CN106788667B - 基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统，包括平流层平台、地面基站和船载中继站；地面4G基站通过接入链路将需要发送的信息先传送给平流层平台上搭载的4G基站，并在平流层平台上进行信息交换，再由平流层平台通过无线回传链路将信息发送给船载中继站，再由该船载中继站通过中继链路将信息传送给船上用户4G LTE终端。本系统实现了海地一体化的4G蜂窝网络，将陆地4G网络向海上有效延伸，消除4G网络在海上的覆盖盲点，增加了网络覆盖范围，更好地满足了海上用户的通信需求。

Description

基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统。
背景技术
平流层平台的定义由1997年的世界无线电通信大会(WRC)中无线电规则(RR)第S1.66A款中给出，其具体定义为：一个滞留在20—50km高度的临近空间内，相对于地球特定位置静止的平台，具体为运行于平流层的飞艇、气球、无人机或有人机等。
平流层通信系统综合了卫星通信与地基通信两大传统通信系统的技术优点，被认为是无线通信领域的又一重大突破。与卫星通信相比，平流层通信成本更低、延迟更小、部署方便、升级容易、使用寿命长且绿色环保。与地基通信系统相比，平流层通信信号衰落更小，天线覆盖面积较大，可以用更少的资源实现高密度和大区域覆盖，具有费用低、容量大、部署快、布网灵活、回收方便等特点，在远洋、陆上偏远地区通信具有显著的优势。
目前的海上通信方式主要包括移动卫星通讯(INMARSAT)，全球海上遇险与安全系统(GMDSS)，无线电话通信(Radio Telephony)，以及无线电报通信(Radio Telegraphy)等。这些通信方式各有缺点：成本高，可靠性差，易受环境影响，时延长，不能为用户提供高速、廉价以及无缝的服务，无法实现终端设备的便携化、小型化和手持化等。而本发明通过将地面蜂窝网，平流层平台与船载中继站相结合的方式，实现陆地4G网络向海上的有效延伸，构成海地一体化通信系统，能够更好地满足海上用户的通信需求。
3GPP Release10中提出将Relay技术作为LTE标准，其原理是在原有服务基站的基础上，通过增加一些新的Relay Node(RN,或称中继节点、中继站)，加大站点和天线的分布密度，拉近天线和终端用户的距离，改善终端的链路质量，从而提高系统的频谱效率和用户数据率。还可以在LTE Relay中引入基带信号处理，不仅能够放大信号，抵抗移动信道的大尺度衰落，还能够抑制干扰。因中继设备的复杂度远低于基站，按照3GPP的定义，Relay的成本仅为传统宏基站的十分之一，因此选用LTE Relay对船舶进行覆盖有利于降低网络建设成本，同时能够减小无线链路的空间损耗，增大信噪比，进而提高用户信道容量。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统，包括平流层平台、地面基站和船载中继站；
地面4G基站通过接入链路将需要发送的信息先传送给平流层平台上搭载的4G基站，并在平流层平台上进行信息交换，再由平流层平台通过无线回传链路将信息发送给船载中继站，再由该船载中继站通过中继链路将信息传送给船上用户4G LTE终端；
所述平流层平台上搭载LTE标准中的4G基站；
地面基站也为LTE标准中的4G基站；
船载中继站采用LTE标准中的中继站。
所述搭载LTE标准中的4G基站的平流层平台距地面高度D＝20km。
平流层平台上搭载LTE标准中的4G基站，为保证其信号强度，设其信号传播距离S＝25km，载波频率f＝2.4GHZ。
搭载4G基站的平流层平台其信号覆盖区域半径R＝15km，覆盖面积可达700平方公里以上，其覆盖区域典型的仰角范围是53.1°-90°。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统，实现了海地一体化的4G蜂窝网络，将陆地4G网络向海上有效延伸，消除4G网络在海上的覆盖盲点，增加了网络覆盖范围，更好地满足了海上用户的通信需求。因为平流层平台上搭载的是LTE标准中的eNodeB即4G基站，可以方便快捷地与陆地网络衔接，同时保持了平流层平台覆盖范围广的特点；因为船载中继站使用的是LTE Relay，有利于以较低的成本拓展网络，同时因船只的载重量较高，可以配置更多载频的LTE Relay，有利于提高无线链路性能及网络容量，增强资源利用率；同时船上用户采用4G LTE终端即可接入网络，无需更换其他设备；因平流层平台可同时与多个船载中继站进行通信，故便于集中式控制和调度，在一定程度上减少了船载中继站与平流层平台之间切换的开销；因空中节点将某些服务或功能卸载到船载中继站网络上去执行，减轻了空中节点自身的业务负载和功率负担，同时减少了平流层平台的载荷负担。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的海地一体化通信系统结构示意图。
图2是本发明的海地一体化通信系统信号流程示意图。
图3是本发明中搭载eNoodB的平流层平台信号覆盖区域示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统，该系统由平流层平台、地面基站和船载中继站组成，其中：
(1)平流层平台上搭载LTE标准中的eNodeB：eNodeB即4G基站；
(2)地面基站也为LTE标准中的eNodeB；
(3)船载中继站为LTE Relay：LTE Relay是在LTE Release10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，为阴影衰落严重的地区以及覆盖的死角提供服务信号，有利于提高无线链路性能及网络容量,增强资源利用率；
(4)船上用户采用4G LTE终端。
如图2所示，本发明的海地一体化通信系统，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上搭载的eNodeB，并在平台上进行信息交换，再由平流层平台通过无线回传链路将信息发送给船载中继站，然后再由该船载中继站通过中继链路将信息传送给船上用户4G LTE终端。
如图3所示，为本发明中搭载eNoodB的平流层平台信号覆盖区域示意图，其中：
(1)作为一种优选的方案，搭载LTE标准中eNodeB的平流层平台距地面高度D＝20km，在世界无线电通信大会(WRC)中无线电规则(RR)第S1.66A款中规定平流层平台高度距地面为20-50km，本发明采用20km，是因为风速在20km上下有一最小值，因此平流层平台定点驻空与飞行阻力小，减少了能源的消耗。
(2)因平流层平台上搭载LTE标准中的eNodeB，为保证其信号强度，设其信号传播距离S＝25km，载波频率f＝2.4GHZ。
(3)经计算，搭载eNoodB的平流层平台其信号覆盖区域半径R＝15km，覆盖面积可达700平方公里以上，其覆盖区域典型的仰角范围是53.1°-90°。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于平流层平台及船载中继站的海地一体化通信系统，其特征在于：包括平流层平台、地面基站和船载中继站；
所述平流层平台、地面基站和船载中继站的工作状态为：地面4G基站通过接入链路将需要发送的信息先传送给平流层平台上搭载的4G基站，并在平流层平台上进行信息交换，再由平流层平台通过无线回传链路将信息发送给船载中继站，再由该船载中继站通过中继链路将信息传送给船上用户4G LTE终端；
所述平流层平台上搭载LTE标准中的4G基站；
地面基站也为LTE标准中的4G基站；
船载中继站采用LTE标准中的中继站；
所述搭载LTE标准中的4G基站的平流层平台距地面高度D＝20km；
平流层平台上搭载LTE标准中的4G基站，为保证其信号强度，设其信号传播距离S＝25km，载波频率f＝2.4GHZ，搭载4G基站的平流层平台其信号覆盖区域半径R＝15km，覆盖面积可达700平方公里以上，其覆盖区域典型的仰角范围是53.1°-90°。
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