日本软银公司与美国Alphabet公司合作：运用太阳能无人机构建平流层蜂窝通信网络

 

 

 

 

为应对灾后通信中断的难题，日本软银公司与美国IT巨头谷歌的母公司Alphabet合作，启动空中移动基站的项目。该项目主要利用太阳能无人机Sunglider搭载基站（图1），从平流层发出信号，能够在信号难以覆盖的山区、岛屿和海洋等地区提供通信服务，有助于强化灾害时应急响应。

 

 

图1 Sunglider太阳能无人机

第一架Sunglider飞机于2019年组装，当时被称为HAWK30。2020年9月，研究团队在美国新墨西哥州对具有基站功能的无人机Sunglider进行了测试。测试环境条件苛刻，最大风速为58节（约30米/秒），温度低至-73℃。Sunglider搭载通信有效载荷成功进行了互联网连接，成为全球首个能在离地20千米的平流层同地面实现“LTE（长期演进技术）通信”的空中基站。据日本媒体报道，2021年5月，该项目已取得阶段性成功。该项目最早将于2023年投入实际应用。

 

同地面基站相比，平流层基站在信号覆盖范围方面有了显著提升。具体而言，普通基站多建在40至50米高的铁塔上，信号仅可覆盖方圆数千米，而平流层基站的覆盖直径达到200千米左右，甚至还能向山区、海洋等无基站的地区发送信号。据了解，平流层位于云层上端，终年晴朗，理论上空中基站可依靠太阳能实现半年左右的无间断飞行。

 

1 “移动高空基站平台”通信效果

 

无人机采用MIMO技术，使其能够在苛刻的平流层条件下按计划执行任务。测试中，太阳能无人机载着一个Loon LTE基站飞到了约18.9km的高空。无人机采用700MHz频段（LTE28波段）的服务链路与地面网关的毫米波（70～80Ghz）回传链路形成通信系统。

 

测试结果表明，参与人员均能使用普通智能手机实现高清、低延迟的视频通话（图2）。除了室外环境，视频通话测试在室内也很成功。业务链路使用了700MHz频谱波段中的5MHz带宽进行测试，通信效果良好。

 

 

图2 “移动高空基站平台”通信效果

2 “移动高空基站平台”VS谷歌气球“Loon”

 

该项目是日本软银旗下的移动高空基站平台（HAPSMobile）公司与谷歌公司联合开展的，基于谷歌“Loon”技术，结合高空基站平台公司网络技术等相关专利，共同研发了Sunglider太阳能无人机。该款无人机主要由太阳能供电，太阳能电池板可在白天持续充电，夜间可在充电电池的驱动下继续飞行。整机采用高纤维碳材料制成轻型结构，即使在风力不大的情况下也能持续飞行，由于翼展较大，该无人机还能承受湍流。该款无人机还获得了美国航空航天局（NASA）的支持。无人机在起飞时，由地面控制中心引导；当它到达平流层时，机载操作系统能够将它引导至特定的服务位置，一旦到达指定位置，就能够连续自主飞行数月，飞行速度可达每小时68英里（约110km/h）。

 

谷歌气球“Loon”主要是通过发明和整合先进技术，为缺乏互联网服务的人群提供互联网接入服务。截至目前，Loon的平流层气球已经在世界各地飞行了超过4000万公里，连接了数十万人。

 

尽管谷歌气球能为断网地区提供互联网服务，但其最大的缺点是需要频繁的更换。与谷歌高空气球“Loon”不同，Sunglider太阳能无人机无需频繁更换，也不需要返回地面加油。研发人员还表示：“这个时间也是相对暂时的，随着充电电池续航时间的延长，无人机在平流层也能停留更长时间。”