CN112887957A - 卫星融合无人机搭载5g通信基站空中对地组网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，包括集成在无人机平台上的5G通信基站设备、视距链路机载终端和Ka卫通机载终端，以及地面控制站和信关站，所述Ka卫通机载终端通过低轨宽带通信卫星与信关站构成Ka卫通链路，所述5G通信基站设备和视距链路机载终端均与Ka卫通机载终端连接。本发明系统能够利用5G通信技术和Ka高通量卫星通信系统提供更低延时、更大带宽组网服务，支持更多地面终端用户的接入。

Description

卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统
技术领域
本发明属于应急通信技术领域，具体涉及一种卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统。
背景技术
目前，国内传统通信应急组网保障方式主要有应急通信保障车、卫星通信系统和系留式无人机基站，但是存在着应急通信车受交通和道路影响，短时间内无法到达；卫星通信存在终端普及低、信号差、时延大和资费高等问题；系留式无人机低空站，存在航时短、载荷小、覆盖范围小以及供电时间短等限制。近些年发展的大中型无人机通信中继系统是基于4G基站配合Ku卫通数据链实现通信组网，但是随着5G技术的发展，未来将逐步取代4G在更多领域和更大范围内普及应用；另外，Ku频段卫通数据链带宽有限，前向传输速率不超过512kbps、返向传输速率不超过8192kbps，在实际使用过程中剔除无人机光电载荷和其他业务数据所需传输带宽后所剩无几，留给4G通信基站使用的上传/下载带宽更低，从而导致整个系统应用受限，支持的地面用户终端入网数不高。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统解决了支持的地面用户终端入网数不高的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，包括集成在无人机平台上的5G通信基站设备、视距链路机载终端和Ka卫通机载终端，以及地面控制站和信关站，所述Ka卫通机载终端通过低轨宽带通信卫星与信关站构成Ka卫通链路，所述5G通信基站设备和视距链路机载终端均与Ka卫通机载终端连接。
进一步地：所述无人机平台上还集成有任务载荷设备。
进一步地：所述任务载荷设备分别与Ka卫通机载终端和视距链路机载终端连接。
进一步地：所述任务载荷设备根据任务场景可搭载光电侦察载荷实现对地搜索、识别和跟踪；搭载航测相机实现地理测绘、图像获取和三维重构；搭载合成孔径雷达全天候实现图像获取。
进一步地：所述光电侦察载荷集成有可见光、红外光和激光。
进一步地：所述5G通信基站设备根据天线方向图进行天线赋形设计并结合无人机飞行姿态进行仿真，确认对地通信组网覆盖范围，所述5G通信基站通过网口接入Ka卫通机载终端，经Ka卫通链路由地面信关站与运营商核心网连接，实现双向5G业务数据交换，为地面组网区域提供5G业务服务。
进一步地：所述地面控制站包括飞行监控席、任务监控席和通信管理席，所述飞行监控席用于监控无人机平台，所述任务监控席用于监控无人机搭载的任务载荷设备和5G通信基站设备，所述通信管理席用于监控无人机视距和超视距数据链。
进一步地：所述视距链路机载终端对无人机视距范围内上行和下行业务数据的实时传输，并与Ka卫通机载终端通过网络接口连接，完成Ka卫通链路与视距链路的互控互传功能。
进一步地：所述信关站配置大口径天线，连接地面电信网络和卫星馈电波束，所述信关站与地面控制站之间通过地面专网/VPN连通，传输上、下行业务数据，所述信关站与运营商核心网通过地面专网/VPN连通，传输5G上传、下载数据。
进一步地：所述5G通信基站设备通过组网信号连接地面终端，所述地面终端包括5G手机和其他5G终端。
本发明的有益效果为：
1、本发明相比国内传统通信应急组网保障方式，整套系统任务准备时间短、机动性强、留空时间长、对地组网覆盖范围大，支持更多地面终端用户的接入；
