CN100593916C - 天基移动通信的无线资源管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天基移动通信的无线资源管理系统，该系统包括：地面控制中心，用于根据卫星通信系统的运行状况，为各个卫星分配无线资源；多个关口站，与所述地面控制中心连接，用于对本关口站所辖区域中的卫星的无线资源进行管理，并控制卫星进行无线资源的分配；多个卫星，用于根据所述关口站和所述地面控制中心的控制信令，对卫星上的波束相关的无线资源进行管理和分配。通过本发明的系统简化了地面控制功能，降低了卫星移动通信系统对地面控制的依赖性，提高了系统的抗毁能力；并且可以方便地在不同区域实现不同的无线资源管理策略，增强了系统运营的灵活性。

Description

天基移动通信的无线资源管理系统

技术领域

本发明涉及一种卫星通信的无线资源管理系统，尤其是一种基于天基系统(以卫星为核心的系统)的无线资源管理系统，属于航天信息领域。

背景技术

天基移动通信系统是一种以卫星网络为主，利用不同轨道上多种类型的卫星作为网络的接入节点来实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种无线通信系统。该通信系统具有星上自主的信息获取、存储、处理及分发能力，能与陆、海、空基的信息系统互联，实现信息的多元、立体共享，成为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要组成部分。

天基移动通信系统由空间中多颗卫星、1个地面控制中心、N个地面关口站以及若干用户终端组成。其中无线资源管理是天基移动通信系统的关键技术之一，其性能直接影响到每一个用户的通信性能和整个系统的性能。

由于星座卫星移动通信系统的网络体系结构和几何构型与地面蜂窝网等无线通信系统不同，因此无线资源管理的体系与地面无线通信系统不同，现有的地面无线通信系统的无线资源管理体系架构不能完全应用于星座卫星移动通信系统。

现有的星座卫星移动通信系统，比如Iridium系统和GlobalStar系统，其共同点都是基于电路交换技术，无线资源管理相对简单，且都是在地面控制中心和关口站完成，星上基本不涉及无线资源管理功能。但是由于两者的网络体系结构和几何构型、星上处理技术、通信体制等方面存在较大差异，导致系统的无线资源管理方法和体系架构也有所不同：

Iridium系统的无线资源管理体系架构是以地面控制中心为核心的集中式管理体系，整个网络的通信资源由控制中心进行统一管理，而关口站只是负责用户的管理以及与地面公共网的接口，卫星则仅仅是根据地面控制中心上载的路由表进行电路交换。这种体系面临的问题在于控制中心对整个网络状态信息的采集和掌握困难且实时性差，不能满足在复杂环境下对无线资源变化的快速响应和调整的要求，另外，随着网络规模的扩大以及多媒体综合业务的业务量不断提高，对无线资源管理算法的实时性、精确性提出了更高要求，且无线资源管理需要的网络信息更多、算法也更复杂，对于网络传输能力和控制中心的处理能力都是极大的挑战。

GlobalStar系统的无线资源管理体系架构是一种分散式与集中式相结合的方式，以分布全球的关口站为核心构成分散式管理体系，而每个关口站对无线资源进行统一分配与集中管理。地面控制中心只是负责对整个网络的通信资源进行计划，并对关口站的无线资源管理功能的执行情况进行监控，关口站则根据资源分配计划执行具体的资源分配与管理功能，而卫星仅仅是实现透明转发。该体系结构的问题在于每一个卫星必须对于至少一个关口站是可见的，因此需要在全球布置大量的关口站；另外，随着网络规模的扩大以及多媒体综合业务的业务量不断提高，关口站集中式的资源管理方式面临与Iridium系统类似的困难。

作为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要组成部分，天基移动通信系统需支持语音、视频、数据等多媒体综合业务的传输，这就要求系统具有更强的星上处理能力，而每颗卫星也将采用更多的波束、更高的传输速率、更复杂的无线传输技术，无线资源管理的重要性更加突出、难度也更大。现有的星座卫星移动通信系统以语音通信为主，基于电路交换方式，无线资源管理比较简单，其以地面控制为主的无线资源管理体系不适应未来卫星移动通信系统的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种天基移动通信的无线资源管理系统，以简化地面控制功能，降低卫星移动通信系统对地面控制的依赖性，提高了系统的抗毁能力；并且可以方便地在不同区域实现不同的无线资源管理策略，增强系统运营的灵活性。

为实现上述目的，本发明提供了一种天基移动通信的无线资源管理系统，包括：

地面控制中心，用于根据卫星通信系统的运行状况，为各个卫星分配无线资源；

多个关口站，与所述地面控制中心连接，用于对本关口站所辖区域中的卫星的无线资源进行管理，并控制卫星进行无线资源的分配；

多个卫星，用于根据所述关口站和所述地面控制中心的控制信令，对卫星上的波束相关的无线资源进行管理和分配；

所述卫星之间通过星间链路进行无线资源管理的控制信令的交互；所述关口站通过星地链路与其所辖区域内的卫星进行无线资源管理的控制信令的交互；所述地面控制中心通过其自身与卫星之间星地链路以及星间链路或通过所述关口站与系统中的所有卫星进行无线资源管理的控制信令的交互。

