基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統及方法
2023-06-07 01:09:01 3
專利名稱：基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統及方法
技術領域：
本發明涉及移動通信技術領域，特別涉及一種基於機載總線的民航移動通信艙內 接入系統及方法
背景技術：
隨著移動通信越來越多的普及到人類生活的方方面面，客機環境下的移動通信也 走進了人們的視野。民航移動通信作為移動通信領域的一個應用，引起了世界各國的廣泛 關注。美國聯邦航空管理局(FAA)、英國民航總局(CAA)和卡耐基-梅隆大學曾分別在1996 年、2000年、2003年對客機上實現移動通信的安全性做了測試，結果發現移動通信設備對 機載電子設備產生了不同程度的幹擾。出於安全考慮，相關航空部門最初制定的政策禁止 民航中的移動通信，但並沒有放棄實現的打算，越來越多的航空公司開發出相應的民航移 動通信系統。2004年，國際航空電訊集團公司(SITA)、空客和Tenzing公司聯合成立的OnAir 公司開發和驗證了商用機載行動電話系統，通過在機艙內模擬一個本地GSM網絡，提供用 戶的有效接入功能。2006年，美國ARINC公司和挪威Telenor公司聯合開發一套航空移 動通信系統AeroMobile，能安全有效的實現乘客在飛行中使用行動電話和PDA。到目前 為止，一共有6家提供航空移動通信的服務商開發出自己的民航移動通信系統，分別是 AeroMobiIe> OnAir、Aircell、JetBlue、Row44 禾口 ARINC Direct。隨著技術的不斷成熟，航空部門開始對航空移動通信解禁。2006年9月，歐洲電 信委員會(ECC)發表報告，認為行動電話服務可以在飛機客艙內的區域網絡環境下進行使 用。同年，國際民航組織下屬的航空通信委員會也表示，可以對現有航空法規進行修改，允 許使用機載行動電話服務。之後英國、歐盟航空部門也修改相關政策，允許用戶在客機中使 用移動通信服務，並希望各航空公司能夠利用新規定，使用戶儘快享受到空中移動通信服 務。2006年11月，阿聯Emirate航空公司成為首個開通機上行動電話功能的航空公 司。它安裝的是AeroMobile公司提供的設備，截至目前已有10萬多用戶。2008年，On Air 在世界發展了十多個用戶試用他們的系統，其中包括中國的深圳航空公司。On Air計劃在 深航的三架空客320飛機上加裝機載行動電話設備，並在奧運前率先在中國提供機載移動 電話服務。2008年6月，捷藍航空公司(JetBlue)給乘客提供的是基於LiveTV衛星的電 視節目服務。2008年9月，美國航空公司向乘坐其國內長途航班的旅客提供網際網路接入服 務，它採用的是AirCell公司的Gogo服務。2008年11月22日，維珍美國VirginAmerica 航空公司開始AirCell的Gogo移動寬帶服務。2009年2月，西南航空公司(Southwest Airlines)和Row44繼續計劃從2010年第一季度起推出Wi-Fi。現已對四架飛機進行了服 務測試，客戶產品反饋良好。隨著民航移動通信系統的發展和應用案例的不斷成功，用戶對機載移動通信服務 質量和功能提出了更高的需求更快的傳輸速率、更廣的服務範圍、更好的通話質量。從AeroMobile 的 64Kbit/s 和 OnAir 的 432Kbit/s，到 「GoGo」 和 LiveTv 的 1. 2-1. 9Mbit/s, 到Row44的20Mbit/s以上，系統速率不斷提高，網絡寬帶化成為航空移動通信的發展趨勢。 同時，人們希望民航移動通信系統能夠滿足商務和娛樂等多方面的需求。而目前的民航移 動通信系統提供的接入網絡和服務類型較為單一，僅支持一種或有限幾種網絡單一網絡接 入。如AeroMobile和On Air僅支持GSM手機接入，提供相應的語音和電信服務；而「GoGo 系統」僅能提供WiFi上網服務。另外，由於艙內信道是一個有限空間內的狹長信道，傳統機 載移動通信系統僅提供一個無線接入點，存在系統安全性、邊緣位置用戶有效性接入及公 平性等諸多問題。
