CN113056877A - 蜂窝核心网络和无线电接入网基础设施以及空间管理 - Google Patents
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Abstract
一种蜂窝网络管理系统管理与用户设备的地面基站通信和轨道基站通信，以提供无线服务，并且根据从状态空间预测确定的基站可用性在地面基站和轨道基站之间分配链路。
Description
技术领域
本公开涉及空间通信网络，该空间通信网络可以操作以与地面移动蜂窝网络一起提供通信。
优先权的交叉参考及相关申请
本申请要求于2018年9月6日提交的、名称为“Network Managementand ResourceAllocation in a Communication Network Having Both Orbital Nodes andTerrestrial Nodes in a Common Network”、申请号为62/728,015的美国临时专利申请、以及于2018年9月6日提交的、名称为“Orbital-Based Cellular Network InfrastructureManagement System”、申请号为62/727,972的美国临时专利申请的优先权，并且本申请是这两项美国临时专利申请的非临时申请。
以下专利/申请可在本文中被引用：
1)2017年12月28日提交的，名称为“Method and apparatus for HandlingCommunications between Spacecraft Operating in an Orbital Environment andTerrestrial Telecommunications Devices That Use Terrestrial Base StationCommunications”，申请号为15/857,073的美国专利申请(在下文中称为“Speidel I”)；
2)2017年3月2日提交的，名称为“Method for Low-Cost and Low-ComplexityInter-Satellite Link Communications within a Satellite Constellation Networkfor Near Real-Time，Continuous，and Global Connectivity”，申请号为62/465,945的美国临时专利申请(在下文中称为“Speidel II”)；以及
3)2017年4月26日提交的，名称为“Method for Communications between BaseStations Operating in an Orbital Environment and Ground-BasedTelecommunications Devices”，申请号为62/490,298的国临时专利申请(在下文中称为“Speidel III”)。
上述专利/申请的全部公开内容通过引用并入本文，如同在本文件中出于所有目而完整阐述一样。
背景技术
在典型的地面蜂窝电信网络中，多个移动设备与多个电信基础设施元素通信。该电信基础设施可以包括硬件，该硬件可以包括但不限于塔、天线、无线电、收发器、数字信号处理器、电柜、服务器、计算机等。该电信基础设施通常按功能性来组织，并且作为集成系统连接在一起，以管理所服务的各种移动设备的电信业务量。该集成系统可以包括一个或多个网络，并且网络本身通常被设计为也通过各种接口和协议彼此连接。这些协议和接口中的一些可以包括但不限于TCP/IP、ISDN、SS7等。地面蜂窝网络及其功能可以在典型LTE蜂窝网络的环境中使用，然而，这种类型的网络背后的结构和功能可以用于其他地面蜂窝网络，例如GSM、CDMA、EDGE、UMTS等网络。
图1示出针对典型LTE地面蜂窝网络的高级架构。图1中的每个节点表示网络中的操作“节点”，在一些实施例中，该操作“节点”由电子硬件执行和托管的软件实现。每个节点可以服务于特定功能或功能集，并且负责控制平面信令和/或用户平面业务路由，并且具有到网络中的其它节点的接口以路由控制或用户业务。访问网络102可以托管无线电接入网(RAN)106和核心网络108。访问网络可以与归属网络104交互，该归属网络104还托管与访问网络相同或相似类型的无线电接入网和核心网络。为简单起见，可能未示出所有元素。网络可以是归属网络或访问网络，这取决于订阅的终端用户。
无线电接入网可以是E-UTRAN，核心网络可以是EPC。E-UTRAN可以包括使得能够通过空中接口(Uu)与UE112通信的基站110。基站可以是用于LTE网络的基站。这样的基站可以是“演进的节点B”或“UTRAN节点B”基站，每个基站通常被称为“eNodeB”或“基站”。基站包括将移动电话网络与移动手机(UE)无线连接的硬件。
基站可以维持彼此的连接以通过X2接口移动控制和用户信令。基站通过控制平面和用户平面、S1-CP和S1-UP连接到EPC。控制平面与MME 114接口，用户平面与S-GW 116接口。MME可以通过另一控制接口连接到S-GW，通过S11接口；其它MME通过S10接口；以及HSS数据库122通过S6a接口。EPC还托管P-GW 118。P-GW具有通过归属网络中的S5接口到S-GW的控制和用户平面连接。类似的连接可以存在于访问网络的S-GW和归属网络120的P-GW之间。该连接是S8接口，并且还包括控制和用户平面。P-G与PCRF 124维持控制接口。P-GW通过SGi接口维持与PDN服务器126的连接。
图2示出LTE网络中的每个接口的控制平面协议栈。这描述了如何实现传递控制业务的每个节点连接。控制平面接口可以是有线的或无线的。UE栈202操作应用层、IP层、PDCP层、RLC层、MAC层和PHY层，以通过LTE-Uu接口212与基站栈204通信。基站栈中继应用层和IP层协议分组，但是使用PDCP、RLC、MAC和PHY层来协调空中接口交互和信道分配、调制方案、编码、HARQ、ARQ等要求。基站栈通过S1-U接口214将业务从UE路由到核心网络，并且路由到S-GW栈206。隧道协议GTP-U用于在基站和S-GW之间传递基于IP的数据分组。S5和S8接口216与S1接口几乎相同。然而，S-GW栈中继IP分组，以及P-GW栈208接收IP数据分组。P-GW充当服务节点，用于使用UE与为终端UE提供后端IP服务的分组数据网络(PDN)栈210之间的SGi接口218来路由IP业务。与UE上的应用层兼容的应用层存在于提供应用层服务(例如，智能电话应用)的PDN上。基站栈204通过X2-U接口220彼此通信。X2-U接口使用隧道协议GTP-U和SCTP传输层来在基站之间的切换期间为终端UE路由IP数据分组，等等。
图3示出针对LTE网络中的每个接口的用户平面协议栈。这描述了如何实现传递用户业务的每个节点连接。用户平面接口可以是有线的或无线的。UE栈302通过LTE-Uu接口316与基站栈304通信。非接入层(NAS)是MME栈306和UE栈之间的LTE无线电信协议栈中的功能层。NAS层用于管理通信会话的建立，并且用于在用户设备通过网络移动时维持与用户设备的连续通信。基站栈在MME和UE之间中继该层，并且使用PDCP将无线电资源控制消息传输到UE。MME栈通过S1-C接口318与基站栈通信。MME使用SCTP来传输基于NAS信令的S1-AP协议会话。MME通过S11接口320与S-GW栈308通信。该接口使用隧道协议和UDP来传输IP分组。S-GW栈还使用与S11接口类似的结构，通过S5/S8控制平面接口322与P-GW栈310通信。存在另外的接口，例如UE栈304之间的使用UDP来传输X2-AP消息的X2-C接口324。这用于在UE切换期间基站之间的控制信令。MME栈306通过S10接口326通信。这使用UDP来传输隧道协议消息。MME栈还通过S6a接口328与HSS数据库312通信。该接口使用SCTP来传输直径消息。在S7接口330上使用相同的栈，其将P-GW栈310连接到PCRF数据库314。
移动手持机/设备
通常，个人用户携带在网络上操作的移动设备。这些移动设备通常是移动电话或蜂窝电话，在更多的技术领域中通常称为用户设备(UE)或移动站(MS)。移动设备还可以包括机器对机器(M2M)或物联网(IoT)蜂窝设备或模块。对于该描述，所描述的网络的移动电话或终端用户设备可以被称为UE。
UE可以包括硬件和SIM卡。硬件可以包括物理电话或设备本身。实际的硬件可以包括被称为设备的国际移动设备标识或IMEI的一组数字。该号码是其所在的确切硬件所特有的，并且用于检查物理设备是否在网络上被标记为被盗以及用于其它目的。物理设备通常包括发射器和接收器，以便其可以通过空中接口或RF接口与蜂窝网络接口。与发射器和接收器一起的可以是诸如屏幕/键盘之类的数字接口，或者诸如GPIO引脚之类的电气接口，其可以用于控制设备如何接入网络以及发送和接收语音、文本、或数据有效载荷/分组。
UE通常还加载有允许用户访问特定功能的固件和应用层软件。这些功能可以是语音呼叫、发送SMS消息、浏览因特网或、使用其它应用(例如，消息、游戏、流媒体等)。UE可能需要特定信号电平或QoS，以通过与移动网络的空中接口实现特定的数据速率。作为示例，SMS文本发送可以在相对弱的链路水平上成功地操作(并且因此在较低阶调制方案下具有高编码开销速率，并且因此具有较低数据速率)，而视频流媒体可以针对合理的下载时间和质量视频流需要较高的数据速率(并且因此在较高阶调制方案下具有低编码开销速率，并且因此具有较高数据速率)。通常，UE被设计为在各种可能的频带(例如，频率)和协议(例如，GSM、LTE、UMTS、CDMA等)上接入蜂窝网络。一些智能电话可以被称为“世界电话”，因为它们被设计为适应使得终端用户能够在世界上旅行的频带和协议，并且尽管使用中的蜂窝协议存在差异，但是仍然能够在世界各地的各种位置处连接到本地蜂窝网络。这是因为LTE、GSM、CDMA等协议的典型蜂窝频带分配已经很好地建立，并且许可证已经被分配给地球上特定国家中的特殊的MNO。
订户身份模块或SIM包括针对用户使用网络的订户身份信息。在SIM上存储的各种号码和信息中，有一个是国际移动订户身份(IMSI)，它是对应于网络的特定订户的唯一号码。有些电话允许多个SIM卡，这意味着单个设备可以具有多个IMSI。这使得终端用户能够在多个国家或者甚至相同的国家(如果他们愿意)中具有本地计划，这使得他们成为多个网络上的“归属”用户。SIM卡还可以换入和换出设备以改变其订户身份并且作为“归属”用户连接到不同的网络。这种技术对于经常旅行并且不是每次旅行都要支付漫游费用的用户来说是有利的。
无线电接入网
为了接入网络，UE使用与蜂窝网络的无线电接入网(RAN)的空中接口。RAN，顾名思义，可以是允许使用射频通信进行接入的网络。RAN充当网络上的移动设备和电信基础设施本身的核心网络之间的接口。
在LTE架构中，RAN通常被称为演进的UMTS地面无线电接入网(E-UTRAN)。E-UTRAN通常包括多个基站，这些基站是实现与UE的物理接口或Uu的功能元件。物理接口在时间和频率上被分解为时隙和资源块(RB)。RB由基站的调度器分配给UE，该调度器可以由各种算法中的一种驱动，这些算法根据位置、部署配置、覆盖要求等来优化业务流。网络内的基站通过X2接口相互接口。这使得呼叫/文本/数据分组转发和信令能够主要支持基站到基站的切换，因为UE在网络中以移动方式操作。基站还通过S1接口将UE连接到核心网络，或者LTE网络中的演进分组核心(EPC)。
核心网络
核心网络，在LTE架构中通常称为演进分组核心(EPC)，在蜂窝网络中保持大部分权限功能，该蜂窝网络充当UE与网络上的其它UE、因特网和UE可能需要与其通信的其它网络/设备之间的接口。接入其它网络和因特网允许订户与不在其归属网络上的用户通信，并且向/从因特网上传/下载数据用于特定应用/服务器。即使当UE想要与同一归属网络上的其它UE通信时，EPC也处理允许UE接入的认证。
当使用LTE协议时，核心网络通常包括移动性管理实体(MME)、服务网关(S-GW)、分组数据网络(PDN)网关(P-GW)、和归属订户服务器(HSS)。在LTE中，MME托管访客位置寄存器(VLR)，HSS托管归属位置寄存器(HLR)、设备标识寄存器(EIR)、和认证中心(AuC)。HLR、VLR、EIR和AuC是由EPC管理的数据库，并且稍后将更详细地描述。
移动管理实体(MME)
在EPC中，存在若干控制和用户平面接口。E-UTRAN经由与MME的控制平面与EPC接口，该控制平面被称为S1-CP接口。S1-CP接口使用非接入层(NAS)来管理通信会话的建立，并用于在用户设备移动时维持与用户设备的连续通信。LTE S1-CP接口负责在基站和MME之间递送信令协议。S1-CP接口包括IP上的流控制传输协议(SCTP)，并且通过单个SCTP关联支持多个UE。它还提供有保证的数据传递。应用信令协议是S1-AP(应用协议)。LTE S1-CP负责演进分组系统(EPS)承载建立/释放过程、切换信令过程、寻呼过程和NAS传输过程。
MME还具有通过S10接口与其它MME接口的控制平面；通过S11接口连接S-GW；以及通过S6a接口连接HSS。
MME和S-GW之间的S11接口通常是多对多接口，这意味着单个MME可以处理多个S-GW，每个S-GW具有它自己的S11接口。这些连接可以用于协调EPC内SAE承载的建立。SAE承载建立可以由MME(默认SAE承载)或由P-GW开始。使用S11接口，MME节点可以创建或删除IP会话、创建或删除默认承载、创建或删除专用承载、添加规则以创建或修改/更新专用承载、执行UE切换、在S-GW重定位的情况下执行基于X2的UE切换、以及在S-GW重定位的情况下执行基于S1的UE切换。
服务网关(S-GW)
UTRAN经由具有S-GW的用户平面与EPC接口，该用户平面被称为S1-UP接口。S1-UP接口提供基站和S-GW之间的LTE用户平面协议数据单元(PDU)的无保证数据传递。传输网络层建立在IP传输和GTP-U上。UDP/IP在基站和S-GW之间携带用户平面PDU。每个无线承载的GTP隧道承载用户业务。S1-UP接口负责在基站和S-GW之间递送用户数据。IP区分服务代码点(DSCP)标记被支持用于每个无线电承载的QoS。
S-GW通过经由S5或S8接口与P-GW连接，使用GPRS隧道协议(GTP)为去往和来自UE和核心网络的分组提供IP路由服务。原则上，S5和S8是相同的接口，除了当在不同运营商之间漫游时使用S8接口，而在单个(归属)网络内部使用S5接口。在非漫游情况下，S-GW和P-GW功能可以在一个物理节点中执行。
S5/S8是多对多接口，并且提供服务GW与PDN GW之间的用户平面隧道和隧道管理。S8接口用于由于UE移动性而引起的服务GW重定位以及服务GW是否需要连接到非并置PDNGW以用于所需的PDN连接。S5接口是在VPLMN中的服务GW与HPLMN中的PDN GW之间提供用户和控制平面的PLMN间参考点。S8是S5的PLMN间变体。
分组数据网络网关(P-GW)
P-GW是终止朝向PDN的SGi接口的节点。如果UE正在接入多个PDN，则对于该UE可以有多于一个的P-GW。P-GW通过作为UE的业务的出口和入口点来提供到UE的到外部分组数据网络的连接。UE可以同时与多于一个P-GW具有连接，以便接入多个PDN。P-GW执行策略执行、对每个用户的分组过滤、计费支持、合法侦听和分组筛选。该参考点提供P-GW和分组数据网络之间的连接。SGi接口可以提供对包括外部公共或私有PDN和/或内部IMS服务供应网络的各种网络类型的接入。
蜂窝网络数据库
LTE网络可以管理一系列数据库，这些数据库用于在管理UE的移动性的操作期间进行查询，以及用于认证、计费、策略管理等。HSS归属于HLR，HLR是包括关于可以使用其网络的每个订户的管理级别信息的数据库。HLR还包括跟踪网络中订户的最后已知位置的字段。该信息可以用于在呼叫、消息或数据需要被路由时定位设备。当用户开启其移动电话或设备时，或者当他们移动到网络中的另一个位置区号(LAC)时，或者可能经过某个规则的周期，移动设备可以更新其位置，使得HLR总是知道最新的位置。通常，设备的位置被保持在网络的上下文中(例如，它驻留在什么基站上)，而不是设备的实际纬度/经度位置。在任何网络中通常只有一个主HLR。然而，其副本可以分布在各个核心网络节点上用于提高操作效率。
HSS是HLR和AuC的级联-两个功能已经存在于IMS前2G/GSM和3G/UMTS网络中。HSS的HLR部分负责在必要时存储和更新包括用户订阅信息的数据库，包括(列表不是穷举)：用户标识和寻址-这对应于IMSI(国际移动订户身份)和MSISDN(移动订户ISDN号码)或移动电话号码；以及用户简档信息-这包括服务订阅状态和用户订阅的服务质量信息(例如最大允许比特率或允许业务类别)。
HSS的AuC部分负责从用户身份密钥生成安全信息。该安全信息被提供给HLR，并且进一步被传送给网络中的其他实体。安全信息可用于网络-终端相互认证、无线电路径加密和完整性保护，以确保在网络和终端之间发送的数据和信令不被窃听或更改。
VLR在某些方面是HLR的较小的临时版本，它包括来自HLR的选择信息。任何“访问者”或漫游到由不是归属网络的部分的EPC控制的基站上的UE被置于访问网络的VLR上。UE通常一次只能存在于一个VLR中，这对于将业务路由到该UE的网络来说是非常重要的。VLR中存储的数据或者从用户的归属网络HLR收集，或者通过基站直接从UE自身收集。VLR用于通知归属HSS的HLR订户的更新的位置，以便能够在分离的网络之间完成业务路由。当订户在设定的时间段(可以为每个网络配置/设置的时间段)内变为非活动时，当UE漫游到新的VLR域位置区域时，或者当用户迁移回到归属网络时，通常从VLR中移除用户。
VLR可以包括每个IMSI(包括TMSI)的字段值的一部分，该部分在归属网络之外的漫游操作期间有效地用作临时订户身份。
EIR是保存特定手持机或移动设备或设备的信息的数据库，该特定手持机或移动设备或设备可以连接到或试图连接到网络。该数据库使用IMEI来确定设备是否具有接入网络的权限。通常，当手机被报告被盗时，设备的IMEI被放在EIR中的列表中，该列表将其关联为被盗设备。这样，当设备试图注册到网络时，网络可以拒绝其接入，以防止潜在的电话盗窃者不适当地使用它。
最后，AuC是包括与对网络的设备认证相关联的信息的数据库。AuC通常与HLR接口，并保存网络上针对特定IMSI的重要密钥。这些密钥也驻留在UE SIM上。匹配这些密钥允许在空中接口信道上进行设备认证和计算(或加密)。在漫游情况下，从归属HLR查询该认证密钥/信息。
网络运营中心
虽然地面蜂窝网络的上述组件自主地操作，但是通常也实现了一定程度的人类交互。网络运营中心或NOC(有时也称为运营管理中心或OMC)是网络的组件，其能够控制和监视网络基础设施操作和状态。图1中未示出网络中的这个节点，但是它将维持到网络中的每个元素的连接。例如，它甚至可以用于控制基站/E-UTRAN子系统处的业务负载。NOC通常具有到LTE网络中的每个基站MME、S-GW、P-GW节点的连接。
A.网络过程的示例
网络可以实现过程的长列表，但是某些特定过程被使用得最多，并且对于诸如移动性管理、频谱使用等网络功能可能是关键的。
A.1认证过程
LTE网络中的认证过程用于认证用户的身份(例如，验证他们的订户号码)以及允许或不允许对网络的接入。认证利用存储在HSS中的唯一密钥，并且在网络的UE和MME侧执行处理以计算值，并且比较结果以验证认证。类似的过程用于非接入频谱(NAS)(例如，网络路由上的信号/分组)和接入频谱(AS)(例如，UE和基站之间的RF接口上的信号/分组)的加密和计算。
图4示出用于LTE网络中的UE认证的典型过程。该过程涉及UE402、基站404、MME406和HSS 408。UE向MME发送附接到网络的请求410。使用该请求，它发送其IMSI和关于其UE手持机能力的其它信息，网络可能需要该信息来认证和管理与UE的空中接口。MME向归属网络HSS作出认证数据请求412。该消息可以包括需要认证的IMSI的列表，以及HSS响应所需的一些其他信息。HSS使用所谓的认证向量向MME提供响应414。
每个验证向量包括与执行称为EPS AKA算法的输出相关联的AUTN、XRES、KSAME和RAND值。MME通过基站将RAND和AUTN值传递给UE416。UE使用该信息执行EPS AKA算法，然后向MME提供包括RES值的响应418。RES值应当等于由HSS计算出的XRES值，并且被提供给MME。MME在420检查这是否为真，并且如果为真，则向网络认证UE。