由上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果：

1)采用星上自主无线资源管理，提高系统自主运行能力；

2)针对卫星网络的大时延，可保证无线资源管理的快速性；

3)针对星上设备处理能力有限，并结合卫星多波束天线的特点，采用星上分布式资源管理，降低星上单个资源管理模块的复杂度、提高资源管理的可靠性和灵活性；

4)采用主控站与关口站之间的分级管理，可灵活的实现不同关口站管理区域内不同的无线资源管理策略。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明天基移动通信的无线资源管理系统的结构示意图；

图2为本发明无线资源管理系统的地面控制中心的模块结构示意图；

图3为本发明无线资源管理系统的关口站的模块结构示意图；

图4为本发明无线资源管理系统的卫星的模块结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的天基移动通信的无线资源管理系统如图1所示。该系统包括：

地面控制中心A，用于根据卫星通信系统的运行状况，为各个卫星分配无线资源；

多个关口站B，与所述地面控制中心连接，用于对本关口站所辖区域中的卫星的无线资源进行管理，并控制卫星进行无线资源的分配；

多个卫星C，与所述关口站和地面控制中心连接，用于根据所述关口站和所述地面控制中心的控制信令，对卫星上的波束相关的无线资源进行管理和分配；

地面控制中心与关口站组成地面有线网络，所有关口站可以通过该有线网与地面控制中心进行无线资源管理的控制信令的交互；卫星之间具有星间链路，且星上具有自主路由交换能力，卫星之间可以通过星间链路进行无线资源管理的控制信令的交互；所述地面控制中心可以通过其自身与卫星之间星地链路以及星间链路或通过所述关口站与系统中的所有卫星进行无线资源管理的控制信令的交互。关口站通过星地无线链路与其所辖区域内卫星进行无线资源管理的控制信令的交互；用户终端通过星地无线通信链路与卫星进行无线资源管理的控制信令的交互。

在本发明提出的无线资源管理系统结构中，地面控制中心的功能是负责整个系统的无线资源的统一管理，根据系统运行情况，对系统的无线资源制定使用计划，并为系统各卫星节点分配资源。地面关口站的功能是负责该关口站管理区域内卫星的无线资源管理，关口站根据本区域的无线资源管理与分配策略对星上无线资源管理器进行控制，可以实现不同关口站管理区域内各自不同的无线资源管理与分配，以满足不同关口站管理区域内不同的通信服务质量要求。卫星的功能是根据地面控制中心和关口站的控制命令完成本星无线资源的管理使用与分配，并对地面用户终端进行管理与控制。

下面对系统中的各个部分逐一进行进一步的介绍：

(1)地面控制中心

地面控制中心的功能是负责整个系统的无线资源的统一管理，根据系统运行情况，对系统的无线资源制定使用计划，并为系统各节点分配资源。如图2所示，其为地面控制中心的模块结构示意图，包括：

系统负载监控模块A1，用于收集卫星和关口站发送的星上无线资源使用状态信息，经过综合处理生成系统的负载参数，并发送到资源计划模块。

资源计划模块A2，与所述系统负载监控模块连接，用于根据系统负载监控模块发送的系统负载参数，并进一步可以结合系统面临的特定限制条件，对整个系统无线资源的使用进行计划，生成无线资源计划表，并发送到资源分配模块。

资源分配模块A3，与所述资源计划模块连接，用于根据资源计划模块发送的无线资源计划表，为卫星和关口站分配可用的无线资源。

(2)关口站

地面关口站的功能是负责该关口站管理区域内卫星的无线资源管理，关口站根据本区域的无线资源管理与分配策略对星上无线资源管理器进行控制，也可以实现不同关口站管理区域内各自不同的无线资源管理与分配，以满足不同关口站管理区域内不同的通信服务质量要求。如图3所示，其为本发明无线资源管理系统的关口站的模块结构示意图，包括：

无线资源管理参数配置模块B1接收来自地面控制中心的无线资源计划表，并进行处理生成无线资源管理配置参数，封装成控制命令之后分别发送到卫星和地面控制中心。

为了实现不同关口站管理区域内各自不同的无线资源管理与分配，以满足不同关口站管理区域内不同的通信服务质量要求，关口站中还可以包括服务质量策略模块B2，该服务质量策略模块根据本关口站对通信服务质量的控制策略，生成与该关口站相关的无线资源管理参数，并发送到无线资源管理参数配置模块，无线资源管理参数配置模块将根据地面控制中心发送的无线资源计划表和与该关口站相关的无线资源管理参数共同生成所辖区域的无线资源管理参数。

