本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，尤其涉及(但不是排他地)一種在使用了互補的陸地與天基技術(shù)來支持多個應(yīng)用的通信系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

背景技術(shù)：

可以獲得的各種報告和資源均報告了訪問數(shù)據(jù)的需求正以越來越高的速率增長。除了諸如視頻之類的高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)之外，機器對機器(m2m)通信和其他較低速率業(yè)務(wù)的增長也擴展了各種通信網(wǎng)絡(luò)的容量。類似地，對在通信系統(tǒng)中使用的各類數(shù)據(jù)進行設(shè)置以進行演進。例如，在空間技術(shù)領(lǐng)域中，對實時或接近實時可用的地球觀測與其他傳感器數(shù)據(jù)的需求預(yù)期會增長。

為了應(yīng)對日益增長的需求，已經(jīng)提出并實現(xiàn)了各種衛(wèi)星系統(tǒng)，包括處于近地球軌道(leo)、中地球軌道(meo)、地球靜止軌道(geo)等的各種星群(constellations)，以實現(xiàn)大型通信網(wǎng)絡(luò)。

歷史上，設(shè)計和實施衛(wèi)星系統(tǒng)的高成本是指這些系統(tǒng)被設(shè)想為是彼此孤立的，并且主要專用于單一應(yīng)用或任務(wù)，任務(wù)是以下主要類別之一：

●地球觀測(覆蓋民用和軍用應(yīng)用)；

●科學(xué)(例如羅塞塔號(rosetta)的彗星任務(wù))；

●探測(例如好奇號(curiosity)的火星任務(wù))；

●導(dǎo)航并提供全球定位衛(wèi)星(也稱為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(gnss))，用于衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用；

●電信，覆蓋用于廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)(bss)、同步衛(wèi)星業(yè)務(wù)(fss)、移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)(mss)或者軍事應(yīng)用的衛(wèi)星系統(tǒng)。

使用這種衛(wèi)星系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)通常是基于點對點鏈路的建立按照自組織模式(ad-hocbasis)構(gòu)建的。網(wǎng)絡(luò)也可以是專有的，不同網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備不能進行交互(一個這樣的交互障礙在于頻譜劃分)，并且為了避免干擾和/或出于安全性的目的，不同應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)被配置為在不同的頻帶中運行。通常，隨著進一步的任務(wù)和應(yīng)用被設(shè)計，在劃分成越來越小的帶寬的基礎(chǔ)上進行頻譜分配。

隨著開發(fā)的任務(wù)和應(yīng)用的數(shù)量增加，頻率協(xié)調(diào)因而變得越來越困難，現(xiàn)在在某種程度上已經(jīng)成為一個嚴(yán)重的問題。因此，某些頻帶內(nèi)的系統(tǒng)優(yōu)化一直是新通信網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新焦點，以便可以避免頻率分配問題，并且系統(tǒng)可以更好地利用現(xiàn)有資源。

但是，該方法的難點在于隨著系統(tǒng)性能與容量的增加，系統(tǒng)要求也提高，所以頻譜分配一直是一個限制因素。

除了頻率問題之外，還要意識到更一般的協(xié)調(diào)問題，例如在不同網(wǎng)絡(luò)上運行的設(shè)備之間的技術(shù)不兼容性、對各種格式的數(shù)據(jù)和通過不同通信協(xié)議發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)進行處理的能力等。在兩個不同網(wǎng)絡(luò)上的兩個設(shè)備的核心功能可能是相同的，但是即使設(shè)備提供的功能相同，這兩個設(shè)備也是專用于特定制造商或應(yīng)用，并且針對特定用途而配置。因此可能存在由于技術(shù)重復(fù)所導(dǎo)致的高度冗余。

對于上述各類應(yīng)用領(lǐng)域，整體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要求結(jié)合地面和天基技術(shù)組組件(這里稱為“資產(chǎn)(asset)”)。例如，地面基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括：多個地面站，用于控制和操作衛(wèi)星；用戶終端(例如衛(wèi)星電視天線和機頂盒)；以及相關(guān)聯(lián)的操作軟件工具，用于支持所有空間和地面資產(chǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)連接。這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)資產(chǎn)已經(jīng)獨立演進。實際上，出現(xiàn)了如下的進一步細(xì)分：

●地球觀測、科學(xué)、導(dǎo)航和軍事衛(wèi)星從制度上主要是由不同組織運營的運營方案。因此，整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是由具有不同需求和待處理應(yīng)用的不同組織自主研發(fā)的。運作的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通常沿著區(qū)域線或國家線來劃分。

●商用電信衛(wèi)星是由具有一些標(biāo)準(zhǔn)化(standardisation)但是是獨立的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(軌道時隙(orbitalslot)、itu頻率分配、地面段、用戶終端設(shè)計等)的商業(yè)衛(wèi)星運營商來實施和運營。

此外，衛(wèi)星系統(tǒng)與陸地網(wǎng)絡(luò)(例如互聯(lián)網(wǎng)和陸地?zé)o線網(wǎng))的整合趨向于涉及定制運營商專用接口硬件和軟件。