然后，MME和UE可以执行附加的程序步骤422，以完成UE和网络之间的AS(RF接口)和NAS(网络控制接口)会话的计算和加密。这些过程本质上类似于认证，因为UE和/或基站节点可以执行算法以计算唯一密钥，该唯一密钥在被用于加密节点之间的业务之前被检查和验证。在完成这些过程之后，MME可以接受来自UE的原始附接请求424，并且其可以正式地附接到网络并且能够移动业务。
当UE第一次请求接入网络时，触发认证。
A.2位置更新过程
在经典移动网络中，可以跟踪每个设备的位置，使得网络知道如何联系网络需要向其传递信息或从其传递信息的UE。网络使用的各种跟踪参数在本文别处描述。从HSS中的主数据库跟踪UE在网络上的位置。当UE的位置改变时，其被反映在HSS中。当UE连接到不是其自己的归属网络的网络时，HSS和VLR两者都跟踪UE位置。VLR临时存储订户认证信息和UE在其网络内的位置。当UE位置改变时，VLR可以向HSS请求位置更新，使得HSS正在管理UE的改变的位置。
在特定漫游条件下，订户所位于的MME和VLR的物理位置可以远离保存设备认证所需的重要管理信息的HSS。当查询可通过SS7或与各种地面网络接口的另一介质路由时，认证有时可在几分钟的过程中发生。当业务负载高并且数据库位于远处时，特别是对于网络过程，这些网络间交互可能变慢。结果，对外地网络的初始接入有时会滞后。然而，一旦提供接入，通常恢复与蜂窝服务相关联的典型速度。
表1中列出了UE何时可以启动位置更新过程的触发的示例。
表1
图5示出针对典型的位置更新或跟踪区域更新的过程。所示的所涉及的节点是UE502、基站504、新MME(例如，新跟踪区域)506、旧MME(例如，旧跟踪区域)508、S-GW 510、和HSS 512。在基站和UE之间已经建立了RRC连接之后，UE可以启动跟踪更新请求514。基站可以将请求516路由到新的MME。新MME可以经由上下文请求518从旧MME请求信息，其使用该信息来执行与UE的认证/安全过程。旧MME可以使用它所请求的信息来响应520新MME。然后，新MME对UE进行认证522。在成功认证之后，新MME可以确认来自旧MME的请求上下文524。然后，它可以从S-GW请求承载修改526。来自新MME的承载修改请求被响应528，并且新MME立即向HSS请求位置更新530。HSS取消当前位置532，因为其被保持在旧MME上。在旧MME确认534取消之后，它在536确认来自新MME的位置更新请求。然后，新MME接受UE TAU请求538，并且UE确认位置更新过程的完成540。
A.3切换过程
在UE移动期间，不可避免的情况是UE需要从网络中的一个小区过渡到另一小区。每个小区可以由一个eNB服务，并且多个eNB可以由一个S-GW和/或MME服务。存在仅需要进行eNB切换的情形，以及还需要切换S-GW的其它情形。一些实例甚至可能需要P-GW切换。
图6示出传统上如何在eNB和S-GW之间进行切换。在切换过程中，所涉及的元素是UE 602、源eNB 604、目标eNB 606、MME 608、源S-GW610、目标S-GW 612、和P-GW 614。可以在已经通过源eNB和源S-GW在UE和P-GW之间建立616IP会话之后进行切换。从UE到源eNB的测量控制消息可以触发在其与目标eNB之间准备618的切换。目标eNB和源eNB可以通过X2接口执行切换620。源eNB开始向目标eNB转发数据622，使得其可以将数据624下行链路到UE。此时，上行链路数据626移动通过目标eNB、通过源S-GW、返回到P-GW。下行链路通过相同的S-GW但通过源eNB被提供，并且在到达UE之前(通过X2接口)被提供到目标eNB。目标eNB向MME发出路径切换请求628，以将IP分组的路径切换到目标S-GW。
MME向目标S-GW做出创建会话请求630。目标S-GW将请求P-GW修改针对UE 632的承载。P-GW提供修改承载响应634，并且修改到目标S-GW的承载。目标S-GW使用创建会话响应646来响应MEE，以指示它准备通过目标eNB承载来自UE的IP业务。MME将确认638来自目标eNB的原始路径切换请求，并且上行链路和下行链路数据将从UE流到目标eNB、流到目标S-GW、流到P-GW 640。这标记了S-GW切换的完成，因此释放了用于从源eNB转发的下行链路数据的链路642。MME删除由原始的源S-GW 644提供的会话，并且源S-GW在关闭会话之后进行响应646。在S-GW切换之后，UE可能需要更新其跟踪区域，并且利用MME 648这样做。
A.4主信息块(MIB)和系统信息块(SIB)传输过程。
MIB或主信息块是由LTE基站广播的消息或信息，而与任何用户的存在无关。MIB是也由基站广播的其它系统信息块或SIB中的第一个。
在下行链路上使用称为PBCH的物理层信道或物理广播信道发送MIB。MIB是如表2所示编码的24位值。
表2
| <u>类型</u> | <u>位数</u> |
| 系统带宽 | 3位 |
| PHICH信息 | 3位 |
| 正常/扩展PHICH | 1位 |
| PHICH Ng值 | 2位 |
| 系统框架 | 8位 |
| 保留作将来使用 | 10位 |
除了有效载荷中的信息之外，MIB CRC还传达基站所使用的发射天线的数量。MIBCRC使用天线特定掩码进行加扰或异或。
可以存在多个系统信息块，每个块以一定周期性发送，并且每个块包括用于网络接入的重要信息。作为示例，SIB1块可以包括表3中阐述的变量中的一个或多个。
表3
B.LTE中的IP地址分配
LTE网络通常是全IP网络，因为它们以IP分组的形式递送所有用户业务，并且向用户提供“始终在线的IP连接”。当UE加入LTE网络时，会将分组数据网络(PDN)地址(即，可以在PDN中使用的地址)分配给UE以用于其与PDN的连接，并且在LTE网络中(即，在UE和P-GW之间)建立了默认承载。该默认承载保持连接(即，在初始附接期间分配给UE的IP地址保持有效)，直到UE从LTE网络分离。为用户所具有的每个APN(接入点名称)建立默认承载，并且因此为每个APN分配唯一的IP地址。IP地址可以是IPv4、IPv6或IPv4/IPv6类型。
当UE初始地附接到LTE网络时，它请求PDN连接。然后，P-GW分配UE要用于PDN的IP地址(即，PDN地址)，并且在建立连接两者的默认承载的同时将其转发给UE。使用该IP地址，UE可以使用通过PDN提供的服务。
在LTE架构中，可以静态地或动态地分配IP地址。通常，由于每个P-GW中的IP池有限，所以动态地分配IP地址。IP地址的有限可用性通常与IPv4系统相关联，但与IPv6系统无关紧要。
在动态IP分配的情况下，网络(例如，P-GW)自动选择针对UE的IP地址。网络运营商具有预先在P-GW处提供的IP池。然后，稍后当UE初始地附接到LTE网络时，P-GW动态地向UE分配IP地址。因此，通常在每次UE初始附接到网络时，将新的动态IP地址分配给相同的UE。
在静态IP分配的情况下，网络运营商在每个UE订阅网络后会为其分配永久IP地址。运营商具有分配给网络(HSS)中UE的已分配的静态IP地址以及其他订阅信息。然后，稍后当UE初始附接到LTE网络时，P-GW从HSS获得静态IP地址，并且将其转发到UE。因此，该特定IP地址会在每次初始附着时分配给UE。
C.蜂窝网络的编号和寻址
移动网络通常管理移动设备，并且因此可能会实现不同类型的地理区域和地址，以便在UE从由不同网络EPC节点管理的网络中的基站附接和分离时正常运行。
C.1地理区域
MME池区域是由特定MME或MME集控制或服务的地理区域。MME区域是物理地理区域，移动设备可以通过它在其服务的MME可能发生变化之前进行操作。S-GW跟踪区域是由特定S-GW或S-GW集控制或服务的地理区域。在该地理区域中，UE可以在不改变服务S-GW的情况下进行操作。
跟踪区域是指网络使用的最小地理区域。MME池区域包括S-GW跟踪区域，其本身包括这些较小的跟踪区域。跟踪区域可以与特定的蜂窝塔小区或蜂窝塔小区组(也许地理区域由半径范围从几千米到半径最大100km的圆紧密表示)一样小。这些跟踪区域类似于GSM中使用的位置区域代码(LAC)或UMTS中使用的跟踪区域，并且顾名思义，这些跟踪区域用于跟踪网络上处于待机(例如，连接到网络并且准备好移动或接收业务)的移动台的位置。
因此，LTE网络包括许多MME区域，甚至更多的S-GW跟踪区域，以及甚至更多的跟踪区域。
C.2网络标识
网络还管理许多数字标识符，这些标识符用作网络级地址。网络ID用于限定网络本身。使用公共地面移动网络(PLMN)码来识别网络，该PLMN码是两个唯一标识符(移动国家码(MCC)和移动网络码(MNC))的组合或串接。MCC为三位码，MNC为两位或三位码，两者串接时使PLMN为5或6位的码。
网络中的每个MME被提供有称为MME码或MMEC的唯一标识符，其标识每个网络MME池中的特定MME。在相同的MME跟踪区域内分组的MME被给予被称为MME组身份或MMEGI的组级别码。对于网络中的每个MME，使用另一标识符，该标识符串接MMEC和MMEGI，创建MME标识符或MMEI，其标识整个网络中的特定MME。最后，PLMN和MMEI被串接以创建全球唯一MME标识符或GUMMEI，其标识在全世界任何地方的特定MME。
跟踪区域也以类似的方式使用码来标识。跟踪区域码或TAC被用来识别特定网络内的特定跟踪区域。该号码被串接到PLMN以创建全球唯一跟踪区域标识或TAI，其标识地球上的唯一跟踪区域。
网络内的每个小区还被提供小区ID，使得与UE通信所需的特定塔是已知的并且被跟踪。该小区ID通常被称为E-UTRAN小区标识符，或ECI。该值唯一地标识特定网络内的小区。还存在E-UTRAN小区全球标识符或ECGI，其标识地球上任何地方的唯一小区。还存在塔的物理小区ID，通常是0和503之间的数值，并且用于将其与附近地理区域的相邻小区分开来。
存在移动设备标识符，以当UE硬件在网络上操作时跟踪特定UE硬件。如前所述，每个UE具有两个唯一标识符，一个用于硬件，一个用于SIM。国际移动设备审查(或IMEI)用于标识唯一的手持机硬件。国际移动订户身份(或IMSI)用于标识网络上的唯一订户(例如SIM)。还存在M临时移动订户身份(或M-TMSI)，用于向其服务MME标识特定UE。通过将M-TMSI码串接到MMEC，网络生成S临时移动订户身份(或S-TMSI)，用于向其服务MME池跟踪区域标识特定UE。最后，串接PLMN、MMEGI和S-TMSI创建全局唯一临时身份或GUTI。GUTI标识唯一的UE及其在地球上任何地方的临时地址。
D.无线电协议架构
无线电协议架构可以由两个分离的平面限定：控制平面和用户平面。网络中的每个节点接口可以实现控制平面、用户平面、或两者。控制平面是网络信令被打包并在网络中的各个节点之间传输的平面。在控制平面中，通常无线电资源控制或RRC协议生成信令消息，该信令消息控制如何在UE与蜂窝网络之间传递信息。这些信令消息使用适当的信令承载来传输。
用户平面是在UE之间和整个网络中传输实际数据或电信有效载荷的地方。通常，应用创建由诸如TCP、UDP或IP之类的协议处理的数据分组。对于控制和用户平面，信息或信令分组在最终被传递到物理或RF层用于无线传输到连接到网络的UE之前，由分组数据融合协议或PDCP、无线电链路控制协议或RLC、以及媒体接入控制协议或MAC处理。
图7示出基站无线电协议栈架构。基站706维持与MME 704和S-GW 702的接口，以分别移动所需的控制和用户业务。基站706具有处理与MME的通信的无线电资源控制功能(RRC)708。无线电资源控制功能可以包括一些支持调度功能，其用于提供与发送到协议栈中的较低层的控制消息相关的附加信息。PDCP 710、RLC 712、MAC 714和PHY716一起在UE和网络中的适当的控制和用户平面之间传输用户和控制业务。PDCP充当传输层，接收用户和控制消息，并创建公共传输信道。无线链路控制层将用户和控制信息打包为分组。
PHY 716通过空中接口携带来自MAC传输信道的信息，并且负责LTE系统内部和RRC层系统之间的链路自适应AMC、功率控制、用于初始同步和切换目的小区搜索以及其它测量。
MAC 714层负责在逻辑信道和传输信道之间进行映射，将MACSDU从一个或不同的逻辑信道复用到要在传输信道上递送到物理层的传输块TB上，将来自一个或不同逻辑信道的MAC SDU与在传输信道上从物理层递送的传输块TB进行解复用，调度信息报告，通过HARQ进行纠错，借助于动态调度在UE之间进行优先级处理，在一个UE的逻辑信道之间进行优先级处理，以及逻辑信道优先级排序。
RLC 712在三种操作模式下操作：透明模式TM、非确认模式UM和确认模式AM。RLC层负责上层PDU的传送、通过ARQ的纠错(仅用于AM数据传送)、RLC SDU的串接、分段和重组(仅用于UM和AM数据传送)。RLC还负责RLC数据PDU的重新分段(仅用于AM数据传输)、RLC数据PDU的重新排序(仅用于UM和AM数据传输)、重复检测(仅用于UM和AM数据传输)、RLC SDU丢弃(仅用于UM和AM数据传输)、RLC重建和协议错误检测(仅用于AM数据传输)。
PDCP 710层负责IP数据的报头压缩和解压缩、数据(用户平面或控制平面)的传送、PDCP序列号SN的维护、在下层重建时上层PDU的按序递送、在用于映射到RLC AM上的无线电承载的下层重建时下层SDU的重复消除、用户平面数据和控制平面数据的加密和解密、控制平面数据的完整性保护和完整性验证以及基于定时器的丢弃、重复丢弃。PDCP用于映射到逻辑信道的DCCH和DTCH类型上的SRB和DRB。
无线资源控制功能(RRC)708子层的服务和功能包括与非接入层NAS有关的系统信息的广播、与接入层AS相关的系统信息的广播、UE和E-UTRAN之间的RRC连接的寻呼、建立、维护和释放、包括点对点无线承载的密钥管理、建立、配置、维护和释放的安全功能。
MME 704和UE所使用的非接入层NAS协议形成用户设备UE与MME之间的控制平面的层。NAS协议支持UE的移动性和会话管理过程，以建立和维持UE与P-GW之间的IP连接。
D.1用户平面
基站和UE之间的协议栈包括PDCP、RLC、MAC和PHY层。在用户平面内，分组在核心网络内以特定EPC协议被封装，并且通过S-GW和基站在P-GW和UE之间进行隧道传输。作为示例，该协议可以是IP协议。
D.2控制平面
控制平面包括用户平面中的层中的每个，并且添加了无线电资源控制或RRC层。RRC层负责配置和控制协议的较低层(PDCP、RLC和MAC层)。与用户平面不同，控制平面处理蜂窝网络中UE和RAN之间的空中接口特定功能。基站通常采用调度器算法，该调度器算法驱动RRC以及它如何为在其控制下的每个UE分配RB、时隙、MCS等。通常，仅从PDCP层到RRC的控制业务反馈来通知这些调度器算法。这些算法通常试图优化给定基站小区上的吞吐量。
取决于特定UE的状态，蜂窝网络可以以特定模式与UE交互：空闲模式或连接模式。
空闲模式是当UE被称为“驻留”在小区上时。UE在其已经“选择”了小区之后可以驻留在该小区上。UE基于包括无线链路质量、小区状态和无线接入技术的多个因素来选择小区。当处于驻留在小区上的空闲模式时，UE可以监视寻呼信道或控制信道，以检测呼入呼叫并获取重要的系统信息。在这种模式下，控制平面协议包括小区选择和重选过程。
连接模式是当UE在其自身和蜂窝网络之间主动移动业务时(例如，在电话呼叫时，或者进行因特网连接会话时等)。在该模式期间，UE可以向RAN(例如，E-UTRAN)报告针对当前选择的小区的下行链路信道质量以及相邻小区信息。这使得RAN能够选择UE要利用的最合适的小区，并且在这种情况下，控制协议包括RLC协议，其最终在移动网络侧进行切换和移动小区选择性管理。
图8示出当移动设备在网络中和网络之间操作时可以使用的典型小区搜索过程。
D.3小区同步和选择过程
当UE想要驻留在任何小区时，小区同步是第一步。由此，UE获取物理小区ID(PCI)、时隙和帧同步，这可以使得UE能够从特定网络读取系统信息块。
UE可以通过调谐到不同的频率信道来调谐其无线电，这取决于其支持哪些频带。假设UE当前被调谐到特定频带/信道，则UE首先找到位于无线电帧的第一子帧(子帧0)的第一时隙的最后OFDM符号中的主同步信号(PSS)。这使得UE能够在子帧级别上同步。PSS在子帧5中重复，这意味着UE在5ms的基础上同步，因为每个子帧是1ms。UE还能够从PSS获得物理层标识(0到2)。
在下一步骤中，UE找到辅助同步信号(SSS)。SSS符号也位于PSS的相同子帧中，但是在PSS之前的符号中。从SSS，UE能够获得物理层小区标识组号(0到167)。
使用物理层标识和小区标识组号，UE知道针对其小区的PCI。在LTE 504中，物理层小区标识(PCI)是允许的，并且被划分为唯一的168个小区层标识组，其中每个组包括三个物理层标识。如前所述，UE从PSS检测物理层标识，并从SSS检测物理层小区标识组。假设物理层标识＝1并且小区标识组＝2，则给定小区的PCI是PCI＝3*PCI(物理层小区标识组)+物理层标识＝3*2+1＝7。
一旦UE知道给定小区的PCI，它也知道小区参考信号的位置。参考信号用于信道估计、小区选择/重选和切换过程。
作为PCI的结果，UE可以使用相同的频谱块部署将目标基站与其它基站区分开，在大多数情况下允许一种网络频率重用方案。在小区同步过程之后，UE可以继续读取主信息块(MIB)和系统信息块(SIB)。MIB和SIB是在下行链路控制信道上发送的信息块，其包括UE通过空中接口适当地接入网络所需的信息。
E.蜂窝网络无线电接入技术PHY
如上所述，蜂窝网络使用RAN来实现空中或RF接口，以将网络上的UE连接到因特网或其它网络。用于UE和RAN之间的通信的协议可以是这样的，它们被标准化，使得任何标准UE可以与任何RAN通信，假设满足空中接口链路要求并且满足成员资格要求，例如，UE已经以这样的方式向网络标识其自身，即网络或网络使用的服务确定UE是授权组的成员或者被授权使用由网络提供的服务。空中接口通常实现特定协议，其通常被称为特定无线电接入技术(RAT)。
一些示例RAT协议包括GSM协议，有时称为2G或“第二代”网络协议。其它示例包括GPRS(通用分组无线业务)、EDGE(增强的数据速率GSM演进技术，或EGPRS)、3G(由3GPP主体开发的第三代3GUMTS标准)、或第四代(4G)LTE高级协议。
在这些协议中，存在用于频带使用、定时、编码和冲突解决的规则。由于基站可能必须同时与多个UE通信，因此根据协议划分可用的无线通信路径。给定协议可以具有可用无线通信路径，该路径被频率、时间、代码或这些中的一个以上划分。这允许多个用户共享相同的无线通信路径。
F.RF空中接口链路预算
UE和RAN之间的RF空中接口是可以驱动UE和移动网络之间的连接质量的接口。随着RF空中接口连接的信号质量的提高，该链路可以维持在足够的误码率的数据速率也提高。UE和基站可以使用LTE协议的控制平面来彼此交换关于链路连接质量的信息。使用该信息，基站可以管理诸如调制和编码方案(MCS)和设备发送功率之类的链路条件，以确保比特差错率不超过特定阈值。取决于所期望的服务类型，误码率阈值可以在10^-2和10^-8之间或更好的范围内变化。诸如SMS消息、SMS广播或控制信道信令之类的应用可以在最高比特差错阈值上操作，并且诸如高清晰度视频流的应用可以在最低比特差错阈值上操作。为了维持特定的误码率(BER)，基站可以管理与通过空中接口与其通信的每个UE一起使用哪种调制和编码方案(MCS)。
每个MCS在空中接口上提供特定数据速率，但是启用更高数据速率的MCS对于在空中接口上接收的RF信号的质量具有不同的要求。通过给定的调制方案和编码方案在空中接口上铰接的波形可以具有不同的误码率，这取决于信噪比加上感兴趣信号的干扰比或SINR。SINR是以dB为单位的感兴趣信号的能量与噪声和干扰组合的能量之间的差的度量。特定调制方案，例如QPSK，在低SINR电平提供良好的误码率，然而QPSK调制每调制符号仅使用两个比特，并且与较高阶调制方案相比数据速率较低。较高阶的调制方案，例如64QAM，仅在非常高的SINR电平提供良好的误码率，然而，与较低阶调制方案相比，64QAM为每调制符号提供六位和更高的数据速率。
更高阶的调制方案除了相位调制之外还利用幅度调制来增加每符号的比特，然而，这驱动了对更精确的信号解调的要求，这又增加了在特定误比特率下用于充分解调所需的信号能量。
表4描述了信号能量对噪声的要求可以随调制方案和编码率而变化。
表4
G.其他考虑
在地面移动通信网络中，基站部署推动网络的覆盖地理区域。在大多数情况下，基站无线电设备被放置在塔上以覆盖具有高人口密度的地理区域，在该区域中可以产生收入。典型的塔托管基站设备可能花费一定量的金钱来安装和操作，这取决于它所覆盖的每平方英里。成本可以包括电力，公用事业，回程，维护，安全性等，并且可能会根据站点，地区等而变化。为了使基站能够合理地部署，它需要至少产生每平方英里收入多于操作每平方英里覆盖范围的成本。
