一种5G毫米波高速无线通信系统及方法与流程

一种5g毫米波高速无线通信系统及方法
技术领域
1.本技术属于机载通信技术领域，特别涉及一种5g毫米波高速无线通信系统及方法。


背景技术：

2.随着机载信息系统的不断发展，机载航电网络架构也不断演进。当前机载网络均采用有线连接的方式，网络容量有限、物理拓扑连接固定、故障耦合性高、自愈能力差、无法支持载荷的即插即用、无法灵活升级。与此同时，随着人工智能、无线网络技术发展，机载系统正在经历从传统的机械化、信息化、网络化、综合化向数据化、智能化、体系化、能力化转变的深刻进程中，机载通信的无线化是机载平台发展的一个趋势。
3.目前在各类型号中没有机载无线网络的实现方案。现有工程应用中，对于机内无线通信系统原型无系统性的解决途径，相关研究的技术成熟度偏低，在机载应用领域尚未有相关无线设备技术方案。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本技术提供了一种5g毫米波高速无线通信方法及系统，满足机载环境下无线通信需求，可以有效提升网络性能，提高维护性与可靠性，实现即插即用和柔性互联。
5.本技术第一方面提供了一种5g毫米波高速无线通信系统，包括设置在承载板上的天线系统、射频前端及基带处理器，天线系统通过同轴电缆连接所述射频前端，射频前端通过ddf40c连接器连接基带处理器，基带处理器连接有路由模块，通过路由模块与机载设备进行数据交互，天线系统、射频前端及基带处理器均通过控制接口连接控制系统，机载传感器通过fc总线连接所述无线通信系统，飞机上的低速设备节点通过低速接口连接至所述无线通信系统，所述基带处理器用于对数据进行编码及数模转换，所述射频前端用于对数据进行正交、混频及滤波处理，所述天线系统用于发射或接收数据。
6.优选的是，所述低速接口包括通用串行总线gpio。
7.优选的是，所述基带处理器包括dac、adc、数字调制模块及信道编码模块，数据发射时，待发射数据帧分别经由信道编码模块、数字调制模块及dac处理为中频信号，数据接收时，中频信号依次经由adc、数字调制模块及信道编码模块形成接收数据帧。
8.优选的是，所述射频前端系统包括混频器、滤波器、射频放大器及低噪声放大器，数据发射时，中频信号经由混频器、滤波器及射频放大器形式射频信号，数据接收时，射频信号依次经由滤波器、低噪声放大器及混频器形成中频信号。
9.优选的是，所述路由模块配备有千兆网口。
10.本技术第二方面提供了一种5g毫米波高速无线通信方法，采用如上所述的5g毫米波高速无线通信系统进行数据发射及数据接收，所述方法包括：
11.进行数据发射时，数据经路由模块送入基带处理器，由基带处理器对数据加载包
头并进行信道编码，然后对数据帧进行数字调制，之后进行数模转换形成中频信号，送入射频前端系统，射频前端系统对中频信号进行正交化处理，并经混频器混频、滤波器滤波，然后送至射频放大器，之后发送到天线系统，由天线系统根据通道开关切换指令选中相应天线发射信号；
12.进行数据接收时，通过指定的接收天线接收到的射频信号发送至射频前端系统，完成下变频处理，得到中频信号，经滤波后送入基带处理模块，基带处理模块通过模数转换，获得数字信号，经过数字滤波和解调得到数据，对数据进行校验、拆包后得到数据负载并送路由模块，由路由模块通过fc总线完成与航电系统各传感器数据交互。
13.本技术首次通过机载5g毫米波高频免授权频段开展机内无线通信研究，实现机内复杂封闭空间高速率、高可靠和低时延无线传输，解决了新体制机载通讯电磁兼容问题；本技术通过优化舱内空间与结构布局方式，减轻了平台重量，提升了飞机任务执行效能。
附图说明
14.图1是本技术5g毫米波高速无线通信系统的一优选实施例的物理构成示意图。
15.图2是本技术图1所示实施例的系统逻辑功能示意图。
16.图3是本技术图1所示石壕吏的物理层工作流程示意图。
17.其中，1-天线系统，2-射频前端系统，3-基带处理器，4-千兆网口，5-路由模块，6电源模块,7-控制系统，8-承载板，9-低速设备节点，10-fc总线，11-高速数据接口，12-dac，13-混频器，14-滤波器，15-射频放大器，16-低噪声放大器，17-adc。
