CN112039575A - 一种实现新建和已有ngso星座通信系统兼容共存的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个实施例公开一种实现新建和已有NGSO星座通信系统兼容共存的方法，包括：新建NGSO星座通信系统的卫星通过第一信令波束与地面用户站进行控制层面的信令交互，所述新建NGSO星座通信系统中每颗卫星的信令波束的组合覆盖范围确保至少对地球表面实现一重覆盖范围；新建NGSO星座通信系统卫星通过第一用户波束与所述地面用户站进行业务通信，其中，所述每颗卫星的点波束受控在不同时隙内指向不同波位，所述固定波位形成第一范围，所述第一范围与所述一重覆盖范围一致；所述地面用户站获取当前能用频谱资源，将其位置信息和频谱占用信息通过所述第一信令波束发送给覆盖所述用户站的卫星。

Description

一种实现新建和已有NGSO星座通信系统兼容共存的方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域。更具体地，涉及一种实现新建和已有NGSO星座通信系统兼容共存的方法。
背景技术
近年来，国内外多家企业都提出了能提供数据服务、实现互联网传输功能的低轨卫星互联网星座系统，这类卫星通信星座系统包括以下特点：从星座规模看，是由成百上千颗卫星组成的巨型星座；从星座构成看，多是由运行在低地球轨道(LEO)的小卫星构成。根据目前各个卫星互联网企业在国际电信联盟(ITU)的卫星网络资料申报情况，有多个卫星通信系统均提出申请，计划在馈线或用户链路使用卫星通信全部可用的Ku、Ka或其他频段卫星用无线电频谱资源，如OneWeb、Starlink等。多个卫星通信系统同时使用同一段频谱资源，必然产生系统间的无线电干扰及兼容共存问题。
有别于地球静止轨道(Geostationary Satellite Orbit，GSO)通信卫星，运行在非地球静止轨道(Non-Geostationary Satellite Orbit，NGSO)的卫星想要对地提供通信服务，必须构建成由多颗卫星组成的星座系统。NGSO系统与GSO系统间的兼容共存方法已有人开展了相关研究，但多个NGSO系统之间如何实现兼容共存的方法还研究较少，目前ITU也尚未给出明确规定。不同NGSO系统的多颗卫星相对于地面高速运动，彼此间相对位置关系不固定。由于无线电频谱资源有限，如果因为某个星座系统先于其它系统完成建设就不允许后建系统使用已被占用的频率资源，必将造成卫星无线电频谱资源的极大浪费，对于后来者也极不公平；而当多个NGSO系统同时存在时，实现系统间的兼容共存成为巨大挑战：不同系统的卫星若使用同一段频谱资源对同一地区进行覆盖，若不通过系统层面的设计实现频谱感知和规避，必然会互相干扰而无法正常开展通信服务。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种实现新建和已有NGSO星座通信系统兼容共存的方法，包括：
新建NGSO星座通信系统的卫星通过第一信令波束与地面用户站进行控制层面的信令交互，所述新建NGSO星座通信系统中每颗卫星的信令波束的组合覆盖范围确保至少对地球表面实现一重覆盖范围；
新建NGSO星座通信系统卫星通过第一用户波束与所述地面用户站进行业务通信，其中，所述每颗卫星的点波束受控在不同时隙内指向不同波位，所述固定波位形成第一范围，所述第一范围与所述一重覆盖范围一致；
所述地面用户站获取当前能用频谱资源，将其位置信息和频谱占用信息通过所述第一信令波束发送给覆盖所述用户站的卫星；
所述NGSO星座通信系统的卫星通过星间自主方式或地面统一调度方式，确定覆盖所述地面用户站位置的波束资源，调用星座中能用卫星的能用子带波束，以与已有NGSO星座通信系统相反的极化方式指向所述地面用户站；
所述NGSO星座通信系统通过信关站选址方式建立信关站，所述NGSO星座通信系统的卫星通过可移动点波束实现与信关站通信；
当新建和已有NGSO星座通信系统产生干扰时，所述新建NGSO系统通过切换信关站，实现馈线侧通信的兼容共用。
在一个具体实施例中，所述信关站的选址方式包括：
通过卫星对地波束覆盖范围确定新建和已有NGSO星座通信系统的信关站间的安全距离；
在已有系统信关站安全距离范围沿新建系统的卫星运行轨迹任取两点以上。
在一个具体实施例中，第一信令波束单独占用一段频段或选用所述已有NGSO星座通信系统所占用频谱资源中的保护频带。
在一个具体实施例中，所述第一用户波束的覆盖范围实现对地球表面任意一点的两重以上覆盖，覆盖重数越多越有利于通过切换卫星实现系统间干扰规避。
在一个具体实施例中，所述地面用户站获取当前能用频谱资源包括：
所述地面用户站利用频谱感知技术，实时测量获取所述当前能用频谱资源。
