一种多模通信设备

技术领域

本申请涉及无线通信技术领域，具体而言，涉及一种多模通信设备。

背景技术

目前，现有用于测控的通信系统多以无线数传电台为主要通信手段。无线数传电台又可称为“数传电台”，是指借助DSP技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。数传电台的使用从最早的按键电码、电报、模拟电台加无线MODEM，发展到目前的数字电台和DSP、软件无线电；传输信号也从代码、低速数据(300～1200bps)到高速数据(N*64K～N*E1)，可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等业务。但是，无线数传电台实时性低，传输速率低，时延大，操作也不方便。

现有技术中，少数系统集成4G网络和北斗短报文通信系统。4G网络存在某些区域覆盖不足，较高高度覆盖不到等缺点，而民用北斗短报文的使用频度为60s，即60s才可发送一条指令，这对于某些快速移动的载体，尤其是发生紧急情况时是非常致命的缺点。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种多模通信设备，该多模通信设备可以结合移动通信网络、卫星通信网络与卫星导航短报文通信三种通信方式，具有功耗低、重量轻、可靠性高、流量资费低的技术效果。

本申请实施例提供了一种多模通信设备，包括主控模块、通讯网络模块和接口组件；

所述通讯网络模块包括移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块，所述移动网络分模块、所述卫星导航短报文分模块和所述卫星通信分模块分别与所述主控模块连接；

所述接口组件包括航插接口、第一射频接口和第二射频接口，所述航插接口与所述主控模块连接，所述第一射频接口与所述卫星导航短报文分模块连接，所述第二射频接口与所述卫星通信分模块连接。

在上述实现过程中，该多模通信设备通过移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块将移动通信网络、卫星通信网络与卫星导航短报文通信三种通信方式相结合，然后通过航插接口、第一射频接口和第二射频接口实现该多模通信设备与其他设备实现通信连接；主控模块用于控制通讯网络模块的工作，可以根据网络信号的强弱，选择移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块中的一种进行通信，从而充分发挥它们各自的优点，规避缺点；通过上述方式，充分发挥移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块各自的优点，并规避各自的缺点，实现功耗低、重量轻、可靠性高、流量资费低的技术效果。

进一步地，所述卫星通信分模块包括卫星通信子模块和接口子模块，所述卫星通信子模块通过所述接口子模块与所述主控模块连接。

在上述实现过程中，卫星通信子模块可完成卫星通信功能以及GPS定位功能；接口子模块与主控模块连接，可完成卫星通信子模块的供电、管理、卫星拨号、数据收发等功能。

进一步地，所述卫星通信子模块包括RF收发器和电源管理单元，所述电源管理单元与所述RF收发器连接，所述电源管理单元与所述接口子模块连接，所述RF收发器的工作频率为L波段。

在上述实现过程中，卫星通信子模块集成基带，RF收发器和电源管理单元，配备发射机和接收机，工作频率为L波段，可以完成对卫星的通信工作。

进一步地，所述接口子模块通过RS232串口与所述主控模块连接。

进一步地，所述移动网络分模块为4G通信分模块。

进一步地，所述卫星导航短报文分模块为北斗短报文分模块。

进一步地，所述北斗短报文分模块通过TTL接口与所述主控模块连接。

进一步地，所述卫星通信分模块为Thuraya卫星通信分模块。

进一步地，Thuraya卫星通信分模块通过TTL接口与所述主控模块连接。

进一步地，所述设备还包括电源模块和用户接口，所述电源模块、所述用户接口分别与主控模块连接。

在上述实现过程中，通过电源模块可以给整个多模通信设备进行供电，用户接口可连接机载设备，完成指令、透传等功能。

本申请公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请公开的上述技术即可得知。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种多模通信设备的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的卫星通信模块的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的卫星通信子模块的系统结构图；

