CN107276665A

CN107276665A - 一种通信系统及方法

Info

Publication number: CN107276665A
Application number: CN201610213187.2A
Authority: CN
Inventors: 何锐; 纪海军
Original assignee: Hangxun Information Technology Co Ltd
Current assignee: Hangxun Information Technology Co Ltd
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-10-20

Abstract

本发明公开了一种通信系统及方法，通过在地面设置多台地面基站，利用地面基站和核心网设备共同向所述航空器提供通信网络，通过逆向复用已有设备的工作频率，实现地面基站和航空器之间的数据传输，由于地面基站存在部署技术成熟，部署成本低，且地面基站提供的通信网络带宽大的特点，因此，航空器进行通信的成本将有效降低，航空器传输数据所使用的通信带宽将大大提高；此外，由于所述空对地频率和所述地对空频率均为复用频率，该复用频率为已有设备的工作频率，因而无需单独为航空器和地面基站分配新的频率以进行信息传输，仅复用现有设备的工作频率即可，从而有效解决了频谱资源紧张的问题，提高了频谱资源的利用率。

Description

一种通信系统及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种通信系统及方法。

背景技术

随着航空和通信技术的发展，航空器对宽带通信的需求越来越迫切，如航空器监测、航空器健康管理、客机安防(视频监控)、航空器承载的用户上网等，都需要宽带通信系统的支持，且在上述各种应用场景下，航空器需要传输的通信数据量巨大。

在传统应用中，主要通过在航空器中设置机载卫星，利用该机载卫星提供的宽带来满足对于航空器的通信需求，而传统的机载卫星通信存在成本高、带宽窄的问题，无法满足航空器大数据量通信传输的需求。

由此可见，目前在航空器进行通信的过程中，存在通信成本高，可用带宽窄的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种通信系统及方法，用以解决目前在航空器进行通信的过程中，存在通信成本高，可用带宽窄的问题。

本发明实施例提供的具体技术方案如下：

第一方面，提供一种通信系统，所述通信系统包括航空器，多台地面基站，以及核心网设备，所述航空器和所述地面基站之间存在通信连接，所述地面基站和所述核心网设备之间存在通信连接，其中：所述航空器，用于向所述地面基站发送数据，以及接收所述地面基站发送的数据；其中，所述航空器向所述地面基站发送数据时所使用的频率为空对地频率F′_a2g；所述航空器接收所述地面基站发送的数据时所使用的频率为地对空频率F′_g2a；所述F′_a2g和所述F′_g2a均为复用频率，所述F′_a2g与所述F′_g2a不相同；每一台所述地面基站，用于接收所述航空器发送的数据，并将所述航空器发送的数据发送至核心网设备；以及接收所述核心网设备发送的数据，并将所述核心网设备发送的数据发送至所述航空器；所述核心网设备，用于将各个地面基站发送的数据进行汇聚，并分别将所述各个地面基站发送的数据分别路由至下一跳设备；以及向所述各个地面基站发送数据。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述F′_a2g和所述F′_g2a均为复用频率，具体包括：所述F′_a2g为复用至少一个第一设备所使用的工作频率；其中，所述第一设备为与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的设备；所述F′_g2a为复用至少一个第二设备所使用的工作频率；其中，所述第二设备为与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的设备；所述第一设备和所述第二设备为同一个设备，或者，所述第一设备和所述第二设备为不同设备。

结合第一方面，或者第一方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述第一设备和所述第二设备为同一个设备时，所述F′_a2g为复用该设备所使用的工作频率F_g2a；其中，所述F_g2a为所述该设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述F′_g2a为复用所述该设备所使用的工作频率F_a2g；所述F_a2g为所述该设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述该设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率；所述第一设备和所述第二设备为不同设备时，所述F′_a2g为复用所述至少一个第一设备所使用的F_g2a，所述F_g2a为所述第一设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述F′_g2a为复用所述至少一个第二设备所使用的F_a2g，所述F_a2g为所述第二设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述第二设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率。

结合第一方面，第一方面第一种可能的实现方式，或者第一方面第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述F′_a2g为一段连续无线电频率段，或者，所述F′_a2g为非连续的多个无线电频率段；所述F′_g2a为一段连续无线电频率段，或者，所述F′_g2a为非连续的多个无线电频率段。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述每一台地面基站均包含天线；所述天线向空中发射信号方向与地平线向上夹角大于2°；且所述任意一地面基站高于其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备的高度，所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的高度差均大于50米；且所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的距离均大于10公里。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述航空器包含天线，当所述第一设备为卫星时，所述航空器包含的天线位于所述航空器的下方，且所述天线向地面发射信号方向与地平线向下的夹角大于2°；所述地面基站包含天线，当所述第二设备为射电望远镜时，所述射电望远镜的信号接收区域与所述天线发射信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述航空器上承载机载通信设备，所述航空器通过所述机载通信设备与所述地面基站之间存在通信连接。

