CN109474328A - 一种系留气球通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种系留气球通信系统，该通信系统包括地面支持系统、RRU和BBU，所述RRU设置在气球上，所述BBU设置在地面上和所述RRU形成分体式基站，或者所述BBU设置在气球上和所述RRU形成一体式基站，所述地面支持系统和气球之间通过缆绳连接，所述缆绳中设有光纤，所述BBU的信号输出通过光纤传输，光纤把BBU的基带IQ数据和OAM信令数据传输到RRU。本发明的系留气球通信系统允许提高气球高度，使得覆盖距离大大增加，减弱了多径干扰的干扰路径。本发明的系留气球通信系统能有效降低地球曲率半径对通信的影响，低频段频率让信号可以超出视距传输，信号将远达120km‑300km。
Description
技术领域
本发明涉及一种系留气球通信系统，属于系留气球通信技术领域。
背景技术
人类生存于陆地，活动范围大部分都离岸边不远。所以解决近海通信是第一步也是非常重要的一步。海洋现行通信技术起源于当年的摩尔斯电报，发展缓慢。
其中，MF/HF和VHF严重受限于窄带宽，只能提供端到端的语音通信，通信只能用公共频道，很容易受到其他船舶通信干扰。海岸电台还同时存在频道资源不够用，比如天津海岸电台和福州海岸电台同时使用813频道，任何一组通话，都可能影响其他船舶的通信。经常有船员通过海岸电台给家人打电话，无私密可言，讲话内容严重受限。但即使这样，这也是很多船员和家人通信的唯一手段。后来的中高频和VHF其实频率资源利用效率极低，而进行中的改革依然受到现有系统制约。
再者，INMARSAT系列卫星通信由于卫星数量有限，每个卫星的转发器数量限制，网络带宽不高，价格非常昂贵。而且除了最新的INMARSAT GX外，其他卫星资源的通信速率都很低，很少能提供1M上下行的带宽。而能提供2M上下行带宽的价格昂贵很难被大部分航远企业或船员接受。
目前船舶通信主要是依赖上述的MF/HF及VHF代表的语音通信和INMASART C的短报文通信及F77，FBB，VSAT，INMARSAT GX等可以连接网络的通信技术。MF/HF同时还具有NBDP窄带印字报的短报文功能，另外的卫星通信技术也大量使用在船舶上，但是一是因为中高频电台的带宽限制，二是卫星资源的昂贵及匮乏，三是船员通信需求和通信方式也发生了极大的变化(由原来的电话语音向丰富的网络通信转变)。因此，现有船舶通信技术目前无法满足船员精神文化需求。
通过本发明，以直径100公里向外，可以接入互联网，与外界进行通讯。可以上传本船船位，更容易监控船舶动态。而20-60公里的近距离将可以提供高速INTERNAT网络接入。本发明对现有的通信资源进行重组，能大大降低资费，提供丰富的宽带接入，让远在海洋的船员消费得起。
本发明利用现有技术，将岸基通信技术向海洋延伸，主要满足沿海100-200公里的船舶网络接入，具有可扩展，覆盖范围广的特点，可适用于人员分布稀少的海洋通信，可以为海洋渔业生产，运输生产等提供安全和基础通信保障，又能为丰富船员的文化生活提供重要的实现手段。
缩略语和关键术语含义：
MF/HF Middle Frequncy High Frequncy Radio中高频
INMARSAT International Maritime Satellite Organization国际海事卫星组织
VHF Very High Frequency甚高频
BBU Base Band Unit基带单元
RRU Remote Radio Unit基带拉远射频单元
IQ IQ digit baseband signal IQ数字基带信号
OAM Operation,Administration and Maintenance操作监测及维护
LTE Long Term Evolution长期演进技术
CPE Customer Premise Equipment客户终端设备
NBDP Narrow Band Direct PrintingTelegraph窄带印字报
MIMO Mutiple-Input Mutiple-Out-put多输入多输出系统
eNodeB Evolved Node B LTE系统基站节点
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种系留气球通信系统，以解决现有电信运营商的网络覆盖范围有限，不能很好地覆盖海上，本发明适用于约5km到300km大范围的沿海网络覆盖问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种系留气球通信系统，该通信系统包括地面支持系统、RRU和BBU，所述RRU设置在气球上，所述BBU设置在地面上和所述RRU形成分体式基站，或者所述BBU设置在气球上和所述RRU形成一体式基站，所述地面支持系统和气球之间通过缆绳连接，所述缆绳中设有光纤，所述BBU的信号输出通过光纤传输，光纤把BBU的基带IQ数据和OAM信令数据传输到RRU。
