船舶通信系统及新型船舶论文和设计-东之杰

全文摘要

本实用新型提供了一种船舶通信系统及新型船舶，涉及船舶通信技术领域，该系统包括5G天线阵列、VSAT通信卫星天线、信号切换模块、路由器、交换机和无线热点；该5G天线阵列、VSAT通信卫星天线分别与信号切换模块相连；该信号切换模块、路由器、交换机依次相连；该交换机与至少一个无线热点相连。本实用新型实施例提供的船舶通信系统及新型船舶，可以为船舶提供5G信号通信和卫星信号通信，并实现这两种通信方式的灵活切换，利于减少整体通信费用，并改善船舶旅行体验。

主设计要求

1.一种船舶通信系统，其特征在于，包括：5G天线阵列、VSAT通信卫星天线、信号切换模块、路由器、交换机和无线热点；所述5G天线阵列为面板式天线阵列，所述5G天线阵列平铺设置在船体垂直壁上，或环绕设置在支撑杆上；所述5G天线阵列、所述VSAT通信卫星天线分别与所述信号切换模块相连；所述信号切换模块、所述路由器、所述交换机依次相连；所述交换机与至少一个所述无线热点相连。

设计方案

1.一种船舶通信系统，其特征在于，包括：5G天线阵列、VSAT通信卫星天线、信号切换模块、路由器、交换机和无线热点；所述5G天线阵列为面板式天线阵列，所述5G天线阵列平铺设置在船体垂直壁上，或环绕设置在支撑杆上；

所述5G天线阵列、所述VSAT通信卫星天线分别与所述信号切换模块相连；

所述信号切换模块、所述路由器、所述交换机依次相连；

所述交换机与至少一个所述无线热点相连。

2.根据权利要求1所述的船舶通信系统，其特征在于，还包括信号强度检测模块和控制器；

所述信号检测模块分别与所述5G天线阵列和所述控制器相连；

所述控制器还与所述信号切换模块相连。

3.根据权利要求2所述的船舶通信系统，其特征在于，所述信号强度检测模块、所述控制器、所述信号切换模块、所述路由器、所述交换机均设置于控制箱内，且所述控制箱设置于船舶内部。

4.根据权利要求3所述的船舶通信系统，其特征在于，所述无线热点通过数据线与所述交换机相连，所述无线热点分布在船舶上的各个网络接入点。

5.根据权利要求1所述的船舶通信系统，其特征在于，所述VSAT通信卫星天线设置在船舶的桥楼甲板上。

6.根据权利要求1所述的船舶通信系统，其特征在于，所述5G天线阵列为5G MIMO天线阵列。

7.一种新型船舶，其特征在于，包括船舶主体，以及权利要求1-6任一项所述的船舶通信系统，所述船舶通信系统设置在所述船舶主体上。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及船舶通信技术领域，尤其是涉及一种船舶通信系统及新型船舶。

