专利名称：机载超短波多媒体通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信，特别是一种适用于直升机机载且支持多媒体通信组网，机载超短波多媒体通信系统。
背景技术：
机载通信设备是指飞机上用于通信联络的电子设备。主要包括飞机电台和机内通话器。飞机电台是飞机与地面、飞机与舰艇、飞机与飞机之间通信联络的主要工具，按波长可分为超短波、短波、长波和超长波电台。超短波电台(频率范围为100 156兆赫、225 400兆赫)安装在各类飞机上，通常以调幅话方式工作，用于视距范围内的指挥引导通信。多媒体通 信是指在在系统或网络中，能同时提供多种媒体信息如声音、图形、图像、数据等多种形式信息同步进行的交互式通信。由于目前使用的大多数机载通信设备比如超短波电台，由于通信带宽的限制而仅能够提供音频的远距离传输，限制了某些特殊场合的使用，如航天飞船返回舱着陆、森林火灾、海上救援、城市大型活动及事故现场指挥等场合还需要实时视频信息和相关数据支持，以便于能够实时的将现场的全方位信息传输至测控中心和指挥中心，为领导的决策和指挥以及电视直播提供必要的技术保障。同时，将多媒体通信组网技术融合入机载通信设备中，还可为空中多架直升机和地面车辆以及人员间的通信提供保证，达到多点间的双向信息实时共享。中国专利200610025877.1中披露了一种“机载无线宽带图像传输系统”，该系统可由直升机承载进行无线传输，但其支持的业务仅为音视频传输，且为点对点单向传输，不支持多点双向组网技术。中国专利200910085603.5中披露了 “一种基于OFDM技术的机载高速通信系统”，
该系统由上行发射端和下行接收端构成，具有在大多普勒频移变化率和多径环境下实现远距离高速航空通信的优良效果。但该系统所披露的主要是用于点对点单向数据通信的基于OFDM技术的信道调制解调技术，未牵涉到支持多媒体业务的多点双向组网通信技术。
发明内容
本发明提出一种机载超短波多媒体通信系统，该系统适用于直升机载高速高动态和高复杂地形环境下的可靠稳定组网通信，支持多个通信节点以星型组网方式构建网络，支持图像、电话、数据等多种业务通信；该系统不仅可以在某些诸如航天工程返回舱着陆场环境下使用，也可以在诸如海上救援、山区救援、城市大型活动和赛事的新闻实时报道等情况下使用。本发明的技术解决方案如下:
一种机载超短波多媒体通信系统包括包括一个通信中心站设备和多个客户终端站设备，通信中心站和各个客户终端站之间使用超短波无线信道双向通信，共同组成星型网络构架。通信中心站设备和客户终端站之间可直接通信，各客户终端站之间可通过通信中心站转发互通互连，一个通信中心站设备最多可同时与254个客户终端站设备建立网络连接。其中:
所述通信中心站设备由以下功能模块构成:
图像摄录机:获取现场原始视频号；
网络视频编解码模块:将原始视频信号进行编码并以IP包的形式发送，同时将收到的视频IP包解码得到恢复后的视频信号，其采用MPEG-2、MPEG-4、H.264,AVS以及VC-1等有损图像数据压缩编解码标准视频的压缩编解码，模块的模拟输入输出接口采用AV接口，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接口。图像监视器:显示恢复后的视频信号，同时对拍摄到的现场图像进行监视；
电话机:实现电话拨号功能，获取本地语音信号，恢复远程语音信号；
VOIP语音网关模块:将电话机的拨号信令及语音转换为IP包，在网络上进行传输，模块的模拟电话接口具备多个FXS 口和FXO 口，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接Π ；
网络交换模块:基于以太网传输数据的交换模块，提供多个以太网接口，用于连接设备内的各个网络模块；
