CN108141277A - 用于低地球轨道(leo)卫星系统中的卫星间切换的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了用于管理卫星间切换的方法和装置，以在非地球同步卫星通信系统中维持足够高的系统容量的同时允许用户终端减少切换频率。用于管理卫星间切换的方法和装置可以在网关、连接到网关的基础设施、用户终端或者卫星中实现。

Description

用于低地球轨道(LEO)卫星系统中的卫星间切换的方法和 装置
相关申请的交叉引用
本专利申请要求享受2015年10月13日提交的、标题为“Method And ApparatusFor Inter-Satellite Handovers In Low-Earth Orbit(LEO)Satellite Systems”的美国临时申请No.62/241,002和2015年10月14日提交的、标题为“Method And Apparatus ForInter-Satellite Handovers In Low-Earth Orbit(LEO)Satellite Systems”的美国临时申请No.62/241,622的权益，这两份申请均已经转让给本申请的受让人，故以引用方式将它们的全部内容明确地并入本文。
技术领域
本文所描述的各个方面涉及卫星通信，具体地说，本文所描述的各个方面涉及低地球轨道(LEO)卫星通信系统中的卫星间切换。
背景技术
传统的基于卫星的通信系统包括网关和用于在网关和一个或多个用户终端之间中继通信信号的一个或多个卫星。网关是具有用于向通信卫星发送信号和从通信卫星接收信号的天线的地面站。网关提供使用卫星的通信链路，以便将用户终端连接到其它用户终端或者其它通信系统(例如，公用交换电话网、互联网和各种公共网络和/或专用网络)的用户。卫星是轨道接收机和用于对信息进行中继的中继器。
倘若用户终端位于卫星的覆盖区(footprint)之内，则卫星可以从该用户终端接收信号和向该用户终端发送信号。卫星的覆盖区是地球表面上位于该卫星的信号范围之内的地理区域。通常，通过对波束成形天线的使用，将覆盖区地理地划分成波束。每一个波束覆盖该覆盖区中的特定地理区域。波束可以是定向的，使得来自同一卫星的一个以上波束覆盖相同的特定地理区域。
地球同步卫星长期以来被用于通信。地球同步卫星相对于地球上的给定位置来说是静止的，因此在地球上的通信收发机和地球同步卫星之间的无线信号传播中，存在很小的定时偏移和多普勒频率偏移。但是，由于地球同步卫星受限于地球同步轨道(GSO)(其中，GSO是在地球的赤道的正上方，距地球中心具有大约42,164公里的半径的圆)，因此可以被布置在GSO中的卫星的数量是有限的。作为地球同步卫星的替代方案，使用非地球同步轨道(例如，低地球轨道(LEO))中的卫星星座的通信系统，已被设计为向整个地球或者至少大部分地球提供通信覆盖。
在LEO卫星通信系统中，用户终端(UT)可能由于卫星相对于UT的高速度、打开、关闭或降低卫星波束的功率、以及卫星打开或关闭，而经历频繁的卫星间切换。频繁的卫星间切换可能导致网络资源的处理成本。另一方面，如果卫星间切换的频率被任意限制，则由于载波与干扰加噪声比(CINR)的劣化可能会对系统性能产生不利影响，这可能导致容量的劣化。因此，期望降低卫星间切换的频率，同时在不负面地影响系统性能的情况下提供与UT的无缝连接。
发明内容
以下的发明内容仅是为了帮助描述本公开内容的各个方面而提供的概述，并且仅被提供用于说明这些方面而不是对其进行限制。
在一个例子中，公开了一种管理卫星星座中的卫星间切换的方法。例如，该方法可以包括：相对于用户终端来确定用于卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口，其中，用于每个候选卫星的可见性窗口指示该候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务，该新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
在另一个例子中，公开了一种用于管理卫星星座中的卫星间切换的装置。例如，该装置可以包括至少一个处理器和耦合到所述至少一个处理器的至少一个存储器。所述至少一个处理器和所述至少一个存储器被配置为：相对于用户终端来确定用于卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口，其中，用于每个候选卫星的可见性窗口指示该候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务，该新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
在另一个例子中，公开了一种用于管理卫星星座中的卫星间切换的另一装置。例如，该装置可以包括：用于相对于用户终端来确定用于卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口的单元，其中，用于每个候选卫星的可见性窗口指示该候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及用于当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务的单元，该新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
在另一个例子中，公开了一种临时性或非临时性计算机可读介质。所述计算机可读介质上可以存储有指令，所述指令使至少一个处理器执行用于管理卫星星座中的卫星间切换的方法，该方法包括：相对于用户终端来确定用于卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口，其中，用于每个候选卫星的可见性窗口指示每个候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务，该新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
在另一个例子中，公开了在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的卫星间切换的另一种方法。例如，该方法可以包括：生成加权的有向无环图(DAG)，其中该加权的DAG包括：顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中si是集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是集合V(tk)中的卫星ID，其中每个弧(si,sj)表示在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权，其中，该权重wij(tk)表示与在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换相关联的成本。
在另一个例子中，公开了在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的卫星间切换的另一种装置。例如，该装置可以包括至少一个处理器和耦合到所述至少一个处理器的至少一个存储器。所述至少一个处理器和所述至少一个存储器可以被配置为：生成加权的有向无环图(DAG)，其中该加权的DAG包括：顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中si是集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是集合V(tk)中的卫星ID，其中每个弧(si,sj)表示在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权，其中，该权重wij(tk)表示与在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换相关联的成本。
在另一个例子中，公开了用于在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的卫星间切换的另一种装置。例如，该装置可以包括：用于生成加权的有向无环图(DAG)的单元，其中该加权的DAG包括：顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中si是集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是集合V(tk)中的卫星ID，其中每个弧(si,sj)表示在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及用于使用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权的单元，其中，该权重wij(tk)表示与在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换相关联的成本。
在另一个例子中，公开了另一种临时性或非临时性计算机可读介质。所述计算机可读介质上可以存储有指令，所述指令使至少一个处理器执行用于在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的切换的方法，该方法包括：生成加权的有向无环图(DAG)，其中该加权的DAG包括：顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中si是集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是集合V(tk)中的卫星ID，其中每个弧(si,sj)表示在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权，其中，该权重wij(tk)表示与在时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换相关联的成本。
在另一个例子中，公开了管理卫星间切换的另一种方法。例如，该方法可以包括：确定第一候选卫星的可见性；确定与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数；基于第一候选卫星的可见性和与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数，来确定权重；以及基于该权重，判断是否将通信从当前服务卫星切换到第一候选卫星。
在另一个例子中，公开了另一种装置。例如，该装置可以包括至少一个处理器和耦合到所述至少一个处理器的至少一个存储器。所述至少一个处理器和所述至少一个存储器可以被配置为：确定第一候选卫星的可见性；确定与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数；基于第一候选卫星的可见性和与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数，来确定权重；以及基于该权重，判断是否将通信从当前服务卫星切换到第一候选卫星。
