具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应属于本发明保护的范围。

如图1本发明实施例所述的一种Ka频段双模机载宽带卫星通信系统所示，所述系统包括显控单元、Ka频段双模宽带卫星通信机载终端和客舱无线局域网系统。

所述显控单元连接所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端，用于下发控制指令至所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端。

所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端，用于接收所述控制指令，并按照所述控制指令进行操作。

所述客舱无线局域网系统连接所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端，用于为乘客提供互联网服务。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端包括Ka变极化平板天线单元和调制解调单元；

所述Ka变极化平板天线单元，用于提供无线信号收发、伺服跟踪、功率放大、低噪声放大、Ka上变频和Ka下变频。

所述调制解调单元，用于接收用户终端的信号、处理控制协议和处理数据。

进一步地，所述客舱无线局域网系统包括网络服务器、无线接入设备以及无线通信设备。

进一步地，所述显控单元，用于提供人机接口，设置系统复位、工作模式切换和卫星定点位置参数，显示信道和所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端的工作状态。

进一步地，所述Ka变极化平板天线单元包括天线、天线控制管理单元、收发天线单元、Ka上变频单元和Ka下变频单元。

进一步地，所述调制解调单元设置两块综合信道处理模块，用于分别接入I-5卫星网络和中星-16卫星网络。

其中，所述天线的工作频段、EIRP、G/T、极化方式、卫星跟踪方式分别与所述I-5和中星-16卫星网络匹配。

进一步地，所述调制解调单元，用于接收所述显控单元下发的模式切换指令，向所述天线发送模式切换指令，同时激活当前模式所需的综合信道处理模块，并控制中频切换模块将所述天线的收发中频信号转接到对应综合信道处理模块上。

所述天线，用于收到所呼模式切换指令后进行极化、本振切换并启动跟踪卫星过程。

所述调制解调单元，用于调用专用线程和数据库资源协助所述天线进行波束切换并抑制邻星干扰。

所述综合信道处理模块，用于当所述天线的波束对准卫星后，开始接收卫星网管中心下发的前向广播信令，获取当前波束的工作参数并通过返向网管信道向网管中心发送入网注册请求，网管中心确认后通过前向广播信道向所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端发送入网确认应答，所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端收到入网确认应答后入网。

进一步地，所述波束切换包括同一卫星下相邻波束间的切换、同一卫星网络下不同卫星波束间的切换和不同卫星网络间波束的切换；

所述同一卫星下相邻波束间的切换利用波束极化复用，所述天线切换极化方式后再重新跟踪卫星，所述调制解调单元不再切换所述综合信道处理模块。

所述同一卫星网络下不同卫星波束间的切换，根据新的卫星定点位置和极化参数重新启动所述天线的捕获和跟踪卫星，所述调制解调单元不再切换所述综合信道处理模块。

不同卫星网络间波束的切换，所述天线重新跟踪卫星，同时所述调制解调单元切换所述综合信道处理模块。

进一步地，所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端的机载EIRP符合公式：

A_eirp≥E_th+10log(R_rm)-S_gt+L_r+M_r-228.6

其中，A_eirp为机载EIRP，E_th是解调门限，R_rm为返向最高业务速率，S_gt为卫星转发器G/T值，M_r为工程备余量，L_r为返向机-星链路损耗；

所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端的机载G/T值符合公式：

A_gt≥E_th+10log(R_rm)-S_eirp+B_o+L_fw+M_r-228.6。

如图3所示，调制解调单元包括中频交换模块、I-5综合信道处理模块、中星-16综合信道处理模块、终端监控模块、接口适配模块、波束切换模块、信息存储模块、接口转换模块和电源模块。

