多模无线卫星通信终端、系统及通信方法与流程

本申请属于卫星通信应用领域，具体涉及卫星多模通信体制和区域用户无线接入技术。

背景技术：

随着卫星通信相关技术和业务应用的不断进步和扩展，卫星通信被越来越广泛的应用于各个行业和领域，特别是军事通信、新闻采访、地质勘探、抗震救灾、森林防火等行业应用，以及消费类通信应用等。

目前，卫星通信的体制主要采用fdma和tdma，fdma体制一般用于地球站数量较少且通信容量较大的卫星通信系统，组网灵活，适合专线通信保障，但由于存在多载波工作的情况，系统的卫星频率资源利用率较低；tdma体制一般用于地球站数量较多的卫星通信系统，组网较为复杂，但使用较为灵活，适合于日常通信使用，不存在多载波工作的情况，卫星资源利用率较高。为了更好的满足不同应用场合，需根据实际应用灵活切换通信体制，以实现日常通信和应急专网保障、实时通信和非实时通信对于卫星资源的高效利用。

同时，现阶段卫星地球站对应的用户终端设备主要采用有线方式接入，譬如有线电话机、计算机、音视频设备等，操作、使用及维护相对复杂。为了适应现代化用户通信终端的普及和应用，使用市场上通用的无线用户终端(如基于安卓、ios及windows系统的无线产品)，采用无线接入方式实现用户与地球站交互及应用能够极大的提高用户的使用体验。

公开号为cn105634993a的发明专利“基于业务驱动的卫星通信自适应传输方法”，有效结合时域与频域两类资源在业务传输方面的优势，将业务驱动的能力引入至体制之中，建立基于业务特点的资源分配机制，实现体制的自适应转化能力。但该专利重点在于一种应用方式的实现，在于整体系统架构及与之对应的终端应用，是系统及设备层面通盘考虑，且更侧重于系统设计来实现的一种应用方式，仅适用于新建卫星通信系统。

技术实现要素：

为提升用户卫星通信地球站在通信体制、用户接入方式和应用方式上的灵活性，本发明提出一种多模无线卫星通信终端、系统及相应的方法，能够根据通信服务类型实现fdma和tdma两种卫星通信体制和传输方式的无感切换，同时支持卫星地球站用户的无线接入，进而灵活便捷的实现人机交互和通信服务应用，大大提升用户使用体验。

为达到上述发明目的，本发明集成fdma和tdma通信模块、综合管理模块等核心模块，并通过综合管理模块内嵌wifi(route模式)和lora(ap模式)无线通信单元的方式，实现用户无线终端(手机、pad、pc等)的无线接入，并经由卫星通信信关站实现各类通信应用。本发明相对于现有技术主要进行了以下三方面的改进，即：1)业务类型识别、传输方式选择；2)地球站用户无线接入；3)app应用方式。

其中，针对业务类型识别和传输方式的选择，本发明与上述发明(cn105634993a)的不同点在于：本发明仅对业务类型进行初始判别，并选择相应传输方式，通信过程不再进行传输方式的切换；仅在采用tdma传输体制时根据通信速率的变化由卫星通信信关站实时调整通信时隙，以提高资源使用的灵活性。该方式的优点是可直接应用于现有卫星通信系统，无需对其进行软硬件上的改造，实现方式更简单，成本更低。

其中，本发明采用wifi和lora无线接入方式取代传统的有线方式接入用户业务终端，使得地球站用户能够便捷的使用普通手机、pad或pc机等具备无线接入能力的设备实现各类通信服务；特别是基于物联网技术的lora无线通信方式的引入，使得用户无线接入范围最高可达15km；同时，lora与wifi的搭配可以综合利用两种无线接入方式的优点，wifi为近距离用户提供高速传输服务，lora为远距离提供低速稳定可靠的传输链路。

其中，多模通信app可为用户提供简单、便捷、易用、友好的人机交互界面，便于用户实现设备状态管理和各类通信服务的使用。

本发明的具体技术方案如下：

方案一：一种多模无线卫星通信终端，包括通信模块和综合管理模块、中频功率分配模块和电源管理模块，所述通信模块包括fdma通信模块和tdma通信模块，所述综合管理模块配置有wifi单元、lora单元；所述fdma通信模块、tdma通信模块和lora单元通过网络接口与wifi单元通信连接；

