CN112565010B - 一种控制信道辅助的宽带用户接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制信道辅助的宽带用户接入方法，卫星控制载荷采用相控阵天线，系统采用相控阵跳波束承载控制类信令信息进行前向/返向传输，控制类信令落地后，经控制信令处理单元处理后，发送至网络控制中心进行决策。相控阵天线具有低成本、高频段、高集成度、高增益、指向性好、体积小、重量轻等优点，并且相控阵波束支持高动态跳变，为控制波束的动态调度提供了可能。此外，相控阵跳波束只承载控制类信令信息传输，与业务波束形成物理隔离，简化了整个系统的业务资源调度和信令资源调度设计。

Description

一种控制信道辅助的宽带用户接入方法
技术领域
本发明涉及宽带用户接入技术领域，具体是一种控制信道辅助的宽带用户接入方法。
背景技术
卫星通信系统主要由空间段、地面段和用户段三部分组成，如图1所示。用户段主要包括用户终端；空间段计划由多颗卫星组成，包括相关载荷(业务载荷、控制载荷)；地面段包括信息处理单元(控制信令处理单元、数据业务处理单元)、网络控制中心、数据网关等。
在宽带用户的网络接入过程中，存在大量前向/返向信令信息的传输，涉及系统配置信息、广播信息、注册信息、接入申请与应答信息等。现有卫星通信宽带业务采用全球波束发送信令或者业务随路发送信令。全球波束通常为静态宽波束，增益小，需要卫星高功率，造价高，且常使用低频段载荷，重量重、体积大。业务随路信令状态，需要业务波束兼顾业务传输和信令传输双重功能，增加了系统设计，尤其是资源调度的复杂度。随着用户规模的增长，系统中信令信息量也呈规模性增长，宽带业务波束在承载数据传输业务的同时，还需要兼顾控制类信令信息的传输功能，这对宽带系统的资源调度和接入控制提出了更高的要求，也使得宽带业务波束的负担不断增加，大量宽带用户的网络接入逐渐成为卫星通信领域亟待解决的一个技术难题。
发明内容
针对现有系统用户规模增长带来的控制类信令信息量增长的问题，本发明提供一种控制信道辅助的宽带用户接入方法，以承载大量控制类信令信息的传输，支持灵活的用户网络接入。
本发明保护一种控制信道辅助的宽带用户接入方法，卫星控制载荷采用相控阵天线，系统采用相控阵跳波束承载控制类信令信息进行前向/返向传输，控制类信令落地后，经控制信令处理单元处理后，发送至网络控制中心进行决策。
进一步的，该宽带用户接入方法包括网络注册流程和网络接入流程。
网络注册流程操作为，网络控制中心通过前向控制信道经卫星发送系统广播信息，用户终端监听广播信息并利用广播信息计算预矫正时间参数；用户终端通过返向控制信道经卫星向网络控制中心发送注册请求，初步鉴权通过后成为合法用户，完成注册。
网络接入流程操作为，用户终端通过返向控制信道经卫星向网络控制中心发送接入申请；网络控制中心确认网络可用并进行二次鉴权，鉴权通过后再进行资源评估与分配，为该用户终端分配相应的波束和时频资源，然后通过前向控制信道向卫星发送接入申请应答信息与用户终端位置及路由信息；卫星收到接入应答信息与用户终端位置及路由信息，记录用户终端位置及路由信息，并将接入应答信息再通过前向控制信道转发至用户终端；用户终端收到接入应答信息，完成网络接入，依据资源分配计划在特定波束和时频资源上进行业务数据传输。
进一步的，网络注册流程操作包括以下步骤：
步骤A1，网络控制中心通过前向控制信道发送系统广播信息，其中包括但不限于返向控制波束覆盖图案、波束频点信息、波束号、返向控制波束达到时间；
步骤A2，用户终端监听广播信息，从广播信息中获取卫星时间基准、基本参数配置信息、返向控制波束覆盖图案、波束频点信息、波束号、返向控制波束达到时间，其中基本参数配置信息包括但不限于卫星轨道信息；
步骤A3，用户终端根据卫星轨道信息、用户终端地理位置信息及卫星时间基准，计算预矫正时间参数；
步骤A4，用户终端通过返向控制信道向卫星发送注册请求信息，卫星收到注册请求信息通过返向控制信道转发至网络控制中心；
步骤A5，网络控制中心接收到注册请求信息后进行初步鉴权，鉴权完成后将该用户终端设置为合法用户，并通过前向控制信道向卫星发送注册确认信息，卫星通过前向控制信道向用户终端转发注册确认信息；
步骤A6，用户终端收到注册确认信息，完成用户注册。
进一步的，注册请求信息包括以下信息：
消息类型，用于指明该消息是控制消息还是业务消息，是上传还是下载，是注册还是接入；