图4为本申请实施例提供的一种多模通信设备的系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。

本申请实施例提供了一种多模通信设备，可以应用于无线通信中，例如应用于无人机的无线通信中；该多模通信设备通过移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块将移动通信网络、卫星通信网络与卫星导航短报文通信三种通信方式相结合，然后通过航插接口、第一射频接口和第二射频接口实现该多模通信设备与其他设备实现通信连接；主控模块用于控制通讯网络模块的工作，可以根据网络信号的强弱，选择移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块中的一种进行通信，从而充分发挥它们各自的优点，规避缺点；通过上述方式，充分发挥移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块各自的优点，并规避各自的缺点，实现功耗低、重量轻、可靠性高、流量资费低的技术效果。

请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种多模通信设备的结构示意图，该多模通信设备包括主控模块100、通讯网络模块200和接口组件300。

示例性地，通讯网络模块200包括移动网络分模块210、卫星导航短报文分模块220和卫星通信分模块230，移动网络分模块210、卫星导航短报文分模块220和卫星通信分模块230分别与主控模块100连接。

示例性地，主控模块100用于控制通讯网络模块200的工作，可以根据网络信号的强弱，选择移动网络分模块210、卫星导航短报文分模块220和卫星通信分模块230中的一种进行通信。

可选地，主控系统采用STM32F415RGT6作为主控芯片，负责数据处理，系统管理，用户数据和命令处理等功能。该芯片采用意法半导体90nm工艺和ART加速器，具有动态功耗调整功能，能够在运行模式下和从Flash存储器执行时实现低至238A/MHz的电流消耗，提供了工作频率为168MHz的Cortex-M4内核(具有浮点单元)的性能。同时具有丰富的外设接口，包括丰富的I/O接口、6个速度高达10.5Mb/s的USART、3个速度高达42Mb/s的SPI、3个I2C、2个CAN和1个SDIO、17个定时器、AD/DA、加密/HASH处理器、片内集成1MB Flash和192KB SRAM。

示例性地，接口组件300包括航插接口310、第一射频接口320和第二射频接口330，航插接口310与主控模块100连接，第一射频接口320与卫星导航短报文分模块220连接，第二射频接口330与卫星通信分模块230连接。

在一些实施场景中，该多模通信设备通过移动网络分模块210、卫星导航短报文分模块220和卫星通信分模块230将移动通信网络、卫星通信网络与卫星导航短报文通信三种通信方式相结合，然后通过航插接口310、第一射频接口320和第二射频接口330等接口实现该多模通信设备与其他设备实现通信连接；主控模块100用于控制通讯网络模块200的工作，可以根据网络信号的强弱，选择移动网络分模块210、卫星导航短报文分模块220和卫星通信分模块230中的一种进行通信，从而充分发挥它们各自的优点，规避缺点；通过上述方式，充分发挥移动网络分模块、卫星导航短报文分模块和卫星通信分模块各自的优点，并规避各自的缺点，具有功耗低、重量轻、可靠性高、流量资费低的技术效果。

请参见图2，图2为本申请实施例提供的卫星通信模块的结构示意图。

示例性地，卫星通信分模块230包括卫星通信子模块231和接口子模块232，卫星通信子模块231通过接口子模块232与主控模块100连接。

示例性地，卫星通信子模块231可完成卫星通信功能以及GPS定位功能；接口子模块232与主控模块100连接，可完成卫星通信子模块231的供电、管理、卫星拨号、数据收发等功能。

在一些实施方式中，接口子模块232可采用NUC975系列处理器作为主控芯片，NUC970系列芯片是以ARM926EJS为核心的系统级芯片，包含了16kB I-Cache以及16kB D-Cache以及MMU记忆管理模块，最高支持到300MHz的频率，并且提供了丰富的外设接口，具有串口、USB快速Host/Device、SDHC、网络接口和I2S audio等接口。并可以由NAND flash、SPIFlash开机。接口模块采用嵌入式linux操作系统，应用程序使用C语言编写开发，主要完成接口模块与卫星通信模块通过串口相连，初始上电后，使用PPP拨号功能进行卫星入网申请，完成卫星入网，TCP连接等通信功能。

