技术领域
[0001] 本发明涉及卫星通信及导航技术，具体涉及一种MIMO卫星服务终端。
相关背景技术
[0002] 现有技术中，存在多种卫星通信系统，例如，Inmarsat海事卫星电话通信系统、Thuraya卫星电话系统以及北斗RDSS系统。现有卫星通信终端通常只能在一种卫星通信系统下工作，而不能实现跨系统通信。
[0003] 由此，亟需一种能够兼容多种不同卫星通信系统和卫星导航系统的终端设备，以实现基于MIMO方式的卫星通信和导航。
具体实施方式
[0031] 以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0032] 此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0033] 除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0034] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0035] 图1是本发明实施例的MIMO卫星服务系统的示意图。如图1所示，所述MIMO(Multi-Input Multi-Output，多输入多输出)卫星服务系统(或称为多模卫星服务系统)包括多个MIMO卫星服务终端1(或称为多模卫星服务终端)，多个不同的卫星通信系统2(例如，Inmarsat海事卫星电话通信系统、Thuraya卫星电话系统以及北斗RDSS系统)、可与多个不同卫星通信系统2连接的关口平台3和多个不同的卫星导航系统4以及可以与MIMO卫星服务终端1连接的通用数据处理终端5。
[0036] MIMO卫星服务终端1可以直接通过卫星通信系统2相互通信，同时，也可以基于关口平台3对电文进行转发以实现跨卫星通信系统的通信。
[0037] 其中，图2是本发明实施例的MIMO卫星服务终端的示意图。如图2所示，MIMO卫星服务终端1包括天线11、射频模块12、接收信号处理模块13、调度模块14、接口模块15和发送信号处理模块16。容易理解，MIMO卫星服务终端1还可以包括必要的外围电路以及电源电路对终端的工作提供支持。
[0038] 在所述MIMO卫星服务终端1中，天线11适于在多个不同的卫星通信系统的频率范围接收和发射卫星信号。应理解，天线11可以是阵列天线或由多个天线组成的天线组。
[0039] 射频模块12与所述天线11连接，用于处理卫星信号，将接收到卫星信号进行必要的低噪放大和去噪处理，以适于接收信号处理模块13进行进一步处理。同时，射频模块12还用于对发送信号处理模块16输出的卫星信号进行放大等必要处理，以将其输出到天线11进行发射。
[0040] 接收信号处理模块13与射频模块12连接，用于对接收到的卫星信号进行射频采样以获得射频数字信号，并对所述射频数字信号进行解调、解扩、解码以获得所有卫星信号中的广播电文或目的地址为本终端的接收电文。
[0041] 在本实施例中，接收信号处理模块13为软件无线电处理模块，其支持以可编程的方式来对射频信号进行处理。由此，需要将卫星信号在射频转换为数字信号。通过接收信号处理模块13内置的高速AD转换器，可以实现对于射频信号直接采样从而获得射频数字信号。后续可以以数字方式来进行信号的处理，例如进行解调、解扩和解码。通过软件无线电处理模块，可以实现参数可配置的载波NCO(数控振荡器)、参数可配置的扩频码NCO、参数可配置的扩频码发生器，由此，可以在一个集成电路上同时进行多个不同卫星通信系统的卫星信号的接收。
[0042] 需要说明的是，在本实施例中，接收信号处理模块13与天线11以及射频模块12配合同时在多个频段同时接收多个卫星通信系统的卫星信号。
[0043] 调度模块14用于在接收信号处理模块13接收到广播电文时，从广播电文中获取所有MIMO卫星服务终端的可连接系统集合，并根据检测到的卫星通信链路状态确定本终端的可连接系统集合并选定链路状态最佳的卫星通信系统作为本终端选定的卫星通信系统。其中，所述可连接系统集合为链路状态满足发射和接收要求的卫星通信系统的集合，也即，可连接系统集合为根据当前接收的卫星信号或通过对上下行链路进行检测获得的可以进行通信的卫星通信系统的集合。MIMO卫星服务终端1可以通过该集合中的任意一种卫星通信系统来进行信号发射。其中，所述广播电文由关口平台2通过所有的卫星通信系统以广播方式发送，其中包括在所述MIMO卫星服务系统中所有MIMO卫星服务终端的终端状态信息。所述终端状态信息包括所述本终端可连接系统集合。