因此，需要通過某種程度的標(biāo)準(zhǔn)化來解決這些問題，以便能夠有效地利用資源。特別需要提供一種針對該問題的技術(shù)方案以相比于當(dāng)前而更有效地處理頻率分配的問題，而不是如傳統(tǒng)的優(yōu)選方法那樣，進行大量的系統(tǒng)重新設(shè)計從而盡可能長久地避免該問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例旨在提供一種方法，該方法能夠更有效地利用當(dāng)前和未來的空間、地面和空基資產(chǎn)以及其所分配的頻譜，并允許多種不同資產(chǎn)的整合和互操作。將要在下文進行更詳細(xì)地描述的這類資產(chǎn)的整合是從不同組資產(chǎn)的“聯(lián)合(confederation)”的形成方面描述的，以形成“無所不在的全球網(wǎng)絡(luò)”。

值得注意的是，由第三代合作伙伴計劃(3gpp)定義的以長期演進(lte)規(guī)范來實現(xiàn)的當(dāng)今第四代(4g)陸地網(wǎng)絡(luò)為各種不同的用戶提供了多業(yè)務(wù)電信。與特定3gpp規(guī)范相關(guān)聯(lián)的功能可以從www.3gpp.org/specifications獲得。假設(shè)這些規(guī)范的詳細(xì)功能和其所用術(shù)語對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的，因此本文將不對其進行詳細(xì)解釋。

這樣的網(wǎng)絡(luò)支持需要傳輸語音、視頻、高速率數(shù)據(jù)、機器對機器(m2m)和“物聯(lián)網(wǎng)”(iot)流量的應(yīng)用。此外，4g標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)支持不同環(huán)境中的內(nèi)置頻率和資源管理，并且預(yù)計這些功能將被保留并作為目前定義的未來第五代(5g)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

本發(fā)明資產(chǎn)整合的原理是基于在空間中實現(xiàn)諸如4g網(wǎng)絡(luò)的陸地網(wǎng)以作為未來衛(wèi)星星群的通用通信形式，創(chuàng)建普遍存在的“空間萬維網(wǎng)”，其括空間與地面資產(chǎn)的聯(lián)合，能夠以高安全性和可靠性無縫互通。這將使消費者、商業(yè)實體、機構(gòu)和政府實體能夠?qū)@種聯(lián)合提供的許多類別的應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)進行無處無在地訪問。

換句話說，本發(fā)明的資產(chǎn)整合是通過采用靈活、安全、無縫的多業(yè)務(wù)電信主干網(wǎng)來實現(xiàn)的，這使得資產(chǎn)能夠通過干擾的內(nèi)置控制和頻譜管理來相互通信。

更詳細(xì)地說，本發(fā)明的技術(shù)提供了一種在這種星群的衛(wèi)星上的通信網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點，在一個實施例中，該關(guān)鍵節(jié)點的功能與lte網(wǎng)絡(luò)中的演進型節(jié)點b(也稱為enodeb或enb)類似，支持多種不同用戶的會話管理、切換(handover)和無線電資源管理以及回到陸地基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的通信。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，被配置為在空間中使用，該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括：傳輸接口，用于傳輸無線電頻率信號；接收接口，用于接收無線電頻率信號；網(wǎng)絡(luò)管理模塊，用于確定通信會話信息；控制器，設(shè)置成依照所述網(wǎng)絡(luò)管理接口所提供的會話信息來控制所述傳送接口和所述接收接口；其中，所述傳輸接口和所述接收接口用于接收來自陸地節(jié)點和空載節(jié)點的數(shù)據(jù)。

所述會話信息可以包括資源分配信息。

所述資源分配信息可以包括與通信流量以及網(wǎng)絡(luò)實體的位置與可用性相關(guān)的信息。

所述資源分配信息可以包括頻率使用信息。

所述會話信息可以包括切換控制信息。

所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以設(shè)置同陸地網(wǎng)絡(luò)中的用戶設(shè)備裝置與分組核心網(wǎng)之間的接口一樣的網(wǎng)絡(luò)控制功能。

所述陸地網(wǎng)絡(luò)可以是lte網(wǎng)絡(luò)，并且所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以提供與演進型節(jié)點b相同的網(wǎng)絡(luò)控制功能。

所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以包括用于加密和解密數(shù)據(jù)的裝置。

所述網(wǎng)絡(luò)管理模塊被設(shè)置為確定用于如下模式的會話信息：第一通信模式，用于通過衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)與所述陸地網(wǎng)絡(luò)中的實體進行的通信；第二通信模式，用于與所陸地網(wǎng)絡(luò)中的實體進行的直接通信；第三通信模式，用于與地基網(wǎng)關(guān)進行的對陸地網(wǎng)絡(luò)的直接通信；第四通信模式，用于與其它衛(wèi)星進行通信。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種網(wǎng)絡(luò)實體，包括上文定義的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并且還包括多個適應(yīng)性天線，該適應(yīng)性天線被連接至傳輸接口和接收接口，其中，所述多個適應(yīng)性天線支持多輸入多輸出(mimo)空中接口。

