CN109660293B - 用于确定低轨道卫星通信系统位置区的方法、设备和存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的方法、设备和存储装置。该方法包括：接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区信息；以及基于终端自身获得的位置信息和所接收到的所述系统信息块来确定终端当前所处的位置区。利用本发明的技术方案，可以动态确定小区与位置区多对多映射关系，解决位置区在低轨卫星场景下应用的问题。

Description

用于确定低轨道卫星通信系统位置区的方法、设备和存储 装置

技术领域

本发明一般地涉及低轨道卫星通信系统。更具体地，本发明涉及低轨卫星通信系统的位置区确定的方法、设备和存储装置。

背景技术

全球低轨卫星移动通信将建设一个低轨全球通信星座系统，实现全球无缝覆盖，为各类用户终端提供移动通信和数据互联网服务。低轨星座网络移动通信业务具备移动3G通信业务特点，可提供语音业务、短消息业务、数据服务等，将陆地IP通信网、移动3G网中的丰富应用延伸到卫星用户，并可根据用户不同需求，提供个性化的定制服务，是真正意义上的无缝隙覆盖全球的移动卫星传输网络。

通用移动通信系统UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)是国际标准化组织3GPP制定的全球3G标准，它的主体包括无线接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。低轨星座卫星网络在设计时采用了UMTS系统架构和接口协议栈，根据卫星链路动态变化性、卫星资源带宽有限等特点需要开发新的空中接口协议。

低轨星座卫星网络语音业务采用电路域方式，与陆地移动通信一样，可以方便地进行业务处理和互联互通；数据业务全IP化、与陆地互联网一致的全球统一的接口标准，是卫星终端满足不同国家、不同应用的关键。UMTS是应用于陆地通信的3G网络协议，不能直接应用在卫星网络中，需要对UMTS协议做一些调整。低轨星座卫星网络仍然采用3GPP移动通信技术标准网络结构，包括核心网CN(Core Network)、无线网络子系统(RNS)和用户终端UE(User Equipment)三部分，其中RNS裁剪掉Iub接口，包含RNS和射频天线。为了方便理由，在图1中示出现有的低轨卫星通信系统的网络架构。

在UMTS网络中，基站覆盖是静止的，只是用户在覆盖区内移动。将多个蜂窝小区Cell组合成为一个位置区LAI，空闲态下用户在位置区内不同小区间移动，不需要通知核心网，降低信令负荷。位置区作为核心网寻呼用户的地理范围，每个小区归属一个位置区LAI，一个位置区可以包含若干小区，关系固定。位置区的规化相当重要且需遵守一定的规则，否则当位置区设置太大，会造成空口无效寻呼增多，浪费频谱资源。相反，当位置区设置过小，则会造成终端与核心网信令频繁交互，增加了终端耗电和网络负荷。在当前的低轨卫星全球通信系统中，位置区不同划分涉及用户计费、业务类别提供、服务质量等差异化服务，是网络运营一个重要因素。

低轨LEO(Low Earth Orbit)通信卫星按照运行轨道相对地面作高速运动，导致其覆盖地面的点波束(“Spot Beam”)也在地面上高速移动。卫星通信终端在地面上静止或者低速移动，形成用户终端不断切换波束或者卫星。在低轨卫星场景下，波束对应于UMTS的小区Cell，是移动着的，而位置区LAI基于地球表面和行政区划分是静止的。这样就会造成小区Cell与位置区LAI之间关系是动态变化的，而且存在多对多的映射关系，这就给各网元确定终端所在的位置区带来了困难。

发明内容

本发明旨在至少解决低轨卫星通信时小区与位置区分离的问题，提供不改动网元之间协议消息，利用空口系统信息块的空闲字节传送映射关系，以较小改动的方式来确定位置区的方案。