TSIP路由网关模块:用于实现数字电视TS包和以太网IP包的互相转换，并为各个设备的互通互联建立路由。该模块可实现IP包和标准TS包之间的双向互转，并且模块具备路由功能，可配置动态路由或静态路由表。TS包的传输接口采用ASI接口，且模块具有一个TS输出端口和多个TS输入端口，TS输入端口最大可扩展至254个，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接口。宽带调制模块:用于将TS包进行信道编码调制，以获得适用于无线衰落信道传输的宽带射频信号，信号占用频谱带宽8MHZ ；
功率放大器:将调制后的射频信号进行信号功率放大；
腔体滤波器:滤除有用射频信号以外的外来噪声信号，设备装有两个腔体滤波器，其带通频率根据系统收发频率的不同而分别采用不同的带通频率，分别用于发射滤波和接收滤波；
双工滤波器:从射频输入端接收经过放大后的射频信号，经过带通滤波后输出至天线端，同时将天线端收到的射频信号经过另一个带通滤波送至射频输出端；
收发单天线:用于收发射频信号，采用全向天线；
低噪声放大器LNA:将收到的微弱射频信号进行放大，以提高有用信号能量，降低信号链路噪声；
功分器:将接收信号进行一对多的功率分配输出；
窄带解调模块:用于将接收到的窄带射频信号进行信道解调解码，以恢复出经过无线衰落信道的原始TS包。所述客户终端站设备由以下功能模块构成，其中与通信中心站设备具备以下相同模块:图像摄录机、图像监视器、电话机、网络视频编解码模块、VOIP语音网关模块、网络交换模块、TSIP路由网关模块、功率放大器、腔体滤波器、双工滤波器、收发单天线、低噪声放大器LNA。其余模块如下:
窄带调制模块:用于将TS包进行信道编码调制， 以获得适用于无线衰落信道传输的窄带射频信号，信号占用频谱带宽IMHz ；
宽带解调模块:用于将接收到的宽带射频信号进行信道解调解码，以恢复出经过无线衰落信道的原始TS包。宽带调制/解调模块包括采用ADTB-T、DVB-T、DVB-T2、ISDB-T和DMB-T数字电视地面广播调制/解调技术的模块，输出频率范围介于lOOMHz-lGHz，输出频谱带宽8MHz ;窄带调制/解调模块的调制方式采用QAM或QPSK，输出频率范围介于lOOMHz-lGHz，输出频谱带宽IMHz或2MHz，可在高速移动情况下稳定传输。所述的通信中心站和客户终端站设备模块基本连接方式为:图像摄录机在现场进行实时拍摄获取原始视频信号，将该信号送至网络视频编解码模块进行压缩编码形成数据率适合于无线信道带宽传输的压缩视频IP数据流，连入网络交换模块；同时将电话机连接至VOIP语音网关模块，使操作人员拨打网络电话的信令及语音经过编码后转换为IP数据流，连入网络交换模块；由网络交换模块将IP数据流送至TSIP路由网关模块的以太网接口，将IP数据包转换成数字电视TS流，并输出至宽带或窄带调制模块完成信道编码调制，输出频谱带宽8MHZ或IMHz的适用于无线衰落信道传输的宽带射频小信号；射频小信号经功率放大器放大输出后经过腔体滤波器滤除带外噪声干扰信号，再经双工滤波器进行收发隔离后经天线发射；天线接收到外来的射频小信号后，经双工滤波器和腔体滤波器完成收发隔离和带外噪声信号滤除后，送入低噪声放大器LNA，将收到的微弱射频信号进行放大，以提高有用信号能量，降低信号链路噪声；通信中心站的接收信号经过低噪放大后经功分器分别输出至多路窄带解调模块进行信道解调解码；客户终端站的接收信号经过低噪放大后直接送至宽带解调模块进行信道解调解码；接收信号经解调后恢复出经过无线衰落信道的原始TS包，连入TSIP路由网关模块，将TS包还原成IP数据包，经网络交换模块送至网络视频编解码模块和VOIP语音网关模块。系统中承载的业务IP数据包在TSIP路由网关模块可由路由表设定根据需要将数据在系统的星型网络构架内传输，也可通过其他传输方式如直接连入其他局域网、经 卫星通信发送到远程网络等方式发送至需要的地点。本发明的目的在于给出一种可以满足直升机高速高动态机载应用环境下的无线多媒体通信系统，该系统在应用中覆盖的区域半径可达上百公里。