[0044] 接口模块15用于以无线方式与通用数据处理终端5连接，将所述接收电文发送至所述通用数据处理终端。
[0045] 在本实施例中，MIMO卫星服务终端1不设置输入输出装置，而是通过接口模块15与通用数据处理终端5连接，通过通用数据处理终端5来进行输入输出。优选地，所述的通用数据处理终端5可以为平板电脑或智能移动终端等集成有短距离通信接口的终端设备。接口模块15可以基于蓝牙或无线局域网接口来与数据处理终端5无线连接，从而交互数据和指令。
[0046] 在接收信号处理模块13接收到目的地址为本终端的接收电文时，会将接收电文发送至接口模块15，并进而发送至通用数据处理终端5进行显示或播放。由此，可以利用通常会随身携带的终端设备来作为输入输出装置，而无需在MIMO卫星服务终端1上配置专门的输入输出部件，减少了部件数量，减小了设备的尺寸，同时降低了成本。
[0047] 优选地，可以在MIMO卫星服务终端1的外壳上设置夹具，所述夹具适于固定所述通用数据处理终端5。由此，可以方便地将通用数据处理终端5与MIMO卫星服务终端1固定在一起，便于携带和使用。
[0048] 发送信号处理模块16与所述射频模块连接，用于周期性地以终端状态信息为电文内容并以关口平台地址作为目的地址生成适于通过本终端选定的卫星通信系统发射的卫星信号发送至射频模块。
[0049] 也即，发送信号处理模块16通过链路状态最佳的卫星通信系统周期性地向关口平台32上报终端状态信息。由此，关口平台3可以获知所有MIMO卫星服务终端1的终端状态信息。也就是说，关口平台3可以获取所有MIMO卫星服务终端1当前可以连接的卫星通信系统的集合和其中通信状态最好的卫星通信系统。如上所述，关口平台2将这些信息拼接成广播电文通过所有的卫星通信系统进行广播。
[0050] 优选地，发送信号处理模块16也可以为软件无线电处理模块，其通过高速DA转换电路生成射频信号后发送到射频模块12进行发送。
[0051] 图3是本发明实施例的MIMO卫星服务终端进行终端状态上报和广播电文接收的流程图。如图3所示，在步骤310，MIMO卫星服务终端1对多个不同的卫星通信系统的链路状态进行检查，获取状态信息。
[0052] 在步骤320，MIMO卫星服务终端1将终端状态信息通过本终端选定的卫星通信系统2(在图3中为Inmarsat系统)向关口平台3发送。
[0053] 例如，终端1A的本终端选定的卫星通信系统为Inmarsat系统，而终端1B(图中未示出)的本终端选定的卫星通信系统为北斗RDSS系统。由此，终端1A和终端1B分别通过不同的卫星通信系统来上报终端状态信息。
[0054] 在步骤330，关口平台3将接收到的所有的终端状态信息打包成为广播电文，通过所有的卫星通信系统广播发送所述广播电文。
[0055] 在步骤340，MIMO卫星服务终端1可以通过其连接的各个卫星通信系统接收广播电文(在图3中，MIMO卫星服务终端1通过Inmarsat系统接收广播电文)，并将接收到的广播电文解析获取所有MIMO卫星服务终端的可连接系统集合并存储。
[0056] 由此，基于上述的终端状态信息上报-广播机制，每个MIMO卫星服务终端可以其它MIMO卫星服务终端的链路状态，由此，可以从多个卫星通信系统中选择合适的方式来进行卫星通信。
[0057] 进一步地，在通信的发送方，MIMO卫星服务终端1的接口电路12从所述通用数据处理终端5获取发送电文和发送地址。也即，用户通过通用数据处理终端5向MIMO卫星服务终端1输入发送电文和发送地址。所述发送电文可以是短报文也可以呼叫连接请求。所述发送地址为目的终端的通信标识，其用于唯一地标识目的终端。
[0058] 此时，调度模块13用于根据所述发送地址获取对应的目的终端的可连接系统集合，在本终端的可连接系统集合和目的终端的可连接系统集合存在交集时，控制所述发送信号处理模块16根据所述发送地址和所述发送电文生成适于通过所述交集中链路状态最佳的卫星通信系统发送的卫星信号发送到射频模块。
[0059] 在通信的接收端，由于MIMO卫星服务终端1可以同时接收多个卫星通信系统2的卫星信号，因此，可以通过上述交集中链路状态最佳的卫星通信系统接收到发送电文，接收短报文或建立语音连接。