所述適應(yīng)性天線可以被配置為允許用于在軌動態(tài)重新配置的適應(yīng)性波束覆蓋，以便針對流量模式、位置和干擾抑制來優(yōu)化波束組。

所述網(wǎng)絡(luò)實體可以包括衛(wèi)星間鏈路接口。

控制器被可以設(shè)置成與衛(wèi)星的控制器進行對接。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種衛(wèi)星，包括上文定義的網(wǎng)絡(luò)實體，以用在對地靜止軌道、地球同步軌道、近地軌道、中地球軌道中的任何一種或其組合中。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用戶設(shè)備裝置，被配置為與上文定義的空載(space-borne)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行通信。

根據(jù)本發(fā)明實施例的機制使得能夠以高效、靈活且有效利用頻譜的方式針對許多不同應(yīng)用對空間和地面資產(chǎn)進行協(xié)調(diào)，以便在支持個人和專業(yè)組織所需的應(yīng)用方面提供改進的可用性、服務(wù)質(zhì)量(qos)和體驗質(zhì)量(qoe)。

本發(fā)明的實施例提供：

●基于激光和/或微波技術(shù)的“構(gòu)建塊”衛(wèi)星間鏈路(isl)能力，支持各種軌道(leo、meo、geo和其他軌道)衛(wèi)星之間的通信；

●“構(gòu)建塊”傳感器，用于靈活地部署為空間中和航空器上的被托管的有效載荷或者用于實際的專用任務(wù)；

●適應(yīng)性接收機，支持認(rèn)知和軟件可定義空中接口；

●進階有源天線，能夠根據(jù)衛(wèi)星位置、流量需求和頻譜環(huán)境提供適應(yīng)性覆蓋；

●進階網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，優(yōu)化資源編配(orchestration)，該系統(tǒng)涉及：

■動態(tài)星群內(nèi)衛(wèi)星之間的衛(wèi)星間協(xié)調(diào)和無線電資源分配；

■衛(wèi)星地面協(xié)調(diào)，例如，針對熱點的無線電資源動態(tài)分配；

■在itu頻譜分配和規(guī)定內(nèi)緩解星群內(nèi)干擾和外部干擾。

附圖說明

現(xiàn)在將結(jié)合下列附圖僅以示例的形式對本發(fā)明的實施例進行詳細(xì)的描述，其中：

圖1示出使用了根據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的衛(wèi)星有效載荷的架構(gòu)；

圖3示出了在圖1的布置中使用的回程通信模式；以及

圖4示出根據(jù)本發(fā)明實施例的空間節(jié)點的架構(gòu)。

具體實施方式

相同的附圖標(biāo)號自始至終都應(yīng)當(dāng)理解為是指代相同的組件。

圖1示出使用了根據(jù)本發(fā)明實施例的技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)。為了簡單起見，將參考諸如4g或5g網(wǎng)絡(luò)之類的lte通信網(wǎng)絡(luò)的組件和功能來對該網(wǎng)絡(luò)進行描述，但是如下文所述，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的原理可以被應(yīng)用于實現(xiàn)其他類型的通信網(wǎng)絡(luò)。

通信網(wǎng)絡(luò)包括包含在區(qū)域10內(nèi)的陸地資產(chǎn)以及示出在區(qū)域10以外的空間資產(chǎn)。陸地資產(chǎn)包括多個終端或移動設(shè)備，也稱為用戶設(shè)備(ue)20。ue設(shè)備20通過稱為演進節(jié)點b31(enodeb或者enb)的空中接口節(jié)點與lte網(wǎng)絡(luò)的核心陸地網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(稱為演進分組核心網(wǎng)(epc)30)進行通信，并且存在多個enb。enb31類似于gsm網(wǎng)絡(luò)中的基站收發(fā)臺。enb31具有板載控制功能，用于控制ue設(shè)備20和epc30之間的通信。

epc30本身包括控制節(jié)點32，其包括在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)處理并路由數(shù)據(jù)包的移動性管理實體(mme)和服務(wù)網(wǎng)關(guān)(s-gw)節(jié)點。mme和s-gw32還作為當(dāng)前陸地網(wǎng)絡(luò)的一部分提供lte規(guī)范中定義的業(yè)務(wù)范圍。

本發(fā)明的天基資產(chǎn)包括一組衛(wèi)星40，其中一些衛(wèi)星具有板載節(jié)點，本文稱為空間節(jié)點。本文在lte通信網(wǎng)絡(luò)背景下定義的空間節(jié)點是模擬陸地enb31的功能并且適合于空間環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點?？臻g節(jié)點能夠直接向ue20提供業(yè)務(wù)，并且經(jīng)由lte定義的x2協(xié)議(用短劃線表示，該協(xié)議定義了相鄰enb之間的通信)與其他enb31和空間節(jié)點進行通信，并經(jīng)由lte定義的s1接口協(xié)議(以虛線示出，該協(xié)議定義了enb31和演進分組核心網(wǎng)30之間的通信)與mme和s-gw節(jié)點32進行通信。一個衛(wèi)星40被示出為在空間中通過lte通信協(xié)議直接與ue設(shè)備50進行通信。另一個衛(wèi)星53(例如對地靜止衛(wèi)星)被示為充當(dāng)陸地網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)52。