在人口密度降低并因此移动网络运营商的潜在收入密度降低的世界上的农村和偏远地区，通常不部署基站。为了给这些偏远地区和农村地区提供有利润的服务，频谱需要分布到足够多的人身上。基站可以部署在高空平台上，在高空运行。然而，这些解决方案具有技术挑战，并且经常经受恶劣的大气条件，这使得平台难以控制，从而使得操作低效且不一致。另外，高空平台本身仍然不能提供真正的全球覆盖解决方案，因为它们对于该覆盖量来说成本太高。
发明内容
本公开描述了用于操作具有轨道基站的移动网络的方法，该方法可以被部署以在地面方式中用作移动或蜂窝网络。典型的地面RAN和核心网络可以包括部署在诸如建筑物和塔之类的地面基础设施之上或之内的软件、无线电、调制解调器、计算机、机架、电缆、服务器等。在移动网络的变型中，RAN和核心网络设备/软件部署在由地面设备支持的轨道中的卫星上，以与现有的地面RAN和核心网络对应部分以及因特网进行对接。特定的网络元件可以被放置在LEO、MEO或GEO轨道中，以便于适当的联网链路和在地球上的战略位置上的定位，其中特定地面基础设施可以操作，例如、如UE、G-MSC、P-GW，或者归属于空间网络或者归属于其他传统的地面网络。
空间网络可以实现对典型LTE架构的一系列增强，其中EPC和E-UTRAN都被增强，例如由基站、MME、P-GW和HSS栈所采用的功能。对LTE EPC和E-UTRAN的增强可以实现标准LTE-Uu接口的连续功能，使得标准UE手持机将与地面和空间网络两者兼容。
实施例还可以实现对UE栈的增强，以促进基于空间的蜂窝网络的更优使用，特别是在覆盖是间歇的和不连续的阶段中。这些UE增强可以在UE栈上的用户平面的应用层中或在UE栈上的控制平面的非接入层处保持。
除了对EPC和E-UTRAN的增强之外，可以包括附加的数据库以支持核心网络中的增强。这些数据库可以在地面上或轨道上或在这两者上存储一次或多次，并且可以支持MME增强，该MME增强使得能够预测网络的未来状态(在位置、速度、姿态、IP连接、覆盖区域等方面)。该未来状态空间预测函数可以是网络硬件的已知物理和特性及其操作约束的函数，以确定针对轨道运行网络基础设施的未来惯性状态向量。惯性状态向量可以是位置、速度、加速度、姿态和姿态速率。可以包括其它状态向量或矩阵/张量，例如热、功率、惯性或质量。这种向量的计算可以由网络管理计算机系统来执行，并且结果被分发给基站和UE。
网络管理计算机系统可以使用对轨道运行基础设施的姿态和轨道控制法则的假设来计算网络的未来状态空间预测。该信息可以存储在数据库中，并且可以是航天器专用的，这取决于每个轨道运行卫星的能力、其承载在飞行器上的致动器及其预期的轨道操作。因此，不同的航天器可以存在于具有不同致动器、能力、设计等的相同网络中。使用重力模型、大气模型和数值积分方案，网络管理计算机系统可以在未来的许多小时、几天、甚至几周内非常精确地预测LEO中的卫星轨迹。轨道运行网络基础设施可以使用关于未来惯性状态向量的数据来获得对未来网络连接状态的洞察、预测未来的最优网络操作、并且预先与地面网络部署协调。这可以包括无线电资源控制(RRC)功能、非接入层(NAS)层功能、网络IP路由表、移动性管理功能和用于诸如切换等的事物的信令触发器/定时器等。
基于针对整个轨道运行网络的惯性状态向量，各种网络节点连接都是可能的。每个轨道运行卫星可以具有有限数量的波束，以分配给与地面上的UE、网络中的其它卫星、或地面上的地面站网关的通信。取决于可用波束的数量以及网络中节点的相对位置、速度和姿态，可以创建针对时间上的每个离散时刻的一系列连接场景。操作规则的集合、约束、和/或服务要求可以被施加为过滤器，以评估一系列连接场景，以得出最理想的一个或多个，从而生成用于网络连接的操作的理想概念。这种操作概念可以包括轨道机动/维护的路线，以及网络地图的时间线，该时间线指示被预测为在某个时间、对于某个时间量、未来存在的节点连接，以及这些连接的特性(例如，延迟、数据速率、频率、调制方案、编码等)可能是什么。网络处理器可以基于网络映射预测和网络节点连接来生成预测路由表，并将这些预测路由表作为数据结构分发到网络中的节点中的一些或全部。在MAC层或PHY层的操作可以基于与UE的预期的高通过时间来预测，给定它们的位置和速度的保存的数据库。
来自轨道运行移动基础设施的所述服务可以部署在地球周围的动态(例如，相对于地球表面移动)或静态(例如，不移动)的小区中。可以实现用于管理描述网络中的各个兴趣点的位置的点数据库的技术。作为示例，针对每个卫星基站、地面基站、卫星地面站或网关、UE的位置、地面上的一些点网格的数据库、以及表示地球上的地理空间多边形的边缘、中心或两者的点数据库可以在中央数据库中维护的兴趣点的列表之中。可以随时间对卫星和这些感兴趣点之间的链路预算建模，以促进频谱的未来最佳使用、最佳覆盖统计、来自卫星的控制传输、以及使用相似或相同频率的轨道运行基础设施和地面基础设施之间的协调频谱共享。
由于可以在这些不同的点预测未来的链路预算特性，因此还可以预测用于服务于这些点的最优的网络路由和路径，并且具体地，哪颗卫星可以在什么时候进行服务，并且如果有的话，何时计划在两颗卫星之间进行交接，这两个卫星交换对服务于地面上特定位置的控制。这将允许预期的核心网络信令要求和路由以优化业务流。
状态空间预测功能可以嵌入到空间或地面硬件/软件中，作为典型的地面蜂窝基础设施(例如MME、S-GW、P-GW、HSS、PCRF等)所采用的传统功能的扩展。状态空间预测函数的结果可以用于生成关于网络的未来状态的智能。这种智能可以被分布到网络中的每个节点，以通知未来对无线电资源管理、移动性管理、跟踪区域管理、S-GW之间的负载平衡等的要求，这些要求可以用于优化对移动网络中使用的用户和控制平面的使用。
空间网络可以实现与由3GPP标准针对移动协议(例如GSM、LTE、EDGE、CDMA等)指定的RF接口类似的RF接口，如Speidel I中所述。Speidel I详述了一种用于处理与卫星和地球表面上的设备(例如UE)之间的轨道链路相关联的多普勒频移和传播延迟的方法。通过实现该方法，各种类型的空间网络可以解决地球上偏远和农村地区的地球周围的连通性挑战，在这些地区中，构建用于移动通信网络的基础设施太昂贵，或者根本没有有益的动机来构建这样的基础设施。
以下详细描述与附图一起将提供对本发明的性质和优点的更好理解。
附图说明
可以参考附图来描述根据本公开的各种实施例，其中：
图1是传统LTE架构的图示。
图2示出LTE架构的网络元件之间的用户平面接口。
图3示出LTE架构的网络元件之间的控制平面接口。
图4描述了针对LTE网络上的UE的认证过程。
图5描述了针对LTE网络上的UE的跟踪区域更新(TAU)过程。
图6描述了当需要基站切换时和当需要S-GW切换时LTE网络上的UE的切换过程。
图7示出现有基站的基站协议栈架构。
图8示出UE在搜索和选择要驻留的小区时使用的过程。
图9示出可以与本公开的实施例一起使用的增强的LTE网络架构。
图10示出基于空间的LTE网络架构节点可以在卫星和地面站上如何表现自己，并且通过充当IP隧道的卫星间链路(ISL)和地面站链路(GSL)进行互连。
图11示出被添加到MME以增强MME并使其能够管理地球上描述的覆盖区域(和地面上的相应UE订户)之间的移动性的组件。
图12示出历史网络状态空间数据库。
图13示出节点网络可以如何管理各种状态空间配置中的基础设施，从而产生唯一的位置、速度、加速度和方位状态向量。
图14示出网络模型数据库。
图15示出如何管理和存储具有用于卫星间、地面站和基站链路的波束的航天器的机身框架。
图16示出星座位置寄存器。
图17示出可以由网络状态空间预测器使用的网格点和多边形。
图18示出在轨道中的卫星，其向与地面基站多边形分离的静态基站多边形和动态基站多边形提供覆盖。
图19示出星座策略数据库。
图20示出网络状态空间预测引擎。
图21示出地面站、卫星、其它卫星、和UE之间的链路预算几何结构如何保持。
图22示出可以用来确定由网络中的波束成型基站卫星提供的覆盖的过程。
图23示出可以用于确定由基于空间的网络中的非波束成型基站卫星(以及剩余的波束成型基站卫星)提供的覆盖的过程。
图24示出链路状态空间矩阵的简化部分，可以生成该矩阵以评估来自发射卫星的整个地球网格上的链路预算。
图25示出在卫星操作期间如何动态地进行空间网络中的卫星以及地面基站小区之间的频谱切分。
图26示出网络可以如何确定在时刻激活什么ISL和GSL。
图27示出链路状态空间矩阵的简化部分，其描述了网络(包括ISL和GSL)中的链路之间的链路预算的性质，以及针对网络如何生成链路的假设场景。
图28示出由图27中的链路状态空间矩阵描述的网络如何可能出现在惯性空间中。
图29示出网络状态空间数据库，其包括被递送到网络节点以用于存储并在将来通知操作的路线。
图30示出具有波束成型天线的基站的星间切换。
图31示出具有波束成型天线的基站到具有非波束成型天线的基站，并回到具有波束成型天线的基站的卫星间切换。
图32示出卫星基站可以如何基于管理要求来实现发射功率的变化以避免其点波束的边界交叉干扰。
图33示出增强的基站。
具体实施例
在本文描述的实施例中，空间通信网络进行操作以与提供与地面移动蜂窝网络一起提供通信。与地面移动蜂窝网络类似，空间网络将RAN和核心网络功能作为地面网络的补充空间组件来操作。作为地面网络的扩展或补充，空间组件采用核心网络功能和RAN功能，其使得移动设备能够进行到空间和地面移动RAN的适当认证和切换以及从空间和地面移动RAN进行适当认证和切换。
在以下描述中，将描述各种实施例。为了解释的目的，阐述了具体配置和细节以便提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些实施例。另外，为了不使所描述的实施例模糊，可以省略或简化公知的特征。
在人口密度降低并因此移动网络运营商的潜在收入密度降低的世界上的农村和偏远地区，通常不部署基站。基于空间的移动通信平台可以是用于关闭到跨越大片陆地的标准UE设备的链路的解决方案，从而消除对专用客户端设备的需要。基于空间的LTE网络的标准Uu接口可以与Speidel I中描述的公开内容一起使用。Speidel I描述了用于操纵基站(具体是eNB)的方法，使得可以增强基站以适应基站和UE之间在LTE-Uu接口上的轨道链路的多普勒频移和传播延迟。在这样做时，基于空间的基础设施可以用于支持使用地面移动网络的现有UE的电信网络。
操作基站的基于空间的移动网络和其它传统的地面移动网络基础设施存在一些挑战，这主要源自网络中基站无线电接口链路的低地球轨道的所需使用。一个挑战是关闭发射器与接收器之间的链路，其中，关闭链路涉及以足够的功率从发射器发送信号，使得传播信号跨越发射器与接收器之间的距离，并且以高于噪声本底的足够信号能量水平到达接收器一段距离，使得信号可以在接收器处以足够的误码率被成功解调。
取决于轨道运行基站和UE之间的服务连接的期望数据速率，可能存在特定的信噪比要求。上行链路预算可能主要由UE在地面上的发射功率驱动。在LTE协议中，这可以是200mW(23dBm)，而在GSM协议中，这可以是2W(33dBm)。
为了在地球表面上具有200mW设备的链路预算关闭，并且为了避免一个卫星小区/波束的太多业务的涌入，具有基站发射器/接收器的卫星可以使用定向天线技术在低地球轨道中操作。使用大型天线技术，针对轨道基站的高度可能高达1000km左右。使用低于1GHz的蜂窝频谱可以有利于传播特性，并且可以用在更有利的实施例中。然而，较小体量的天线阵列可以降低网络成本，从而将一些卫星放置在低至300km(如果轨道可以由承载基站的航天器上的推进器系统维持)。
由于需要低地球轨道，所以利用轨道基站实现地球的无处不在的覆盖可能涉及数千个卫星，但是这仍然少于类似覆盖所需的地面基站的数量。然而，数千个卫星可能需要一段时间来完全部署，并且在本文所设想的一些实施例中，卫星星座运营商可能在早期阶段采用网络设计，该网络设计可以开始产生收入并且在地面上提供有意义的服务，包括较小的卫星群，该较小的卫星群可能无法提供对整个地球的连续覆盖，但是可以提供跨地球的间歇基站立交桥。能够使用更简单的设计来制造第一批卫星可能是有利的，这样可以以更便宜的价格开发和更快的速度部署卫星。例如，天线选择可以是卫星的驱动设计考虑。其中一个考虑是单个天线的射程有限，只能根据航天器的姿态来确定。与具有波束成型能力的相控阵天线等替代实施例相比，该方案的设计、开发、制造和测试可能更简单，使得波束可以指向任何方向而与航天器姿态无关。如果使用更简单的天线技术，则每个基站可以具有快速立交桥/会话机会(例如，每30-60分钟两分钟的连接性)，这取决于链路预算仰角。
除了天线考虑之外，也可以存在质量和功率考虑。可以有意地选择初始使用情况和市场，以降低对初始卫星群的功率要求。作为示例，在全球选定数量的国家中，用于远程IoT/M2M设备和移动电话之间的简单SMS消息传递应用的间歇性蜂窝服务可放松航天器技术要求。例如，如果在澳大利亚、新西兰和菲律宾的国家提供初始间歇服务，则这可能仅需要卫星在轨道上的5-10％的时间发射波束。结果，用于航天器操作的最高功率模式可以5-10％的占空比工作。通过为相对稀疏的用户(与电信服务的密集城区相比)服务于低数据速率应用(例如，SMS)，轨道运行基站可能只需要跨单个LTE资源块或甚至单个200khz宽的GSM载波进行数据业务传输。针对每个载波的发射功率可能仅需要20到30W，针对有效载荷的功率放大器可能驱动航天器功率预算，并且使用容易获得的A或AB类功率放大器在P1dB(放大器线性降低1dB的功率输出)可以允许40-50％的效率。结果，从放大器汲取的功率可能不超过75W峰值功率。因此，航天器“有效载荷”可具有100-125W的峰值功率抽取(在包括功率用于无线电、计算机处理等之后)和不大于10-12.5W的在轨平均功率。对于纳米卫星类总线，这个在轨道上的平均功率范围是适当大小的，其可以是长度、宽度和深度为数十厘米的形状因子(例如，6U纳米卫星将是大约20cm×30cm×10cm)。这种尺寸的卫星能够从部署的太阳能阵列产生50-60W的在轨平均功率，并且将该能量存储在电池中，该电池可以在需要高功率模式的时间期间放电。
随着另外的用例和服务区域被添加到基站的轨道运行星座的服务集/产品线时，具有更大的尺寸、功率和能力以服务更多频谱、更多用户、更高数据速率和更多应用等的增强的航天器可以被投入使用。这些增强的航天器可以与可保持商业可行性的更有限的航天器的初始群共存。在一些实施例中，基站的星座可以包括不同的航天器，考虑到操作约束，具有它们可以适应的不同能力和服务(以及可能多少时间量或什么特定国家)可以简单地被调整大小用于提供有限时间量的覆盖。
在低地球轨道中运行的另一个结果是，虽然小区相对于地球较小(并且因此需要许多卫星)，但是它们相对于地面蜂窝网络而言相当大。典型的地面小区可以具有不超过20-30km的半径，而轨道运行卫星可以具有超过300km的波束半径。结果，在地面上可能有数百个基站小区可以与轨道运行基站同时工作。在频谱单独被分配给空间网络的情况下，这可能不会带来任何挑战，因为空间和地面网络之间的不同频带防止干扰。然而，可以存在一些实施例，其中空间网络充当现有地面网络的扩展并且使用类似或相同的频谱。在获取电信服务的专用频谱存在财务和商业困难的一些情况下，这可能是优选的。将许可证用于由现有地面网络运营商拥有和运营的频谱可能更简单。该实施例可以使用现有蜂窝网络所使用的以上和以外的一些频谱管理技术来消除潜在的小区间干扰。
然而，可以存在其中在空间和地面基站之间共享频谱不包括现有地面网络的动态修改的替换实施例，以及不使用对现有MNO网络基础设施的增强的实施例。由于卫星相对于地面网络移动，所以该管理技术可以涉及时间特征，其中频谱部署随着时间动态地管理。
当卫星在低地球轨道中移动时向UE提供覆盖，它们比地面上的UE移动得快得多(～7-7.8km/s)。结果，网络基础设施是有效移动的，并且地面上的UE可以被认为是静态的(即使它们移动缓慢)。从空间网络的角度来看，如果UE还没有来自地面小区的覆盖，则UE在给定分钟、小时或者甚至天的运动在何时以及在给定时间什么卫星可以提供其覆盖方面相对无关紧要。这个特征可以有利地用于一些网络解决方案中。
本公开描述了用于管理托管基站的轨道运行的基础设施的集合、S-GW、MME和/或P-GW功能性的实施例。虽然轨道运行星座的动态运动使得移动性管理更复杂，但是由于更独特的要求，轨道动态的可预测性可以被利用以通知网络的未来状态空间，其进而可以通知/预期用于针对许多功能的控制平面操作。在网络级，理解等待时间、路由和理想覆盖模式/操作是复杂得多的计算，因为这些事情在地面移动网络部署中通常是静态的或恒定的。网络IP业务路由可以是动态的，并且随着轨道运行基础设施和地面基础设施相对于彼此间歇地连接和断开而移动。
除了移动性管理挑战之外，还存在与基站的RAN部署挑战。除了地面RAN部署所面临的典型挑战之外，每个卫星的运动固有地意味着它可以在任何时间点覆盖地球上的每个点。结果，基站可以作为轨道中不同点处的不同地面网络的扩展来操作。特定频率可以在地球周围不同地许可，MCC、MNC、主信息块和系统信息块可以改变。所使用的特定技术(2G、4G等)可能改变。结果，也可能存在这些要求的记录和动态地重新配置基站设置以适应它正在向其提供服务的特定位置的控制器。
任何给定的卫星或可用的无线电接口在离开之前可能在几分钟内对用户可用，而另一个不同的空中接口变得可用的事实，也对基于空间的电信网络产生了其他联网信令延迟的挑战。
好的示例是认证询问。任何试图连接到网络的设备可能理想地想要在比卫星立交桥时间短的时间帧中认证到网络，否则，它可能永远不能认证到网络。通常，在漫游网络或远离归属网络认证数据库操作的网络(例如空间中的网络)上的认证可能花费可能掩饰卫星立交桥的时间量。该网络可以被设计为增加立交桥时间，但是当考虑轨道运行电信基础设施的网络时，实现快速认证过程或者处理落后的认证变得重要。
另一示例可以是空间网络(作为漫游供应商)和地面网络(作为归属网络)之间的交互。对于每几分钟飞行的卫星，网络可能需要管理其如何发送针对每个卫星的跟踪区域码，因为每次UE经历TAC的改变，或者正在由不同的VLR/MME服务时，其可能自动地更新其位置。这可能需要归属网络上的HSS更新，并且如果每个用户需要每几分钟更新他们的位置并且全球网络上的用户数量代表跨越世界的大地理区域(数亿或可能数十亿的用户)的典型电信订户计数，则可能导致相当大的网络开销。
最后，在基于空间的电信网络中，电信业务的切换可能是复杂的。由于每颗卫星在给定区域上可能仅具有几分钟到十分钟的立交桥，因此根据所部署的轨道和天线，可能需要在卫星网络中进行永久切换信令以适应每颗卫星的变化的覆盖。除了UE之间的切换之外，基于卫星位置的变化状态、以及由此的网络延迟的可变状态、以及从轨道运行基础设施和地面上的基础设施(其充当到地面移动网络、因特网等的网关)的路由，卫星间链路中的切换也可能是挑战。这些可以使用本文所述的方法和装置来解决。
A.网络设计考虑/概念
取决于航天器蜂窝网络寻求实现的服务水平，以及对于多少用户，可以以不同的配置来设计空间网络RAN的RF前端。对于与诸如IoT或M2M设备等设备相关的服务应用，其中数据速率要求较低并且设备可能稀疏地分散在远程区域中，可能存在对期望的服务频谱量上的EIRP的降低的要求。服务频谱量可由卫星网络需要服务多少用户来驱动，具体地，频谱需要针对需要使用卫星网络的单点波束内的同时用户的数量来确定大小。
基于卫星的移动网络可以被配置/设计为与下面的地面移动网络相一致地操作，并且因此仅部署足够的频谱来填充如本文所述的地面移动网络的间隙。在这种配置中，可以将频谱的小条分配给空间网络，以覆盖仍然没有覆盖的低人口密度区域，而可以将大部分分配给地面网络(其中地面小区更小并且可以更密集地重用频谱)以覆盖高人口密度区域。这种配置可以被采用用于旨在用于可以廉价购买的基于远程蜂窝的IoT设备(例如，基于GSM或基于LTE)的服务。对于IoT使用情况，较低的信号电平要求允许链路的卫星端上较低的EIRP，以便以期望的数据速率关闭下行链路。较低的EIRP允许在某种程度上减少卫星Tx功率要求和天线尺寸之间的折衷。天线的尺寸可能驱动网络中的其他设计因素，例如天线方向性和波束宽度，以及因此点波束尺寸，这也驱动频谱可以被空间网络再利用的频率。这是以更多卫星或每颗卫星更多点波束的交易来实现的，从而提供轨道覆盖以便实现对地球的无处不在的连续覆盖。配备了一些数量的点束的每个卫星提供了对由点束限定的地球的总区域的覆盖，该总区域被称为覆盖区域或覆盖覆足迹(footprint)。
A.1确定卫星的最佳数量
卫星网络可以被设计为具有一定数量的卫星，每个卫星具有一定的覆盖足迹，并且每个卫星具有一定数量的潜在点束。对于覆盖区域不重叠的有限数量的卫星，地面上的服务可能变得断断续续，这对于世界上不存在地面覆盖的偏远地区的特定使用情况可能是有用的。取决于卫星轨道和覆盖区尺寸(以及覆盖区内的波束如何操作)，网络中的给定卫星的覆盖时间可能在一分钟到十五分钟之间。取决于卫星的数量和卫星所处的轨道，可以每十二小时、六小时、一小时、三十分钟、十分钟、一分钟等等存在一次这种水平的连通性。随着更多的卫星被添加到网络，在连通性上可能存在较少的间歇性。
