基于超宽带毫米波无线通信的宇航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超宽带毫米波无线通信的宇航系统，利用了毫米波的信道传播特性和超宽带高数据率的优势，提供了毫米波通信一种新的应用，用于需要高速数据传输的系统中，诸如外空探测跟踪系统、多目标跟踪系统、地面海陆作战系统以及某些卫星载荷系统等。超宽带毫米波无线通信方法能提供高速的数据传输，代替系统中原有的有线连接，譬如光纤、电缆或数据线等。同时，结合系统的结构、布局以及性能要求提供了毫米波通信方法的通信架构和通信协议，优化原有系统的结构，提升系统性能，有利于系统扩展和应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域和国防电子信息
，特别是涉及一种基于超宽带毫米波无线通信的宇航系统。
技术介绍
随着智能终端的兴起以及无线数据应用业务的丰富，无线通信系统中的数据用户数大大增加，导致无线网络流量呈现出爆炸式增长的态势。根据预测，未来10年无线数据业务将增长500-1000倍，这对未来移动宽带通信系统的网络容量提出了更高的要求。因此，上Gbps用户体验速率、数十Gbps峰值速率是无线通信网络的主要挑战。提升无线通信系统网络容量的方法有多种，主要包括提升频谱效率、增大网络密度、增加可用系统频带等。目前，在5G移动通信系统中，增加可用系统频带方面已成为业界关注的焦点。移动通信的快速发展使得无线传播特性比较好的3GHz以下的频带中可用的频谱资源非常稀缺，但3GHz?300GHz频带(波长从1到100mm，统称为毫米波)范围内有252GHz的频谱资源可以利用，其可用频谱资源是目前3GHz以下可用频谱资源的200倍以上。因此，如何利用这部分频带范围内的信道传播特性进行移动宽带通信系统的设计是非常值得思考的。其中60GHz的免授权频段由于氧气对电磁波的吸收能力比较强，只适合于短距离无线通信，目前802.llad已制定了该频段的标准，使用拥有57?66GHz未分配频段的60GHz频谱高频载波。164-200GHZ的频带受到水蒸气吸收影响，有严重的雨衰，也只适合短距离通信。通常大家认为自由空间传播损耗取决于频率，频率越高，损耗越大。但是，该结论成立的前提是天线接收的有效面积取决频率，频率越高，有效面积越小。考虑到单位面积上可摆放的天线数与频率成反比，所以在高频段可以通过更多的天线进行波束赋形获得更高的增益。对毫米波通信而言，研究表明，相比于3GHz以下的频段，使用毫米波频段的室外基站信号在穿透某些建筑材料(砖块、混凝土等)时损耗非常大，达到上百个dB;同时对于毫米波通信来说植被穿透损耗也非常大；相比3GHz以下的频段来说，雨衰以及氧衰对毫米波通信的影响也大。毫米波在实际的无线通信环境中传播时，存在反射和衍射，形成多径，限制了毫米波的传播范围以及在非视距传输场景中的使用。多普勒频移取决于用户的移动速度及工作载频，相对于低频段来说，毫米波通信会形成较大的多普勒频移扩展范围。因此，在5G通信系统中毫米波通信主要作为辅助频段，是对低频段大范围覆盖通信的补充，需要考虑毫米波传播特性合理设计使用场景以及通信系统、架构等。在诸如外空探测跟踪系统、多目标跟踪系统、地面海陆作战系统以及某些卫星载荷系统中，需要进行高速数据传输，目前这些系统中采用的或是光纤、电缆或布线等方法进行高速数据传输，参照图1。上述系统其简化的基本结构参照图1，系统包括中央处理器和多个子系统，中央处理器和子系统之间需要通过光纤或电缆进行高速的数据传输，以及子系统之间需要进行有线的高速传输等，有线的使用限制了系统的扩展、结构的设计、以及增加了系统的重量等，尤其当系统复杂时布线复杂，系统的结构和应用大大受限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种应用于宇航系统内的毫米波通信方法，通过本专利技术可以实现宇航系统内通过无线连接的方式实现系统内部的通信，省去了系统架设过程中光缆的布放工作，降低了系统设计难度以及系统的重量，有利于系统的扩展以及多种应用，提升了系统的性能，增加了系统的灵活度。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于超宽带毫米波无线通信的宇航系统，包括系统设备和无线信号通信子系统；无线信号通信子系统包括相匹配的第一毫米波通信设备和第二毫米波通信设备；系统设备包括中央处理设备和子系统终端；中央处理设备和第一毫米波通信设备相连接，第二毫米波通信设备与子系统终端相连接，中央处理设备与子系统终端之间通过第一毫米波通信设备和第二毫米波通信设备之间的无线网络进行通信。