所述通信模块被构造为通过中频功率分配模块实现本地业务信息的发送和对端业务信息的接收，以及对所述业务信息进行编码和调制或者解调和译码；所述业务信息包含用于指示其所属业务类型的ip标记；

所述wifi单元采用路由模式，lora单元采用热点模式，并由所述wifi单元为wifi和lora用户提供与上述通信模块的信息交互。

其中：fdma通信模块主要负责scpc/dama传输信号的载波通信；tdma通信模块主要负责tdm/tdma传输信号的载波通信。

作为一种优选方案，多模无线卫星通信终端还包括接口单元，所述接口单元通过网络接口连接wifi单元；所述fdma及tdma通信模块通过接口单元实现工作状态指示；所述接口单元还用于提供有线终端用户与上述通信模块的信息交互。

作为一种优选方案，多模无线卫星通信终端还包括电源管理模块；所述电源管理模块接收外部供电，经dc/dc转换后向fdma通信模块、tdma通信模块、wifi单元和lora单元供电。

作为一种优选方案，多模无线卫星通信终端还包括与中频功率分配模块连接的天线及射频设备。

方案二：一种用户终端，包括处理器和存储器，其特征在于，还配置有lora接入模块、wifi接入模块，以及用于实现话音、短消息和视频功能的多个业务模块；所述存储器内存储有多模通信程序，所述多模通信程序在被处理器运行时，执行以下指令：

响应用户操作，生成相应的控制信息或业务信息；对上述信息进行ip标记，标记其所属的业务类型；然后通过无线通信链路发送上述信息；

或者，接收对端发来的业务信息，根据所述业务信息中包含的ip标记进行识别，并分发至相应的业务模块。

方案三：一种多模无线卫星通信系统，其特征在于，包括通信卫星、卫星通信信关站、地面通信网、用户终端，以及配置有多模无线卫星通信终端的卫星通信地球站；所述多模无线卫星通信终端具有方案一所述的特征；所述用户终端具有方案二所述的特征。

方案四：一种通信方法，应用于方案一所述的多模无线卫星通信终端，包括：

通过lora单元或wifi单元接收本地用户终端通过wifi和lora发送的业务信息；通过wifi单元对所述业务信息进行广播；fdma通信模块或tdma通信模块接收相应业务类型的业务信息并对其进行载波通信；最后通过中频功率分配模块发送所述业务信息至对端；

以及，通过中频功率分配模块接收对端发来的业务信息并分发至各通信模块；fdma通信模块或tdma通信模块接收相应业务类型的业务信息并对其进行载波通信；再通过wifi单元发送至本地用户终端，或通过wifi单元转发至lora单元后再发送至本地用户终端。

作为一种优选方案，所述业务类型包括话音、短消息和视频信息，以及数据访问；所述业务信息的业务类型为话音、短消息和视频信息时，由所述fdma通信模块进行载波通信；所述业务信息的业务类型为数据访问时，由所述tdma通信模块进行通信。

作为一种优选方案，所述ip标记为帧标记。

作为一种优选方案，所述fdma通信模块接收本地用户终端发送来的业务信息后，向网管中心上报包含对端身份信息、业务类型以及业务速率的通信需求申请，并根据网管中心分配的频域资源进行载波通信；所述tdma通信模块接收本地用户终端发送来的业务信息后，根据网管中心预先分配的通信时隙进行载波通信。

作为一种优选方案，所述tdma通信模块根据网管中心预先分配的通信时隙进行载波通信，并在在业务速率需求加大时，向网管中心请求动态调整时隙分配，以获取合适的通信时隙。

本发明具有以下有益效果:

(1)本发明既适用于新建卫星通信系统，亦适用于已有卫星通信系统的能力提升，无需改变已有的网管管理架构和策略，且不受安装平台和使用场合限制，可广泛应用于机载、船载、车载以及单人携行卫通装备等任务平台。