背景技术

现有船舶网络通讯主要通过VSAT(Very Small Aperture Terminal，甚小孔径终端)通讯，甚小口径天线卫星通讯技术采用Ku或Ka波段，Ku波段频率10.7～18.0GHz，该波段波长与雨滴大小相近，在雨雪天气受影响较大。Ka波段频率范围为26.5～40Ghz，同样受雨雪影响巨大。甚小口径天线卫星通讯技术由于采用厘米波传输，频率低限制了信息承载量，导致带宽太小，因此存在低带宽、高延迟的情况。并且，因为需要跟踪卫星运动，VSAT天线需要俯仰回转机构帮助调整，还存在体积大的问题，另外，因其需发射卫星进行通讯转接，成本也高昂。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种船舶通信系统及新型船舶，可以为船舶提供5G信号通信和卫星信号通信，并实现这两种通信方式的灵活切换，利于减少整体通信费用，并改善船舶旅行体验。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种船舶通信系统，包括：5G天线阵列、VSAT通信卫星天线、信号切换模块、路由器、交换机和无线热点；该5G天线阵列、VSAT通信卫星天线分别与信号切换模块相连；该信号切换模块、路由器、交换机依次相连；该交换机与至少一个无线热点相连。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该系统还包括信号强度检测模块和控制器；该信号检测模块分别与该5G天线阵列和该控制器相连；该控制器还与该信号切换模块相连。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，该信号强度检测模块、该控制器、该信号切换模块、该路由器、该交换机均设置于控制箱内，且该控制箱设置于船舶内部。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该无线热点通过数据线与该交换机相连，该无线热点分布在船舶上的各个网络接入点。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该5G天线阵列为面板式天线阵列。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该5G天线阵列平铺设置在船体垂直壁上。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该5G天线阵列环绕设置在支撑杆上。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，该VSAT通信卫星天线设置在船舶的桥楼甲板上。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，该5G天线阵列为5G MIMO天线阵列。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种新型船舶，包括船舶主体，以及上述第一方面及其可能的实施方式之一提供的船舶通信系统，该船舶通信系统设置在该船舶主体上。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供的一种船舶通信系统及新型船舶，该船舶通信系统包括5G天线阵列、VSAT通信卫星天线、信号切换模块、路由器、交换机和无线热点；该5G天线阵列、VSAT通信卫星天线分别与信号切换模块相连；该信号切换模块、路由器、交换机依次相连；该交换机与至少一个无线热点相连。本实用新型实施例提供的船舶通信系统，通过在船舶上设置5G天线阵列和VSAT通信卫星天线，可以为船舶提供5G信号通信和卫星信号通信，通过设置信号切换模块，可实现这两种通信方式的灵活切换，对于近海和远洋，可以根据船舶所在位置的实际信号状况选择通信的方式，有利于减少整体通信费用，并改善船舶旅行体验。

本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，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、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实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为一种传统船舶卫星通信情景示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种船舶通信系统结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种船舶通信系统结构示意图；

图4为一种5G天线阵列和VSAT天线的安装位置示意图；

图5为一种多船舶5G网络传输场景示意图；

图6为一种多船舶5G网络和卫星网络联合应用场景示意图。

图标：

11-5G天线阵列；12-VSAT通信卫星天线；13-信号切换模块；14-路由器；15-交换机；16-无线热点；17-信号强度检测模块；18-控制器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

目前，现有船舶网络通讯主要通过VSAT(Very Small Aperture Terminal，甚小孔径终端)通讯，其受雨雪天气影响较大，还存在上下行带宽窄，资费高的问题，另外，VSAT天线的体积往往较大，也占用了较多船舶罗经甲板上有限的面积。

参见图1，为一种传统船舶卫星通信情景示意图，传统卫星传输方案网络信号由船舶发送请求给卫星，卫星发送给地面站，等到地面站应答之后，数据会由地面站发送给卫星，再由卫星分发给请求的船舶。在该过程中，船舶与地面的通信通道只有一条，这个过程中如果想要通讯大量数据，势必会在单一通道中产生大量拥堵。在图1所示的多艘船舶同时请求时，还会对卫星计算能力产生巨大的要求。为了应对这样的情况，运营商不得不发送更多的卫星应对网络请求，这就造成了网络卫星宽带的资费进一步上涨。然而在未来，船舶智能化对网络时延、带宽和资费成本都提出了更高的要求，而现在的卫星宽带并不能满足这种要求。

基于此，本实用新型实施例提供的一种船舶通信系统及新型船舶，可以为船舶提供5G信号通信和卫星信号通信，并实现这两种通信方式的灵活切换，利于减少整体通信费用，并改善船舶旅行体验。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种船舶通信系统进行详细介绍。

实施例一：

本实用新型实施例提供了一种船舶通信系统，参见图2，为该系统的结构示意图，由图2可见，该系统包括5G天线阵列11、VSAT通信卫星天线12、信号切换模块13、路由器14、交换机15和无线热点16。其中，该5G天线阵列11、VSAT通信卫星天线12分别与信号切换模块13相连，并且，该信号切换模块13、路由器14、交换机15依次相连，该交换机15还与至少一个无线热点16相连。

