CN104901737A - 基于LTE Relay的空地一体化通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于LTE Relay的空地一体化通信系统，其特征在于，由平流层平台和地面基站组成，前述平流层平台由若干LTE Relay构成，前述地面基站为LTE标准中的eNodeB，地面用户采用4G LTE终端；地面基站eNodeB通过接入链路将需要发送的信息先传送给平流层平台的LTE Relay，LTE Relay再通过中继链路将信息传送给地面用户4G LTE终端。本发明的有益之处在于：覆盖范围广，有效降低了网络功耗，提升了网络频谱效率；因平流层平台可同时与多个地面基站进行通信，故便于集中式控制和调度，在一定程度上减少了地面蜂窝网越区切换的开销；因空中节点将某些服务或功能卸载到地面基站网络上去执行，所以减轻了空中节点自身的业务负载和功率负担，从而较大幅度地提高了网络容量。

Description

基于LTE Relay的空地一体化通信系统
技术领域
本发明涉及一种空地一体化通信系统，具体涉及一种在平流层平台上利用LTE(Long Term Evolution)Relay技术并结合地面蜂窝网络构建的空地一体化通信系统，属于通信技术领域。
背景技术
平流层通信可利用位于平流层的气球、飞艇、无人机或有人机安置转发站或基站。
与卫星通信相比，平流层通信费用更低、延迟更小、架设更快、容量更大。与地基通信系统相比，平流层通信信号衰落更小、覆盖面积更广。同时，平流层通信不依赖于地面的网络基础设施。因此，在远洋航行、人迹罕至的沙漠与边远地区应急救援时，平流层通信拥有显著的优势。
未来无线通信网络需要为用户提供高速、无缝的服务，而平流层平台可以实现高速传输且覆盖面积广，同时平流层平台相比卫星成本更低。因此可以将地面蜂窝网与平流层平台结合，构成空地一体化通信系统，满足未来通信的需求。
与第4代移动通信网络(4G)比较，第5代移动通信网络(5G)容量预计可以提高1000倍，其中异构宏蜂窝/小蜂窝是未来移动通信中一项关键性技术，可以提高网络的频谱效率和能量效率。
小蜂窝可采用多种无线接入方式，如：家庭或室内网(Femtocell)、微微小区(Picocell)、中继(Relay)、端到端直通(Device to Device，D2D)或射频拉远(Remote Radio Head，RRH)技术等。小蜂窝技术可以有效降低功耗，并提高网络频谱效率。其中Relay技术作为LTE标准是在3GPP Release10，最初的目标是以低成本来提高现有蜂窝网覆盖范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于LTE Relay的空地一体化通信系统，该通信系统不仅能够提高蜂窝网的覆盖范围，而且能够降低功耗并提升网络频谱效率。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于LTE Relay的空地一体化通信系统，其特征在于，由平流层平台和地面基站组成，
前述平流层平台由若干LTE Relay构成，前述LTE Relay是在LTERelease 10中被定义标准化的，LTE Relay的主要功能是以较低的成本扩展LTE网络的覆盖范围；
前述地面基站为LTE标准中的eNodeB，地面用户采用4G LTE终端；
前述空地一体化通信系统的通信过程为：地面基站eNodeB通过接入链路将需要发送的信息先传送给平流层平台的LTE Relay，LTERelay再通过中继链路将信息传送给地面用户4G LTE终端。
前述的空地一体化通信系统，其特征在于，前述LTE Relay距地面高度D＝20km。
前述的空地一体化通信系统，其特征在于，前述LTE Relay的天线为1根全向定向天线，天线增益G＝10dB，发射功率Pt＝0dBw，噪声功率N0＝133dBw，天线效率η＝0.8，载波频率f＝2.4GHz，带宽B＝5MHz。
本发明的有益之处在于：
(1)因为平流层平台使用的是LTE Relay，所以保持了平流层平台覆盖范围广的特点；
(2)因为平流层平台使用的是LTE Relay，所以有效降低了网络功耗，提升了网络频谱效率；
(3)因为平流层平台可以同时与多个地面基站进行通信，所以便于集中式控制和调度，在一定程度上减少了地面蜂窝网越区切换的开销；