空間節(jié)點提供lte規(guī)范中定義的業(yè)務(wù)范圍，該業(yè)務(wù)范圍包括下列功能的子集：

●無線電資源管理，其包括準(zhǔn)入控制、移動性控制、以及向ue進行無線電資源分配，并且與其他網(wǎng)絡(luò)空間節(jié)點和enb進行協(xié)調(diào)；

●將用戶數(shù)據(jù)路由到s-gw，并對數(shù)據(jù)進行必要的ip報頭壓縮和加密；

●在ue附件中處mme選擇，用于調(diào)度并傳輸源自mme或者經(jīng)由mme來自網(wǎng)絡(luò)操作與管理實體的尋呼消息和廣播信息；

●分別對各種用戶鏈路進行下行鏈路和上行鏈路數(shù)據(jù)流的調(diào)制和解調(diào)；

●靈敏轉(zhuǎn)換(agileconversion)成用戶鏈路(ul)的rf工作頻率和從用戶鏈路(ul)的rf工作頻率進行靈敏轉(zhuǎn)換，用于實施例所述示例的目的的rf工作頻率將是超高頻率(uhf)或l和s頻段內(nèi)的頻率，但是也可以在任意其他頻帶內(nèi)，包括諸如c、ku或ka等衛(wèi)星頻段，這取決于終端和頻譜分配演進，為的是與其他空間和/或陸地運營商(這種運營商或用戶相對于配置有空間節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)可以被認(rèn)為是“外部的”)無干擾共存。

空間節(jié)點除了陸地enb的以上業(yè)務(wù)范圍還實現(xiàn)特定的新接口：

●一個或多個標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口，接入/接出衛(wèi)星上所托管的任何有效載荷(無論是地球觀測、科學(xué)還是導(dǎo)航)；

●控制數(shù)據(jù)接口(cdi)，接到稍后描述的板載控制器。

因此，除了使空間節(jié)點能夠在空間環(huán)境中起作用所需的物理適應(yīng)性之外，空間節(jié)點因此包含關(guān)于enb的功能適應(yīng)性，以使天基應(yīng)用以及協(xié)議適應(yīng)性能夠顧及天基操作的多普勒和延遲問題。

通過圖1所示的布置，結(jié)合現(xiàn)有的陸地資產(chǎn)與本發(fā)明的空間節(jié)點可以實現(xiàn)以下效果：

●空間與地面網(wǎng)絡(luò)之間的完全整合；

●多種類型的空間資產(chǎn)(例如地球觀測與科學(xué)衛(wèi)星)的聯(lián)合；

●納入衛(wèi)星專用頻譜規(guī)則和頻率規(guī)劃，以減輕衛(wèi)星間系統(tǒng)、衛(wèi)星內(nèi)系統(tǒng)和空間/地面干擾；

●適應(yīng)迅速變化的無線電頻率環(huán)境，該迅速變化的無線電頻率環(huán)境是由于組成聯(lián)合資產(chǎn)的一部分的非對地靜止衛(wèi)星星群所導(dǎo)致；

●rf能夠達(dá)到僅根據(jù)需要而改進的小型“智能手機”終端，以允許接入衛(wèi)星通信頻譜。

將在下文對這些效果進行更詳細(xì)地描述。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的衛(wèi)星有效載荷60的架構(gòu)，其被設(shè)置在圖1所示網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星40上。

該衛(wèi)星有效載荷包含以下組件：

●空間節(jié)點41；

●在用戶鏈路工作頻率下的接收低噪聲放大器(lna)42，用于放大弱信號；

●在用戶鏈路工作頻率下的傳輸大功率放大器(hpa)；

●用戶鏈路頻率下的天線系統(tǒng)44，具有多個(例如整數(shù)n)元件，這些元件能夠產(chǎn)生具有足夠增益的波束，以允許一定程度的頻率重新利用并且支持與諸如智能電話之類的小型ue終端20的通信。天線系統(tǒng)44可以是每束單饋(sfpb)、陣饋反射面(afr)或直接輻射陣列(dra)類型中的任何一種。lna42和hpa43被布置在天線系統(tǒng)44和空間節(jié)點41之間。在圖2中，示出了具有兩種不同極化(pol_a和pol_b)的信號正在被發(fā)送到空間節(jié)點41或者由空間節(jié)點41接收；

●一個或多個調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)45，用于支持x2和s1接口的空間節(jié)點41的一個或幾個數(shù)字端口，該調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)45還具有以下功能：根據(jù)即將在下文中進行更具體的描述的各種回程模式(backhaulmode)將它們轉(zhuǎn)換成用于衛(wèi)星間鏈路(isl)的頻帶和到地面的鏈路。所討論的頻帶可以是ku、ka、q、v和光頻帶，并且給定的衛(wèi)星實施方式可以使用多個頻帶。這些isl和網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)頻率也可以由空間節(jié)點進行調(diào)整，以使所述鏈路能夠以任何期望的頻率與其他空間和/或陸地運營商無干擾共存；