用户终端ID，系统给用户终端分配的用于识别用户身份的标识；
用户终端MAC地址；
认证证书，系统给用户颁发的用于接入系统并接受系统服务的证书，该证书在用户注册时由系统进行鉴权，鉴权通过才能注册成为合法用户；
协议版本；
公钥，用户注册时传输至网络控制中心，用于用户发送接入申请时，对用户合法性和安全性进行验证。
进一步的，接入申请信息包括以下信息：
消息类型，用于指明该消息是控制消息还是业务消息，是上传还是下载，是注册还是接入；
用户终端ID，系统给用户终端分配的用于识别用户身份的标识；
用户终端MAC地址；
数字签名，用户终端申请接入时，发送通过私钥加密的数字证书，网络控制中心通过公钥解密以验证用户终端的合法性和安全性；
业务类型，用户终端申请的业务类型；
业务需求，用户终端申请的业务需求量大小。
本发明还保护一种使用上述控制信道辅助的宽带用户接入方法的卫星通信系统。
本发明采用相控阵跳波束承载控制类信令信息进行前向/返向传输，卫星控制载荷采用相控阵天线，相控阵天线具有低成本、高频段、高集成度、高增益、指向性好、体积小、重量轻等优点，并且相控阵波束支持高动态跳变，为控制波束的动态调度提供了可能。此外，相控阵跳波束只承载控制类信令信息传输，与业务波束形成物理隔离，简化了整个系统的业务资源调度和信令资源调度设计。
附图说明
图1为卫星通信系统组成示意图；
图2为网络注册流程示意图；
图3为网络接入流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
一种控制信道辅助的宽带用户接入方法，卫星控制载荷采用相控阵天线，采用m收n发模式，通过波束跳变为不同区域内的用户提供前向/返向覆盖；系统采用相控阵跳波束承载控制类信令信息进行前向/返向传输，控制类信令落地后，经控制信令处理单元处理后，发送至网络控制中心进行决策。
控制信道采用相控阵跳波束承载控制类信令信息传输，业务信道承载数据传输业务，实现控制与业务分离，信令与数据解耦，符合当前通信系统体制架构的发展趋势。
相控阵天线具有低成本、高频段、高集成度、高增益、指向性好、体积小、重量轻等优点，并且相控阵波束支持高动态跳变，为控制波束的动态调度提供了可能。此外，相控阵跳波束只承载控制类信令信息传输，与业务波束形成物理隔离，简化了整个系统的业务资源调度和信令资源调度设计。
具体的，在本实施例中，该宽带用户接入方法包括网络注册流程和网络接入流程。
网络注册流程操作如图2所示，包括以下步骤：
步骤A1，网络控制中心通过前向控制信道经卫星发送系统广播信息，其中包括但不限于返向控制波束覆盖图案、波束频点信息、波束号、返向控制波束达到时间；
步骤A2，用户终端监听广播信息，从广播信息中获取卫星时间基准、基本参数配置信息、返向控制波束覆盖图案、波束频点信息、波束号、返向控制波束达到时间，其中基本参数配置信息包括但不限于卫星轨道信息；
步骤A3，用户终端根据卫星轨道信息、用户终端地理位置信息及卫星时间基准，计算预矫正时间参数；
步骤A4，用户终端通过返向控制信道向卫星发送注册请求信息，卫星收到注册请求信息通过返向控制信道转发至网络控制中心；
步骤A5，网络控制中心接收到注册请求信息后进行初步鉴权，鉴权完成后将该用户终端设置为合法用户，并通过前向控制信道向卫星发送注册确认信息，卫星通过前向控制信道向用户终端转发注册确认信息；
步骤A6，用户终端收到注册确认信息，完成用户注册。
注册请求信息格式见下表1，其中，消息类型，用于指明该消息是控制消息还是业务消息，是上传还是下载，是注册还是接入；用户终端ID，系统给用户终端分配的用于识别用户身份的标识；认证证书，系统给用户颁发的用于接入系统并接受系统服务的证书，该证书在用户注册时由系统进行初步鉴权，鉴权通过才能注册成为合法用户；公钥，用户注册时传输至网络控制中心，用于用户发送接入申请时，对用户合法性和安全性进行验证。
消息类型 用户ID MAC地址 认证证书 协议版本 公钥 CRC
表1
网络接入流程操作如图3所示，包括以下步骤：
步骤B1，用户终端进行初始业务量评估，并通过返向控制信道向卫星发送接入申请信息；
步骤B2，卫星收到接入申请信息通过返向控制信道转发至网络控制中心；
步骤B3，网络控制中心确认网络可用并进行二次鉴权，鉴权通过后再进行资源评估与分配，为该用户终端分配相应的波束和时频资源，然后通过前向控制信道向卫星回发接入申请应答信息与用户终端位置及路由信息；
