[发明专利]低空气球荷载的中继应急无线数据通信架构

摘要

中继网由单个低空中继平台组成，中继平台挂在小车固定的绳索系留的气球下方，应用场景为部分基站损坏但还有少量基站（留存基站）可以实现物理连接的陆地蜂窝网。低空中继的物理层可利用认知无线电技术来检测留存基站的信号频谱，从而进行应急数据通信的无线资源管理，中继平台可以实现的功能为1）为地面用户提供接近视线传播的连接；2）调整中继平台的位置，以保证中继平台与多个地面基站之间链路都具有较好的信道质量；3）具有一定认知无线电功能；4）当作留存基站的网关实现与外界网络的通信。

主权项

一种低空气球荷载的中继应急无线数据通信架构，包括低空无线中继平台、基站、移动终端；低空中继平台由系于汽车上的气球承载，由频谱感知模块、通信模块、频谱和信道管理、通信网关管理模块以及GPS或者北斗定位模块组成；地面基站覆盖范围内分布着多个移动台，地面汽车上携带移动终端；通过低空中继平台，这些MT和汽车上的移动终端就能够实现与Internet主干网通信；不仅单个低空中继平台通过回程链路和外界网络联系，而且多个中继平台之间还建立了相互通信链接；在所述的中继应急无线数据通信架构下，中继平台还具有多无线电接口，以便于与地面LTE终端设备和基站进行通信连接；与其他基于中继的无线数据通信架构比较，所述的通信架构和其中的中继平台具有高效的信息和知识处理能力；其特征在于：中继平台的频谱感知模块首先对相邻基站的信号进行检测，以判定基站是否毁坏和基站所使用的频谱；中继平台运用认知无线电中能量检测的方法检测基站信号；能量检测方法在给定虚警概率Pf和信号检测样本数的情况下，求出信号的检测概率Pd，根据检测概率Pd的大小，中继平台将判定信号存在与否；给定虚警概率Pf和信号检测概率Pd，得到信号的检测样本数，从而得到检测时长；应急系统涉及多个蜂窝基站，EnodeB1、EnodeB2和EnodeB3，其中由于灾难EnodeB2处于损坏状态；对于损坏基站范围内的移动终端，该应急系统通过中继节点的频谱和信道管理功能向其分配频段和链路；在损坏基站范围内，若又有新加入的终端，则通过频谱感知对之前分配的频段进行检测；使用之前分配的频段的用户被定义为主用户，而新加入的终端被定义为次用户；若主用户存在，则分配其他频段给次用户，从而在不完善的蜂窝网络架构的条件下实现有效的频谱共享，提高网络容量；在EnodeB1和EnodeB3都没有损坏下，若中继平台与地面蜂窝基站之间的信道模型为LOS信道，信号主要存在自由空间大尺度衰落；中继平台根据测量得到EnodeB1和EnodeB3信号功率的大小并且通过GPS模块来调整中继平台与EnodeB1和EnodeB3之间的距离，使中继平台能够同时为两个基站提供可靠的通信网关服务。