De höga platåerna i Colorados Klippiga bergen, känd för panoramautsikter, vilda djur och växter, gamla guldgruvor och sporter av alla slag, lockar nya pionjärer:ingenjörer som arbetar för att förbättra nödkommunikationen.

First responders står inför många kommunikationsutmaningar, inklusive brist på mobiltorn på obebodda platser och inkompatibel utrustning. Offentliga säkerhetsmyndigheter måste hitta sätt att dela röst, text, snabbmeddelanden, video och data på ett tillförlitligt sätt samtidigt som de reagerar på vildmarksbränder och andra nödsituationer.

Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST), i samarbete med Department of Homeland Security (DHS) Science and Technology Directorate, monterar miniatyrmobilkommunikationsnätverk på pickuper och obemannade flygsystem för att mäta signalstyrka och täckning i bergsområden som saknar trådlös infrastruktur.

NIST-experimenten på federal mark nära Gips, några timmars bilresa väster om Denver, visade att mobilnäten fortfarande lämnar mycket övrigt att önska. Inledande experiment med markbaserade system visade på dålig täckning i områden med ojämn terräng - kullar och dalar - men luftburna system gav bättre täckning.

"Resultaten hittills från testplatsen har bekräftat några av våra förväntningar och identifierat flera prestandaproblem som inte var uppenbara i labbet, " sa elektronikingenjören Samuel Ray från NIST:s Public Safety Communications Research Division.

"Terrängen gör det svårt att ge täckning, speciellt vid de frekvenser som krävs för cellulära system, "Ray tillade. "Svara byråer kan också stöta på skogsområden eller urbana miljöer med strukturer. Alla dessa faktorer påverkar täckningen, ökar behovet av att höja kommunikationsplattformen."

NIST-forskare studerar "deployerbara system" för att skapa ad hoc, interoperabla nätverk. Utplacerbara system behövs inte bara för landsbygdsområden utan även för andra situationer där trådlös täckning äventyras eller storskaliga händelser orsakar nätverksöverbelastning. Vissa utplacerbara system är tillgängliga kommersiellt, men NIST arbetar med generiska tekniker som kan användas av vem som helst.

NIST-experimenten på Gypsum-platsen använder LTE-system (Long Term Evolution), de senaste trådlösa standarderna som är allmänt tillgängliga för mobiltelefoner. Nationens uppskattningsvis 5 miljoner offentliga säkerhetspersonal har traditionellt använt walkie-talkies (landmobilradio), men många kompletterar sina möjligheter med LTE-system, som erbjuder dataöverföringshastigheter upp till 1, 000 gånger högre.

NIST har mätt prestanda för utplacerbara system i Klippiga bergen i ett år nu. Gipsplatsen, ägs av det amerikanska inrikesdepartementets Bureau of Land Management, valdes delvis för att det är en stor platå omgiven av relativt platt buskmark, en realistisk miljö för en vildmarksbrand.

NIST:s tidiga experiment använde markbaserade och lastbilsmonterade antennmaster som sträckte sig 2-4 meter (7-14 fot) över marken. Täckningsområdet sträckte sig till flera hundra fot från antennerna; dock, att täckningen var mycket dålig, med signaler som sjunkit helt när de korsar kullar eller diken, pekar på behovet av att upprätthålla "line of sight"-kanaler.

På senare tid, NIST-teamet använde ett obemannat flygsystem som bar ett kommersiellt LTE-nätverkssystem som vägde mindre än 2,3 kg (5 pund). Plattformen svävade 121 meter (400 fot) över marken i 15 minuter åt gången.

Täckningen sträckte sig längre än tidigare, med signaler som sträcker sig ungefär en halv mil från flygplattformen. NIST-personal studerar flera stabilitetsfrågor och letar efter sätt att optimera de mobila nätverksplattformarna för längre flygningar och effektivare antenner, enligt Max Maurice, huvudingenjör för Gipsmätningsprojektet.

En möjlig lösning är tjudrade heliumballonger med integrerade antenner. Sådana system finns redan tillgängliga och skulle kunna hålla sig i luften under längre mätperioder. Men höjden av gipsplatsen, fler än 6, 000 fot över havet där luften blir tunnare, reducerar avsevärt ballonglyftkapacitet, sa Ray. Ballonger skulle också införa nya krav för träning och drift, och för förvärv, lagring och transport av helium.

"Många leverantörer forskar om bättre design för flygkommunikationsnätverk; svårigheterna handlar om vikt och kraft, eller en balans mellan de två, och det finns många fysiska begränsningar, ", sa Ray. "Vi fortsätter att diskutera möjligheter med branschkontakter och att se efter innovativa lösningar och alternativa teknologier.

"År 2020, vi förväntar oss att introducera ytterligare antennalternativ och fjädrande nätverksfunktioner i fälttester och att fortsätta förfina testbädden. Detta är ett framåtblickande forskningsområde med fokus på teknologier som är fyra till fem år borta från kommersiell tillgänglighet, och vi räknar med att fortsätta arbeta på platsen några gånger per år."