一种无人机通信系统和通信方法与流程

1.本发明属于无人机通信技术领域，具体涉及一种无人机通信系统和通信方法。


背景技术：

2.无人机(uav)和地面终端(遥控器或地面控制站等)之间需要进行实时的数据传输，而随着无人机应用场景的不断丰富，对实时通信的有效性和可靠性同时也提出了越来越高的要求，无人机通信链路的好坏在其中起到了至关重要的作用，该链路包含双向的数据通信：一是无人机接收由地面终端发出的控制指令信息的上行通信链路，二是由地面终端接收由无人机发出的实时采集到的数据或拍摄到的图像等信息的下行通信链路；
3.当前通信系统一般通过自适应调整调制与编码策略(mcs)，以改变系统的数据带宽大小，来匹配一个时间段内的有效数据的平均传输速率。通过这种方法，可以在一定程度上实现数据总带宽和有效数据速率之间的适配，但是仍然无法保证所有的，或者说尽可能多的，可用信道资源得到利用，特别是对于上行链路来说，通常控制指令数据量较小，对可用信道资源的利用率较低，但对接收的质量和可靠性的要求通常较高。
4.为此，我们提出一种无人机通信系统和通信方法来解决现有技术中存在的问题，提高控制无人机的可靠性，降低失联风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种无人机通信系统和通信方法，以解决上述背景技术中提出现有技术中可用信道资源的利用率较低，但对接收的质量和可靠性的要求通常较高的问题。
6.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种无人机通信系统,包括无人机端、地面端、通信链路发送模块和通信链路接收模块，所述通信链路发送模块包括上行通信链路发送模块和下行通信链路发送模块；所述通信链路接收模块包括上行通信链路接收模块和下行通信链路接收模块；所述上行通信链路发送模块与上行通信链路接收模块通讯连接建立上行通信链路，所述下行通信链路发送模块与所述下行通信链路接收模块通讯连接建立下行通信链路；
7.所述地面端通过上行通信链路向无人机端发送控制指令信息；
8.所述无人机端通过下行通信链路向地面端发送实时采集到的数据和拍摄到的图像信息；
9.所述通信链路发送模块用于按照预设的资源分配方案将tb承载在信道时频资源上发送给所述通信链路接收模块；
10.所述通信链路接收模块用于区分不同的tb，以及tb的不同副本，并根据其中正确接收到的tb中的2个tb指示字段进行筛选，得到tb中所包含的有效数据。
11.本发明还提供了一种无人机通信方法，包括以下步骤：
12.s1、通信链路发送模块按照预设的资源分配方案将tb承载在信道时频资源上发送
出去，其中，tb为待发送的有效数据划分的最小单元，一个tb包含固定数量的有效数据，并且在时频资源上占用固定的频域长度b和时域长度t；
13.s2、当发现存在冗余的可用信道资源时，通信链路发送模块将选择合适的原始tb生成对应的副本tb承载在该信道资源上，副本tb和对应的原始tb所包含的有效数据相同，包含越重要的有效数据的tb的优先级也越高，允许生成的tb副本个数也相应越多；
14.s3、为了使接收端能够区分不同的tb，以及tb的不同副本，将在tb中增加2个tb指示字段，f1和f2，其中f1字段值用于区分不同的tb，f2字段值用于区分同一tb不同的副本。
15.进一步地，所述s2中有效数据包括所有类型的数据，其中较为重要的是控制指令数据和关键信息采集数据。
16.进一步地，所述s3中同一tb副本的个数不能超过预设的上限值n
max
，所述s3中原始tb和副本tb在信道资源上的时域差值具有上限值δt
max
，设置上限值的目的是为了防止不同tb之间的混叠，以及满足接收实时性的要求。
17.进一步地，所述s3中原始tb和副本tb分配在可用信道资源上的相对位置不同，分为同时异频、异时同频和异时异频三种。
18.进一步地，所述同时异频为原始tb和副本tb分配在可用信道资源上的时域位置相同而频域位置不同。
19.进一步地，所述异时同频为原始tb和副本tb分配在可用信道资源上的时域位置不同而频域位置相同。
20.进一步地，所述异时异频为原始tb和副本tb分配在可用信道资源上的时域位置不同且频域位置不同。
21.进一步地，所述通信链路发送模块的信号经过无线衰落信道到达通信链路接收模块，由于系统偏差以及信道噪声和干扰的影响，会有部分tb无法正确解调接收，通信链路接收模块将根据其中正确接收到的tb中的2个新增字段进行筛选，即同一tb仅保留一份tb中的所包含的有效数据，避免出现输出的有效数据重复的情况。
22.与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明在无人机通信链路冗余的信道资源上承载待重复发送的传输块，通过在异频和/或异时的信道资源上发送同一tb的副本，以获得额外的频率分集增益和/或时间分集增益的效果，弥补由于无线信道的频率选择性衰落和/或时间选择性衰落特性对信号正确接收产生的不利影响，达到了充分利用可用信道资源可以达到提升链路数据传输的质量和可靠性的目的，提高了控制无人机的可靠性，降低了无人机失联的风险。
附图说明
23.图1为本发明中同时异频的分配图；
24.图2为本发明中异时同频的分配图；
25.图3为本发明中异时异频的分配图；
26.图4为本发明实施例1中原始的分配tb分布图；
27.图5为本发明实施例1中同时异频的tb分布图；
28.图6为本发明实施例2中异时异频的tb分布图。