正是由于该系统可实现星型组网通信，承载视频、语音、数据等多媒体业务，原有应用于直升机上的机载宽带无线图传系统、短波电台和低速数据链等功能均可通过本发明的系统实现全部或部分功能。本发明系统还能通过路由与其他通信系统实现无缝链接，以达到超远距离传输的目的，在搜救、救援等应用中可为身处指挥中心的领导实时了解现场情况，及时做出决策提供强有力的通信保障。本发明的机载超短波多媒体通信系统通信中心站设备应设计为适合于直升机使用的机载设备，在星型网络中处于通信中心的地位，负责各个客户终端站数据的转发工作。客户终端站设备可根据安装或使用环境的不同，设计为机载式、车载式、舰载式、背负式、固定机架式等设备形式配置给飞机、车辆、舰艇、通信人员或其他移动设施和固定建筑使用，以实现各种不同应用环境下的多媒体通信保障工作。
图1为本发明机载超短波多媒体通信系统实施例的系统构架及设备间连接关系；图2为本发明机载超短波多媒体通信系统实施例的中心通信站设备内部构成及连接关系;
图3为本发明机载超短波多媒体通信系统实施例的客户终端站设备内部构成及连接关系。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明机载超短波多媒体通信系统进行详细说明。先请参阅图1，图1为本发明机载超短波多媒体通信系统的一个实施例的系统构架及设备连接关系。本实施例由一台通信中心站和四台客户终端站构成了具有五个通信节点的星型通信网络。其中，通信中心站设备设计为机载式结构，用于直升机承载使用；四台客户终端站分别设计为机载式、车载式、固定机架式和背负式客户终端站，分别应用于直升机、通讯车辆、通信基站设备机房和通讯员随身携带。所述的通信中心站设备由以下模块构成:
图像摄录机1:获取现场原始视频信号；
网络视频编解码模块4:将原始视频信号进行编码并以IP包的形式发送，同时将收到的视频IP包解码得到恢复后的视频信号，编解码格式采用H.264标准，视频输入输出模拟接口采用AV接口，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接口。；
图像监视器2:显示恢复后的视频信号，同时对拍摄到的现场图像进行监视；
电话机3:实现电话拨号功能，获取本地语音信号，恢复远程语音信号；
VOIP语音网关模块5:将电话机的拨号信令及语音转换为IP包，在网络上进行传输，模块的模拟电话接口具备多个FXS 口和FXO 口，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接Π ；
网络交换模块6:基于以太网传输数据的交换模块，提供八个以太网接口，用于连接设备内的各个网络模块；
TSIP路由网关模块7:用于实现数字电视TS包和以太网IP包的互相转换，并为各个设备的互通互联建立路由，模块具备路由功能，可配置动态路由或静态路由表。TS包的传输接口采用ASI接口，且模块具有一个TS输出端口和四个TS输入端口，TS输入端口最大可扩展至254个，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接口 ；
宽带调制模块8:用于将TS包进行信道编码调制，调制方式采用ADTB-T标准，以获得适用于无线衰落信道传输的宽带射频信号，信号占用频谱带宽8MHz ；
功率放大器12:将调制后的射频信号进行信号功率放大；
发射腔体滤波器13和接收腔体滤波器15:滤除有用射频信号以外的外来噪声信号，设备装有两个腔体滤波器，其带通频率根据系统收发频率的不同而分别采用不同的带通频率，分别用于发射滤波和接收滤波；
双工滤波器14:从射频输入端接收经过放大后的射频信号，经过带通滤波后输出至天线端，同时将天线端收到的射频信号经过另一个带通滤波送至射频输出端；
收发单天线18:用于收发射频信号； 低噪声放大器LNA16:将收到的微弱射频信号进行放大，以提高有用信号能量，降低信号链路噪声；功分器17:将接收信号进行一对多的功率分配输出；
