CN111756430A - 一种基于低轨道卫星的互联网通信方法、***及终端设备 - Google Patents

一种基于低轨道卫星的互联网通信方法、***及终端设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于低轨道卫星的互联网通信方法、***及终端设备，所述***包括地面站，与所述地面站距离最近的第一低轨道卫星，终端设备，以及与所述终端设备距离最近的第二低轨道卫星，所述地面站用于将网络信息上传至所述第一低轨道卫星，所述第一低轨道卫星用于将所述网络信息发送至所述第二低轨道卫星，所述第二低轨道卫星用于将所述网络信息发送至所述终端设备，所述终端设备接收所述网络信息并对所述网络信息进行解码后输出。本发明通过采用低轨道卫星代替光纤，通过构建基于低轨道卫星的互联网通信***把地面的终端设备和卫星互联网融合，实现地面网络的覆盖；且所述互联网通信***在自然灾害如地震、台风发生时可提供稳定的通信。

Description

一种基于低轨道卫星的互联网通信方法、***及终端设备
技术领域
本发明涉及互联网通信技术领域，特别涉及一种基于低轨道卫星的互联网通信方法、***及终端设备。
背景技术
随着科技的进步，互联网从1G、2G、3G、4G逐渐发展到目前的5G，目前已有支持5G的手机、电视等终端设备面世，但是现有网络均是基于底面基站的地面移动通信***来实现的。
中国4G通信基站总量占据了全球的64％，其覆盖率在全球遥遥领先，但也无法保证所有地区都有4G网络信号，其他国家就更不用说了，非洲、拉美国家通信基础设施落后，其网络信号一直是个大问题。在美国中部、加拿大北部等人烟稀少的地区，4G网络信号覆盖同样很不理想。而且现有的通信网络框架一遇到自然灾害导致基站损坏，通信立马中断。目前地球上尚有30亿用户由于缺少通信手段而无法接入网络。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于低轨道卫星的互联网通信方法、***及终端设备，旨在解决欠发达地区网络覆盖率低以及现有通信网络框架易受到自然灾害损坏导致通信中断的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，包括地面站，与所述地面站距离最近的第一低轨道卫星，终端设备，以及与所述终端设备距离最近的第二低轨道卫星，所述地面站用于将网络信息上传至所述第一低轨道卫星，所述第一低轨道卫星用于将所述网络信息发送至所述第二低轨道卫星，所述第二低轨道卫星用于将所述网络信息发送至所述终端设备，所述终端设备接收所述网络信息并对所述网络信息进行解码后输出。
所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，所述终端设备包括内置的卫星信号天线，所述卫星信号天线包括微带天线、Ku波段天线单元以及Ka波段天线单元。
所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，所述终端设备还包括依次电连接的低噪声放大器、变频器以及纠错解码器，以及与所述纠错解码器分别电连接的音频解码器、视频解码器以及存储器。
所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，所述地面站包括天线分***以及发射分***，所述发射分***用于将网络信息调制到卫星工作波段的载波上，经大功率放大后，通过所述天线分***发送至所述第一低轨道卫星。
所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，所述卫星工作波段包括Ku波段，Ka波段以及V波段。
所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，所述网络信息包括视频信号和音频信号。
所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，还包括与地面站建立通讯连接的服务器，所述服务器用于将网络信息传送至所述地面站。
所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其中，所述第一低轨道卫星与所述第二低轨道卫星的发射高度为500-2000km。
一种基于互联网通信***的通信方法，其中，包括步骤：
终端设备依次通过第二低轨道卫星、第一低轨道卫星向地面站发出网络访问请求；
终端设备接收从所述地面站发出的网络信息并对所述所述网络信息进行解码后输出。
一种终端设备，其中，所述终端设备包括内置的卫星信号天线，依次电连接的低噪声放大器、变频器以及纠错解码器，以及与所述纠错解码器分别电连接的音频解码器、视频解码器以及存储器。
有益效果：本发明提供了一种基于低轨道卫星的互联网通信***，通过地面站将网络信息上传至与其距离最近的第一低轨道卫星，所述第一低轨道卫星再将所述网络信息发送至与终端设备最近的第二低轨道卫星，所述终端设备接收所述网络信息并对所述网络信息进行解码后输出。本发明在欠发达地区通过采用低轨道卫星代替光纤，把地面的终端设备和卫星互联网融合，实现地面网络的覆盖，在自然灾害如地震、台风发生时提供稳定的通信。
附图说明
图1为本发明一种基于低轨道卫星的互联网通信***较佳实施例示意图。
图2为本发明基于低轨道卫星的互联网通信***的通信链路图。