作为示例，下面的表5可以描述立交桥的数量、连接的分钟、和立交桥之间的时间如何作为卫星数量的函数而缩放。该特定示例分析了在围绕地球的503km圆形轨道中、相对于赤道倾斜51.6度的卫星。卫星将在三个唯一的重复地面轨迹内围绕地球等距地间隔开。在该分析中，假定卫星基站具有描述卫星覆盖区的大约45度的最小仰角。表5中的每行和每列中的值的范围可以对应于赤道和高纬度(或低纬度)处的服务变化。具体地，在这种情况下，较好的服务号码(更多的立交桥、较长的连接时间、和较短的间歇间隔)对应于在大约51.6度N或51.6度S的纬度处的所有经度，两个号码中较差的对应于赤道的所有经度。
表5
A.2轨道配置
基于空间的基础设施可以位于各种不同的轨道中，可是GEO、MEO或LEO轨道。GEO轨道可以是圆形的，并且在距离地球表面约35,786km高度处运行。GEO轨道可以是赤道的或倾斜的，具体取决于地球或其下的其他轨道运行航天器的期望的覆盖动态。MEO轨道也可以是圆形的，并且在LEO的上边缘(约2,000km高度)和GEO(约35,000km高度)之间的高度处与赤道倾斜一定角度。LEO轨道也可以是倾斜的，这取决于覆盖范围要求，并且在约250km到2000km之间的高度上运行。在低于450km的高度，大气阻力是航天器推进要求的重要驱动力。
通常，倾斜角对应于期望的纬度覆盖。极地(90度倾斜)轨道可以提供对90度南北纬之间的所有经度(例如，整个地球)的覆盖。作为示例，中间倾斜轨道，51.6度倾斜(国际空间站倾斜)，提供了对南北纬51.6度(加上其覆盖足迹的角半径或“半地角”)之间的所有经度的覆盖。赤道轨道提供覆盖区域的半个地球角度之间的所有经度，以度为单位，南北纬。
高度偏心的轨道可用于在网络中提供重复的但扩展的特定地理区域或较低轨道的覆盖。高度偏心的轨道在轨道的较高高度部分提供慢的移动速度(提供延长的或更延长的覆盖范围)并且在轨道的较低高度部分提供更快的移动速度。地球的较高海拔部分在偏心轨道中的位置可以相对于地球或期望的覆盖区域移动。高度偏心的轨道受近地点辐角进动的影响，然而，如果相对于赤道倾斜63.4度，则该长期进动被消除。这种轨道可以被称为Molniya轨道，并且可以用于固定地球上特定区域或更低轨道(例如LEO)中的轨道停留时间。
在星座中可以使用各种轨道，其中GEO、MEO和LEO或其某种组合托管各种网络元件并且通过用于空间网络的ISL和地面站，该空间网络在服务相同UE订户池并且为相同UE订户池提供移动性管理的同时与地面网络通信。
A.3空间网络部署阶段/样式
基于空间的RAN可以被部署为自己的网络，拥有自己的频谱资产，这使得其RAN频率许可证的部署相对简单，特别是当使用少量卫星时。
备选地，基于空间的RAN可以被部署为全球共享漫游网络，其中存在与MNO达成协议的、使用现有地面MNO频谱的分许可证。在这种情况下，如果频谱没有被严格分配给空间分量，则频谱的部署可能需要与地面MNO网络的动态协调。在间歇星座的情况下，这可能是不期望的，其中来自空间分量的覆盖仅可以由LEO基站每15、30、60、120或360分钟提供若干分钟。
在空间网络不工作的时间期间，地面网络可能能够利用其否则在轨道中上方时将在其上工作的频谱。结果，可能希望知道某个卫星何时在其上方，并且能够提供与下方的网络中的现有地面小区重叠的覆盖。
如本文所述，进一步对于基站星座的定相发展的点，新颖方法可用于计算卫星网络的理想操作过程/路线，该卫星网络可包括不具有波束成型天线的卫星基站和具有波束成型天线的卫星基站。卫星通常被限制为符合由地面上的规定所强加的要求，并且还避免了彼此和其他地面小区的干扰。另外，星座中的每个卫星(或者可能甚至选择卫星的“群”或“生产运行”)可以具有不同的技术能力。示例可以包括最大功率汲取要求、轨道平均功率摄入、电池容量、其可以部署的频谱带宽、有效载荷/基站占空比要求、推力、姿态控制、存储器、处理功率等。
共享通信网络中的航天器之间的技术能力的可变性可以使用这些技术来处理。当星座图是同相构建的时候，这可能是有用的。发射数千颗卫星的星座可能花费数年时间，并且同时，开发小卫星群以提供针对特定使用情况的初始服务可能是带来收入的冒险。特定示例可以是IoT/M2M使用情况，其可以以间歇和不一致的方式受益于远程区域中的连接。对于间歇服务，也可以有其它使用情况，例如来自手持机的存储转发SMS消息。
对于早期使用情况，较少和能力较低的卫星都是期望的，因为这可以降低资本投资成本。这样的示例可以是波束成型阵列，其可能花费时间和金钱来良好地开发。结果，一打或两打非波束成型卫星的初始星座可以被部署到LEO中用于初始服务。随着时间的推移，可以开发和发射新卫星，而旧设计可以继续操作。可以考虑设计以确保初始和新卫星的软件兼容性(或可升级性)，使得它们可以一起共生地操作。
随着时间的推移，随着新卫星的逐步进入和逐步退出，它们的能力可以被单独地记录在本公开所利用的并且稍后在本公开中描述的数据库中。当添加和更新该信息时，如本文所述执行的计算可适应操作变化。
A.4网络架构示例
空间网络可以采用具有与地面LTE网络类似的结构的架构，但是具有主要在EPC和E-UTRAN内部的若干增强的和附加的元件。虽然这些增强允许基于空间的蜂窝网络的最佳功能，但是它们保持与地球上的标准地面网络通信的能力，而不必要求任何修改。然而，作为示例，可以存在这样的实施例，其中类似于基于空间的网络，也增强了地面移动网络，以与更复杂的频谱共享技术兼容。另外，在另一实施例中，可以存在增强的UE，终端用户手持机在考虑到天基蜂窝网络的增强的情况下被修改。作为示例，可以使用控制平面或用户平面(例如，手持机应用)通过EPC(在地面上或在太空中)提供由空间网络提供的可预测的立交桥机会。这对于优化网络扫描过程以便于在UE知道它可能变得可用时连接到空间网络可能是有利的。
在一个实施例中，对网络架构的增强可以涉及MME、基站、HSS以及可能的UE。在该实施例中，可以将直接影响基于空间的基础设施中的网络节点的操作或受其影响的附加元件添加到空间网络架构。这些附加元件可以包括网络数据库(Net DB)、网络遥测、跟踪、控制、命令和数据处理(TTCC&DH)功能以及航天器飞行软件系统。空间网络中的附加元件可以与增强的MME接口。该接口可以以软件形式出现。
空间网络可以作为分布在卫星和地球周围的地面站上的基础设施组件的集合来操作。每个航天器可以托管飞行计算机或计算机的集合，如果卫星上的卫星间链路无线电设备和地面站无线电设备可用的话，其可以与网络交换机接口。每个飞行计算机可以被分配用于特定的网络节点功能(例如，增强的MME、S-GW、P-GW等)，或者单个飞行计算机可以在一个封装中采用那些功能，作为“盒中网络”。单个计算机可能能够运行基站(可能是多个基站)、增强MME、增强HSS、S-GW、P-GW等的虚拟实例。
对本文描述的LTE架构的增强可以被实现为在网络的一些节点上执行的软件，并且具体地被实现为API或软件库。这可以涉及使用现有的生产/商业质量LTE栈软件。代替对测试良好的现有产品代码的直接修改，增强可以在单独的软件应用、软件库或代码库中操作，这些软件应用、软件库或代码库可以用于通过配置、控制到产品LTE栈实现的现有接口或与之通信来实现期望的增强。因此，虽然本公开描述了对LTE栈节点的增强，但是应当理解的是，这可以使用一些现有组件或全新组件来完成。一些实施方式可能不需要在字面上修改现有LTE栈中的每个软件节点或功能。这也与任何3GPP栈(例如，2G GSM/GPRS、3GCDMA/UMTS等)有关。
网络可以作为IPv6网络操作，从而在网络中的每个卫星和地面站上为每个计算机实现静态IP地址。卫星间链路(ISL)和地面站链路(GSL)可以作为轨道上和地面上的物理基础设施之间的持续链接的IP隧道来操作。在地面，电信盒中网络的实例将通过IPv4/IPv6与因特网和其它电信网络接口。
每个ISL和GSL隧道实际上可以包括多个承载。一个或一些承载可以专用于网络控制平面业务、网络用户平面业务、飞行计算机遥测、跟踪、命令等。承载可以基于优先级以加权方式建立，并且给予可用于为空中接口建立的任何数据速率链路的可用带宽。当卫星绕地球轨道运行时，相对于地面站和网络中的其他卫星移动，隧道可以在节点和承载之间切换，并且可以重新建立。例如，每个航天器可以具有一定量的存储器缓冲器，以适应在到因特网的服务接入点名称(APN)的全隧道连接中具有间隙的不完美的切换。
图9示出示例网络架构。增强LTE网络902可以操作能够保持与标准地面网络904和标准地面网络UE924的兼容性的功能节点的集合。增强网络可操作包括增强的基站926的增强的E-UTRAN 914。增强EPC906可以托管与地面EPC类似的元件，但是使用增强的MME 916、增强的HSS 910、状态空间数据库(SSDB)928、增强的S-GW 932、增强的P-GW 934、PCRF 936、TTCC&DH系统918、以及航天器飞行软件908。增强EPC可以维持其自己与PDN服务器938的连接，该连接可以不同于标准EPC具有的到PDN服务器930的连接。增强的MME可以维持到归属地面网络中的标准HSS 920的S6a连接。增强的S-GW将维护与标准P-GW 940的标准S8接口，其可以管理与归属网络PCRF数据库922的标准接口。增强UE912也可以用于网络中。
图10示出关于可能正托管它的硬件的空间网络架构。在网络中可以存在卫星1012和1014，在网络中可以存在地面站1016。卫星可以通过ISL 1002彼此连接，在一个实施例中，该ISL可以是IPv6承载隧道。这些隧道可以被分配特定的带宽，该带宽在用于不同功能的承载之间被分割。在现有技术中，在用于每个接口的每个卫星间链路隧道中可以存在承载，否则这些承载可能在地面网络中被处理。具体地，可以存在用于网络控制平面1006(包括X2-CP、S11、S10、S6a、S5、附加控制接口等)、网络用户平面1008(包括X2-UP、S1-UP、S5、附加控制接口等)、和TTCC&DH平面1010(包括一个或多个网络接口)的承载。卫星可通过GSL1004连接到地面站。
这些GSL可以是IPv6承载隧道，并且也由用于特定网络平面的承载分开。为了创建连接以建立这些隧道，每个卫星配备有无线电和其它设备。ISL无线电1018和GSL无线电1044分别用于与其它卫星和地面站通信，并且实现用于ISL和GSL的PHY或L1协议。每个卫星可以包括其他计算机，例如网络计算机1022或飞行计算机1038，其运行实现特定功能的软件。例如，网络计算机可以实现状态空间数据库1024、增强的HSS数据库1026、增强的S-GW和P-GW 1028、增强的MME 1030和增强的基站1032。增强的基站1032将控制实现LTE-Uu接口链路1034的PHY并且与现有标准UE1036兼容的无线电设备。飞行计算机可以实现TTCC&DH功能1040以及飞行软件1042，以控制航天器上托管的各种子系统(例如，姿态控制、推进器控制、致动器控制、电力系统控制、热控制等)。空间段卫星中的每个计算机可以与网络交换机1020接口，在一个实施例中，该网络交换机可以是IPv6交换机。地面站可以实现本身不提供基站功能性并且可能不托管航天器上托管的整个飞行软件包的网络计算机和飞行计算机。在一些实施例中，地面站可以实现飞行软件。
A.5托管移动网络基础设施的卫星平台
在为所述移动网络提供基础设施的轨道中的航天器可以包括容纳电子设备的某个结构，该电子设备例如计算机、无线电设备、处理器、存储器、导线、电缆、致动器等。航天器可以使用用于处理的机载计算机和运行操作系统的存储器。操作系统可以容纳旨在在卫星上运行各种功能的软件程序。这些软件程序中的一个可以是控制连接到计算机的无线电接口的虚拟电信软件栈(以实现RAN和/或核心网络)。操作系统还可以托管同时控制航天器上的命令和数据处理系统的软件，该软件从传感器收集遥测数据和数据，或者以软件计算，并且处理基于内部反馈控制回路(或者可以在地面上运行的外部反馈控制回路)自主执行的命令，或者从地面控制中心手动执行的命令。航天器软件可以用于控制致动器，该致动器管理其姿态(反作用轮、磁力矩器等)以及其轨道中的速度/轨迹(例如，推进器)。致动器也可用于延伸或缩回航天器上的可展开结构。
航天器可以具有太阳能电池板，以收集太阳能来给电池充电，并将所需的能量分配给航天器中航天器需要运行的各种组件。航天器可以具有处理器，该处理器运行软件以监视和跟踪各种遥测读数，并将它们存储在存储器中，包括位置、速度、加速度、方向、电池容量、阵列中的功率、质量、燃料质量、惯性矩阵、组件健康/遥测读数等。
航天器可以托管机载GPS接收器以跟踪和计算其速度、位置和加速度。如果GPS不可用(例如，如果卫星处于GEO中，或者可能MEO太高)，则可以实现其他技术以向航天器的内部计算机提供航天器的位置和速度数据，例如在特定位置处使用已知地面站的信号测距和多普勒测量。诸如星象跟踪仪、IMU、相机、水平传感器、陀螺仪之类的机载传感器可用于计算航天器在诸如地球中心惯性的特定坐标系中的取向。此外，这些机载传感器能够计算航天器在惯性空间中旋转时的角速率。
航天器可以配备有控制系统，该控制系统可以被编程为执行与指向相关的特定任务，例如回转、惯性保持(例如，在惯性空间中维持恒定的取向)、天底/天顶指向保持等。此外，该控制系统可以实现轨道位置和维护的控制，或许基于状态空间预测引擎的输出来确定飞行中的最佳机动。该控制系统可以实现用于精确状态测量的卡尔曼滤波器，并且基于控制法则-诸如由PID控制器实现的那些法则，在特定时间段上进行特定的操纵。
航天器可以配备有天线，该天线以机械方式在航天器上定向，使得其在航天器的机身框架中的指向向量
是已知的。航天器可以实现能够波束成型的相控阵，在这种情况下，航天器可以跟踪、监视和改变针对相控阵覆盖足迹中的一些波束i的
这些天线技术可以用于与UE的LTE-Uu链路。ISL可以用作可以在不同航天器上托管的重要网络节点(例如，基站、MME、S-GW、P-GW、PDN等)之间的连接，馈线链路可以用作空间网络与现有地面网络(例如，地面移动网络、因特网等)之间的连接。
航天器平台可以具有多个系统，对于这些系统，操作员可期望存储遥测数据或健康数据。航天器的遥测可以被存储为针对航天器的精确测量，例如电压测量、电流测量、温度读数、功率指示器、电池充电、太阳能摄入、功率汲取、操作模式、软件应用的状态等。来自航天器的遥测可被处理以确定卫星的功能性和作为故障的结果的任何操作约束。特别地，卫星或地面系统可以使用遥测智能来消除或阻碍航天器与其他卫星、地面网关或UE建立连接的能力。这可以用于创建逻辑，该逻辑基于来自卫星的遥测下行链路自动地切换网络状态预测器引擎中的节点连接机会的开启和关闭。
B.增强的移动性管理实体(MME)
在蜂窝网络中，UE可期望连接到蜂窝网络基础设施的覆盖区域可以是被划分为小区的覆盖区域，其中一些小区与其他小区重叠，并且覆盖区域可能包围不具有任何小区覆盖的一些区域。通常，覆盖区域中的小区可以被认为是静态的，例如在小区的覆盖范围源自具有固定位置和固定能力的固定塔或收发器的存在的情况下。这种收发器通常被放置在期望覆盖的地方和/或考虑到这些小区中预期的UE数量而具有成本效益的地方。
在具有由轨道站提供的服务的无线网络中，由于比GEO更接近地球表面的卫星将相对于地球表面移动，所以覆盖区域可能预期在短时间段内改变。如果基于地面的蜂窝网络节点和基于轨道的蜂窝网络节点使用单独的协议和通信标准，则不需要关心它们的不同特性，因为两个网络可以使用不同的频带、不同的编码等共存以避免干扰重叠。然而，当地球网络节点和轨道运行网络节点使用相同的协议和通信标准，以允许UE使用相同协议和通信标准无缝地关闭与轨道运行网络节点的链路以关闭与地面网络节点的链路时，协调和共存变得更加复杂，部分原因是轨道运行网络节点的轨道移动。如本文所解释的，这可以通过网络节点之间的协调来解决。
为存在于该覆盖区域中的UE提供无线覆盖的空中网络的覆盖区域可以在逻辑上由多个多边形表示。尽管参考了多边形，但是应当理解的是，本文所述的方法和设备对于不是严格多边形的封闭形状同样适用，该封闭形状例如为椭圆形、圆形和具有一些弯曲边界和一些直线边界的不规则形状。在一些实例中，覆盖区域的一些多边形对应于地面蜂窝网络小区。使用多边形覆盖区域或至少一些覆盖区域可以是预测使用、适用于特定多边形的法定管辖区域(例如，覆盖特定国家的一部分的多边形、覆盖本身不具有管辖控制的开放海洋的多边形等)和/或覆盖可行性的函数。
在一些实施例中，覆盖区域首先由网格点的集合来表征，并且那些网格点被聚集成多边形，而在其他实施例中，限定多边形时不必参考网格点。在表示多边形的集合的数据库中，基于每个多边形的记录可以包括关于多边形的边界、该多边形中适用的法定管辖范围、在该多边形中建立无线链路时使用的协议和标准的细节以及关于该多边形的其他信息。网格可以包括网格或虚拟地表示地球或多边形的集合的有限元模型等的一些其它方式。覆盖数据库可以包括网格点和多边形覆盖区域，其中，在覆盖数据库中为相应基站参考多边形覆盖区域，并且其中，相应基站包括至少一些静态覆盖地面基站、使用波束成型的至少一些静态覆盖轨道基站、以及使用动态波束的至少一些动态覆盖轨道基站，当至少一些动态覆盖轨道基站在相应轨道中移动时，动态波束在覆盖区域上移动。
在覆盖区域由地面网络节点和轨道运行网络节点两者支持的情况下，节点可以协调。在示例中，地面网络节点是作为蜂窝网络广播塔的部分的收发器，而轨道运行网络节点是作为卫星的部分的收发器。塔可以支持多个节点，而卫星可以支持多个节点。协调可以由移动性管理实体来完成，移动性管理实体可以是执行软件并且具有允许移动性管理实体从节点获得信息并且向节点发送信息的通信信道的计算机系统的形式。在一种方法中，移动性管理实体(MME)计算特定时间段的覆盖区域的多边形的集合，并且可以在该时间段之前这样做，从而允许有足够的时间将多边形的集合的细节传播到在需要该信息之前将使用该信息的节点。
可以根据本文别处描述的过程来计算多边形的集合，但是可以考虑卫星上的节点的预测状态(例如，位置、功率、取向、节点是否能够在节点本身移动通过空间时在覆盖区域中维持稳定波束等)。如本文所解释的，随着节点移动，多边形的集合可以改变，并且被分配以覆盖特定多边形中的链路需要的节点也可以改变。在第一节点被分配以覆盖多边形中的链路需求并且第二节点不被这样分配，但是第二节点能够使用与第一节点相同的协议、信道和标准进行传输的情况下，第二节点可以被编程为在第一节点被分配以覆盖这些链路需求的时间段期间推迟并且不使用这些协议、信道和标准。
考虑到多边形的集合和MME可用的其他数据，节点可以被调度为在某个时间段、某个频率信道、时分复用帧内的某个时隙等中不操作。在节点是轨道节点(也许这也适用于地面节点)的情况下，可以基于节点可用的功率或功率不足、节点处的热量积聚以及考虑到可用于覆盖区域的节点的操作状态的其他考虑，将节点调度为在特定时间内不活动。
一些轨道节点可能具有波束成型天线，其允许波束在地球表面的区域上保持一段时间，而其它轨道节点可能限于相对于卫星稳定的波束，因此波束在地球表面上移动而不是保持在地球的表面的区域上。在轨道节点的波束覆盖或接近特定多边形的覆盖的情况下，轨道节点可以被分配来处理该特定多边形中的UE的链路需要，而可以到达该特定多边形的地面节点被指示延迟并且不使用由轨道节点使用的空气资源。除了完全延迟之外，还可以在节点之间进行一些协调，使得具有重叠覆盖的相邻节点同时操作，但是在不同的频率、代码、时隙等上操作，使得它们不会完全破坏性地干扰。
通过MME获得状态信息并计算分配，并且预先传送那些分配，即使当网络的节点中的一些在轨道中快速相对于地面节点移动并且重叠地面节点时，蜂窝网络也可以有效地操作，地面节点中的一些可能比轨道节点更靠近UE。在一些情况下，可能存在一些移动的地面节点，例如在无人机、气球等上，但是那些可能被视为相对于轨道节点静止。
现在将描述对MME的更具体的增强。
对MME的增强包括状态空间预测引擎，其使用一系列数据库来通知轨道动态的虚拟仿真；卫星导航、引导和控制；有效载荷操作；分离的网络节点之间的RF链路预算等；以生成关于网络的未来状态的可行的情报。可以从仿真中推断出这种可行的情报，并将其打包成类似基于时间的存储命令，这些命令调用或触发在MME、基站或甚至UE中的网络信令事件，该网络信令时间可优化网络路由、网络节点的连通性、网络基础设施的功耗、频谱资源分配、基站操作、航天器操作等。期望的优化算法可以被存储为数据库，该数据库可以随时间变化并且是可读和可写的，使得可以取决于外部变化/影响(例如紧急情况/灾难)由(NOC)访问和重新配置。
MME增强可以采取在与MME相同的计算机上运行的外围应用的形式，或者可以采取在分离的处理器上运行的外围应用的形式。该增强利用了四个可能不同的数据库，其可以由空间网络中的NOC或TTCC&DH系统来通知。