在一个具体实施例中，新建NGSO系统采用扩频方式以使所述信令波束的落地信号强度不干扰所述已有NGSO系统通信。
本发明的有益效果如下：
本发明能够使多个NGSO卫星星座通信系统利用同一段无线电频率资源对地提供全球通信服务，而其互相之间的无线电干扰满足国际电联对于卫星系统间的频率兼容性相关规定，即多个NGSO卫星星座通信系统间可兼容共存。
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示出星座系统频谱划分方案示意。
图2示出一种实现新建和已有NGSO星座通信系统兼容共存的方法流程图。
图3示出新建的NGSO星座系统通信方式示意图。
图4示出高速用户波束对地服务的波位及子带示意图。
图5示出两个系统间地面信关站设置的安全区域确定方法示意图。
图6示出新建系统信关站备选站址示意图。
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。
本发明给出可实现多个NGSO星座通信系统兼容共存的方法，总体思路是，用户侧采用“地面频谱感知+星上时分/空分/频分/极化复用”的服务方式，馈线侧采用“空分复用”的方式实现与其他星座系统的兼容共用。
实施例1
星座通信系统中的每颗卫星，通过无线电波束构建的用户链路为每个用户终端提供接入和业务上下行传输通道，通过馈线链路访问信关站(或者经由星间链路进行路由中转后再通过馈线链路访问信关站)，进而通过信关站实现与地面通信网络的互联互通。用户侧、馈线侧都需要使用无线电频谱资源，其中用户侧又分为信令频段和业务频段，具体划分示意如图1所示。
如图2所示，本发明的实施例提供一种实现新建和已有NGSO星座通信系统兼容共存的方法，包括：
用户侧兼容共存的实现步骤：
S100、新建NGSO星座通信系统的卫星通过第一信令波束与地面用户站进行控制层面的信令交互，所述新建NGSO星座通信系统中每颗卫星的信令波束的组合覆盖范围确保至少对地球表面实现一重覆盖范围。
在一个示例中，如图3所示，星上采用一个宽覆盖的波束作为信令波束，用以与地面用户站实现控制层面的信令交互。星座中每颗卫星的信令波束合在一起，需确保至少对地球表面实现一重覆盖。
第一信令波束单独占用一段频段或选用所述已有NGSO星座通信系统所占用频谱资源中的保护频带。
在一个示例中，信令波束的通信数据速率相对较低，因此占用的射频带宽较窄，可单独占用一段频段，也可选用已有星座所占用无线电资源中的保护频带即可，本发明对此不做限定；
在一个优选示例中，新建NGSO星座通信系统采用扩频方式，使信令波束落地信号强度满足不干扰已有星座的强度约束。
S102、新建NGSO星座通信系统卫星通过第一用户波束与所述地面用户站进行业务通信，其中，所述每颗卫星的点波束受控在不同时隙内指向不同波位，所述固定波位形成第一范围，所述第一范围与所述一重覆盖范围一致。
在一个示例中，如图3所示，新建NGSO星座通信系统的所有卫星基于相控阵天线技术实现波束指向可灵活调配的多个点波束，作为用以实现业务通信的高速用户波束，可受控在不同时隙内指向不同波位，传输业务数据和控制数据。覆盖方面，点波束只能出现在固定的波位上，多个波位共同形成点波束可达范围，该范围应至少和信令波束的覆盖范围一致；
一个优选示例中，为了使系统更加可靠、与其他系统的兼容性更佳，整个星座系统的高速用户波束覆盖范围能够实现对全球任意一点的两重以上覆盖，以便当一颗星的全部用户波束资源不满足需求时，可调用另一颗星的用户波束对本地提供服务。实际实施时，覆盖重数越多越有利于通过切换卫星实现系统间干扰规避。
在一个示例中，为了实现宽带互联网业务通信能力，用户波束需占用较宽频谱，分成多个子带，每个可动点波束占用一个子带。波束与波位间的关系及所使用的频带示意如图4所示。
S104、所述地面用户站获取当前能用频谱资源，将其位置信息和频谱占用信息通过所述第一信令波束发送给覆盖所述用户站的卫星；
S108、所述NGSO星座通信系统的卫星间确定覆盖所述地面用户站位置的波束资源，调用星座中能用卫星的能用子带波束，以与已有NGSO星座通信系统相反的极化方式指向所述地面用户站；
在一个示例中，新建NGSO星座通信系统的卫星的子带用户波束(即点波束)可以根据地面用户站的指示，在不同的时隙(即时间片)内，使用不同的频段，以及使用与已有NGSO星座通信系统不同的极化方式把业务波束投射到地面上；并且，由于新建星座对地面实现多重覆盖，还可以调用不同的卫星从不同的空间方位把波束投射到地面上。这样就能够在用户侧实现与已有星座系统在时域、空域、频域及极化这四种波束复用方式中的一种或多种，最终实现两个星座间的兼容共用。
馈线侧兼容共存的实现步骤：