图3为本发明终端设备的原理框图。
图4为本发明一种基于低轨道卫星的互联网通信方法较佳实施例流程图。
具体实施方式
本发明提供一种基于低轨道卫星的互联网通信方法、***及终端设备，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为解决欠发达地区网络覆盖率低以及现有通信网络框架易受到自然灾害损坏导致通信中断的问题，本发明提供了一种基于低轨道卫星的互联网通信***，如图1所示，其包括地面站10，与所述地面站10距离最近的第一低轨道卫星20，终端设备30，以及与所述终端设备30距离最近的第二低轨道卫星40，所述地面站10用于将网络信息上传至所述第一低轨道卫星20，所述第一低轨道卫星20用于将所述网络信息发送至所述第二低轨道卫星40，所述第二低轨道卫星40用于将所述网络信息发送至所述终端设备30，所述终端设备30接收所述网络信息并对所述网络信息进行解码后输出。
在本实施例中，如图1-图2所示，所述互联网通信***还包括与所述地面站10建立通讯连接的服务器50，所述服务器50用于将网络信息传送至所述地面站10。当用户通过终端设备30访问网络信息时，所述服务器20将网络信息传送至所述地面站10，所述地面站10通过协议将所述网络信息上传至与其距离最近的第一轨道卫星20，所述第一轨道卫星20通过激光寻找与所述终端设备30距离最近的第二轨道卫星40，所述第一轨道卫星20将网络信息发送至所述第二轨道卫星40，所述第二轨道卫星40将网络信息发送至所述终端设备30，最后所述终端设备30对接收的所述网络信息进行解码后输出，完成一次数据通信。
本实施例通过采用低轨道卫星代替光纤，通过构建基于低轨道卫星的互联网通信***把地面的终端设备和卫星互联网融合，实现地面网络的覆盖；且本实施例提供的互联网通信***在自然灾害如地震、台风发生时可提供稳定的通信。
在本实施例中，所述互联网通信***是基于低轨道卫星***实现的，所述低轨道卫星***一般是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的卫星***，其中卫星的分布称之为卫星星座，低轨道卫星可用于网络通讯，卫星的轨道高度低使得信号传输延时短，路径损耗小，多个卫星组成的通讯***可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。
低轨道卫星星座由多条轨道上的多个卫星组成，由于低轨道卫星和地球不同步，所以星座在不断的变化，各卫星的相对位置也在不断的变化之中。为了便于管理和实现多星***的实时通信，低轨道卫星不但要与地面终端和关口站相连，而且各低轨道卫星之间也要相连，这种相连可以通过地面链路相连，也可以通过星间链路相连。一般的星座有多个卫星轨道，各个低轨道卫星之间为了协调工作和实时通信，不同轨道的卫星之间还存在轨道间链路，这种轨道间链路避免了信息传回地面进行处理和路由选择，减小了二次业务分配，较之采用地面链路也降低了通信延时。
轨道间链路属于无线链路，可以采用微波、毫米波或激光链路。采用微波链路时，由于载波本身的频率比较低，所以要求的天线尺寸较大，发射功率也偏大，而且整个轨道间链路的带宽窄，只能适应数据传输量不大的情况。采用毫米波或激光链路，可以使用小天线、低输出功率和小型发射机，这一方面减小卫星的体积和质量，降低功率消耗，同时也由于工作频率高，提高了通信频带的带宽，并且采用了和其他天线不同的工作频段，极大的减小了对其它天线的干扰。
本实施例中低轨道卫星之间采用分布式组网构架，低轨道卫星之间采用激光通信。本实施例采用高度为500-2000km的低轨道卫星，其覆盖广，地表约束较小，采用本实施例低轨道卫星构成的星座可覆盖地球几乎任意角落，包括沙漠、海洋、高山甚至航空场景中。本实施例提供的基于低轨道卫星的互联网通信***可有效解决偏远落后地区无法接入互联网的问题，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；本实施例提供的互联网通信***还具有传输延迟更短、路径损耗更小的优点，且在自然灾害如地震、台风发生时还可提供稳定的通信。
在一些实施方式中，为了保证通信低轨道卫星的信号传送，需要设置地面站，所述地面站的基本作用是向卫星发射信号，同时接收经卫星转发来的信号，各种用途的地面站略有差异，但基本设施相同。具体来讲，所述地面站包括天线分***以及发射分***，所述发射分***用于将网络信息调制到卫星工作波段的载波上，经大功率放大后，通过所述天线分***发送至所述第一低轨道卫星。所述天线分***外型类似一口大锅，面向低轨道卫星，其直径一般为10米或30米，所述天线分***包括天线本身、馈电部分、跟踪部分和驱动部分。本实施例中，所述卫星工作波段包括Ku波段(12-18GHz)，Ka波段(27-40GHz)以及V波段。
在一些实施方式中，所述地面站还包括接收分***以及电源分***，所述接收分***用于接收卫星发送的信号，经放大，检波后，再发送到相应的终端设备；所述电源分***用于给所述地面站提供电源。
在一些实施方式中，所述地面站的性能指数G/T值是反映地面站接收***的一项重要技术性能指标，其中G为接收天线增益，T为表示接收***噪声性能的等效噪声温度，G/T值越大，说明地面站接收***的性能越好。