具体实施方式
18.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
19.本技术第一方面提供了一种5g毫米波高速无线通信系统，如图1-图3所示，主要包括设置在承载板8上的天线系统1、射频前端2及基带处理器3，天线系统1通过同轴电缆连接所述射频前端2，射频前端2通过ddf40c连接器连接基带处理器3，基带处理器3连接有路由模块5，通过路由模块5与机载设备进行数据交互，天线系统1、射频前端2及基带处理器3均通过控制接口连接控制系统7，机载传感器通过fc总线连接所述无线通信系统，飞机上的低速设备节点9通过低速接口连接至所述无线通信系统，所述基带处理器3用于对数据进行编码及数模转换，所述射频前端2用于对数据进行正交、混频及滤波处理，所述天线系统1用于发射或接收数据。
20.本技术的天线系统1和射频前端系统2由机上fc总线10向机载系统提供控制接口；各个功能模块的工况也由机载总线向机载系统进行汇报；低速设备9通过低速接口连接至无线模块而无需再配备fc节点网络设备。
21.本技术采用基于多路并行接收和单路发射的通信机制，可保证系统传输容量，并有效支持mac层的基于多通道的业务优先级接入方式。本技术的基带处理模块3和承载板8之间采用高速插卡式连接方式；天线系统1和射频前端系统2之间包括独立的tx和rx同轴电缆以及串行控制接口，射频前端模块2和基带处理器3之间的物理接口采用ddf40c连接器连接。
22.本技术的天线系统采用贴片形式，8个天线分为水平极化和垂直极化两组甲(乙)，每组四个天线(abcd)。其中甲乙组中的天线两两具有相同的方向但是极化互相垂直。射频系统的中频信号采用模拟iq双路输入，经移相器进行相位调制与叠加后经中频放大并于射频信号源混频滤波之后发射，接收过程与此相反。本技术的基带处理器的核心的运算由fpga完成，数据经过帧结构处理之后进行数字调制编码然后经da转换器发送给射频前端，接收过程与此相反。
23.在一些可选实施方式中，所述低速接口包括通用串行总线gpio。
24.在一些可选实施方式中，所述基带处理器3包括dac12、adc17、数字调制模块及信道编码模块，数据发射时，待发射数据帧分别经由信道编码模块、数字调制模块及dac12处理为中频信号，数据接收时，中频信号依次经由adc17、数字调制模块及信道编码模块形成接收数据帧。
25.在一些可选实施方式中，所述射频前端系统2包括混频器13、滤波器14、射频放大器15及低噪声放大器16，数据发射时，中频信号经由混频器13、滤波器14及射频放大器15形式射频信号，数据接收时，射频信号依次经由滤波器14、低噪声放大器16及混频器形成中频信号。
26.在一些可选实施方式中，所述路由模块5配备有千兆网口4。
27.本技术第二方面提供了一种5g毫米波高速无线通信方法，采用如上所述的5g毫米波高速无线通信系统进行数据发射及数据接收，所述方法包括：
28.进行数据发射时，数据经路由模块5送入基带处理器3，由基带处理器3对数据加载包头并进行信道编码，然后对数据帧进行数字调制，之后进行数模转换形成中频信号，送入射频前端系统2，射频前端系统2对中频信号进行正交化处理，并经混频器13混频、滤波器14滤波，然后送至射频放大器15，之后发送到天线系统1，由天线系统1根据通道开关切换指令选中相应天线发射信号；
29.进行数据接收时，通过指定的接收天线接收到的射频信号发送至射频前端系统2，完成下变频处理，得到中频信号，经滤波后送入基带处理模块3，基带处理模块3通过模数转换，获得数字信号，经过数字滤波和解调得到数据，对数据进行校验、拆包后得到数据负载并送路由模块5，由路由模块5通过fc总线完成与航电系统各传感器数据交互。
30.本技术突破以往机内有线通信方式，匹配机载实际环境设计了一种5g毫米波高速无线通信原型的硬件系统方案，可适配机载内部复杂电磁环境，满足机载环境下的无线通信需求。
31.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。