CN107707292B - 基于无人船基站组网的lte海上应急通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统，包括无人船基站组网、岸上LTE基站和同步轨道通信卫星，所述无人船基站组网包括父节点无人船和无人船子集群，父节点无人船不仅是通信卫星与无人船子集群之间的中继站，还负责实时监测和控制无人船子集群的链路状态和驻点位置，本应急通信系统采用集中式部署的方式，即父节点无人船对整个无人船基站组网进行全局配置，构建了面向海上环境的救援应急通信体系，解决了如何使用卫星通信资源和无人船搭载的自组织网来部署海上应急通信系统的问题。
Description
技术领域
本发明涉及海上应急通信技术领域，具体涉及到基于无人船基站组网的LTE海上应急通信的覆盖。
背景技术
海上通信关系着海上作业人员的安全、沟通和管理，不但有利于海洋经济的健康持续发展，而且当发生海难时有利于快速地搜救遇难人员。目前国内外海上通信有两种方式：一种是卫星通信系统，另一种是数字对讲机通信。卫星通信虽然覆盖面积大、通信容量大，但是高昂的卫星通信费用使其很难在市面上推广。数字对讲机只能进行点对点或者一点对多点的短距离海上语音通信，无法实现海上与岸上的自由通信。目前，移动通信基站的最远覆盖距离是160公里，超过这个距离，由于时延等原因，无法解析数据进行通信。
目前，应急通信一般是指在出现自然的或者人为的突发性紧急情况时，综合利用各种通信资源，保障紧急救援、救助和必要通信所需要的通信方式。应急通信是一种具有暂时性、为应对自然或人为紧张情况而提供的特殊通信机制。现有应急通信的组网技术主要是专网组网，本发明首次提出的无人船基站组网的LTE海上应急通信系统采用了LTE的应急通信网与卫星通信网的互联互通技术，可实现突发海上紧急状况时迅速地利用无人船来迅速地搭建海上的应急通信系统，并实现普通手机也能在海上接入网络，从而减少海上通信的成本。
发明内容
鉴以此，本发明的发明目在于提供一种基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统，构建面向海上环境的救援应急通信体系，解决如何使用卫星通信资源和自组织网来部署海上应急通信系统的问题。
为实现以上目的，本发明采用的技术手段如下：
一种基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统，包括无人船基站组网，岸上LTE基站和同步轨道通信卫星，所述无人船基站组网包括父节点无人船和无人船子集群，所述岸上LTE基站通过BBU设备和IPRAN边缘路由器与同步轨道通信卫星建立无线连接；所述同步轨道通信卫星为岸上LTE基站与无人船基站组网的中继站。
所述父节点无人船设有卫星通信中继、LTE基站、协调控制模块和供电模块，所述卫星通信中继用于实现所述同步轨道通信卫星与父节点无人船之间的通信；所述LTE基站用于实现无人船基站组网的互联互通，并在LTE网络小区中实现移动通信运营商的许可频率覆盖；所述协调控制模块包括网络部署单元与虚拟动力定位锚控制单元；所述供电模块设有太阳能电池板、蓄电池和燃油发电系统混合供电，并分别向所述卫星通信中继、LTE基站、协调控制模块供能。
优选地，所述网络部署单元用于向待部署应急通信网络区域分配移动通信运营商的许可频率，并使用默认的LTE协议参数；获取所述LTE基站中经过编号后的网络小区的部署信息，所述经过编号后的网络小区编号分别为第一小区、第二小区和第三小区；向应急通信网络部署区域分配相应功率。
优选地，所述获取LTE基站中经过编号后的网络小区的部署信息，包括，获取所述网络小区的中心区域和边缘区域划分情况、相邻网络小区的边缘的重叠区域大小以及全向天线角度设置的数据，所述重叠区域根据各个LTE基站上GPS反馈的实时位置信息及网络小区部署区域的半径来确定，或者根据应急通信网络中网络小区实际参考信号的接收功率或者寻呼信号强度来确定。
优选地，向应急通信网络部署区域分配相应功率，如果用户处于待部署应急通信网络区域中相邻小区的边缘重叠区域内，则所述重叠区域采用限制功率发射；如果用户处于待部署应急通信网络区域中小区的中心区域，则所述区域采用全功率发射；所述发射功率可根据实际的信噪比适当的调整。