發明內容
(一)要解決的技術問題本發明要解決的技術問題是如何實現系統結構簡單，可擴展，併兼容多種通信網 絡的民航移動通信艙內接入系統，同時達到用戶接入的安全性、有效性和公平性。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本發明提供了一種基於機載總線的民航移動通信艙內接入 系統，包括機載總線、交換機、路由器及若干接入點設備，所述交換機連接機載總線，所述 路由器連接所述交換機，用於機載總線與空地數據鏈或空天數據鏈的數據交換；所述若干 接入點設備連接所述機載總線，用於接入艙內的移動終端。其中，所述接入點設備包括管理模塊，及與所述管理模塊連接的控制接口和有線 接口，還包括與所述管理模塊連接的射頻模塊，與所述射頻模塊連接的天線接口。其中，所述射頻模塊包括GSM子模塊、CDMA2000子模塊、WCDMA子模塊、TD-SCDMA 子模塊和LTE子模塊、WiFi子模塊、WiMax子模塊、藍牙子模塊及紅外子模塊。其中，所述若干接入點設備中的任意兩個接入點設備的距離為所述接入點設備所 使用的無線電波中最長波長的10倍以上。本發明還公開了一種利用上述的基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統的 接入方法，包括以下步驟移動終端搜索艙內的接入點設備的無線信號覆蓋範圍內的可用連接；所述移動終端選擇可用連接中的無線接入方式，並利用選定的無線接入方式向接 入點設備發出連接請求；所述接入點設備根據所述連接請求中的用戶權限驗證請求連接的移動終端是否 合法，驗證合法後根據所述連接請求中服務網絡類型向相應的服務網絡提交所述連接請 求，並向所述移動終端返回確認信息後建立連接。本發明還公開了一種利用上述的基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統的 接入方法，包括以下步驟接入點設備在無線信號覆蓋範圍內搜索目標移動終端；確定目標移動終端後向其發出連接請求；所述目標移動終端接收到連接請求後同意接入並與所述接入點設備建立連接。其中，在登機和出艙過程中還包括移動終端在地面基站與所述接入點設備之間的 切換，具體方式為
登機時，接入點設備監測移動終端的信號強度和質量，當信號高於第一門限時，所 述移動終端在保持與地面基站之間的連接的同時，所述接入點設備與所述移動終端之間建 立信道連接，進入機艙後，所述接入點設備若監測到移動終端信號高於第二門限，則通過地 面網絡通知地面基站切斷與所述移動終端的連接。出艙時，接入點設備監測移動終端的信號強度和質量，當信號低於第二門限時，接 入點設備在保持與移動終端連接的同時，通過地面網絡通知地面基站與移動終端建立連 接；接入點設備若監測到信號低於第一門限時，則切斷與移動終端的連接。其中，所述第一門限取值為_80dB _60dB，第二門限取值為_40dB _20dB。其中，建立連接後，建立連接的移動終端將接收到的η個接入點設備的信號採用 最大比合併技術，將η個信號的分集支路進行相位調整，並按預定的增益係數同相相加，得 到合併輸出的信號包絡，其中η ^ 2。(三)有益效果本發明設計了一種基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統，較之其他系統結 構簡單，可擴展，併兼容多種通信網絡。系統接口具有多射頻結構，較之其它機載網絡接入 方式，可滿足多種數據源的接入需求。同時，該系統利用分布於不同空間位置分布多個接入 點與移動終端形成多徑分集接收，較機艙內單個接入點能有效改善通信質量、降低通信輻 射，並杜絕了邊緣位置用戶接入不公平現象。保證了系統的安全性、有效性和公平性。
