無人機(jī)基站的實(shí)用性。
現(xiàn)在，無人機(jī)基站經(jīng)歷了3個(gè)階段的發(fā)展演進(jìn)，已克服了飛行時(shí)間短、機(jī)載基站覆蓋半徑有限等最核心的瓶頸問題。然而，隨著無人機(jī)基站測(cè)試及應(yīng)用的深入進(jìn)行，出現(xiàn)了一系列新的、更深層次問題，即無人機(jī)與基站之間的配合協(xié)調(diào)及統(tǒng)一設(shè)計(jì)：
a)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性問題：現(xiàn)有基站的結(jié)構(gòu)都不是為無人機(jī)場(chǎng)景專門設(shè)計(jì)優(yōu)化的，一方面，自身重量大（超過10kg），重心往往也不在設(shè)備的正中間，在無人機(jī)振動(dòng)大的環(huán)境中，極易產(chǎn)生晃動(dòng)，影響飛機(jī)飛行穩(wěn)定性和安全性。另一方面，無人機(jī)與基站之間缺少相互對(duì)接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，非常不便于設(shè)備的安裝、更換，也不利于系統(tǒng)間集成連接時(shí)的牢固性。
b)機(jī)載基站與無人機(jī)系統(tǒng)之間的干擾：無人機(jī)系統(tǒng)需要通過GPS進(jìn)行定高和定位，還需要通過無線方式對(duì)無人機(jī)進(jìn)行控制。一方面，基站信號(hào)的干擾，會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)位置出現(xiàn)飄移。另一方面，無人機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)干擾，也會(huì)影響機(jī)載基站的覆蓋效果。
c)無人機(jī)與機(jī)載基站供電未隔離：在特殊環(huán)境下，如高海拔、大風(fēng)等自然條件下，無人機(jī)系統(tǒng)對(duì)于電源的消耗會(huì)加劇，這就會(huì)擠壓機(jī)載基站部分的功率供給，甚至有可能影響機(jī)載基站的正常工作。
d)機(jī)載基站越重，整個(gè)系統(tǒng)的功耗越大：無人機(jī)系統(tǒng)起飛質(zhì)量每增加6kg，系留系統(tǒng)的功耗需求就會(huì)增加約1kw。這意味著機(jī)載基站重量增加，會(huì)導(dǎo)致機(jī)載電源、地面電源、發(fā)電機(jī)的功率要求的提升以及整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)、運(yùn)行成本的增加，同時(shí)，也意味著系留電源用于應(yīng)對(duì)惡劣場(chǎng)景時(shí)的功耗冗余能力將會(huì)減少，從而影響了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
海拔高度與升力及功率的關(guān)系
升力與功率成正比，所需功率為此比例。
目前業(yè)界對(duì)于系留無人機(jī)搭載大功率基站，主要采取兩種態(tài)度
A．運(yùn)營商采購并集成
好處是運(yùn)營商擁有更大的自主權(quán)，但要求運(yùn)營商有較強(qiáng)的集成能力
B. 廠商提供一體化設(shè)計(jì)生產(chǎn)的設(shè)備
好處是無人機(jī)與機(jī)載基站配合更好，產(chǎn)品整體的性能更可靠，但是要求廠商同時(shí)具備通信基站和無人機(jī)的研發(fā)能力
通信基站與無人機(jī)結(jié)合，是未來技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)之一。隨著物聯(lián)網(wǎng)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，相信無人機(jī)基站在未來的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來越廣，隨之出現(xiàn)的商業(yè)模式也會(huì)越來越豐富。
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