优选地，应急通信网络部署区域中网络小区的中心区域和边缘区域划分情况是根据用户及其业务的分布、系统负载和无人船的实时位置动态调整的。
优选地，所述虚拟动力定位锚控制单元根据海流的流速和方向及相邻网络小区的重叠区域控制所述无人船子集群之间的距离；其中，当所述父节点无人船受到海流的影响发生移动时，所述的虚拟动力定位锚控制单元根据LTE基站上GPS的信息给推进器输入指令，实现所述父节点船上的LTE基站保持在指定的位置；当所述父节点船动态地维持在指定地点时，所述虚拟动力定位锚控制单元根据所述相邻网络小区的重叠区域和获取所述无人船子集群上LTE基站的GPS信息，向所述无人船子集群的虚拟动力定位锚控制单元传输移动指令，从而控制所述无人船子集群的推进器，实现控制无人船上LTE基站之间的有效距离。
优选地，所述无人船子集群设有LTE基站、虚拟动力定位锚控制单元和供电模块，其中，所述LTE基站用于实现无人船基站组网的互联互通，并在LTE网络小区中实现移动通信运营商的许可频率覆盖；所述虚拟动力定位锚控制单元根据所述父节点无无人船传输的移动指令来控制所述无人船子集群的推进器，并向父节点无人船反馈GPS信息，从而实现控制无人船基站组网上LTE基站之间的有效距离；所述供电模块设有太阳能电池板、蓄电池和燃油发电系统混合供电，并分别向所述LTE基站和虚拟动力定位锚控制单元供能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统，在这个系统中，父节点无人船是无人船基站组网的核心，负责快速和灵活地部署基站组网，并与同步轨道通信卫星实时进行通信。本海上应急通信系统采用集中式部署，即一个父节点船通过同步轨道通信卫星来与岸上LTE基站实现间接的网络连接，再与其他无人船节点进行网络小区拓扑部署。本发明利用无人船集群特点和卫星通信来设计自组网通信框架，改变了海上应急通信系统的部署方式，提高应急通信的高效性及无线资源的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的海上应急通信系统部署场景示意图。
图2是本发明实施例的父节点无人船结构示意图。
图3是本发明实施例的无人船子集群的结构示意图。
图4为本发明实施例的海上应急通信系统部署流程图。
图5为本发明实施例的父节点无人船上虚拟动力定位锚控制单元的流程图。
图6是本发明实施例的无人船子集群上虚拟动力定位锚控制单元的流程图。
图中，1是岸上LTE基站，2是同步轨道通信卫星，3是父节点无人船，4是无人船子集群，31是卫星通信中继，32是LTE基站，33是协调控制系统，34是供电模块，41是虚拟动力定位锚控制单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
参照图1，本发明提供一种基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统，包括岸上LTE基站1、同步轨道通信卫星2、父节点无人船3和无人船子集群4，所述父节点无人船3和无人船子集群4组成无人船基站组网。所述岸上LTE基站1通过光纤传输线与核心网元MME连接，同时通过BBU设备和IPRAN边缘路由器来引入卫星链路段，从而实现与同步轨道通信卫星2建立无线连接。所述同步轨道通信卫星是岸上LTE基站1与无人船基站组网的中继站，无人船基站组网与所述同步轨道通信卫星2及运营商的基站建立起网络连接，通过利用通信卫星可以让无人船基站组网无论位于海上任何位置都能够与所述岸上LTE基站1建立起网络通讯连接。
参照图2，所述父节点无人船3设有卫星通信中继31、LTE基站32、协调控制模块33和供电模块34。所述卫星通信中继31通过重新利用与所述同步轨道通信卫星2相同的频率，将来自和发送给卫星的信号进行放大和转发来实现与通信卫星之间的通信，同时也通过光纤连接实现无人船基站组网之间的通信，实现岸上LTE基站1、同步轨道通信卫星2和无人船基站组网的互联互通。所述LTE基站32通过运营许可频率或白频谱来实现无人船基站组网的互联互通，并且利用LTE技术实现了网络小区的覆盖。所述供电模块34设有太阳能电池板、蓄电池和燃油发电系统，为父节点无人船3上的设备提供电能。所述协调控制模块33包括网络部署单元和虚拟动力定位锚控制单元。