●回程模式頻率下的傳輸和接收子系統(tǒng)46，在相關(guān)頻率下與一個或多個典型可控天線系統(tǒng)進行對接；

●用于衛(wèi)星專用頻譜和資源管理的板載控制器(obc)47，其與空間節(jié)點41對接，以允許空間節(jié)點41所固有的無線電資源管理功能的增強控制和與空間節(jié)點41所固有的無線電資源管理功能的交互，將在下文中進行更加詳細(xì)的描述；

●該obc對接至上述空間節(jié)點41的cdi以及上述傳輸和接收子系統(tǒng)46。

配備有上述有效載荷60的衛(wèi)星40能夠從陸地網(wǎng)絡(luò)接收上行鏈路信號，經(jīng)由lna42對這些信號進行放大，并且將信號傳送到空間節(jié)點41。在接收到信號時，空間節(jié)點41執(zhí)行本來在純陸地lte網(wǎng)絡(luò)中由enb31提供的空中接口處所實現(xiàn)的控制和路由，這使得能夠通過協(xié)議將衛(wèi)星并入到陸地網(wǎng)絡(luò)中，這種并入例如用4g或5glte網(wǎng)絡(luò)的方式。根據(jù)信號的預(yù)期目的地，空間節(jié)點41執(zhí)行適當(dāng)?shù)穆酚珊皖l率轉(zhuǎn)換。例如，如果該信號用于轉(zhuǎn)發(fā)到另一個衛(wèi)星40，則空間節(jié)點41將該信號經(jīng)由適當(dāng)?shù)恼{(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)45路由至isl46。isl46表示諸如天線之類的收發(fā)機，其可以與另一個衛(wèi)星40上相應(yīng)的收發(fā)機進行通信以交換信號。

在該示例中，obc47負(fù)責(zé)控制在其中通過isl46來傳輸信號的頻帶。動態(tài)地執(zhí)行頻率分配，使得通信系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的用戶鏈路、頻譜使用、通過isl而從其他衛(wèi)星接收的輸入信號、各種應(yīng)用的需求、以及物理定位。這種方法能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜共享，從而在任何預(yù)期的頻率下使該信號與其它空間和/或陸地網(wǎng)絡(luò)的信號能夠無干擾地共存。

經(jīng)由下文描述的任意或所有回程模式對接至空載obc47和空中的obc47的地基空間資源優(yōu)化器(sro，未示出)，允許在obc47中配置資源優(yōu)化概述或側(cè)寫(profile)。這些概述或側(cè)寫包括但不限于頻率分配、所有衛(wèi)星星群頻率的優(yōu)先級與映射、以及相關(guān)軌道的細(xì)節(jié)和天體星歷表(ephemeride)。因此，obc47使用從sro提供的信息以及本地獲得的諸如位置和定時數(shù)據(jù)之類的信息，來確定來自sro的哪些信息應(yīng)當(dāng)用于處理接收到的上行鏈路信號。類似地，對于經(jīng)由isl46在衛(wèi)星上接收的信號，obc47可以經(jīng)由hpa43控制信號的接收，以便經(jīng)由空間節(jié)點41將該信號轉(zhuǎn)發(fā)到下行鏈路。

在上述結(jié)構(gòu)的改型例中，obc47可以被配置在空間節(jié)點41內(nèi)，而不是經(jīng)由cdi與空間節(jié)點41對接。因此，空間節(jié)點41能夠?qū)崿F(xiàn)和執(zhí)行動態(tài)資源分配，其開放了由空間資產(chǎn)提供的大規(guī)模的可訪問性。作為示例，諸如移動終端21之類的ue設(shè)備可能能夠以與enb31進行常規(guī)通信一樣的方式直接與空間節(jié)點41進行通信，并且僅需要以適合于與空間節(jié)點41進行通信所需的無線電頻率來傳輸數(shù)據(jù)的能力?？臻g節(jié)點41可以在無處不在的網(wǎng)絡(luò)上接管數(shù)據(jù)的后續(xù)路由。在一個實施例中，空間節(jié)點41可以向移動終端21發(fā)送控制信號，以根據(jù)可用資源和流量來選擇特定的傳輸頻率。

圖2的衛(wèi)星有效載荷60可以作為配置成安裝在常規(guī)衛(wèi)星上的套件并隨后與衛(wèi)星發(fā)射到空間中。或者，有效載荷可以安裝在高空平臺(haps)上。在空間中，有效載荷60可以通過標(biāo)準(zhǔn)化接口與相同衛(wèi)星上或不同衛(wèi)星上的其他伴隨任務(wù)組件51進行對接。

現(xiàn)在將參照圖3對上面提到的回程通信模式進行描述。在電信術(shù)語中，“回程”涉及核心網(wǎng)絡(luò)和各子網(wǎng)絡(luò)單元(例如基站)之間的鏈路?？梢詫⒒爻桃暈閷⒌谝患墴o線設(shè)備鏈接到核心地面有線網(wǎng)絡(luò)。在圖1的網(wǎng)絡(luò)中，例如，回程涉及諸如mme32和衛(wèi)星40之類的epc設(shè)備30之間的鏈路。“回傳”與電信術(shù)語中的“前傳(fronthaul)”形成對比，“前傳(fronthaul)”是將新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接至經(jīng)由回程被鏈接至核心網(wǎng)的那些設(shè)備的鏈路。一個示例是遠(yuǎn)程無線電頭和無線基站之間的鏈路。