第二方面，提供一种通信方法，应用于通信系统中，所述通信系统包括航空器，多台地面基站，以及核心网设备，包括：所述航空器利用空对地频率F′_a2g向任意一地面基站发送数据，并通知所述任意一地面基站将所述数据发送至所述核心网设备；其中，所述任意一地面基站为所述多台地面基站中，当前时刻与所述航空器存在通信连接的地面基站；所述航空器接收所述任意一地面基站利用地对空频率F′_g2a发送的数据；其中，所述任意一地面基站发送的数据为所述核心网设备发送的数据；所述F′_a2g与所述F′_g2a均为复用频率，所述F′_a2g与所述F′_g2a不相同。

结合第二方面，在第一种可能的实现方式中，所述F′_a2g与所述F′_g2a均为复用频率，具体包括：所述F′_a2g为复用至少一个第一设备所使用的工作频率；其中，所述第一设备为与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的设备；所述F′_g2a为复用至少一个第二设备所使用的工作频率；其中，所述第二设备为与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的设备；所述第一设备和所述第二设备为同一个设备，或者，所述第一设备和所述第二设备为不同设备；所述第一设备和所述第二设备为同一个设备时，所述F′_a2g为复用该设备所使用的工作频率F_g2a；其中，所述F_g2a为所述该设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述F′_g2a为复用所述该设备所使用的工作频率F_a2g；所述F_a2g为所述该设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述该设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率；所述第一设备和所述第二设备为不同设备时，所述F′_a2g为复用所述至少一个第一设备所使用的F_g2a，所述F_g2a为所述第一设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述地对空频率为复用所述至少一个第二设备所使用的F_a2g，所述F_a2g为所述第二设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述第二设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率。

结合第二方面，或者第二方面第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述每一台地面基站均包含天线；所述天线向空中发射信号方向与地平线向上的夹角大于2°；且所述任意一地面基站高于其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备的高度，所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的高度差均大于50米；且所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的距离均大于10公里。

本发明实施例中，包含航空器的通信系统中还包括多台地面基站，以及核心网设备；其中，所述多台地面基站分别与核心网设备和所述航空器互联，由所述核心网设备和所述多台地面基站向所述航空器提供通信网络，使航空器能够与核心网设备之间进行数据传输。采用本发明实施例技术方案，通过在地面设置多台地面基站，利用地面基站和核心网设备共同向所述航空器提供通信网络，从而实现航空器的宽带通信，由于地面基站具有部署技术成熟，部署成本低，且地面基站提供的通信网络带宽大的特点，因此，采用地面基站进行网络部署，能够使航空器进行通信的成本有效降低，同时使航空器传输数据所使用的通信带宽大大提高；并且，航空器利用空对地频率向地面基站发送数据，并由地面基站利用地对空频率向航空器发送数据，即采用频分双工技术实现航空器和地面基站之间的数据通信，有利于解决航空器高速飞行时通信的大多普勒频偏；此外，由于所述空对地频率和所述地对空频率均为复用频率，该复用频率为已有设备所使用的工作频率，因而无需单独为航空器和地面基站分配新的频率以进行数据传输，仅复用现有设备的工作频率即可，从而有效解决了频谱资源紧张的问题，提高了频谱资源的利用率。

附图说明

图1为本发明实施例一中通信系统架构示意图；

图2为本发明实施例一中航空器结构示意图；

图3a和图3b为本发明实施例一中地面基站结构示意图；

图4为本发明实施例八中通信系统中数据传输流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参阅图1所示，本发明实施例中，通信系统包括航空器10，多台地面基站11，以及核心网设备12，航空器10和多台地面基站11之间存在通信连接，所述地面基站11和所述核心网设备12之间存在通信连接；其中：

所述航空器10，用于向所述地面基站11发送数据，以及接收所述地面基站11发送的数据；其中，所述航空器10向所述地面基站11发送所述数据时所使用的频率为空对地频率F′_a2g；所述航空器10接收所述地面基站11发送的数据时所使用的频率为地对空频率F′_g2a；所述F′_a2g和所述F′_g2a均为复用频率，所述F′_a2g和所述F′_g2a不相同；

每一台所述地面基站11，用于接收所述航空器10发送的数据，并将所述数据发送至核心网设备12；以及接收所述核心网设备12发送的数据，并将所述核心网设备12发送的数据采用F′_g2a发送至所述航空器10；

所述核心网设备12，用于将各个地面基站11发送的数据进行汇聚，并分别将所述各个地面基站11发送的数据分别路由至下一跳设备；以及向地面基站11发送数据。

可选的，所述航空器10上承载着机载通信设备，所述航空器10通过所述机载通信设备与所述地面基站11之间进行通信连接；所述机载通信设备包含天线，以提供与外界设备进行通信的功能；所述机载通信设备还包括路由装置，WiFi信号发射器等，以为航空器10上的各个用户提供局域网。

