CN114598342A - 一种与陆地基站进行通信的船载设备及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种与陆地基站进行通信的船载设备及其控制方法，船载设备通过主定向天线阵列与位于海岸上的陆地基站无线通信，且船载设备上还设置有第一辅定向天线阵列和第二辅定向天线阵列。船载设备根据陆地基站的第一坐标和近岸船只的第二坐标对主定向天线阵列的法线方向进行初调整，并根据第一辅定向天线阵列测量的第一信号质量和第二辅定向天线阵列测量的第二信号质量对主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，使主定向天线阵列对准陆地基站，进而对主定向天线阵列的法线方向进行控制，可使船载设备的天线波束方向始终对准陆地基站，从而保障无线通信的稳定性。

Description

一种与陆地基站进行通信的船载设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及船载设备通信技术领域，特别是涉及一种与陆地基站进行通信的船载设备及其控制方法。
背景技术
目前有些船载设备通过卫星进行无线通信，但是卫星通信往往存在吞吐量低，价格贵等问题，这会大大影响船载设备的无线通信效率和体验。实际上，有些船只，包括游艇，海岸巡逻艇等，它们的活动范围距离海岸并不是很远，如果在海岸边的陆地上已经布置了蜂窝网络的基站发射塔，那么在游艇，海岸巡逻艇等上面的船载设备仍然可以与陆地上的基站发射塔进行通信。由于蜂窝网络的基站发射塔在陆地上的布网成本相比较卫星更低，能够提供的吞吐量也更大，因此通信效率和体验会远远高于卫星通信。
但是，游艇、海岸巡逻艇等上面的船载设备如果与陆地上的基站发射塔进行通信，也存在一定的问题，其存在的问题是船载设备距离基站可能相对比较远（可能达到几十公里），且如果船只快速移动，快速转向等，也会大大影响无线通信的鲁棒性。
基于此，亟需一种能够提高船载设备与陆地基站之间无线通信的稳定性的船载设备及其控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种与陆地基站进行通信的船载设备及其控制方法，可使船载设备的天线波束方向始终对准陆地基站，从而保障无线通信的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种与陆地基站进行通信的船载设备，所述船载设备设置于近岸船只上，且所述船载设备通过设置于所述船载设备上的主定向天线阵列与位于海岸上的陆地基站无线通信；所述船载设备上还设置有第一辅定向天线阵列和第二辅定向天线阵列；所述第一辅定向天线阵列设置于所述主定向天线阵列的左侧；所述第二辅定向天线阵列设置于所述主定向天线阵列的右侧；
所述船载设备用于获取所述陆地基站的第一坐标和所述近岸船只的第二坐标，并根据所述第一坐标和所述第二坐标确定所述陆地基站和所述近岸船只的连线方向，基于所述连线方向对所述主定向天线阵列的法线方向进行初调整；
所述第一辅定向天线阵列用于测量其所接收信号的第一信号质量；所述第二辅定向天线阵列用于测量其所接收信号的第二信号质量；
所述船载设备还用于根据所述第一信号质量和所述第二信号质量对所述主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，使所述主定向天线阵列对准所述陆地基站。
一种与陆地基站进行通信的船载设备的控制方法，对主定向天线阵列的法线方向进行控制，所述控制方法包括：
获取船载设备当前接入的陆地基站的第一坐标和其所处的近岸船只的第二坐标，并根据所述第一坐标和所述第二坐标确定所述陆地基站和所述近岸船只的连线方向，基于所述连线方向对主定向天线阵列的法线方向进行初调整；