本发明进一步设置为，所述BBU连接着交换机，从交换机来的网线把外网连接到通信系统。
本发明进一步设置为，所述RRU上设有两根同轴馈线，通过所述同轴馈线连接一个定向天线。
本发明进一步设置为，所述定向天线固定在三轴云台上，所述三轴云台固定在气球上。
本发明进一步设置为，该通信系统包括船载终端，所述船载终端包括LTE接收模块，所述LTE接收模块包括CPE和两根全向玻璃钢天线，CPE通过POE供电，将网络信号直接接入船载终端的外网接口。
本发明进一步设置为，所述CPE通过WIFI或以太网与外部连接。
本发明进一步设置为，所述RRU为两通道，两通道RRU与BBU组成完整的eNodeB，实现对无线信道的控制以及对所覆盖区域的无线传输。
本发明进一步设置为，所述RRU支持LTE 5MHz、10MHz、20MHz和其他载波带宽的自由配置；所述RRU支持2x2MIMO；所述RRU支持频段为566-626MHz和/或626-678MHz。
本发明进一步设置为，所述缆绳的两端各连接着变压器，220VAC电源通过高压到12kVAC变换，通过缆绳送上气球，达到气球后，再降压变为220VAC，供RRU使用。
本发明进一步设置为，所述缆绳中还有导线，光纤和导线外包纤维，纤维外包避雷的金属编织套，最外层是橡胶保护套。
本发明进一步设置为，所述气球的高度为500-1000米。
通过上述技术方案，传统基站中RRU的高度由普通的30-50米高，通过气球升至低空500米高度，使得天线覆盖的视距达到100公里，通过气球升至低空1000米高度，使得天线覆盖的视距达到300公里，对于海洋这种用户稀疏分布广的情况特别适用。
本发明进一步设置为，所述定向天线的发射频率为550-650MHz的频段。
通过上述技术方案，550-650MHz的信号完全可以实现通过衍射实现150km的信号覆盖，这一点解决了海洋上信号覆盖困难的情况，可以解决60％渔船的作业范围的信号覆盖问题。而且通过气球这个低成本的覆盖方案，使得大规模低成本的海洋通信成为了可能。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)卫星通信需要全球运动，气球通信相对于卫星通信，经济易行，能实现定点；且覆盖范围固定，目标明确，服务效率更高；上行和落地便捷，易于扩展；成本低。气球通信相对于地面发射塔，效能高，高空中覆盖面积广。
(2)本发明的系留气球通信系统允许提高气球高度，使得覆盖距离大大增加，减弱了多径干扰的干扰路径。
(3)本发明的系留气球通信系统能有效降低地球曲率半径对通信的影响，低频段频率让信号可以超出视距传输，信号将远达120km-150km。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明中系留气球通信系统的原理框图；
图2为计算地球可视距离的示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明提供的一种系留气球通信系统，该通信系统包括地面支持系统、RRU和BBU，RRU设置在气球上，BBU设置在地面上和RRU形成分体式基站，或者BBU设置在气球上和RRU形成一体式基站，地面支持系统和气球之间通过缆绳连接，缆绳中设有光纤，BBU的信号输出通过光纤传输，光纤把BBU的基带IQ数据和OAM信令数据传输到RRU。BBU连接着交换机，220VAC供电，从交换机来的网线把外网连接到通信系统。优选RRU为两通道，两通道RRU与BBU组成完整的eNodeB，实现对无线信道的控制以及对所覆盖区域的无线传输。
RRU支持LTE 5MHz、10MHz、20MHz和其他载波带宽的自由配置；RRU支持2x2MIMO；RRU支持频段为566-626MHz和/或626-678MHz。
RRU上设有两根同轴馈线，通过同轴馈线连接一个定向天线，定向天线的发射频率为600MHz，使得海上通信信号强，保证通信质量。定向天线固定在三轴云台上，三轴云台固定在气球上，其中的三轴云台可使用青岛飞宇航空科技有限公司的三轴云台，其三轴稳定系统可以保证即使在大风情况下天线的覆盖方向不会改变，虽然气球可能调转方向。
缆绳的两端各连接着变压器，220VAC电源通过高压到12kVAC变换，通过缆绳送上气球，达到气球后，再降压变为220VAC，供RRU使用。
系留缆绳作为系留气球与地面设施的连接线，用于回收、放升飞艇，必须具有承受系留载荷、电力传输、信号传输、防雷击保护等功能；具有超轻的单位重量；具有较好的柔软性，可满足反复收放及反复弯曲的性能。系留缆绳是保证系留气球正常可靠工作的关键器件，是决定系留气球升空高度的关键因素，是系留气球的“生命线”。缆绳中除了有光纤还有导线，光纤和导线外包纤维，纤维外包避雷的金属编织套，最外层是橡胶保护套。