可选的，所述航空器10和所述地面基站11之间的通信连接为无线连接，由所述地面基站11提供无线网络，航空器10接入所述地面基站11提供的无线网络。

可选的，所述地面基站11和所述核心网设备12之间的通信连接为无线连接或者有线连接；当所述地面基站11和所述核心网设备12之间的通信连接为有线连接时，所述有线连接为电缆或者光缆。

由于地面基站11存在可接收信号的范围，在所述可接收信号的范围之外的通信设备发送的信号地面基站11将无法接收，因此，所述空对地频率即为复用与所述地面基站11相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的至少一个第一设备所使用的工作频率；其中，所述第一设备如电台，射电望远镜，卫星，基站，航空测距仪等；所述预设距离根据地面基站11所能探测到的距离确定。

同理，所述地对空频率为复用与所述地面基站11相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的至少一个第二设备使用的工作频率；其中，所述第二设备如电台，射电望远镜，卫星，基站，航空测距仪等。所述预设距离根据地面基站11所能探测到的距离确定。

其中，所述第一设备和第二设备可以为同一个设备，也可以为不同的设备。

当所述第一设备和第二设备为同一个设备(以下简称为被复用设备)时，所述被复用设备所使用的工作频率包含两个，即工作频率F_g2a和工作频率F_a2g，其中，所述F_g2a为所述被复用设备传输地面至空中信息时所使用的工作频率，所述F_a2g为所述被复用设备传输空中至地面信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述被复用设备传输地面至地面信息时所使用的工作频率。

具体的，当被复用设备为空中设备(如卫星)时，所述F_g2a为所述被复用设备接收地面设备发送的信息时所使用的工作频率，所述F_a2g为所述被复用设备向地面设备发送信息时所使用的工作频率；当被复用设备为地面设备(如基站)时，所述F_g2a为所述被复用设备向空中设备发送信息时所使用的工作频率，所述F_a2g为所述被复用设备接收空中设备发送的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述被复用设备接收其他地面设备发送的信息时所使用的工作频率。

当所述第一设备和第二设备为不同的设备时，所述F′_a2g为所述第一设备传输地面至空中信息时所使用的工作频率，所述F′_g2a为所述第二设备传输空中至地面信息时所使用的工作频率，和/或，所述F′_g2a为所述第二设备传输地面至地面信息时所使用的工作频率。

具体的，当第一设备为空中设备时，所述F′_a2g为第一设备所使用的F_g2a，即为所述第一设备接收地面设备发送的信息时所使用的工作频率；所述第一设备为地面设备时，所述F′_a2g为所述第一设备所使用的F_g2a，即为所述第一设备向空中设备发送信息时所使用的工作频率。当第二设备为空中设备时，所述F′_g2a为所述第二设备所使用的F_a2g，即为所述第二设备向地面设备发送信息时所使用的工作频率；所述第二设备为地面设备时，所述F′_g2a为所述第二设备所使用的F_a2g，即为所述第二设备接收空中设备发送的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述第二设备接收其他地面设备发送的信息时所使用的工作频率。

可选的，由于航空器10在移动过程中，所复用工作频率的设备可能发生变化，所述航空器10所能复用工作频率的各个设备所使用的工作频率也不一定相同，因此，所述航空器10在向不同地面基站11发送数据时，所采用的F′_a2g不一定相同；相应的，所述不同地面基站11向航空器10发送数据时所采用的F′_g2a也不一定相同。

采用上述技术方案，航空器10和地面基站11之间的数据传输过程仅需要复用已有设备所使用的工作频率即可，无需重新为其分配工作频率，从而有效节约了频谱资源；并且，航空器10和地面基站11之间的数据传输复用拥有自身工作频率的至少一个第一设备传输地面至空中传输信息所使用的工作频率F_g2a，作为航空器10向地面基站11传输的信息所使用的F′_a2g，以及复用拥有自身工作频率的至少一个第二设备传输空中至地面传输信息所使用的工作频率F_a2g，作为地面基站11向航空器10传输的信息所使用的F′_g2a，不会对现有的被复用设备(包含第一设备和第二设备)的信息传输产生干扰，在节约频谱资源的基础上，确保了被复用设备信息的正常传输。

可选的，所述空对地频率F′_a2g和地对空频率F′_g2a分别为一段连续无线电频率段。

由于第一设备和第二设备的数量可以为一个，也可以为多个，多个第一设备和多个第二设备所使用的工作频率可能为非连续的多个频率，一个第一设备所使用的工作频率也可能为非连续的多个频率，同理，一个第二设备所使用的工作频率也可能为非连续的多个频率；因此，所述空对地频率和地对空频率分别为非连续的多个无线电频率段。采用该技术方案，将非连续的多个无线电频率段进行载波聚合，并利用载波聚合后的多个频率段进行信息的传输，从而有效提高了频谱利用率。