在一些实施方式中，如图3所示，所述终端设备30包括内置的卫星信号天线31，所述卫星信号天线包括微带天线、Ku波段天线单元以及Ka波段天线单元，所述Ku波段天线单元采用耦合馈电缝隙天线位于底层，所述Ka波段天线单元采用侧馈微带天线位于顶层。本实施例中，所述终端设备30通过所述卫星信号天线31接收低轨道卫星发送的信号。
在一些实施方式中，如图3所示，本实施例提供的终端设备30还包括依次电连接的低噪声放大器32、变频器33以及纠错解码器34，以及与所述纠错解码器34分别电连接的音频解码器35、视频解码器36以及存储器37。
具体来讲，所述网络信息可以为流媒体、门户网站、视频信号和音频信号。作为举例，如图3所示，当所述网络信息包括视频信号和网络信号时，所述地面站通过协议将网络信息转换为卫星信号发送给低轨道卫星，所述终端设备30中的低噪声放大器32、变频器33以及纠错解码器34可依次对接收的卫星信号进行降噪放大、变频和解调，调解出的音频信号和视频信号分别发送至音频解码器35、视频解码器36，所述音频解码器35电连接用于播放音频信号的功放设备38，如喇叭；所述视频解码器36电连接用于播放视频的显示屏39。本实施例中，所述存储器37用于储存解码后的网络信息。
在一些实施方式中，所述终端设备为手机、电脑、平板或电视中的一种，但不限于此。
在一些实施方式中，还提供一种基于互联网通信***的通信方法，如图4所示，其包括步骤：
S10、终端设备依次通过第二低轨道卫星、第一低轨道卫星向地面站发出网络访问请求；
S20、终端设备接收从所述地面站发出的网络信息并对所述所述网络信息进行解码后输出。
具体来讲，当用户通过终端设备发出网络访问请求时，服务器将请求的网络信息传送至所述地面站，所述地面站通过协议将所述网络信息上传至与其距离最近的第一轨道卫星，所述第一轨道卫星通过激光寻找与所述终端设备距离最近的第二轨道卫星，所述第一轨道卫星将网络信息发送至所述第二轨道卫星，所述第二轨道卫星将网络信息发送至所述终端设备30，最后所述终端设备对接收的所述网络信息进行解码后输出，完成一次数据通信。
综上所述，本发明提供的一种基于低轨道卫星的互联网通信***，通过地面站将网络信息上传至与其距离最近的第一低轨道卫星，所述第一低轨道卫星再将所述网络信息发送至与终端设备最近的第二低轨道卫星，所述终端设备接收所述网络信息并对所述网络信息进行解码后输出。本发明通过采用低轨道卫星代替光纤，通过构建基于低轨道卫星的互联网通信***把地面的终端设备和卫星互联网融合，实现地面网络的覆盖；且本发明提供的互联网通信***在自然灾害如地震、台风发生时可提供稳定的通信。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，包括地面站，与所述地面站距离最近的第一低轨道卫星，终端设备，以及与所述终端设备距离最近的第二低轨道卫星，所述地面站用于将网络信息上传至所述第一低轨道卫星，所述第一低轨道卫星用于将所述网络信息发送至所述第二低轨道卫星，所述第二低轨道卫星用于将所述网络信息发送至所述终端设备，所述终端设备接收所述网络信息并对所述网络信息进行解码后输出。
2.根据权利要求1所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，所述终端设备包括内置的卫星信号天线，所述卫星信号天线包括微带天线、Ku波段天线单元以及Ka波段天线单元。
3.根据权利要求2所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，所述终端设备还包括依次电连接的低噪声放大器、变频器以及纠错解码器，以及与所述纠错解码器分别电连接的音频解码器、视频解码器以及存储器。
4.根据权利要求1所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，所述地面站包括天线分***以及发射分***，所述发射分***用于将网络信息调制到卫星工作波段的载波上，经大功率放大后，通过所述天线分***发送至所述第一低轨道卫星。
5.根据权利要求4所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，所述卫星工作波段包括Ku波段，Ka波段以及V波段。
6.根据权利要求4所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，所述网络信息包括视频信号和音频信号。
7.根据权利要求4所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，还包括与地面站建立通讯连接的服务器，所述服务器用于将网络信息传送至所述地面站。
8.根据权利要求1所述基于低轨道卫星的互联网通信***，其特征在于，所述第一低轨道卫星与所述第二低轨道卫星的发射高度为500-2000km。
9.一种基于权利要求1-8任一所述互联网通信***的通信方法，其特征在于，包括步骤：
终端设备依次通过第二低轨道卫星、第一低轨道卫星向地面站发出网络访问请求；
终端设备接收从所述地面站发出的网络信息并对所述所述网络信息进行解码后输出。
10.一种终端设备，其特征在于，所述终端设备包括内置的卫星信号天线，依次电连接的低噪声放大器、变频器以及纠错解码器，以及与所述纠错解码器分别电连接的音频解码器、视频解码器以及存储器。
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