船载移动基站及基于船载移动基站的移动通信系统

摘要

本发明公开了无线通信技术领域中的一种船载移动基站及基于船载移动基站的移动通信系统，能够为远洋作业或遇险的船只提供常用的移动通信服务。船载移动基站包括天线模块、射频模块、基带模块、协议转换模块和供电模块；协议转换模块包括顺序相连的第一移动通信数据接口单元、第一数据业务辨析单元、第一数据处理单元和第一卫星通信数据接口单元；基于船载移动基站的移动通信系统包括空中卫星通信子系统、船载移动基站通信子系统和地面移动通信子系统；船载移动基站通信子系统包括与船载卫星小站相连的船载移动基站；地面移动通信子系统包括与卫星主站和基站控制装置相连的地面协议转换器。本发明实现了海上作业人员与地面人员之间的普通手机通信。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种船载移动基站及基于船载移动基站的移动通信系统。

背景技术

海上通信有多种手段，包括海事卫星通信系统、VSAT(Very Small Aperture Terminals，小天线地面站卫星通信系统)、VHF(Very High Frequency，甚高频通信系统)等。但是，海事卫星和VSAT等卫星通信手段的终端价格和通信费用昂贵，且操作复杂，仅作为海上的应急通信工具使用。而VHF受其工作体制的限制，无法和陆地移动通信终端实现有效的对接，只能在海上特定频道上进行对讲。

作为主要的日常通信工具的手机已经广泛应用于海上生产生活当中。目前，海上移动信号的覆盖多采用在陆地上安装大功率的宏蜂窝基站。GSM技术体系范围内的基站理论上能实现35公里海域范围的信号覆盖，因此，距离较远时手机上行信号功率受限，通信质量无法保障。第三代移动通信系统如WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等，因其工作频段和特有的呼吸效应的影响，覆盖范围更为有限。为解决陆地基站海上信号覆盖范围的限制，还可以采用在船舶上安装船载直放站的方式，对陆地基站信号进行放大和中继，达到扩展陆地基站覆盖范围目的。但采用这种方式，船舶直放站必须在陆地基站信号覆盖范围以内，一旦船舶驶离陆地基站的覆盖范围，船舶直放站将无法工作。同时，船舶直放站只对陆地基站信号进行放大和中继，会带来单基站覆盖范围过大导致较高话务量无法吸收的问题。

发明内容

针对上述远洋地区产生的通信问题，本发明提供了一种船载移动基站及基于船载移动基站的移动通信系统，为远洋作业的船只或遇险船只提供手机通信服务。

技术方案是，一种船载移动基站，利用既有的船载卫星小站连接空中卫星通信子系统，并通过与所述空中卫星通信子系统相连的地面移动通信子系统，为移动终端提供服务，其特征是所述船载移动基站包括天线模块、射频模块、基带模块、协议转换模块和供电模块；

所述天线模块分别与射频模块、供电模块相连，用于接收移动终端发送的信号和向移动终端发送信号；

所述射频模块分别与天线模块、基带模块和供电模块相连，用于实现射频调制；

所述基带模块分别与射频模块、协议转换模块和供电模块相连，用于实现基带调制；

所述协议转换模块分别与基带模块、船载卫星小站和供电模块相连，用于实现船上的移动通信数据与卫星通信数据转换；

所述供电模块分别与天线模块、射频模块、基带模块、协议转换模块相连，用于为天线模块、射频模块、基带模块和议转换模块供电；

所述协议转换模块包括顺序相连的第一移动通信数据接口单元、第一数据业务辨析单元、第一数据处理单元和第一卫星通信数据接口单元；

所述第一移动通信数据接口单元与基带模块相连，用于接收和发送移动通信数据；

所述第一数据业务辨析单元分别与第一移动通信数据接口单元和第一数据处理单元相连，用于辨析移动通信数据的业务类型；

所述第一数据处理单元分别与第一数据业务辨析单元和第一卫星通信数据接口单元相连，用于根据卫星通信数据的格式，将移动通信数据拆包并封装成卫星通信数据后发送到第一卫星通信数据接口单元；还用于根据卫星通信数据的格式，提取卫星通信数据中的移动通信数据；

所述第一卫星通信数据接口单元与船载卫星小站相连，用于接收和发送卫星通信数据。

所述协议转换模块还包括第一空时隙提取与插入单元，所述第一空时隙提取与插入单元分别与第一数据业务辨析单元和第一数据处理单元相连，用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，提取移动通信数据传输时未占用的空时隙，还用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，插入移动通信数据传输时未占用的空时隙。