在另一个例子中，公开了另一种装置。例如，该装置可以包括：用于确定第一候选卫星的可见性的单元；用于确定与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数的单元；用于基于第一候选卫星的可见性和与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数，来确定权重的单元；以及用于基于该权重，判断是否将通信从当前服务卫星切换到第一候选卫星的单元。
在另一个例子中，公开了另一种临时性或非临时性计算机可读介质。所述计算机可读介质上可以存储有指令，所述指令使至少一个处理器执行一种包括以下操作的方法：确定第一候选卫星的可见性；确定与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数；基于第一候选卫星的可见性和与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数，来确定权重；以及基于该权重，判断是否将通信从当前服务卫星切换到第一候选卫星。
附图说明
图1是一种示例性卫星通信系统的框图。
图2是图1的网关的一个例子的框图。
图3是图1的卫星的一个例子的框图。
图4是图1的用户终端的一个例子的框图。
图5是图1的用户设备的一个例子的框图。
图6A是示出LEO卫星通信系统中的卫星覆盖区和波束轮廓的例子的图。
图6B是示出LEO轨道中的九个卫星对单个用户终端的覆盖的例子的图。
图7是接收载波功率与噪声比随时间变化的图形，以描绘如从UT的角度所查看的四个卫星随时间的波束覆盖。
图8是示出基于最长时间的可见性，来选择服务卫星的卫星间切换方案的例子的图。
图9是示出从UT的角度，基于卫星的可见性的时间，根据权重进行切换的例子的加权有向无环图(DAG)。
图10示出了基于负载平衡来选择服务卫星的方法。
图11-13是示出管理卫星通信系统中的卫星间切换的例子的流程图。
图14-16示出了被表示成一系列相互关联的功能模块的用于管理卫星间切换的装置的例子。
具体实施方式
在诸如低地球轨道(LEO)卫星通信系统之类的非地球同步卫星通信系统中，通常需要大量卫星来形成星座，以允许包括网关和用户终端(UT)的地面站保持通信(即使星座中的每个单独卫星相对于这些地面站在不同的时间瞬间处于不固定的位置)。在一些实现中，为了降低在LEO卫星通信系统中制造每个卫星的成本，每个卫星可以充当弯管中继器或转发器(即，不具有其自己的数据处理)。在这些实现中，网关和/或UT可以管理通信从一个卫星到另一个卫星的切换。
在其它实现中，每个卫星可以装备有一个或多个处理器和/或一个或多个存储器来处理数据，而不是简单地充当弯管中继器或转发器。在这些实现中，卫星可以管理卫星间切换。例如，卫星可以基于由网关和/或UT向该卫星发送的一个或多个参数来管理卫星间切换，下面将描述其一些例子。替代地，网关和/或UT可以在无需卫星进行星上处理的情况下，管理卫星间切换。
在下面的描述和相关附图中，描述了本公开内容的特定示例。在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，可以设计出替代的例子。此外，为了避免造成本公开内容的相关细节的模糊，没有详细地描述或者省略了一些公知的要素。
本文所使用的“示例性”一词意味着“用作例子、例证或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不一定被解释为比其它方面更优选或更具优势。同样，术语“方面”并不要求所有方面都包括所讨论的特征、优点或者操作模式。
本文使用的术语仅仅用于描述本发明的特定方面，而不是旨在对这些方面进行限制。如本文所使用的，单数形式的“一个(a)”、“某个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式，除非上下文以其它方式明确地指出。此外，还应当理解的是，当本文使用术语“包括”、“含有”、“包含”或“涵盖”时，其指示存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素或组件，但其不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件或者其组合的存在或者增加。此外，应当理解的是，词语“或”与布尔操作符“或”具有相同的含义，也就是说，其涵盖“任一”和“二者”的可能性，但并不限于“异或”(“XOR”)，除非以其它方式明确指出。此外，还应当理解的是，两个相邻词语之间的符号“/”与“或”具有相同的含义，除非以其它方式明确指出。此外，诸如“连接到”、“耦合到”或者“与…进行通信”之类的短语并不限于直接连接，除非以其它方式明确指出。
此外，本文围绕由例如计算设备的要素执行的动作序列，来描述大部分方面。应当认识到，本文描述的各种动作可以由特定的电路(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者各种其它类型的通用或特殊用途处理器或电路)、由一个或多个处理器执行的程序指令或者由二者的组合来执行。另外，本文所描述的这些动作序列可以视作为完全体现在任何形式的计算机可读存储介质中，其中计算机可读存储介质中存储有相应的计算机指令集，当这些计算机指令集执行时，会使得相关联的处理器执行本文所描述的功能。因此，本公开内容的各个方面可以以多种不同的形式来体现，所有这些形式都预期落入本发明的保护范围之内。此外，对于本文所描述的每一个方面来说，本文可以将任何这些方面的相应形式描述成：例如，被配置为执行所描述的动作的“逻辑电路”。
图1示出了一种卫星通信系统100的例子，其中该卫星通信系统100包括处于非地球同步轨道(例如，低地球轨道(LEO))的多个卫星(虽然为了说明清楚起见，只示出了一个卫星300)、与卫星300进行通信的网关200、与卫星300进行通信的多个用户终端(UT)400和401、以及分别与UT 400和401进行通信的多个用户设备(UE)500和501。在一个方面，将在稍后进行更详细地描述，网关200包括用于向各个UT提供卫星间切换控制信息的切换控制202。每一个UE 500或501可以是诸如移动设备、电话、智能电话、平板设备、膝上型计算机、计算机、可穿戴设备、智能手表、视听设备之类的用户设备，或者包括与UT进行通信的能力的任何设备。另外，UE 500和/或UE 501可以是用于与一个或多个终端用户设备进行通信的设备(例如，接入点、小型小区等等)。在图1所示出的例子中，UT 400和UE 500经由双向接入链路(具有前向接入链路和返回接入链路)来彼此之间进行通信，类似地，UT 401和UE 501经由另一个双向接入链路来彼此之间进行通信。在另一种实现中，一个或多个额外的UE(没有示出)可以被配置为仅仅进行接收，因此只使用前向接入链路来与UT进行通信。在另一种实现中，一个或多个额外的UE(没有示出)还可以与UT 400或UT401进行通信。替代地，UT和相应的UE可以是单个物理设备的集成部分，例如，具有集成的卫星收发机和用于直接与卫星进行通信的天线的移动电话。
网关200可以具有对互联网108或者一个或多个其它类型的公共网络、半专用或专用网络的接入。在图1所示出的例子中，网关200与基础设施106进行通信，其中基础设施106能够接入互联网108或者一个或多个其它类型的公共网络、半专用或专用网络。此外，网关200还可以耦合到各种类型的通信回程，例如，其包括诸如光纤网络或者公用交换电话网络(PSTN)110之类的地面网络。此外，在替代的实现中，网关200可以在无需使用基础设施106的情况下，与互联网108、PSTN 110或者一个或多个其它类型的公共网络、半专用或专用网络进行接口。另外，网关200可以通过基础设施106来与其它网关(例如，网关201)进行通信，或者替代地被配置为在不使用基础设施106的情况下，与网关201进行通信。在整体上或者部分上，基础设施106可以包括网络控制中心(NCC)、卫星控制中心(SCC)、有线和/或无线核心网络和/或用于促进与卫星通信系统100的操作和/或通信的任何其它组件或系统。
卫星300和网关200之间的两个方向的通信称为馈线链路，而卫星300与UT 400和401中的每一个之间的两个方向的通信称为服务链路。从卫星300到地面站(其可以是网关200或者UT 400和UT 401中的一个)的信号路径，通常可以称为下行链路。从地面站到卫星300的信号路径通常可以称为上行链路。另外，如上所述，信号可以具有诸如前向链路和返回链路(或反向链路)之类的通常方向。因此，源自于网关200并通过卫星300而终止于UT400的方向上的通信链路称为前向链路，而源自于UT 400并通过卫星300而终止于网关200的方向上的通信链路称为返回链路或反向链路。因此，在图1中，将从网关200到卫星300的信号路径标记为“前向馈线链路”，而将从卫星300到网关200的信号路径标记为“返回馈线链路”。用类似的方式，在图1中，从每一个UT 400或401到卫星300的信号路径标记为“返回服务链路”，而从卫星300到每一个UT 400或UT 401的信号路径标记为“前向服务链路”。
图2是还可以应用于图1的网关201的网关200的示例性框图。网关200示出为包括多个天线205、RF子系统210、数字子系统220、公用交换电话网络(PSTN)接口230、局域网(LAN)接口240、网关接口245和网关控制器250。RF子系统210耦合到天线205和数字子系统220。数字子系统220耦合到PSTN接口230、LAN接口240和网关接口245。网关控制器250耦合到RF子系统210、数字子系统220、PSTN接口230、LAN接口240和网关接口245。
RF子系统210(其可以包括多个RF收发机212、RF控制器214和天线控制器216)可以经由前向馈线链路301F向卫星300发送通信信号，以及可以经由返回馈线链路301R从卫星300接收通信信号。虽然为了简单起见而没有示出，但RF收发机212中的每一个都可以包括发射链和接收链。每一个接收链可以包括低噪声放大器(LNA)和下变频器(例如，混频器)，以分别用公知的方式对所接收的通信信号进行放大和下变频。此外，每一个接收链还可以包括模数转换器(ADC)，以便将所接收的通信信号从模拟信号转换成数字信号(例如，用于由数字子系统220进行处理)。每一个发射链可以包括上变频器(例如，混频器)和功率放大器(PA)，以分别用公知的方式对要发送给卫星300的通信信号进行上变频和放大。此外，每一个发射链还可以包括数模转换器(DAC)，以便将从数字子系统220接收的数字信号转换成要向卫星300发送的模拟信号。
RF控制器214可以用于控制多个RF收发机212的各个方面(例如，载波频率的选择、频率和相位校准、增益设置等等)。天线控制器216可以控制天线205的各个方面(例如，波束成形、波束控制、增益设置、频率调谐等等)。