历史网络状态空间(HNSS)数据库可以包括历史数据，包括卫星位置、速度、姿态速率、网络操作/状态以及网络日志文件。当卫星下行传输它们的遥测数据或卫星遥测数据被收集时，HNSS数据库由TTCC&DH系统通知。
网络模型(NM)数据库可以包括表征需要被模拟的环境的数据，以及网络中的每个卫星的操作能力/特性。当卫星被添加到网络中，并且卫星发生故障或死亡时，NOC或来自TTCC&DH系统的异常遥测可改变每个航天器的操作特性的状态。
星座位置寄存器(CLR)数据库是对HLR特征的基于空间的对应，并且存储关于UE和网络相关兴趣点的定位信息。UE定位信息可以由所记录的用于每个UE的跟踪数据来更新，所记录的跟踪数据被存储以发送到CLR和HSS。NOC可更新、删除或添加网络操作的相关兴趣点。
星座策略和规则(CPR)数据库存储关于网络空间硬件的飞行操作规则的信息，以及网络的相关虚拟关注点的策略和QoS要求。CPR可以由NOC更新。
这四个数据库包括网络状态空间预测引擎所使用的信息。网络状态空间预测引擎使用轨道动态过程、航天器姿态动态/控制过程、以及链路预算/RF系统过程来准确地仿真和预测未来的基于空间的网络的状态。网络状态空间预测引擎可以利用基于数据库中的策略、规则等来优化网络操作的一些优化过程。
网络状态空间预测引擎可以为空间网络中的各种元素生成一系列路线。在一个实施例中，可以存在三个分离的路线集。一个可能是航天器路线，可以被设计为由空间网络中的飞行软件使用。另一个可能是核心网络路线，可能旨在递送到每个卫星中的增强的MME功能。最后，可能存在RAN路线，将由卫星网络中的基站使用。由于每个航天器是EPC和/或基站的主机，因此这些路线可以被打包到称为状态空间(SS)数据库的公共数据库中。该数据库可以分布在整个网络中，由每个航天器使用。
图11示出描述可以被实现为将由增强的MME使用的附加特征的过程的流程图。增强的MME可以用预测网络的未来状态空间的过程来管理移动性。为了做到这一点，它可以利用四个数据库，即历史网络状态空间数据库1102、网络模型数据库1104、星座位置寄存器1106、以及星座策略和规则数据库1108。这些MME可以从TTCC&DH系统或NOC接收信息，并将该信息存储在这些数据库中。这些MME可以将信息馈送到网络状态空间预测引擎1110，其将使用轨道力学和姿态动力学以及链路预算预测软件来分析可能的网络连接场景(对于基站、ISL、GSL等)。根据该分析，网络状态空间预测引擎将生成路线，即航天器路线1112、E-UTRAN路线1114、和EPC路线1116。这些路线可以包括关于如何在TTCC&DH控制平面、EPC控制平面、以及E-UTRAN控制平面中管理/操作的相关信息(例如，基于时间的控制平面信令命令)。这些路线可以被组合到一个公共状态空间数据库1118中，该数据库被建立来支持增强的MME，因为它包括用于在将来的某个时间量中基于空间的基础设施的网络操作信息。
B.1历史网络状态空间(HNSS)数据库
图12是历史网络状态空间数据库1202的图示。数据库1202可以包括网络卫星的记录的位置1204、网络卫星的记录的的速度1206、网络卫星的记录的姿态/方位1208、网络卫星的记录的姿态速率1210、记录的网络状态空间数据1212、以及记录的网络日志文件1214。
B.2基站、UE和GS位置和速度的数据库
图13示出网络中的各种平台的场景，这些平台可以被跟踪并且它们的状态空间被存储。轨道运行基站1302可以利用通信系统(例如，天线和RF前端)在某个轨道高度1324处围绕地球运行，该通信系统可关闭到利用诸如GSM、EDGE、CDMA、LTE等某个3GPP协议的标准UE 1330的通信链路。轨道运行基站可以经由地面站IP交换机1328保持到地面的连接，以接入因特网和其它MNO供应商网络。轨道运行基站可以具有由一系列状态空间向量最好地描述的位置、速度、加速度和取向(或姿态)：位置
1310、速度
1312、加速度
1314和取向
1316。这些状态空间向量可以在任何坐标系中表示。通常，在以地球为中心的、随地球的身体旋转的地球固定的(ECEF)或在惯性空间坐标系中保持固定的地球中心惯性(ECI)中跟踪卫星状态向量。
网络计算机或轨道运行基站可以维持轨道运行对象在惯性空间中的位置的表示，可能表示为大小为3×1的向量，以表示卫星在三维坐标系中的位置，如等式1所示。
网络计算机或轨道运行基站可以维持轨道运行对象的速度的表示，并且可以以类似的方式存储加速度，如等式2和等式3所示。
各种组件可以存储位置、速度、加速度等的表示。一种存储方法是存储刚体在三维坐标系中的取向。一种表示使用欧拉角，其中存储在3×1向量中的三个角表示围绕三个轴的以度为单位的旋转，表示在旋转或固定参考坐标系中。一种表示使用滚转、俯仰和偏航，其表示围绕旋转物体的主体框架中的z轴、然后是主体框架的y轴、最后是主体框架的x轴的轴向旋转(通常表示为z-y′-x″旋转)。另一种表示使用章动、进动和自旋，其表示围绕固定坐标系z轴、然后围绕x轴、然后再次围绕z轴(z-x-z)的轴向旋转。又一种表示将取向信息或姿态信息存储为四元数，该四元数是表示旋转轴和角度的4×1向量。存储为欧拉角的轨道运行对象的取向向量可采取等式4所示的形式。
轨道运行对象通常可以容纳姿态确定和控制系统(ADCS)，ADCS可以确定并随后控制(使用致动器向航天器刚体提供扭矩)其在三维空间中的取向。使用该系统，可以规划姿态重定向机动，并且可以跟踪基站的角速度
甚至可以预测未来的角速度。
轨道运行基站可以向地面上的某个覆盖足迹1326的范围内的UE提供覆盖。该覆盖区域可以包括单个或多个点波束，利用多个孔径、相控阵等技术来提供足够的RF覆盖。
在轨道运行基站下方，可以有在无人机1308、气球1306、或塔1304上操作的其他基站，其在惯性空间中也具有某个位置、速度、加速度和取向，或者可能是地球固定坐标系。类似于轨道运行基站，它们也将具有覆盖足迹，可能包括由多个天线或阵列生成的覆盖区域。除了基站之外，还可以存在UE1330，其在坐标系中也具有位置、速度、加速度和方向。
在每个基站的位置和速度已知的情况下，可以对限定网络中每个基站相对于彼此的位置和速度的向量进行计算。类似地，每个UE的已知位置和速度允许计算描述UE到轨道运行基站的相对位置和速度的向量。例如，描述轨道运行eNB和UE之间的关系的向量可以是相对位置1318、相对速度1320、和相对加速度1322。
在当前的蜂窝架构中，发射塔的GPS位置通常被记录和存储，使得经由三角测量的相对定位可以基于已知的坐标系生成特定的位置结果。在网络级跟踪UE位置，但不比识别特定服务塔或发射器或基站的网络位置代码和ID更精确。有时，跟踪仅限于服务MME，该服务MME可以仅指定由该MME控制下的任何基站所覆盖的特定地理区域或区域。结果，典型的地面网络不知道UE经由RF空中接口和控制平面的位置和速度。一些应用可以记录GPS位置并且使得能够经由服务器进行后端跟踪。然而，在这些场景中，只有用户具有到跟踪设备上的GPS读数的适当IP服务器的连接，才能跟踪用户。
如Speidel I中所述，所提出的轨道运行移动网络可以基于来自RACH上的UE的RF信号(例如，不需要手持机GPS)来实现空中接口测量，以足够准确地测量位置和速度，以存储和维护可以用于移动性管理的这些状态向量的数据库，这将在此更详细地解释。
所提出的使用轨道运行基站的架构提出了需要使用不断地移动并且非常快速地移动的网络基础设施来管理网络通信和业务路由的挑战。然而，轨道力学和与遥测测量相结合的充分建模可以允许精确预测整队轨道运行基站的未来状态向量。
网络元件位置和速度的数据库还可以包括服务于卫星网络的许多地面站的位置和地址。数据库甚至可以存储网关在某个坐标系中的取向，该取向将天线的指向与卫星被跟踪的坐标系相关。
C.网络模型描述数据库
图14示出网络模型数据库1402。数据库可以包括针对地球的重力模型1404、针对地球的大气密度模型1406、针对地球的磁场模型1408；航天器总线系统的模型1410，航天器致动器1412，例如推进器、姿态控制器等的模型，在每个航天器上的网络中的每个天线的模型，主要是用于链路预算的天线辐射方向图1414，以及包括太阳、月亮、地球等的位置的太阳能系统的模型1416。
C.1地球引力模型
可以使用地球重力场模型的数据库，使得卫星上来自地球引力的力可以基于卫星的当前和未来位置。地球的引力模型可以采取各种形式-一些提供了计算的准确性和及时性之间的折衷。例如，可以实现地球的简单球形重力模型，可以实现地球的WGS-84椭圆重力模型，或者可以实现使用描述地球的带状谐波重力场的系数的项的n阶求和(例如，通过J4的谐波可以足够准确)。各种选项提供加速度计算的变化的保真度和及时性。可以存储许多模型，使得可以调用函数来计算作为卫星相对于ECEF坐标系的位置的函数的加速度。
由卫星上的重力梯度力产生的扭矩可以等于作用在卫星上的重力与描述卫星质心相对于卫星重心的位置的向量的叉积。重力通过卫星的重心起作用，并且卫星如等式5中那样绕其质心旋转。
C.2地球大气模型
地球的大气模型也可以被存储以支持由于阻力引起的轨道和姿态扰动的计算。所实现的大气模型可以是一个或多个，例如NRLMSISE-00、Jaccia、JB2008等。支持状态空间预测的这些模型的输出可以是密度和温度，它们是驱动卫星上的大气阻力的大气特性。除了大气密度之外，卫星的弹道系数也驱动大气阻力计算。
卫星上的拖曳力可以作为卫星在轨道中的位置、在轨道中的速度、日期/时间(取决于模型)、要使用的大气模型以及卫星的定向的函数来计算，如等式6中所示。
由大气阻力(atmosphere drag force)在卫星上产生的扭矩可以等于作用在卫星上的阻力与描述卫星质心相对于卫星压力中心的位置的向量的叉积。阻力通过卫星的压力中心起作用，并且卫星如等式7中那样绕其质心旋转。
C.3地球磁场模型
地球磁场也可以被建模。当磁性元件被用于航天器上以进行姿态确定和控制时，该模型可能是有用的。这在LEO轨道中特别有用，其中地球磁场具有易于测量和/或使用机载磁力矩器推斥的绝对值。磁场模型可以采取各种形式，类似于地球的重力模型。该模型可以允许计算或查找作为卫星位置和期望测量的日期和时间的函数的在卫星位置处的场。磁场模型的一示例是国际地磁参考场(IGRF)、世界磁模型(WMM)或增强磁模型(EMM2105)等，如等式8中所示。
由卫星上的磁力产生的扭矩可以等于航天器的磁偶极子(由磁致动器有意地引起，但也由卫星上的电子设备无意地引起，等等)与在该时刻卫星周围的磁场的叉积，如等式9中所示。
C.4航天器总线模型
航天器总线模型可以包括关于航天器上的子系统的规格的数据。关于航天器的技术特征和性能可以存储的数据量是巨大的，但是下面描述了在可应用的实施例中可能有用的一些数据的列表。当在操作期间从航天器获取遥测数据时，TTCC&DH系统将通知航天器总线模型。然而，在寿命开始时，作为示例，可以基于地面测试之后的初始性能来建立模型。
在数据库中可以存在关于航天器的结构/质量信息。航天器总线模型可以存储航天器干质量、湿质量、电流质量和惯性矩矩阵等。这也可以包括航天器上可用的当前燃料质量。该数据可以来自航天器上的遥测读数，并且随着时间而被更新。当航天器测量由施加到总线的已知扭矩产生的姿态速率时，惯性状态矩阵可通过航天器处的机载测量来改进。当进行操纵时，可以在模拟的角旋转速率变化中测量误差，其可以用于测量干扰扭矩和/或卫星的惯性状态矩阵的变化。除了质量值之外，也可以存储航天器惯性张量。这可以是描述航天器的惯性矩的3×3阵列。可存在关于航天器及其附属物的厚度和结构尺寸的进一步的结构信息。如果在增强的MME中的功率和热模拟是在有限元分析模拟中利用Parastoil，则甚至可以存储每个航天器的Parastoll模型。
与质量信息相关，卫星的阻力特性(drag characteristics)，例如弹道系数，也可以被存储。卫星的阻力系数可以作为其相对于卫星速度向量的攻角或取向的函数而变化。阻力系数的数据库可以存储为矩阵，其中行和列指示相对于速度的角度偏移(仰角和方位角)。卫星的太阳能反射率也可以作为方位的函数而变化，除了在这种情况下，相对于太阳相对于卫星的位置的取向。可以基于来自如等式10中的状态空间预测函数的建模轨迹中的测量误差，在轨道上随时间校准和/或改进弹道系数。
以类似的方式，数据库还可以存储卫星压力中心和重心如何作为航天器的方位(相对于地球及其速度向量)的函数而变化。
数据库还可以存储关于航天器的热信息。这可以简单到为航天器的每侧保存每侧的吸收率和发射率值的向量。也可以存在描述整个航天器的热传导路径的其他向量。
还可以对电源系统进行建模，其中在特定模式下或根据哪些组件正在接收功率分配来量化从航天器汲取的功率。电池也可以被建模，其中充电和放电速率和曲线从测试中记录(并且也从在轨道上运行之后的遥测中更新)。该信息可以用于功率仿真中，以确保网络状态空间预测器不命令卫星在其关于功率消耗和存储的限制之外进行操作。
C.5航天器致动器模型
存储致动器模型的数据库可以量化推进器、姿态控制致动器等的性能。还可以存储关于用于部署像天线和太阳能阵列的其他系统的致动器的数据。
对于推进系统，数据库可以包括关于由推进器提供的致动向量的机械信息。这可以是航天器的机身框架中的向量。推进系统还可以具有性能，例如推力、Isp、质量流率等，这可能取决于操作状态(例如，压力、温度、功率输入等)。在飞行期间将监视燃料量，并且基于从发动时的性能测量的推力、功率等的变化来通知/更新模型。
对于姿态控制系统，数据库可以是指示姿态控制系统的机械布局的一系列向量。对于反作用轮，这些向量可以是航天器的机身框架中的轮的法向向量。对于扭矩线圈，这可以是线圈的平面。可以存储关于系统的其他信息，例如可以根据操作状态施加的扭矩(例如，施加到致动器的电流等)。
C.6网络天线取向的数据库
用于空间网络的航天器可以托管一系列天线，用于基站和地面UE之间的通信、基站和轨道中的其他基站(或者可能是轨道中的MME)之间经由ISL(ISL)的通信、和/或轨道基站/MME和用作附加MME、P-GW或S-GW的地面网关天线之间的通信。在设计航天器时，通常会知道并记录这些天线的位置选择，并可以将其保存到数据库中，该数据库保存单独的航天器的设计特性。
航天器上的天线可以是各种类型的，或者是一种单一类型的。模拟天线技术允许将天线物理定向在特定方向上，根据相对于天线的视轴的取向/角度(通常是其取向的方向)，以生成描述其方向性或增益的RF的辐射方向图。像这样工作的天线可以是抛物柱面反射器天线、喇叭天线、螺旋天线、四臂天线或贴片天线。也可以使用数字操纵的天线阵列。数字控制天线或相控阵可以包括多个模拟单元，如螺旋、贴片、偶极等，它们排列成阵列，允许间隔以适应特定带宽上的特定增益要求以供使用。相控阵可以具有机械固定的取向，定义了视轴，但是可以通过偏移通过相控阵中的每个元件的发射信号的相位来数字地操纵波束偏离该视轴向量。因此，相控阵可以具有一个
并且可以具有多个波束
因此，由
描述的向量可以是铰接相位差的函数，并且其实施方式可以被保存为两个角度，或者表示相控阵中的每个机械元件处的相位偏移的向量。
航天器机载天线的性能特性可以在飞行之前在地面上测量和校准。描述天线增益、方向性、VSWR等的数据集根据相对于
和/或
的频率和取向，可以被保存和存储用于每个航天器基站及其发射孔径/元件。
在特定实施例中，有效载荷天线可以在亚1GHz范围中的蜂窝频带上与UE通信。单个天线和RF前端滤波器/LNA排可以被设计为容纳600MHz和960MHz之间的许多蜂窝频带。卫星间链路天线和地面站链路天线可以使用较高的频率，例如S、X、Ku、Ka、V或W频带。与S、X、Ku和Ka频带兼容的硬件、RF组件、和地面站的大量增长可以驱动针对这些发射链路的设计决策。
图15示出航天器1502可以如何托管用于创建ISL连接、GSL连接、或到UE的连接的各种天线波束。航天器机身参照系1506可以相对于一些其它参照系1504定向，例如以地球为中心的地球固定(ECEF)坐标系。支持各种通信路径的天线可以具有航天器机身上的物理取向，在特定的取向中，给出它们的指向向量，例如
1508、
1516、和
1512。许多向量在ECEF坐标系中可以具有某个取向。每个天线能够容纳某个数量的波束，这些波束可以基于允许它们指向某个向量
1510、
1518、和
1514的某个相移网络而被铰接，许多波束也在ECEF坐标系中具有某个取向。
波束向量相对于天线指向向量的关系可以定义为与相对于航天器机身框架的某个轴和角度对应的某个旋扭矩阵。它还将对应于天线后面的RF网络的某个相移，从而允许波束成型。相移和波束相对于天线孔径向量的偏移之间的关系可以保存在某个数据库中。
根据相对于链路预算几何形状的取向(例如，描述这些变量的三维网格，其中它们的角度偏移为
和/或
)，每个波束和天线可以具有唯一的方向性、增益、VSWR等。
该信息可以作为在航天器上飞行的天线的增益辐射图以数字形式保存在数据库中。这可以是行和列的dB矩阵，其中行指示E和H字段中的角度偏移。数据库还可包括关于航天器的机身框架中的天线的位置和取向的信息，使得天线的取向可在给定任何姿态的惯性空间中计算。
在相控阵天线的情况下，辐射方向图可以保存为行、列和通道中的dB值的三维矩阵，其中行和列指示E和H字段中相对于由阵列形成的波束的方向的角度偏移，并且通道指示在给定相位偏移的辐射方向图，用于在离视轴的特定角度处的波束成型。
在特定方向——例如朝向UE——上波束所提供的增益可以通过先前描述的三维矩阵来建模，使得可以使用卫星取向、天线取向、波束取向以及如等式11中描述UE相对于天线的位置的向量来调用函数。
C.7地球、月亮、以及太阳的位置数据库
可以存储附加数据库，以支持轨道扰动的计算，该轨道扰动不一定驱动卫星的轨道动力学，但是可以创建可测量的轨道偏斜，该轨道偏斜应当被建模以用于状态空间预测的准确性。这种类型的数据库的示例可以是太阳系中地球位置的地图(包括太阳和地球的月亮)。可以使用简单的多项式来模拟地球在围绕太阳的轨道上的位置，该多项式可以基于期望的日期和时间来计算将来的地球的位置，如等式12中所示。
D.星座位置寄存器(CLR)
星座位置寄存器是保存状态空间预测引擎分析网络基站发射器的覆盖动态所需的大量信息的数据库。数据库可以被实现为网络感兴趣的相对于地球表面的位置的列表。
图16示出星座位置寄存器1602。数据库可以包括地球周围的点的网格1604、基于空间的基站的位置1606、地面基站的位置和覆盖多边形1608、针对空间网络基站的“静态”覆盖多边形的位置1610、来自空间网络的动态覆盖多边形的位置1612、以及UE(例如，GPS坐标)的位置1614。
D.1网格点的数据库
由于基于空间的网络的组件开发了地球模型，其可以作为点的网格来完成，所以它们可以将其存储在数据库中。这种点的网格可以随机生成，也许一次，或者重复地生成。备选地，该网格可以表示围绕地球的结构化网格。例如，围绕地球均匀间隔的一百万个点的网格可以提供大约500平方公里的网格(约22km×22km正方形)的地理空间保真度。
在特定实施例中，可基于群体密度对网格进行加权，其中小区较小且较紧密地堆积。网格还可以被制造用于特定地理位置的网络性能分析的特定细化，并且因此网格在特定地理区域被致密化。
在另一实施例中，可以制造许多网格，并且基于类型(例如，仅水(water)、仅特定国家、仅特定州等)进行过滤。
对于数据库中的每个网格点，在任何给定时间，可以存在网格中该点的规则或策略的列表。网格中的每个特定点可以没有规则，或者有许多规则，例如在那里可以使用什么频率，或者在给定频率上以及在特定带宽上可以在网格中的该点上辐射多少信号能量。这些规则中的每个都可以由多边形限定，并且网格中的每个点都可以由于被多个多边形覆盖而具有多个规则。该数据可以与其他策略/操作要求或约束一起存储在分离的数据库中，该数据库被称为星座策略和规则(CPR)数据库。
D.2基站多边形的数据库
在一个实施例中，可以有多边形的数据库，其表示由中心点描述的地面小区，以及表示地面基站小区边缘的点。关于多边形的附加信息也可以存储，例如小区ID、MCC、MNC、S-GW、P-GW，以及可能的覆盖信息，例如覆盖的协议(例如GSM、LTE)、频率、天线增益、来自多边形中/上的每个点处的小区和相邻小区的RSSI等。
可以在该数据库中存储表示空间网络的目标覆盖小区的附加多边形(例如，网络供应商已经同意的特定地理区域可以部署在该区域中，因为在该区域中没有其他塔部署频谱)。这些覆盖小区可以在地球表面上是静态的，并且直径对应于轨道运行基站上的天线的集合在该频率处可以覆盖的大小(例如，轨道高度、增益和波束宽度)。这些多边形可以存储为具有特定纬度、经度、高度坐标的中心点和边缘点、以及一系列附加数据点。对于这些数据点中的每个，可以是空间网络在该位置许可使用的频率、该位置的带宽要求(例如，MCS、带宽、数据速率等)、近似的用户密度、来自空间网络的最小RSSI、来自空间网络的最大RSSI、相邻小区RSSI、MCC、MNC、LAC等。可以在数据库中创建特定的多边形以指示覆盖区域，该覆盖区域可以是具有共同覆盖要求(例如频率等)的地理区域。每个多边形可以由中心点和边缘点来描述，以限定其覆盖或包括的网格中的哪些点。关于中心点存储的数据可以不同于在多边形边缘处的点存储的数据(例如，中心的RSSI可能与边缘的RSSI不同)。