(2)能够根据通信服务类型无感切换合适的卫星通信体制和传输方式，兼具日常通信和专网通信保障，既可提高系统卫星资源的利用效率，降低运营商投入，又可提升用户使用体验。

(3)能通过在手机、pad、便携式计算机等无线终端上的app进行设备状态管理和业务应用，简单便捷易用。

(4)使用无线接入方式还可减少设备附件组成，增强使用灵活性、便捷性，提高用户接入距离和覆盖范围，同时可增加设备的可靠性和维护性。

附图说明

图1为多模无线卫星通信终端内部功能模块连接示意图；

图2为多模通信app的程序单元构成示意图；

图3为多模通信app应用示意图；

图4为多模无线卫星通信终端的发送信号流程示意图；

图5为多模无线卫星通信终端的接收信号流程示意图；

图6为多模无线卫星通信系统的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细的描述。

如图1所示，实施例1公开一种多模无线卫星通信终端，可应用于fdma/tdma多模卫星通信系统或者既有fdma或tdma卫星通信系统，其主要由fdma通信模块、tdma通信模块、中频功率分配模块、电源管理模块和综合管理模块组成。其中：fdma通信模块主要负责scpc/dama传输方式下的信号编码-调制-发送和接收-解调-译码，采用频分多址方式，以频率进行用户区分；tdma通信模块主要负责tdm/tdma传输方式下的编码-调制-发送和接收-解调-译码，采用时分多址方式，以时隙进行用户区分；中频功率分配模块主要用于卫星中频信号的发送和接收，fdma通信模块和tdma通信模块通过中频功率分配模块与卫星通信地球站的天线和射频设备连接，进而实现卫星中频信号的接收与发送；电源管理模块接收外部供电，经dc/dc转换后向fdma通信模块、tdma通信模块及综合管理模块中内嵌的功能单元供电；综合管理模块内嵌wifi单元、lora单元和接口单元，为一体化集成模块，其中，wifi单元采用路由模式(route模式)，负责空间wifi无线信号的收发，lora单元采用热点模式(ap模式)，负责空间lora无线信号的收发，但多模无线卫星通信终端内部，则集中在wifi单元进行转发处理，由wifi单元为wifi和lora用户提供与各通信模块的信息交互。

多模无线卫星通信终端中，fdma通信模块、tdma通信模块和lora单元通过网络接口与wifi单元连接，实现ip数据交换；fdma通信模块和tdma通信模块还通过wifi单元和接口单元连接；wifi单元通过网络接口与接口单元连接，可为用户提供有线数据接口。具体为：lora单元连接到wifi单元lan口，fdma通信模块连接到wifi单元lan口，tmda通信模块的业务和管理网口分别连接至wifi单元的wan口和lan口，多模无线卫星通信终端外部lan接口连接到wifi单元lan口；同时，fdma及tdma通信模块的工作状态指示通过接口单元引接至多模无线卫星通信终端外部，便于用户对其工作状态的观察。

结合图2和图3所示，实施例2公开一种安装在用户终端的多模通信app(简称“app”)，功能模块主要包括数据接口单元、人机交互单元、业务数据处理单元和管理数据处理单元。人机交互单元用于向用户显示状态和业务信息，接收用户的控制指令和业务请求，并形成相应的控制信息和业务信息；业务数据处理单元用于业务信息的帧处理(例如，对业务类型进行区分，确定业务数据流向fdma或tdma)，并通过数据接口单元与多模无线卫星通信终端和人机交互单元交互信息。数据接口单元用于通过wifi或lora链路向多模无线卫星通信终端发送和接收控制信息和业务信息，同时用于与人际交互单元的信息交互；管理数据处理单元用于人机交互单元发送的控制信息的帧处理，并通过数据接口单元向多模无线卫星通信终端发送指令。lora接入模块可采用随机标配或单独购买方式获得，其通过与用户终端数据接口(usb或常用手机数据接口)的连接增加用户终端无连接lora热点的能力；同时，该模块也可以根据用户定制需求，直接内嵌于用户终端。