接收第一辅定向天线阵列所测量的第一信号质量和第二辅定向天线阵列所测量的第二信号质量，并根据所述第一信号质量和所述第二信号质量对所述主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，使所述主定向天线阵列对准所述陆地基站。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明用于提供一种与陆地基站进行通信的船载设备及其控制方法，船载设备通过主定向天线阵列与位于海岸上的陆地基站无线通信，且船载设备上还设置有第一辅定向天线阵列和第二辅定向天线阵列。船载设备根据陆地基站的第一坐标和近岸船只的第二坐标对主定向天线阵列的法线方向进行初调整，并根据第一辅定向天线阵列测量的第一信号质量和第二辅定向天线阵列测量的第二信号质量对主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，使主定向天线阵列对准陆地基站，进而对主定向天线阵列的法线方向进行控制，可使船载设备的天线波束方向始终对准陆地基站，从而保障无线通信的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明实施例1所提供的天线阵列的位置设置示意图；
图2为本发明实施例2所提供的控制方法的方法流程图；
图3为本发明实施例2所提供的连线方向的求解示意图。
符号说明：
1-主定向天线阵列；2-第一辅定向天线阵列；3-第二辅定向天线阵列。
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。
本发明的目的是提供一种与陆地基站进行通信的船载设备及其控制方法，可使船载设备的天线波束方向始终对准陆地基站，从而保障无线通信的稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例用于提供一种与陆地基站进行通信的船载设备，该船载设备设置于近岸船只上，船载设备可为CPE设备（Customer Premise Equipment，用户前置设备），近岸船只是指游艇等距离海岸较近的船只。船载设备通过设置于船载设备上的主定向天线阵列与位于海岸上的陆地基站无线通信，陆地基站可为海岸边的蜂窝基站设备，具体可为LTE（LongTerm Evolution，长期技术演进）基站或者NR（5G New Radio，5G新无线接入技术）基站。其中蜂窝基站和CPE可以支持LTE，NR等无线通信制式。
本实施例的CPE设备通过主定向天线阵列与位于海岸上的陆地基站无线通信，即CPE设备采用定向天线，定向天线的优势是可以把信号发送和接收的方向对准特定的方向，从而获得更高的天线增益，来应对海上远距离的信号传输，从而解决近岸船只与海岸相隔相对较远的问题。但是采用定向天线也是有劣势的，因为船只移动会影响定向天线的波束方向，从而给无线信号的收/发稳定性带来风险。
为了解决定向天线传输稳定性的问题，如图1所示，船载设备上还设置有第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3，第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3用于辅助主定向天线阵列1的法线方向调整过程，以使主定向天线阵列1的法线方向始终对准陆地基站。第一辅定向天线阵列2设置于主定向天线阵列1的左侧，第二辅定向天线阵列3设置于主定向天线阵列1的右侧。即本实施例在主定向天线阵列1的两边分别配置一套辅定向天线阵列。其中，主定向天线阵列1可以包含多个天线，第一辅定向天线阵列2可以包含多个天线，第二辅定向天线阵列3也可以包含多个天线。第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3的面积和增益等技术指标均可以低于主定向天线阵列1，从而降低船载设备的总成本。
船载设备用于获取当前接入的陆地基站的第一坐标和其所处的近岸船只的第二坐标，并根据第一坐标、第二坐标和近岸船只的航向等信息确定陆地基站和近岸船只的连线方向，基于连线方向对主定向天线阵列1的法线方向进行初调整，使主定向天线阵列1的法线方向与连线方向相同，以对主定向天线阵列1进行快速粗调整，使主定向天线阵列1初步对准陆地基站。具体的，第一坐标为GPS坐标或者北斗坐标，第二坐标为GPS坐标或者北斗坐标。