由于航空器10需要使用F′_a2g向地面基站11发送数据，并使用F′_g2a接收地面基站11发送的数据，因此，参阅图2所示，所述航空器10还包含射频天线，所述航空器10可以包含一个射频天线，也可以包含多个射频天线，例如，在图2中，所述航空器10包含两个射频天线，分别为射频天线100和射频天线101，其中，射频天线100和射频天线101均用于使用F′_a2g向地面基站11发送数据，并使用F′_g2a接收地面基站11发送的数据。

可选的，所述航空器10中包含的机载通信设备102，通过所述射频天线100和射频天线101向地面基站11发送数据，以及接收地面基站11发送的数据。进一步的，所述机载通信设备102还可以向用户提供上网服务，向地面上报航空器10当前位置信息等。

本发明实施例中，所述航空器10可以为载人飞机，无人机等具备通信能力和飞行能力的设备，在此不作具体限定。

进一步的，为了保证地面基站11与航空器10之间的数据传输对其他设备的信息传输不造成干扰，进一步的，参阅图3a和图3b所示，所述每一个地面基站11包含天线；所述天线向空中发射信号方向与地平线向上的夹角大于2°(参阅图3a中的夹角和图3b中的夹角1)；且所述地面基站11高于所述第一设备(如电台，射电望远镜等)，以及所述第二设备，与所述第一设备，以及所述第二设备之间的高度差均大于50米；且所述地面基站11与所述第一设备，以及所述第二设备之间的距离均大于10公里。

本发明实施例中，所述地面基站11上天线与地平线之间的夹角与所述地面基站11与所述第一设备或第二设备之间的高度差和距离相关，此处需要使地面基站11上天线发射信号所覆盖的区域与所述第一设备或第二设备传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域。

进一步的，当所述地面基站11周围除其复用工作频率的第一设备或第二设备外，还包含其他通信设备，所述地面基站11上天线夹角还受到该其他通信设备的限制，即使地面基站11上天线发射信号所覆盖的区域与所述其他设备传输信号所覆盖的区域之间也不存在重叠区域。

采用上述技术方案，设置地面基站11与第一设备和第二设备之间的高度差和距离，以及地面基站11上天线向空中发射信号方向与地平线向上的夹角(参阅图3b中的夹角2)，避免了地面基站11所发射的信号与第一设备和第二设备所发射信号互相干扰，保证了地面基站11与航空器10之间数据的可靠传输。

进一步的，所述地面基站11上天线的发射信号所覆盖区域与所述第一设备的传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，且所述地面基站11上天线的发射信号所覆盖的区域与所述第二设备的传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，进一步保证了地面基站11所传输的数据与第一设备所传输的信息不会互相干扰，且所述地面基站11所传输的数据和第二设备所传输的信号不会互相干扰，确保了信息的可靠传输。

基于上述实施例，下面结合不同应用场景，详细叙述通信系统。

实施例二

基于上述实施例一所述的通信系统，当第一设备和第二设备均为卫星时，将所述卫星传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述卫星传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为航空器10采用向地面基站11发送数据；且所述地面基站11采用向航空器10发送数据。

进一步的，所述航空器10上的天线位于所述航空器下方，且所述天线向地面发射信号的方向与地平线向下的夹角大于2°(如图3b夹角2)，以保证所述地面基站11和航空器10之间的数据传输不对卫星的信息传输造成干扰。

实施例三

基于上述实施例一所述的通信系统，当第一设备和第二设备均为电台时，将所述电台传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述电台传输空中至地面(和/或地面至地面)的信息时所使用的工作频率记为航空器10采用向地面基站11发送数据；且所述地面基站11采用向航空器10发送数据。

进一步的，所述地面基站11上天线的发射信号所覆盖区域与所述电台的传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，保证了地面基站11所传输的数据与电台所传输的信息不会互相干扰。

实施例四

基于上述实施例一所述的通信系统，当第一设备和第二设备均为固定基站时，将所述固定基站传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述固定基站传输空中至地面(和/或地面至地面)的信息时所使用的工作频率记为航空器10采用向地面基站11发送数据；且所述地面基站11采用向航空器10发送数据。

进一步的，所述地面基站11上天线的发射信号所覆盖区域与所述固定基站的传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，保证了地面基站11所传输的数据与固定基站所传输的信息不会互相干扰。

可选的，所述第一设备和所述第一设备可以为频分双工设备，也可以为时分双工设备。当所第二设备为时分双工设备时，为了保证所述F′_a2g和所述F′_g2a为不同，即保证航空器10和地面基站11之间采用频分双工技术进行数据传输，所述第一设备和所述第二设备为不同的设备；当所述第一设备和第二设备均为频分双工设备时，所述第一设备和第二设备可以为相同的设备，也可以为不同的设备。

实施例五

基于上述实施例一所述的通信系统，当第一设备和第二设备均为移动基站时，将所述移动基站传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述移动基站传输空中至地面(和/或地面至地面)的信息时所使用的工作频率记为航空器10采用向地面基站11发送数据；且所述地面基站11采用向航空器10发送数据。

进一步的，所述地面基站11上天线的发射信号所覆盖区域与所述移动基站的传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，保证了地面基站11所传输的数据与移动基站所传输的信息不会互相干扰。