在圖1的網(wǎng)絡(luò)中有四個回程通信模式，它們在圖3中示出。它們將被稱為回程模式(bm)1至4，并且每個模式可以采用不同的調(diào)制方案或傳輸頻率，并涉及空間節(jié)點控制的不同方面。四個回程模式均考慮了空基操作的多普勒與延遲問題。

bm1描述了經(jīng)由對地靜止衛(wèi)星53到陸地網(wǎng)絡(luò)(例如，在空間節(jié)點41與地面網(wǎng)關(guān)52之間)的間接通信。

bm2描述了空間節(jié)點51與陸地enb31、配備有適合與空間進行通信的收發(fā)機的mme與s-gw實體32之間的直接通信，并且如果這些實體被適當(dāng)修改以直接對接衛(wèi)星40，則該通信是可能的。

bm3描述了空間節(jié)點41和地面網(wǎng)關(guān)52之間的到陸地網(wǎng)絡(luò)的直接通信。

bm4描述了到空間節(jié)點衛(wèi)星的衛(wèi)星間鏈路(isl)。

bm1至4涵蓋了根據(jù)本發(fā)明實施例網(wǎng)絡(luò)的陸地資產(chǎn)與空基資產(chǎn)之間的所有可能的通信類型。在兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的任何特定通信路徑中，可以使用一些或所有模式。

bm1至bm3用于資源管理，并承載s1和x2通信。資源管理通信包括上述地基sro與衛(wèi)星obc47之間的通信。bm4承載x2通信?；趌te架構(gòu)規(guī)范，s1通信代表enb31與分組核心網(wǎng)30之間的通信，x2通信代表相鄰enb31之間的通信。因此，可以看到使用本發(fā)明實施例網(wǎng)絡(luò)與陸地網(wǎng)絡(luò)通信之間的相似之處可以被認(rèn)為是通過將x2通信作為bm1和bm4模式納入空間。換句話說，通過存在空間節(jié)點41來模擬地面enb31的功能，也可以在諸如衛(wèi)星間鏈路之類的空間中實現(xiàn)地面lte通信的益處。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的空間節(jié)點41的架構(gòu)。在物理上，空間節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)實體，該網(wǎng)絡(luò)實體的形式是可以被固定到衛(wèi)星的便攜式基站收發(fā)機，術(shù)語“空間節(jié)點”反映了該實體在網(wǎng)絡(luò)中的邏輯角色和物理位置。

空間節(jié)點41在其外部包含熱與電磁保護罩71，以確保其適合在空間環(huán)境中運行并且確保其能夠在發(fā)射過程中存留下來。保護罩71可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的用于保護空間中的電子組件的任何合適的形式。還為用于空間節(jié)點41外殼的硬件支架(rack)設(shè)置了安全的內(nèi)部安裝。

空間節(jié)點41包括中央控制器72，中央控制器72控制空間節(jié)點41其他組件的操作，并且可以與主機衛(wèi)星上的obc47進行對接。在另一個實施例中，控制器72可以是obc47本身?？臻g節(jié)點41包括傳輸和接收接口模塊73、74，其能夠支持向如上所述的hpa43和lna42發(fā)送電信數(shù)據(jù)以及從如上所述的hpa43和lna42接收電信數(shù)據(jù)?？刂破?2被設(shè)置為基于從sro接收的信息來控制接口模塊73、74，使得可以適當(dāng)?shù)貓?zhí)行空間節(jié)點41接收機的傳輸和調(diào)諧的頻譜分配。此外，控制器結(jié)合接口模塊73、74、加密模塊77和解密模塊79(在下文中描述)支持包括mimo的各種lte傳輸模式的信號調(diào)節(jié)(signalconditioning)?？臻g節(jié)點還包含網(wǎng)絡(luò)接口模塊80，其對接調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)45以提供和支持bm1至4。

空間節(jié)點41包括電力模塊75，其用于向空間節(jié)點的組件提供工作電力。電力可能從主衛(wèi)星上的太陽能電池板中導(dǎo)出，并由電力模塊進行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)。為簡單起見，未示出電力模塊75接到空間節(jié)點41其他組件的連接。