[0060] 图4a是本发明实施例的MIMO卫星服务终端进行卫星通信的流程图。如图4a所示，在步骤410，终端1C根据已知的终端状态信息可以发现其与终端1D均可以连接到Thuraya卫星电话系统以及北斗RDSS系统，其中北斗RDSS系统的链路状态更优。因此，在步骤420，终端1C直接通过北斗RDSS系统向终端1D发起通信。
[0061] 而在本终端的可连接系统集合和目的终端的可连接系统集合存在不交集时，本实施例的MIMO卫星服务终端1通过关口平台3的转发来进行跨卫星通信系统的通信。
[0062] 此时，在通信的发射端，调度模块13还用于在本终端的可连接系统集合和目的终端的可连接系统集合不存在交集时，控制所述发送信号处理模块16生成适于通过本终端选定的卫星通信系统发射的转发卫星信号发送至射频模块，所述转发卫星信号的目的地址为关口平台地址，电文内容包括所述发送地址和所述发送报文。
[0063] 图4b是本发明实施例的MIMO卫星服务终端进行卫星通信的流程图。如图4b所示，在步骤430，终端1E接收到要与终端1F进行通信的指令后，根据已知的终端状态信息可以发现其与终端1F之间不存在可以连接的卫星通信系统。在此情况下，在步骤440，终端1E通过当前链路质量最佳的Inmarsat系统向关口平台3发送卫星信号，所述卫星信号中包括要发送给终端1F的电文以及终端1F的地址(也即，发送地址)。在步骤450，关口平台3接收到卫星信号后，解析获得终端1F的地址(也即发送地址)。由于关口平台3存储有所有终端的终端状态信息，因此，在步骤460，关口平台3将发送电文转换为终端1F可以接收的基于Thuraya系统的卫星信号向终端1F发送。
[0064] 在接收侧，终端1F由于始终在所有能够连接的卫星通信系统频率上进行信号接收，因此，可以及时接收到通过关口平台3转发的发送电文。
[0065] 由此，可以进行跨卫星通信系统的通信。
[0066] 通过周期性地向关口平台上报终端状态信息，并通过调度模块从广播电文中获取所有MIMO卫星服务终端支持的卫星通信系统，可以使得入网的所有MIMO卫星服务终端可以实时更新网内其它终端可以进行连接的卫星通信系统的类型，由此，既可以选择同一卫星通信系统进行通信，也可以基于关口平台的转发进行跨卫星通信系统的通信。本实施例可以提高卫星通信的灵活度，并使得使用不同卫星通信系统的用户实现互联互通，提高入网用户应用便捷性，也提升了通信系统的带宽利用率。
[0067] 同时，本实施例的MIMO卫星服务终端还利用可以接收多种不同卫星导航系统的定位信号，实现多模定位导航的功能。
[0068] 具体地，在MIMO卫星服务终端1中，接收信号处理模块13还用于根据卫星信号获取导航电文，确定本终端的位置信息。
[0069] 同时，调度模块14还用于控制所述发送信号处理模块16以所述位置信息为电文内容，以关口平台地址为目的地址生成适于通过本终端选定的卫星通信系统发射的卫星信号发送至射频模块12。
[0070] 由此，MIMO卫星服务终端可以持续地向关口平台上报位置信息。关口平台3可以获取所有MIMO卫星服务终端的位置信息，并基于位置信息来提供基于位置的服务。
[0071] 同时，所述MIMO卫星服务终端1还可以通过相连接的通用数据处理设备5来向用户提供导航服务。具体地，接口模块15用于从所述通用数据处理终端5获取导航控制指令。
[0072] 调度模块14用于根据导航控制指令将所述位置信息通过所述接口模块15向所述通用数据处理终端5发送。通用数据处理终端5可以显示当前的位置信息以及其他基于位置或运动状态(运动方向、速度、加速度等)的信息。
[0073] 同时，在通用数据处理终端5不存储地图信息时，所述调度模块14还用于根据所述导航控制指令将所述位置信息对应的地图信息通过所述接口模块15向所述通用数据处理终端5发送。数据处理终端5显示地图以及当前位置，由此提供导航服务。由此，不需要在通用数据处理终端中预先存储地图信息。所述地图信息可以预先存储在MIMO卫星服务终端1中，也可以基于当前位置信心1有MIMO卫星服务终端1通过卫星通信系统实时下载。
[0074] 由此，可以提供多模卫星导航和定位服务，由于可以通过多种不同的卫星定位系统进行定位，并通过多种不同的卫星通信系统上报位置信息，可以保证位置信息的可靠性和实时性。
[0075] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