步骤B4，卫星收到接入应答信息与用户终端位置及路由信息，记录用户终端位置及路由信息并将接入应答信息通过前向控制信道转发至用户终端，用户终端收到接入应答信息，完成网络接入，依据资源分配计划在特定波束和时频资源上进行业务数据传输。
接入申请信息格式见下表2，其中，消息类型，用于指明该消息是控制消息还是业务消息，是上传还是下载，是注册还是接入；用户终端ID，系统给用户终端分配的用于识别用户身份的标识；数字签名，用户终端申请接入时，发送通过私钥加密的数字证书，网络控制中心通过公钥解密以验证用户终端的合法性和安全性(二次鉴权)；业务类型，用户终端申请的业务类型；业务需求，用户终端申请的业务需求量大小。
消息类型 用户ID MAC地址 数字签名 协议版本 业务类型 业务需求 CRC
表2
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种控制信道辅助的宽带用户接入方法，其特征在于，卫星控制载荷采用相控阵天线，系统采用相控阵跳波束承载控制类信令信息进行前向/返向传输，控制类信令落地后，经控制信令处理单元处理后，发送至网络控制中心进行决策，包括网络注册流程和网络接入流程；
网络注册流程操作为，网络控制中心通过前向控制信道经卫星发送系统广播信息，用户终端监听广播信息并利用广播信息计算预矫正时间参数；用户终端通过返向控制信道经卫星向网络控制中心发送注册请求，初步鉴权通过后成为合法用户，完成注册；
网络接入流程操作为，用户终端通过返向控制信道经卫星向网络控制中心发送接入申请；网络控制中心确认网络可用并进行二次鉴权，鉴权通过后再进行资源评估与分配，为该用户终端分配相应的波束和时频资源，然后通过前向控制信道向卫星发送接入申请应答信息与用户终端位置及路由信息；卫星收到接入应答信息与用户终端位置及路由信息，记录用户终端位置及路由信息，并将接入应答信息再通过前向控制信道转发至用户终端；用户终端收到接入应答信息，完成网络接入，依据资源分配计划在特定波束和时频资源上进行业务数据传输。
2.根据权利要求1所述的宽带用户接入方法，其特征在于，网络注册流程操作包括以下步骤：
步骤A1，网络控制中心通过前向控制信道发送系统广播信息，其中包括但不限于返向控制波束覆盖图案、波束频点信息、波束号、返向控制波束达到时间；
步骤A2，用户终端监听广播信息，从广播信息中获取卫星时间基准、基本参数配置信息、返向控制波束覆盖图案、波束频点信息、波束号、返向控制波束达到时间，其中基本参数配置信息包括但不限于卫星轨道信息；
步骤A3，用户终端根据卫星轨道信息、用户终端地理位置信息及卫星时间基准，计算预矫正时间参数；
步骤A4，用户终端通过返向控制信道向卫星发送注册请求信息，卫星收到注册请求信息通过返向控制信道转发至网络控制中心；
步骤A5，网络控制中心接收到注册请求信息后进行初步鉴权，鉴权完成后将该用户终端设置为合法用户，并通过前向控制信道向卫星发送注册确认信息，卫星通过前向控制信道向用户终端转发注册确认信息；
步骤A6，用户终端收到注册确认信息，完成用户注册。
3.根据权利要求2所述的宽带用户接入方法，其特征在于，注册请求信息包括以下信息：
消息类型，用于指明该消息是控制消息还是业务消息，是上传还是下载，是注册还是接入；
用户终端ID，系统给用户终端分配的用于识别用户身份的标识；
用户终端MAC地址；
认证证书，系统给用户颁发的用于接入系统并接受系统服务的证书，该证书在用户注册时由系统进行鉴权，鉴权通过才能注册成为合法用户；
协议版本；
公钥，用户注册时传输至网络控制中心，用于用户发送接入申请时，对用户合法性和安全性进行验证。
4.根据权利要求2所述的宽带用户接入方法，其特征在于，接入申请信息包括以下信息：
消息类型，用于指明该消息是控制消息还是业务消息，是上传还是下载，是注册还是接入；
用户终端ID，系统给用户终端分配的用于识别用户身份的标识；
用户终端MAC地址；
数字签名，用户终端申请接入时，发送通过私钥加密的数字证书，网络控制中心通过公钥解密以验证用户终端的合法性和安全性；
业务类型，用户终端申请的业务类型；
业务需求，用户终端申请的业务需求量大小。
5.一种使用权利要求1-4任意一项所述宽带用户接入方法的卫星通信系统。
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