所述网络部署单元获取待部署应急通信网络中相邻LTE基站的小区部署信息，并利用所述小区部署信息控制所述LTE基站32的网络覆盖区域、发射功率和地理位置等。
所述虚拟动力定位锚控制单元用于根据所述网络部署单元34及海浪的作用控制所述无人船子集群4之间的距离，从而控制无人船上LTE基站之间的有效距离。
如图3所示，所述无人船子集群4中的每一艘无人船都设有LTE基站32、虚拟动力定位锚控制单元41、供电模块34。所述供电模块包括太阳能电池板、蓄电池和燃油发电系统，为船上设备提供电能。每个所述LTE基站32之间基于运营许可频率或者白频谱频段实现网络互通。所述虚拟动力定位锚控制单元41根据所述网络小区与相邻网络小区的重叠区域，以及海浪的作用控制所述无人船子集群4之间的距离，从而控制海上LTE基站之间的有效距离。
如图4所示，所述基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统的部署流程如下：
首先应急指挥中心根据船上LTE基站的GPS信息将无人船集群安排到达指定位置后，启动所述无人船上的LTE基站32，所述供电模块34的太阳能电池板展开并开始工作，同时检测覆盖区域移动运营许可频率的占用情况，若检测到移动运营商通信许可频率未被占用，则向待部署应急通信网络即所述无人船上的LTE基站32分配许可频率，并使用默认的LTE协议参数；若检测到移动运营商通信许可频率已被占用，则向所述无人船上的LTE基站分配白频谱未被占用的频率，并使用默认的LTE协议参数，所述默认的LTE协议参数如表1所示。
表一
| 频段 | A频段(2010-2015MHz)用于TD-LTE海上宏站 |
| 峰值速率 | DL：100Mbps UL：50Mbps |
| 控制面延时 | 驻留-激活小于100ms，休眠-激活小于50ms |
| 用户面延时 | 大于等于5ms |
| 支持带宽 | 1.4MHz、3MHz和5MHz |
其次，获取应急通信网络中LTE基站的网络小区部署信息并编号，其中，所述父节点无人船3的LTE基站32通过运营许可频率或白频谱来获取应急通信网络中LTE基站的小区部署信息，并把两两相邻的网络小区编号为第一小区、第二小区和第三小区；部署LTE网络小区的覆盖半径在启用长CP模式下可达100公里。
接着，所述父节点无人船3的协调控制模块33中网络部署单元根据获取的网络小区部署信息来确定相邻小区的重叠区域与中心区域，并根据重叠区域与中心区域向应急通信网络覆盖的区域分配相应的功率。同时，所述父节点无人船3的协调控制模块33中的虚拟动力定位锚控制单元根据获取网络小区的重叠区域信息及海流的流速和方向来控制无人船的位置，并向所述无人船子集群4的虚拟动力定位锚控制单元41发送指令，维持LTE基站32之间的距离以保障通信网络的覆盖。
最后，已部署好的无人船基站组网中的父节点无人船3的LTE基站32通过光纤与所述卫星通信中继31建立连接；所述卫星通信中继31通过重新利用与卫星相同的频率来与所述同步轨道通信卫星2建立连接，岸上LTE基站1通过BBU设备和IPRAN边缘路由器来引入卫星链路段与所述同步轨道通信卫星2建立连接，从而实现所述岸上LTE基站1与所述无人船基站组网的连接，组成所述基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统。
具体的，如图5所示，所述父节点无人船3的协调控制模块33中虚拟动力定位锚控制单元获取该船上LTE基站32的GPS信息，与原指定位置的GPS信息进行比较，若在海流的作用下所述父节点无人船3偏离了原指定位置，则所述虚拟动力定位锚控制单元控制推进器从而使所述父节点无人船回到原指定位置，此外，所述虚拟动力定位锚控制单元获取相邻网络小区的重叠区域和其他无人船上LTE基站32的GPS信息，并根据这些信息向其他无人船传输移动指令；若所述父节点无人船3未偏离了原指定位置，则保持原状，等待下次位置检测。