该通信系统还包括船载终端，船载终端包括LTE接收模块，LTE接收模块包括CPE和两根全向玻璃钢天线，CPE通过POE供电，将网络信号直接接入船载终端的外网接口。CPE通过WIFI或以太网与外部连接。
为了增大通信覆盖面积，以及减少信号干扰或信号减弱，将气球的高度设置为500-1000米，使得天线覆盖的视距达到100公里，适用于面积大而大人员稀少的海上。
本发明的技术可行性理论依据如下：
微波通信中实际使用的天线均为有方向性天线，它能把辐射能量在很大程度上向正前方向集微波通信中实际使用的天线均为有方向性天线，其中，这种集中程度用发射天线增益Gr来表示。
通过主射方向单位面积的功率为
如果接收天线的有效接收面积为式中Gr为接收天线的增益。此接收天线所截获的功率为Pre。
所以：
两边取对数得到对数表达式如下：
Pre＝Pt(dBm)+G t+G r-L s(dBm)
100公里的高空距离，41dbm发射功率，都是10dBi的天线增益，600MHz频率的空气衰减Ls＝128db，Pre＝41+10+10-128＝-67dBm的接收电平。
因此，接收如果能有-95dB的接收灵敏度，就可以在100公里外成功接收600MHz的信号，而且信号强度足够强。
但是微波通信是基于地球的视距。
微波传播过程中，有一种衰减叫K型衰落，是一种多径传输引起的干涉型衰落，它是由于直射波与地面反射波(或在某种情况下的绕射波)到达接收端因相位不同互相干涉而造成的微波衰落。这种衰落尤其在线路经过水面、湖泊或平滑地面时特别严重。
一般K型衰落需要使用天线高低技术，就是利用天线的高度差将反射点移至靠近路径的端点，以减小余隙的变化范围，从而有效地减轻反射衰落；同时通过调整高度差，有可能将反射点从高反射系数表面(如湖面)移至低反射系数表面(如干燥地区)。所以基于地球视距和避免多径衰减的需要，本发明是提供了基于气球的通信系统，这个通信系统适用于人员分布稀少的海洋或沙漠及原始森林覆盖应用。
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 (10)
1.一种系留气球通信系统，其特征在于，该通信系统包括地面支持系统、RRU和BBU，所述RRU设置在气球上，所述BBU设置在地面上和所述RRU形成分体式基站，或者所述BBU设置在气球上和所述RRU形成一体式基站，所述地面支持系统和气球之间通过缆绳连接，所述缆绳中设有光纤，所述BBU的信号输出通过光纤传输，光纤把BBU的基带IQ数据和OAM信令数据传输到RRU。
2.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述BBU 连接着交换机，从交换机来的网线把外网连接到通信系统。
3.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述RRU上设有两根同轴馈线，通过所述同轴馈线连接一个定向天线。
4.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，该通信系统包括船载终端，所述船载终端包括LTE接收模块，所述LTE接收模块包括CPE和两根全向玻璃钢天线，CPE通过POE供电，将网络信号直接接入船载终端的外网接口。
5.根据权利要求4所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述CPE通过WIFI或以太网与外部连接。
6.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述RRU为两通道，两通道RRU与BBU组成完整的eNodeB，实现对无线信道的控制以及对所覆盖区域的无线传输。
7.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述RRU支持 LTE 5MHz、10MHz、20MHz和其他载波带宽的自由配置；所述RRU支持2x2 MIMO；所述RRU支持频段为566-626MHz和/或626-678MHz。
8.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述缆绳的两端各连接着变压器，220VAC电源通过高压到12kVAC变换，通过缆绳送上气球，达到气球后，再降压变为220VAC，供RRU使用。
9.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述缆绳中还有导线，光纤和导线外包纤维，纤维外包避雷的金属编织套，最外层是橡胶保护套。
10.根据权利要求1所述的系留气球通信系统，其特征在于，所述气球的高度为500-1000米。
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