基于系留升空平臺的無線通信技術

李德志

摘要：為了解決山地、沙漠等各種特殊地域的無線通信問題，利用一種以小型氣球或其他系留設備為搭載平臺的UHF頻段的有源轉發器，部署在地面通信節點可視范圍內合適的山頂或高地位置，位于山底或沙漠其他地域的多個通信節點依靠有源轉發器實現電波的跨山與超視距傳輸，成為解決復雜山地條件下組網通信的有效解決方案，以滿足復雜地域的應急通信或組網需要。

關鍵詞：升空平臺 轉發器 時間分集

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0024-01

基于系留升空平臺的寬帶通信系統是升空平臺通信系統的典型應用之一，與地面微波通信系統相比，它具有地形適應能力強、地域覆蓋范圍廣、便于部署和機動作業等特點；與衛星通信系統比，除了具有路徑損耗和通信延遲小、部署和回收方便、抗干擾能力強等特點外，還具有平臺系統機動性能好、易于維護、布設方便快捷、研制成本低等特點，是除地面無線通信系統和衛星通信系統以外的又一重要的通信系統。

1 系統設計

基于有源轉發器的山區通信系統由空中有源轉發器、多個地面通信節點、轉發器載體（氣球）等部分組成。有源轉發器完成C波段電波的變頻轉發，具有輕便、長續航能力的特點。地面通信節點采用抗衰落時間分集技術，平滑氣球隨機漂移及遮擋所帶來的電波衰落，且具有組網通信功能。同時，地面通信節點具有控制空中有源轉發器波道開關的功能，能夠識別干擾，并對干擾進行屏蔽抑制。

本系統構成的空中轉發組網通信系統具有工作時間長、覆蓋面積大、能耗低、便于部署、機動性強的特點，從而解決各種復雜山體地形中的快速建鏈通信問題。該系統形成一個公共的、靈活的、可擴展平臺，以有源中繼站為中心，實現覆蓋半徑達15km的通信網絡，用于滿足在山區復雜地形條件下，地域之間的寬范圍快速組網通信需求。

系統組成如圖1所示，包括空中平臺、地面通信設備和空中通信設備，其中空中通信設備主要由信道轉發模塊、空中交換模塊和天線等組成；地面通信設備主要由微波設備、交換設備和天線等組成。

2 主要技術

2.1 時間分集抗多徑技術

地面站散射通信設備采用“三單”體制——單天線、單發射機、單接收機，該體制顯著降低整個通信系統的設備成本，對近距離通信時采用微波模式，遠距離時采用散射模式都具有良好的適用性。時間分集技術可以克服單純頻率分集技術在信道出現帶內平坦衰落時性能嚴重惡化的缺點[1]，兩種分集技術相結合，可以降低頻譜占用寬度、在不降低信息傳輸速率情況下提高傳播可靠度。

2.2 抗頻偏技術

散射信道存在嚴重的時間選擇性衰落和頻率選擇性衰落[2]，為解決信號的平穩傳輸，通常采用分集技術。收發設備的頻率偏差對解調器性能有較大影響，通常的校頻算法在衰落信道下往往存在較大誤差，難以滿足系統要求，因此散射通信設備通常使用頻率穩定度和頻率準確度都較高的恒溫晶振或銣鐘作為頻率參考源，頻率穩定度優于1×10-9。在設計中，有源轉發器具有低功耗、體積受限等要求，頻率參考源使用普通TCXO，頻率穩定度在1×10-6量級，遠不能滿足現有散射通信設備對頻率穩定度的要求。需要設計有效的衰落信道下頻偏估計算法，以補償有源轉發器所引入的大頻偏。

2.3 氣球載的小型化、低功耗轉發器設計

設計具有體積小、重量輕和低功耗特點的氣球載轉發器。設計合理的變頻及防干擾放大方案，應用射頻芯片、多芯片組裝以及微機電系統（MEMS）等技術，降低球載轉發器的體積、重量和功耗將成為設計球載轉發器的關鍵。

3 主要應用

基于無系留升空平臺的通信系統既可以實現覆蓋半徑達15km的通信網還可利用攜帶額外的中繼組件的無人機升空平臺作為網絡中的地區節點，構建大容量、多用途的地-空、空-空基礎通信平臺，實現200Km半徑范圍內的互聯互通以及幾個地區間關鍵指揮控制信息的多跳中繼及共享。該系統以無線傳輸和網絡交換設備為核心，可滿足以下需求：

（1）可提供平時和應急服務，能夠快速部署和組網；

（2）具有強環境適應能力，可滿足沙漠等惡劣環境的部署應用；

（3）支持單平臺中繼應用、多平臺組網應用；

（4）支持話音、數據、視頻、圖像等綜合業務接入、交換和轉發，保證業務服務質量。

4 結語

因此，基于系留升空平臺無線通信系統技術，能夠構建全維度和廣域無縫覆蓋的網絡體系結構，對于解決應急條件下的實時移動寬帶通信尤其是災害應急圖像傳輸進而最大限度發揮通信救援保障具有重要的意義。

參考文獻

[1]李志勇，李文鐸.對流層散射通信時間分集技術研究[J].無線電工程，2013（12）.

[2]韓明鑰，徐松毅，賈偉.LDPC碼在對流層散射通信中的性能分析[J].無線電通信技術，2008（04）.