Page 35 - 网络电信2020年10月刊下

该高空基站能够实现任何时间、地点，全天候提供大面积 图11 地面映射几何模型
覆盖的应急通信保障，具有更高效率、更长续航、更远距离、
更广覆盖和更大载荷等优势。

三、面向应急保障的覆盖技术
1、有效覆盖半径
“5G+无人机+卫星”应急通信方案中，由大型固定翼无
人机挂载5G基站，在特定的高度下水平盘旋，提供地面无线覆
盖。不同的飞行高度(基站天线的挂载高度)下，信号的最大有
效覆盖半径则不同。飞行高度与覆盖半径模型示意图如图10。

图10 覆盖半径示意图
A，极坐标为(r 1 ，θ A );与无人机渐远点为B，极坐标为(r 2 ，
θ B )，无人机的角速度为ω，无人机相对于A，B2点的飞行半径
与地面的夹角分别为ø a 和ø b 。如果基站信号的波速为u，则一个
周期T内的波长为λ=uT。
计算步骤如下。1)如图11水平投影图，当无人机飞行到C点
时，
(4)
(5)
当无人机以角速度ω飞行到D点时，
(6)
图10中:无人机的飞行高度为H;5G空中基站的覆盖半径为R; (7)
无人机到地面终端设备的距离为D;天线增益降低3dB的下旁瓣点 (6)—(7)式中，ωdt为任意时刻的角速度。假设
对应的覆盖半径为R1，无人机与R1处地面终端的直线距离为D1; θ A -θ 0 =Δθ A ，θ B -θ 0 =Δθ B ，AC-AD=ΔA，BC-BD=ΔB。
天线主瓣点对应的覆盖半径为R2，无人机与R2处终端的直线距 因此
离为D2;同理，R3和D3对应天线增益降低3dB的上旁瓣点;a为地
平面与无人机挂载天线之间的夹角，当无人机以一定滚转角盘 (8)
旋时，还需要考虑增加或减少飞机的滚转角度;φ为天线垂直方
向的波瓣宽度。此时，有效覆盖半径的算法步骤如下。1)假设
无人机飞行高度H，天线水平夹角α和天线垂直方向的波瓣宽度
φ已知，通过几何公式计算R3为

(1) (9)
依据VoLTE信号质量要求，R3处的RSRP大于－85dBm。2)根 2)根据多普勒效应分析，无人机相对A的平均速度为
据R3和H值，直角三角形的斜边D3为
(10)
(2) 在周期T内，A终端接收到的波长λa和频率分别为
(2)式中，D3小于基站的最远覆盖距离。
3)普通三扇区小区是一个六边形区域，则实际的覆盖半径 (11)
RRadius为该六边形区域的内切圆，即
(12)
(3)
2、无人机飞行速度 (11)—(12)式中，V为基站信号的频率。
通常在基站覆盖范围内分散着大量地面终端，我们把多个 同理，无人机相对B的平均速度为
离散的终端视为一组，建立几何模型。该终端组内的任意2个终
端之间距离远小于无人机飞行高度和基站覆盖半径，因此同一 (13)
组内终端的多普勒频移相同。
假设无人机水平盘旋飞行，飞行轨迹在地面的投影如图
11。选择A，B2个点处的终端，与无人机(挂载天线)渐近点为 3)当前移动通信大都是多模式多频带无线接入，带宽上限

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