第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3不做业务，即不用来实现船载设备与陆地基站之间的通信过程，但可以对信号质量进行测量。具体的，第一辅定向天线阵列2用于测量其所接收信号的第一信号质量，第二辅定向天线阵列3用于测量其所接收信号的第二信号质量。具体的，第一信号质量可为第一辅定向天线阵列2所接收信号的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）或者参考信号接收功率（Reference Signal ReceivingPower，RSRP），第二信号质量可为第二辅定向天线阵列3所接收信号的信噪比或者参考信号接收功率。
船载设备还用于根据第一信号质量和第二信号质量对主定向天线阵列1的法线方向进行再次调整，使主定向天线阵列1对准陆地基站。具体的，如果只有第一辅定向天线阵列2接收到的信号质量超过预设门限T，那么主定向天线阵列1的法线方向进行逆时针微调整；如果只有第二辅定向天线阵列3接收到的信号质量超过预设门限T，那么主定向天线阵列1的法线方向进行顺时针微调整；如果第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3接收到的信号质量都超过或者都没有超过预设门限T，那么主定向天线阵列1的法线方向不做微调整
优选的，船载设备根据第一信号质量与预设门限的比较结果以及第二信号质量与预设门限的比较结果确定主定向天线阵列1的法线方向的调整方向以及调整角度，对主定向天线阵列1的法线方向进行再次调整，以使主定向天线阵列1对准陆地基站。具体的，如果只有第一辅定向天线阵列2接收到的第一信号质量超过预设门限T，则根据第一信号质量与预设门限的差值确定第一旋转角度，并令主定向天线阵列1的法线方向逆时针旋转该第一旋转角度；如果只有第二辅定向天线阵列3接收到的第二信号质量超过预设门限T，则根据第二信号质量与预设门限的差值确定第二旋转角度，并令主定向天线阵列1的法线方向顺时针旋转第二旋转角度；如果第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3接收到的信号质量都超过或者都没有超过预设门限T，那么主定向天线阵列1的法线方向不做微调整。
本实施例涉及一种船载设备，该船载设备可以采用定向天线，从而保证较远距离的无线信号传输；同时可以采用自适应波束来应对船只移动，转向等对无线通信鲁棒性的影响，使船载设备的天线波束方向始终对准陆地基站，从而保障无线通信的稳定性。
实施例2：
本实施例用于提供一种与陆地基站进行通信的船载设备的控制方法，对图1所示的主定向天线阵列1的法线方向进行控制，如图2所示，所述控制方法包括：
S1：获取船载设备当前接入的陆地基站的第一坐标和其所处的近岸船只的第二坐标，并根据所述第一坐标和所述第二坐标确定所述陆地基站和所述近岸船只的连线方向，基于所述连线方向对主定向天线阵列的法线方向进行初调整；
具体的，如图3所示，S1可以包括：
（1）CPE获取当前接入的陆地基站的第一坐标A。
CPE可获取陆地基站的GPS坐标，或者北斗坐标等，假设得到的第一坐标的经纬坐标为(东经120°0′，北纬30°0′)。
（2）CPE获取其所处的近岸船只的第二坐标B。
CPE可获取近岸船只的GPS坐标，或者北斗坐标等，假设得到的第二坐标的经纬坐标为(东经120°10′，北纬29°42′)。
（3）CPE根据陆地基站的第一坐标和近岸船只的第二坐标计算陆地基站和近岸船只的连线方向。
即依据第一坐标和第二坐标计算陆地基站与CPE的连线方向Theta：
Theta=arctan(（120°0′-120°10′）/（30°0′-29°42′）)
=arctan(-10/18)
=-29.0546°
基于此，CPE的主定向天线阵列1的法线方向需要指向-29.0546°，或者理解为相比较正北向逆时针偏差-29.0546°。
需要说明的是，在经纬坐标里，1度(°)=60分(′)；计算的Theta结果的单位(°)和经纬度中的(°)是不同的含义。
S2：接收第一辅定向天线阵列所测量的第一信号质量和第二辅定向天线阵列所测量的第二信号质量，并根据所述第一信号质量和所述第二信号质量对所述主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，使所述主定向天线阵列对准所述陆地基站。
S2中，根据第一信号质量和第二信号质量对主定向天线阵列1的法线方向进行再次调整可以包括：
（1）判断第一信号质量是否超过预设门限，并判断第二信号质量是否超过预设门限；