所述协议转换模块还包括第一空闲帧过滤与恢复单元，所述第一空闲帧过滤与恢复单元分别与第一数据业务辨析单元和第一数据处理单元相连，用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，识别移动通信数据中的空闲帧，并控制移动通信数据只传输空闲帧的标志位；还用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，识别移动通信数据中的空闲帧的标志位，并在空闲帧的标志位后插入空闲帧。

所述协议转换模块还包括第一信道优化与还原单元，所述第一信道优化与还原单元分别与第一数据业务辨析单元和第一数据处理单元相连，用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，将在不同信道传输的信令信息分配到一个信道传输；还用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，将在一个信道传输的信令信息还原到传输前各个信令信息所在的信道传输。

所述射频模块还包括宽频带合路单元，用于实现共模处理。

一种基于船载移动基站的移动通信系统包括空中卫星通信子系统、船载移动基站通信子系统和地面移动通信子系统，所述空中卫星通信子系统包括通信卫星，所述船载移动基站通信子系统包括船载卫星小站，所述地面移动通信子系统包括卫星主站、基站控制装置和移动交换中心，其特征是所述船载移动基站通信子系统还包括与船载卫星小站相连的船载移动基站；所述地面移动通信子系统还包括地面协议转换器，所述地面协议转换器分别与卫星主站和基站控制装置相连；

所述地面协议转换器包括顺序相连的第二卫星通信数据接口单元、第二数据处理单元、第二数据业务辨析单元和第二移动通信数据接口单元；用于实现地面上的移动通信数据与卫星通信数据转换；

所述第二卫星通信数据接口单元与卫星主站相连，用于接收和发送卫星通信数据；

所述第二数据处理单元分别与第二卫星通信数据接口单元和第二数据业务辨析单元相连；用于根据卫星通信数据的格式，提取卫星通信数据中的移动通信数据；还用于根据卫星通信数据的格式，将移动通信数据拆包并封装成卫星通信数据后发送到第二卫星通信数据接口单元；

所述第二数据业务辨析单元分别与第二移动通信数据接口单元和第二数据处理单元相连，用于辨析移动通信数据的业务类型；

所述第二移动通信数据接口单元与基站控制装置相连，用于接收和发送移动通信数据。

所述地面协议转换器还包括第二空时隙提取与插入单元，所述第二空时隙提取与插入单元分别与第二数据业务辨析单元和第二数据处理单元相连，用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前插入移动通信数据传输时未占用的空时隙；还用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，提取移动通信数据传输时未占用的空时隙。

所述协议转换模块还包括第二空闲帧过滤与恢复单元，所述第二空闲帧过滤与恢复单元分别与第二数据业务辨析单元和第二数据处理单元相连，用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，识别移动通信数据中的空闲帧的标志位，并在空闲帧的标志位后插入空闲帧；还用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，识别移动通信数据中的空闲帧，并控制移动通信数据只传输空闲帧的标志位。

所述协议转换模块还包括第二信道优化与还原单元，所述第二信道优化与还原单元分别与第二数据业务辨析单元和第二数据处理单元相连，用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，将在一个信道传输的信令信息还原到传输前各个信令信息所在的信道传输；还用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，将在不同信道传输的信令信息分配到一个信道传输。

本发明通过卫星通信系统实现与陆地移动通信网络的对接，可将移动信号的覆盖扩展到卫星通信系统能够覆盖的海域，海上作业人员只需使用普通的手机终端即可实现即时通信，且通信不受陆地基站的任何限制，在保障覆盖范围的同时还能够保障足够的话务量。

附图说明

图1是船载移动基站结构示意图；

图2是船载移动基站的协议转换模块结构示意图；

图3是卫星通信数据结构示意图；

图4是船载移动基站组成示意图；

图5是基于船载移动基站的移动通信系统总体结构图；

图6是地面移动通信子系统的地面协议转换器结构示意图；

图7是船载移动基站的协议转换模块的另一种结构示意图；

图8是地面移动通信子系统的地面协议转换器的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是船载移动基站结构示意图，图1中，船载移动基站包括天线模块、射频模块、基带模块、协议转换模块和供电模块。