在一些实施方式中，卫星通信子模块选用SM-2700模块作为卫星射频收发器。

请参见图3，图3为本申请实施例提供的卫星通信子模块的系统结构图。

示例性地，卫星通信子模块231包括RF收发器和电源管理单元，电源管理单元与RF收发器连接，电源管理单元与接口子模块连接，RF收发器的工作频率为L波段。

示例性地，卫星通信子模块231集成基带，RF收发器和电源管理单元，配备发射机和接收机，工作频率为L波段，可以完成对卫星的通信工作。

在一些实施方式中，接口子模块232通过RS232串口与主控模块100连接。

示例性地，RS232串口具有信号线少、灵活的波特率选择、采用负逻辑传送、传送距离较远等优点或特点。

示例性地，RS232总线规定了25条线，包含了两个信号通道，即第一通道(称为主通道)和第二通道(称为副通道)。利用RS232总线可以实现全双工通信，通常使用的是主通道，而副通道使用较少。在一般应用中，使用3条～9条信号线就可以实现全双工通信，采用三条信号线(接收线、发送线和信号地)能实现简单的全双工通信过程。

示例性地，移动网络分模块210为4G通信分模块。

示例性地，4G通信分模块可采用Air720通信模块，Air720通信模块是五模全网通4G DTU，网络支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps。内置丰富的网络协议，集成串口准数据传输接口，无需任何驱动程序，方便传统串口设备联网使用。

示例性地，4G通信分模块通过TTL串口与主控模块100连接，该多模通信设备上电后，4G通信分模块自动进入透传模式，连接用户设置的TCP服务器，完成通信通道的建立。同时，实时查询信号质量，当信号较差时，停止使用并自动切换为卫星通信分模块230，从而保障通信的可靠性。

示例性地，卫星导航短报文分模块220为北斗短报文分模块。

示例性地，北斗短报文分模块可采用通信模块GNS1531，该模块为一款支持北斗RDSS的模块，内部集成了LNA、高性能RDSS射频收发芯片、5W输出功率的功放模块、北斗专用RDSS基带电路，可完整实现RDSS定位、通信功能。产品应用简单方便，集成度高、体积小、功耗低、可靠性高。模块内置LNA，实现对RDSS卫星信号进行滤波，低噪声放大，用户无需外置LNA，直接连接无源天线；内置5W功放模块，无需外加PA即可进行卫星通信；模块平均静态功耗≤150mA@3.7V，功耗极低；

示例性地，本申请实施例提供的多模通信设备中，北斗短报文作为紧急情况下的备用通信手段，在上电后自动寻星并入网，然后进入待机状态，可以随时启动数据发送。当遇到紧急情况时，用户可迅速切换为短报文通信，发送无人机紧急处置指令，从而保障整机的安全性与可靠性。

示例性地，北斗短报文属于点对点收发系统，不能直接接入互联网，因此在本系统中，配有地面收发站系统，系统可以通过4G网络将数据转发接入用户服务器，从而具备完整通信网络。

示例性地，北斗短报文分模块220通过TTL接口与主控模块100连接。

示例性地，卫星通信分模块230为Thuraya卫星通信分模块。

示例性地，Thuraya卫星系统是一个商业化的卫星通信系统，由阿联酋Thuraya卫星公司运营。通过Thuraya卫星网络，客户可以在欧洲、非洲大部、中东、亚洲和大洋洲等全球多个地区享受不间断的、无缝隙、跨越国界的卫星通信服务。

示例性地，Thuraya卫星通信分模块通过TTL接口与主控模块连接。

应理解，上述通讯网络模块200中移动网络分模块210、卫星导航短报文分模块220和卫星通信分模块230，各个分模块的具体类型仅作为示例而非限定，在满足通信要求时，各个分模块也可以采用其他类型的通信网络；例如，移动网络分模块210采用4G意外的移动网络，如5G网络等；卫星通信分模块230也可以采用Thuraya卫星网络意外的卫星网络，不做限定。

