CN110312216A - 卫星星座移动通信网络中的位置管理方法和装置 - Google Patents

卫星星座移动通信网络中的位置管理方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种卫星星座移动通信网络中的位置管理方法和装置，包括：所述卫星星座移动通信网络信号所能覆盖的地表区域划分为若干跟踪区，每个跟踪区的地理范围不变；根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息。

Description

卫星星座移动通信网络中的位置管理方法和装置
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及卫星星座移动通信网络中的位置管理方法和装置。
背景技术
目前主要的低轨移动通信系统，如铱星和全球星，其通信系统虽然也参考了地面移动通信系统的部分设计，但仍然是一个自成体系的完整通信系统，与地面移动通信网的没有实现融合。在地面移动通信网迅猛发展的今天，低轨移动通信系统的设计在体系架构上与地面移动通信网紧密融合能够更好的实现覆盖上互补、业务及管理上共享的目标。为了实现这种紧密融合，在系统设计上需要实现低轨移动仅是地面移动通信网的一种接入方式，将低轨卫星移动中的位置区设计和寻呼过程设计与地面移动通信系统逻辑架构上保持一致。
地面移动通信系统LTE将整个网络覆盖区被划分为许多个跟踪区(TrackingArea，TA)，一个TA包含一个或多个小区，一个小区只能属于一TA，TA是位置更新和寻呼的基本单位,用跟踪区码(Tracking Area Code，TAC)标识。TAC在小区的SIB1中广播。用户终端(User Equipment，UE)通过收听小区广播来知晓当前自己所在的TA。UE每当重新接入网络或者因为移动进入新的TA时，将最新的所处TAC通过信令通知给网络侧进行保存。当网络侧需要寻呼UE时，通过查找网络侧所保存的终端最后一次报告的所在TAC，对所有该位置区下的所有小区进行寻呼来找到终端。LTE系统通过上述位置管理的方法掌握终端移动时在网络中的位置，并利用切换信令来让各相邻基站接力为终端进行服务。这个方法实现的前提是地面移动网络中的基站都是处于固定位置，每个基站信号覆盖的区域也是固定的，即每个小区的区域是固定的，同时一个小区只能属于一个TA，如图1所示；网络侧知道UE所属的TA便能确定为其服务的基站。
在低轨(LEO)星座移动通信系统中，一个卫星波束覆盖区域可以作为一个小区。但是，由于每颗卫星相对地面一直在运动中，所以跟踪区和小区两者的归属关系无法固定下来。因此，地面移动通信系统的移动性管理方法无法直接应用在低轨星座移动通信系统中。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种卫星星座移动通信网络中的位置管理方法，包括：所述卫星星座移动通信网络信号所能覆盖的地表区域划分为若干跟踪区，每个跟踪区的地理范围不变；网络侧根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息。
进一步地，所述终端所在的跟踪区信息由所述终端根据自身的位置信息计算得出，具体包括：接收第三方卫星定位系统的信号，计算自身位置信息，然后根据所述自身位置信息计算出当前所在的跟踪区。
进一步地，还包括：当所述终端被寻呼时，网络侧从所述当前时刻和下一时刻的卫星波束中选择合适的卫星波束寻呼所述终端。
基于相同的构思，本发明还提出一种上述位置管理方法的网络侧装置，包括跟踪区管理模块和位置管理模块：所述跟踪区管理模块用于保存卫星星座移动通信网络的跟踪区划分信息，每个跟踪区的地理范围不变；所述位置管理模块用于根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息。
进一步地，还包括：寻呼模块，用于当所述终端被寻呼时，从所述位置管理模块计算出的所述当前时刻和下一时刻的卫星波束中选择合适的卫星波束寻呼所述终端。
基于相同的构思，本发明还提出一种上述位置管理方法的终端装置，所述终端装置包括跟踪区管理模块和发送模块；所述跟踪区管理模块，用于保存卫星星座移动通信网络的跟踪区划分信息，根据自身的位置信息计算得出自身所在跟踪区；所述发送模块，用于将所述跟踪区管理模块计算出的自身所在跟踪区信息发送给网络侧。
本发明实施例能够封装卫星星座一直在运动的特点，使得地面移动通信系统的移动性管理方法可以应用到中、低轨星座移动通信系统中，从而使用成熟的地面网络通信系统移动性管理方法解决中、低轨星座移动通信系统移动性管理问题，而且这种与地面移动通信网络保持高度一致的移动性管理策略，使得中、低轨星座移动通信网络能以地面通信网的一种接入手段融合到地面移动通信系统中。
附图说明
图1为现有技术LTE系统跟踪区TA示意图；
图2本发明实施例提出一种卫星星座移动通信网络中的位置管理方法流程框图；
图3为本发明实施例提供的位置区更新流程图；