天线模块分别与射频模块、供电模块相连，用于接收移动终端发送的信号和向移动终端发送信号。

射频模块分别与天线模块、基带模块和供电模块相连，用于实现射频调制。

基带模块分别与射频模块、协议转换模块和供电模块相连，用于实现基带调制。

协议转换模块分别与基带模块、船载卫星小站和供电模块相连，用于实现船上的移动通信数据与卫星通信数据转换。

供电模块分别与天线模块、射频模块、基带模块、协议转换模块相连，用于为天线模块、射频模块、基带模块和议转换模块供电。

图2是船载移动基站的协议转换模块结构示意图。图2中，协议转换模块包括顺序相连的第一移动通信数据接口单元、第一数据业务辨析单元、第一数据处理单元和第一卫星通信数据接口单元。

第一移动通信数据接口单元与基带模块相连，用于接收和发送移动通信数据。

第一数据业务辨析单元分别与第一移动通信数据接口单元和第一数据处理单元相连，用于辨析移动通信数据的业务类型。移动通信数据的业务类型包括Abis业务和Iub业务，第一数据业务辨析单元主要通过帧标志位辨析通信数据的业务类型。在本发明中，辨析业务类型的目的在于，使对端根据业务类型进行相应的处理。比如，海上手机终端用户采用的是Abis业务类型呼叫地面用户，则地面移动通信子系统也应当使用相同的业务类型处理该呼叫。

第一数据处理单元是船载移动基站的核心，其主要功能是实现移动通信数据和卫星通信数据的转换。第一数据处理单元分别与第一数据业务辨析单元和第一卫星通信数据接口单元相连，用于根据卫星通信数据的格式，将移动通信数据拆包并封装成卫星通信数据后发送到第一卫星通信数据接口单元；还用于根据卫星通信数据的格式，提取卫星通信数据中的移动通信数据。

下面以卫星通行数据采用IP数据为例，说明第一数据处理单元进行数据转换的原理。图3是卫星通信数据结构示意图。图3中，卫星通行数据采用IP数据，IP数据的帧结构包括以太报头(占22字节)、IP报头(占20字节)、UDP报头(占8字节)、控制字段(占4字节)、承载业务字段(用于存放分包后的移动通信数据)和FCS(帧校验序列，占4字节)。其中，控制字段用于决定承载业务字段的长度。控制字段包括：负荷标志(用于表示负荷的类型，占4bit位)、L(同步失效标志，占1bit位)、R(丢包标志，占1bit位)、保留字(不使用的情况下全部置0，占4bit位)、数据长度(表示控制字段和承载业务字段的长度，占6bit位)、序列号(用来控制数据包乱序，16bit位)。从上述IP数据帧结构可以看出，承载业务字段的长度由控制字段的数据长度决定。当控制字段的数据长度确定后，移动通信数据根据其长度拆包，并将拆成的包放入IP数据的承载业务字段中即可完成封装。此时需要注意，移动通信数据拆包后，每个拆分出来的包都有包编号，用于在将卫星通信数据转换成移动通信数据时，进行包重组。移动通信数据拆封并封装完成后，发送到第一卫星通信数据接口单元，通过空中卫星通信子系统，发送到地面移动通信子系统，完成数据发送。

反之，当有地面移动通信子系统发送的卫星通信数据通过第一卫星通信数据接口单元达到第一数据处理单元后，第一数据处理单元将IP数据帧格式的承载业务字段中存储的数据提取出来。这些提取出来的数据是分包数据，根据包编号，将这些数据按序重组，就形成了移动通信数据。然后将其发送到第一数据业务辨析单元辨析移动通信数据业务类型后，通过第一移动通信数据接口单元发送到基带模块，完成卫星通信数据的接收和转换。

需要强调的是，上述IP数据帧格式的承载业务字段中存储的数据，还包括优化后的数据。即当本发明的协议转换模块使用第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元或第一信道优化与还原单元中的任何一个或多个时，IP数据帧格式的承载业务字段中存储的数据应当是经过上述单元优化后的数据。

图2中，第一卫星通信数据接口单元与船载卫星小站相连，用于接收和发送卫星通信数据。

图4是船载移动基站组成示意图。图4中，协议转换模块通过E1线路连接GSM基带单元和WCDMA基带单元，基带模块完成业务数据的基带处理。GSM基带单元通过光纤连接GSM射频单元，WCDMA基带单元也通过光纤连接第一WCDMA射频单元和第二WCDMA射频单元，GSM射频单元和第一WCDMA射频单元通过同轴电缆连接到宽频带合路单元，实现GSM和WCDMA的共模处理，第二WCDMA射频单元通过同轴电缆直接连接定向天线，定向天线满足抗10级台风，放水，防烟雾，防腐蚀的三防标准，解决海上WCDMA的信号覆盖。宽频带合路单元通过同轴电缆和耦合器接多个船舱内吸顶天线，解决船舱内各层GSM和WCDMA的信号覆盖问题。