为此，在一个方面中，本发明提供一种用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的方法，包括：

接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区信息；以及

基于终端自身获得的位置信息和所接收到的所述系统信息块来确定终端当前所处的位置区。

在一个实施例中，进一步包括将终端获得的位置区与先前终端存储的位置区信息进行比较；以及根据比较的结果来确定是否需要启动位置更新流程。

在一个实施例中，所述位置区信息包括位置区列表和每个位置区的边界范围。

在一个实施例中，采用多边形来逼近所述位置区的边界范围，将多边形各顶点的经纬度依次排序，并包括在所述系统信息块中。

在一个实施例中，终端自身获得的位置信息包括终端自身测量和计算出的其当前位置的经纬度信息。

在一个实施例中，当通过比较确定位置区发生变化时，则与拜访位置寄存器之间启动位置更新流程，以向核心网通知终端当前新的位置区号，其中当通过比较确定位置区没有发生变化，则将终端继续驻留在空闲态。

在一个实施例中，接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块包括：

接收广播自无线网络子系统的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区列表的参数编码，该参数编码由无线网络子系统基于小区与位置区之间的多对多重叠映射关系确定，并基于位置区信息与小区的映射关系向小区进行广播。

在另一个方面中，本发明提供一种用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的设备，包括：

处理器，

存储器，其包括计算机可读的程序指令，当该程序指令由所述处理器执行时，使得所述设备执行以下的操作：

接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区信息；以及

基于终端自身获得的位置信息和所接收到的系统信息块来确定终端当前所处的位置区。

在一个实施例中，其中当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述设备进一步执行以下的操作：将终端获得的位置区与先前存储的位置区信息进行比较；以及根据比较的结果来确定是否需要启动位置更新流程。

在一个实施例中，包括在所述系统信息块中的位置区信息包括位置区列表和每个位置区的边界范围。

在一个实施例中，采用多边形来逼近所述位置区的边界范围，将多边形各顶点的经纬度依次排序，并包括在所述系统信息块中。

在又一个方面中，本发明提供一种计算机可读的存储装置，其中存储有程序指令，该程序指令适于由处理器加载并执行：

接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区信息；以及

基于终端自身获得的位置信息和所接收到的系统信息块来确定终端当前所处的位置区。

在一个实施例中，所述程序指令还适于由处理器加载并进一步执行：将终端获得的位置区与先前存储的位置区信息进行比较；以及

根据比较的结果来确定是否需要启动位置更新流程。

本领域技术人员可以理解上文描述了本发明的多个方面及其多个实施例，并且本发明的技术方案并不局限于此。另外，围绕本发明的一个方面所描述的技术方案及其多个实施例也可以应用于另外一个方面的技术方案中，或与另一方面的一个或多个实施例中所描述的技术方案相结合。利用本发明的方法、设备和存储设备，可以获得如下的优势：

1)本发明以3GPP网络架构为基础，仅需少量的改动就可以适合低轨卫星通信系统的使用，从而借力于3GPP UMTS产业链成熟的通信机制、协议栈、芯片，为低轨通信卫星服务。另外，本发明只需对终端、RNS、空中接口进行参数方面的微小改动，对核心网CN并没有任何影响，因此实现起来成本较低；

2)本发明将移动的小区与固定的位置区分离设计，形成两个平面(如图2所示，稍后描述)。根据某时刻卫星位置，动态确定小区与位置区多对多映射关系，从而解决位置区在低轨卫星场景下应用的问题；

3)本发明可以适应网络的长期运行。由于网络规划和网络优化是一个伴随网络生命周期的持续过程，所以位置区的优化和调整经常会发生，本发明可以保证终端实时地获取网络位置区规划信息。

附图说明

通过阅读仅作为示例提供并且参考附图进行的以下描述，将更好地理解本发明及其优点，其中：

图1是现有技术的低轨道卫星通信系统的架构图；

图2是示出根据本发明实施例的低轨卫星网络小区与位置区映射关系的示图；

图3是示出根据本发明实施例的用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的方法的简化流程图；

图4是示出根据本发明实施例的终端执行位置区处理的流程图；

图5是示出根据本发明实施例的RNS某小区系统信息广播流程的流程图；以及

图6是示出根据本发明实施例的RNS执行的寻呼消息处理的流程图。

具体实施方式

本发明的技术方案涉及终端进行自身位置定位，并结合小区的系统信息块(“System Information Block”，SIB)中当前小区重叠的位置区划分信息，确定其当前的位置区(“Location Area Identity”，LAI)。在一个实施例中，终端可以利用全球定位系统(“Global Positioning System”，GPS)或者全球北斗定位系统来确定自身的位置。在对终端进行广播寻呼时，无线网络子系统(“Radio Network Subsystem”,RNS)或无线接入网计算LAI当前对应的小区列表，并接着通过针对这些小区的空中接口来下发寻呼消息。