具体的，如图6所示，所述无人船子集群4的虚拟动力定位锚控制单元41获取父节点无人船传输的移动指令后，根据移动指令控制船上的推进器使得无人船移动到指定的位置，此外，所述虚拟动力定位锚控制单元41将获取船上LTE基站32的GPS信息向所述父节点无人船3反馈当前GPS信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于无人船基站组网的LTE海上应急通信系统，其特征在于，包括无人船基站组网，岸上LTE基站和同步轨道通信卫星，所述无人船基站组网包括父节点无人船和无人船子集群，所述岸上LTE基站通过BBU设备和IPRAN边缘路由器与同步轨道通信卫星建立无线连接；所述同步轨道通信卫星为岸上LTE基站与无人船基站组网的中继站；所述父节点无人船设有卫星通信中继、LTE基站、协调控制模块和供电模块，所述LTE基站分别与所述卫星通信中继和协调控制模块相连接，所述卫星通信中继用于实现所述同步轨道通信卫星与父节点无人船之间的通信；所述LTE基站用于实现无人船基站组网的互联互通，并在LTE网络小区中实现移动通信运营商的许可频率覆盖；
所述协调控制模块包括网络部署单元与虚拟动力定位锚控制单元；所述供电模块设有太阳能电池板、蓄电池和燃油发电系统混合供电，并分别向所述卫星通信中继、LTE基站、协调控制模块供能；
所述网络部署单元用于：向待部署应急通信网络区域分配移动通信运营商的许可频率，并使用默认的LTE协议参数；获取所述LTE基站中经过编号后的网络小区的部署信息，所述经过编号后的网络小区编号分别为第一小区、第二小区和第三小区；向应急通信网络部署区域分配相应功率；
所述获取LTE基站中经过编号后的网络小区的部署信息，包括，获取所述网络小区的中心区域和边缘区域划分情况、相邻网络小区的边缘的重叠区域大小以及全向天线角度设置的数据；所述重叠区域根据各个LTE基站上GPS反馈的实时位置信息及网络小区部署区域的半径来确定，或者根据应急通信网络中网络小区实际参考信号的接收功率或者寻呼信号强度来确定。
2.根据权利要求1所述的一种LTE海上应急通信系统，其特征在于，向所述应急通信网络部署区域分配相应功率，如果用户处于待部署应急通信网络区域中相邻小区的边缘重叠区域内，则所述重叠区域采用限制功率发射；如果用户处于待部署应急通信网络区域中小区的中心区域，则所述区域采用全功率发射；发射功率可根据实际的信噪比适当进行调整。
3.根据权利要求2所述的一种LTE海上应急通信系统，其特征在于，所述应急通信网络部署区域中网络小区的中心区域和边缘区域划分情况可以根据用户及其业务的分布、系统负载和无人船的实时位置动态调整。
4.根据权利要求1所述的一种LTE海上应急通信系统，其特征在于，所述虚拟动力定位锚控制单元根据海流的流速和方向及相邻网络小区的重叠区域控制所述无人船子集群之间的距离；其中，当所述父节点无人船受到海流的影响发生移动时，所述的虚拟动力定位锚控制单元根据LTE基站上GPS的信息给推进器输入指令，实现所述父节点船上的LTE基站保持在指定的位置；当所述父节点船动态地维持在指定地点时，所述虚拟动力定位锚控制单元根据所述相邻网络小区的重叠区域和获取所述无人船子集群上LTE基站的GPS信息，向所述无人船子集群的虚拟动力定位锚控制单元传输移动指令，从而控制所述无人船子集群的推进器，实现控制无人船上LTE基站之间的有效距离。
5.根据权利要求1所述的一种LTE海上应急通信系统，其特征在于，所述无人船子集群设有LTE基站、虚拟动力定位锚控制单元和供电模块，所述LTE基站和虚拟动力定位锚控制单元相连接，其中，所述LTE基站用于实现无人船基站组网的互联互通，并在LTE网络小区中实现移动通信运营商的许可频率覆盖；所述虚拟动力定位锚控制单元根据所述父节点无人船传输的移动指令来控制所述无人船子集群的推进器，并向父节点无人船反馈GPS信息，从而实现控制无人船基站组网上LTE基站之间的有效距离；所述供电模块设有太阳能电池板、蓄电池和燃油发电系统混合供电，并分别向所述LTE基站和虚拟动力定位锚控制单元供能。
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