本发明利用卫星通信系统承载陆地移动通信系统，实现船舶移动基站和陆地移动通信系统的对接。图5是基于船载移动基站的移动通信系统总体结构图。图5中，基于船载移动基站的移动通信系统包括空中卫星通信子系统、船载移动基站通信子系统和地面移动通信子系统。其中，空中卫星通信子系统包括通信卫星；船载移动基站通信子系统包括相互连接的船载卫星小站和船载移动基站；地面移动通信子系统包括顺次连接的卫星主站、协议转换器、基站控制装置和移动交换中心。移动交换中心接入到公共交换电话网络(Public Switched Telephone Network，PSTN)和公共陆地移动网(Public Land Mobile Network，PLMN)。

图6是地面移动通信子系统的地面协议转换器结构示意图。图6中，所述地面协议转换器包括顺序相连的第二卫星通信数据接口单元、第二数据处理单元、第二数据业务辨析单元和第二移动通信数据接口单元；用于实现地面上的移动通信数据与卫星通信数据转换。

第二卫星通信数据接口单元与卫星主站相连，用于接收和发送卫星通信数据。

第二数据处理单元是地面协议转换器的核心，其主要功能是实现移动通信数据和卫星通信数据的转换。第二数据处理单元分别与第二卫星通信数据接口单元和第二数据业务辨析单元相连；用于根据卫星通信数据的格式，提取卫星通信数据中的移动通信数据；还用于根据卫星通信数据的格式，将移动通信数据拆包并封装成卫星通信数据后发送到第二卫星通信数据接口单元。第二数据处理单元实现移动通信数据和卫星通信数据的转换原理与船载移动基站的协议转换模块的第一数据处理单元相同，在此不再赘述。

但应当强调的是，在第二数据处理单元实现移动通信数据和卫星通信数据的转换中，IP数据帧格式的承载业务字段中存储的数据，还包括优化后的数据。即当本发明船载移动基站的协议转换模块使用第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元或第一信道优化与还原单元中的任何一个或多个时，地面协议转换器也应当对应地使用第二空时隙提取与插入单元、第二空闲帧过滤与恢复单元或第二信道优化与还原单元中的任何一个或多个，此时，IP数据帧格式的承载业务字段中存储的数据应当是经过上述第二空时隙提取与插入单元、第二空闲帧过滤与恢复单元或第二信道优化与还原单元优化后的数据。

第二数据业务辨析单元分别与第二移动通信数据接口单元和第二数据处理单元相连，用于辨析移动通信数据的业务类型。

第二移动通信数据接口单元与基站控制装置相连，用于接收和发送移动通信数据。

由于通过空中卫星通信子系统传输数据速度受带宽限制，而且价格较昂贵，因此为了提高数据传输效率，在本发明中，可以在移动通信数据转换成卫星通信数据前进行优化处理，在卫星通信数据转换成移动通信数据时，再进行还原处理，从而提高数据在卫星通信过程中的传输速度，减少数据流量，降低成本。

图7是船载移动基站的协议转换模块的另一种结构示意图。在本发明中，可以通过在船载移动基站的协议转换模块中，增加第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元、第一信道优化与还原单元，实现数据的优化或者还原。其中，第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元、第一信道优化与还原单元分别从不同的方面对数据进行优化或者还原，这三个单元功能相对独立，可以同时使用，也可以只选择其中的一个或者两个使用。由于这三个单元功能相对独立，因此他们之间的连接关系并不固定，但应当保证这三个单元都要在第一数据业辨析单元和第一数据处理单元之间。另外，当船载移动基站的协议转换模块中增加第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元、第一信道优化与还原单元时，相对应地，地面协议转换器也要增加第二空时隙提取与插入单元、第二空闲帧过滤与恢复单元、第二信道优化与还原单元。

图7中，船载移动基站的协议转换模块中使用了第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元、第一信道优化与还原单元。