如图4所示，当地球站用户主叫时，根据业务需求操作用户终端上安装的多模通信app进行业务通信，多模通信app根据业务类型对业务信息进行帧处理，处理后的数据经无线链路(wifi或lora链路)传输至多模无线卫星通信终端内部的wifi单元，此时利用不同业务类型的帧标记，话音、短消息和视频信息由fdma通信模块接收并进行编码和调制，数据信息由tdma通信模块接收并进行编码和调制；最后再通过中频功率分配模块发出。

如图5所示，被叫或接收业务信息时，fdma通信模块和tmda通信模块通过中频功率分配模块接收到对端发来的业务信息，再集中传输至wifi单元，然后通过wifi单元或lora单元经无线链路传输至用户终端，用户终端的多模通信app根据业务信息内包含的帧标记进行识别，并分发给话音、短消息、视频或数据访问对应的业务模块。

需要说明的是，上述业务类型基于对称与非对称通信来区分，其中话音、短消息视频业务为对称通信，数据访问，包括数据的上传、下载为非对称通信。

如图6所示实施例3公开一种多模无线卫星通信系统(简称“该系统”)，以fdma/tdma多模卫星通信系统为依托为例，该系统包括通信卫星、安装多模无线卫星通信终端的卫星通信地球站(含天线及射频设备)、用户终端、卫星通信信关站、地面通信网。

其中，卫星通信地球站主要由天线及设备射频、多模无线卫星通信终端和相关配套设备组成，主要用于卫星信号收发、业务信息处理和用户接入，为用户提供数据传输通道和通信服务。

其中，用户终端为市场上通用的无线类通信终端，例如，智能手机、pad、带wifi功能的计算机等。用户终端可使用内置wifi连接多模无线卫星通信终端，也可通过专用的lora接入模块连接多模无线卫星通信终端，并通过预装专用多模通信app实现各类应用。

其中，卫星通信信关站主要包括天线及射频设备、网络管理设备(即网管中心)和业务中继设备，用于实现网络管理和业务处理等功能。网络管理功能主要是对该系统的卫星资源、地球站和通信进行管理，为地球站提供组网和资源支持；业务处理功能主要为远端卫星地球站用户提供与地面通信网用户间的互联互通，提供信息接入、交互和转发，实现用户间通信服务。

其中，地面通信网主要包括pstn(公共交换电话网)、plmn(公众陆地移动电话网)、internet(互联网)，以及如军用电话自动网、企业数据专网等专用型通信网络。

在该系统中，加装多模无线卫星通信终端的卫星通信地球站依托通信卫星、空间链路(卫星链路)及卫星通信信关站接入地面通信网，用户可使用手机、pad等无线通信设备接入多模无线卫星通信终端，然后经卫星通信信关站接入地面通信网，实现各类业务应用。应用时，多模无线卫星通信终端加电入网，用户使用手机等无线通信设备通过wifi或lora方式接入并发起业务需求，卫星通信信关站接收到地球站通信需求后为其提供空间链路，并提供与地面通信网的数据交换。需要说明的是，也可以将天线及射频设备与多模无线卫星通信终端一体化设计。

该多模无线卫星通信终端集成fdma和tdma通信模块以及综合管理模块等核心模块，并通过综合管理模块内嵌的wifi和lora无线模块的方式，实现用户无线终端的无线接入，并经卫星通信信关站实现各类通信应用。具体可采用实施例1所述的多模无线卫星通信终端。

实施例4公开一种多模无线卫星通信方法，基于实施例3所述的多模无线卫星通信系统，主要包括以下步骤：

s1、多模无线卫星通信终端加电后自动根据预置参数搜索网管中心下发的tdm信号，完成入网。

s12、地球站用户在用户终端(外部连接或内置lora接入模块)上搜索多模无线卫星通信终端的无线信号，并根据需求或信号强度选择通过wifi或lora方式接入多模无线卫星通信终端。其中，wifi覆盖半径约50米，主要适用于用户终端距离地球站较近时的高速业务，lora覆盖半径最远可达15km，主要适用于用户终端远离地球站时的低速业务。