应理解，Ka频段双模机载宽带卫星通信系由于Ka频段频谱资源丰富，终端口径更小，抗干扰能力强，在全球航空卫星通信市场上获得了广泛认可，从应用需求、波束覆盖范围、减少运营商数量、简化设备设计等方面考虑，并通过对卫星资源进行分析，选择Inmarsat五代星I5和我国中星-16Ka频段高通量卫星；建立基于I-5和中星16卫星的网络结构，根据卫星资源和应用需要，机载宽带卫星通信系统可通过无线链路分时接入I-5和中星16卫星网络，实现双模工作；通过分析卫星资源优势，并根据民航机载宽带应用的特点，确定主要技术体制。

在接口部分，由于中星16采用的Gilat体制和I5F4采用的iDirect体制虽然源头相同，但仍然无法实现互联互通，通过双模调制解调器实现切换；

在天线形式方面，由于平板天线在增益、扫描范围、技术成熟度、自主可控度、成本等方面具有优势，采用程序引导结合圆锥扫描跟踪的对星方式，使用传统双模机载平板天线，其中一面为适配中星16的天线阵面，一面为适配I-5的天线阵面，两者共享一套BUC和LNB，或使用变极化平板机载天线。

传统双模机载平板天线的优点在于技术成熟，可快速实现工程样品，也能够充分利用传统机载天线适航取证的优势。问题在于成本、重量增幅较大，并且在中星16和I-5切换时容易出现短暂的网络中断现象。

变极化机载平板天线的优点在于成本、重量增幅较小，与传统单模天线区别不大，并且能够快速实现卫星网络的切换。缺点在于需要一定的研发周期，产品质量的验证也需要时间；此外由于天线结构变化，对适航取证也会带来一些影响。

在波束切换技术方面具有三种波束切换：同一卫星下相邻波束间的切换；同一卫星网络下不同卫星波束间的切换；不同卫星网络间波束的切换。

第一种切换方式频度高，但各自运营商都有成熟的方案，在覆盖范围内都可以实现自动切换；同一卫星网络下不同卫星波束间的切换主要存在于I-5卫星网络中，同样可以实现自动切换；不同卫星网络的切换采用网管中心手动切换的方式。

如图2波束切换流程所示，由机载终端(含天线和调制解调单元)和地面网管中心配合完成。对于第一种切换方式，Ka频段高通量卫星采用了波束极化复用设计，天线需切换极化方式后再重新跟踪卫星，调制解调单元则不需要切换综合信道处理模块；第二种切换方式根据新的卫星定点位置和极化参数重新启动天线捕获、跟踪卫星过程，调制解调单元不切换综合信道处理模块；第三种切换方式天线重新跟踪卫星的过程，同时调制解调单元切换综合信道处理模块。天线、调制解调单元切换到位后，终端通过网管信道向网管中心申请新波束下的信道资源，在新波束下完成入网信令交互后即可进行业务通信，完成一次波束切换过程。

考虑适航性，Ka频段机载宽带卫星通信系统按照国际标准，电气互联、功能特性方面参考ARINIC 791-1-2014，物理安装及飞机接口方面参考ARINIC 791-2-2014，硬件设计可参考RTCA DO-254-2000，软件设计参考RTCA DO-178B，环境适应性设计参考RTCA DO-160G-2010。

机载设备主要包括Ka频段双模宽带卫星通信机载终端(以下简称终端)、显控单元和客舱无线局域网三部分，终端提供星地互联通道，显控单元提供人机界面功能，客舱无线局域网提供客舱WiFi服务。

终端包括Ka变极化平板天线和双模调制解调单元两个部分。Ka平板天线除实现无线信号收发、伺服跟踪外还具备功率放大、低噪声放大和Ka上/下变频等功能。从通用化考虑，中星16和I5两种模式下天线与调制解调单元的中频一致。调制解调单元主要负责终端的信号、协议与数据处理。

无线局域网系统主要包括机载网络服务器、无线接入点以及乘客自带的无线通信设备。网络服务器集成了应用服务器、大容量存储、网络管理、路由交换等功能；无线接入点是乘客访问卫星互联网的桥梁，采用IEEE 802.11a/b/g/n标准制式，乘客可使用个人通信设备以Wi-Fi方式接入互联网或访问客舱娱乐系统。