S110、所述新建NGSO星座通信系统通过信关站选址方式建立信关站，所述NGSO星座通信系统的卫星通过可移动点波束实现与信关站通信。
低轨宽带通信星座系统的馈线侧通常占用较宽的频带资源，用以实现卫星到信关站的通信。为了实现宽带通信，需要实现馈线侧的能量汇聚，因此馈线采用可移动点波束实现。当两个星座系统都采用同样的频段实现馈线通信时，需要进行系统层面的兼容设计，防止互相干扰。为了防止已有星座系统的馈线侧星对地通信对新建星座系统的馈线侧星对地通信产生干扰，需要通过信关站选址，实现与已有系统信关站空分复用。
在一个示例中，信关站的选址方式具体为：
通过已有NGSO星座通信系统的卫星馈线波束覆盖范围确定新建和已有NGSO星座通信系统的信关站间的安全距离；
在已有系统信关站安全距离范围边缘沿新建系统的卫星运行轨迹的四点中任取两点以上进行选址。
在一个示例中，两个系统的信关站间具体安全距离的确定由卫星对地波束(即馈线波束)覆盖范围确定(可根据具体需求选择波束覆盖范围中斜距最大的点到信关站的距离为安全距离，如图5所示，安全距离为实线圆圈以外的区域)为了避免两个星座间馈线侧地对星通信产生互相干扰，需要在已有星座系统的信关站安全距离范围边界圆与沿着新建星座卫星运行轨迹的俯视图四个交点中任取两点以上，设置多个新建系统的信关站，如图6所示。
S112、当新建和已有NGSO星座通信系统产生干扰时，所述新建NGSO系统通过切换信关站，实现馈线侧通信的兼容共用。
本发明能够使多个NGSO卫星星座通信系统利用同一段无线电频率资源对地提供全球通信服务，而其互相之间的无线电干扰满足国际电联对于卫星系统间的频率兼容性相关规定，即多个卫星星座通信系统间可兼容共存。
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，对于所属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 (6)

1.一种实现新建和已有NGSO星座通信系统兼容共存的方法，其特征在于，包括：
用户侧步骤：
新建NGSO星座通信系统的卫星通过第一信令波束与地面用户站进行控制层面的信令交互，所述新建NGSO星座通信系统中每颗卫星的信令波束的组合覆盖范围确保至少对地球表面实现一重覆盖范围；
新建NGSO星座通信系统的卫星通过第一用户波束与所述地面用户站进行业务通信，其中，所述新建NGSO星座通信系统中每颗卫星的用户波束由多个能调配的点波束组成，所述点波束能受控在不同时隙内指向不同的固定波位，所有所述固定波位形成第一范围，所述第一范围至少与所述一重覆盖范围一致；
所述地面用户站获取当前能用频谱资源，将其位置信息和频谱占用信息通过所述第一信令波束发送给覆盖所述用户站的卫星；
所述新建NGSO星座通信系统的卫星通过星间自主方式或地面统一调度方式，确定覆盖所述地面用户站位置的波束资源，调用星座中能用卫星的能用的点波束，以与已有NGSO星座通信系统相反的极化方式指向所述地面用户站；
馈线侧步骤：
所述新建NGSO星座通信系统通过信关站选址方式建立信关站，所述NGSO星座通信系统的卫星通过可移动点波束实现与信关站通信；
当新建和已有NGSO星座通信系统产生干扰时，所述新建NGSO系统通过切换信关站，实现馈线侧通信的兼容共用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信关站的选址方式包括：
通过已有NGSO星座通信系统的卫星馈线波束覆盖范围确定新建和已有NGSO星座通信系统的信关站间的安全距离；
在已有系统信关站安全距离范围边缘沿新建系统的卫星运行轨迹的四点中任取两点以上进行所述选址。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一信令波束单独占用一段频段或选用所述已有NGSO星座通信系统所占用频谱资源中的保护频带。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一用户波束的覆盖范围实现对地球表面任意一点的两重以上覆盖，覆盖重数越多越有利于通过切换卫星实现系统间干扰规避。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地面用户站获取当前能用频谱资源包括：
所述地面用户站利用频谱感知技术，实时测量获取所述当前能用频谱资源。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述新建NGSO星座通信系统采用扩频方式使所述信令波束的落地信号强度不干扰所述已有NGSO系统通信。
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