具体实施方式
29.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1
31.本发明提供了一种无人机通信系统，包括无人机端、地面端、通信链路发送模块和通信链路接收模块，所述通信链路发送模块包括上行通信链路发送模块和下行通信链路发送模块；所述通信链路接收模块包括上行通信链路接收模块和下行通信链路接收模块；所述上行通信链路发送模块与上行通信链路接收模块通讯连接建立上行通信链路，所述下行通信链路发送模块与所述下行通信链路接收模块通讯连接建立下行通信链路；
32.所述地面端通过上行通信链路向无人机端发送控制指令信息；
33.所述无人机端通过下行通信链路向地面端发送实时采集到的数据和拍摄到的图像信息；
34.所述通信链路发送模块用于按照预设的资源分配方案将tb承载在信道时频资源上发送给所述通信链路接收模块；
35.所述通信链路接收模块用于区分不同的tb，以及tb的不同副本，并根据其中正确接收到的tb中的2个tb指示字段进行筛选，得到tb中所包含的有效数据。
36.另外，本发明实施例还提出一种无人机通信方法，包括以下步骤：
37.s1、通信链路发送模块按照预设的资源分配方案将tb承载在信道时频资源上发送出去，其中，tb为待发送的有效数据划分的最小单元，一个tb包含固定数量的有效数据，并且在时频资源上占用固定的频域长度b和时域长度t；
38.s2、当发现存在冗余的可用信道资源时，通信链路发送模块将选择合适的原始tb生成对应的副本tb承载在该信道资源上，副本tb和对应的原始tb所包含的有效数据相同，包含越重要的有效数据的tb的优先级也越高，允许生成的tb副本个数也相应越多，有效数据包括所有类型的数据，其中较为重要的是控制指令数据和关键信息采集数据；
39.s3、为了使接收端能够区分不同的tb，以及tb的不同副本，将在tb中增加2个字段，f1和f2，其中f1字段值用于区分不同的tb，f2字段值用于区分同一tb不同的副本，原始tb和副本tb在信道资源上的时域差值具有上限值，设置上限值的目的是为了防止不同tb之间的混叠，以及满足接收实时性的要求；
40.如图1所示，图1为本发明中同时异频的分配图。原始tb和副本tb分配在可用信道资源上的时域位置相同而频域位置不同，频域位置可以连续或不连续，这种分配方法可以获得频率分集增益，能够得到额外的抗频率选择性衰落的能力。
41.如图2所示，图2为本发明中异时同频的分配图。原始tb和副本tb分配在可用信道资源上的时域位置不同而频域位置相同，时域位置可以连续或不连续，这种分配方法可以获得时间分集增益，能够得到额外的抗时间选择性衰落的能力。
42.如图3所示，图3为本发明中异时异频的分配图。原始tb和副本tb分配在可用信道资源上的时域位置不同且频域位置不同，这种分配方法可以同时获得时间分集增益和频率
分集增益，能够得到额外的抗时间选择性和频率选择性衰落的能力。
43.当副本数不止一个时，原始tb和多个副本tb分配在可用信道资源上的相对位置可以是以上三类方式的组合。
44.通信链路发送模块的信号经过无线衰落信道到达通信链路接收模块，由于系统偏差以及信道噪声和干扰的影响，会有部分tb无法正确解调接收，通信链路接收模块将根据其中正确接收到的tb中的2个新增字段进行筛选，即同一tb仅保留一份tb中的所包含的有效数据，避免出现输出的有效数据重复的情况。
45.假设当前无人机通信链路的可用信道资源的频率宽度为2b，时间长度不限。仅观察一小段时间内的原始tb在可用信道资源上的分布，如图4所示。其中tb1、tb2和tb3所包含的均为不同的有效数据。可以发现原始tb仅占用了一半的信道资源，另一半未承载任何有用数据。而采用同时异频的资源分配方式的情况下，发送端将判断某一时刻的信道资源是否存在冗余，如果是的话将把同一时刻的原始tb生成副本tb，承载在同一时刻的冗余信道资源上，如图5所示。举例来说，tb1(0)为原始tb，而tb1(1)为相应的副本tb。tb新增的2个字段中，tb1(0)和tb1(1)的f1字段值为1，tb2(0)和tb2(1)的f1字段值为2，tb3(0)和tb3(1)的f1字段值为3，而tb1(0)、tb2(0)和tb3(0)的f2字段值为0，tb1(1)、tb2(1)和tb3(1)的f2字段值为1，接收端将根据正确接收到的tb中的2个新增字段进行有效数据的筛选。
46.实施例2
47.本实施例中采用异时异频的资源分配方式进行说明，无人机通信链路的背景假设如实施例1和图4所示，采用异时异频的资源分配方式的情况下，发送端将判断某一时刻的信道资源是否存在冗余，是的话将把上一时刻与当前时刻的冗余信道资源频率位置不同的原始tb生成副本tb，承载在当前时刻的冗余信道资源上，如图6所示，举例来说，tb1(0)为原始tb，而tb1(1)为相应的副本tb,tb新增的2个字段中，tb1(0)和tb1(1)的f1字段值为1，tb2(0)和tb2(1)的f1字段值为2，tb3(0)和tb3(1)的f1字段值为3，而tb1(0)、tb2(0)和tb3(0)的f2字段值为0，tb1(1)、tb2(1)和tb3(1)的f2字段值为1,接收端将根据正确接收到的tb中的2个新增字段进行有效数据的筛选。
48.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，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。