圖1是本發明實施例的一種基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統(Mobile Linked System in Aeroplane, MLSA) ^nI^J/^m ；圖2是圖1中AP結構示意圖；圖3是圖1所示的MLSA中移動終端連接接入點的方法流程圖；圖4是圖1所示的MLSA中移動終端連接接入點的另一種方法流程圖；圖5是登機或出艙過程中地面基站BS和AP之間軟切換示意圖；圖6是Boeing737_300應用本發明的MLSA的示意圖；圖7是圖6中4CMT (座位4C)兩種接入方案示意圖；圖8是圖7中兩種接入方案的誤碼率曲線圖；圖9是圖6中4CMT和IlCMT兩種接入方案示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。如圖1所示，本發明的基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統(Mobile Linked System in Aeroplane, MLSA)包括機載總線，與機載總線連接的交換機和若干作 為接入點(Access Point,AP)的接入點設備，機載總線是艙內數據通信的有線網絡載體，連 接分布於艙內不同空間位置的AP和交換機，簡化了系統結構和布線，並為多AP提供靈活的 布置方案和擴展功能。AP提供無線信號發射接收功能，支持移動終端(Mobile Terminal, MT)對機載總線的訪問。網絡信號通過機載總線傳送過來，經過AP產品的編譯，將電信號轉換成為無線電訊號發送出來，形成無線網的覆蓋，提供有效的無線接入節點。交換機負責機 載總線和空地數據鏈或空天數據鏈的數據交換，從而實現MLSA和地面移動通信網絡的連 接。MT包括手機、筆記本和POS機，用來終止來自或送至網絡的無線傳輸，並將終端設備的 能力適配到無線傳輸的部分。MT可同時與信號最佳的兩個或兩個以上的AP連接，形成多徑 分集，有效改善通信質量。由此可見，MLSA包括機載總線和無線通信兩個網絡，是一個支持 多種數據源收發並具有分集功能、通信質量高、可擴展性強的艙內移動通信接入系統(不 包括空地數據鏈)。AP是一個無線接入點，提供MT接入有線網絡的功能，如圖2所示，由天線接口、有 線接口、射頻模塊、控制接口和管理模塊組成，匯集了 WLAN的物理層、用戶數據加密、用戶 認證、QoS、網絡管理、漫遊技術以及其他應用層的功能。天線接口和有線接口支持機載無線 通信網絡和總線的有效接入。射頻模塊有多種調製模式，支持多種網絡協議下數據源的調 制/解調。控制串口與計算機相連，支持用戶配置AP管理模塊。管理模塊支持MAC認證、 數據加密、QoS、網管及應用層管理。MLSA通信協議包括AP協議棧和機載總線協議棧。AP協議棧由物理層、鏈路層、網 絡層、傳輸層和應用層構成，如表1所示。其中，物理層定義了無線電波和紅外線兩種無線 媒介。鏈路層中的MAC層定義了多種網絡下的MAC幀格式；LLC層採用IEEE802. 10網絡安 全與保密標準和IEEE802. 2通用邏輯鏈路控制標準。Infrared、WiFi、Bluetooth和WiMAX 的網絡層和傳輸層協議按照TCP/IP的網絡層和傳輸層協議制定，應用層為分組數據業務； GSM、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA和LTE採用電路連接，應用層為語音業務和電信業務。機 載總線協議棧包括物理層、鏈路層和網絡層部分，如表2所示。表IAP協議棧
權利要求
1.一種基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統，其特徵在於，包括機載總線、交 換機、路由器及若干接入點設備，所述交換機連接機載總線，所述路由器連接所述交換機， 用於機載總線與空地數據鏈或空天數據鏈的數據交換；所述若干接入點設備連接所述機載 總線，用於接入艙內的移動終端。