系统还可以进一步包括辅助接入控制模块B3和/或辅助切换控制模块B4，无线资源管理参数配置模块将其生成的无线资源管理参数中与无线资源管理中的接入控制相关的参数转发到辅助接入控制模块，与无线资源管理中的切换控制相关的参数转发到辅助切换控制模块。

所述辅助接入控制模块根据来自无线资源管理参数配置模块的配置参数与卫星的无线资源管理功能模块进行交互，协同卫星完成用户终端的呼叫接入控制过程。

所述辅助切换控制模块根据来自无线资源管理参数配置模块的配置参数与卫星的无线资源管理功能模块进行交互，协同卫星完成用户终端的切换控制过程。

(3)卫星

卫星的功能是根据地面控制中心和关口站的控制命令完成本星无线资源的管理使用与分配，并对地面用户终端进行管理与控制。如图4所示，为本发明无线资源管理系统的卫星的模块结构示意图，包括：

无线资源管理器管理，至少与1个无线资源处理器连接，每个无线资源处理器处理至少处理与1个波束相关的无线资源的管理和分配。星上无线资源管理器可以与其他网络节点(地面控制中心、关口站或其他卫星节点)进行无线资源管理和控制的信令的交互，无线资源处理器负责与该处理器对应的波束内的用户终端的无线资源管理和控制信令的交互。

星上无线资源管理器根据地面控制中心和关口站的控制命令进行无线资源管理参数的配置，完成对本星的无线资源进行统一管理和统筹安排，并为各个无线资源处理器分配资源以及配置相应的无线资源管理参数；同时，星上无线资源管理器也可以与其他网络节点(地面控制中心、关口站或其他卫星节点)通过无线资源管理和控制信令的交互，共同完成用户终端的呼叫接入控制过程和切换控制过程。

与现有的星座卫星移动通信系统以地面控制为核心的无线资源管理体系架构不同，本发明给出一种以星上分布式无线资源管理为核心、地面集中控制为辅、用户终端参与的星地结合的天基移动通信系统无线资源管理方法，能够降低无线资源管理控制信令的传输时延、提高控制信令反馈速度，加快了无线资源管理的处理速度；简化了地面控制功能，降低了卫星移动通信系统对地面控制的依赖性，提高了系统的抗毁能力；并且可以方便地在不同区域实现不同的无线资源管理策略，增强了系统运营的灵活性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1、一种天基移动通信的无线资源管理系统，其特征在于，包括：

地面控制中心，用于根据卫星通信系统的运行状况，为各个卫星分配无线资源；

多个关口站，与所述地面控制中心连接，用于对本关口站所辖区域中的卫星的无线资源进行管理，并控制卫星进行无线资源的分配；

多个卫星，用于根据所述关口站和所述地面控制中心的控制信令，对卫星上的波束相关的无线资源进行管理和分配；

所述卫星之间通过星间链路进行无线资源管理的控制信令的交互；所述关口站通过星地链路与其所辖区域内的卫星进行无线资源管理的控制信令的交互；所述地面控制中心通过其自身与卫星之间星地链路以及星间链路或通过所述关口站与系统中的所有卫星进行无线资源管理的控制信令的交互。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述地面控制中心包括：

系统负载监控模块，用于收集卫星和关口站发送的星上无线资源使用状态信息，经过处理生成系统的负载参数，并发送到资源计划模块；

所述资源计划模块，与所述系统负载监控模块连接，用于根据系统负载监控模块发送的系统负载参数，对整个系统无线资源的使用进行规划，生成无线资源计划表，并发送到资源分配模块；

所述资源分配模块，与所述资源计划模块连接，用于根据资源计划模块发送的无线资源计划表，为卫星和关口站分配可用的无线资源。

3、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述卫星包括：

星上无线资源管理器，用于根据所述地面控制中心和关口站的控制命令进行无线资源管理参数的配置，对本星的无线资源进行统一管理和分配，为各个无线资源处理器分配资源以及配置相应的无线资源管理参数；

无线资源处理器，与所述星上无线资源管理器连接，用于处理至少与1个波束相关的无线资源的管理和分配。

4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述关口站包括：

无线资源管理参数配置模块，用于接收来自地面控制中心的无线资源配置信息，进行处理后生成无线资源管理配置参数，并封装成控制命令后发送给卫星和地面控制中心。

5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述关口站还包括：

服务质量策略模块，与所述无线资源管理参数配置模块连接，用于向所述无线资源管理参数配置模块提供本地的服务质量策略。

6、根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述关口站还包括：

辅助接入控制模块，与所述无线资源管理参数配置模块连接，用于根据来自无线资源管理参数配置模块的配置参数，与卫星进行信息交互，协同卫星进行对用户终端的接入控制。

7、根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，所述关口站还包括：

辅助切换控制模块，与所述无线资源管理参数配置模块连接，用于根据来自无线资源管理参数配置模块的配置参数，与卫星进行信息交互，协助卫星进行对用户终端的切换控制。

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