图4为本发明实施例提出的寻呼流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提出一种卫星星座移动通信网络中的位置管理方法，请参考图2，包括：所述卫星星座移动通信网络信号所能覆盖的地表区域划分为若干跟踪区，每个跟踪区的地理范围不变；网络侧根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息。
在一个可选实施例中，在根据卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息之前还包括：接收终端发送的终端所在的跟踪区信息并保存。
在一个可选实施例中，还包括：当所述终端开机、重新进入所述卫星星座网络、周期性跟踪区更新、或者进入新的跟踪区时，所述终端向网络侧发送自身所在的跟踪区信息。
在一个可选实施例中，终端所在的跟踪区信息由终端根据自身的位置信息计算得出，具体包括：接收第三方卫星定位系统的信号，计算自身位置信息，然后根据所述自身位置信息计算出当前所在的跟踪区。
在一个可选实施例中，当前时刻的卫星波束信息包括当前时刻终端最新一次上报的踪区对应的卫星波束和各卫星波束的预计服务时间。
在一个可选实施例中，还包括：当终端被寻呼时，网络侧从当前时刻和下一时刻的卫星波束中选择合适的卫星波束寻呼所述终端。
本发明的另一个实施例还提出一种实现上述位置管理方法的网络侧装置，包括：跟踪区管理模块，用于保存卫星星座移动通信网络的跟踪区划分信息，每个跟踪区的地理范围不变；位置管理模块，用于根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息。
在一个可选实施例中，还包括：寻呼模块，用于当所述终端被寻呼时，从所述位置管理模块计算出的所述当前时刻和下一时刻的卫星波束中选择合适的卫星波束寻呼所述终端。
在一个可选实施例中，当前时刻的卫星波束信息包括当前时刻对应的卫星波束和各卫星波束的预计服务时间。
本发明的另一个实施例还提出一种实现上述位置管理方法的终端装置，包括：跟踪区管理模块，用于保存卫星星座移动通信网络的跟踪区划分信息，根据自身的位置信息计算得出自身所在跟踪区；发送模块，用于将所述跟踪区管理模块计算出的自身所在跟踪区信息发送给网络侧。
下面以LTE系统与低轨(LEO)星座移动通信系统的融合对本发明的具体实施方式进行说明。
在本实施例中，把LTE系统跟踪区(Tracking Area,TA)的概念应用于LEO星座移动通信系统，将LEO星座移动通信系统信号所能够覆盖的地表区域划分出LEO卫星通信系统的TA，通信过程中每个TA的覆盖范围以及TA编号保持不变，使同一卫星波束在不同的时刻属于不同的TA。
在LTE系统中，UE通过接收广播消息来获知当前所在的TA。对于LEO星座移动通信系统，卫星波束一直在运动，除了需要考虑当前时刻TA对应的服务卫星波束外，还要考虑此卫星波束属于当前TA的时间长度以及下一时刻对应的服务卫星波束，所以通过卫星广播跟踪区码(Tarcking Area Code,TAC)来使UE获知其所在TA实现难度较大。本发明的实施例中，UE增加一个模块，周期性的接收第三方定位卫星系统(如GPS系统、伽利略系统、北斗系统)的信号，通过定位卫星信号计算出自身位置信息，然后UE通过位置信息计算出当前所在的TA。当UE重新接入网络或者计算出其移动到新的TA时向网络侧发起类似LTE系统中的跟踪区更新(Tracking Area Update，TAU)流程。
TAU流程，请参考图2。
1、UE周期性的接收第三方定位卫星系统(如GPS系统、伽利略系统、北斗系统)的信号，通过定位卫星信号计算出自身位置信息，然后UE通过位置信息计算出当前所在的TA。
2、UE开机或重新进入网络覆盖网络，或者周期跟踪区更新定时器到时，或者当UE发现进入新的TA时，由UE发起TAU请求。
3、UE向核心网网元MME发送TAU请求消息，包含EPS update type，NAS key setidentifier，Old GUTI，终端的TAC，以及可能的UE network capability，DRX parameter等，并启动定时器T3430；
4、MME收到TAU请求消息后，启动定时器T3450，并返回TAU接受消息，包含EPS updateresult，以及可能的GUTI等。
5、UE收到TAU接受消息后，停止定时器T3430，并向MME发送TAU完成消息。
LTE系统网络中，TAC和为其服务的eNodeB之间的对应关系是固定的，因此可以很容易通过知道UE所属的位置区查找到可以为UE服务的eNodeB。对于LEO星座移动通信系统，因为卫星星座一直在运动，因此网络侧不能直接通过查表得到当前TA对应的服务卫星波束。
本发明实施例中，网络侧增加一个模块，用于根据卫星星座的运行规律，计算出UE最近一次上报的TA当前时刻对应的卫星波束，以及每个卫星波束预计服务的时间，同时也能获得TA下一时刻对应的服务卫星波束。这样当UE被寻呼时，该模块可以通过UE所属的TA来选择更加合理的的卫星波束发送寻呼消息。为了更好的描述寻呼过程，把此模块命名为位置管理模块，寻呼流程如图3所示。
1、需要对UE发起寻呼时，核心网网元MME向位置管理模块发送UE最近一次上报的TAC。