以上实施例二至实施例五仅以第一设备和第二设备为同一个设备为例，叙述通信系统，第一设备和第二设备还可以为不同的设备。

实施例六

基于上述实施例一所述的通信系统，当第二设备为射电望远镜时，由于射电望远镜只能接收信号，因此，射电望远镜只拥有接收频率，并不拥有发送频率；基于此，采用拥有传输地面至空中信息的频率的设备A作为第一设备，将所述设备A传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述射电望远镜传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为航空器10采用向地面基站11发送数据；且所述地面基站11采用向航空器10发送数据。

进一步的，所述射电望远镜的信号接收区域与所述地面基站11上天线发射信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，以保证地面基站11所发射的信号与该射电望远镜所传输的信息不会互相干扰。此外，所述设备A的信息传输区域与所述地面基站11上天线发射信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，以保证地面基站11所传输的数据与该设备所传输的信息不会互相干扰。

实施例七

基于上述实施例一所述的通信系统，当第一设备和第二设备均为拥有自身工作频率的航空器时，将所述拥有自身工作频率的航空器传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述拥有自身工作频率的航空器传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为航空器10采用向地面基站11发送数据；且所述地面基站11采用向航空器10发送数据。

进一步的，所述地面基站11上天线的发射信号所覆盖区域与所述拥有自身工作频率的航空器的传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，保证了地面基站11所传输的数据与拥有自身工作频率的航空器所传输的信息不会互相干扰。

实施例七仅以第一设备和第二设备的数量均为一个为例，所述第一设备和第二设备的数量均可以为多个，在此不再赘述。

实施例八

基于实施例一所述的通信系统，参阅图4所示，本发明实施例中，以多台地面基站中的任意一地面基站与航空器当前时刻存在通信为例，航空器利用核心网设备和该任意一地面基站生成的通信网络，进行数据传输的过程，包括：

步骤400：所述任意一地面基站接收所述航空器利用空对地频率F′_a2g发送的数据请求消息，并将所述数据请求消息发送至所述核心网设备。

本发明实施例中，航空器生成数据请求消息，通过所述任意一地面基站生成的通信网络发送至所述任意一地面基站；所述任意一地面基站将所述数据请求消息转发至所述核心网设备。其中，参阅图2所示，所述航空器中包含机载通信设备，该机载通信设备可以接收用户当前输入的指令，并根据该指令生成数据请求消息，如用户输入的指令为多媒体浏览指令时，机载通信设备将生成基于多媒体信息请求的数据请求消息，又如，当用户输入的指令为新闻文本浏览指令时，机载通信设备将生成基于文本信息请求的数据请求消息；此外，所述航空器中的机载通信设备还可以通过预设指令向地面基站发送数据请求消息，如机载通信设备按照预设周期向地面基站发送航空器当前的位置信息，并基于该位置信息生成数据请求消息，请求得到地面基站以及核心网的确认消息。

可选的，所述F′_a2g为复用频率，所述复用频率即为复用与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的至少一个第一设备所使用的工作频率；其中，所述第一设备如电台，射电望远镜，卫星，基站，航空测距仪等；所述预设距离根据地面基站所能探测到的距离确定。

可选的，所述F′_a2g为一段连续的无线电频率段，或者，所述F′_a2g为非连续的多个无线电频率段。当所述F′_a2g为非连续的多个无线电频率段时，航空器将非连续的多个无线电频率段进行载波聚合，并利用载波聚合后的多个频率段进行数据的传输，从而有效提高了频谱利用率。

步骤410：所述任意一地面基站接收所述核心网设备根据所述数据请求消息所请求的数据生成的数据响应消息，并利用地对空频率F′_g2a将所述数据响应消息发送至所述航空器；其中，所述F′_a2g与所述F′_g2a均为复用频率，所述F′_a2g与所述F′_g2a不相同。

本发明实施例中，所述核心网设备根据所述数据请求消息，获取所述航空器所请求的数据，并生成包含所述数据的数据响应消息发送至所述任意一地面基站；所述任意一地面基站将所述数据响应消息发送至所述航空器。其中，当所述航空器所请求的数据为多媒体信息时，所述核心网设备将获取该多媒体信息，并生成包含该多媒体信息的数据响应消息；相应的，当所述航空器所发送的数据请求消息中包含所述航空器的位置信息时，所述航空器所请求的数据即为确认消息，在核心网设备接收到所述航空器发送的位置信息时，即生成确认消息。

可选的，所述F′_g2a为复用频率，所述复用频率为复用与所述拥有自身工作频率的至少一个第二设备使用的工作频率；例如，所述第二设备如电台，射电望远镜，卫星，基站，航空测距仪等。

可选的，所述F′_g2a为一段连续的无线电频率段，或者，所述F′_g2a为非连续的多个无线电频率段。当所述F′_g2a为非连续的多个无线电频率段时，地面基站将非连续的多个无线电频率段进行载波聚合，并利用载波聚合后的多个频率段进行数据的传输，从而有效提高了频谱利用率。

