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ChinaAET电子技术应用@【学术论文】基于5G的系留式无人机应急方案研究( 三 )


(3)应急现场远程控制类业务需要更低的时延 。 地震、洪水等自然灾害现场环境中 ， 使用当前系留式应急通信系统虽然可以实现广覆盖的目的 ， 但对于道路阻断、山体遮挡和险情频发的区域 ， 救援人员难以进入并实施排险 ， 故远程控制的无人机、挖掘机等设备将会发挥重要作用 。 同时考虑目前的4G LTE网络端到端时延和卫星回传时延 ， 秒级时延将无法实现救援设备的远程控制 。
(4)应急现场多种业务需要更高的网络质量保障 。 当自然灾害发生时 ， 通过系留式应急通信系统实现的灾区覆盖区域将会面临同时服务公众通信业务、应急指挥通信业务和远程控制类业务等多种场景的情况 ， 由于公众通信话务量激增 ， 会导致有限的网络通信拥塞和瘫痪 ， 既无法进行调度指挥 ， 也无法保证政府决策与支持系统的信息传输畅通 ， 业务质量无法得到有效保障 。
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5G技术赋能应急通信
第五代移动通信技术(5G)能够以全新的网络架构和性能赋能应急管理系统的部署与发展 。 与4G相比 ， 5G系统在数据传输速率、网络容量、可靠性和资源利用率等方面实现了大幅提升 。 因此 ， 5G技术赋能的应急系统将会逐步发展并将满足不同的应急场景需求 。 5G赋能应急通信与其关键技术密切相关 ， 主要表现在大规模天线技术、边缘计算技术和网络切片技术三方面 。
3.1 大规模天线技术
5G不仅采用更加灵活的频谱使用策略 ， 同时引入了大规模波束赋形技术 ， 成为5G无线系统设计的基石 。 通过采用更多的天线阵元和端口 ， 使得网络中的多个用户可以在同一时频资源上利用Massive MIMO提供的空间自由度与基站同时进行通信 ， 从而在不需要增加基站密度和带宽的条件下大幅度提高频谱效率和网络容量 。 为了便于机载基站的安装 ， 即使采用100 MHz带宽的4T4R 5G微基站 ， 下行峰值速率也可达1 Gb/s以上 ， 上行峰值速率>240 Mb/s ， 可以大幅提升高空平台应急系统的容量提供能力 。
3.2 边缘计算技术
5G网络采用NFV和SDN技术进行网元功能的分解、抽象和重构 。 通过控制面和转发面的分离 ， 使网络架构更加扁平化 ， 转发面网关设备可以采用分布式按需的部署方式 ， 通过多元化、多级的业务流向从根本上解决网络竖井化单一业务流向造成的传输和核心网负担过重的问题 ， 如图2所示 。 针对回传受限的应急场景 ， 将核心网的转发面网元在地面应急通信车内部部署 ， 实现向网络边缘的最大可能下沉 。 通过业务向本地分流 ， 可以有效降低机载基站回传链路的传输需求 ， 达到节省卫星链路租赁造成的高额投资的目的 。 针对时延受限的应急场景 ， 将核心网的转发面网元和业务平台在地面应急通信车内部部署的同时 ， 并适时引入低时延高可靠技术（Ultra Reliable Low Latency Communications ， uRLLC）加以保障 ， 将为应急现场远程控制类业务提供更低的时延 。

ChinaAET电子技术应用@【学术论文】基于5G的系留式无人机应急方案研究
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【ChinaAET电子技术应用@【学术论文】基于5G的系留式无人机应急方案研究】3.3 网络切片技术
网络切片技术是5G网络的重要特性 ， 该技术可实现将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端网络 ， 如图3所示 。 每个虚拟网络之间（包括接入、传输和核心网）逻辑独立 ， 任何一个虚拟网络发生故障都不会影响到其他的虚拟网络 。 在高空平台的应急通信系统中 ， 可以根据公众通信业务、应急指挥通信业务和远程控制类业务等多种场景的需求 ， 自主定义不同切片对应的网络特性 ， 包括时延、速率、连接密度、频谱效率、流量容量和网络效率等 ， 通过网络配置的灵活性保证用户的体验 。

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