s13、地球站用户通过用户终端的多模通信app人机交互界面进行业务呼叫和通信时，由app的管理数据处理单元和业务数据处理单元对被叫号码、业务速率及业务信息进行帧处理，并由app数据接口单元经wifi或lora无线链路发送给多模无线卫星通信终端的wifi单元。经帧处理过的数据到达wifi单元后将被广播至各单元模块，各单元模块根据帧头标识选择处理或丢掉数据。需要注意的是，wifi单元用于数据交换，在无线或有线连接时，多模无线卫星通信终端内除电源及中频功率分配单元外的各单元模块均连接至该单元进行数据交换。

具体为：用户通过app人机交互单元发起业务呼叫，如业务类型为话音、短消息、数据传输(也叫数据访问)和实时视频业务，管理数据处理单元对本次呼叫的被叫号码、业务类型和通信速率等控制信息进行帧处理，并经数据接口单元通过无线链路发送给多模无线卫星通信终端的wifi单元；wifi单元对该控制信息进行广播，除fdma通信模块外的其他模块均丢弃该信息，fdma通信模块获取该信息后根据其包含的被叫号码和通信速率与对端地球站建立卫星通信链路；链路建立成功后fdma通信模块将链路状态发送给app，此时用户即可进行业务通信；业务通信时，用户的话音、短消息、数据和视频类信息由app业务数据处理单元进行帧处理，并经数据接口单元通过无线链路发送给多模无线卫星通信终端的wifi单元，wifi单元对该业务信息进行广播，除fdma通信模块外的其他模块均丢弃该信息，fdma通信模块获取该信息后将其发送至对端地球站以实现业务通信。

如业务类型为数据访问，则直接进入业务数据帧处理，由app业务数据处理单元进行，并经数据接口单元通过无线链路发送给多模无线卫星通信终端的wifi单元，wifi单元对该业务信息进行广播，除tdma通信模块外的其他模块均丢弃该信息，tdma通信模块获取该信息后将其发送至对端地球站以实现业务通信。

其中，网管中心分配频域(fdma)资源的具体方式为：fdma通信模块接收中频功率分配模块转发的业务信息后，通过tdm通道向网管中心上报包括对方号码、业务类型、业务速率的通信需求申请；接收网管中心根据通信业务的类型和速率为通信双方分配收发频点；随后将业务信息调制接在相应频点的调制并发送至射频设备，对端在相应频点载波上进行解调。

其中，tdma通信模块在网管中心预先分配的时隙上发送业务信息，如业务速率需求加大，网管中心会根据qos需求动态调整时隙分配，为相应地球站的tdma通信模块分配更多的通信时隙，提高其通信能力。

由此可见，通过上述流程即可实现fdma和tdma体制的灵活应用，以及用户无线接入和应用，进而实现本地和对端用户的通信服务应用。

需要说明的是，多模无线卫星通信终端除可使用wifi和lora无线方式接入外，还可同时保留电话、数据等业务的物理接口，具备为有线终端用户提供服务的能力，即用户终端同样也可以是有线终端，例如二线电话机、计算机等，使用时，通过电话线缆和网络线缆连接即可。

综上可见，本发明通过整体考虑和集成设计，多模无线卫星通信终端可为用户提供双通信传输体制和无感切换体验，无需用户干预即可根据系统设计的策略选择合适的通信传输方式，能够适应不同的通信需求和应用场合，有效的提高卫星资源利用率；通过集成wifi，特别是lora无线接入模式的引入，极大的提高了业务终端布置和使用的灵活性，提升了地球站的服务范围，从而实现了近距离高速通信、远距离可靠通信的服务能力；同时，通过使用手机、pad等市场通用的无线类产品+多模通信app的方式为用户提供了极为便捷、简单和易用易维护的使用模式和体验操。并且，本发明既可应用于新建卫星通信系统，亦可在不对已有卫星通信系统进行任何改动的情况下，通过新建或加装于已有的各类卫星通信地球站之中，方便对现有通信卫星地球站进行升级改造。

最后需要说明的是，尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。