空間節(jié)點71包括多個輔助控制模塊，其包括但不限于網(wǎng)絡(luò)管理模塊(nmm)76，加密、調(diào)制和編碼模塊77以及解密、解調(diào)和解碼模塊79?？梢园ǜ郊油ㄓ每刂颇K78，以便通過從地面站提供給空間節(jié)點的控制信號進行現(xiàn)場編程(in-siturogramming)來擴展功能。這些控制模塊被布置成連接到中央控制器72，并且直到它們運行之前都是斷電的。

nmm76執(zhí)行核心本地功能，并且允許有陸地epc30(例如s-gw和mme)的一些功能在衛(wèi)星上本地提供，從而可能改善延遲。nmm76執(zhí)行會話管理、切換控制和無線電資源管理中的至少一個，這些功能可以統(tǒng)稱為“智能網(wǎng)絡(luò)配置”。一般來說，nmm76能夠針對特定的數(shù)據(jù)或業(yè)務(wù)請求來確定需要進行哪些通信，以獲得該數(shù)據(jù)或提供業(yè)務(wù)，并且相應(yīng)地控制這種通信?？梢越?jīng)由bm4將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個空間節(jié)點41，經(jīng)由bm1通過在對地靜止衛(wèi)星53上設(shè)置的空基網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)至陸地網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)由bm3直接轉(zhuǎn)發(fā)至陸地網(wǎng)關(guān)52，或者經(jīng)由bm2轉(zhuǎn)發(fā)至適當(dāng)?shù)膕-gw32。nmm76還可以對數(shù)據(jù)進行調(diào)制或解調(diào)以調(diào)整至由從控制器或sro接收到的信息確定的頻率，但是在可替代的實施例中，這樣的功能可以被轉(zhuǎn)交給接口模塊73、74本身。

可以基于優(yōu)先級、業(yè)務(wù)的可用性和所提供的與ue設(shè)備20的移動相關(guān)的信息等來執(zhí)行這些通信中任意通信的調(diào)度。資源可用性可以是這種調(diào)度的關(guān)鍵功能，并且nmm76能夠確定其他衛(wèi)星40或陸地enb31的相對位置和可用性或者可用頻譜帶寬，以便確定是否可以實現(xiàn)特定通信?；诳梢詫ζ渌O(shè)備進行的通信的數(shù)量，以及可以從obc47處接收的例如來自本地衛(wèi)星傳感器或組件的信息導(dǎo)出的空間節(jié)點41的位置，nmm76還可以控制空間節(jié)點41的可用性以作為在來自其他空間節(jié)點的通信中使用的資源。以這種方式，連同從sro提供的頻率分配信息，nmm76實現(xiàn)了動態(tài)資源分配。

因此，nmm76是一種智能軟件模塊，其包含被設(shè)計為通過本發(fā)明的空間-陸地網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化通信的多個算法，使用了常規(guī)地面enb31中使用的這種運行原理。但是，nmm76此外還基于空間中可用資源的確定和資源的動態(tài)分配而提供空間節(jié)點42所需的適應(yīng)性，以支持根據(jù)模式bm1至bm4的通信。nmm76確定會話信息，會話信息包括資源分配信息和/或切換信息(handoverinformation)，并且被提供給控制器72以控制傳輸和接收接口。

此外，空間節(jié)點41可以包括(未示出)多個信號處理級(例如模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器和噪聲過濾器)，以確?？刂萍壷g的數(shù)據(jù)交換是可靠的。也可以設(shè)置裝置以特定地識別不同頻帶之間的干擾，并且可以識別出星群間和星群內(nèi)干擾。在涉及物理上不同的通信路徑的通信信道之間存在干擾的情況下，可以調(diào)整上述信號處理，使得能夠更有效地消除噪聲并優(yōu)化信號水平。在不可能降噪的情況下，控制器72可以識別出該情況并報告給可以更新其資源分配的nmm，或者還可以向地面站報告特定的通信鏈路發(fā)生了非預(yù)期問題?？梢韵鄳?yīng)地更新sro所提供的映射以暫時避免使用特定的鏈接。這種情況可能由于瞬時存在空間碎片而發(fā)生，例如在兩個空間節(jié)點之間的特定視距(line-of-sight)中。

空間節(jié)點41不是必需對所有數(shù)據(jù)流量進行加密，并且在某種程度上，在本發(fā)明的所有實施例中，模塊77和79各自的加密和解密功能可能不被激活，但是某些應(yīng)用可能需要加密或納入特定的錯誤校正代碼。作為示例，可以控制isl上的bm4通信以具有每個空間節(jié)點均實施的通用錯誤校正方案。此外，加密可以包括諸如ip分組報頭壓縮之類的壓縮形式。

可以使用許多已知算法來執(zhí)行加密，以避免衛(wèi)星星座中信道間干擾，或者提供數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)的通道的安全性和可靠性。加密模塊77還可以在使用期間經(jīng)由地面鏈路進行配置，從而可以在將來實現(xiàn)更復(fù)雜的或更具體的加密方案。雖然本文使用術(shù)語“加密”，但是當(dāng)然也可以設(shè)置相應(yīng)的解密。

加密、調(diào)制和編碼模塊77連接到傳輸接口73，而使用的解密、解調(diào)和解碼模塊79連接到接收接口74。每個模塊可以包含板載存儲器以存儲數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)適當(dāng)?shù)募用?解密，并且可以將多種算法存儲在非易失性存儲器中，以對特定應(yīng)用進行適當(dāng)?shù)剡x擇。