本发明实施例中，所述F′_a2g为一个第一设备所使用的工作频率，或者，所述F′_a2g为多个第一设备所使用的工作频率。相应的，所述F′_g2a为一个第二设备所使用的工作频率，或者，所述F′_g2a为多个第二设备所使用的工作频率。

其中，当所述F′_a2g和所述F′_g2a复用的工作频率仅对应一个第一设备和一个第二设备时，所述第一设备和第二设备可以为同一个设备，也可以为不同的设备；当所述F′_a2g和所述F′_g2a复用的工作频率对应多个第一设备和多个第二设备时，所述第一设备和第二设备可以全部相同或者部分相同，也可以全部不同。

例如，第一设备和第二设备为卫星、电台、固定基站、移动基站、射电望远镜，或者拥有自身工作频率的航空器等；将所述卫星传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述卫星传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为将所述电台传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述电台传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为将所述固定基站传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述固定基站传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为将所述移动基站传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述移动基站传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为将所述射电望远镜传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为将所述拥有自身工作频率的航空器传输地面至空中的信息时所使用的工作频率记为将所述拥有自身工作频率的航空器传输空中至地面的信息时所使用的工作频率记为在本发明实施例中，航空器在向地面传输数据时，可以使用上述中的任意一项或者组合，相应的，地面基站在向航空器传输数据时，可以使用上述中的任意一项或者组合。

进一步的，在上述实施例中，所述第一设备可以对应一个唯一的工作频率，也可以对应一个工作频率集合(如工作频率集合A)，同理，所述第二设备也可以对应一个唯一的工作频率，也可以对应一个工作频率集合(如工作频率集合B)，当第一设备和第二设备均对应一个工作频率集合时，第一设备对应的工作频率集合A中包含的频率即为第一设备使用的工作频率，第二设备对应的工作频率集合B中包含的频率即为第二设备使用的工作频率；例如，基于上述实施例，第一设备和第二设备为卫星、电台、固定基站、移动基站、射电望远镜，或者拥有自身工作频率的航空器等；所述卫星对应的传输地面至空中的信息时所使用的工作频率集合为(以下记为集合1)，所述卫星对应的传输空中至地面的信息时所使用的工作频率集合为 (以下记为集合2)；所述电台对应的传输地面至空中的信息时所使用的工作频率集合为(以下记为集合3)，所述电台对应的传输空中至地面的信息时所使用的工作频率集合为 (以下记为集合4)；所述固定基站对应的传输地面至空中的信息时所使用的工作频率集合为(以下记为集合5)，所述固定基站对应的传输空中至地面的信息时所使用的工作频率集合为 (以下记为集合6)；所述移动基站对应的传输地面至空中的信息时所使用的工作频率集合为(以下记为集合7)，所述移动基站对应的传输空中至地面的信息时所使用的工作频率集合为 (以下记为集合8)；所述射电望远镜对应的传输空中至地面的信息时所使用的工作频率集合为(以下记为集合9)；所述拥有自身工作频率的航空器对应的传输地面至空中的信息时所使用的工作频率集合为(以下记为集合10)，所述拥有自身工作频率的航空器对应的传输空中至地面的信息时所使用的工作频率集合为 (以下记为集合11)。

在本发明实施例中，当每一个第一设备和每一个第二设备分别对应一个工作频率集合时，所述航空器所复用的空对地频率为所有第一设备的工作频率集合组成的合集中的子集，相应的，所述航空器所复用的地对空频率为所有第二设备的工作频率集合组成的合集中的子集。即，航空器在向地面传输数据时，可以使用上述(集合1，集合3，集合5，集合7，集合10)中的任意一个工作频率或者不同工作频率的组合，相应的，地面基站在向航空器传输数据时，可以使用上述(集合2，集合4，集合6，集合8，集合9，集合11)中的任意一个频率或者不同工作频率的组合。

采用上述技术方案，航空器和地面基站之间的数据传输能够通过复用各种拥有自身工作频率的设备所使用的工作频率来承载，从而实现了航空器和地面基站之间的数据通信，有效提高了数据传输的灵活性，且提高了频谱利用率。

可选的，所述航空器在向不同地面基站传输信息时，所采用的F′_a2g不一定相同；相应的，所述不同地面基站向航空器传输信息时所采用的F′_g2a也不一定相同。

采用上述技术方案，航空器和地面基站之间的数据传输过程仅需要复用已有设备所使用的工作频率即可，无需重新为其分配工作频率，从而有效节约了频谱资源。

可选的，所述每一个地面基站包含天线；所述天线向空中发射信号方向与地平线向上的夹角大于2°；且所述地面基站与所述第一设备(如电台，射电望远镜等)，以及所述第二设备之间的高度差均大于50米；且所述地面基站11与所述第一设备，以及所述第二设备之间的距离均大于10公里。

