飞艇光束移动宽带到农村地区
一个自动浮空器的无线覆盖相当于15个以上的蜂窝基站
在新罕布什尔州南部的一个小镇上，一个丰满的白色浮空器漂浮在500英尺的上空。虽然飞艇在体育场馆上空是常见的景象，但在新英格兰的一片田园地区上空盘旋，这只飞艇似乎不太合适。它属于总部位于马萨诸塞州的Altaeros公司，该公司计划将这样的系绳飞行器变成自动电信超级塔，为农村社区的家庭、企业和农场提供电话和高速无线互联网。一个超级基站所覆盖的区域相当于15到20个传统手机基站所覆盖的区域。
Altaeros公司的首席执行官本•格拉斯表示，由于浮空器是自主运行的，启动和运行所需的基础设施大大减少，因此部署浮空器的成本比设置手机信号塔低60%左右。这种节省可以帮助农村地区从断断续续、不可靠和缓慢的服务转向超高速、最先进的4G和5G网络。
“我们的目标是让农村基础设施成为所有基础设施中最令人羡慕的。”
Ben Glass, Altaeros首席执行官
自动化地勤人员
农村宽带落后于城市互联网的原因很简单:成本。一个2018年的研究据估计，在美国农村社区的固定机构(包括学校、医院和图书馆)安装高速光纤电缆可能需要130亿至190亿美元。为无线宽带建设手机信号塔也不便宜。一个2017年分析据估计，要将美国农村地区升级到4G，需要37500座180英尺高的巨型基站，耗资近125亿美元。
格拉斯说，操作传统的浮空器也很昂贵。这些自18世纪末就已经存在的空中交通工具，通常由一个相当大的地勤人员管理。如果Altaeros的“超级塔”是手动操作的，它将需要大约10个人来操作缆绳和绞车，将浮空器部署到正确的高度，将其指向正确的方向，并将其拉下来进行维护。格拉斯说，仅船员一项就将消耗约70%的运营预算。他和他的团队知道，要让他们的超级大厦在经济上有意义，他们就必须减少对大量地勤人员的需求。
他们把工程精力集中在使飞艇自主运行上。利用MATLAB进行模型设计®和仿真软万博1manbetx件®在美国，Altaeros公司的工程师开发了两项关键技术:浮空器系统的详细计算机模型和管理飞行器自动操作的控制软件。
计算机模型代表了物理上的超级塔，并提供了飞行器在不同场景下不同环境下如何运行的详细分析。例如，工程师使用该程序来测试飞艇在超过每小时50英里的风速下的表现。他们分析了如果绞车上的电机出现故障，系统可能会如何响应。飞艇上的传感器旨在随着时间的推移收集环境和系统数据，以改进和验证计算机模型，使其更加准确。
计算机模型被转换成代码，自动操作船上的硬件。浮空器从一个旋转平台上发射，用三条缆绳系住。这些电缆固定了飞艇，其中一根还传输电力和数据。不同的场景导致浮空器采取不同的行动。例如，如果传感器发现高空有强风，系统就会将浮空器降低到风比较平静的高度。
格拉斯说:“它不断地调整方向和位置，以保持平台尽可能稳定。”
如果飞艇的氦气开始耗尽，传感器就会向网络操作中心发出警报，并请求维护。格拉斯说，他设想一个人负责管理几十座超级大厦。
飞向未知的空中通道
从2016年到2017年，Altaeros对其自主系统进行了三次试点测试。他们使用了一个43英尺的浮空器和两个50英尺的原型机，都配备了爱立信的无线电接收器和天线。在将它们发射到大约500英尺高的空中后，这些飞艇开始广播4G LTE信号。
在测试过程中，格拉斯和他的团队考察了电信性能。特别是，他们分析了信号是如何传播的，以及系统如何在不断开连接的情况下将连接的蜂窝电话或数据会话从一个蜂窝站点转移到另一个蜂窝站点。总的来说，他们发现LTE系统表现良好，没有因为超级塔的运动而导致信号退化或通话中断。
“不出所料，无线电频率传播非常好，因为我们的发射频率非常高，”格拉斯说。格拉斯表示，该公司目前正在评估一个100英尺长的商业版本。
爱立信美国公司的首席技术官G.S. Sickand说，服务提供商对Altaeros正在设计的农村宽带解决方案非常感兴趣。“他们看到了价值。如果你说你可以用一个基于气垫的塔来取代20个普通的宏观塔，这是非常有趣的。”他说，如果有任何犹豫，那是因为这个平台是全新的，与行业之前看到的任何平台都完全不同。Sickand认为，一旦服务提供商看到两三个浮空器在运行，他们最初的沉默就会消失。
尽管Altaeros正处于商业部署的风口浪尖，但实现这一目标并非没有挑战。西克兰德说，Altaeros正在飞向未知的空中通道，他们需要克服一些操作和监管障碍。在操作方面，飞艇需要不时地下来进行维护，这意味着它不会提供服务。西克兰说，这些活动可以安排在大多数客户睡觉的时候。
“不出所料，无线电频率传播非常好，因为我们的发射频率非常高。”
Ben Glass, Altaeros首席执行官
在伴随龙卷风和飓风的恶劣天气下，飞行器也必须下降。这将使服务在短时间内不可用，这可能会在最需要的时候删除服务。格拉斯说，Altaeros已经考虑了填补空白的策略。其他重叠的3G或4G网络可以被利用，相邻的超级塔可以向该地区广播，或者无人机可以在线提供临时服务。格拉斯指出，同样的大风可能会使超级塔搁浅，也可能会损坏手机信号塔及其设备。由于被固定在地面上，未受损的超级塔可以比修复受损的手机信号塔更快地恢复运行。
“这种情况并不理想，但你必须在一年中偶尔几次缺乏保险和根本没有保险之间进行权衡，”Sickand说。“在我看来，利远大于弊。”
监管障碍可能是最大的挑战，Sickand说。由于该飞行器比其他任何塔架都要高得多，Altaeros将需要获得联邦航空管理局(FAA)和联邦通信委员会(FCC)的批准。他们还需要获得州和县监管机构的许可，并可能面临一些社区的阻力，这些社区不希望飞艇在他们的后院飞行。
一旦该公司证明了该解决方案在技术和经济上的可行性，并简化了在美国选址和许可超级塔的流程，他们将开始向其他国家扩张。
格拉斯说:“我们已经与一些全球和国际航空公司合作，计划向其他市场扩张。”
变革之风
Altaeros从一开始就与FCC和FAA密切合作，以满足联邦政府对超级塔商业运营的所有要求。获得FCC批准的一个条件是获得FAA的空域许可。美国政府已经从20世纪60年代起制定了一项针对系泊气球的规定。21岁圣这是该公司正在整理的事情。格拉斯说:“我们要确保以正确的方式解释这些规定，这样我们才能安装所有必要的安全系统。”他说，Altaeros还会选择对航空业影响最小的地点。
在农村地区建立宽带是一项高度优先事项。2015年，美国联邦通信委员会(FCC)宣布，将允许历史上保留给军事雷达的部分无线电频谱频段用于灵活的无线宽带。2018年，美国联邦通信委员会批准了所谓的公民宽带无线电服务用于LTE。委员会亦作出65亿美元可用2018年向电信行业提供固定和移动宽带网络，以缩小美国的数字差距。
格拉斯说:“从很多方面来说，现在都是这样做的好时机。”
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