数字子系统220可以包括多个数字接收机模块222、多个数字发射机模块224、基带(BB)处理器226和控制(CTRL)处理器228。数字子系统220可以对从RF子系统210接收的通信信号进行处理，并将处理后的通信信号转发给PSTN接口230和/或LAN接口240，以及可以对从PSTN接口230和/或LAN接口240接收的通信信号进行处理，并将处理后的通信信号转发给RF子系统210。
每一个数字接收机模块222可以对应于用于管理网关200和UT 400之间的通信的信号处理单元。RF收发机212的接收链中的一个可以向数字接收机模块222提供输入信号。多个数字接收机模块222可以用于适应在任何给定时间进行处理的所有卫星波束和可能的分集模式信号。虽然为了简单起见而没有示出，但每一个数字接收机模块222可以包括一个或多个数字数据接收机、搜索器接收机、以及分集组合器和解码器电路。搜索器接收机可以用于搜索载波信号的适当分集模式，并可以用于搜索导频信号(或者其它相对固定模式的较强信号)。
数字发射机模块224可以对要经由卫星300发送给UT 400的信号进行处理。虽然为了简单起见而没有示出，但每一个数字发射机模块224可以包括用于对传输的数据进行调制的发射调制器。每一个发射调制器的发射功率可以由相应的数字发射功率控制器(为了简单起见而没有示出)进行控制，其中该相应的数字发射功率控制器可以(1)出于干扰减少和资源分配的目的，应用最小水平的功率；以及(2)当需要补偿传输路径中的衰减和其它路径传送特性时，应用适当水平的功率。
耦合到数字接收机模块222、数字发射机模块224和BB处理器226的CTRL处理器228可以提供命令和控制信号，以实现诸如但不限于信号处理、定时信号生成、功率控制、切换控制、分集组合和系统接口之类的功能。
CTRL处理器228还可以控制导频、同步和寻呼信道信号的生成和功率，以及它们与发射功率控制器(为了简单起见而没有示出)的耦合。导频信道是没有通过数据进行调制的信号，其可以使用重复不变模式或者非变化的帧结构类型(模式)或音调类型输入。例如，用于形成导频信号的信道的正交函数通常具有常量值(例如，全部1或0)或者公知的重复模式(例如，1和0穿插的结构化模式)。
BB处理器226是本领域公知的，因此本文没有详细地描述。例如，BB处理器226可以包括各种各样的已知单元，例如(但不限于)编码器、数据调制解调器、以及数字数据交换和存储组件。
如图1中所示，PSTN接口230可以直接或者通过基础设施106，向外部PSTN提供通信信号和从外部PSTN接收通信信号。PSTN接口230是本领域公知的，因此本文没有详细地描述。对于其它实现而言，可以省略PSTN接口230，或者可以使用将网关200连接到基于地面的网络(例如，互联网108)的任何其它适当接口来替换。
LAN接口240可以向外部LAN提供通信信号，从外部LAN接收通信信号。例如，如图1中所示，LAN接口240可以直接或者通过基础设施106，耦合到互联网108。LAN接口240是本领域公知的，因此本文没有详细地描述。
网关接口245可以向与图1的卫星通信系统100相关联的一个或多个其它网关(和/或与其它卫星通信系统相关联的网关，为了简单起见而没有示出)提供通信信号，并从其接收通信信号。对于一些实现而言，网关接口245可以经由一个或多个专用通信线路或信道(为了简单起见而没有示出)，与其它网关进行通信。对于其它实现而言，网关接口245可以使用PSTN接口230和/或诸如互联网108之类的其它网络，与其它网关进行通信(还参见图1)。对于至少一种实现来说，网关接口245可以经由基础设施106，与其它网关进行通信。
整体的网关控制可以由网关控制器250来提供。网关控制器250可以计划和控制由网关200对卫星300的资源的使用。例如，网关控制器250可以分析趋势，生成业务计划，分配卫星资源，监测(或跟踪)卫星位置，以及监测网关200和/或卫星300的性能。此外，网关控制器250还可以耦合到基于地面的卫星控制器(为了简单起见而没有示出)，后者用于维持和监测卫星300的轨道，将卫星使用信息中继给网关200，跟踪卫星300的位置和/或调整卫星300的各种信道设置。
对于图2中所示出的示例性实现而言，网关控制器250包括本地时间、频率和位置参考251，后者可以向RF子系统210、数字子系统220和/或接口230、240和245提供本地时间或频率信息。可以使用该时间或频率信息，将网关200的各个部件进行彼此之间同步和/或与卫星300进行同步。此外，本地时间、频率和位置参考251还可以向网关200的各个部件提供卫星300的位置信息(例如，星历数据)。此外，虽然在图2中描绘成包括在网关控制器250之中，但对于其它实现而言，本地时间、频率和位置参考251可以是耦合到网关控制器250(和/或耦合到数字子系统220和RF子系统210中的一个或多个)的单独子系统。
虽然为了简单起见而在图2中没有示出，但网关控制器250还可以耦合到网络控制中心(NCC)和/或卫星控制中心(SCC)。例如，网关控制器250可以允许SCC直接与卫星300进行通信，以便例如从卫星300获取星历数据。此外，网关控制器250还可以(例如，从SCC和/或NCC)接收经处理的信息，其中该信息允许网关控制器250适当地瞄准天线205(例如，瞄准卫星300)，以调度波束传输、协调切换、以及执行各种其它公知的功能。
仅仅为了说明性目的，图3是卫星300的示例性框图。应当理解的是，具体的卫星配置可以显著地改变，并且可以包括星上处理，也可以不包括星上处理。此外，虽然示出成单个卫星，但使用卫星间通信的两个或更多卫星可以提供网关200和UT 400之间的功能连接。应当理解的是，本公开内容并不限于任何特定的卫星配置，并且可以提供网关200和UT 400之间的功能连接的任何卫星或者卫星组合，可以视作为落入本公开内容的范围之内。举一个例子，卫星300示出为包括前向转发器310、返回转发器320、振荡器330、控制器340、前向链路天线352(1)-352(N)、以及返回链路天线361(1)-361(N)。可以对相应的信道或者频带之内的通信信号进行处理的前向转发器310，可以包括第一带通滤波器311(1)-311(N)中的相应一个、第一LNA 312(1)-312(N)中的相应一个、频率转换器313(1)-313(N)中的相应一个、第二LNA 314(1)-314(N)中的相应一个、第二带通滤波器315(1)-315(N)中的相应一个、以及PA 316(1)-316(N)中的相应一个。PA 316(1)-316(N)中的每一个耦合到前向链路天线352(1)-352(N)中的相应一个，如图3中所示。
在前向路径FP(1)-FP(N)中的相应一个里，第一带通滤波器311(1)-311(N)使频率位于相应的前向路径FP(1)-FP(N)的信道或频带之内的信号分量通过，而对频率位于相应的前向路径FP(1)-FP(N)的信道或频带之外的信号分量进行滤波。因此，第一带通滤波器311(1)-311(N)的通带对应于与相应的前向路径FP(1)-FP(N)相关联的信道的宽度。第一LNA 312(1)-312(N)将所接收的通信信号放大成适合于由频率转换器313(1)-313(N)进行处理的水平。频率转换器313(1)-313(N)对相应的前向路径FP(1)-FP(N)中的通信信号的频率进行转换(例如，转换成适合于从卫星300向UT 400进行传输的频率)。第二LNA 314(1)-314(N)将频率转换后的通信信号进行放大，以及第二带通滤波器315(1)-315(N)对频率位于相关联的信道宽度之外的信号分量进行滤波。PA 316(1)-316(N)将滤波后的信号放大到适合于经由相应的前向链路天线352(1)-352(N)向UT 400进行传输的功率水平。包括多个(N个)返回路径RP(1)-RP(N)的返回转发器320，经由返回链路天线361(1)-361(N)来沿着返回服务链路302R来从UT 400接收通信信号，以及经由一付或多付天线362来沿着返回馈线链路301R来向网关200发送通信信号。返回路径RP(1)-RP(N)中的每一个(其可以对相应的信道或频带中的通信信号进行处理)可以耦合到返回链路天线361(1)-361(N)中的相应一个，并可以包括第一带通滤波器321(1)-321(N)中的相应一个、第一LNA 322(1)-322(N)中的相应一个、频率转换器323(1)-323(N)中的相应一个、第二LNA 324(1)-324(N)中的相应一个、以及第二带通滤波器325(1)-325(N)中的相应一个。
在相应的返回路径RP(1)-RP(N)中的每一个内，第一带通滤波器321(1)-321(N)使频率位于相应的返回路径RP的信道或频带之内的信号分量通过，而对频率位于相应的返回路径RP(1)-RP(N)的信道或频带之外的信号分量进行滤波。因此，对于一些实现而言，第一带通滤波器321(1)-321(N)的通带可以对应于与相应的返回路径RP(1)-RP(N)相关联的信道的宽度。第一LNA 322(1)-322(N)将所有接收的通信信号放大成适合于由频率转换器323(1)-323(N)进行处理的水平。频率转换器323(1)-323(N)对相应的返回路径RP(1)-RP(N)中的通信信号的频率进行转换(例如，转换成适合于从卫星300向网关200进行传输的频率)。第二LNA 324(1)-324(N)将频率转换后的通信信号进行放大，以及第二带通滤波器325(1)-325(N)对频率位于相关联的信道宽度之外的信号分量进行滤波。对来自返回路径RP(1)-RP(N)的信号进行组合，并将其经由PA 326提供给一付或多付天线362。PA 326对组合后的信号进行放大，以便传输给网关200。
振荡器330(其可以是生成振荡信号的任何适当电路或设备)向前向转发器310的频率转换器313(1)-313(N)提供前向本地振荡器LO(F)信号，并向返回转发器320的频率转换器323(1)-323(N)提供返回本地振荡器LO(R)信号。例如，频率转换器313(1)-313(N)可以使用LO(F)信号将通信信号从与从网关200到卫星300的信号传输相关联的频带，转换成与从卫星300到UT 400的信号传输相关联的频带。频率转换器323(1)-323(N)可以使用LO(R)信号将通信信号从与从UT 400到卫星300的信号传输相关联的频带，转换成与从卫星300到网关200的信号传输相关联的频带。
耦合到前向转发器310、返回转发器320和振荡器330的控制器340，可以控制卫星300的各种操作，其包括(但不限于)信道分配。在一个方面，控制器340可以包括耦合到处理器的存储器(为了简单起见而没有示出)。该存储器可以包括用于存储指令的非临时性计算机可读介质(例如，诸如EPROM、EEPROM、闪存、硬盘驱动器等等之类的一个或多个非易失性存储器单元)，其中当这些指令由处理器执行时，使得卫星300执行包括(但不限于)本文所描述的这些的操作。
