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1、的很多国家在6 km以下的氦气艇研究及应用上获得了 23传输及供电 很多经验，同时，综合考虑高空基站的应用需求，建议 为了获得稳定而持续的覆盖效果，传输方式及供电 空中基站的工作高度为2 km以下。 系统的选择是高空应急系统必须要考虑的问题。通常情 22空中载体 况下，大容量(72个载频)基站传输带宽需求至少在l1 空中载体包括升空器和浮空器，无人机作为一种升 16 Mbits之间，目前能够满足要求的传输方式主要 空器，可以搭载高空基站系统。而浮空器是指利用轻于 有McWiLL宽带无线接人、动中通卫星系统和光纤等 空气的气体来提供升力的航空器。依照工作原理，常见 几种方式，满足高空基站供电要求
2、的主要有地面高压供 的浮空器包括氦气球和热气球2种。 电(三合一缆绳)和艇上油机供电两种方式。主要指标 热气球(也称热气艇)一般分为自由飞行热气球、 比较如表l所示。 动力热气球及系留热气球3种，根据高空应急通信系统 综合考虑传输、供电解决方案，通过对各系统重量、 的特点，建议选择系留热气球作为浮空器的首选，其升 接入带宽、滞空时间、安全性、成本等方面的比较分析， 空原理及部署便利性如下： McWiLL+艇上油机供电的方案系统总重量较轻、成本 (1)由液化气燃烧加热空气提供升力，一般滞空时 低、防雷性能好，经过外场测试验证能够满足高空基站 间为35 h，增加液化气罐数量可增加滞空时间。 传输、
3、供电要求，建议将其作为定制高空基站的主要传 (2)热气球运输便利，一般只需46名地勤人员。 输和供电方案。 (3)系留热气球采用密闭加压方式提高抗风能力， 通过地面锚泊车固定，根据系留缆绳长度，升空可达数 3 系统架构 千米，采用系留方式增加稳定性。 (4)中国移动联合国内主要热气球研发生产厂家， 31系统组成及结构图 已经研制开发出几代比较成熟的产品，最新的产品从稳 高空基站系统结构如图2所示，主要包括空中部分、 定性及留空时间上都较早期产品有很大提升。目前优化 地面部分、BSCRNC、核心网部分。 后的系留热气球呈艇状外形，结构密闭，并采用新型加 空中部分由高空载体搭载基站设备、基站天线、
4、艇 热器等技术，提高了抗风能力，增加有效载荷及滞空时间。 地连接设备组成。其中高空载体为氦气艇或热气艇；基 表1 地面高压供电(三合一缆绳)和艇上油机供电指标比较表 传输+供电技术【McWiLL+艇上油机供电 接入带宽 3 Mbits20 Mbits 系统重量 使用时间 传输距离 方案优点 存在问题 三合一缆绳( 带宽不受限制 1 0001TI的三1 系留缆+光纤+电缆) 较凳 成孰使用维护简单 工作时间长，受环境影响，J 璧奎 、 成熟、使用维护简单；高 1防雷能力较强 需要地面设备配合； 防雷问题难解决； 【工作时间较短 技术不成熟、成本较高； 使用15KV交流高压输电 ，艇上降压设备重量
5、约40kg； 、，适合滞空时间很长的氦气球 kg，需球体积增加约l 000m(约15体积)； 58 2014年第1期 ，维护要求高 图2高空基站系统结构图 站设备为GSM或TDSCDMA基站；基站天线可以是 吸顶天线、全向天线或定向天线；艇地连接设备可为光 纤连接方式或为其他无线传输方式。 系留方式高空基站空中部分通过系留缆绳固定在地面。 地面部分由地面锚泊高空载体的锚泊系统、用于艇 地连接的传输设备、用于与核心网连接的地面传输设备 组成。与核心网连接的地面传输设备可以为光纤传输设 备，也可以是通过卫星进行传输接入核心网的传输设备。 核心网部分包括MSC、HLR等网元以及对应的地 面传输设备。
6、 高空载体也可以搭载动中通设备直接通过卫星与核 心网部分连接。 32浮空平台系统(空中部分) 浮空平台系统(空中部分)如图3所示。所有设备 采取等电位连接方式，保证整个系统为等势体，必要时 安装防雷模块或防雷器等措施进行防雷处理。 321基站分系统 为了适应高空通信作业要求，基站系统应满足如下 技术要求： 针对GSM系统而言，为降低高空基站部署时对地 面系统的干扰，建议高空基站采用1 800 MHz频段； 为实现整体设备舱轻型化模块化，建议定制为轻型 机框并使用机架式MCPA设备； 综合考虑各类架间电缆的安装便利性及稳定性，不 同机架间应能实现良好的固定连接； 设备舱设计时充分考虑通信设备的电
7、磁兼容性以 成本低，防雷性能好， 及环境适应性，特别是高空环境 下的温、湿度适应性(设备工作 环境要求：环境温度20 50，相对湿度595)； 预留与载荷舱的加固连接点。 522供电分系统 艇上油机供电方案，即由艇 上单相汽油机和艇上开关电源组 成供电系统。艇上油机供电方式 重量相对较轻，建议采用艇上油 机供电方式，通过定制小型化、低干扰开关电源及轻型 油机，降低电源设备重量和体积。 525传输分系统 (1)艇地传输一Mcwill方案 McWiLL(MultiCarrier Wireless Information Local Loop，多载波无线信息本地环路)是国内自主研 发的移动宽带无线接