本发明实施例中，所述地面基站上天线向空中发射信号方向与地平线向上的夹角与所述地面基站与所述第一设备或第二设备之间的高度差和距离相关，此处需要使地面基站上天线发射信号所覆盖的区域与所述第一设备或第二设备传输信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域。

进一步的，当所述地面基站周围除复用的第一设备或第二设备外，还包含其他通信设备，所述地面基站上天线夹角还受到该其他通信设备的限制，即使地面基站上天线发射信号所覆盖的区域与所述其他设备传输信号所覆盖的区域之间也不存在重叠区域。

可选的，当所述第一设备为卫星时，所述航空器10上的天线位于所述航空器下方，且所述天线向地面发射信号的方向与地平线向下的夹角大于2°；当所述第二设备为射电望远镜时，所述射电望远镜的信号接收区域与所述地面基站上天线发射信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域。

例如，当所述第一设备和第二设备均为地面模拟电视信号发射塔时，地面模拟电视信号发射塔使用的工作频率为698MHz～806MHz(兆赫兹)，该地面模拟电视信号发射塔传输地面至地面的信息时使用的工作频率(记为BTF_a2g)为上述工作频率(698MHz～806MHz)的全部或部分，则地面基站向航空器发送数据时所使用的地对空频率F_g2a’可以采用BTF_a2g，即F_g2a’＝BTF_a2g。地面基站与地面模拟电视信号发射塔之间存在预设的保护距离，地面基站上的天线高度高于地面模拟电视信号发射塔天线，且该高度差大于或等于预设的保护高度(50米)，所述天线的向空中发射信号方向与地平线有最小向上夹角(大于2°)，以确保地面模拟电视信号接收设备接收不到地面基站发射的信号，而航空器上的机载通信设备可以收到所述地面基站发送的信号，从而实现对频率BTF_a2g的复用。

再如，当所述第一设备和所述第二设备均为航空测距仪(DME)系统时，该DEM系统使用的工作频率为962MHz～1213MHz，DME系统由飞机上的机载询问机和地面应答机组成(如图4所示)。在中国DME系统的工作模式采用X模式，即传输地面至空中的信息时采用的工作频率(地面应答机发射频率)为962MHz～1024MHz、1151～1213MHz，传输空中对地面的信息时采用的工作频率(机载询问机发射频率)为1025MHz～1087MHz、1088～1150MHz。地面基站向航空器发送信息时所使用的地对空频率F_g2a’和航空器上的机载通信设备向地面基站发送信息时所使用的空对地频率F_a2g’可以逆向复用DME系统的频率，如F_g2a’采用(1039±2.5)MHz；F_a2g’采用(970±2.5)MHz就是一种可行的复用方案。地面基站与DME系统的地面应答机之间存在预设的保护距离，并且地面基站上天线的发射方向与地平线有一定的向上夹角，确保DME系统地面应答机收不到地面基站发射的信号。

采用上述技术方案，设置地面基站与第一设备和第二设备之间的距离，高度差，以及地面基站上天线信号发射方向与地平线向上的夹角，避免了地面基站所发射的信号与第一设备和第二设备所发射信号互相干扰，保证了地面基站与航空器之间数据的可靠传输。

进一步的，所述地面基站上天线的发射信号所覆盖区域与所述第一设备的发射信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，且所述地面基站上天线的发射信号所覆盖的区域与所述第二设备的接收信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域，进一步保证了地面基站所发射的信号与第一设备所传输的数据不会互相干扰，且所述地面基站所接收的信号和第二设备所传输的数据不会互相干扰，确保了信息的可靠传输。

综上所述，所述任意一地面基站接收所述航空器利用空对地频率发送的数据请求消息，并将所述数据请求消息发送至所述核心网设备；所述任意一地面基站接收所述核心网设备获取所述数据请求消息所请求的数据，并根据获取的数据生成的数据响应消息，并利用地对空频率将所述数据响应消息发送至所述航空器；其中，所述空对地频率与所述地对空频率均为复用频率，所述空对地频率与所述地对空频率不相同。采用本发明实施例技术方案，通过在地面设置多台地面基站，通过地面基站和核心网设备共同向所述航空器提供通信网络，从而实现航空器的宽带通信，由于地面基站存在部署技术成熟，部署成本低，且地面基站提供的通信网络带宽大的特点，因此，航空器进行通信的成本将有效降低，航空器传输数据所使用的通信带宽将大大提高；并且，航空器利用空对地频率向地面基站发送信息，并由地面基站利用地对空频率向航空器发送信息，即采用频分双工技术实现航空器和地面基站之间的数据通信，有利于解决飞行器高速飞行时通信的大多普勒频偏；此外，由于所述空对地频率和所述地对空频率均为复用频率，该复用频率为已有设备的工作频率，因而无需单独为航空器和地面基站分配新的频率以进行信息传输，仅复用现有设备的工作频率即可，从而有效解决了频谱资源紧张的问题，提高了频谱资源的利用率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括航空器，多台地面基站，以及核心网设备，所述航空器和所述地面基站之间存在通信连接，所述地面基站和所述核心网设备之间存在通信连接，其中：

