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个以上的基站
在新罕布什尔州南部的一个小镇上，一个白色的浮空器漂浮在500英尺的高空。尽管飞艇在体育场馆上空是常见的景象，但这架飞艇在新英格兰的一片田园般的土地上盘旋似乎不太合适。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通信超级塔，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。一个超级发射塔可以覆盖15到20个传统手机发射塔覆盖的区域。
Altaeros公司的首席执行官本·格拉斯说，由于空气悬浮器是自主运行的，需要的基础设施要少得多，部署它们的成本比架设手机发射塔的成本低60%左右。这种节省可以帮助农村地区从时断时断、不可靠和缓慢的服务转变为超高速、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羡慕的对象。”
本·格拉斯，Altaeros首席执行官
自动化的地勤人员
农村宽带之所以落后于城市互联网，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要花费130亿到190亿美元。建造无线宽带手机信号塔并不便宜。一个分析从2017年据估计，要将美国农村地区升级到4G，需要37500座180英尺高的宏观塔，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世纪末就存在的飞行器，通常由相当规模的地勤人员管理。如果Altaeros公司的超级塔是手动操作的，它将需要大约10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，并将其带回地面进行维护。格拉斯说，光是机组人员就会消耗掉70%的运营预算。他和他的团队知道，要想让他们的超级大厦具有经济意义，他们必须消除对大量地勤人员的需求。
他们把工程上的努力集中在使飞艇自动运行上。基于模型的MATLAB设计®和仿真软金宝app件®在美国，Altaeros公司的工程师开发了两项关键技术:一个是浮空器系统的详细计算机模型，另一个是管理飞行器自动操作的控制软件。
计算机模型代表了SuperTower的物理模型，并提供了车辆在不同场景下在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。他们分析如果绞车上的电机出现故障，该系统将如何响应。飞艇上的传感器被设计用来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，使其更准确。
计算机模型被转换成代码，自动操作船上的硬件。这个浮空器从一个旋转的平台上发射，用三根缆绳系住。缆绳固定飞艇，其中一根还提供电力和数据。不同的情况会导致浮空器采取特定的行动。例如，如果传感器发现高空的风很大，系统就会把浮空器降低到风比较平静的高度。
“它会不断调整方向和位置，以保持平台尽可能稳定，”格拉斯说。
如果飞艇的氦气开始耗尽，传感器就会向网络操作中心发送警报并请求维护。格拉斯说，他设想一个人负责管理几十座超级大厦。
飞向未知的天空
从2016年到2017年，Altaeros公司对他们的自动系统进行了三次试点测试。他们使用了一个43英尺高的浮空器和两个50英尺高的原型机，都配备了来自爱立信的无线电接收器和天线。在将它们发射到大约500英尺的高空后，飞艇开始广播4G LTE信号。
在测试期间，格拉斯和他的团队观察了电信性能。他们特别分析了信号是如何传播的，以及系统是如何在不断开连接的情况下将连接的蜂窝呼叫或数据会话从一个基站转移到另一个基站的。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下降或通话中断。
“不出所料，无线电频率传播非常好，因为我们从很高的地方发射，”格拉斯说。格拉斯说，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，服务供应商对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。如果你说你可以用其中一个基于气雾器的塔来取代20个正常的宏观塔，这是非常有趣的。”他说，如果有什么犹豫的话，那是因为这个平台是全新的，完全不同于行业之前所见的任何平台。Sickand认为，一旦服务提供者看到两到三个空降器在运行，他们最初的沉默就会消失。
尽管Altaeros即将进行商业部署，但实现这一目标并非没有挑战。西克兰说，Altaeros正在飞向未知的天空，他们需要克服一些操作和监管方面的障碍。在操作方面，飞艇需要时不时地下来进行维护，这意味着它不会提供服务。Sickand说，这些活动可以安排在大多数顾客睡觉的时候。
“不出所料，无线电频率传播非常好，因为我们从很高的地方发射。”
本·格拉斯，Altaeros首席执行官
在龙卷风和飓风等恶劣天气的情况下，飞行器也必须下降。这将使服务在短时间内不可用，这可能会在最需要它的时候删除服务。格拉斯说，Altaeros已经考虑过填补空白的策略。其他重叠的3G或4G网络可以被利用，邻近的超级塔可以向该地区广播，或者可以让无人机在线提供临时服务。格拉斯指出，可能使超级塔搁浅的强风也可能破坏信号塔及其设备。没有损坏的超级塔被固定在地面上，恢复工作比修复损坏的手机发射塔要快得多。
“这种情况并不理想，但你必须在一年几次偶尔缺乏保险和根本没有保险之间做出权衡，”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。因为这个高空飞行器比其他任何塔都要高，Altaeros将需要获得美国联邦航空管理局(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，而且可能会面临一些社区的抵制，因为他们不想让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允许建造超级高楼的流程，他们就会开始向其他国家扩张。
格拉斯表示:“我们已经在与一些全球和国际航空公司合作，计划向其他市场扩张。”
转变之风
Altaeros从一开始就与联邦通信委员会和联邦航空局密切合作，以满足所有联邦政府的要求，以商业运营SuperTower。获得FCC批准的一个条件是获得FAA的空域许可。奥巴马政府早在20世纪60年代就制定了一项针对系住气球的规定。如何一个21圣该公司正在梳理的问题是，美国世纪的浮空器是否合规。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，联邦通信委员会宣布，将允许历史上保留给军用雷达的部分无线电频谱用于灵活的无线宽带。2018年，联邦通信委员会批准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年向电信行业投资，建立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，这是一个做这件事的好时机。”
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