[發明專利]一種無人機搭載移動式5G微基站平臺及使用方法

在審

• 申請號: 202011203235.2
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112498684A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 劉光宇;吳哲;李新宇;朱凌;俞瑋捷
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B64D47/00;H04B7/185;H02J7/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

1.一種無人機搭載移動式5G微基站平臺，其特征在于包括無人機5G微基站群、地面可移動控制中心以及目標覆蓋區域內的用戶終端；地面可移動控制中心與無人機5G微基站群通信連接，通過地面可移動控制中心接入核心網；同時地面可移動控制中心能夠部署和調動無人機5G微基站群；空中無人機5G微基站群與地面目標覆蓋區域內的用戶終端建立連接；其中每個無人機5G微基站也可以作為其他無人機5G微基站在空中的中繼，收發數據；最終將目標覆蓋區域內的用戶終端的信息數據傳送至地面可移動控制中心并且連入核心網。

2.根據權利要求1所述的一種無人機搭載移動式5G微基站平臺，其特征在于地面可移動控制中心包括三部分，分別是無人機控制系統、通信系統和電池充電系統；其中無人機控制系統主要用于監測無人機5G微基站群中每臺無人機的飛行狀態，對無人機進行控制部署；當搭載5G微基站的無人機按照既定軌跡完成一個時段的通信服務工作后，由于無人機電量有限，該無人機會按照規劃路徑返回地面；通信系統實時轉發來自無人機5G微基站群的數據和來自核心網通過地面可移動控制中心發往空中無人機5G微基站群的數據；電源充電系統用于給無人機5G微基站群供電電池充電，該電源充電系統具備快速、高效、安全的充電特點，能夠在有限時間內安全地完成電池充電確保無人機5G微基站群隨時能夠有充足的電池備用。

3.根據權利要求2所述的一種無人機搭載移動式5G微基站平臺，其特征在于無人機5G微基站群中的每臺無人機均設置有通信系統Ⅰ、供電電池和自帶的無人機系統；通信系統Ⅰ包括5G微基站和中繼系統，5G微基站用于為目標覆蓋區域內的用戶終端提供5G通信服務；中繼系統是用于連接相鄰的無人機5G微基站群，此時該無人機充當空中中繼節點，將空中通信網順利接入地面可移動控制中心，進而并入地面通信核心網；供電電池為通信系統Ⅰ和無人機系統供電；無人機系統利用無人機自帶的通信單元與地面可移動控制中心通信，用于進行飛行控制及無人機各參數回傳；根據地面可移動控制中心的預設路徑規劃指令，無人機飛至目標覆蓋區域內的用戶終端上方后保持懸停，或者飛回地面保證平穩降落；同時無人機系統利用無人機自帶的中央處理單元從各傳感器獲取如角速度、加速度、距離、定位信息等幫助無人機飛行姿態控制。

4.根據權利要求3所述的一種無人機搭載移動式5G微基站平臺，其特征在于使用方法如下：

步驟1、根據需求場景、目標區域大小、用戶數量及分布確定無人機5G微基站數量：在受災區域通信基礎設施損毀或者野外無地面基站信號下提供緊急服務，需要重點考慮通信的覆蓋范圍，選擇符合要求數量無人機5G微基站提供基礎通信服務；

步驟2、根據使用場景和使用的無人機5G微基站數量制定無人機部署方案及路徑規劃：確定所需基站覆蓋面積和微基站數量后，使用最優無人機部署算法制定部署方案；能夠在障礙物以外區域根據三維空間中路徑最短、耗時最短、能耗最少原則規劃飛行路徑；

最優無人機部署算法包括自適應蟻群算法、改進的人工勢場法；

步驟3、根據無人機飛行計劃依次按一定間隔時間起飛：根據電池電量錯峰返回原則設定無人機起飛時間間隔，保證在電池剩余電量達到預設值后返航輪換時能夠錯峰返航，保證通信服務的連貫性與可持續性；

步驟4、根據服務場景使用5G微基站和中繼系統：5G微基站為目標覆蓋區域提供5G通信服務；在部分場景下，若一部分無人機距離地面可移動控制中心過遠，無法直接連接，此時中繼系統可以傳遞來自遠端的5G微基站數據和來自地面可移動控制中心數據；最終實現空中5G微基站信號連通至地面核心網；

步驟5、空中無人機動態調度網絡的實現：當一臺無人機供電不足時按既定程序返回地面，同時相鄰無人機補充該位置，地面備用輪換無人機起飛接替最近的空缺位置。