[發(fā)明專利]劃分虛擬小區(qū)和移動性管理方法及裝置、衛(wèi)星、地面終端和信關站

在審

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• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114157341A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設計）人: 張劍;陳雅珍;李波;陳皓;王俊;樊闖;陳彥男;謝濤
• 申請（專利權）人: 北京九天微星科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W8/02;H04W16/18;H04W16/28
• 代理公司: 北京墨丘知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11878
• 代理人: 唐忠仙;谷軼楠

本發(fā)明公開了一種劃分虛擬小區(qū)和移動性管理方法及裝置、衛(wèi)星、地面終端和信關站，其中所述劃分虛擬小區(qū)的方法包括：將中低軌道衛(wèi)星環(huán)繞地球運行一周發(fā)送的波束所掃過的地面區(qū)域劃分成若干個虛擬小區(qū)；為每個所述虛擬小區(qū)指定不同的虛擬小區(qū)ID；在所述衛(wèi)星發(fā)送的波束處于所述虛擬小區(qū)內(nèi)期間，控制所述衛(wèi)星發(fā)送所述虛擬小區(qū)對應的虛擬小區(qū)ID。

技術領域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術領域，具體涉及一種劃分虛擬小區(qū)和移動性管理方法及裝置、衛(wèi)星、地面終端和信關站。

背景技術

衛(wèi)星通信系統(tǒng)以衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號，在多個地面終端之間通信。基于衛(wèi)星軌道的類型，一種較為成熟的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是利用地球同步衛(wèi)星(GEO)，這種衛(wèi)星能夠在圍繞赤道軌道上空3600千米左右的高度保持對地靜止并提供無線接入服務。然而，由于軌道的限制，這種通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量受限、服務區(qū)域也無法覆蓋到高維度地區(qū)。上個世紀提出過一種通過使用中低軌道(LEO/MEO)衛(wèi)星組建星座的方式提供全球衛(wèi)星通信覆蓋的想法，并且在全世界范圍內(nèi)掀起一波建設熱潮。然而，由于過于高昂的成本以及受限的數(shù)字信號處理技術，第一次嘗試均以失敗告終。近年來，隨著商業(yè)航天技術的發(fā)展，發(fā)射成本得到了大幅度的降低。并且數(shù)字信號處理技術的成本和算力均得到了較大的進步。因此，基于中低軌道衛(wèi)星的通信衛(wèi)星星座計劃再次被提出。盡管中低軌道衛(wèi)星無法與地球保持相對靜止，但是通過星座的方式能夠理論上能夠?qū)崿F(xiàn)全球的覆蓋。并且由于無線通信系統(tǒng)的容量由頻率復用系數(shù)決定，離地球表面更近的中低軌道衛(wèi)星能夠提供相比GEO衛(wèi)星更多的通信容量。

雖然利用中低軌道星座構建全球覆蓋的、高容量的通信系統(tǒng)能夠快速向欠發(fā)達地區(qū)提供無線接入能力。但是在高速移動的衛(wèi)星和地面終端間建立無線鏈路也面臨諸多技術上的挑戰(zhàn)，并且這些挑戰(zhàn)并不是傳統(tǒng)地面蜂窩網(wǎng)絡中存在的，因此在現(xiàn)有文獻中也較少的被研究過。其中一個問題是由于中低軌道衛(wèi)星相對地面高速移動和波束成形帶來的。由于衛(wèi)星通信頻率在KA或KU波段，該頻段的路徑損耗較大，如果不使用相控陣天線對無線電波進行波束成形，則無法在地面端無法實現(xiàn)有效的信噪比。波束成形意味著衛(wèi)星對地覆蓋面積是一個以波束中心點為中心的圓形。在一個1000Km高度的低軌道上的衛(wèi)星，其飛行速度能達到7km/s，在這個速度下，低軌衛(wèi)星的軌道周期大概在1.45個小時左右。如果進一步考慮軌道的相對赤道面的仰角以及地面終端所處的高緯度地區(qū)，這意味著一個中低軌道衛(wèi)星在地面終端的可見窗口(Visual Window)大概在20分鐘左右。如果不使用波束跟蹤而是使用固定波束，則只有在部分可見窗口內(nèi)波束掃描到的時間區(qū)域內(nèi)通信鏈路才能達到滿意的水平，這樣中低軌道衛(wèi)星能服務一個地面終端的時間進一步縮小。在公開的Starlink測試數(shù)據(jù)中，披露的鏈路速率并不包含持續(xù)服務的時間，這意味著可能Starlink也尚未解決多顆衛(wèi)星提供持續(xù)通信服務的問題。

解決上述問題的一種方式是利用中低軌道星座的方式，如圖1所示，在一個軌道上部署多顆衛(wèi)星，由不同衛(wèi)星接力服務的方式實現(xiàn)持續(xù)不斷的通信鏈路，中低軌道衛(wèi)星星座龐大的成本意味著必須服務于大量的用戶才能實現(xiàn)經(jīng)濟上的可行性，當?shù)孛娼K端數(shù)量不斷增加后，必然需要提供一種類似傳統(tǒng)蜂窩通信網(wǎng)絡的移動性管理的方法，然而目前公開的文獻中低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡關注的仍然是單個衛(wèi)星與地面終端之間的通信方案和性能測試。

在傳統(tǒng)蜂窩通信系統(tǒng)里，基站固定不動而移動終端單方面進行移動，每個基站與一個或多個小區(qū)相關聯(lián)，如圖2所示，通信系統(tǒng)通過終端所關聯(lián)的小區(qū)進行移動性管理。終端在非連接態(tài)(Idle Mode)或連接態(tài)(Connected Mode)下均能識別關聯(lián)的小區(qū)并在必要時與網(wǎng)絡側(cè)的移動性管理單元(MME)進行通信和同步。