在图4中，示出了用于在UT 400或UT 401中使用的收发机的例子。在图4中，提供至少一付天线410来(例如，从卫星300)接收前向链路通信信号，其中这些通信信号被传送到模拟接收机414，在此处，对这些通信信号进行下变频、放大和数字化。通常使用双工器单元412来允许同一付天线410供应发射和接收二者功能。或者，UT 400可以使用分别的天线410来操作在不同的发射频率和接收频率。
将模拟接收机414所输出的数字通信信号传送到至少一个数字数据接收机416A-416N和至少一个搜索器接收机418。根据收发机复杂度的可接受水平，可以使用数字数据接收机416A-416N来获得期望水平的信号分集，如相关领域中的普通技术人员所显而易见的。
至少一个控制处理器420耦合到数字数据接收机416A-416N和搜索器接收机418。除了其它功能以外，控制处理器420提供基本信号处理、定时、功率和切换控制或协调、以及用于信号载波的频率的选择。可以由控制处理器420执行的另一个基本控制功能是选择或者操纵用于对各种信号波形进行处理的功能。控制处理器420的信号处理可以包括确定相对信号强度和计算各种相关的信号参数。信号参数(例如，定时和频率)的这些计算可以包括使用额外的或者单独的专用电路，以提供增加的效率或者测量的速度或者控制处理资源的改进的分配。
数字数据接收机416A-416N的输出被耦合到UT 400中的数字基带电路422。例如，数字基带电路422包括用于传送去往和来自如图1中所示的UE 500的信息的处理和呈现单元。参见图4，如果使用分集信号处理，则数字基带电路422可以包括分集组合器和解码器。这些单元中的一些还可以在控制处理器420的控制之下进行操作，或者与控制处理器420进行通信。
当将语音或其它数据准备成源自于UT 400的输出消息或通信信号时，数字基带电路422用于接收、存储、处理和以其它方式准备用于传输的期望的数据。数字基带电路422向在控制处理器420的控制之下进行操作的发射调制器426提供该数据。将发射调制器426的输出传送给数字发射功率控制器428，后者向模拟发射功率放大器430提供输出功率控制，以用于该输出信号从天线410向卫星(例如，卫星300)的最后传输。
在图4中，UT 400还包括与控制处理器420相关联的存储器432。存储器432可以包括用于由控制处理器420执行的指令，以及用于由控制处理器420进行处理的数据。在图4所示出的例子中，存储器432可以包括指令，该指令用于执行时间或频率调整，以应用于要由UT 400经由返回服务链路302R发送给卫星300的RF信号。
在图4所示出的例子中，UT 400还包括可选的本地时间、频率和/或位置参考434(例如，GPS接收机)，后者可以向控制处理器420提供本地时间、频率和/或位置信息，以用于各种应用(例如，其包括用于UT 400的时间或频率同步)。
数字数据接收机416A-N和搜索器接收机418被配置有用于对特定的信号进行解调和跟踪的信号相关单元。搜索器接收机418用于搜索导频信号或者其它相对较强的固定模式信号，而数字数据接收机416A-N用于对与检测的导频信号相关联的其它信号进行解调。但是，可以指派数字数据接收机416A-N在捕获之后跟踪导频信号，以准确地确定信号码片能量与信号噪声之比，以及制定导频信号强度。因此，可以对这些单元的输出进行监测，以确定导频信号或者其它信号中的能量或者频率。此外，这些数字数据接收机416A-N还使用频率跟踪单元，可以对这些频率跟踪单元进行监测，以向控制处理器420提供在被解调的信号的当前频率和定时信息。
控制处理器420可以使用该信息来确定当需要将所接收的信号调整到相同的频带时，其与振荡器频率偏离的程度。可以根据期望，将与频率误差和频率偏移有关的该信息和其它信息，存储在存储器432中。
此外，控制处理器420还可以耦合到UE接口电路450，以允许UT 400和一个或多个UE之间的通信。可以根据期望，将UE接口电路450配置为与各种UE配置进行通信，并因此根据与所支持的各种UE进行通信所使用的各种通信技术，可以包括各种收发机和相关的组件。例如，UE接口电路450可以包括(没有示出)一付或多付天线、广域网(WAN)收发机、无线局域网(WLAN)收发机、局域网(LAN)接口、公用交换电话网络(PSTN)接口和/或被配置为与和UT 400进行通信的一个或多个UE进行通信的其它已知通信技术。
图5是示出UE 500的例子的框图，其还可以应用于图1的UE 501。如图5中所示的UE500可以是移动设备、手持型计算机、平板设备、可穿戴设备、智能手表或者能够与用户进行交互的任何类型的设备，例如。另外，该UE 500可以是提供针对各种最终的终端用户设备和/或各种公共网络或专用网络的连接的网络侧设备。在图5所示出的例子中，UE 500可以包括LAN接口502、一付或多付天线504、广域网(WAN)收发机506、无线局域网(WLAN)收发机508和卫星定位系统(SPS)接收机510。SPS接收机510可以与全球定位系统(GPS)、全球导航卫星系统(GLONASS)和/或任何其它基于全球或区域卫星的定位系统相兼容。在替代的方面，例如，UE 500可以包括诸如Wi-Fi收发机之类的WLAN收发机508(具有或不具有LAN接口502)、WAN收发机506和/或SPS接收机510。此外，UE500还可以包括诸如和其它已知技术之类的额外收发机(具有或不具有LAN接口502)、WAN收发机506、WLAN收发机508和/或SPS接收机510。因此，根据本文所公开的各个方面，只是将针对UE 500所示出的单元提供成一种示例性配置，而并不旨在限制UE的配置。
在图5所示出的例子中，处理器512连接到LAN接口502、WAN收发机506、WLAN收发机508和SPS接收机510。可选地，运动传感器514和其它传感器还可以耦合到处理器512。
存储器516连接到处理器512。在一个方面，存储器516可以包括可以发送给UT 400和/或从UT 400接收的数据518，如图1中所示。参见图5，存储器516还可以包括所存储的由处理器512执行以用于执行与UT 400进行通信的处理步骤的指令520，例如。此外，UE 500还可以包括用户接口522，后者可以包括用于通过光、声音或者触觉输入或输出来使处理器512的输入或输出与用户进行接口的硬件和软件，例如。在图5所示出的例子中，UE 500包括连接到用户接口522的麦克风/扬声器524、键盘526和显示器528。替代地，例如，可以通过使用触摸屏显示器，将用户的触觉输入或输出与显示器528集成在一起。同样再一次，图5中所示出的要素并不旨在限制本文所公开的UE的配置，应当理解的是，UE 500中所包括的要素将基于该设备的终端使用和系统工程师的设计方案选择而发生变化。
另外，例如，UE 500可以是与如图1中所示出的UT 400进行通信但与UT 400相分离的用户设备(例如，移动设备或外部网络侧设备)。替代地，UE 500和UT 400可以是单个物理设备的集成部分。
如图1中所示，LEO通信卫星(例如，卫星300)的网络在网关200、201和用户终端(UT)400、401中的一者或多者之间中继业务。由于LEO卫星相对于UT的移动性，因此UT的无线通信可以在向UT提供覆盖的不同卫星之间转换。
图6A是示出LEO卫星通信系统中的卫星覆盖区和波束轮廓的例子的图。在该例子中，卫星具有多付天线，其具有在垂直箭头604所指示的卫星运动方向上堆叠的椭圆形波束模式602a...602n。如图6A中所示，椭圆形波束模式602a...602n形成由虚线矩形或正方形606所示出的卫星覆盖区。如图6A中所示，卫星覆盖区的中心608还称为子卫星点。在具有多个卫星的LEO卫星通信系统的例子中，每个卫星覆盖相等数量的覆盖区(即，地球表面上等量的区域)。
图6B是示出LEO轨道中的9个卫星对单个UT 620的覆盖示例的图。在图6B中，三个垂直箭头622a、622b和622c表示卫星在其各个轨道平面内的运动方向。在图6B所示出的例子中，第一垂直箭头622a和第二垂直箭头622b平行并且在相同方向上，而第三垂直箭头622c与第一垂直箭头622a和第二垂直箭头622b的方向平行但相反。
在图6B所示出的例子中，第一组三个卫星在第一垂直箭头622a指示的方向上具有各自的覆盖区624、626和628，第二组三个卫星在第二垂直箭头622b指示的方向上具有各自的覆盖区630、632和634，而第三组三个卫星在第三垂直箭头622c指示的方向上具有各自的覆盖区636、638和640。第一组覆盖区624、626和628是沿着第一垂直箭头622a所指示的方向的轨道平面的一部分，第二组覆盖区630、632和634是沿着由第二垂直箭头622b所指示的方向的轨道平面的一部分，以及第三组覆盖区636、638和640是沿着由第三垂直箭头622c所指示的方向的轨道平面的一部分。在图6B所示出的例子中，示出了三个轨道平面，为了简化说明起见，在每个轨道平面内示出了三个卫星覆盖区，但实际的LEO卫星星座可以包括每卫星的更多波束、以及每个平面内更多的卫星和更多的轨道平面。
在从地球上的UT 620的角度所显示的图6B中，随着时间的推移，卫星沿着它们的轨道平面相对于UT 620进行移动。随着卫星的移动，其覆盖区域会随着时间而改变。随着卫星移动或改变它们的波束发射功率水平，UT 620需要在前向服务和反向服务链路上从一个卫星切换到下一个卫星，从而通过卫星间切换过程来定期改变服务卫星。当卫星能够与UT进行直接通信时，其称为该UT的服务卫星，而不管其处于连接模式还是空闲模式。因此，应当理解的是，本文所公开的这套算法不仅适用于处于连接模式的UT，而且适用于处于空闲模式的UT。
LEO卫星星座中的相邻卫星的覆盖区可以具有重叠的区域，以提供连续覆盖。例如，如图6B中所示，在第二垂直箭头622b所指示的方向上沿着轨道平面，覆盖区630和632共享重叠区域650，覆盖区632和634共享重叠区域652。此外，沿着相邻轨道平面的相邻卫星覆盖区之间可以存在重叠区域。例如，如图6B中所示，覆盖区624和630共享重叠区域660，覆盖区630和636共享重叠区域662。在图6B所示出的例子中，为了简化说明起见，示出了重叠区域650和652，但是在实际的LEO卫星星座中，可能存在具有重叠的多个覆盖区，并且这些重叠的相对大小可能是重要的。
位于卫星覆盖重叠区域中的UT可能经历频繁的卫星间切换或移交(ISHO)。频繁的ISHO可能会导致较低的资源利用率。另一方面，如果ISHO的次数被任意限制，那么被迫保持作为在该卫星的波束覆盖范围的边缘或者靠近该边缘处的UT的服务卫星的卫星，会导致载波与干扰加噪声比(CINR)劣化以及性能和容量的降低。提供了用于管理卫星间切换的方法和装置，以减少切换次数，同时维持某些服务质量要求。
在一个方面，对管理卫星间切换的方法进行了多种假设。在一个例子中，网关提供包含卫星ID、波束ID、测量和切换卫星的时间的切换表。该切换表可以包含一段时间内的多个卫星的条目。在一个方面，假设网关非常清楚UT的位置和速度、LEO卫星星座中的卫星的位置和速度、卫星波束参数以及与这些值相关联的任何误差。实际上，对于卫星通信系统而言，卫星在其轨道上的位置和速度以及卫星的波束参数是已知的，这些参数可以先验地认为是管理卫星间切换的因素。在一些实现中，网关还可以具有卫星和各个卫星波束的功率状态的知识，例如，指示每个单独的卫星波束是开启、关闭还是部分供电的状态。卫星的功率状态和卫星的各个波束也可以输入到卫星间切换算法中。在替代的例子中，网关可以提供关于这些参数的有限信息，而UT将管理卫星间切换。在另一个替代的例子中，这些参数中的一些可以由UT进行存储和使用以管理卫星间切换。在另一个替代例子中，网关和/或UT可以向卫星提供关于这些参数的有限反馈和/或信息，而卫星将管理卫星间切换。