2.如權利要求1所述的基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統，其特徵在於，所 述接入點設備包括管理模塊，及與所述管理模塊連接的控制接口和有線接口，還包括與所 述管理模塊連接的射頻模塊，與所述射頻模塊連接的天線接口。
3.如權利要求2所述的基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統，其特徵在於，所 述射頻模塊包括GSM子模塊、CDMA2000子模塊、WCDMA子模塊、TD-SCDMA子模塊和LTE子 模塊、WiFi子模塊、WiMax子模塊、藍牙子模塊及紅外子模塊。
4.如權利要求1 3中任一項所述的基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統，其 特徵在於，所述若干接入點設備中的任意兩個接入點設備的距離為所述接入點設備所使用 的無線電波中最長波長的10倍以上。
5.一種利用所述權利要求1 4中任一項所述的基於機載總線的民航移動通信艙內接 入系統的接入方法，其特徵在於，包括以下步驟移動終端搜索艙內的接入點設備的無線信號覆蓋範圍內的可用連接；所述移動終端選擇可用連接中的無線接入方式，並利用選定的無線接入方式向接入點 設備發出連接請求；所述接入點設備根據所述連接請求中的用戶權限驗證請求連接的移動終端是否合法， 驗證合法後根據所述連接請求中服務網絡類型向相應的服務網絡提交所述連接請求，並向 所述移動終端返回確認信息後建立連接。
6.一種利用所述權利要求1 4中任一項所述的基於機載總線的民航移動通信艙內接 入系統的接入方法，其特徵在於，包括以下步驟接入點設備在無線信號覆蓋範圍內搜索目標移動終端；確定目標移動終端後向其發出連接請求；所述目標移動終端接收到連接請求後同意接入並與所述接入點設備建立連接。
7.如權利要求5或6所述的接入方法，其特徵在於，在登機和出艙過程中還包括移動終 端在地面基站與所述接入點設備之間的切換，具體方式為登機時，接入點設備監測移動終端的信號強度和質量，當信號高於第一門限時，所述移 動終端在保持與地面基站之間的連接的同時，所述接入點設備與所述移動終端之間建立信 道連接，進入機艙後，所述接入點設備若監測到移動終端信號高於第二門限，則通過地面網 絡通知地面基站切斷與所述移動終端的連接。出艙時，接入點設備監測移動終端的信號強度和質量，當信號低於第二門限時，接入點 設備在保持與移動終端連接的同時，通過地面網絡通知地面基站與移動終端建立連接；接 入點設備若監測到信號低於第一門限時，則切斷與移動終端的連接。
8.如權利要求7所述的接入方法，其特徵在於，所述第一門限取值為-80dB -60dB， 第二門限取值為_40dB -20dB。
9.如權利要求5或6所述的接入方法，其特徵在於，建立連接後，建立連接的移動終端 將接收到的η個接入點設備的信號採用最大比合併技術，將η個信號的分集支路進行相位頁調整，並按預定的增益係數同相相加，得到合併輸出的信號包絡，其中η ≥ 2。
全文摘要
本發明公開了一種基於機載總線的民航移動通信艙內接入系統，包括機載總線、交換機、路由器及若干接入點設備，交換機連接機載總線，路由器連接所述交換機，用於機載總線與空地數據鏈或空天數據鏈的數據交換；若干接入點設備連接所述機載總線，用於接入艙內的移動終端；接入點設備包括多射頻結構的射頻模塊，可接收多種類型的移動用戶數據(2G、3G、4G)、藍牙、紅外、WiMAX、WiFi等。本發明還公開了一種基於上述系統的接入方法，採用多接入點分集技術接入。本發明結構簡單，可擴展，併兼容多種通信網絡，多個接入點與移動終端形成多徑分集接收，有效地改善了通信質量、降低了通信輻射，提高了民航移動通信系統的安全性、有效性和用戶接入公平性。
文檔編號H04W48/16GK102143557SQ201110028970
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者龐珂珂, 張超 申請人:清華大學