De hoge plateaus van Colorado's Rocky Mountains, bekend om zijn panoramische vergezichten, dieren in het wild, oude goudmijnen en allerlei sporten, trekken nieuwe pioniers aan:ingenieurs die werken aan verbetering van de noodcommunicatie.

Eerstehulpverleners worden geconfronteerd met veel communicatie-uitdagingen, waaronder een gebrek aan zendmasten op onbewoonde plaatsen en incompatibele apparatuur. Openbare veiligheidsinstanties moeten manieren vinden om hun stem te delen, tekst, instant berichten, video en gegevens betrouwbaar tijdens het reageren op natuurbranden en andere noodsituaties.

Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST), in samenwerking met het Department of Homeland Security (DHS) Science and Technology Directorate, monteren miniatuur mobiele communicatienetwerken op pick-up trucks en onbemande antennesystemen om de signaalsterkte en dekking te meten in berggebieden zonder draadloze infrastructuur.

De NIST-experimenten op federaal land in de buurt van gips, een paar uur rijden ten westen van Denver, toonde aan dat mobiele netwerken nog veel te wensen overlaten. De eerste experimenten met grondgebaseerde systemen wezen op een slechte dekking in gebieden met ruw terrein - heuvels en valleien - maar systemen in de lucht zorgden voor een betere dekking.

"De resultaten tot nu toe van de testlocatie hebben enkele van onze verwachtingen bevestigd en hebben verschillende prestatieproblemen geïdentificeerd die niet duidelijk waren in het laboratorium, ", zegt elektronica-ingenieur Samuel Ray van NIST's Public Safety Communications Research Division.

"Het terrein maakt het moeilijk om dekking te bieden, vooral bij de frequenties die nodig zijn voor cellulaire systemen, " Ray toegevoegd. "Reagerende instanties kunnen ook beboste gebieden of stedelijke omgevingen met structuren tegenkomen. Al deze factoren zijn van invloed op de dekking, het vergroten van de behoefte aan het verhogen van het communicatieplatform."

NIST-onderzoekers bestuderen "inzetbare systemen" om ad hoc, interoperabele netwerken. Inzetbare systemen zijn niet alleen nodig voor landelijke gebieden, maar ook voor andere situaties waar de draadloze dekking wordt aangetast of grootschalige gebeurtenissen netwerkcongestie veroorzaken. Sommige inzetbare systemen zijn in de handel verkrijgbaar, maar NIST werkt aan generieke technologieën die door iedereen kunnen worden gebruikt.

De NIST-experimenten op de gipslocatie maken gebruik van Long Term Evolution (LTE)-systemen, de nieuwste draadloze standaarden die algemeen beschikbaar zijn voor mobiele telefoons. De naar schatting 5 miljoen openbare veiligheidsmedewerkers van het land hebben traditioneel walkietalkies (mobiele landradio) gebruikt, maar velen vullen hun mogelijkheden aan met LTE-systemen, die datatransmissiesnelheden bieden tot 1, 000 keer hoger.

NIST meet al een jaar de prestaties van inzetbare systemen in de Rockies. De gipsplaats, eigendom van het Bureau of Land Management van het Amerikaanse ministerie van Binnenlandse Zaken, werd gedeeltelijk gekozen omdat het een groot plateau is omgeven door relatief vlak bushland, een realistische setting voor een natuurbrand.

De vroege experimenten van NIST maakten gebruik van op de grond en op vrachtwagens gemonteerde antennemasten die zich 2-4 meter (7-14 voet) boven de grond uitstrekken. Het dekkingsgebied strekte zich uit tot enkele honderden meters van de antennes; echter, die dekking was erg slecht, met signalen die helemaal wegvielen bij het oversteken van heuvels of loopgraven, wijzend op de noodzaak om "line of sight"-kanalen te behouden.

Recenter, het NIST-team gebruikte een onbemand antennesysteem met een commercieel LTE-netwerksysteem met een gewicht van minder dan 2,3 kilogram (5 pond). Het platform zweefde 15 minuten per keer 121 meter (400 voet) boven de grond.

De dekking breidde zich verder uit dan voorheen, met signalen die zich ongeveer een halve mijl van de hoogwerker uitstrekken. NIST-medewerkers bestuderen verschillende stabiliteitsproblemen en zoeken naar manieren om de mobiele netwerkplatforms te optimaliseren voor langere vluchten en effectievere antennes, volgens Max Maurice, lead engineer voor het Gips meetproject.

Een mogelijke oplossing zijn vastgebonden heliumballonnen met geïntegreerde antennes. Dergelijke systemen zijn al beschikbaar en kunnen voor langere meetperiodes in de lucht blijven. Maar de hoogte van de gipsplaats, meer dan 6, 000 voet boven zeeniveau waar de lucht dunner wordt, vermindert de hefcapaciteit van de ballon aanzienlijk, zei Ray. Ballonnen zouden ook nieuwe eisen introduceren voor training en bediening, en voor acquisitie, opslag en transport van helium.

"Veel leveranciers doen onderzoek naar betere ontwerpen voor luchtcommunicatienetwerken; de problemen zijn rond gewicht en vermogen, of een evenwicht tussen de twee, en er zijn veel fysieke beperkingen, Ray zei. "We blijven mogelijkheden bespreken met contacten uit de industrie en kijken uit naar innovatieve oplossingen en alternatieve technologieën.

"In 2020, we verwachten extra antenne-opties en veerkrachtige netwerkfuncties te introduceren in veldtests en het testbed te blijven verfijnen. Dit is een toekomstgericht onderzoeksgebied met een focus op technologieën die vier tot vijf jaar verwijderd zijn van commerciële beschikbaarheid, en we verwachten nog een paar keer per jaar op de site te blijven werken."