连日来，河南多地突遭大规模极端强降雨，部分灾区通信设施遭毁，巩义市米河镇多个村庄通信中断，灾区人民心急如焚。7月21日晚，一条条短信点亮了灾区人民的手机屏幕，也点亮了灾区人民的心。
从7月21日14时22分在贵州安顺起飞，到22日早6时15分返回安顺，中国航空工业集团有限公司为应急管理部打造的翼龙-2H应急救灾型无人机，全程航行约16个小时，往返上千公里，有效保障了河南灾区5个小时的通信信号。
从安顺机场到米河镇，长途奔袭1200km
这条消息迅速刷爆了网络，大家都为这千里送网的神奇科技拍案叫绝，这次全世界范围内首次在实战中使用大型长航时无人机提供应急通信服务，怎么就这么厉害，到底是怎么实现的呢？
那么让我试着一一来解答吧。
首先我们来看一下传统的铁塔基站的构成，如下图所示：
传统地面基站由上述及部分构成。
在基站侧的地面机房里面会安装BBU（室内基带处理单元）设备，旁边的铁塔上安装有RRU（射频拉远单元）设备和天线。简单理解，BBU就是基站侧的大脑，RRU就是基站侧的手臂，为了能够获取尽量多的信息，覆盖更大范围，手臂就要伸的够高够长，所以一般基站的铁塔都会架高到几十米高度，RRU就安装在铁塔顶部，天线就紧挨着RRU部署。
从报道看，本次应急通信方案是以大型长航时固定翼无人机为平台，搭载4G通信基设备（包括BBU、RRU和天线）加上卫星通信系统与地面核心网组成。
大型固定翼无人机搭载4G基站设备和卫星通信设备，基站向灾区提供无线信号覆盖，并通过卫星通信系统将业务回传到卫星地面站，再连接到移动核心网。
这里的方案我们看到跟传统基站方案的区别在于，BBU，RRU和天线集成在了无人机上，因为有了飞行平台的高度优势，单个基站即可覆盖较大的范围，提高了应急通信服务效率。在传输网络部分，传统基站采用的是光纤传输（国外较多基站采用微波回传），无人机基站采用卫星通信网络，可以不受地面灾情的影响，数据通过卫星跳转，在安全的卫星通信地面站落地，接入运营商核心网。
大型固定翼无人机具有续航时间长、飞行距离远、飞行成本低等优势，卫星通信系统具有对地面情况不敏感、组网方便迅速等优势，两者结合让本次应急保障方案具有及时、快速、随时随地、高效联动等特点。
笔者在网上查到一份《大型长航时无人机应急通信系统技术服务项目中标结果公告》，采购方为中华人民共和国应急管理部，中标供应商名称：中航（成都）无人机系统股份有限公司，这正是翼龙-2H应急救援型无人机的运营公司。飞行服务经费按 2 套无人机系统部署西南、东北 2 地，共任务飞行 24 架次、360小时进行测算（不含检验飞行架次）；合同总金额约2400万，也就是说平均每架次15小时，100万元（其实这个价格并不高，因为翼龙-2H无人机本身加上大量改装的载荷，价值不菲，保守估计也有几千万，1年卫星通信的费用也需要好几百万，保障一架翼龙-2H飞行至少需要15人的飞行团队）。当然不用担心，这些都是国家买单。
有媒体说翼龙-2H提供的是5G通信服务，有的写的是4G/5G，那么到底是哪种呢？根据中标文件显示：
下行传输速率：≥ 150Mbit/s
上行传输速率: ≥50Mbit/s
这个指标是4G基站的通信指标，所以应该是搭载的4G通信基站。
而且受灾地区米河镇地处偏远，5G网络未必覆盖，同样的功耗下，4G基站的覆盖范围要大于5G，对于追求覆盖范围而不是通信速率的应急通信场景来说，目前4G基站能够满足要求了。
根据亚太卫星公众号的报道，本次卫星回传链路用的是亚太5C卫星Ku波段转发器资源。
亚太5C卫星中国波束覆盖图
“此次使用的亚太5C卫星Ku频段中国波束的转发器资源，对目标区域覆盖良好，功率强劲。在灾情最严重的7月20日到7月22日期间，提供了连续34小时的无间断服务。”