窄带解调模块11:用于将收到的窄带射频信号进行信道解调解码，采用QPSK解调，以恢复出经过无线衰落信道的原始TS包。所述客户终端站设备由以下功能模块构成，其中具有与通信中心站设备相同模块:图像摄录机1、图像监视器2、电话机3、网络视频编解码模块4、V0IP语音网关模块4、网络交换模块6、TSIP路由网关模块7、功率放大器12、发射腔体滤波器13和接收腔体滤波器15、双工滤波器14、收发单天线18、低噪声放大器LNA16。其他模块如下:
窄带调制模块10:用于将TS包进行信道编码调制，采用QPSK调制方式，以获得适用于无线衰落信道传输的窄带射频信号，信号占用频谱带宽IMHz ；
宽带解调模块9:用于将接收到的宽带射频信号进行信道解调解码，以恢复出经过无线衰落信道的原始TS包，解调方式符合ADTB-T标准。本实施例所述的通信中心站设备模块基本连接方式为:图像摄录机I在现场进行实时拍摄获取原始视频信号，将该 信号送至网络视频编解码模块4进行符合H.264标准的压缩编码形成数据速率IMbps的适合于无线信道带宽传输的压缩视频IP数据流，连入网络交换模块6 ；电话机3连接至VOIP语音网关模块4，使操作人员拨打网络电话的信令及语音经过编码后转换为IP数据流，连入网络交换模块6 ;由网络交换模块6将IP数据流送至TSIP路由网关模块7的以太网接口，将IP数据包转换成数字电视TS流，并输出至宽带调制模块8完成信道编码调制，调制方式采用ADTB-T标准，输出频谱带宽8MHz的适用于无线衰落信道传输的超短波频段宽带射频小信号；射频小信号经功率放大器12放大输出后经过腔体滤波器13滤除带外噪声干扰信号，再经双工滤波器14进行收发隔离后经机载全向天线18发射；全向天线18接收到外来的窄带射频小信号后，经双工滤波器14和腔体滤波器15完成收发隔离和带外噪声信号滤除后，送入低噪声放大器LNA16，将收到的微弱射频信号进行放大，以提高有用信号能量，降低信号链路噪声；再经功分器17分别输出至四路窄带解调模块11进行信道解调解码，采用QPSK解调方式；经解调后恢复出经过无线衰落信道的原始TS包，连入TSIP路由网关模块7，将TS包还原成IP数据包，经网络交换模块6送至网络视频编解码模块4和VOIP语音网关模块4。系统中承载的业务IP数据包在TSIP路由网关模块7可由路由表设定根据需要将数据在系统的星型网络构架内传输，也可通过其他传输方式如直接连入其他局域网、经卫星通信发送到远程网络等方式发送至需要的地点。本实施例所述的客户终端站设备模块基本连接方式为:图像摄录机I在现场进行实时拍摄获取原始视频信号，将该信号送至网络视频编解码模块4进行符合H.264标准的压缩编码形成数据速率IMbps的适合于无线信道带宽传输的压缩视频IP数据流，连入网络交换模块6 ;同时将电话机3连接至VOIP语音网关模块4，使操作人员拨打网络电话的信令及语音经过编码后转换为IP数据流，连入网络交换模块6 ;由网络交换模块6将IP数据流送至TSIP路由网关模块7的以太网接口，将IP数据包转换成数字电视TS流，并输出至窄带调制模块10完成信道编码调制，采用QPSK调制方式，输出频谱带宽IMHz的适用于无线衰落信道传输的超短波频段窄带射频小信号；射频小信号经功率放大器12放大输出后经过发射腔体滤波器13滤除带外噪声干扰信号，再经双工滤波器14进行收发隔离后经机载全向天线18发射；全向天线18接收到外来的宽带射频小信号后，经双工滤波器14和接收腔体滤波器15完成收发隔离和带外噪声信号滤除后，送入低噪声放大器LNA16，将收到的微弱射频信号进行放大，以提高有用信号能量，降低信号链路噪声；再送至宽带解调模块11进行信道解调解码，解调方式符合ADTB-T标准；接收信号经解调后恢复出经过无线衰落信道的原始TS包，连入TSIP路由网关模块7，将TS包还原成IP数据包，经网络交换模块6送至网络视频编解码模块4和VOIP语音网关模块5。系统中承载的业务IP数据包在TSIP路由网关模块7可由路由表设定根据需要将数据在系统的星型网络构架内传输，也可通过其他传输方式如直接连入其他局域网、经卫星通信发送到远程网络等方式发送至需要的地点。