使用最佳接收载波功率(最佳C)和/或最佳载波与干扰加噪声比(最佳CINR)估计或测量来判断是否执行卫星间切换。例如，将UT连接切换到具有最佳C和/或最佳CINR的卫星波束。通过先验估计或者通过测量在给定时刻对UT可见的所有卫星和波束的接收载波功率和/或CINR，基于最佳C/最佳CINR来执行卫星间切换，并且选择具有最佳接收载波功率和/或CINR的卫星。在替代的实现中，用于切换的触发可以是基于在当前服务卫星的接收到的CINR或者接收载波功率低于门限的情况下。当发生切换触发时，选择对UT而言具有最佳接收载波功率或CINR的卫星。
在一种实现中，还可以将UT天线的约束条件视作为管理卫星间切换的因素。UT天线可能需要在方位角和/或仰角上机械地旋转以指向目标卫星。在一种实现中，例如，如果UT天线没有足够快地旋转以在有限的时间量内指向潜在的目标卫星，那么可能跳过到这种潜在目标卫星的切换。可以将UT天线的设计约束(例如，UT天线在方位角和/或仰角的旋转速率)包括成：用于判断一个卫星是否有资格作为切换的目标并充当新的服务卫星的因素。
但是，使用这种卫星间切换方案，如果最佳接收载波功率和/或CINR交替出现在具有部分重叠的覆盖区的相邻卫星波束中，则可能发生相邻卫星的波束之间的来回切换。例如，图7是从UT的角度来看，接收的载波功率与噪声比随时间变化的曲线图，以说明四个卫星随时间的波束覆盖。将第一、第二、第三和第四卫星的接收载波功率与噪声比随时间的变化分别示出成曲线702、704、706和708。
如图7中所示，第一和第二卫星的接收载波功率与噪声比随时间变化的曲线702和704具有带有多个点的交叉区域710，在这些点处，最佳载波功率与噪声比可以来自第一卫星或第二卫星。类似地，第二和第三卫星的接收载波功率与噪声比随时间变化的曲线704和706具有带有多个点的交叉区域712，在这些点处，最佳载波功率与噪声比可以来自第二卫星或第三卫星。类似地，第三和第四卫星的接收载波功率与噪声比随时间的曲线706和708具有带有多个点的交叉区域714，在这些点处，最佳载波功率与噪声比可以来自第三卫星或第四卫星。在最佳载波功率与噪声比来自两个相邻卫星中的任何一个的区域中，可能在短时间段内发生两个卫星之间的多次来回切换，这将在网络资源上产生不期望的成本。
在替代的方案中，将UT连接切换到与UT具有最短距离的卫星。在该方案中，在给定的时刻，计算UT与所有可见卫星之间的距离。被具有该最小UT到卫星距离的识别号(ID)进行标识的卫星，只有在来自该卫星的接收CINR高于某一门限时，才被选择。如果来自最近的卫星的波束或者来自最近的卫星的所有波束都关闭，则选择下一个最近的卫星来进行切换(只要来自该下一个最近的卫星的接收CINR高于某个门限)。否则，UT维持与当前服务卫星的通信。在替代的实现中，用于切换的触发可以是基于在当前服务卫星的接收CINR或者接收载波功率低于门限的情况下。当发生切换触发时，计算到UT的最近卫星列表。具有最小UT到卫星距离的卫星，只有当来自该卫星的接收CINR高于某一门限时，才被选择。
在另一种替代方案中，将UT连接切换到具有最长时间的可见性的卫星。在该方案中，在当前服务卫星的接收CINR或者接收载波功率低于门限时，计算对于该UT可见的并且具有高于某一门限的接收载波功率或者CINR的每个卫星的可见性窗口。将卫星在给定时刻的可见性窗口规定为：该卫星对UT保持可见，直到1)该卫星消失或者2)CINR下降到低于某个门限为止的剩余时间量。
具有最长可见性窗口的卫星ID在来自该卫星的接收CINR或者接收载波功率高于某个门限的情况下，被选择作为服务卫星。这个新的服务卫星也称为目标卫星。
图8是示出基于最长时间的可见性，来选择服务卫星的卫星间切换方案的例子的图。在图8所示出的例子中，用于UT的初始服务卫星是卫星索引上的卫星1。在时间T1，UT到达接近当前服务卫星(即，卫星1)的波束覆盖范围的边缘，并且检测到卫星1的接收CINR或者载波功率下降到低于某个门限。随后，UT计算在时间T1对于该UT来说可见的所有UT的可见性窗口(例如，其包括卫星索引上的卫星3、4和5)。UT确定卫星4在卫星3、4和5之中具有最长可见性窗口。换言之，卫星4在时间T1，在卫星3、4和5之中具有最长的剩余时间量，并因此被选择为用于切换的目标卫星。
在卫星4已经作为UT的服务卫星一段时间之后，在时间T2，UT到达接近卫星4的波束覆盖范围的边缘，并检测到卫星4的接收CINR或者载波功率下降到低于门限。在时间T2，UT确定仅仅卫星6具有相当地延伸到时间T2之外的可见性窗口，因此将卫星6选择成用于切换的目标卫星。在从卫星4切换到卫星6时，卫星6充当该UT的新服务卫星。在替代的实现中，网关可以计算时间T1、T2、…和目标卫星ID ID1、ID2、…，并经由切换转换表将它们提供给UT。
在一个方面，基于降低切换的频率和维持所需要的接收CINR或载波功率的竞争需求之间的平衡，来提供管理卫星间切换的方法。在一个方面，基于切换的频率和规定的成本函数之间的平衡，来选择一系列的卫星和波束。对于任何持续时间而言，由于星座和每个卫星的移动是确定性的，因此可以预测卫星星座中的每个卫星在任何时刻的可见性，或者在移动UT的情况下，信息是可获得的，据此UT可以提供其位置，使得可以针对该UT来确定每个卫星的可见性。
在一个方面，可以描述加权的有向无环图(DAG)，通过该加权的DAG，可以确定用于特定UT的一系列切换。在一个方面，加权的DAG的每个顶点表示一个可见的卫星(相对于某个特定的UT)，并且弧表示可能的卫星间切换，其中每个弧具有相关联的权重来指示切换的相应成本。
可以如下面所示地描述用于加权的DAG的权重。使si表示第i个卫星的唯一ID，使wij是与从卫星si作为服务卫星切换到卫星sj作为服务卫星相关联的权重(成本)。为了满足载波与干扰加噪声比(CINR)和/或接收载波功率要求，权重(成本)可以与每个弧相关联以反映在选择与该弧相关联的切换时对CINR和/或接收载波功率的影响。可以通过下式来确定从卫星si到卫星sj的切换的权重：
wij＝a1N|(si-sj)|+(1-a)tanhc(CINRi-CINRj),
其中，a是与切换的成本相比于CINR劣化相关联的权重(不要与弧权重混淆)，c是缩放因子。函数1N是指示函数，其中，如果si＝sj，则1N|(si-sj)|等于零，如果si≠sj，则其等于1。
上面的针对权重的表达式在以下方面进行了简化：没有明确地指示时间依赖关系。更为精确地说，切换的成本将随时间发生变化。针对权重的更具体描述如下所述。考虑某个序列的连续时刻t1,t2,t3,t4,…,tN-1,tN。在某个时刻tk，使wij(tk)表示从卫星si到卫星sj的切换(即，移交)的权重(成本)。可以通过相同的上面给出的等式来给出wij(tk)，但CINRi和CINRj是在时刻tk确定的。
可以将加权的DAG描述成顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并且为在时刻tk可见的卫星集合(相对于特定的UT)。可以将加权的DAG中的弧描述成弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧的集合。也就是说，可以将集合A(tk)中的每个弧表示成有序对(si,sj)，其中si是集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是集合V(tk)中的卫星ID。弧(si,sj)代表针对某个特定的UT的从卫星si到卫星sj的切换，以及其相应的权重是wij(tk)(与在时刻tk从卫星si到卫星sj的切换相关联的成本)。
在一个方面，可以通过在加权的DAG中寻找从集合V(t1)中的一个卫星开始并在集合V(tN)中的一个卫星处结束的所有路径之中的最短路径，来确定切换序列。该最短路径确定切换的序列。
在另一个方面，可以通过在加权的DAG中寻找从集合V(t1)中的某个特定卫星s′开始并在集合V(tN)中的一个卫星处结束的所有路径之中的最短路径，来确定切换序列。例如，在时刻t1，由于某个先前的调度可以已知卫星s′是服务卫星，在该情况下，从该服务卫星开始的最短路径确定切换的序列。
图9是与四个连续时刻t1,t2,t3,t4的卫星可见性相对应的加权有向无环图(DAG)的例子。(在图9中，S1、S2等等指代卫星ID)。在该图中，可以通过使用诸如Dijkstra算法(其是本领域普通技术人员公知的)之类的最短路径算法来寻找最短路径(或者最短路径)。在一个方面，最短路径算法产生与最小数量的切换相对应的最低成本路径。
除了上面所公开的方法和装置之外，可以基于负载平衡来选择用于特定UT的服务卫星。例如，上面所描述的装置可以基于加权的DAG中的最短路径来选择新的服务卫星(如先前所讨论的)，但可能存在该UT可见的一组卫星，使得它们的波束重叠。虽然在确定DAG中的最短路径时，当只考虑CINR时可能不选择该组卫星中具有重叠波束的卫星，但如果考虑负载平衡的话，该卫星可能是用于新服务卫星的更佳选择。
因此，一个方面可以包括：用于基于负载平衡，使UT由新服务卫星进行服务(即使该新服务卫星将不会是如先前所描述的基于可见性窗口中剩余的余留时间或者基于加权DAG中的最短路径的所选择的卫星)的方法或装置。在一个方面，对于UT，做出关于一组卫星之中的任何覆盖范围重叠区域的确定，其中，新服务卫星是基于负载平衡来从该组卫星中选择的。确定覆盖范围重叠区域可以是基于轨道星座参数、卫星波束的发射功率水平和天线增益掩模的。
图10示出了基于负载平衡来选择服务卫星的方法。在1002中，对于特定的UT(该选择是依赖于UT的)，做出关于具有覆盖该UT的重叠波束的一组卫星的确定。在1004中，从该组卫星中选择新服务卫星，使得满足负载平衡度量。负载平衡度量可以是用于高效网络通信的负载平衡领域中所公知的多种度量中的任何一种。
图11是示出用于管理卫星通信系统中的卫星间切换的方法的方面的流程图。应当理解的是，虽然将图11中所指示的处理示出成具有顺序的流程图，但其并不一定以图11中所指示的顺序来执行。此外，应当理解的是，图11中所指示的处理中的一些可以是可选的，并不需要由特定的装置来执行。例如，图11中所指示的处理中的一些或全部可以由网关的一个或多个组件(例如，如图2中所示的网关200中的网关控制器250)来执行。在替代的例子中，该处理中的一些或全部可以由卫星通信系统的其它部分(例如，连接到网关200和201的基础设施116，如图1中所示)来执行。在另一个替代的例子中，该处理中的一些或全部可以由UT的一个或多个组件(例如，UT 400中的控制处理器420，如图4中所示)来执行。