图17示出可以如何实现点的网格数据库。示出一系列点，可以是网格中的点。每个点可以被存储为具有三个值的向量，该三个值指示ECEF坐标系中的位置向量。在轨道中可能有一些卫星1722具有波束控制能力，而可能有其它卫星1724没有波束控制能力。波束控制阵列可以指向地面上的静态多边形基站小区1710，其可以被描述为落入多边形的边缘1708和内部1712的网格的一系列点。没有波束控制的阵列可以采用在地球上移动的点波束。这些可以在数据库中被描述为动态多边形基站小区。类似地，对于静态单元，可以存在落入动态小区内部的网格点1714以及落入小区的边缘上的一些点1716。地面基站多边形可以被保存1706，并且它们也可以在它们内部1704和边缘1702上具有网格点。在一些实施例中，UE位置也可以包括在网格中1720。网格可以覆盖地球的整个表面，并且有可能一些网格点落在现有多边形(地面或其他)的外部1718。
D.3多边形位置和速度的数据库
轨道运行移动网络可以利用包括关于地球表面上具有一定重要性的特定多边形或服务区域的信息的数据库。作为示例，地球表面上的静态多边形可以表示将由轨道运行卫星网络使用的特定频率的许可区域。备选地，可存在限定需要特定服务水平(例如，数据速率、每平方公里的数据速率等)的具体服务区域以便有意义地从轨道运行发射器服务该地理区域的多边形。数据库中的一些多边形可能正在移动，并且因此位置和速度随着时间而改变。作为示例，这可以是另一卫星覆盖足迹。
D.4静态小区覆盖区
可以将卫星的覆盖区域预定义为地球表面上的特定纬度经度多边形。基于来自卫星的可用频谱和期望覆盖区域的人口密度的一些要求，这些多边形可以是大的或小的。理想地，多边形将基于在轨道中时在各种姿态的孔径的一些已知的辐射方向图来成形，使得波束可以很好地拟合到在地面上限定的多边形。多边形可以重叠或不重叠，并且在充分的相邻小区干扰减轻控制的情况下，地球表面上的信号能量辐射中的少量误差(约为一到两个db)不应出现网络问题。备选地，孔径可以利用相控阵，该相控阵将使得铰接点束相对于天线的法向向量能够偏离视轴一定角度。这些多边形也可以由管理要求、无线电传输许可边界、服务区域要求、和/或卫星星座设计来驱动。多边形可以小到具有某些特征的单独点波束(例如，某些峰值信号，然后下降到小区边缘)，或者针对国家的国家边界，或者整个地球的大区域/地带，其中来自空间网络的信号需求是恒定的(宽扩展)和最小的(低信号能量)。
静态小区覆盖区域可以各自被限定为数据库中的多边形，其具有一定量的信息，例如位置中心、位置形状(例如，具有某个半径的圆、具有某个长度或宽度的矩形等)、和/或在诸如大地纬度、经度和海拔之类的某个坐标系中描述多边形的边界的向量。多边形信息也可以与该小区中的服务规范一起存储。这可以包括峰值功率、最小功率、或一些其它信号能量或服务质量特性，以通知小区的目标覆盖统计以及卫星在立交桥期间可能如何运转(从姿态角度，或从Tx功率角度和波束成型角度)。在为网络预定义静态单元的情况下，它们可以存储在卫星网络中的数据库中，或者存储在卫星网络可以访问的地面网络中的数据库中。可以为各个静态小区覆盖区分配网络中的特定卫星以进行覆盖。覆盖静态覆盖区的卫星可以存储在时间线中，其中，当特定卫星号码可以向静态小区提供覆盖时，针对给定的时间戳存储该卫星号码。给定的静态小区可以能够同时被提供有两个卫星的覆盖。可以执行软件以在地面网络或空间网络上计算出哪个卫星在可以提供覆盖范围的立交桥期间发送并覆盖静态蜂窝区域，从而解决可能的争用。该软件可以为每个卫星使用地球上的每个多边形的每个中心处的预测链路预算条件。那时与该小区具有最佳链路预算的任何卫星都可以维持针对该小区的覆盖。该软件还可以根据电力使用情况提供有关哪颗卫星提供覆盖的数据-也许每颗卫星都需要一定的电池容量，而电池容量更大的卫星将处于领先地位。
由于覆盖区域在数据库中被限定为具有特定中心点的特定形状，因此这可以在链路的卫星端上使用，以通知如何优化覆盖。每个覆盖区域可以具有与其一起的限定的服务水平(例如，在该小区处对于卫星的服务而言，最小期望什么信号电平)。由于多边形限定的服务级别和覆盖区域，网络中的每个卫星可能无法配备以提供其覆盖，并且将忽略它，从而向其意图提供覆盖(并且被设计来提供覆盖)的其他区域提供覆盖。可以提供覆盖范围的卫星可以记录在数据库中，甚至可以记录该卫星提供最小期望覆盖范围所需的配置(例如，覆盖所需的波束数量)。具体地，可以在数据库中指定点束需要居中的精确位置(例如，为了覆盖多边形Y，第一点束可以指向特定坐标，而第二点束可以指向其他坐标)。
如果使用姿态确定系统将天线旋转并指向地面上的某个位置，则针对小区覆盖范围的旋转角度将导致卫星足迹或覆盖区域的范围变长。根据地球上限定的覆盖多边形，覆盖可以适应这种延长，并且因此采取椭圆形的形式，可能在地球的表面上。
D.5动态小区覆盖区
不具有波束成型能力的卫星可能不能容易地将波束指向地球表面上的静态多边形。相反，其可以从孔径发射，波束总是相对于航天器的机身框架以相同的方向被定向。在控制卫星以指向天线最低点的场景下，这将导致以扫描运动在地球表面上横穿的点波束。因此，随着时间的推移，正被卫星发射器覆盖的多边形的位置相对于描述地球的网格是动态的，并且多边形的边缘和中心可以是数据库中在不同时间点的不同网格位置。
由于动态单元相对于地球移动，动态多边形将在具有可变策略要求等的地球表面上的网格点上移动。作为示例，可以存在限定大西洋中部与太平洋中部之间的所有区域的网格的大条带，并且这些多边形中的网格点可能对于频谱的一个细长条具有相同的策略要求，动态单元可以在它们扫过地球的大条带时使用该网格的大条带。换句话说，网络频谱分配可以用更宽广的规则在宽的地带上分布，以适应在地球上扫过的动态小区，并且更严格地向静态多边形分配更多的频谱。如果静态多边形不能被服务，则包括静态多边形的网格仍然可以使用碰巧在特定时间扫过它的动态小区来服务。
轨道运行基站可以被配置为具有软件限定的无线电能力的航天器，使得它可以在某个范围内的任何LTE频带上发射，该范围可以由针对由卫星覆盖区域限定的链路预算条件选择的天线充分地适应。以这种方式，轨道运行基站可以被UE视为在功能上与地面基站等效。
当覆盖小区可以扫过地球时，包括传播数据的数据库可以用于预测在给定位置来自卫星的蜂窝覆盖何时可用。这样，需要协调与空间网络协作的频谱使用的地面上的网络邻居小区的位置可以类似于静态小区覆盖区地存储在数据库中。
使用塔的位置，可以计算该塔的小区上的入射信号能量。如果塔与UE共享相同的频谱信道，则可以计算特定时间以确定何时地面小区和卫星之间的塔信号可能冲突并产生干扰。此时，网络可以被编程为自动释放对特定频带、信道等的控制，该特定频带、信道等由卫星在恰好在那时过度负担的空间网络开销中使用。在这样做时，频谱可以被临时共享，并且在给定优化的覆盖条件状态下被更有效地使用。因此，给定信道上的控制或优先级可基于轨道基站在何处而随时间改变。
一些多边形可以与服务指示符一起被添加到数据库，该服务指示符例如哪些是优先级，并且这些多边形可以随着当那些地理区域最需要通信时的紧急情况而被动态添加。优先级甚至可以被设置为时间的函数。因此，网络可以预先为即将来临的紧急情况做准备。如果将来存在优先级，则网络能够保留功率以将更多的频谱使用分配给需要/受天气或其他紧急情况影响的多边形，这可能导致增加的网络使用。在一些实施例中，多边形不是严格的多边形，并且可能具有一些弯曲的边界，但是通常可以被看作具有一些有限面积的封闭形状。
图18示出动态和静态多边形方案的外观。卫星在具有某个地面轨迹1820的轨道1802中操作。在图18中示出在某个初始时间为t0 1804，在稍后的时间为t1 1806的没有波束成型天线S1的卫星。S1可以在初始时间t0提供动态多边形1822上的覆盖。在沿轨道移动之后，S1可在时间t1继续提供对地球的覆盖，以提供动态多边形1812上的覆盖。
在图中示出在某个初始时间t0、1808和在稍后时间t1、1810的具有波束成型天线的另一卫星S2。S2可以在初始时间t0提供静态多边形1816上的覆盖，在轨道中移动之后，S2可以在时间t1继续提供对地球的覆盖，以提供相同的静态多边形1816上的覆盖。如图所示，波束成型卫星可以提供对多个静态多边形的覆盖。
其他静态多边形1818可能存在于数据库中并且有时不被覆盖。这可以取决于增强的MME中的状态空间预测器引擎的定时和结果。为了保持可视性，在该图中没有示出的是可以在地球表面上示出的细网格。每个多边形可以覆盖一些网格点，一些特定的网格点是所绘制的多边形的中心和边缘。可以有其它多边形1814，它们也是静态的，但是是来自现有地面基站的覆盖多边形。
E.星座CPR数据库
如上所述，CPR可以包括数据集，其规定了用于在这些规则被映射出的位置或多边形上操作基于空间的蜂窝网络发射器的规则、规章、策略等。描述网络感兴趣位置的网格规则本质上可以是监管的(例如，频率、功率电平等)和服务质量(例如，数据速率、技术要求等)。
此外，CPR可以保存关于运行轨道中的每个单独的航天器存在什么轨道、姿态、热、和功率约束的信息的数据库。
图19示出星座策略数据库1902及其内容。数据库可以包括航天器姿态和轨道控制系统的操作飞行规则的数据库1904、针对航天器热要求/约束的操作飞行规则的数据库1906、针对航天器功率/电池要求/约束的运行飞行规则的数据库1908、针对网络中位置/多边形/网格点的规章规则的数据库1910、针对网络中位置/多边形/网格点的服务质量规则的数据库1912、以及从轨道获取的频谱分析/干扰的数据库1914。
E.1姿轨控飞行规则数据库
姿态和轨道控制飞行规则可以以各种形式存储在数据库中，这将在这里描述。
为了支持使用力模型和航天器特性的预测引擎，可存在一个数据库，该数据库可以存储计划的未来推力器演习，既可以作为推力的路线，也可以作为delta-V。这些计划的操纵可存储为向量，其中每个向量元素表示时间上的推进状态。该向量甚至可以是电压或电流值，指示什么控制水平将用于推进器的可能致动器。未来的推力和delta-V计算可以基于卫星轨迹和保持卫星在某个轨道或轨道中的控制箱内操作所需的校正来预测。该控制盒可以是动态的，并且例如基于网络控制NOC的命令而改变。这可能导致重新计算delta-V操纵以实现每个NOC命令的正确轨道位置。此时，将更新用于飞行操纵的数据库。
类似地，对于delta-V操纵，可能存在用于利用航天器姿态控制系统的CONOP要求。航天器可以在数据库中存储描述需要执行的扭矩向量的向量，或者存储在未来卫星的轨迹上的惯性空间中与之对准的指向向量。示例可以是卫星试图将其身体的特定面指向地球，另一面指向其前面的卫星，而另一个面在垂直于这两个向量的方向上。以同样的方式，可以预测未来的delta-V需求，姿态控制法则也是可以的。这可以使用刚体动力学模拟来完成，并且这些可以迭代地进行以在遥测被报告在航天器姿态和控制系统上时校正结果。
在长时间尺度上进行姿态动力学模拟通常要比在轨道力学上困难得多，因此，它可能会使状态空间预测器陷入瓶颈。可以实现技术以简单地基于可量化“姿态模式”(例如，指向天底、指向天顶等)来假设姿态。这样，可以在不需要计算(或数值积分技术)的情况下推断未来姿态，并且可以使用来自轨道力学模拟的航天器的状态空间位置(例如，位置、速度、轨道角动量向量等)来推断航天器机身的指向向量。
E.2热需求数据库
热需求的数据库可以简单地作为每个航天器中的每个组件的热操作阈值的列表来维护。基于描述每个航天器的机械/传导特性(在航天器总线数据库中)、轨道力学模拟、姿态模拟、和操作状态(例如，在轨道中的每个点上什么组件被通电)的数据集，基于空间的网络的组件可以模拟航天器随时间的热特性，并且确保在轨道上没有过热(或变得太冷)。
可以存在其他热管理要求，这些要求可以存储在该数据库中，并用于通知状态空间预测引擎。
E.3电源管理要求的数据库
类似于热要求，功率管理要求可将其自身表现为用于特定电池容量阈值的阈值列表。也许，为了保持电源系统在轨道上的健康，这些阈值可以被分配给特定的模式(也许每个模式有多个)，其指示当航天器的电池以特定容量操作时，什么样的操作模式对于航天器是可接受的。
可以存在其他电源管理要求，这些要求可以存储在该数据库中，并用于通知状态空间预测引擎。
E.4网格/多边形的规则数据库
如前所述，可以存在网格或多边形的数据库，其限定地球表面上的虚拟位置和地理区域，以确定感兴趣区域或感兴趣位置的覆盖统计。
这些多边形和位置可以自然地存在于地球周围并且具有不同的监管要求。作为示例，特定多边形可能仅能够使用特定频带来服务。这可以被存储为资源块、ARFCN等的列表，其可以被分配给空间网络(并且可能还存储了仅为地面网络分配的频谱)。除了频率要求之外，还可以有发射功率要求。网格中的每个点可以具有对于空间网络被允许用来提供其服务的资源块以及空间网络不被允许在其上提供服务的资源块的发射功率要求(例如，RSSI、功率通量密度、功率谱密度等)。这样，当航天器在为一个多边形分配的资源块上的位置上传输时，可以评估相邻的多边形(和对应的网格位置)以确保到其他多边形的传输不违反对于相邻多边形/网格的监管要求。
除了发射功率和频率要求之外，对于特定多边形也可以存在其它优先级要求。作为示例，存储在数据库中的一些多边形可以是现有的地面基站多边形。在灾难或预测的灾难的情况下(例如，在飓风的情况下)，与已经崩溃或预期崩溃的塔相关联的多边形可以被提供有指示符，该指示符允许空间网络预先或实时地知道它需要在需要的时间期间支持这些多边形的覆盖。由于这些覆盖区域相对于卫星波束可能较小，因此它们可以被聚合成较大的多边形，使得当它们全部下降时，卫星覆盖限定了它们的全部聚合覆盖区域的多边形。监管数据库可以包括特定的第一响应方IMSI，该IMSI应当在那些时间被提供优先级，以及卫星在其小区覆盖期间可能需要使用多少频谱。
在诸如灾难之类的需要时间期间，可以更新或放松功率和热限制/约束要求，以允许在卫星需要向需要区域提供覆盖的短时间内延长卫星的操作。
可以存在可以存储在该数据库中并且用于通知该状态空间预测引擎的附加监管规则/要求。
E.5针对网状/多边形的QoS规则的数据库
类似于每个网格/多边形的规定要求，也可以存在QoS要求。这些要求可能由特定地理区域的市场需求、特定多边形的人口密度驱动，其可以随一天中的时间等而变化。结果，每个网格/多边形可包括“人口普查”之类的数据，其表示地球的某些区域中的人口或用户密度。基于国家，以及可能基于该国家的定价数据，也可以计算每个多边形的收入密度。
服务质量要求可以包括部署所需的带宽量、所需的净吞吐量(可能在上行链路和下行链路上)、小区中所需的最小MCS、所需的到地面PDN或APN的等待时间、可以使用什么类型的无线接入技术来服务小区(例如，GSM、LTE等)，并且如果是多个，则是优选的。
从商业角度来看，每个多边形也可具有优先级。这可以在状态空间预测引擎中使用，以在例如波束控制卫星可以向多于一个多边形提供足够的覆盖，但是只能向一个多边形提供覆盖并且可能选择哪个多边形时，协调冲突。这可能发生在卫星星座被部分填充并提供间歇覆盖的情况下。在优先级等级平局的情况下，平局可以由网络中的内部平局打破器打破，以选择在该立交桥上获得服务的多边形(例如，哪个多边形获得最好的服务)。该数据库可以包括指示多边形在最近24小时、48小时、72小时等中已经接收到的覆盖量的值。它还可以具有指示自最后一次立交以来的时间的值，这可以是用于在确定网络覆盖时评估平局决胜的有用信息。可以在算法中使用诸如收入密度之类的商业驱动因素来确定覆盖范围。
可以有另外的QoS要求，其可以存储在该数据库中并且用于通知该状态空间预测引擎。
E.6频谱分析/干扰数据的数据库
对基站栈的增强可以采用频谱分析功能，其实现可以在本文的其他地方更详细地描述。该频谱分析函数的输出可以是从增强基站栈收集的原始数据的信号分析处理结果的矩阵或向量。频谱分析仪可在轨道中时收听特定RF频带，并记录来自接收器的原始I和Q数据。使用快速傅立叶变换(FFT)以及可能的其它数字信号处理技术，网络可以根据轨道中的位置来确定什么资源块、ARFCN等可能更易于受到干扰。该信息在预测未来为基站预测的链路预算中的干扰余量需求方面可能是有用的。
干扰数据库的复杂度可随本发明的实施例而变化。在一些情况下，可以基于服务卫星的轨道中的位置，为每个网格或多边形存储静态的、偶尔更新的干扰电平。在更复杂的实施例中，干扰信息可以作为空间、频率和时间的函数来存储(例如，使得可以在一天的过程中以及可能在一周的过程中预测链路预算性能和干扰的变化)。干扰环境可被存储为高于预期噪声本底的dB值。
可以有附加的RF信号情报、处理等数据，这些数据可以存储在该数据库中并用于通知该状态空间预测引擎。
F.网络状态空间预测引擎
网络状态空间预测引擎是移动性管理实体(MME)增强的部分。它执行一系列步骤以计算未来卫星的轨道动力学模拟。这些模拟是可靠的，部分是因为它们非常大量地预测航天器的位置、速度和质量(例如弹道系数)，这些在飞行期间是相对一致的。在求解轨道动力学之后，这可以用姿态动力学和控制仿真来补充。基于用于每个卫星的姿态维持的约束的某个预定义的集合，可以计算随时间的定向。
基于位置、速度、方向和收发器/天线操作的某个假设，网络中的假设链路之间的链路预算可以经由链路预算预测器来计算。基于链路预算预测器结果，网络状态空间预测引擎可以预测最优网络状态空间。这可以涉及检查每个卫星的功率和热要求、或CPR数据库中的约束条件，以提供反馈，并且如果选择使用超过操作温度或功率限制的卫星，则再次运行分析。网络状态空间预测引擎的输出是网络状态空间预测表，其可以由可以在卫星、地面站和UE之间实现的所选择的无线接口的矩阵来表示(例如，哪些基站是活动的、哪些ISL是活动的、以及哪些GSL是活动的)。
图20示出一个实施例中的网络状态空间预测引擎2002的组件。首先，网络状态空间预测引擎可以实现轨道传播器功能2004，其可以使用来自上述数据库的信息来准确地预测网络中的卫星的运动(和相对运动)。接下来，可以执行姿态传播器功能2006，其还可以使用来自上述支持数据库的信息来计算星座中的每个卫星随时间的姿态和姿态速率。该功能可以是计算密集的，并且在一些实施例中使用“假定的”姿态CONOP(基于来自轨道传播器的结果作为示例)来简化。这将允许降低的计算强度并维持模型精度。
在传播空间网络的轨道和姿态之后，可以实现网络链路预算预测函数2008。该函数可以取得轨道和姿态模拟的结果，以生成对在每个时间点网络可用的可能的ISL、GSL和基站传输链路的分析。链路预算预测器的结果可以被传递到网络状态空间预测器功能2010，其可以利用一个或多个算法，该算法选择应当在网络中创建哪些链路(对于基站、ISL和GSL)。这些算法可以利用关于存储在上述数据库中的关于网格、多边形、卫星等的数据、规则、策略、约束等方面的数据。这些过程的结果可以提供网络状态空间预测矩阵2012，其可以用于组织将对哪些链路做出决定以及将不对哪些链路做出决定。该状态空间预测矩阵可以用于生成用于通知网络操作的路线的状态空间预测数据库。
F.1轨道传播器：传播位置和速度
由于每个航天器被配备为知道其自身的位置和速度，因此它可以在内部计算机上使用该信息和/或将该信息报告给地面网络以用于跟踪和历史记录，或者也可以在地面计算机上使用。
给定航天器在给定时间点的位置、速度和方向，这可以用于精确地预测航天器将来的位置。轨道力学控制航天器在轨道中的运动，并且给定初始条件、位置和速度，可以计算加速度，并且数值积分技术可以允许在某个时间跨度上将位置和速度传播到未来。为了生成网络的更准确的状态空间预测，可以使用先前描述的数据库。
空间中的轨道运动对象的加速度可以被限定为作用于其上的力的总和除以其质量。等式13可以精确地描述轨道运行对象在特定位置的加速度和在特定时间的速度。
使用存储关于重力模型、大气模型、行星模型和航天器阻力特性的信息的数据库，可以使用诸如龙格库塔法(Runge Kutta)或辛积分器(symplectic integrator)之类的技术对等式13进行数值积分，以获得航天器随时间的计算位置和速度。状态空间预测器的这个元件可以取决于所使用的模型的保真度，在数小时、数天或数周内以显著的精度水平精确地预测航天器的位置和速度。
当航天器提供推力时，推力也可能导致所施加的扭矩，这对于在姿态传播器中建模可能是有价值的。对于给定推力，施加在航天器上的扭矩可以是推力和向量之间的叉积，该向量表示航天器质心相对于推力向量推到航天器上的点(例如，推力喷嘴本身的位置)的位置。这在等式14中描述。
应当注意的是，当从推进器使用燃料时，这可以改变术语。