下面将结合附图来详细描述本发明的实施例。

图2是示出根据本发明实施例的低轨卫星网络小区与位置区映射关系的示图。如图2中所示，本发明将移动的小区或移动的波束平面(如图2中的上层平面所示)与固定的位置区(如图2所示的静止的地表平面)分离设计，形成两个平面。卫星沿图中所示的移动方向进行移动，与之相对应的是波束平面沿相同的方向移动。在蜂窝通信的3GPP中，每个LAI包含哪些小区，每个小区归属哪个LAI，这个关系是静态配置的且固定不变。但在低轨卫星通信系统中，由于卫星位置的移动而造成小区与位置区之间动态的多对多映射关系。为此，本发明提出由RNS来动态计算和映射小区和位置区之间的多重映射关系。换句话说，RNS根据某时刻的卫星位置，动态确定小区与位置区多对多映射关系。

例如，如图2中所示出的某时刻卫星与地面之间的对应关系，终端此时实际位于靠近位置区5的西南侧，而小区d的系统信息块SIB中携带位置区列表1/2/4/5/7/8及其边界信息，终端收到小区d的信息并结合自身经纬度，判断出自己在位置区5的范围内。此后，其可以通知拜访位置寄存器(“VLR”)执行位置更新流程。VLR可以使用位置区5来执行寻呼操作，为此，RNS在小区d/e内执行寻呼。

在本发明中，小区的系统信息块SIB可以用于广播当前小区位置所重叠的LAI列表信息，以及每个小区的边界信息(多边形依次各顶点的经纬度信息)，该边界信息随着卫星的移动而不断变化。每次变化后，在主信息块MIB中进行标记，并随后通知终端重新读取。由此，终端在空闲态时读取小区的系统信息块，根据终端当前位置经纬度计算终端所在的位置区的LAI值。如果计算出的LAI值与终端原先或前次存储的LAI值不同，则说明终端移动跨越了位置区，需要发起与VLR的位置更新流程。经位置更新流程，网络侧VLR存储终端当前所在的位置区的LAI值，而终端也将当前的LAI值进行本地存储。在寻呼时，VLR寻呼区域为终端的位置区，RNS将终端的位置区的LAI值对应到当前与之重叠的若干小区上进行寻呼。在一个实施例中，RNS可以计算或存储当前小区与LAI之间多对多的动态关系表。

图3是示出根据本发明实施例的用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的方法的简化流程图。如图3中所示，在步骤301中，接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块，其中系统信息块可以包括位置区信息。在步骤302中，基于终端自身获得的位置信息和所接收到的所述系统信息块来确定终端当前所处的位置区。根据本发明的实施例，终端可以具备全球位置定位系统，如GPS或者全球北斗定位系统或者地面辅助定位，从而终端可以获取到自身的位置信息。

在一个实施例中，终端可以测量和计算自身的经纬度信息。接着，终端读取小区系统信息块SIB，获取当前小区重叠的位置区列表，以及每个位置区的范围信息，判断出自己在哪个位置区内，并与终端存储的原位置区的区号比较。在一个场景中，如果终端的位置区发生变化，则需要与VLR之间启动位置更新流程，向核心网通知终端当前新的位置区号。在一个场景中，如果终端的位置区并没有发生变化，则终端将继续驻留于空闲态。

在一个实施例中，进一步包括将终端获得的位置区与先前终端存储的位置区信息进行比较；以及根据比较的结果来确定是否需要启动位置更新流程。可以看出，与蜂窝系统3GPP最大的区别是，本发明的卫星通信系统的位置区不是从小区广播中读取获得的，而是依赖终端计算并与接收到的SIB进行比较来确定出。