(4)用户可以根据业务需求与网络状态等因素，选择更合适网络节点接入，使网络接入更加灵活，从而满足了灵活多变的个性化业务需求；
(5)因为空中节点将某些服务或功能卸载到地面基站网络上去执行，所以减轻了空中节点自身的业务负载和功率负担，可以更好地用于广域覆盖，为地面基站网络覆盖范围之外的用户提供宽带无线接入服务，从而较大幅度地提高了网络容量。
附图说明
图1是本发明的空地一体化通信系统的组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1，本发明的基于LTE Relay的空地一体化通信系统，其由平流层平台和地面基站组成，其中：
(1)平流层平台由若干LTE Relay构成，LTE Relay是在LTERelease 10中被定义标准化的，LTE Relay的主要功能是以较低的成本扩展LTE网络的覆盖范围，平流层平台形成平流层通信网；
(2)地面基站为LTE标准中的eNodeB，地面用户采用4G LTE终端，地面基站形成地面蜂窝网。
本发明的空地一体化通信系统，其通信过程为：
地面基站eNodeB通过接入链路将需要发送的信息先传送给平流层平台的LTE Relay，LTE Relay再通过中继链路将信息传送给地面用户4G LTE终端。
由此可见，由于平流层平台可以同时与多个地面基站进行通信，所以本发明的空地一体化通信系统便于集中式控制和调度，在一定程度上减少了地面蜂窝网越区切换的开销；另外，由于平流层平台使用的是LTE Relay，所以本发明的空地一体化通信系统有效降低了网络功耗，提升了网络频谱效率。
此外，用户可以根据业务需求与网络状态等因素，选择更合适网络节点接入，使网络接入更加灵活，从而满足了灵活多变的个性化业务需求。
作为一种优选的方案，LTE Relay距地面高度D＝20km，在ITU-RF.1569中规定平流层平台高度距地面为20-25km，本发明采用20km，相比地面基站，平流层平台可以覆盖更广的范围。
由于LTE Relay载荷受限，很难大幅度提高天线规模，所以LTERelay的天线优选为1根全向定向天线，其中，天线增益G＝10dB，发射功率Pt＝0dBw，噪声功率N0＝133dBw，天线效率η＝0.8，载波频率f＝2.4GHz，带宽B＝5MHz。
为了便于分析，考虑LTE Relay到地面的信道模型为大尺度衰落模型，经计算得到如下参数：
(1)传输损耗为Loss＝32.44+20lgD+20lgf＝66.04dB，
(2)接收端接收功率Pr＝ηPt-Loss＝77.01dBw，
(3)接收端信噪比 P r N 0 = 75.99 B ,
(4)信道容量 C = B log 2 ( 1 + P r N 0 ) = 127.9 Mbit / s ,
(5)频谱效率ηSE＝25.58bit/s/Hz。
由此可见，本发明的空地一体化通信系统的频谱效率达到了25.58bit/s/Hz，相比于LTE标准中的频谱效率5bit/s/Hz，提高了5.116倍。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于LTE Relay的空地一体化通信系统，其特征在于，由平流层平台和地面基站组成，
所述平流层平台由若干LTE Relay构成，所述LTE Relay是在LTERelease 10中被定义标准化的，LTE Relay的主要功能是以较低的成本扩展LTE网络的覆盖范围；
所述地面基站为LTE标准中的eNodeB，地面用户采用4G LTE终端；
所述空地一体化通信系统的通信过程为：地面基站eNodeB通过接入链路将需要发送的信息先传送给平流层平台的LTE Relay，LTERelay再通过中继链路将信息传送给地面用户4G LTE终端。
2.根据权利要求1所述的空地一体化通信系统，其特征在于，所述LTE Relay距地面高度D＝20km。
3.根据权利要求2所述的空地一体化通信系统，其特征在于，所述LTE Relay的天线为1根全向定向天线，天线增益G＝10dB，发射功率Pt＝0dBw，噪声功率N0＝133dBw，天线效率η＝0.8，载波频率f＝2.4GHz，带宽B＝5MHz。
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