F.2姿态传播器：航天器姿态随时间的传播
取向、或角位置、以及角速率由航天器测量，并且可以用于计算未来航天器方位的状态向量。在知道航天器惯性状态向量以及在使用燃料等时可能如何随时间变化以及基于控制法则或期望指向向量的计划扭转操纵的情况下，可以预测航天器的未来取向。
控制刚体动力学的定律可以如等式15所示建模。
等式15中的转矩定律项所需的向量可能更合适。可能存在航天器旋转角速率
和旋转角速率的速率
的期望状态。在所有其他已知术语以及期望的
可以重新排列等式以求解
在一个实施例中，如果假设航天器机身框架相对于其轨道和地球定向在特定方向上，则姿态动力学可以被更快速地建模。例如，卫星可以被假设为以一个体轴指向最低点，或指向最低点以下的某个已知角度偏移，另一体轴可能在其速度的方向上(例如，在具有潜在相邻卫星的平面中)定向的方式飞行。第三轴将垂直于前两个轴，以在惯性空间中创建正交的体轴框架。
F.3链路预算预测器：航天器与地面位置之间的链路预算
基于惯性空间中的轨道运行基站的位置、速度和取向，可以计算该基站与惯性空间中的任何位置(例如，在地面上或在轨道上)之间的链路预算(上行链路和下行链路)。另外，还可以针对卫星之间的潜在链路以及地面站和卫星之间的链路来计算链路预算。
在一个实施例中，链路预算预测器可以使用相同的格式为所有链路实现链路预算计算。作为示例，等式16和等式17描述了描述基站和UE之间的连接的链路预算。
在等式16和等式17中，EIRP是指信号的天线增益和发射功率的分贝表示。在基站的情况下，这可以是链路中使用的频率和用于该特定基站空间平台的发射功率的函数。对于UE，这也是真实的，但是在一个实施例中，对于特定协议，它也可以足够精确地建模为对于特定设备的假定常数(例如，GSM将MS上行链路功率限制为每200kHz带宽2W，并且LTE将UE上行链路功率限制为每180kHz带宽200mW)。在等式16和17中，G是链路末端处的接收天线的增益。这可以是频率的函数，或者也可以是常数。
其余项是链路中的损耗、噪声和干扰。指向损耗Lpath是频率和接收器与发射器之间的距离的函数。
Lpnt项是由于UE和基站之间的链路预算指向偏移而导致的指向损耗。根据天线接收或发送信号的方向的偏移，指向损耗(例如波束方向图)可能高度依赖于频率并代表增益的降低。可以基于基站和UE的位置
和
以及它们相对于感兴趣坐标系的取向
和
来计算该偏移。基站侧的指向损耗也可以是波束方向
的函数，其可以基于航天器CONOP来假设。
大气损耗Latm和闪烁损耗Lscint高度依赖于频率和链路预算几何结构(例如，通过大气的传播长度，以及以什么角度传播)，因此可以使用
和f来计算，并且可以对特定的、通常是更高频率的信号具有更显著的影响。对于ISL，高度可以足够高，使得没有或非常少的信号通过大气衰减介质传播，导致很少或没有大气和闪烁损失。
等式16和等式17中的其余项是热噪声基底(floor)、接收器的噪声系数和链路中的干扰。可以基于链路的带宽和接收天线“看到”的温度来估计热噪声基底。在一个实施例中，可以假设该值在290-300k。接收器的噪声系数可以随频率而变化，或者可以表示为常数。针对UE设备的典型规范要求在最坏的情况下7dB噪声系数。在低于1 GHz的频带中适当设计的卫星接收器可能具有2dB的噪声系数。链路中的干扰可以是链路频率和接收器位置和方向的函数。该值在上行链路计算中可能更重要，并且可以由增强基站提供的频谱分析数据来通知。在下行链路上，可以通过现场测量或来自已知地面eNB的信号的数据库中的存储值(对于卫星和地面覆盖小区重叠的情况)来通知或不通知干扰。在任一情况下，干扰可被建模为常数，或者可根本不被建模。在这个公式中的干扰将是一些分贝数，表示干扰添加到链路的热噪声基底之上的分贝数。
等式16和等式17可用于计算给定链路的SINR。也可以计算附加的链路预算参数。基于协议调制和编码方案表来指定LTE和GSM协议的比特率，因此也可以相应地计算EbN0和比特预测的误码率。可预测和利用额外物理层质量(例如，多普勒频移和传播延迟)以通知PHY层控制。
利用预测未来空间基础设施的位置、速度和方向的能力，可以计算轨道中和地面上的特定节点之间的可能的未来链路预算。这提供了基于操作约束的集合(例如，链路的最大距离)、规则(例如，最大多普勒频移)等来准确地预测和优化整个网络的操作的机会。
图21示出可能的基站链路2122、GSL 2116和ISL 2104的链路预算几何关系。基于基站卫星2114和UE2138来评估基站链路2122。卫星基站天线视轴2120可以与天线波束方向2118相差偏离视轴的某个角度2124。链路几何形状可以创建指向偏移2112，其可以用于计算相应的感兴趣的点或UE的天线增益和EIRP。UE还可以具有基于其取向的波束方向2128。可以跨越地面上的网格来评估基站链路，从而导致点束2130的轮廓以及该束2134外部的其他网格点是可计算的。一些地面塔2132可以在波束能量内部，并且可以在描述地面基站多边形的网格2136处评估干扰。
可以评估在两个基站卫星2114和2108之间的卫星间链路2104。使用ISL天线2106和2102的波束方向(其也可以像基站阵列一样偏离视轴，但是为了简单起见，这里没有示出)，可以使用描述其天线波束的方向的向量2126和2110来评估基站卫星2108和地面站2140之间的GSL2116，以在该链路上进行通信。
虽然在图21中未示出，但是链路中的损耗可以基于频率、路径损耗、指向偏移、偏振偏移、路线损耗、体损耗等，基于如本公开中先前描述的几何结构来计算。
F.4链路预算预测器和网络状态空间预测器过程
链路预算引擎用于预测RAN(例如，基站)覆盖部署和核心网络隧道连接。为此，链路预算引擎可以计算在每个感兴趣的多边形中的各个点处以及作为整体的地球网格中的每个点处的各种可能的卫星波束的可能的(合理的)链路预算。在一个实施例中，整个网格或多个网格可以是感兴趣的多边形(例如，跨存储的点计算链路预算)。另外，ISL和GS链接波束的波束可能经历类似的过程。该分析的结果生成链路预算方案的集合，其可以被认为是蒙特卡罗模拟的一种类型。蒙特卡罗模拟生成方案的集合，其可以是互斥的(例如，每个波束一次只能服务一个多边形)并且由软件评估。
F.5波束成型卫星和静态多边形的网络状态空间预测
在一些实施例中，链路预算预测器和状态空间预测器可以在由网络组件执行的迭代步骤中连续实现。在所描述的实施例中，该过程可以具有第一迭代阶段，其评估通过波束成型卫星的静态覆盖区域的基站覆盖的方案。可以在轨道/姿态模拟中的每个时间步长，为波束发射器距离内的每个多边形计算链路预算。可以使每个波束的假定波束方向为正在评估的静态多边形提供优化的覆盖。该过程可以被向量化，以便它可以被快速计算。一旦已经在各个时间步长为波束成型卫星计算了基站链路预算，则对于范围中的静态多边形，在每个时间点选择卫星集中的每个波束可能向其提供覆盖的特定多边形。
图22示出在所公开的实施例中可以由所描述的第一迭代状态实现的过程。该过程可以被实现为软件；在该上下文中描述了过程流。该过程包括for循环和计算迭代，然而，软件可被编译成以向量化方式执行指令的程序，以例如在硬件部署上快速地进行计算。
步骤1 2202可以是启动网络中具有基站和波束成型天线技术的卫星的for循环。
步骤2 2204可以是开始循环通过的卫星上的可用波束的for循环。
步骤3 2206可以是在CLR中启动用于静态多边形的for循环。
步骤4 2208可以是开始for循环以步进通过卫星的轨道和姿态动力学的模拟。
步骤5 2210可以是软件中的检查，以确保在选定时间选定波束和选定静态多边形彼此之间的距离允许合理的链路预算。该距离阈值可以动态地设置，并且可以用于避免过度计算。如果不满足距离检查，则软件可以退出循环并进入下一个时间步长。
步骤6 2212可以确定波束的波束方向，以适应在该时间步长的静态多边形。这可以是惯性空间中或航天器的机身框架中的向量，以通知命令它可以如何引导波束。
步骤7 2214可以启动for循环以步进通过可用于正被服务的静态多边形的资源块。
步骤8 2216可以计算上行链路和下行链路方向上的链路预算，以确定CLR数据库中的整个网格上的信号功率，该信号功率在该时间步长处在卫星的距离阈值内(例如，在假定波束方向之后，计算整个网格上的链路预算，而不仅仅是多边形)。链路预算可以计算各种变量，包括SINR、SNR、EBN0、多普勒频移、延迟/推迟等。这些变量中的许多变量可以用于评估基站的性能以及它在不应被干扰的网格区域中的潜在干扰。为了计算链路预算，可能需要对卫星发射功率进行一些假设。每个卫星可以具有默认的发射功率。
步骤9 2218可以获取链路预算的结果，并对照策略数据库中的规则来检查或分析它们。如果分析表明违反了特定策略，则可以通过重新评估下行链路信道上较低EIRP处的链路预算来校正传输方案。这可以减少覆盖区溢出，并解决来自先前链路传输方案的可能的规章侵害。如果不能满足管理规则，则可以退出循环，并且重复下一个资源块。
步骤10 2220可以取得通过监管要求的链路预算结果，并检查多边形的服务质量要求。
步骤11 2222，如果满足QoS，则保存传输。如果它们没有得到满足并且QoS要求不稳固(例如，在任何覆盖比什么都好的情况下)，则它们也可以以任何方式保存。在QoS要求严格的情况下，如果链路预算不能提供期望的数据速率、MCS等(其是SNR、SINR、EBN0等的函数)，则可以丢弃它们。
步骤12 到16(2224、2226、2228、2230和2232)闭合通过每个卫星、波束、多边形和时间步长的循环。
步骤17 2234运行静态多边形覆盖优化器。静态多边形覆盖优化器是静态多边形和波束成型基站的状态空间预测器，并且可以是使用步骤1至16的结果来确定来自波束成型卫星的哪些波束可以向哪些静态多边形提供覆盖的软件功能。该软件功能可以递增地步进通过每个时间步长，并且检查在每个时间步长中可用于任何静态多边形的波束的数量是否大于一。如果大于一，则它可以选择可以覆盖满足某个最佳条件的多边形的波束中的一个(例如，每个小区使用卫星来从现在起提供最长的覆盖，并且提供覆盖直到它不能提供覆盖)。如果对于给定的时间步长，没有多边形的波束，则它不接收覆盖。可存在策略考虑，其使某些多边形优先于其它多边形，并且其可能基于该多边形的业务估计而在时间上波动，或者可能由于地面塔在地面上下降并且需要卫星在其试图恢复时备份其服务而最近添加多边形以由空间网络服务。逐步通过时间，识别什么卫星可以提供对什么多边形的覆盖，并且指示一些数量的备用卫星(在卫星在现在和将来之间失效的情况下)。这还可以使得能够理解切换卫星，当其他卫星设置超出其提供足够服务的能力时，切换卫星可能最终接受服务静态多边形。在一些情况下，在特定时间步长期间，静态多边形和波束可不被分配给彼此。这些时间步长可以在链路预算预测器和状态空间预测器之间的过程的下一次迭代中被注意到。
F.6 针对剩余波束成型卫星和剩余静态多边形以及非波束成型卫星和剩余网格/
动态多边形的网络状态空间预测
在第二迭代阶段中，网络状态空间预测器可以评估剩余基站覆盖的剩余静态覆盖区域(根据在之前描述的迭代中在某些时间没有分配服务的静态覆盖区域)和动态覆盖区域的情形。在该迭代中，对波束成型并且先前未被分配的卫星波束以及非波束成型的卫星波束的覆盖进行评估。第二迭代与第一迭代的相似之处在于，它通过时间迭代卫星波束。然而，在这种情况下，波束不是由已知的静态多边形引导的(在前一次迭代中考虑了在每个时间步长可以由波束成型卫星覆盖的静态多边形)。结果，假定波束具有某一指向方向。这可以由卫星姿态或由一些其他驱动器驱动，诸如在剩余波束成型波束的情况下在远程区域中的人口密度。
在进行假定的波束方向之后，可以计算链路预算，在对链路配置(在这种情况下，如果可能的话，可能是波束方向)进行迭代之前，对策略要求和QoS要求进行类似的检查，然后保存链路预算，或者不保存链路预算。在迭代循环的结尾，为每个时间步长确定可能发射的剩余波束。在确定波束在特定时间发射之后，可能需要调和所利用的频谱。可以使用函数来确定哪些频带或相同频带内的资源块被分配给每个基站。一旦这被建立，就可以在每个时间步长为每个基站确定附加的基站操作要求，例如它们可能需要实现什么MIB、SIB、TAC等作为基站控制。
图23示出在所公开的实施例中可以由所描述的第二迭代状态实现的过程。该过程可以被实现为软件，因此在该上下文中描述该过程流。该过程可以被实现为软件，并且包括for循环和计算迭代，然而，该软件可以被编译成以向量化方式执行指令的程序，以在硬件部署上快速地进行计算。
步骤1 2302可以是启动针对网络中的卫星以及网络中的每个卫星的for循环，其中每个卫星具有基站，该基站具有尚未分配或尚未分配的波束成型波束，每个卫星具有基站，该基站不具有波束成型波束。
步骤2 2304可以是开始循环通过的卫星上可用的波束的for循环。
步骤3 2306可以是for循环的启动，以在模拟每个卫星的轨道和姿态动态时逐步通过时间步长。
步骤4 2308可以实现确定被评估的波束的方向的软件功能。如果这是波束转向波束，则它可以基于静态多边形的最近部分或者可能是具有未通过地面基站连接的用户的高人口密度的远程网格点来评估方向。如果波束不转向，则可以简单地从航天器在那时的姿态导出方向。
步骤5 2310可以启动for循环以步进通过在该时间步长中在卫星的视野内的网格可用的资源块。
步骤6 2312可以计算上行链路和下行链路方向上的链路预算，以确定CLR数据库中的整个网格上的信号功率，该信号功率在该时间步长处在卫星的距离阈值内(例如，在假定波束方向之后，计算整个网格上的链路预算，而不仅仅是多边形)。计算链路预算可以包括计算各种变量，包括SINR、SNR、EBN0、多普勒频移、等待时间/延迟等。这些变量中的许多变量可以用于评估基站的性能以及它在不应被干扰的网格区域中的潜在干扰。为了计算链路预算，可能需要对卫星发射功率进行一些假设。每个卫星可以具有默认的发射功率。
步骤7 2314可以获取链路预算的结果，并对照策略数据库中的规则来检查或分析它们。如果分析表明违反了某个策略，则可以通过重新评估下行链路信道上较低EIRP处的链路预算来校正传输方案。这可以减少覆盖区溢出，并解决来自先前链路传输方案的可能的规章侵害。如果调整规则不能满足降低的发射功率，则软件可以在波束方向上迭代(如果可能的话)，并且重复链路预算计算的过程。如果这仍然失败，则可以退出循环，并且迭代下一个资源块。可以限制波束方向上的迭代以节省计算时间。
步骤8 2316可获取通过监管要求的链路预算结果，并检查下面的地面上的网格点的服务质量要求。可以跳过该步骤，或者可以降低对非波束成型阵列的QoS要求。
步骤9 2318，如果满足QoS，则保存传输。如果它们没有得到满足并且QoS要求不稳固(例如，在任何覆盖比什么都好的情况下)，则它们也可以以任何方式保存。在QoS要求严格的情况下，如果链路预算不能提供期望的数据速率、MCS等(其是SNR、SINR、EBN0等的函数)，则可以丢弃它们。如果链路预算被保存，则传输结果可以用于确定覆盖多边形的边(其可以随频率而变化)。这可以用于计算动态多边形覆盖区域的边缘。在一个实施例中，这可以是用于相应技术GSM(例如-105dBm/200kHz)和LTE(例如-115dBm/180kHz)的地面上的小区边缘的信号电平。网格中作为单元边缘或中心的点可以在每个时间步长指示。
步骤10 到13(2320、2322、2324和2326)关闭通过每个卫星、波束、时间步长和资源块的循环。
步骤11 2328运行动态多边形覆盖优化器。动态多边形覆盖优化器是通过其余波束成型基站和非波束成型基站实现的动态多边形的状态空间预测器。该功能可以是使用步骤1到10的结果来确定来自剩余波束成型和非波束成型卫星的哪些波束可以提供对地球的覆盖(在它们的特定动态多边形上)的软件。该软件可以实现全局优化算法，作为示例，该算法包括在每个时间步长计算覆盖场景的可能排列，并且确定哪些卫星需要进行发射以最大化覆盖同时最小化功率使用。另一实施例可以确保小区重叠的最小化，以避免频谱分配的干扰挑战。可以选择不同的变量用于优化。
步骤12 2330可以实现频谱使用预测器，其可以是用于确定哪些资源块被分配给网络中的每个卫星基站以及可能的地面基站的软件功能。该软件可以评估在每个静态小区(地面和轨道服务的静态多边形基站位置)处的非波束成型卫星的链路预算。它也可以确定从波束成型卫星到仅是地面基站的静态小区上的链路预算。有时，当来自空间轨道无线电基础设施的信号电平等于或高于地面塔、资源块或频率载波的那些使用时，可能需要共享。
由于来自卫星的信号电平可能过高的时间以及这可能发生在什么RB上是已知的，所以空间网络可以使用可能受影响的地面小区将此传送给地面网络中的MME。基于此，地面小区可以暂时增加它们的发射功率，或者暂时消除对它们的频谱部署中的一些的使用。在为每个时间步长建立了发射器(以及可能为每个时间步长建立了备份集)之后，网络可以确定将哪些资源块分配给哪个发射器。基于用于在每个基站波束处的传输的分配表和RB规则，可以实现适当的RB分割。这可以通过人口密度覆盖、已知的远程UE覆盖、期望的业务模型等来优化，以便向卫星网络中的每个发射基站分配适当比率的RB。技术上，卫星下行链路将比大多数地面塔下行链路弱。可以计算每个基站处的链路预算的计算，以确定其是否适于共享资源块。技术上，地面基站将需要能够产生相对于其覆盖小区内的卫星下行链路具有大于0dB SINR的下行链路信号。这将允许至少最低阶的LTE MCS表设置MCS-1使用0.33编码率的QPSK。
步骤13 2332过程中的最后步骤可以是完成卫星的基站控制要求。一旦知道了每个发射器的频域，则如果需要的话，还可以向未来预测的每个基站提供关于如何针对基于区域的网络特性来配置其自身(例如，MCC、MNC、TAC等)的信息的集合，其中该信息是关于该基站应当在其信息资源块(例如，MIB、SIB等)上进行发送的。
图24示出数据结构2428，其可以是矩阵、矩阵的单元阵列或矩阵的矩阵，其描述了链路预算预测器和选择过程，针对该选择过程，指示卫星基站在每个时刻进行发送。网格2402被分解成各个网格点2414。每个网格点可以表示地球上的三个轴坐标。多边形可包括多个网格点，并且多边形可表示来自地面静态基站2408、空间静态基站2406、或空间动态基站2404的基站覆盖。针对网格点和基站波束成型波束2410(作为示例，b1、2412)以及基站非波束成型波束2424(作为示例，b10、2422)来评估链路预算。可以在已知基站卫星的位置、速度和方位的离散时刻2416评估链路预算。可针对跨越资源块2432的性能变量2430的所要列表来评估每一时刻的每一网格点的链路预算2426。作为这些计算的结果，网络状态空间预测器可确定在每个时间步长2418哪些波束成型卫星向空间静态基站提供覆盖以及哪些非波束成型卫星向空间动态基站2420提供覆盖。
典型的LTE基站可以采用1.4、5、10或20MHz块。这些块中的每个可以包括一些资源块(RB)，其带宽为180kHz宽，并且包括15kHz带宽的12个正交子载波。在链路的下行链路部分中，基站可以在任何一个时间点通过许多RB进行通信。然而，每个移动设备可以仅被分配用于该特定设备的单个RB。结果，该设备仅在单个180kHz上行链路RB上向基站进行发送。
当操作基于空间的LTE通信系统时，可能不便于将整个10、5或甚至1.4MHz块分配给空间网络。大多数电信业务可能移动通过地面上的地面基站。结果，分配给空间网络的频谱量应当与它预期移动的业务量成比例。
地面网络和空间网络可以决定空间网络仅利用LTE载波频带内的特定资源块的实现。例如，地面上的蜂窝塔可以使用5MHz LTE载波频带，但是不知道在其载波带宽中的资源块(RB)中的比如说1、2或3个资源块上向其移动设备中的任何移动设备分配上行链路资源块，因为补充空间网络试图利用这些资源块。这些RB可以在频率、数量和时间上动态地分配给空间网络。在世界的某些区域，在空间网络的布置上可以有更多资源块(RB)。此外，在这些资源块上可能只有为空间网络保留的特定时隙。
这种实现可以在软件中完成，如“频谱表”，其中地面网络是被限定为基于电信业务模型(或者可能是其它的)禁止在特定位置分配特定资源块或时隙的软件。空间网络使用来自其轨道轨迹的星历，可以重新配置其软件限定的无线电和飞行计算机，以管理跨其知道其在世界的任何特定部分上可以访问的RB或时隙的通信业务。这可以作为存储器中的内部地图存储在卫星上。该图将被设计为可更新的和可重构的，作为地面EBB上的电信业务，并且在一天、一个月、一年或十年等的过程中流动。
图25示出图24中描述的场景如何在真实坐标帧中表现出其自身以及如何针对该时间步长将资源块动态地分配给空间网络，可能以LTE块被“切片”以允许特定频谱切片到特定基站的方式，可能在特定时刻(或在另一实施例中永久地)进行。在图25中，每个基站覆盖多边形可被标注为“eNB”，但在以下描述中被简单地称为“基站”(例如，基站5是eNB5)。每个卫星2502可以各自配备有一个波束2518。空间覆盖的基站5到基站8被示为在彼此之上进行发射，以及地面覆盖的基站1到基站4。每个基站覆盖多边形由一些波束提供覆盖(例如，波束b1用于向静态多边形基站5提供覆盖)。