所述航空器，用于向所述地面基站发送数据，以及接收所述地面基站发送的数据；其中，所述航空器向所述地面基站发送数据时所使用的频率为空对地频率F′_a2g；所述航空器接收所述地面基站发送的数据时所使用的频率为地对空频率F′_g2a；所述F′_a2g和所述F′_g2a均为复用频率，所述F′_a2g与所述F′_g2a不相同；

每一台所述地面基站，用于接收所述航空器发送的数据，并将所述航空器发送的数据发送至核心网设备；以及接收所述核心网设备发送的数据，并将所述核心网设备发送的数据发送至所述航空器；

所述核心网设备，用于将各个地面基站发送的数据进行汇聚，并分别将所述各个地面基站发送的数据分别路由至下一跳设备；以及向所述各个地面基站发送数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述F′_a2g和所述F′_g2a均为复用频率，具体包括：

所述F′_a2g为复用至少一个第一设备所使用的工作频率；其中，所述第一设备为与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的设备；

所述F′_g2a为复用至少一个第二设备所使用的工作频率；其中，所述第二设备为与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的设备；所述第一设备和所述第二设备为同一个设备，或者，所述第一设备和所述第二设备为不同设备。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一设备和所述第二设备为同一个设备时，所述F′_a2g为复用该设备所使用的工作频率F_g2a；其中，所述F_g2a为所述该设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述F′_g2a为复用所述该设备所使用的工作频率F_a2g；所述F_a2g为所述该设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述该设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率；

所述第一设备和所述第二设备为不同设备时，所述F′_a2g为复用所述至少一个第一设备所使用的F_g2a，所述F_g2a为所述第一设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述F′_g2a为复用所述至少一个第二设备所使用的F_a2g，所述F_a2g为所述第二设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述第二设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率。

4.如权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述F′_a2g为一段连续无线电频率段，或者，所述F′_a2g为非连续的多个无线电频率段；

所述F′_g2a为一段连续无线电频率段，或者，所述F′_g2a为非连续的多个无线电频率段。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述每一台地面基站均包含天线；所述天线向空中发射信号方向与地平线向上夹角大于2°；且所述任意一地面基站高于其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备的高度，所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的高度差均大于50米；且所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的距离均大于10公里。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述航空器包含天线，当所述第一设备为卫星时，所述航空器包含的天线位于所述航空器的下方，且所述天线向地面发射信号方向与地平线向下的夹角大于2°；

所述地面基站包含天线，当所述第二设备为射电望远镜时，所述射电望远镜的信号接收区域与所述天线发射信号所覆盖的区域之间不存在重叠区域。

7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述航空器上承载机载通信设备，所述航空器通过所述机载通信设备与所述地面基站之间存在通信连接。

8.一种通信方法，应用于通信系统中，其特征在于，所述通信系统包括航空器，多台地面基站，以及核心网设备，包括：

所述航空器利用空对地频率F′_a2g向任意一地面基站发送数据，并通知所述任意一地面基站将所述数据发送至所述核心网设备；其中，所述任意一地面基站为所述多台地面基站中，当前时刻与所述航空器存在通信连接的地面基站；

所述航空器接收所述任意一地面基站利用地对空频率F′_g2a发送的数据；其中，所述任意一地面基站发送的数据为所述核心网设备发送的数据；所述F′_a2g与所述F′_g2a均为复用频率，所述F′_a2g与所述F′_g2a不相同。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述F′_a2g与所述F′_g2a均为复用频率，具体包括：

所述F′_g2a为复用至少一个第二设备所使用的工作频率；其中，所述第二设备为与所述地面基站相距预设距离的所有设备中，拥有自身工作频率的设备；所述第一设备和所述第二设备为同一个设备，或者，所述第一设备和所述第二设备为不同设备；

所述第一设备和所述第二设备为同一个设备时，所述F′_a2g为复用该设备所使用的工作频率F_g2a；其中，所述F_g2a为所述该设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述F′_g2a为复用所述该设备所使用的工作频率F_a2g；所述F_a2g为所述该设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述该设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率；

所述第一设备和所述第二设备为不同设备时，所述F′_a2g为复用所述至少一个第一设备所使用的F_g2a，所述F_g2a为所述第一设备传输地面至空中的信息时所使用的工作频率；所述地对空频率为复用所述至少一个第二设备所使用的F_a2g，所述F_a2g为所述第二设备传输空中至地面的信息时所使用的工作频率，和/或，所述F_a2g为所述第二设备传输地面至地面的信息时所使用的工作频率。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述每一台地面基站均包含天线；所述天线向空中发射信号方向与地平线向上的夹角大于2°；且所述任意一地面基站高于其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备的高度，所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的高度差均大于50米；且所述任意一地面基站与其复用工作频率的所述第一设备和所述第二设备之间的距离均大于10公里。