第一空时隙提取与插入单元分别与第一数据业务辨析单元和第一空闲帧过滤与恢复单元相连，用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，提取移动通信数据传输时未占用的空时隙。还用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，插入移动通信数据传输时未占用的空时隙。一般地面链路都传输32个E1时隙，占用2.048Mb/s的带宽。当E1链路未完全使用时，有大量的空时隙在传输，传输这些空时隙对卫星通信带宽造成了极大的浪费，只要不发射这些空时隙，对于卫星传输来说，会极大的节约了带宽成本。通过发送数据时“提取”空时隙，在接收数据时再将“提取”的空时隙“插入”，则可以节约带宽，又能够保证卫星传输的质量。对于第一空时隙提取与插入单元来说，“提取”的是手机终端发送的移动通信数据；而“插入”是从地面移动通信子系统接收并经过第一数据处理单元处理的数据。

第一空闲帧过滤与恢复单元分别与第一空时隙提取与插入单元和第一信道优化与还原单元相连，用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，识别移动通信数据中的空闲帧，并控制移动通信数据只传输空闲帧的标志位。还用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，识别移动通信数据中的空闲帧的标志位，并在空闲帧的标志位后插入空闲帧。在实际通话过程中，一方说话的时候另一方往往处于静音状态。为了提高移动通信系统容量和服务质量，降低空中干扰，提高电池的使用寿命，移动通信系统通常采用非连续发射(DTX)技术。此过程中如果一方处于静音状态，移动通信系统的Abis接口和Iub接口会传输带有SID(Silent Indicator，静默指示符)或BFI(Bad Frame Indicator坏帧标识)标志的帧，这些帧没有实际的语音编码信息，仅含有少量的静音参数。因此，在发送端，数据传输过程中只传送必要的比特位即可；而接收端，通过标志位对数据进行恢复，这样可以节省大量的语音数据带宽。

第一信道优化与还原单元分别与第一空闲帧过滤与恢复单元和第一数据处理单元相连，用于在移动通信数据转换成卫星通信数据前，将在不同信道传输的信令信息分配到一个信道传输。还用于在卫星通信数据转换成移动通信数据后，辨析移动通信数据的业务类型前，将在一个信道传输的信令信息还原到传输前各个信令信息所在的信道传输。在移动通信系统的Abis接口和Iub接口定义了RSL、OML等信令时隙，信令时隙数据量的大小和话务量成正比。这些信令处理移动通信系统中通话建立、系统监控等分组信息，当基站载频未完全配满和话务量较小时，这些信令时隙承载的有效信息只占用分配带宽的一小部分。虽然信令信息是分组数据，但这些时隙都分配固定的TDM通道，因此不得不填充大量的空闲比特。为了降低带宽占用，在发送端，可以采用多路统计复用的方式进行信道优化，将多个分组信道合并成用一个信道承载；而在接收端，进行信道还原的恢复处理。

图8是地面移动通信子系统的地面协议转换器的另一种结构示意图。当船载移动基站的协议转换模块中增加第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元、第一信道优化与还原单元时，相对应地，地面协议转换器也要增加第二空时隙提取与插入单元、第二空闲帧过滤与恢复单元、第二信道优化与还原单元。第二空时隙提取与插入单元、第二空闲帧过滤与恢复单元、第二信道优化与还原单元分别从不同的方面对数据进行优化或者还原，这三个单元功能相对独立，可以同时使用，也可以只选择其中的一个或者两个使用。由于这三个单元功能相对独立，因此他们之间的连接关系并不固定，但应当保证这三个单元都要在第二数据业辨析单元和第二数据处理单元之间。

图8中，地面协议转换器增加第二空时隙提取与插入单元、第二空闲帧过滤与恢复单元、第二信道优化与还原单元。

第二空时隙提取与插入单元、第二空闲帧过滤与恢复单元、第二信道优化与还原单元的工作原理分别和与他们对应地第一空时隙提取与插入单元、第一空闲帧过滤与恢复单元、第一信道优化与还原单元相同。在此不再赘述。

本发明可将移动信号的覆盖扩展到卫星通信系统能够覆盖的海域，海上作业人员只需使用普通的手机终端即可实现即时通信，且通信不受陆地基站的任何限制，在保障覆盖范围的同时还能够保障足够的话务量。其应用可分为公益性应用和商业性应用。公益性应用通过在海事、救捞、渔政等政府船舶上安装海上船舶移动基站，利用大功率室外天线为附近海域的作业人员提供移动通信服务；商业性应用主要用于大型游轮、渡轮、货轮等商用船舶，通过在这些商用船舶上安装海上移动基站，提供船舱内单点或多点的移动信号覆盖，解决本船工作人员的日常通信需要。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。