作为优选的，无线通信子系统采用两层通信协议模型，通信协议模型包括物理层和子系统接入层，物理层用于编码和解码、调制与解调、频率时间的同步、信号映射;子系统接入层负责区分各子系统、数据成帧、物理寻址、差错控制、流量控制以及各子系统之间的同步。作为优选的，第一毫米波通信设备设有N个扇区，N为大于或等于1的整数;每一个扇区配置的频谱资源互不相同。作为优选的，中央处理设备能够控制第一毫米波通信设备向所有第二毫米波通信设备发送广播信号；广播信号包括扇区号、时间戳、控制信息以及数据信息；控制信息用于控制子系统终端运行，数据信息为中央处理器向子系统终端发送的数据。作为优选的，中央处理设备能够控制第一毫米波通信设备向第二毫米波通信设备发送第一通信信号；第一通信信号包括扇区号、时间戳、子系统终端编号和通信信息；子系统终端编号用于区分子系统终端;数据信息为中央处理器向子系统终端发送的数据；子系统终端根据子系统终端编号进行匹配，若子系统终端与第一通信信号中的子系统终端编号相吻合，子系统终端执行第一通信信号中的数据信息;若不吻合，则忽略第一通信信号。作为优选的，子系统终端能够控制第二毫米波通信设备向第一毫米波通信设备发送第二通信信号；第二通信信号包括时间戳、信号收发模块编号、子系统终端编号以及与子系统终端编号对应的通信信息；信号收发模块编号用于区分信号收发模块;子系统终端编号用于区分子系统终端;数据信息为子系统终端向中央处理器发送的数据。作为优选的，子系统终端能够控制第二毫米波通信设备向其他第二毫米波通信设备发送第三通信信号；第三通信信号包括时间戳、发送方子系统终端编号、接收方子系统终端编号以及数据信息；数据信息为两个子系统终端之间需要交互的信息。作为优选的，第二毫米波通信设备与N个子系统终端相连接，N大于或者等于1。作为优选的，第一毫米波通信设备的数量与第二毫米波通信设备的数量相同；第一毫米波通信设备与第二毫米波通信设备一一对应。如上所述，本专利技术用于系统内的超宽带毫米波无线通信方法，具有以下有益效果:本专利提出的用于系统内的毫米波无线通信方法取代系统中原有的有线布局，给系统的结构和布局等设计带来了灵活度，降低了系统的复杂度以及减轻了系统重量，提升了系统性能，有利于系统扩展以及多种应用。本专利技术提出的用于系统内的毫米波无线通信的方法，充分利用了系统中信道的特征:距离较短、直视、传播信道简单(无多径)、无穿透、无雨衰影响等，避免了毫米波传播的缺陷性和限制，利用了毫米波超带宽的优势，能有效地满足系统对高数据率的需求，提升系统性能，优化系统设计，同时为毫米波提供了一种高效的、全新的应用。【附图说明】图1为本专利技术中需要进行高速数据传输的系统简化示意图。图2为本专利技术中应用毫米波无线通信方法的系统简化示意图。图3为本专利技术第一种实施例中系统内毫米波无线通信架构。图4为本专利技术第一种实施例中毫米波无线通信架构下行链路封包1。图5为本专利技术第一种实施例中毫米波无线通信架构下行链路封包2。图6为本专利技术第一种实施例中毫米波无线通信架构上行链路封包。图7为本专利技术第二种实施例中系统内毫米波无线通信架构。图8为本专利技术第二种实施例中毫米波无线通信架构下行链路封包1。图9为本专利技术第二种实施例中毫米波无线通信架构下行链路封包2。图10为本专利技术第二种实施例中毫米波无线通信架构上行链路封包。图11为本专利技术中第一种实施例中毫米波无线通信子系统之间交互本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超宽带毫米波无线通信的宇航系统，其特征在于，包括系统设备和无线信号通信子系统；所述无线信号通信子系统包括相匹配的第一毫米波通信设备和第二毫米波通信设备；所述系统设备包括中央处理设备和子系统终端；所述中央处理设备和所述第一毫米波通信设备相连接，所述第二毫米波通信设备与所述子系统终端相连接，所述中央处理设备与所述子系统终端之间通过所述第一毫米波通信设备和所述第二毫米波通信设备之间的无线网络进行通信。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾媛，彭福军，墨晶岩，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31