2、本发明相比其他大中型无人机通信中继系统搭载4G+Ku卫星系统，卫通前向数据传输速率≤512kbps，返向数据传输速率≤8Mbps。本发明采用了基于Ka高通量卫星系统融合5G技术的方案，延时小，带宽大，费用低，地面终端接入数量和质量可明显提高；
3、其他大中型无人机通信中继系统多采用异步串口、同步串口等点对点的数据传输方式，且基站设备需要机上和地面配套相应的接口协议转换设备实现接口转换和数据传输，系统交联关系复杂，机上和地面占用资源多、成本高，扩展性差。本发明采用网络化设计，系统架构兼容性和扩展性强，系统规模大大缩减，增加了系统可靠性并节约了硬件成本。
附图说明
图1为本发明系统组成示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，包括集成在无人机平台上的5G通信基站设备、视距链路机载终端、Ka卫通机载终端和任务载荷设备(任务载荷设备根据任务需要选装，非必须)，以及地面控制站和信关站，所述Ka卫通机载终端通过低轨宽带通信卫星与信关站构成Ka卫通链路，所述5G通信基站设备和视距链路机载终端均与Ka卫通机载终端连接。
无人机平台：作为搭载5G通信基站设备、Ka卫通机载终端和应用场景所需任务载荷设备的空中平台，可及时、高效、全天候、长时间执行空中对地通信组网任务；
5G通信基站设备中BBU(基带处理单元)主要负责基带数字信号处理；AAU(有源天线单元)主要将基带数字信号转换成模拟信号，然后调制成高频射频信号，在通过功放单元放大功率，通过天线发射出去；根据天线方向图进行天线赋形设计并结合无人机飞行姿态进行仿真，确认对地通信组网覆盖范围；5G通信基站通过网口接入Ka卫通机载终端，经Ka卫通链路由地面信关站采用专线或VPN的方式与运营商核心连接，实现双向5G业务数据交换，为地面组网区域提供5G业务服务。
地面控制站主要完成对无人机视距及超视距操作及状态监视，包括各类操作席位，如飞行监控席、任务监控席和通信管理席等，其中飞行监控席用于监控无人机平台，任务监控席用于监控无人机搭载的各种任务载荷设备和5G通信基站设备，通信管理席负责监控无人机视距和超视距数据链。
Ka卫通机载终端：主要实现对无人机超视距范围内上行和下行业务数据的实时传输，并采用先进的IP化接口设计，具备与5G通信基站设备、视距链路机载终端和任务载荷设备的网络接口，具备业务面和控制面分离，实现5G业务数据的空口融合传输；
视距链路机载终端主要实现对无人机视距范围内上行和下行业务数据的实时传输，与Ka卫通机载终端通过网络接口连接，完成Ka卫通链路与视距链路的互控互传功能。
任务载荷设备根据任务场景可搭载光电侦察载荷(集成可见光、红外、激光)实现对地搜索、识别、跟踪等；搭载航测相机实现地理测绘、图像获取、三维重构等；搭载合成孔径雷达全天候实现图像获取。除了上述设备也可搭载其他任务场景适用载荷。这些载荷与视距链路机载终端通过网络接口连接，同时与Ka卫通机载终端通过网络接口连接，实现业务数据的视距和超视距传输，回传至地面控制站。
信关站配置大口径天线，连接地面电信网络和卫星馈电波束。Ka卫通机载终端通过卫星实现与信关站的双向通信，信关站与地面控制站之间通过地面专网/VPN连通，传输上、下行业务数据；信关站与运营商核心网通过地面专网/VPN连通，传输5G上传、下载数据(语音、数据等)；
地面终端包括任何支持5G通信的终端设备，如5G手机。属于服务对象。
本发明系统工作方式为：
5G通信基站设备通过机械接口和电气接口设计与无人机平台综合，平台为其提供安装空间和供电，同时对天线进行赋形设计，满足对地连续覆盖指标要求，实现对地5G信号独立组网；基站设备通过网络接口与Ka卫通机载终端连接，传输前、返向5G业务数据；Ka卫通机载终端通过低轨宽带通信卫星在空中构建起5G天基回传通道，并通过5G和低轨卫星宽带通信融合打通5G组网覆盖区域与运营商核心网的通信；无人机平台搭载上述系统飞抵任务区域进行5G通信组网，进而实现地面5G组网覆盖区域与外界的信息互联。
本发明可达到的性能指标：
a)卫通前向传输速率：≮20Mbps；
b)卫通返向传输速率：≮20Mbps；
c)系统单向传输延时：≯350ms；