在其中一种可能的实施方式中，该船舶通信系统中的VSAT通信卫星天线12设置在船舶的桥楼甲板上，以更好接收卫星信号。并且，该系统中的5G天线阵列11可以为5G MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)天线阵列。其中，MIMO技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量。MIMO技术可以有效利用在收发系统之间的多个天线之间存在的多个空间信道，传输多路相互正交的数据流，从而在不增加通信带宽的基础上提高数据吞吐率以及通信的稳定性。

进一步的，该5G天线阵列11还可以是Massive MIMO天线阵列，Massive MIMO技术在MIMO技术基础之上更进一步，在有限的时间和频率资源基础上，采用上百个天线单元同时服务多达几十个的移动终端，更进一步提高了数据吞吐率和能量的使用效率。传统的TDD(Time Division Duplexing，时分双工)网络的天线基本是2天线、4天线或8天线，而Massive MIMO的通道数则达到64或128或256个。

在该船舶通信系统中，5G天线阵列11、VSAT通信卫星天线12分别用于收发5G通信信号和卫星信号，从而实现船舶利用5G通讯和卫星通讯。这里，当在岸基5G信号基站的信号覆盖范围内时，船舶可以通过5G天线阵列11实现和岸基信号基站的信号连接，并进行网络通信。而当船舶在远洋作业，无法接受到岸基5G信号时，可以通过VSAT通信卫星天线12与通信卫星连接，实现船舶的网络连接。

这里，系统中的信号切换模块13用于在5G信号通讯和卫星信号通讯两种模式的切换，用户可以根据船舶实际所在区域的信号情况，自由选择其中一种通信方式进行通信。当需要进行5G信号通讯时，信号切换模块13连接5G天线阵列11，并由依次连接的5G天线阵列11、路由器14、交换机15和无线热点16构成通路，实现船舶的网络通信。当需要进行卫星通讯时，信号切换模块13连接VSAT通信卫星天线12，并由依次连接的VSAT通信卫星天线12、路由器14、交换机15和无线热点16构成通路，同样实现船舶的网络通信。

另外，在上述通信系统中，交换机15是一种用于电(光)信号转发的网络设备，它可以是以太网交换机。在其中一种实施方式中，该系统连接有多个无线热点16，并且，各个无线热点16通过数据线与交换机15相连，各个无线热点16分布在船舶上的各个网络接入点。这样，通过在船舶的多个位置设置无线热点16，可以为船舶各处提供网络服务，网络使用更加便捷。

为了提高该船舶通信系统的智能化程度，以更便捷地在5G信号通讯和卫星通信之间切换，在其中一种实施方式中，参见图3，在图2的基础上，该系统还包括信号强度检测模块17和控制器18。并且，该信号强度检测模块17分别与该5G天线阵列11和该控制器18相连，该控制器18还与信号切换模块13相连。在实际操作中，信号强度检测模块17用于检测当前5G天线阵列11所接收到的5G信号的信号强度，在其中一种方式中，可以周期性检测信号强度，在某一个或连续几个检测周期中，都没有检测到5G信号时，信号强度检测模块17向控制器18发送触发信号，以从5G通信模式自动切换到卫星通信模式。这样，不但无需人员的手动切换，还更利于通信网络的不间断，有效改善船舶旅行体验。

另外，为了更好的保护该通信系统的硬件设备，可以将该系统中的信号强度检测模块17、控制器18、信号切换模块13、路由器14以及交换机15共同设置于一个控制箱内，并将该控制箱设置在船舶的内部。这样，通过将各个硬件设备设置于一个控制箱内，也更方便对各个设备进行统一的维护。

在实际操作中，为了节省船舶上有限的甲板空间，该系统中的5G天线可以选用面板式5G天线阵列11，相比于传统的单根天线构型，面板式5G天线阵列11是由天线阵列面板组合而成的。在船舶上安装该5G天线阵列11时，可以将该5G天线阵列11平铺设置在船体垂直壁上，或者将该5G天线阵列11环绕设置在支撑杆上。参见图4，即为一种5G天线阵列和VSAT天线的安装位置示意图，图4中示出的5G天线阵列11的安装方式，在节省罗经甲板表面面积的同时，也有效减少了天线间的干扰。