参见图11的流程图中所示出的例子，在方框1102中示出了下面的处理：相对于UT来确定用于卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口。用于每个候选卫星的可见性窗口指示该候选卫星可见于该UT的时间间隔，并且与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限。在方框1104中示出了下面的处理：提供切换以使UT将由该一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务。当与用于该UT的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，可以提供该切换，其中新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
在一个方面，与每个候选卫星相关联的参数可以是由UT接收到的候选卫星的载波功率。此外，与服务卫星相关联的参数也可以是由该UT接收到的服务卫星的载波功率。另外地或替代地，与每个候选卫星相关联的参数可以是由该UT接收到的候选卫星的载波与干扰加噪声比(CINR)。此外，与服务卫星相关联的参数也可以是由该UT接收到的服务卫星的CINR。关于门限而言，第一门限可以等于第二门限，也可以不等于第二门限。
在一个方面，网关可以执行相对于UT的针对每个候选卫星的可见性窗口的确定并提供该切换。在另一个方面，UT可以执行相对于该UT的针对每个候选卫星的可见性窗口的确定并提供该切换。在另一个方面，卫星星座中的卫星可以执行相对于UT的针对每个候选卫星的可见性窗口的确定并提供该切换。
再次参见图11的流程图中所示出的例子，该方法还可以包括下面的处理：在方框1106中，提供切换以使UT将由第二新服务卫星进行服务。举例而言，该切换可以使得UT基于负载平衡而将由第二新服务卫星进行服务。这里，可以针对UT(例如，基于轨道星座参数、卫星波束的发射功率水平和/或天线增益掩模)，来确定一组卫星的覆盖重叠区域，可以从该组卫星中选择第二新服务卫星。再举一个例子，该切换可以使UT基于UT和每个候选卫星的平面之间的距离而将由第二新服务卫星进行服务(例如，选择最接近的平面，以及应用可见性窗口)。
图12是示出基于如上面所讨论的基于加权的DAG，管理卫星通信系统中的卫星间切换的例子的流程图。应当理解的是，虽然将图12中所指示的处理示出成具有顺序的流程图，但其并不一定以图12中所指示的顺序来执行。此外，应当理解的是，图12中所指示的处理中的一些可以是可选的，并且不需要由特定的装置来执行。例如，图12中所指示的处理中的一些或全部可以由网关的一个或多个组件(例如，如图2中所示的网关200中的网关控制器250)来执行。在替代的例子中，该处理中的一些或全部可以由卫星通信系统的其它部分(例如，由连接到网关200和201的基础设施126，如图1中所示)来执行。在另一个替代的例子中，该处理中的一些或全部可以由UT的一个或多个组件(例如，UT 400中的控制处理器420，如图4中所示)来执行。
参见图12的流程图中所示出的例子，对于顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}和弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中，集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中，si是集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是集合V(tk)中的卫星ID，生成DAG，如方框1202中所指示的。如先前所讨论的，每个弧(si,sj)代表对于UT在时刻tk从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换。在方框1202中，在每个时刻tk将每个弧(si,sj)用相应的权重wij(tk)进行加权，其中，该权重wij(tk)表示与对于该UT而言在时刻tk从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换相关联的成本。
在方框1206中，在加权的DAG中生成从顶点集合V(t1)中的给定顶点s′开始并在顶点集合V(tN)中的一个顶点处结束的最短路径，以及对于一些例子而言，找到针对所有开始的顶点s′的全局最短路径。在方框1208中，基于最短路径来生成切换策略，如先前所描述的。
在一个方面，如果卫星服务的CINR和/或接收载波功率低于某个门限，则认为其处于掉话状态。在一个例子中，可以使用资源约束最短路径(RCSP)算法来找到与最低频率的切换相对应的具有最低总成本的路径，同时总掉话率低于某个门限。用于在满足某些约束的同时找到网络中的最短路径的RCSP算法对于本领域普通技术人员来说是公知的。替代地，在本公开内容的保护范围内，还可以实现其它类型的算法。
图13是示出用于管理卫星通信系统中的卫星间切换的方法的一个方面的流程图。应当理解的是，虽然将图13中所指示的处理示出成具有顺序的流程图，但其并不一定以图13中所指示的顺序来执行。此外，应当理解的是，图13中所指示的处理中的一些可以是可选的，并不需要由特定的装置来执行。例如，图13中所指示的处理中的一些或全部可以由网关的一个或多个组件(例如，如图2中所示的网关200中的网关控制器250)来执行。在替代的例子中，该处理中的一些或全部可以由卫星通信系统的其它部分(例如，由连接到网关200和201的基础设施136，如图1中所示)来执行。在另一个替代的例子中，该处理中的一些或全部可以由UT的一个或多个组件(例如，UT 400中的控制处理器420，如图4中所示)来执行。
参见图13的流程图中所示出的例子，在方框1302中，示出了确定第一候选卫星的可见性的处理，以及在方框1304中，示出了确定与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数的处理。在方框1306中，示出了基于第一候选卫星的可见性和与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数，来确定权重的处理。此外，在方框1308中，示出了基于该权重，发起通信从当前服务卫星到第一候选卫星的切换的处理。
在一个方面，与所接收信号相关联的参数包括来自第一候选卫星的接收载波功率。在另一个方面，与所接收信号相关联的参数包括来自第一候选卫星的所接收信号的载波与干扰加噪声比(CINR)。在一个方面，确定第一候选卫星的可见性的处理包括：确定第一候选卫星的可见性窗口。
在一个方面，确定第一候选卫星的可见性窗口的处理包括：确定第一候选卫星保持可见直到第一候选卫星消失或者直到与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数不满足门限为止的剩余时间量。例如，可以通过确定第一候选卫星保持对于UT可见、直到该UT从第一候选卫星接收的载波功率下降到低于门限为止的剩余时间量，来计算可见性窗口。在另一个例子中，可以通过确定第一候选卫星保持对于UT可见、直到该UT从第一候选卫星接收的载波信号的CINR下降到低于门限为止的剩余时间量，来计算可见性窗口。
在一个方面，确定第二候选卫星的可见性以及与来自第二候选卫星的接收信号相关联的参数。例如，与来自第二候选卫星的接收信号相关联的参数可以是接收载波功率，或者替代地是该UT从第二候选卫星接收的载波信号的CINR。在一个方面，确定基于第二候选卫星的可见性和与来自第二候选卫星的接收信号相关联的参数的权重。在一个方面，通过以下方式，来计算第二候选卫星的可见性窗口：确定第二候选卫星保持可见直到第二候选卫星消失或者直到与来自第二候选卫星的接收信号相关联的参数不满足门限为止的剩余时间量。
在一个方面，做出关于第一候选卫星还是第二候选卫星的所计算权重更大的确定，并将具有更大权重的候选卫星选择成新的服务卫星。在另一个方面，做出关于第一候选卫星还是第二候选卫星的可见性窗口更长的确定，并将具有更长可见性窗口的候选卫星选择成新的服务卫星。
在一种实现中，上面所描述的管理卫星间切换的处理中的一些或全部可以由网关或基础设施来执行，在确定候选卫星中的哪一个应当变成新的服务卫星以作为切换目标之后，由网关或基础设施向UT发送一个或多个命令，由UT实际地执行该切换。在另一种实现中，上面所描述的管理卫星间切换的处理中的一些或全部，可以由实际执行该切换的UT来执行。
图14示出了被表示成一系列相互关联的功能模块的用于管理卫星间切换的装置1400的例子。用于确定可见性的模块1402，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于提供切换的模块1404，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于提供切换的模块1406，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。
图15示出了被表示成一系列相互关联的功能模块的用于管理卫星间切换的装置1500的例子。用于生成DAG的模块1502，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于加权的模块1504，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于生成的模块1506，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于执行切换的模块1508，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。
图16示出了被表示成一系列相互关联的功能模块的用于管理卫星间切换的装置1600的例子。用于确定第一候选卫星的可见性的模块1602，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于确定与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数的模块1604，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于基于第一候选卫星的可见性和与来自第一候选卫星的接收信号相关联的参数，来确定权重的模块1606，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。用于基于权重来发起通信从当前服务卫星到第一候选卫星的切换的模块1608，可以至少在一些方面例如与本文所讨论的网关或者其组件(例如，网关控制器250等等)相对应，或者替代地与本文所讨论的UT或者其组件(例如，控制处理器420等等)相对应。
可以使用与本文教导内容相一致的各种方式来实现图14-16的模块的功能。在一些设计方案中，可以将这些模块的功能实现成一个或多个电组件。在一些设计方案中，可以将这些模块的功能实现成包括一个或多个处理器组件的处理系统。在一些设计方案中，可以使用例如一个或多个集成电路(例如，ASIC)的至少一部分来实现这些模块的功能。如本文所讨论的，集成电路可以包括处理器、软件、其它有关的部件或者其某种组合。因此，可以将不同的模块的功能实现成例如集成电路的不同子集、实现成一组软件模块的不同子集，或者其组合。此外，应当理解的是，(例如，集成电路和/或一组软件模块的)给定子集可以提供用于一个以上模块的功能的至少一部分。
