[發明專利]一種基于SDR-MIMO高精度的無人機4G無線應急通信平臺

在審

• 申請號: 202110310843.1
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113068171A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 高銳;王逸軒
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學
• 主分類號: H04W4/90
• 分類號: H04W4/90;H04W4/40;H04W4/02;H04W24/00;H04B7/0413;B64C39/02
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 王巧麗

本發明公開了一種基于SDR?MIMO高精度的無人機4G無線應急通信平臺，在Ubuntu操作系統SDR架構下，基于srsLTE開源軟件系統和BladeRF無線電開發板建立4G無線應急通信平臺，包括設置于無人機上的SDR?MIMO無線4G通信模塊和設置于陸地側的GNSS基準站，SDR?MIMO無線4G通信模塊包括樹莓派開發板及分別與樹莓派開發板連接的軟件無線電開發板BladeRF、GNSS移動站接收機和電源模塊；BladeRF通過SPDT與功率放大器連接，功率放大器與連接發射天線；BladeRF通過無線電信號接收口連接接收天線；GNSS移動站接收機和GNSS基準站均包括數傳模塊和RTK板卡。本發明在不依靠共用通信網情況下可實時獲取無人機MIMO無線信道應急保障平臺通信覆蓋范圍，可對無線電的空?地、地?空、空?空狀態的無線信道傳播進行測試。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，尤其涉及一種基于SDR-MIMO高精度的無人機4G無線應急通信平臺。

背景技術

隨著城市化進程加快，城區的地形及建筑環境變得越發的復雜，對相關無線電信號的有效覆蓋帶來了較大的挑戰。MIMO(多輸入多輸出系統)是移動通信中常用的技術手段，可對信道衰落進行抑制，同時增加系統的吞吐量和發送距離，有效提高通信質量。但當遭遇突發自然災害及極端惡略氣候情況使地面共用通信網設施遭受重創基本處于癱瘓狀態時，必須建立臨時通信網絡進行搶險救災應急通信，解決話音、數據、視頻信號傳輸問題，以滿足應急前線指揮部署、工作調度相關需求。現階段應對突發災害的通信保障手段主要以應急通信車為主。但應急通信車容易受到交通阻塞、極端地形環境等因素限制，導致在大型自然災害及極端惡劣天氣條件下往往難以及時到達現場，且由于車桅高度限制，導致天線投射面積有限影響應急通信覆蓋面積。

采用無人機將無線電發射基站位于空中時，具有機動靈活、環境適應性強等優勢，并且可最大程度避免由于多徑等因素帶來的信號質量的下降。但無線電信號的空-地發射模型尚停留在理論分析階段，對MIMO技術的無線信道分析方法也以地面為主，而MIMO空-地傳輸無線信通應急保障技術需要精確獲取無人機經緯度、以及飛行高度和方向角相關數據信息，目前相關技術領域尚不成熟。另一方面，目前無線電信號的空-地傳播測試主要測試手段分為無人機測試和熱氣球測試，熱氣球測試滯空時間長，但測試條件要求高，且在航路區域或市區及其他航空管制區受限較大，無人機測試相對靈活，但測試滯空時間短，飛行高度低，在航空管制區域高度受限，同時載重也受到一定限制。

綜上，目前采用基于MIMO的無人機進行無線應急通信技術的缺陷如下：

(1)當前尚無基于軟件無線電(Software Defined Radio，SDR)架構下，基于srsLTE軟件系統和軟件無線電開發板BladeRF下的空中4G應急通信平臺。

(2)當前尚無有效的測試MIMO空-地傳輸信道的無線電發射平臺，很難將常規的無線電發射端設置到無人機上。

(3)當前無線電發射設備體積和功耗比較大，且可定制性差，很難從科學研究的角度去進行無線信道的測試。

(4)空中平臺無法實現無線電信號的空-空發射和接收。

(5)在共用通信網設施遭受重創處于癱瘓狀態，當前MIMO空-地傳輸無線信通應急保障需精確了解無人機發射基站經緯度坐標、高度、傾斜角等信息才能進行相關應急通信保障覆蓋范圍的測算。

發明內容

針對上述背景技術中指出的不足，本發明提供了一種基于SDR-MIMO高精度的無人機4G無線應急通信平臺，旨在解決上述背景技術中現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：