在一个实施例中，包括在所述系统信息块中的位置区信息包括位置区列表和每个位置区的边界范围。

在一个实施例中，采用多边形来逼近所述位置区的边界范围，将多边形各顶点的经纬度依次排序，并包括在所述系统信息块中。

在一个实施例中，终端自身获得的位置信息包括终端自身测量和计算出的其当前位置的经纬度信息。

在一个实施例中，当通过比较确定位置区发生变化时，则与拜访位置寄存器之间启动位置更新流程，以向核心网通知终端当前新的位置区号，其中当通过比较确定位置区没有发生变化，则将终端继续驻留在空闲态。

在一个实施例中，接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块包括：

接收广播自无线网络子系统的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区列表的参数编码，该参数编码由无线网络子系统基于小区与位置区之间的多对多重叠映射关系确定，并基于位置区信息与小区的映射关系向小区进行广播。

基于上述结合图3的描述，本领域技术人员可以理解的是上述方法可以由终端来执行。从实现本发明的意义上来说，终端可以是各种类型的电子通信设备，例如移动台，包括移动电话、智能终端、膝上型计算机、平板电脑、个人数字助理等。

尽管未以附图的形式示出，本发明还提供一种用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的设备，包括：处理器和存储器，其中存储器可以包括计算机可读的程序指令，当该程序指令由所述处理器执行时，使得所述设备执行以下的操作：接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区信息；以及基于终端自身获得的位置信息和所接收到的系统信息块来确定终端当前所处的位置区。可以理解，这里的设备在实现形式上可以包括各种类型的电子通信设备。

图4是示出根据本发明实施例的终端执行位置区处理的流程图。如图中所示，在步骤401处，判断小区系统信息是否变更。例如，终端可以周期性地读取小区MIB信息，观察系统信息是否更新。如果发生更新(即判断为“Yes”)，需要重新读取SIB，即在步骤402处，读取小区系统信息块的内容，并且解析出位置区信息及边界。接着，在步骤403处，根据终端自身测量的位置信息(具体为经纬度信息)，可以计算或确定终端所在的位置区的LAI。如前所述，为了确定自身位置，终端可以具备全球位置定位系统，例如GPS或者全球北斗定位系统或者地面辅助定位，从而终端可以获取到自身的位置信息。

在步骤404处，可以将计算出的LAI值与终端先前存储的LAI值进行比较，并判断二者是否不相同。当二者相同时(即判断为“No”)，则流程可以返回到步骤401处。当二者不相同时(即判断为“Yes”)，则流程可以前进到步骤405处，在此处将执行与VLR的位置更新流程。此后，终端将存储新的LAI值，作为下一轮的LAI值比较对象。

图5是示出根据本发明实施例的RNS负责的某小区系统信息广播流程的流程图。如图5中所示，该流程操作涉及地面位置区规划数据库501、星历数据库及波束编号502及小区系统消息发送时刻和周期503。在步骤504处，RNS可以根据地面位置区规划数据库501、星历数据库及波束编号502及小区系统消息发送时刻和周期503的输入来计算位置区列表，具体地，RNS可以根据位置区规划、星历数据和当前时刻信息，计算当前小区重叠的位置区列表，如前结合图2所述的。接着，在步骤505处，对位置区列表、位置区边界信息参数进行构建，以形成系统信息块SIB。接着，在步骤506处，RNS向一个或多个小区下发系统信息消息。在步骤507处，当系统信息消息下发时，获得系统消息发送时刻，并且将该发送时刻进行记录，作为步骤504中的输入参数之一。

关于步骤504，在一个实施例中，RNS可以根据卫星当前位置，计算小区与位置区之间多对多重叠映射关系。在小区系统信息块广播消息中进行位置区列表参数编码。对于核心网发过来的寻呼消息，RNS将其中的位置区信息LAI映射到若干小区上，并在这些小区中进行寻呼消息发送。在蜂窝通信系统3GPP中，每个LAI包含哪些小区，每个小区归属哪个LAI，这个关系是静态配置的，固定不变的。与之不同，在低轨卫星通信系统中，由于小区与位置区之间是分离的，此时需要RNS动态计算和建立小区和LAI之间的映射。