请参见图4，图4为本申请实施例提供的一种多模通信设备的系统结构图。

示例性地，该多模通信设备还包括电源模块400和用户接口500，电源模块400、用户接口500分别与主控模块连接。

可选地，该多模通信设备还连接了短报文地面站221、云服务器610、PC终端620和手机终端630等终端或中转站；在一些实施方式中，卫星导航短报文分模块220采用北斗短报文分模块，此时短报文地面站221为北斗短报文地面站，卫星通信分模块230采用Thuraya卫星通信分模块、移动网络分模块210为4G通信分模块。

示例性地，本申请实施例提供的多模通信设备通过主控模块100将Thuraya卫星通信分模块、4G通信分模块、北斗短报文分模块三种通信系统连接，同时主控系统包含电源模块400、用户接口500等。三种通信系统连接云服务器610，用户通过PC终端620或手机终端630，对系统和透传数据进行监控。用户接口500可连接机载设备，完成指令、透传等功能。

示例性地，本系统可同时使用4G通信网络，Thuraya卫星通信网络与北斗短报文三种通信网络。当终端载体处于4G信号覆盖区域时，优先使用4G网络，可以降低通信资费。当处于无4G网络覆盖区域时，使用Thuraya卫星网络进行监控，北斗短报文作为备用网络，在上述两种通道失效的情况下，紧急使用，从而最大程度保障终端载体的安全性与可靠性。

在一些实施方式中，主控模块100负责整个多模通信设备的设备管理和数据处理，其流程示例如下：

多模通信设备上电后，首先进行外设的初始化，初始化完成后，启动通讯网络模块200各个分模块的入网。当各个分模块入网成功后，进入服务程序。软件在服务程序中进行各个分模块的管理以及用户数据和命令的处理，根据配置进行相应数据的收发，从而实现该多模通信设备最终的通信功能。

示例性地，结合无人机进行该多模通信设备的通信网络切换功能示例说明，应理解，此处仅作为示例而非限定；根据前文所述，多模通信设备可充分利用各个通信网络的优点，并结合实际的无人机应用测试，设计如下切换规则：

多模通信设备上电后，读取当前GPS/BD信息，根据无人机终端载体飞行高度信息及4G网络信号情况优先选择使用4G网络进行通信，可以降低卫星流量资费，降低使用成本；当4G网络信号较差或终端载体飞行超过一定高度(用户可自行设置)，多模通信设备自动切换为使用Thuraya卫星网络进行无人机测控，保证通信的安全性和可靠性。

北斗短报文通信作为系统应急通信方式，时刻处于可通信状态。当多模通信设备收到紧急指令后，系统进入紧急响应模式，此时会同时尝试使用三种通信方式进行监控，从而大大提高操作人员紧急处置指令的实时性和成功率，保障终端载体的飞行安全。

可选地，本多模通信设备将通信通道以用户指令为最高优先级，用户可以通过终端软件，变更通信网络切换规则。

在一些实施场景中，本多模通信设备可应用在无人机飞行过程中的通信，运行稳定可靠。搭载本多模通信设备的无人机，可以极大提高无人机监控距离，用户可通过终端软件，实时监控无人机飞行状态。当常规通信手段出现问题时，可迅速切换为卫星通信，命令无人机返航，从而最大程度保障了无人机飞行的安全性与可靠性。

在一些实施场景中，本申请实施例提供的一种多模通信设备，充分考虑了现有窄带卫星通信系统的通信速率、覆盖性、可靠性、通信速率、流量费用、设备重量等因素，巧妙地将4G网络、Thuraya卫星网络以及北斗短报文三种通信模式相结合。在4G网络覆盖较好的地方，优先使用4G网络，可以大大降低通信资费。当终端处于无4G网络区域时，可无缝切换为Thuraya卫星网络，保障通信的可靠性与通信距离。由于民用北斗短报文通信频度为60s，但其通信模块小巧，价格低，通信卡终身可用等特点，因而将其作为备用链路，在前两者失效的情况下，启用北斗短报文通信链路，最大程度保障无人机的安全性与可靠性。

在本申请所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本申请实施例不再多加赘述。

应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本申请实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应与权利要求的保护范围为准。