8、入(BWA)系统，可以同时支持 语音业务、数据业务、多媒体业务，McWiLL单基站占 用5 MHz的载频带宽，最高吞吐量为20 Mbits，终端 最高吞吐量为3 Mbits，最多能支持并发300路语音， 是语音数据一体化的宽带多媒体无线接入系统。2008年 l2月，工信部国家无线电管理局发布无2008332号文 件，McWiLL系统符合该文件对l 800 MHz无线接入 频段的使用要求。 目前该技术已经较为成熟，而且重量、成本均较低， 经过外场测试初步验证能够满足高空基站传输要求，因 此，建议高空基站系统采用McwiLL作为空地传输手段。 2014年第1期 图3系统总体框图 59 TELEco
9、M ENG|NEER|NG TEcHN|cs AND sTANDARD|ZAT|oN (2)地面传输 地面可通过卫星链路与卫星通信主站以及相应的地 面电路接人IP化BSCRNC。如部署点位置具备光纤 或微波传输链路，也可优先考虑接入本地BSCRNC。 524天线系统 以GSM系统为例，当使用高空基站时，目标覆盖 区域在高空基站载体下方几十公里的范围内，同时浮空 器载体悬浮在空中会以很小的角速度旋转，以保持相 对平稳。如果采用全向天线，能够保证无线网络覆盖 的稳定性考虑，但应考虑覆盖范围过大引起基站拥塞 问题。当采用36载频，在不采用外置合路器条件下， 天线数量为6根全向天线；当采用72载频，在
10、不采用 外置合路器条件下，天线数量为l2根全向天线。为有 效克服塔下黑问题(零点衰落)，全向天线应选用带零 点填充功能(天线倒装，需要上波瓣的零点填充)的 全向天线，考虑一定电上倾角及远程控制，有效增强 地面覆盖。 33锚泊系统(地面部分) 热气飞艇依靠锚泊系统系留在地面，锚泊系统还用于 热气飞艇的收放、牵引等功能。锚泊系统使用电动绞盘形 式，整个锚泊系统以锚泊车为主体，具有自动排缆功能。 系留热气浮空平台依靠锚泊系统系留在地面，锚泊 车系统通过操纵主缆绳和艇头牵引绳，能够使系留热气 飞艇处于合理位置并根据需要进行不同位置的更换。由 于热气飞艇在风中阻力系数较大，系留过程中抗风能力 较差，如何
11、利用锚泊系统处理好释放、回收速度，对提 高整个系统的安全性和实用性具有很大的作用。 4系统部署原则 在发生重大灾情后的高空应急通信系统快速部署， 首要选择距离覆盖区域l530 km范围内的地点，如 果距离过远，则受基站及天线发射功率限制将无法保 证覆盖质量，其次，由于目前系留热气球的升空高度 有限，所以应尽量选择与覆盖区域海拔相当且之间没 有高山阻挡的地点进行部署，最后，气象条件对系统 的影响也很大，如果空中瞬时风速超过5级(10 ms) 或是较大雨雪天气，目前的系统将无法完成升空作业， 另外，不同海拔高度对系统的留空时间也有影响，海 拔越高则热气球的留空时间也相应缩短，艇上油机的 能效也会有
12、所下降，故部署时必须充分考虑。 5结束语 高空应急通信系统是一项能够解决由于突发灾害或 事件造成的移动通信大范围断网的创新解决方案，构建 了一种基于空中平台的转信通信系统，不仅具有快速部 署的能力、适应各种复杂环境，而且是兼容现有通信系 统、保证救灾部门指挥调度的新型应急通信系统，所以 是十分必要的。 Key technology and system architecture of highaltitude emergency communication system Abstract Keywords HU Nan，ZHOU Shuang-bo (China Mobile Group De
13、sign Institute Co，Ltd，Beijing 1 00080，China) The ground communication system and tra币C iS blocked after the natural disasters and the incidentthis paper mainly discusses feasible solutions that how to use helium ship，hot air balloon，aerostat and SO on carrying capacity of base station，levitating several kilometers，to provide ground communication coverage for the affected areas in the affected region near，ensuring the smooth flow of mobile communications emergency communication；aerostat；tethered balloon；high-altitude station；air-ground transmission 2014年第1期