2、位置管理模块获得最新的星历信息，然后根据星历信息以及TAC得到覆盖当前TA的卫星波束、每个波束服务于当前TA的时间以及快要覆盖当前TA的波束，根据这些信息，综合选出合理的需要发送寻呼消息的卫星波束，并且把卫星波束编号通知MME。
3、MME向接入网关发送S1AP-寻呼消息，包含的UE标识为S-TMSI、卫星波束列表，并启动定时器T3413；
4～5、接入网关头通过位置管理模块所计算出的卫星波束向UE发送空口寻呼消息。
以上实施例中，卫星所处的轨道既可以是低轨(LEO)，也可以是中轨(MEO)。每个TA覆盖范围保持不变，同一卫星波束在不同的时刻属于不同的TA。UE侧增加一个模块，接收第三方定位卫星系统(如GPS系统、伽利略系统、北斗系统)的信号来获得自身位置信息，然后由UE通过位置信息计算出当前所在的TA，并通知给网络侧保存。网络侧增加一个模块，根据卫星星座的星历信息，计算出UE所在TA当前时刻对应的卫星波束，以及每个卫星波束预计服务的时间，同时也能获得下一时刻对应的服务卫星波束。当UE被寻呼时，网络侧通过增加的模块获取当前时刻和下一时刻UE所在TA对应的服务卫星波束，选择更加合理的卫星服务波束进行寻呼。
通过本发明的上述各实施例，可以看出，
(1)通过TA不变，卫星波束不同时刻属于不同TA的方式(即卫星改变身份的方式)，使得卫星运动被封装，从而可以和地面通信系统LTE基于固定位置划分跟踪区的策略保持一致。
(2)通过UE根据位置信息来计算出当前所在TA，网络侧根据星历信息计算出TA当前时刻以及之后时刻的卫星服务波束的方式，解决了卫星波束在运动，同一卫星波束同时属于不同TA，并且每个卫星波束卫星存在服务时间的问题。
(3)通过以上方法可以封装星座一直在运动的这个特点，使得地面移动通信系统的移动性管理方法可以应用到星座移动通信系统中，从而使用成熟的地面网路通信系统移动性管理方法解决LEO星座移动通信系统移动性管理问题。而且这种和地面移动通信网络保持高度一致的移动性管理策略，使得星座通信网络能以地面通信网的一种接入手段融合到地面移动通信系统中。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
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，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种卫星星座移动通信网络中的位置管理方法，其特征在于，包括：
所述卫星星座移动通信网络信号所能覆盖的地表区域划分为若干跟踪区，每个跟踪区的地理范围不变；
根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息之前，还包括：接收终端发送的终端所在的跟踪区信息并保存。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述终端开机、重新进入所述卫星星座网络、周期性跟踪区更新、或者进入新的跟踪区时，所述终端向网络侧发送自身所在的跟踪区信息。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述终端所在的跟踪区信息由所述终端根据自身的位置信息计算得出，具体包括：
接收第三方卫星定位系统的信号，计算自身位置信息，然后根据所述自身位置信息计算出当前所在的跟踪区。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前时刻的卫星波束信息包括当前时刻对应的卫星波束和各卫星波束的预计服务时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述终端被寻呼时，网络侧从所述当前时刻和下一时刻的卫星波束中选择合适的卫星波束寻呼所述终端。
7.一种实现如权利要求1所述位置管理方法的网络侧装置，其特征在于，所述装置包括跟踪区管理模块和位置管理模块：
所述跟踪区管理模块用于保存卫星星座移动通信网络的跟踪区划分信息，每个跟踪区的地理范围不变；
所述位置管理模块用于根据所述卫星星座的运行规律和终端所在的跟踪区信息，计算所述终端所在跟踪区当前时刻和下一时刻的卫星波束信息。
8.根据权利要求7所述的网络侧装置，其特征在于，还包括：
寻呼模块，用于当所述终端被寻呼时，从所述位置管理模块计算出的所述当前时刻和下一时刻的卫星波束中选择合适的卫星波束寻呼所述终端。
9.根据权利要求7或8所述的网络侧装置，其特征在于，所述当前时刻的卫星波束信息包括当前时刻对应的卫星波束和各卫星波束的预计服务时间。
10.一种实现如权利要求1所述位置管理方法的终端装置，其特征在于，所述终端装置包括跟踪区管理模块和发送模块；
所述跟踪区管理模块，用于保存卫星星座移动通信网络的跟踪区划分信息，根据自身的位置信息计算得出自身所在跟踪区；
所述发送模块，用于将所述跟踪区管理模块计算出的自身所在跟踪区信息发送给网络侧。
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