（2）若第一信号质量超过预设门限，但第二信号质量未超过预设门限，则令主定向天线阵列1的法线方向进行逆时针旋转；
（3）若第一信号质量未超过预设门限，但第二信号质量超过预设门限，则令主定向天线阵列1的法线方向进行顺时针旋转；
（4）若第一信号质量和第二信号质量均未超过预设门限，或者第一信号质量和第二信号质量均超过预设门限，则主定向天线阵列1的法线方向保持不动。
优选的，本实施例不仅可以确定调整方向，还可以确定调整角度，以对主定向天线阵列1的法线方向进行更加精准的调整。具体的，在令主定向天线阵列1的法线方向进行逆时针旋转时，本实施例的控制方法还包括：根据第一信号质量与预设门限的差值确定第一旋转角度，并令主定向天线阵列1的法线方向逆时针旋转第一旋转角度。在令主定向天线阵列1的法线方向进行顺时针旋转时，本实施例的控制方法还包括：根据第二信号质量与预设门限的差值确定第二旋转角度，并令主定向天线阵列1的法线方向顺时针旋转第二旋转角度。
本实施例的信号质量可为信噪比SNR或者参考信号接收功率RSRP。在此，通过两个实例对依据第一信号质量和第二信号质量对主定向天线阵列1的法线方向进行调整的过程进行进一步论述：
实例一：
第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3不做业务，但可以对信号的SNR进行测量，假设只有第一辅定向天线阵列2接收到的信号SNR超过预设门限TSNR，那么主定向天线阵列1的法线方向进行逆时针微调整；假设只有第二辅定向天线阵列3接收到的信号SNR超过预设门限TSNR，那么主定向天线阵列1的法线方向进行顺时针微调整；假设第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3接收到的信号SNR都超过或者都没有超过预设门限TSNR，那么主定向天线阵列1的法线方向不做微调整。在此设定TSNR=5dB，但需要说明的是，此处提供的预设门限仅是参考值，TSNR也可以根据实际情况进行调整。
表1给出了调整角度与信号SNR和预设门限的差值之间的对应关系。在令主定向天线阵列1的法线方向进行逆时针旋转时，根据表1确定第一旋转角度，并令主定向天线阵列1的法线方向逆时针旋转第一旋转角度。在令主定向天线阵列1的法线方向进行顺时针旋转时，根据表1确定第二旋转角度，并令主定向天线阵列1的法线方向顺时针旋转第二旋转角度。
表1
调整角度S(单位：°） 差值Delta=SNR-T<sub>SNR</sub>(即测量的SNR与预设门限T<sub>SNR</sub>之差，单位dB）
1 0<Delta<=2
2 2<Delta<=4
3 4<Delta<=6
4 6<Delta<=8
5 8<Delta<=10
6 Delta>10
实例二：
第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3不做业务，但可以对信号的RSRP进行测量，假设只有第一辅定向天线阵列2接收到的信号RSRP超过预设门限TRSRP，那么主定向天线阵列1的法线方向进行逆时针微调整；假设只有第二辅定向天线阵列3接收到的信号RSRP超过预设门限TRSRP，那么主定向天线阵列1的法线方向进行顺时针微调整；假设第一辅定向天线阵列2和第二辅定向天线阵列3接收到的信号RSRP都超过或者都没有超过预设门限TRSRP，那么主定向天线阵列1的法线方向不做微调整。此处设定TRSRP=-110dBm，需要说明的是，此处提供的预设门限仅是参考值，TRSRP也可以根据实际情况进行调整。
如果需要对主定向天线阵列1的法线方向进行顺时针，或者逆时针的微调整，那么主定向天线阵列1的法线方向调整量S基于下表2得到：
表2
调整角度S(单位：°） 差值Delta=RSRP-T<sub>RSRP</sub>(即测量的RSRP与门限T<sub>RSRP</sub>之差，单位dBm）
1 0<Delta<=3
2 3<Delta<=6
3 6<Delta<=9
4 9<Delta<=12
5 12<Delta<=15
6 Delta>15