虽然移动4G基站的上下行速率较高，可以达到50Mbps以上，但并不是说灾区群众就可以随心所欲的开微信视频跟家人聊天了，瓶颈还在于卫星通信的回传链路。受无人机上安装空间和能源功耗的限制，卫星天线的口径不可能太大，进而限制了回传的通信速率，翼龙-2H的卫星回传速率可以达到8Mbps，虽然比地面回传的光纤通信速率低的多，这在无人机卫星通信里面已经是非常豪华的配置了。
我们看到新闻里面说，截至21日23时20分，翼龙-2H的中国移动基站累计接通用户3572个，产生流量2089.89M，单次最大接入用户648个。
右上角是它的卫通天线
应该说产生的流量并不大，但是接入用户数很重要，在毫无通信手段的情况下，能够提供基本的语音通话功能和短信功能，让受灾群众拨通电话报平安或请求救援是首要任务。
根据中标文件显示，翼龙-2H的并发接入用户数可以达到1200个！这才是最重要的。
所以这其实不算是什么瓶颈！
翼龙-2H这次千里驰援，为灾区提供了5小时的应急通信服务，有同学觉得不太过瘾，设想如果有它4，5架轮流上阵，那岂不是全天侯无缝覆盖了吗？
根据中标文件显示，应急管理部采购的2套大型长航时无人机应急通信系统技术服务，期限为一年，分别部署我国西南和东北地区，执行应急救援信息回传、灾情侦测等应急通信保障任务。这次出动的是西南的这架，东北地区也备的有，这次完美的应用，起到了标杆示范作用，相关部门肯定会加大这方面的投入和部署。不过也不是说越多越好，毕竟平时不会使用，只有在出现重大灾情才会出动，部署到哪里，部署多少架，也是大有学问。
应急管理部官方微博披露，翼龙-2H在米河镇上空实现了约50平方公里（米河镇的面积为52.67平方公里）范围长时稳定的连续移动信号覆盖，也就是直径约8km的圆型区域，这跟中标文件中的指标也是一致的。
这个其实只要围着受灾区域圆心盘旋就可以了，覆盖范围的图我脑补了一下，大概是这样的。
是不是很漂亮？中间就是稳定覆盖的区域，红色的圆是飞行的航线，周围的大圆是翼龙-2H的基站实际可覆盖范围。可以看到，直径比中间稳定提供覆盖服务的区域要大一倍。
“翼龙”-2H的飞行路线（图片来源：航空工业）
按照翼龙-2H升限8000m，本次飞行高度估计7000m计算，基站覆盖范围示意图大概是这样的，当然这只是笔者个人猜测，一切以官方公布的数据为准。
使用高空飞行平台进行应急通信有多种方案，而且均有实战应用。例如2017年中国移动曾经使用系留无人机为九寨沟地震灾区提供应急通信，谷歌的loon项目推出的是高空超压气球方案，在2017年为秘鲁水灾和波多黎各飓风提供了应急通信服务，2016年日本熊本县大地震曾经使用过系留气球的方案。与之相比，大型长航时无人机有诸多优点。
谷歌loon气球为秘鲁水灾提供应急通信服务示意图
日本熊本县地震使用系留气球提供应急通信服务
首先升限大，翼龙2H民用救援无人机作业高度超过8000米，居高临下，无线电视距大，能够覆盖数十甚至上百公里范围。
其次就是航程远、续航时间长，翼龙2航程达到数千公里，能够跨区作业，此次支援河南的翼龙2H民用救援无人机就从贵州起飞，彰显翼龙2H较大的航程和优异的机动能力。
另外，翼龙2载荷大，翼龙2无人机最大起飞重量4200公斤，外挂载荷超过500公斤，能够挂载较多通信设备和较大的天线，增强通信能力。机载设备先进，翼龙2配备有先进合成孔径雷达、光电吊舱、卫星通信系统、微波数据链，可以对灾区进行成像。
最后还是快速响应能力，翼龙-2H具备在战备期间6小时内完成准备工作的能力，这对于分秒必争的黄金救援72小时中是至关重要的。
毫无疑问，大型长航时无人机是重大自然灾害下提供应急通信的最佳选择！
向奋斗在抗洪抢险一线的航空人致敬！
编辑：aloysius
来源：中科院物理所