设备外形及结构根据使用方式不同，设计成机载式、车载式、固定机架式和背负式，设备内部构成均一致。实施例所述的机载超短波多媒体通信系统支持的业务包括视频、语音、电话、数据等，所有业务的数据包在由一个通信中心站和四个客户终端站构成的星型网络中可以根据IP包中携带的目的IP地址由各个TSIP路由网关进行动态识别，并完成相应的转发，送达目的节点相应业务模块。该系统可应用于某些诸如航天工程返回舱着陆场搜救中直升机载高速高动态和高复杂地形环境下，也可以在诸如海上救援、山区救援、城市大型活动和赛事的新闻实时报道等情况下使 用。
权利要求
1.一种机载超短波多媒体通信系统，其特征在于该系统包括一个通信中心站和多个客户终端站；通信中心站和各个客户终端站之间使用超短波无线信道双向通信，共同组成星型网络构架；通信中心站和客户终端站之间直接通信，各客户终端站之间通过通信中心站转发互通互连； 所述通信中心站的构成包括下列设备模块: 图像摄录机(I):获取现场原始视频信号； 图像监视器(2):显示恢复后的视频信号，同时对拍摄到的现场图像进行监视； 电话机(3):实现电话拨号功能，获取本地语音信号，恢复远程语音信号； 网络视频编解码模块(4):将原始视频信号进行编码并以IP包的形式发送，同时将收到的视频IP包解码得到恢复后的视频信号； VOIP语音网关模块(5):将电话机的拨号信令及语音转换为IP包，在网络上进行传输；网络交换模块(6):基于以太网传输数据的交换模块，提供多个以太网接口，用于连接设备内的各个网络模块； TSIP路由网关模块(7):用于实现数字电视TS包和以太网IP包的互相转换，并为各个设备的互通互联建立路由； 宽带调制模块(8):用于将TS包进行信道编码调制，以获得适用于无线衰落信道传输的宽带射频信号，信号占用频谱带宽8MHz ； 功率放大器(12):将调制后的射频信号进行信号功率放大； 发射腔体滤波器(13):滤除有用射频信号以外的外来噪声信号，设备装有两个腔体滤波器，其带通频率根据系统收发频率的不同而分别采用不同的带通频率，分别用于发射滤波和接收滤波； 双工滤波器(14):从射频输入端接收经过放大后的射频信号，经过带通滤波后输出至天线端，同时将天线端收到的射频信号经过另一个带通滤波送至射频输出端； 收发天线(18):用于收发射频信号； 低噪声放大器LNA (16):将收到的微弱射频信号进行放大，以提高有用信号能量，降低信号链路噪声； 功分器(17):将接收信号进行一对多的功率分配输出； 和多个窄带解调模块(11):用于将接收到的窄带射频信号进行信道解调解码，以恢复出经过无线衰落信道的原始TS包； 所述的客户终端站的设备模块包括所述的图像摄录机(I)、图像监视器(2)、电话机(3 )、网络视频编解码模块(4)、VOIP语音网关模块(5 )、网络交换模块(6 )、TSIP路由网关模块(7)、功率放大器(12)、发射腔体滤波器(13)、双工滤波器(14)、收发天线(18)和低噪声放大器LNA (16)，还有如下设备模块: 窄带调制模块(10):用于将TS包进行信道编码调制，以获得适用于无线衰落信道传输的窄带射频信号，信号占用频谱带宽IMHz ； 宽带解调模块(9):用于将接收到的宽带射频信号进行信道解调解码，以恢复出经过无线衰落信道的原始TS包； 所述的通信中心站和客户终端站的设备模块基本连接方式为:所述的图像摄录机(I)在现场进行实时拍摄获取原始视频信号，将该信号送至网络视频编解码模块(4)进行压缩编码形成数据率适合于无线信道带宽传输的压缩视频IP数据流，连入网络交换模块(6)；所述的电话机(3)连接至VOIP语音网关模块(5)，使操作人员拨打网络电话的信令及语音经过编码后转换为IP数据流，连入网络交换模块(6);由网络交换模块(6)将IP数据流送至TSIP路由网关模块(7)的以太网接口，将IP数据包转换成数字电视TS流，并输出至宽带调制模块(8)或窄带调制模块(10)完成信道编码调制，输出频谱带宽8MHz或IMHz的适用于无线衰落信道传输的宽带射频小信号；射频小信号经功率放大器(12)放大输出后经过发射腔体滤波器(13)滤除带外噪声干扰信号，再经双工滤波器(14)进行收发隔离后经天线(18)发射；天线(18)接收到外来的射频小信号后，经双工滤波器(14)和接收腔体滤波器(15)完成收发隔离和带外噪声信号滤除后，送入低噪声放大器LNA (6)，将收到的微弱射频信号进行放大，以提高有用信号能量，降低信号链路噪声；通信中心站的接收信号经过低噪声放大器LNA (6)低噪放大后经所述的功分器(17)分别输出至多路窄带解调模块(11)进行信道解调解码；客户终端站的接收信号经过低噪声放大器LNA (6)低噪放大后直接送至宽带解调模块(9)进行信道解调解码；接收信号经解调后恢复出经过无线衰落信道的原始TS包，连入TSIP路由网关模块(7)，将TS包还原成IP数据包，经网络交换模块(6)送至网络视频编解码模块(4)或VOIP语音网关模块(5)，系统中承载的业务IP数据包在所述的TSIP路由网关模块(7)由路由表设定根据需要将数据在系统的星型网络构架内传输，或通过其他传输方式如直接连入其他局域网、经卫星通信发送到远程网络等方式发送至需要的地点。
2.根据权利要求1所述的机载超短波多媒体通信系统，其特征是，所述的通信中心站由飞行器承载，所述的客户终端站为机载式、车载式或背负式，分别供机载、车辆承载、或人员直接背负携带使用。
3.根据权利要求1所述的机载超短波多媒体通信系统，其特征是，所述的网络视频编解码模块(4)为MPEG-2、MPEG-4、H.264、AVS以及VC-1图像数据压缩编解码标准所实现的编码器，视频输入输出模拟接 口采用AV接口，数字接口采用10/100MbpS自适应以太网接□。
4.根据权利要求1所述的机载超短波多媒体通信系统，其特征是，所述的VOIP语音网关模块(5)的模拟接口具备多个FXS 口和FXO 口，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接口。
5.根据权利要求1所述的机载超短波多媒体通信系统，其特征是，所述的TSIP路由网关模块(7)实现IP包和标准TS包之间的双向互转，并且模块配置动态路由或静态路由表，具备路由功能，TS包的传输接口采用ASI接口，且模块具有一个TS输出端口和多个TS输入端口，TS输入端口最大可扩展至254个，数字接口采用10/100Mbps自适应以太网接口。
6.根据权利要求1所述的机载超短波多媒体通信系统，其特征是，所述的宽带调制模块和宽带解调模块为ADTB-T、DVB-T、DVB-T2、ISDB-T或DMB-T数字电视地面广播调制/解调技术的模块，输出频率范围介于lOOMHz-lGHz，输出频谱带宽8MHz ;窄带调制/解调模块的调制方式采用QAM或QPSK，输出频率范围介于lOOMHz-lGHz，输出频谱带宽IMHz或2MHz。
7.根据权利要求1所述的机载超短波多媒体通信系统，其特征是，所述的天线(18)采用全向天线。
全文摘要
一种机载超短波多媒体通信系统，该系统包括一个通信中心站和多个客户终端站；通信中心站和各个客户终端站之间使用超短波无线信道双向通信，共同组成星型网络构架；通信中心站和客户终端站之间直接通信，各客户终端站之间通过通信中心站转发互通互连。该系统适用于直升机载高速高动态和高复杂地形环境下的可靠稳定组网通信的、支持多个通信节点以星型组网方式构建网络、支持图像、电话、数据等多种业务通信的机载超短波多媒体通信系统。该系统不仅可以在某些诸如航天工程返回舱着陆场环境下使用，也可以在诸如海上救援、山区救援、城市大型活动和赛事的新闻实时报道等情况下使用。
文档编号H04L29/06GK103220268SQ20131006519
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者归琳, 陆靖侃, 马文峰, 张岳山, 张文军, 刘勃, 张仲明, 史焱, 柳宁 申请人:上海交通大学