CN110601742A - 用户通信设备及其初始接入卫星的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用户通信设备及其初始接入卫星的方法。该设备的一具体实施方式包括接收天线、业务天线及控制模块；控制模块，用于开启接收天线以使得接收天线接收星历数据，关闭接收天线并开启业务天线，根据星历数据控制业务天线发射或接收业务数据。该实施方式通过接收天线接收卫星的星历数据，再根据星历数据控制业务天线发射或接收业务数据，能够使用户通信设备在首次接入时快速的对准卫星，有利于实现利用高频段通信频率与低轨移动宽带卫星进行通信。

Description

用户通信设备及其初始接入卫星的方法
技术领域
本发明涉及低轨卫星通信领域。更具体地，涉及一种用户通信设备及其初始接入卫星的方法。
背景技术
随着全球信息化程度不断提高，以及3G和4G移动通信设备、便携IT设备、智能设备的快速普及和发展，随时随地接入互联网的需求急速增加，卫星宽带和卫星移动数据业务即将进入高速发展期。为了能为用户提供更大容量、更高速率的通信服务，卫星通信的通信频率不得不选择更高频段以满足更大带宽、更快速率的通信需求，而高频段的通信频率会使用户通信设备天线的波束角变得很窄，因此用户通信设备在首次接入时很难快速对准通信卫星，尤其是低轨卫星，这对于用户通信设备首次接入卫星来说是一个很大的挑战。
因此，需要提供一种用户通信设备接入卫星的方法以满足用户通信设备首次快速接入高频段低轨移动宽带通信卫星的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用户通信设备及其初始接入卫星的方法，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明的第一方面提供一种用户通信设备，包括：接收天线、业务天线及控制模块；所述控制模块，用于开启所述接收天线以使得所述接收天线接收星历数据，关闭所述接收天线并开启所述业务天线，根据所述星历数据控制所述业务天线发射或接收业务数据。
可选的，所述卫星的星历数据包括至少一颗卫星的星历数据。
可选的，所述卫星的星历数据为预设时间内的星历数据。
可选的，所述控制模块，进一步用于获取所述用户通信设备的导航信息，根据所述星历数据和所述导航信息生成控制指令，以通过所述控制指令控制所述业务天线发射或接收业务数据。
可选的，所述接收天线的波束角远大于所述业务天线的波束角。
本发明的第二方面提供一种用户通信设备初始接入卫星的方法，包括以下步骤：开启接收天线以接收星历数据；关闭接收天线并开启业务天线，控制所述业务天线发射或接收业务数据。
可选的，所述卫星的星历数据包括至少一颗卫星的星历数据。
可选的，所述卫星的星历数据为预设时间内的星历数据。
可选的，所述控制所述业务天线接收业务数据进一步包括步骤：获取所述用户通信设备的导航信息，根据所述星历数据和所述导航信息生成控制指令，通过所述控制指令控制所述业务天线发射或接收业务数据。
可选的，所述接收天线的波束角远大于所述业务天线的波束角。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案通过接收天线接收卫星的星历数据，再根据星历数据控制接收天线接收星历数据，能够使用户通信设备在首次接入时快速的对准卫星，有利于实现利用高频段通信频率与低轨移动宽带卫星进行通信，为高频段低轨卫星通信的发展带来技术启示。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出本发明实施例提供的用户通信设备的结构示意图。
图2示出本发明实施例提供的用户通信设备初始接入卫星的方法的流程图。
图3示出K频段和Ka频段工作频率分别为20GHz和30GHz情况下天线的半功率波束宽度与天线直径关系图。
图4示出本发明一个具体实施例的用户通信设备的工作流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明第一方面的一个实施例提供了一种用户通信设备100，包括：接收天线110，业务天线120以及控制模块130；控制模块，用于开启接收天线110以使得接收天线接收星历数据，关闭接收天线110并开启业务天线120，并根据星历数据控制业务天线120发射或接收业务数据。
作为一种可选的实施方式，卫星的星历数据包括至少一颗卫星的星历数据。
作为一种可选的实施方式，卫星的星历数据为预设时间内的星历数据。
作为一种可选的实施方式，控制模块130，进一步用于获取用户通信设备的导航信息，根据星历数据和导航信息生成控制指令，以通过控制指令控制业务天线发射或接收业务数据。
作为一种可选的实施方式，接收天线110的波束角远大于业务天线120的波束角。
如图2所示，本发明第二方面的一个实施例提供了一种用户通信设备初始接入卫星的方法，包括以下步骤：
S101：开启接收天线以接收星历数据；
S102：关闭接收天线并开启业务天线，控制业务天线发射或接收业务数据。
当用户通信设备首次接入低轨卫星时，由于用户通信设备天线的波束角很窄，因此用户通信设备很难在首次接入时快速对准快速移动的低轨卫星(本申请中的卫星均指低轨卫星)，因此，这里用户通信设备有两副天线，第一副天线用来接收卫星的星历数据，第二副天线用来接收和发送业务数据。
低轨移动通信卫星的EIRP(Effective Isotropic Radiated Power，有效全向辐射功率)在ITU(International Telecommunication Union，国际电信联盟)规则的约束下不能超过一定的范围，为了保证通信链路的信道质量，为用户提供更高速率的通信服务，高频段的卫星用户通信设备的天线口径通常较大，而波束角较小，所以用户通信设备的天线难以搜索捕获时刻处于高速移动状态的低轨通信卫星。此时，需要一幅尺寸较小的宽波束天线接收卫星广播的星历数据，获取通信卫星的位置信息。