d)可接入用户终端数量：≮1500个(语音)。
本发明相比国内传统通信应急组网保障方式，整套系统任务准备时间短、机动性强、留空时间长、支持更多地面终端用户的接入；
本发明相比其他大中型无人机通信中继系统搭载4G+Ku卫星系统，卫通前向数据传输速率≤512kbps，返向数据传输速率≤8Mbps。该系统采用了基于Ka高通量卫星系统融合5G技术的方案，延时小，带宽大，费用低，地面终端数量和质量可显著提高(见指标)；
其他大中型无人机通信中继系统多采用异步串口、同步串口等点对点的数据传输方式，且基站设备需要机上和地面配套相应的接口协议转换设备实现接口转换和数据传输，系统交联关系复杂，机上和地面占用资源多、成本高，扩展性差。该系统采用网络化设计，系统架构兼容性和扩展性强，系统规模大大缩减，增加了系统可靠性并节约了硬件成本。

Claims (10)

1.一种卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，包括集成在无人机平台上的5G通信基站设备、视距链路机载终端和Ka卫通机载终端，以及地面控制站和信关站，所述Ka卫通机载终端通过低轨宽带通信卫星与信关站构成Ka卫通链路，所述5G通信基站设备和视距链路机载终端均与Ka卫通机载终端连接。
2.根据权利要求1所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述无人机平台上还集成有任务载荷设备。
3.根据权利要求2所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述任务载荷设备分别与Ka卫通机载终端和视距链路机载终端连接。
4.根据权利要求2所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述任务载荷设备根据任务场景可搭载光电侦察载荷实现对地搜索、识别和跟踪；搭载航测相机实现地理测绘、图像获取和三维重构；搭载合成孔径雷达全天候实现图像获取。
5.根据权利要求4所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述光电侦察载荷集成有可见光、红外光和激光。
6.根据权利要求1所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述5G通信基站设备根据天线方向图进行天线赋形设计并结合无人机飞行姿态进行仿真，确认对地通信组网覆盖范围，所述5G通信基站通过网口接入Ka卫通机载终端，经Ka卫通链路由地面信关站与运营商核心网连接，实现双向5G业务数据交换，为地面组网区域提供5G业务服务。
7.根据权利要求1所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述地面控制站包括飞行监控席、任务监控席和通信管理席，所述飞行监控席用于监控无人机平台，所述任务监控席用于监控无人机搭载的任务载荷设备和5G通信基站设备，所述通信管理席用于监控无人机视距和超视距数据链。
8.根据权利要求1所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述视距链路机载终端对无人机视距范围内上行和下行业务数据的实时传输，并与Ka卫通机载终端通过网络接口连接，完成Ka卫通链路与视距链路的互控互传功能。
9.根据权利要求1所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述信关站配置大口径天线，连接地面电信网络和卫星馈电波束，所述信关站与地面控制站之间通过地面专网/VPN连通，传输上、下行业务数据，所述信关站与运营商核心网通过地面专网/VPN连通，传输5G上传、下载数据。
10.根据权利要求1所述的卫星融合无人机搭载5G通信基站空中对地组网系统，其特征在于，所述5G通信基站设备通过组网信号连接地面终端，所述地面终端包括5G手机和其他5G终端。
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