此外，还可以使用任何适当的单元，来实现图14-16所表示的部件和功能，以及本文所描述的其它部件和功能。此外，还可以至少部分地使用如本文所教导的相应结构来实现这些单元。例如，上面结合图14-16的“用于…的模块”组件所描述的部件，还可以对应于类似指定的“用于…的单元”功能体。因此，在一些方面，可以使用处理器组件、集成电路或者如本文所教导的其它适当结构中的一个或多个，来实现这些单元中的一个或多个。
本领域普通技术人员应当理解，可以使用多种不同的技术和方法中的任意一种来表示信息和信号。例如，可以用电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或者其任意组合，来表示可能在贯穿上面的描述中被提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和码片。
此外，本领域普通技术人员应当理解，本文所公开的各种示例性逻辑框、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可交换性，上面对各种示例性部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了总体描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应被解释为使得背离本公开内容的保护范围。
本文所公开的方法、序列和/或算法，可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或二者的组合。软件模块可以位于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域已知的任何其它形式的存储介质中。将示例性存储介质耦合到处理器，从而使该处理器能够从该存储介质读取信息，并且可向该存储介质写入信息。或者，存储介质也可以是处理器的组成部分。
因此，本发明的方面可以包括非临时性计算机可读介质，后者体现有用于卫星系统中的频谱高效数据传输的方法。因此，本发明并不限于所示出的示例。
虽然上述公开内容示出了本发明的示例性方面，但应当注意的是，在不脱离如由所附权利要求书规定的本公开内容的保护范围的基础上，可以对本文做出各种改变和修改。并不需要以任何特定的顺序来执行根据本文的说明书的方法权利要求的功能、步骤和/或动作。此外，尽管可能用单数形式描述或主张了本发明的一些方面，但除非明确说明限于单数，否则复数形式是可以预期的。

Claims (45)

1.一种管理卫星星座中的卫星间切换的方法，所述方法包括：
相对于用户终端来确定用于所述卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口，其中，用于每个候选卫星的所述可见性窗口指示所述候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及
当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务，所述新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，与每个候选卫星相关联的所述参数是由所述用户终端接收到的所述候选卫星的载波功率。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，与所述服务卫星相关联的所述参数是由所述用户终端接收到的所述服务卫星的载波功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，与每个候选卫星相关联的所述参数是由所述用户终端接收到的所述候选卫星的载波与干扰加噪声比(CINR)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，与所述服务卫星相关联的所述参数是由所述用户终端接收到的所述服务卫星的CINR。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，网关执行相对于所述用户终端的用于每个候选卫星的所述可见性窗口的确定并且提供所述切换。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述用户终端执行相对于所述用户终端的用于每个候选卫星的所述可见性窗口的确定并且提供所述切换。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述卫星星座中的卫星执行相对于所述用户终端的用于每个候选卫星的所述可见性窗口的确定并且提供所述切换。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于负载平衡，提供切换以使所述用户终端将由第二新服务卫星进行服务。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
针对所述用户终端，确定一组卫星的覆盖重叠区域；
从所述一组卫星中选择所述第二新服务卫星。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述确定所述覆盖重叠区域是基于以下各项中的至少一项的：轨道星座参数、卫星波束的发射功率水平、天线增益掩模、或者其组合。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述用户终端和每个候选卫星的平面之间的距离，提供切换以使所述用户终端将由第二新服务卫星进行服务。
13.一种用于管理卫星星座中的卫星间切换的装置，所述装置包括：
至少一个处理器；以及
耦合到所述至少一个处理器的至少一个存储器，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器被配置为：
相对于用户终端来确定用于所述卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口，其中，用于每个候选卫星的所述可见性窗口指示所述候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及
当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务，所述新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，与每个候选卫星和服务卫星相关联的所述参数是由所述用户终端接收到的载波功率或者载波与干扰加噪声比(CINR)。
15.根据权利要求13所述的装置，其中，所述装置包括网关、用户终端或者星座中的卫星，以确定用于每个候选卫星的所述可见性窗口并且提供所述切换。
16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器还被配置为：
基于负载平衡，提供切换以使所述用户终端将由第二新服务卫星进行服务。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器还被配置为：
针对所述用户终端，确定一组卫星的覆盖重叠区域；以及
从所述一组卫星中选择所述第二新服务卫星。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述确定所述覆盖重叠区域是基于以下各项中的至少一项的：轨道星座参数、卫星波束的发射功率水平、天线增益掩模、或者其组合。
19.一种用于管理卫星星座中的卫星间切换的装置，所述装置包括：
用于相对于用户终端来确定用于所述卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口的单元，其中，用于每个候选卫星的所述可见性窗口指示所述候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及
用于当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务的单元，所述新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
20.一种其上存储有指令的非临时性计算机可读介质，其中所述指令使至少一个处理器执行包括以下操作的方法：
管理卫星星座中的卫星间切换；
相对于用户终端来确定用于所述卫星星座中的一个或多个候选卫星的可见性窗口，其中，用于每个候选卫星的所述可见性窗口指示所述候选卫星可见于所述用户终端的时间间隔，并且其中，与每个候选卫星相关联的参数超过第一门限；以及
当与用于所述用户终端的服务卫星相关联的参数低于第二门限时，提供切换以使所述用户终端将由所述一个或多个候选卫星中的新服务卫星进行服务，所述新服务卫星具有包含最长剩余时间的相应可见性窗口。
21.一种用于在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的卫星间切换的方法，所述方法包括：
生成加权的有向无环图(DAG)，所述加权的DAG包括：
顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在所述时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及
弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中，A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中，所述集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中，si是所述集合V(tk-1)中的卫星ID，并且sj是所述集合V(tk)中的卫星ID，其中，每个弧(si,sj)表示在所述时刻tk针对所述用户终端的从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及
用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权，所述权重wij(tk)表示与在所述时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的所述切换相关联的成本。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
生成从所述顶点集合V(t1)中的给定顶点s′开始并在所述顶点集合V(tN)中的一个顶点处结束的所述加权的DAG中的最短路径；以及
根据所述最短路径，引发针对所述用户终端的切换。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：
