[發明專利]一種數據庫輔助的衛星系統與地面蜂窩網絡頻譜共享方法

有效

• 申請號: 201910471340.5
• 申請日: 2019-05-31
• 公開（公告）號: CN110519695B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 楊健;柳永祥;張建照;吳昊;喬曉強;張濤;王龍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04W4/021
• 分類號: H04W4/021;H04W16/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明提出了一種數據庫輔助的衛星系統與地面蜂窩網絡頻譜共享方法。該方法為：首先衛星通過下行鏈路向地面站廣播其波束覆蓋范圍和過頂時間，波束覆蓋范圍信息和過頂時間信息形成衛星軌跡數據庫；然后地面站與地面蜂窩網絡共享衛星軌跡數據庫；最后當蜂窩基站需要接入毫米波頻段進行頻譜共享時，蜂窩基站將自己的位置信息發送給衛星軌跡數據庫，衛星軌跡數據庫向蜂窩基站反饋其最大可用發射功率。本發明方法簡單、時延可控，降低了衛星鏈路的中斷概率，提高了頻譜機會的利用率，并且提升了地面蜂窩網絡的吞吐量。

技術領域

本發明屬于頻譜共享技術領域，特別是一種數據庫輔助的衛星系統與地面蜂窩網絡頻譜共享方法。

背景技術

目前無線電系統主要利用3MHz-3GHz的頻譜資源進行工作，3MHz-3GHz的頻譜資源由于眾多無線電系統使用，已經接近于飽和，短期內難以進一步提升該頻段的頻譜利用率。在3GHz以上，大量頻譜資源被分配給衛星系統，一方面，分配給衛星系統的頻譜資源尚未得到充分利用；另一方面，通過復用3GHz以上毫米波頻段的一小部分頻譜資源，即可使通信容量提高數十倍。早期，由于頻率相對較高，例如K波段(18-27GHz)和Ka波段(27-40GHz)，衛星頻段很少部署其他無線電業務系統。當前，第5代(5G)寬帶蜂窩通信網絡正在探索利用毫米波頻段頻譜資源，對毫米波頻段頻譜資源的需求大大提高。與目前的蜂窩系統相比，毫米波頻段頻譜資源的復用能夠解決地面蜂窩網絡頻譜資源緊缺的問題。以低地球軌道(LowEarth Orbit,LEO)和中地球軌道(Medium Earth Orbit,MEO)衛星為例，LEO或MEO衛星的典型軌道高度為200km至20000km，相當于1.5-12小時的軌道周期和7-300分鐘的過頂時間，如果地面蜂窩網絡準確避開LEO或MEO衛星的過頂時間，即可獲得大量的頻譜接入機會。

鑒于此，亟待對衛星系統和地面蜂窩網絡進行毫米波頻段的共存分析。在該方向已有一些研究結果：為了防止地球站受到地面蜂窩網絡的干擾，K.An等人(K.An,J.Ouyang,M.Lin,and T.Liang,“Outage analysis of multi-antenna cognitive hybridsatellite-terrestrial relay networks with beamforming,”IEEE Commun.Lett.,vol.17,no.7,pp.1344-1347,Jul.2014.)在干擾溫度約束條件下研究了多天線波束成形的約束機制；K.An等人(K.An,M.Lin,W.P.Zhu,Y.Huang,and G.Zheng,“Outage performanceof cognitive hybrid satellite terrestrial networks with interferenceconstraint,”IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.65,no.11,pp.9397-9404,Nov.2016.)在干擾約束下對認知衛星地面網絡的中斷概率進行了分析；E.Lagunas等人(E.Lagunas,S.K.Sharma,S.Maleki,S.Chatzinotas,and B.Ottersten,“Resource allocation forcognitive satellite communications with incumbent terrestrial networks,”IEEETrans.Cognitive Commu.And Networking,vol.1,no.3,pp.305-317,Sept.2015.)以干擾電平為主要性能指標分析了衛星系統與地面蜂窩網絡的毫米波頻段頻譜共享帶來的關鍵性能提升。然而，現有工作大部分集中在性能分析和關鍵參數的推導上，如何在衛星系統和地面蜂窩網絡之間實現可靠的毫米波頻譜共享仍未得到解決。因此，如何在充分保護衛星鏈路不受干擾的前提下，避開LEO或MEO衛星的過頂時間，獲得空-時頻譜接入機會，具有重要的應用價值。