显控单元为客舱乘务员提供管理机载卫星通信终端的人机接口，设置系统复位、工作模式切换、卫星定点位置等参数；显示信道和设备工作状态，客舱乘务员根据信道状态确定是否通知乘客开始使用卫星通信服务，并根据设备工作状态解决一些简单的故障。

实现双模工作，由于终端具备I-5和中星16两种工作模式，根据应用需要分时接入I-5和中星-16卫星网络，天线的工作频段、EIRP、G/T、极化方式、卫星跟踪方式等应满足两种卫星网络的要求；调制解调单元则通过设置两块综合综合信道处理模块来适配两种卫星网络的波形和协议。

调制解调单元收到显控单元下发的模式切换指令后，通过监控与接口模块向天线发送模式切换指令，同时激活当前模式所需的综合信道处理模块，并控制中频切换模块将天线的收发中频信号转接到对应综合信道处理模块上。

天线收到模式切换指令后进行极化、本振切换并启动跟踪卫星过程，调制解调单元调用专用线程和数据库资源协助天线进行波束切换并抑制邻星干扰。

天线波束对准卫星后，综合信道处理模块开始接收卫星网管中心下发的前向广播信令，获取当前波束的工作参数并通过返向网管信道向网管中心发送入网注册请求，网管中心确认后通过前向广播信道向终端发送入网确认应答，终端收到入网确认应答后表明已入网。下一次模式切换时重复上述过程。

在业务速率方面，作为空中宽带基础设施，终端支持尽量高的业务速率，但受天线口径和卫星能力的限制，业务速率不可能无限提高。考虑一个极限情况，即机上所有乘客有同时进行上传、下载的需求，为避免拥堵，此时只能为每位乘客分配一个仅满足基本用户体验(如浏览网页、收发邮件、使用即时通信工具)的带宽，基本带宽可设置为下行256kbit/s、上行32kbit/s，因此对于160人级的客机而言，终端前向最高业务速率为40.96Mbit/s，返向最高业务速率为5.12Mbit/s。实际中，每位乘客的通信需求是不同的，不同时间段的业务量也不同，系统将通过自适应速率控制，降低对卫星资源的占用。

从目前已有的单模终端来看，Inmarsat单模机载终端能够达到50Mbps的速率，中星16终端实验条件下能够达到120Mbps的能力，满足机载宽带接入的需求。

在机载EIRP与G/T指标方面，由于关口站的EIRP和G/T足够高，因此链路性能主要受机载和卫星EIRP和G/T的限制，故机载EIRP满足如下关系：

Ka频段双模宽带卫星通信机载终端的机载EIRP符合公式：

A_eirp≥E_th+10log(R_rm)-S_gt+L_r+M_r-228.6

其中，A_eirp为机载EIRP，E_th是解调门限，一般取4.5dB，R_rm为返向最高业务速率，S_gt为卫星转发器G/T值，M_r为工程备余量取3dB，L_r为返向机-星链路损耗，Lr为214.7dB；

所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端的机载G/T值符合公式：

A_gt≥E_th ⁺10log(Rrm)-S_eirp+B_o+L_fw+M_r-228.6。

基于上述实施例所提出的一种Ka频段双模机载宽带卫星通信系统，所述系统包括显控单元、Ka频段双模宽带卫星通信机载终端和客舱无线局域网系统；所述显控单元连接所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端，用于下发控制指令至所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端；所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端，用于接收所述控制指令，并按照所述控制指令进行操作；所述客舱无线局域网系统连接所述Ka频段双模宽带卫星通信机载终端，用于为乘客提供互联网服务。本发明多模式工作模块，且天线剖面高、无波束越区切换功能、多普勒适应能力强，设计难度低，市场适应能力较强。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。