生成所述加权的DAG中的从所述顶点集合V(t1)中的一个顶点开始并在所述顶点集合V(tN)中的一个顶点处结束的所述加权的DAG中的所有路径当中的最短路径；以及
根据所述最短路径，引发针对所述用户终端的切换。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，在任何给定的时刻t，根据下式来选择所述权重：
wij(t)＝a1N|(si-sj)|+(1-a)tanh c(CINRi(t)-CINRj(t)),
其中，CINRm(t)是在时刻t在具有卫星ID sm的卫星处的载波与干扰加噪声比(CINR)，a是权重，c是缩放因子，以及函数1N是指示函数，其中，如果si＝sj，则1N|(si-sj)|等于零，如果si≠sj，则1N|(si-sj)|等于1。
25.一种用于在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的卫星间切换的装置，所述装置包括：
至少一个处理器；以及
耦合到所述至少一个处理器的至少一个存储器，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器被配置为：
生成加权的有向无环图(DAG)，所述加权的DAG包括：
顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在所述时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及
弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中，A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中，所述集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中，si是所述集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是所述集合V(tk)中的卫星ID，其中，每个弧(si,sj)表示在所述时刻tk的针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及
用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权，所述权重wij(tk)表示与在所述时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的所述切换相关联的成本。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器还被配置为：
生成从所述顶点集合V(t1)中的给定顶点s′开始并在所述顶点集合V(tN)中的一个顶点处结束的所述加权的DAG中的最短路径；以及
根据所述最短路径，引发针对所述用户终端的切换。
27.根据权利要求25所述的装置，其中，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器还被配置为：
生成所述加权的DAG中的从所述顶点集合V(t1)中的一个顶点开始并在所述顶点集合V(tN)中的一个顶点处结束的所述加权的DAG中的所有路径当中的最短路径；以及
根据所述最短路径，引发针对所述用户终端的切换。
28.根据权利要求25所述的装置，其中，在任何给定的时刻t，根据下式来选择所述权重：
wij(t)＝a1N|(si-sj)|+(1-a)tanhc(CINRi(t)-CINRj(t)),
其中，CINRm(t)是在时刻t在具有卫星ID sm的卫星处的载波与干扰加噪声比(CINR)，a是权重，c是缩放因子，以及函数1N是指示函数，其中，如果si＝sj，则1N|(si-sj)|等于零，如果si≠sj，则1N|(si-sj)|等于1。
29.一种用于在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的卫星间切换的装置，所述装置包括：
用于生成加权的有向无环图(DAG)的单元，所述加权的DAG包括：
顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在所述时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及
弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中，A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中，所述集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中，si是所述集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是所述集合V(tk)中的卫星ID，其中，每个弧(si,sj)表示在所述时刻tk针对所述用户终端的从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及
用于使用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权的单元，所述权重wij(tk)表示与在所述时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的所述切换相关联的成本。
30.一种其上存储有指令的非临时性计算机可读介质，其中所述指令使至少一个处理器执行用于在一系列连续时刻t1、t2、t3、t4、…、tN-1、tN上管理针对用户终端的卫星星座中的切换的方法，所述方法包括：
生成加权的有向无环图(DAG)，所述加权的DAG包括：
顶点集合族{V(tk),k＝1,2,…,N}，其中，每个顶点集合V(tk)通过时刻tk来索引，并表示在所述时刻tk对于所述用户终端可见的一组卫星中的卫星标识(ID)；以及
弧集合族{A(tk),k＝2,…,N}，其中，A(tk)是从顶点集合V(tk-1)开始并以顶点集合V(tk)结束的弧集合，其中，所述集合A(tk)中的每个弧是有序对(si,sj)，其中，si是所述集合V(tk-1)中的卫星ID，sj是所述集合V(tk)中的卫星ID，其中，每个弧(si,sj)表示在所述时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的切换；以及
用相应的权重wij(tk)对每个时刻tk的每个弧(si,sj)进行加权，所述权重wij(tk)表示与在所述时刻tk针对所述用户终端从具有卫星ID si的卫星到具有卫星ID sj的卫星的所述切换相关联的成本。
31.一种管理卫星间切换的方法，所述方法包括：
确定第一候选卫星的可见性；
确定与来自所述第一候选卫星的接收信号相关联的参数；
基于所述第一候选卫星的所述可见性和与来自所述第一候选卫星的所述接收信号相关联的所述参数，来确定权重；以及
基于所述权重，发起通信从当前服务卫星到所述第一候选卫星的切换。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，与所述接收信号相关联的所述参数包括接收载波功率。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，与所述接收信号相关联的所述参数包括载波与干扰加噪声比(CINR)。
34.根据权利要求31所述的方法，其中，所述确定所述第一候选卫星的所述可见性包括：确定所述第一候选卫星的可见性窗口。
35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述确定所述第一候选卫星的所述可见性窗口包括：确定所述第一候选卫星保持可见直到所述第一候选卫星消失或者直到与来自所述第一候选卫星的所述接收信号相关联的所述参数不满足门限为止的剩余时间量。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括：
确定第二候选卫星的可见性；
确定与来自所述第二候选卫星的接收信号相关联的参数；
基于所述第二候选卫星的所述可见性和与来自所述第二候选卫星的所述接收信号相关联的所述参数，来确定权重。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述确定所述第二候选卫星的所述可见性窗口包括：确定所述第二候选卫星保持可见直到所述第二候选卫星消失或者直到与来自所述第二候选卫星的所述接收信号相关联的所述参数不满足所述门限为止的剩余时间量。
38.根据权利要求37所述的方法，还包括：
确定所述第一候选卫星和所述第二候选卫星的所述权重中的哪一个是更大权重；以及
将所述第一候选卫星和所述第二候选卫星中的具有所述更大权重的一个，选择成新服务卫星。
39.根据权利要求37所述的方法，还包括：
确定所述第一候选卫星和所述第二候选卫星的所述可见性窗口中的哪一个是更长可见性窗口；以及
将所述第一候选卫星和所述第二候选卫星中的具有所述更长可见性窗口的一个，选择成新服务卫星。
40.根据权利要求31所述的方法，其中，确定是否将通信从所述当前服务卫星切换到所述第一候选卫星是基于用户终端的天线的至少一个约束的。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述用户终端的所述天线的所述至少一个约束包括旋转的速率。
42.根据权利要求31所述的方法，其中，所述发起是由从包括以下各项的组中选定的装置来执行的：网关、用户终端和卫星。
43.一种装置，包括：
至少一个处理器；以及
耦合到所述至少一个处理器的至少一个存储器，所述至少一个处理器和所述至少一个存储器被配置为：
确定第一候选卫星的可见性；
确定与来自所述第一候选卫星的接收信号相关联的参数；
基于所述第一候选卫星的所述可见性和与来自所述第一候选卫星的所述接收信号相关联的所述参数，来确定权重；以及
基于所述权重，发起通信从当前服务卫星到所述第一候选卫星的切换。
44.一种装置，包括：
用于确定第一候选卫星的可见性的单元；
用于确定与来自所述第一候选卫星的接收信号相关联的参数的单元；
用于基于所述第一候选卫星的所述可见性和与来自所述第一候选卫星的所述接收信号相关联的所述参数，来确定权重的单元；以及
用于基于所述权重，发起通信从当前服务卫星到所述第一候选卫星的切换的单元。
45.一种其上存储有指令的非临时性计算机可读介质，其中所述指令使至少一个处理器执行包括以下操作的方法：
确定用于第一候选卫星的可见性；
确定与来自所述第一候选卫星的接收信号相关联的参数；
基于所述第一候选卫星的所述可见性和与来自所述第一候选卫星的所述接收信号相关联的所述参数，来确定权重；以及
基于所述权重，发起通信从当前服务卫星到所述第一候选卫星的切换。
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