本实用新型实施例提供的一种船舶通信系统，该船舶通信系统包括5G天线阵列、VSAT通信卫星天线、信号切换模块、路由器、交换机和无线热点；该5G天线阵列、VSAT通信卫星天线分别与信号切换模块相连；该信号切换模块、路由器、交换机依次相连；该交换机与至少一个无线热点相连。本实用新型实施例提供的船舶通信系统，通过在船舶上设置5G天线阵列和VSAT通信卫星天线，可以为船舶提供5G信号通信和卫星信号通信，通过设置信号切换模块，可实现这两种通信方式的灵活切换，对于近海和远洋，可以根据船舶所在位置的实际信号状况选择通信的方式，有利于减少整体通信费用，并改善船舶旅行体验。

实施例二：

在上述实施例一提供的船舶通信系统的基础上，本实用新型实施例二还提供了一种多船舶间的通信方法。

参见图5，为一种多船舶5G网络传输场景示意图，在图5所示的船舶通信场景中，有多艘船舶，且每艘船舶上均安装有上述实施例一及其可能的实施方式之一提供的船舶通信系统。对于每一艘船，它可以独立的选择5G通信模式或卫星通信模式，这里，以各艘船均以5G信号通信的方式介绍。

由于每艘船上均设置有5G天线阵列，而5G特有的D2D(Device to Device，设备到设备)技术，使得单船与岸基联系不再是只有单一的一条通路。在图5示出的场景中，假设船A、船B在沿岸航行，且基站信号清晰。若船C、船E在岸基天线覆盖范围之外，但是它们在船A、船B两船的5G天线阵列的信号覆盖范围之内，则船C、船E两船依然能够使用5G信号进行通讯。又比如，假设船D处于比船C、船E两船更远的地方，但它们在船C、船E两船的5G天线阵列的信号覆盖之内，则更远处的船D也能够使用5G信号进行通讯。同理推广，若利用5G天线阵列进行通信的船舶装机量充足，则不难预见，在船舶较密集的近海沿岸和内河航道，船舶通讯质量将大大提升，同时，用网成本也将下降到普通民用手机的资费水平。另一方面，在这种5G通信D2D特性的加持下，每一艘船都是一个基站，并且，在这种基站数量充足时，理论上可选择的通信通道是无限的，这也相应地缓解了船舶密集地区过于密集的数据请求对卫星的较大压力。

另外，参见图6，为一种多船舶5G网络和卫星网络联合应用场景示意图，在图6示出的船舶通信场景中，多艘船舶的每一艘船上均安装有上述实施例一及其可能的实施方式之一提供的船舶通信系统。在多艘船舶组成的通信网络中，5G网络系统可以与卫星宽带搭配使用，在近岸时可使用5G信号，而在远海无5G信号时则可切换为卫星宽带信号。较之使用5G网络或卫星宽带的单一信号来源，这种联合方式缓解了5G信号只在近海覆盖的问题，也缓解了近海使用宽带卫星过于昂贵的难题。另外，舰队间还可以通过5G网络组成局域网，高效传输数据。对于这种通信方式，当其中一艘船舶拥有网络时，舰队中的其他船舶也可通过共享而获得网络连接。

本实用新型实施例提供的多船舶间的通信方法，基于上述实施例一提供的船舶通信系统实现，通过采用5G信号通信与VSAT卫星通信组合的方式，结合近海高质量信号的同时，还兼顾了远洋航行过程中的网络体验，适合无限航区船舶使用。对于近海和内河船舶，在5G船用系统推广后，可以不使用VSAT系统，只使用5G信号进行通信，从而可以大大节省船舶空间和通信成本。

实施例三：

本实用新型实施例还提供了一种新型船舶，包括船舶主体，以及上述实施例一及其可能的实施方式之一提供的船舶通信系统，该船舶通信系统设置在该船舶主体上。通过使用该船舶通信系统，使得该新型船舶可以根据实际需要在5G信号通信和卫星信号通信之间自由切换，有利于减少船舶的整体通信费用，并改善船舶旅行体验。

本实用新型实施例提供的新型船舶，与上述实施例提供的船舶通信系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的新型船舶的具体工作过程，可以参考前述船舶通信系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本实用新型的范围。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

设计图

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