本发明中的接收天线可以是卫星星历数据的广播接收天线，其波束角远大于业务天线的波束角，可以在大通信仰角范围内捕捉低轨卫星的星历数据，具备极高的接入低轨卫星的成功率，但是接收天线口径小、增益低，所以需要采用扩频技术牺牲广播信道的频谱效率降低用户通信设备的接收门限。而卫星广播的星历数据与通信业务的业务数据相比数据量很小，所以即使是较低的频谱效率也能满足用户通信设备获取卫星的星历数据的要求。
作为一种可选的实施方式，卫星的星历数据包括至少一颗卫星的星历数据。卫星的星历数据可以包括多颗卫星的星历数据，例如卫星A、卫星B、卫星C、卫星D和卫星E依次排列，当接收天线接收卫星C的星历数据时，可以不仅仅获取卫星C的星历数据，可以同时获取卫星A、卫星B、卫星C、卫星D和卫星E各自的星历数据，同时获取卫星星历数据的卫星的数量在此不作限定，可以根据需要进行设定，同时获取多颗卫星的星历数据可以减少用户通信设备自行对其他卫星的星历进行推算的过程，从而减少了用户通信设备自身的运算量。
作为一种可选的实施方式，卫星的星历数据为预设时间内的星历数据。预设时间可以根据需要进行限定，可以是一段时间，也可以是一个时间点。
当用户通信设备的接收天线完成一个周期的星历数据接收后，可以关闭接收天线并开启业务天线，控制业务天线发射或接收业务数据。业务天线用于发射或接收业务数据，当接收天线获取了星历数据后，作为一种可选的实施方式，控制业务天线发射或接收业务数据进一步包括步骤：获取用户通信设备的导航信息，根据星历数据和导航信息生成控制指令，通过控制指令控制业务天线发射或接收业务数据。
当用户通信设备完成一次获取卫星的星历数据后，可以根据需要自行推算其后的星历数据，也可以通过业务天线定期更新卫星的星历数据，而不需再次通过接收天线进行卫星星历数据的获取。
作为本发明的一个具体实施例，根据天线的半功率点波束宽度与天线直径、工作频率的经验公式可以很容易获得在特定工作频率情况下，天线的半功率波束宽度与天线直径关系图，如图3所示，本发明以K频段和Ka频段为例，画出了工作频率分别为20GHz和30GHz情况下天线的半功率波束宽度与天线直径关系图。从关系图可以看出，采用厘米量级的小广播接收天线就可以获得几十度的天线波束角，通过天线拼接设计等技术可以获得更大波束角。当广播接收天线的波束角大于或等于业务天线通信仰角范围时，广播接收天线就可以接收所有可见卫星的星历数据，从而获得通信卫星的位置信息。
如图4所示为本具体实施例中用户通信设备的流程图，首先将用户设备开机，打开广播接收通道，广播接收天线从低轨卫星接收星历数据，当用户通信设备广播接收通道完成一个周期广播信息接收后，广播接收通道关机，业务通道开机。此时，用户通信设备获取了未来一段时间的卫星星历数据，其天线指向控制软件可以提取星历信息和用户通信设备自身的导航信息以计算目标指向，并生成控制指令控制业务天线完成初始指向跟踪。用户通信设备实现跟踪后，通过接入信道发起接入请求，附带自身位置信息、身份信息、业务需求等发送给卫星，完成首次接入。其后，用户通信设备可以自行根据已获得的卫星星历数据在预定的时间对未来的星历数据进行推演，而无需再次打开广播接收通道对卫星星历数据进行接收。
还需要说明的是，在本发明的描述中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用户通信设备，其特征在于，包括：接收天线、业务天线及控制模块；
所述控制模块，用于开启所述接收天线以使得所述接收天线接收星历数据，关闭所述接收天线并开启所述业务天线，根据所述星历数据控制所述业务天线发射或接收业务数据。
2.根据权利要求1所述的用户通信设备，其特征在于，
所述卫星的星历数据包括至少一颗卫星的星历数据。
3.根据权利要求1所述的用户通信设备，其特征在于，
所述卫星的星历数据为预设时间内的星历数据。
4.根据权利要求1所述的用户通信设备，其特征在于，
所述控制模块，进一步用于获取所述用户通信设备的导航信息，根据所述星历数据和所述导航信息生成控制指令，以通过所述控制指令控制所述业务天线发射或接收业务数据。
5.根据权利要求1所述的用户通信设备，其特征在于，
所述接收天线的波束角远大于所述业务天线的波束角。
6.一种用户通信设备初始接入卫星的方法，其特征在于，包括以下步骤：
开启接收天线以接收星历数据；
关闭接收天线并开启业务天线，控制所述业务天线发射或接收业务数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述卫星的星历数据包括至少一颗卫星的星历数据。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述卫星的星历数据为预设时间内的星历数据。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制所述业务天线发射或接收业务数据进一步包括步骤：
获取所述用户通信设备的导航信息，根据所述星历数据和所述导航信息生成控制指令，通过所述控制指令控制所述业务天线发射或接收业务数据。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述接收天线的波束角远大于所述业务天线的波束角。
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