本發(fā)明的另一實施例可以包括空間節(jié)點41、調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)45和isl/回程子系統(tǒng)46內(nèi)的機制，以最佳地控制所使用的資源。如果將數(shù)據(jù)的輸出作為控制信號進行處理，例如，接收到的數(shù)據(jù)被提供以控制空間節(jié)點，并且由空間節(jié)點41解譯并執(zhí)行，以將數(shù)據(jù)中繼到另一個空間節(jié)點41或者陸地enb31，則nmm76確定可用的資源并且向調(diào)制解調(diào)器子系統(tǒng)45和isl/回程子系統(tǒng)46就如何執(zhí)行這樣的進一步傳輸進行報告，使得可以相應(yīng)地控制傳輸。

盡管如上所述，圖2所示的完整架構(gòu)60可以被呈現(xiàn)為安裝在衛(wèi)星40上的套件，但是也可以提供個體空間節(jié)點41進行安裝，以使用所支持的現(xiàn)有架構(gòu)。例如，衛(wèi)星可能已經(jīng)包含與另一個衛(wèi)星或上行鏈路和下行鏈路電路(例如lna42和hpa43)進行通信所需的硬件，因此可以在適當(dāng)?shù)那闆r下使用這種技術(shù)，僅安裝該空間節(jié)點。為此，本發(fā)明的核心形式可以被描述為由空間節(jié)點41來實現(xiàn)，該空間節(jié)點的擴展以及包括該空間節(jié)點的系統(tǒng)也落入本發(fā)明的范圍。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，可以對上述實施例進行改型，這些改型也落入權(quán)利要求的范圍?？梢詫⒓嫒莸奶卣鬟M行組合，并且當(dāng)提到“一個”組件時可以被解釋為“一個或多個”組件。這種改型的示例包括但不限于以下內(nèi)容：

●在衛(wèi)星有效載荷的用戶鏈路上，可以使用兩個或多個天線元件來支持lte定義的多輸入多輸出(mimo)空中接口，以增強鏈路性能。

●作為上一點的延伸，在使用mimo的通信中可能涉及多個衛(wèi)星，或者支持和/或增強針對5g提出的大規(guī)模mimo系統(tǒng)。

●高級軟件定義無線電(sdr，softwaredefinedradio)和認(rèn)知無線電技術(shù)(cognitiveradiotechnique)可用于空間節(jié)點，以允許：

■空中接口演進的可重構(gòu)性。

■更好的互操作性以及更低的空間和地面網(wǎng)絡(luò)間干擾。

■提高某些應(yīng)用程序的安全性能。

●空間節(jié)點可能具有有限的固有波束成形能力，但是這可以擴展以允許來自afr或dra的自適應(yīng)波束覆蓋，從而允許：

■在軌動態(tài)重新配置，以針對流量模式和衛(wèi)星位置優(yōu)化波束組。

■在軌動態(tài)重新配置，以針對干擾抑制而優(yōu)化波束組。

●在對地靜止衛(wèi)星、地球同步衛(wèi)星、leo衛(wèi)星、meo衛(wèi)星中的任何一種衛(wèi)星或其組合上可以托管空間節(jié)點41。本發(fā)明的架構(gòu)使得本發(fā)明能夠跨越這些不同技術(shù)而運行。

本文描述的空間節(jié)點可以充分支持lte/4g并最終支持5g服務(wù)，其能夠與陸地lte網(wǎng)絡(luò)進行充分互操作并且使用由lte提供的廣泛進階網(wǎng)絡(luò)特征，利用已建立的到用戶的接口和適用于空間節(jié)點的空間環(huán)境的其他lte節(jié)點。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解的是，不需要唯一地根據(jù)lte網(wǎng)絡(luò)原理來配置本發(fā)明。本文描述的原理是通過適于在空間中使用的網(wǎng)絡(luò)實體來模擬陸地通信網(wǎng)絡(luò)的某些方面，以便推動開發(fā)無所不在的全球網(wǎng)絡(luò)所可以利用的手段。在將來，例如，空間節(jié)點可以不模擬enb的控制功能，而是模擬根據(jù)新協(xié)議定義的收發(fā)機的控制功能，并且通過所提供的空間節(jié)點的功能定義，未來的這種改型也旨在落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

雖然本發(fā)明實施例的網(wǎng)絡(luò)本身可以提供這樣一種無所不在的網(wǎng)絡(luò)，但是它們也可以被看作是網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展的構(gòu)成塊(buildingblock)或者“主干(backbone)”。例如，圖1所示的網(wǎng)絡(luò)可以看作是地面分組核心網(wǎng)的“增強”版本，運營商(如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商、政府、軍方等)通過連接至現(xiàn)有資源以加入該網(wǎng)絡(luò)，從而可以利用該增強核心網(wǎng)的功能，而不再面臨一個或多個節(jié)點先前存在的待解決的頻率分配問題。因此，增強的核心可以提供在“未來狀態(tài)”中的通信基礎(chǔ)，在這種狀態(tài)下不需要基于任務(wù)的個體衛(wèi)星，但是現(xiàn)有衛(wèi)星所載的空間節(jié)點可以提供必要的手段以利用針對特定任務(wù)的空間或航空器中所使用的終端或傳感器來實現(xiàn)這種通信。因此，可以使用通過標(biāo)準(zhǔn)化接口與本發(fā)明的一個或多個空間節(jié)點進行互操作的多個組件作為“構(gòu)成塊”來配置該任務(wù)。