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种与陆地基站进行通信的船载设备，其特征在于，所述船载设备设置于近岸船只上，且所述船载设备通过设置于所述船载设备上的主定向天线阵列与位于海岸上的陆地基站无线通信；所述船载设备上还设置有第一辅定向天线阵列和第二辅定向天线阵列；所述第一辅定向天线阵列设置于所述主定向天线阵列的左侧；所述第二辅定向天线阵列设置于所述主定向天线阵列的右侧；
所述船载设备用于获取所述陆地基站的第一坐标和所述近岸船只的第二坐标，并根据所述第一坐标和所述第二坐标确定所述陆地基站和所述近岸船只的连线方向，基于所述连线方向对所述主定向天线阵列的法线方向进行初调整；
所述第一辅定向天线阵列用于测量其所接收信号的第一信号质量；所述第二辅定向天线阵列用于测量其所接收信号的第二信号质量；
所述船载设备还用于根据所述第一信号质量和所述第二信号质量对所述主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，使所述主定向天线阵列对准所述陆地基站。
2.根据权利要求1所述的船载设备，其特征在于，所述陆地基站为LTE基站或者NR基站。
3.根据权利要求1所述的船载设备，其特征在于，所述第一辅定向天线阵列和所述第二辅定向天线阵列的面积和增益均低于所述主定向天线阵列。
4.根据权利要求1所述的船载设备，其特征在于，所述第一信号质量为所述第一辅定向天线阵列所接收信号的信噪比或者参考信号接收功率；所述第二信号质量为所述第二辅定向天线阵列所接收信号的信噪比或者参考信号接收功率。
5.根据权利要求1所述的船载设备，其特征在于，所述船载设备还用于根据所述第一信号质量与预设门限的比较结果以及所述第二信号质量与所述预设门限的比较结果确定所述主定向天线阵列的法线方向的调整方向以及调整角度，对所述主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，以使所述主定向天线阵列对准所述陆地基站。
6.根据权利要求1所述的船载设备，其特征在于，所述第一坐标为GPS坐标或者北斗坐标；所述第二坐标为GPS坐标或者北斗坐标。
7.一种与陆地基站进行通信的船载设备的控制方法，对主定向天线阵列的法线方向进行控制，其特征在于，所述控制方法包括：
获取船载设备当前接入的陆地基站的第一坐标和其所处的近岸船只的第二坐标，并根据所述第一坐标和所述第二坐标确定所述陆地基站和所述近岸船只的连线方向，基于所述连线方向对主定向天线阵列的法线方向进行初调整；
接收第一辅定向天线阵列所测量的第一信号质量和第二辅定向天线阵列所测量的第二信号质量，并根据所述第一信号质量和所述第二信号质量对所述主定向天线阵列的法线方向进行再次调整，使所述主定向天线阵列对准所述陆地基站。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一信号质量和所述第二信号质量对所述主定向天线阵列的法线方向进行再次调整具体包括：
判断所述第一信号质量是否超过预设门限，并判断所述第二信号质量是否超过所述预设门限；
若所述第一信号质量超过所述预设门限，但所述第二信号质量未超过所述预设门限，则令所述主定向天线阵列的法线方向进行逆时针旋转；
若所述第一信号质量未超过所述预设门限，但所述第二信号质量超过所述预设门限，则令所述主定向天线阵列的法线方向进行顺时针旋转；
若所述第一信号质量和所述第二信号质量均未超过所述预设门限，或者所述第一信号质量和所述第二信号质量均超过所述预设门限，则所述主定向天线阵列的法线方向保持不动。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在令所述主定向天线阵列的法线方向进行逆时针旋转时，所述控制方法还包括：根据所述第一信号质量与所述预设门限的差值确定第一旋转角度，并令所述主定向天线阵列的法线方向逆时针旋转所述第一旋转角度。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在令所述主定向天线阵列的法线方向进行顺时针旋转时，所述控制方法还包括：根据所述第二信号质量与所述预设门限的差值确定第二旋转角度，并令所述主定向天线阵列的法线方向顺时针旋转所述第二旋转角度。
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