图6是示出根据本发明实施例的RNS执行的寻呼消息处理的流程图。如图中所示，在步骤601处，RNS接收到来自于VLR的寻呼消息。接着，在步骤602处，RNS解析出位置区LAI信息，将其中的位置区信息LAI映射到若干小区上。在步骤603处，RNS搜索LAI当前所对应的多个小区。最后，在步骤604处，RNS向搜索到的每个小区发送寻呼消息。

在一个方面中，由于可以借助于程序软件来实现，本发明还提供了一种计算机可读的存储装置，其存储有程序指令，该程序指令适于由处理器加载并执行：接收低轨卫星通信系统广播的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区信息；以及基于终端自身获得的位置信息和所接收到的所述系统信息块来确定终端当前所处的位置区。通过存储额外的程序指令，本发明的存储设备在结合处理器使用时，还使得本发明的终端执行前面结合附图所描述的各个流程中的步骤，以实现位置区的确定和启动位置更新流程。

虽然在上面详细地描述了本发明的多个方面和实施例，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化而不脱离于本发明的精神和范围，而本发明的保护范围由所附的权利要求书来界定。

Claims (8)

1.一种用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的方法，包括：

接收低轨卫星通信系统广播自无线网络子系统的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区列表的参数编码，该参数编码由无线网络子系统基于小区与位置区之间的多对多重叠映射关系确定，并基于位置区信息与小区的映射关系向小区进行广播；以及

基于终端自身获得的位置信息和所接收到的所述系统信息块来确定终端当前所处的位置区；其中所述终端自身获得的位置信息包括终端自身测量和计算出的其当前位置的经纬度信息。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

将终端获得的位置区与先前终端存储的位置区信息进行比较；以及

根据比较的结果来确定是否需要启动位置更新流程。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置区信息包括位置区列表和每个位置区的边界范围。

4.根据权利要求3所述的方法，其中采用多边形来逼近所述位置区的边界范围，将多边形各顶点的经纬度依次排序，并包括在所述系统信息块中。

5.根据权利要求2所述的方法，其中当通过比较确定位置区发生变化时，则与拜访位置寄存器之间启动位置更新流程，以向核心网通知终端当前新的位置区号，其中当通过比较确定位置区没有发生变化，则将所述终端继续驻留在空闲态。

6.一种用于确定低轨卫星通信系统中的位置区的设备，包括：

处理器，

存储器，其包括计算机可读的程序指令，当该程序指令由所述处理器执行时，使得所述设备执行以下的操作：

接收低轨卫星通信系统广播自无线网络子系统的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区列表的参数编码，该参数编码由无线网络子系统基于小区与位置区之间的多对多重叠映射关系确定，并基于位置区信息与小区的映射关系向小区进行广播；以及

基于终端自身获得的位置信息和所接收到的所述系统信息块来确定终端当前所处的位置区；其中所述终端自身获得的位置信息包括终端自身测量和计算出的其当前位置的经纬度信息。

7.根据权利要求6所述的设备，其中当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述设备进一步执行以下的操作：

将终端获得的位置区与先前存储的位置区信息进行比较；以及

根据比较的结果来确定是否需要启动位置更新流程。

8.一种计算机可读的存储装置，其中存储有程序指令，该程序指令适于由处理器加载并执行：

接收低轨卫星通信系统广播自无线网络子系统的系统信息块，其中所述系统信息块包括位置区列表的参数编码，该参数编码由无线网络子系统基于小区与位置区之间的多对多重叠映射关系确定，并基于位置区信息与小区的映射关系向小区进行广播；以及

基于终端自身获得的位置信息和所接收到的所述系统信息块来确定终端当前所处的位置区；其中所述终端自身获得的位置信息包括终端自身测量和计算出的其当前位置的经纬度信息。

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