在每个基站覆盖多边形内，可以存在对应的网格点(例如，基站1覆盖多边形包括网格点m1和m2；而基站5覆盖多边形包括网格点m10-m13和m28-m39)。频谱块2510可能需要随着时间对5MHz LTE块中的非干扰业务信道进行拆分分配(作为示例—尽管该块可以如LTE所允许的那样宽)。轨道运行和地面基站可以共享中心六个资源块用于控制信道，并且使用PCI码的动态分配用于下行链路控制信道的可区分的使用。在空间网络和地面网络之间可以存在PRACH前同步码的数量的动态分配。在空间网络和地面网络之间分配的是使用资源块2512、控制资源块2514和未使用资源块2516。这些资源块可以以各种方式来分配，但是可以这样做，使得在具有重叠覆盖区域、波束等的基站之间不存在重叠资源块。频率资源甚至可以作为时间的函数来进行分配，其中一些频率资源被分配了特定的资源块和时隙。空间网络可以用GPS来实现，并且因此可以被同步以了解时隙相对于每个基站时分多址实现落在哪里。这意味着重叠的卫星覆盖区可以通过在卫星之间分配资源块上的特定时隙来同时共享相同的资源块。
F.7针对ISL和GSL的网络状态空间预测
网络状态空间预测功能可以评估ISL以及GSL的链路预算。基于ISL和GSL的链路预算结果，网络可以确定在每个时间步长中最好建立哪些连接。一些卫星可以被设计为经由ISL或者甚至GSS来支持多个链路。取决于网络优先级是什么，可以基于各种标准(例如，可能的最长链路、数据速率、等待时间等)来选择网络连接。可能选择网络链路以便减少在每个时间点预测要连接到网络的每个UE的网络等待时间的均方根。一旦在时刻确定了最理想的链路和链路替换，网络就可以确定哪些隧道/路由链路可用于移动IP和网络控制信令。另外，网络可以使用这个来预测何时需要切换隧道路由以便避免断开网络中的IP业务连接。
图26示出网络状态空间预测引擎可以如何评估ISL和GSL。
步骤1 2602可以是网络中的卫星的for循环的启动。
步骤2 2604可以是网络中地面站以及网络中其他卫星未在步骤1中循环或循环的for循环的启动。
步骤3 2606可以是for循环的启动，以在卫星的轨道和姿态动态的模拟中步进通过时间步长。
步骤4 2608可以实现距离检查以确保卫星或卫星和地面站在合理的足够距离内以值得链路预算计算。
步骤5 2610如果认为链路距离值得计算，则可以确定卫星或卫星和地面站的波束方向。地面站可以使用碟形天线或相控阵波束控制技术。卫星可以使用波束控制阵列、机械控制的孔径或用于ISL的静态机械安装的天线孔径。
步骤6 2612可以计算ISL和GSL在上行链路和下行链路方向上的链路预算。假定链路预算几何形状和发射功率，可以在网络中的许多卫星和地面站处双向地评估链路预算。可以在分配给每个链路的离散频道上评估链路。这可以类似于如何跨资源块评估基站链路预算。该信息可以用于确定在特定ISL中可能存在的干扰的水平。这可能触发发射功率的降低、带宽/频谱分割的适当动态分配、或者干扰链路的使用的完全拒绝。
步骤7 2614可以获取链路预算的结果，并检查或分析它们，以确定与可能是不可接受的并需要重新配置链路(可能包括几何或功率变化)的其它卫星的干扰。如果需要，则基于重新配置的链路参数，返回到链路计算。
步骤8 2616将链路预算保存到链路状态空间中，类似于图24所示。
步骤9 到11(2618、2620、2622)关闭通过每个发射卫星、接收卫星和/或地面站以及时间步长的循环。
步骤12 2624使用链路状态空间矩阵结果来基于网络路由优化算法确定应该使用什么链路。作为示例，网络可能期望最小化用于将分组从远程UE移动到地面站的均方根时间/等待时间。对于所选择的每个链路，应当基于与使用相似或邻近频率的其它链路的邻近性来确定给定频率带宽。可以在描述每个卫星的频率能力和与其它卫星一起使用什么频率的数据库中实现频谱策略。或者频率共享平面可以是卫星星座设计中固有的(例如，每隔一个ISL重复频率使用)。
步骤13 2626可以确定对于在网络中的节点之间移动控制业务、用户业务和TTCC&DH业务的IP承载的每个隧道存在什么带宽分配。这可以是恒定的，或者是动态的，基于预测的加载。
图27示出基站的链路状态空间矩阵以及ISL和GS链路确定的图形实施例。在该图中，每个基站覆盖多边形可被标注为“eNB”，但在以下描述中被简单地称为“基站”(例如，基站5是eNB5)。如前所述，网格2704可包括构成静态基站2770(为简单起见，在图27中简化为基于地面或基于空间的基站)和动态基站2706的点2718。网格还可以包括点2720，其描述作为网络2712的订户的特定UE在地球上的位置。类似于地球点的网格，可以存在包括描述地面站位置2708的其他点2716和描述卫星位置2710的点2714的网络节点2702的集合。状态空间将表示卫星2744之间的链路预算情形，其可以被分成两组，波束成型2742和非波束成型2756卫星。在该特定实施例中，每个卫星可以仅具有一个波束以保持本公开的描述的简单性。可以选择2746每个波束成型卫星，以提供对地球上的静态多边形的覆盖。这里示出，卫星S4向基站3提供覆盖，其可以是静态覆盖多边形。还选择非波束成型卫星以向动态基站提供覆盖2748。在此所示，卫星S5在时间步长t0 2740中被选择来提供服务给基站5，类似地，每个地面站可以与卫星通信，并且可以选择那些链路2754。如图中所示，在时间步长t0中，S9与GS1和GS3通信。类似地，也可以为每个时隙选择2752ISL。也可以在链路状态空间矩阵中计算被提供到2750的覆盖的UE。在图27中，例如，UE1和UE2由静态多边形基站1内的波束成型卫星S1提供覆盖。每个网格2758的每个基站链路预算预测可以跨越从资源块RB1 2760到RBn2768的任何带宽。类似地，ISL和GS链接预算2762可以跨越每个链接2764到2766的频率可能性。可以针对SINR、RSSI、数据速率、等待时间、多普勒频移等来评估ISL、GSL和基站链路。
图28示出图27的链路状态空间矩阵如何在空间网络中以地球坐标框架来表示。在该图中，每个基站覆盖多边形可被标注为“eNB”，但在以下描述中被简单地称为“基站”(例如，基站5是eNB5)。S10 2804可以在GEO轨道2802中，S9 2814可以在MEO轨道2806中。向UE提供覆盖的基站可以在LEO轨道2822中。S1 2816可以经由服务UE1 2818和UE2的基站1向夏威夷的岛提供作为波束成型卫星的覆盖。S5 2808可以是通过加拿大西部的基站5向UE3和UE4提供覆盖的非波束成型卫星。ISL 2810和2820以及GSL 2812可以存在于LEO、MEO和GEO与GSS 2824之间。结果，在这种情况下，业务可以从UE1路由到S1、到S2、到S3、到S4、到S5、到S10、到GS2、通过因特网到GS1、到S9、到S8、到UE5。
G.状态空间数据库
网络状态空间预测引擎创建矩阵/向量的三维单元阵列或逻辑等效物，其有效地限定在未来的每个时间点在主路由中哪些发射器和接收器正在彼此通话，以及在未来的时间点哪些发射器和接收器将作为主路由的备份而彼此通话。基于该结果，IP路由表生成过程可以用于在每个时刻将流量从网络中的一个节点路由到另一个节点。当跨基站链路的发射器和接收器之间的连接ISL和GSL被切换和改变时，IP路由表过程可以生成更新的最优路由。
为了实现由网络状态空间预测引擎生成的期望网络状态空间，可以创建矩阵/向量的另一单元阵列，其限定每个单独卫星可以及时采取以便适当地调用通过模拟优化的内容的命令或基于时间存储的行动路线。这个新的三维单元阵列可以被存储为状态空间数据库。
状态空间(SS)数据库包括反映关于网络状态/操作条件的动作或智能的路线的集合。路线中的第一路线可以是航天器路线。这可以是描述航天器波束操作(例如，波束成型方向等)、推进器利用(例如，用于轨道维持的推进器操纵)、姿态控制和指向(例如，航天器取向控制或随时间的操纵)和/或操作功率模式的向量或矩阵的三维单元阵列。在每个航天器上也可能存在核心网络和基站的路线。这些路线可以包括网络动态IP路由表；通过卫星和地面站之间的隧道建立的IP承载的网络级切换、基站前端配置(例如，正在使用什么频带)和功率控制(例如，什么EIRP限制)、动态主信息块和系统信息块信息配置、基站切换、以及频谱分析仪控制和数字信号处理分析。
状态空间数据库可以经由卫星间链路和地面站链路隧道在网络中分布在用于状态空间数据库的网络分布的特定载体上。该承载可以是TTCC&DH隧道承载的一部分。作为IPv6网络，分配给卫星的每个静态IP地址可用于从状态空间数据库发送具有其所需信息的唯一分组。这可能仅仅是其自己的状态空间数据库以及那些在将来打算与之链接的卫星，或者在预测时间和其将要发生的时间之间网络卫星异常或故障的情况下，为将来的链接进行备份(可能甚至备份到备份)。在TTCC&DH系统中实现航天器健康和操作性的遥测监视，为状态空间预测引擎提供自动反馈。随着关于卫星位置、速度、姿态的新信息的到来，并且其它重要的系统功能信息(例如，推进器、电池、发射器、计算机等)从空间网络到达进行许多计算的地面节点，预测器可以在将来更新网络状态空间，并发送出新的状态空间向量。
实时地，尝试进行连接或切换的每颗卫星，其在路线中被计划并且失败，可以被编程为如果第一颗卫星不工作则检查网络中的第二优先级链路。这样，在网络受到负面影响之前，对状态空间数据库的更新可能具有一些延迟。
图29示出网络状态空间数据库，其可以包括三个路线集合。航天器路线2902可包括航天器波束操作2904、推进器使用/操作2906、姿态CONOP和控制2908、以及操作动力模式2910。还可以存在核心路线2912。核心路线可以包括网络动态IP路由表2914、点波束、卫星、地面网关和UE切换2916。另外，可以存在无线电接入网路线2918。这些可以包括基站前端/功率配置2920、基站无线电资源控制2922、下行链路控制信道配置2924、基站切换2926和频谱分析仪控制2928。
由状态空间预测引擎生成的路线可以跨仿真环境可以准确建模的任何可行时间线来生成。具体地，轨道力学和姿态动力学的建模可以驱动网络状态空间预测的保真度(例如，在位置、速度、姿态和姿态速率方面)，并且这在更精确的力模型(例如，重力、大气、磁等)被用于仿真时更精确。近地轨道轨迹可以是限制器，但是它们仍然可以被精确地预测未来1小时、12小时、24小时、天、或者可能甚至一周，意味着网络状态空间也可以在远至未来被预测。
在快速、低成本发射和空间访问是规范的世界中，作为示例，可以存在实现控制器的用途，该控制器基于网络状态空间预测分析火箭发射器会和几周后，可以请求发射附加空间资产到轨道以支持增长的需求。
H.网络切换
网络状态空间预测引擎可以生成网络中的每个轨道飞行器的切换路线。这些切换路线可以由用于发信号通知的定时器触发，以转换ISL和GS隧道的所有权、以及基站覆盖多边形。切换定时可以由增强的MME中的链路状态空间预测器来确定。切换可以在特定时间指定，并且还可以随它们而来的路线是用于缓慢地建立波束的发射功率，或者缓慢地降低发射功率。
网络可以以某种常规方式实现某些切换。当各个卫星作为基站的集合操作时，这可能特别有用，因此在内部向相同UE提供覆盖，并且可以在相同卫星上共享的波束之间进行快速和无缝切换。这些切换可能发生在同一计算机中的软件内，或者发生在运行基站软件的同一卫星中的两个计算机之间。然而，在卫星之间，切换可能更复杂。当没有波束成型阵列的卫星具有重叠波束时，它们可以使用重叠部分作为UE切换的区域。这可以利用返回给基站的典型UE信号测量报告来完成，或者可以基于已知的网络随时间的运动和切换时UE在GPS坐标中的已知位置来自动地完成。
图30示出网络可以如何切换CLR中的网格中描述的静态基站多边形的覆盖。第一卫星3004可以向UE1、UE2和UE3提供覆盖(3010、3012和3014)。覆盖可以由覆盖静态基站多边形3016的波束提供。可能有第二、尾随或附近卫星3002，其正沿轨道朝向静态基站多边形移动。在一段时间之后，第一卫星可能需要将小区切换到第二卫星。可能经由ISL或一些其它网络隧道路由(例如，经由GS)，第二卫星可以开始在由第一卫星覆盖的静态小区上进行发送。该第二卫星可以生成波束3006，而第一卫星开始降低其波束3008上的发射功率。随着第一卫星减小其波束尺寸3022，它可以递增地将其点波束中的每个UE切换到在离静态多边形的中心最远的UE(例如，图30中的UE1)处开始的第二卫星波束3020。这允许第一卫星以可以导致更平滑的转换/切换的方式将UE切换到第二卫星，从而可能减少网络信令业务挑战。在第二卫星之后可以有第三卫星3018，其可以准备静态基站小区的另一切换。最终，第二卫星可能不再具有覆盖波束，并且第二卫星将恢复对静态基站覆盖小区3024的控制。它也准备进行切换。
当S1、S2和S3全部利用相同的中心6个RB用于下行链路控制信道，并且UE基于蜂窝小区ID区分卫星基站时，图30中描述的实施例尤其有用。当UE检测到来自一个基站的变化的相对信号能量水平移动到低于另一基站的信号能量水平时，它将向它当前正与之通信的基站报告这一情况。这将启动到具有越来越好的信号的下一个基站的切换。该过程也可以由必须进行切换的初始卫星自动地启动。静态多边形上的第一卫星的功率的降低可以是远离静态多边形移动的自然结果，而不是因为卫星处的发射器上的主动功率控制。
图31示出在具有和不具有波束成型基站天线技术的卫星之间如何发生切换。当空间网络从具有非波束成型卫星的卫星递增地升级到具有波束成型阵列的卫星时，该技术将是有价值的。结果，两者共存。第一波束成型卫星3104可以使用波束3108向UE1、UE2和UE3(3110、3112、3114)提供覆盖。第二非波束成型卫星3102可以跟随第一卫星，或者朝向其发送波束3106的静态基站覆盖多边形移动。在一段时间之后，第二卫星波束3116可以开始与静态基站覆盖多边形3120重叠。第一卫星可以从ISL连接或从状态空间预测器知道这一点，并且降低其发射功率，并且将其波束3118向前边缘移动，远离第二卫星波束(由于状态空间数据库，其将知道第二卫星波束)。缓慢地，第一卫星降低其波束功率3126，并且当其继续克服静态基站多边形3128时将UE切换到第二卫星波束3124。在该图中，UE3是第一个要切换的。随着波束减小，它可以继续递增地移位以保持它需要的UE的覆盖，直到进行切换。
另外，在第二卫星之后可以存在第三卫星3122(波束成型)。最终，第一波束成型卫星波束消失，并且第二卫星具有静态多边形3132的几乎完全覆盖，其具有动态波束3134。然而，第三卫星可以开始发射波束3130，其开始于第二卫星波束的后端，并且计划缓慢地增长到静态基站多边形覆盖区域中，并且接管覆盖UE的控制。
图32示出网络如何在给定许可地理中转换频谱的使用。这些非波束成型卫星3202可以生成覆盖动态多边形的波束3204。可能存在卫星不能在特定频率上发射的接近边界线3206。最终卫星点束到达边界3208。随着卫星继续移动，它降低其波束3212上的发射功率以确保它不会辐射干扰能量越过边界。如果以正常功率辐射，则波束可能提供越过边界3210的覆盖。当卫星进一步接近边界时，点波束3214进一步减小，直到边界邻近完全阻止卫星发射。
在另一实施例中，卫星可以旋转其姿态以返回并继续提供边界的正确侧的覆盖。修改点波束以通过姿态或发射功率或一些其它方法来适应边界边缘的任何实施例与本发明相关。
I.增强的基站
增强基站可以提供优于标准基站的若干改进，这使得它能够在空间中并且作为空间网络的一部分进行更优化的操作。
图33示出增强基站3306的实施例。增强的MME 3304可以通过标准S1-CP接口与基站进行对接，然而，基站可以操作被称为基站状态空间控制器3308的附加功能。状态空间控制器可以从增强的MME接收指令和路线动作，以便适当地操作基站栈。特别地，基站状态空间控制器可以将特定的MAC和PHY控制信号3334传递到RRC。RRC可以被增强以允许增强的MAC控制3322和增强的PHY控制3324，使得空中接口可以管理多普勒频移和通过基站LTE-Uu链路到UE的传播延迟。增强的基站栈可以包括用于接收增强的命令的增强的PHY 3318、增强的MAC 3316、无线电链路控制层3314、分组数据会聚控制层3312、以及与用户平面到标准S-GW 3302的连接。基站状态空间控制器还可以被编程为动态地控制3330RF前端/波束成型器3320。这可以包括在立交桥期间控制波束，和/或切换到各种滤波器组、LNA级和放大器级，以便在基站在世界的该位置上操作的期望频带上进行发送和接收。
基站状态空间控制器还可以控制3326DSP功能。增强的MME基站可包括仅接收器前端3332以支持频谱分析功能。还可以有层1信号处理块3328，其用于对期望的RF进行滤波或采样。采样的结果可以从RF采样产生I和Q，并被传递到DSP模块3310。DSP模块可以由基站状态空间控制器控制，并且分析结果可以从DSP模块传回给它。该信息可以被传递回到增强的MME以用于网络移动性管理功能(例如基于多普勒频移和延迟测量来跟踪UE)。基站状态空间控制器也可以充当基站的调度器中的一个台，基于状态空间预测器引擎输出，有效地实现频谱分割和共享卫星和地面小区数量所需的动态控制。
I.1增强的MAC和增强的PHY
修改典型3GPP基站协议的增强MAC和增强PHY层可以如Speidel I中所述，本文所述的增强可以是卫星平台的操作的通称，但是可以具有配置差异，这取决于卫星视野的哪些部分被提供覆盖。频率的动态变化(以及因此取决于操作区域的不同多普勒单元轮廓)以及波束成型天线(以及因此最近和最远目标之间的动态范围以及点波束上的绝对多普勒频移)可以被实现以增强MAC和PHY控制。
基于增强MME所产生的状态空间预测和路线，基站可以接受Speidel I中所描述的动态控制，这种动态配置可以由基站状态空间控制器来控制，该控制器有效地充当基站调度器。
如Speidel I中所限定的，可以在没有UE的功能的特定实现的情况下，针对多普勒频移和传播延迟来监视从UE到轨道运行基站的信号的多普勒频移。多普勒频移和传播延迟可以在PHY处测量，并向上传回基站状态空间控制器。这允许卫星将UE定位到卫星的整个覆盖区内的两个小网格之一内。这些网格的位置可以关于限定卫星速度向量的向量彼此对称。随着多普勒频移和传播延迟的测量变得越来越精确，该网格的大小可以收敛到两个单点。当卫星覆盖区包括多于一个点波束时，用于进行与设备的通信的点波束可以用作该条信息，以打破UE处于近似GPS位置的束缚。这可以被计算，因为轨道中基站的GPS位置可能是已知的，并且描述用户相对于卫星速度向量的位置的向量是已知的。利用该信息，可以计算设备的GPS位置。该GPS位置可以作为VLR或HSS中的附加元素被存储，由基于空间的网络中的MME使用。
当卫星覆盖区包括一个点波束时，如本文所述，可以基于来自以稍微不同的几何形状在UE上沿轨道运行的另一卫星的第二多普勒和传播延迟采样来计算精确位置。
I.2频谱分析能力
增强基站上的频谱分析能力包括附加元件DSP 3310；层1信号处理3328；以及接收器前端3332。这些元件可以一起被配置成生成数据集，该数据集可以通过基站状态空间控制器被传递回增强的MME，以通知干扰表1914进行链路预算计算。接收器前端可以被配置成集中在感兴趣的特定频带中，并且可以类似于基站PHY所使用的前端。前端可以负责对跨感兴趣的一些资源块的信号进行滤波和低噪声放大。层1信号处理可以执行信号的A/D转换和数字滤波。这可能涉及FPGA，其可以由基站状态空间控制器重新编程或重新配置。
来自层1信号处理的数字滤波信号可以是来自RF采样的I和Q，该数字滤波信号可以被传递回到DSP块以用于进一步处理。如果频谱分析器前端用于以16位分辨率从总计20MHz频谱块的频谱中数字地采样I和Q，则可能需要以至少两倍带宽或更高(例如，40MHz)的速率进行采样。由于在进行频谱分析时，数据不一定需要以某一比特率来解调，因此在一些实施例中，采样率可以降低。以这种速率，20MHz LTE上行链路块的10ms样本(例如，1个LTE无线电时间帧)将在任何分组开销或压缩过程之前生成1.6兆字节(MB)。如果继续采样，频谱分析器可以以1.28千兆比特/秒的速率产生数据，这可能或可能不会超过航天器以比它能够采样的速率更快的速率下行传输原始数据的能力，并且在它填充存储器、数据缓冲器等之前记录数据。结果，特别是在星座图部署的早期阶段，可能期望或者甚至需要数字信号处理和压缩算法，以便管理频谱分析数据的大小，这是DSP块的原因。
该块可以实现算法以通过进行计算或处理来减少所收集的数据的大小，该计算或处理生成要在状态空间预测引擎中用作可操作智能的一些较小尺寸的数字数据集。例如，DSP块可以在某些资源块上跨时隙执行FFT，并且评估在180kHz资源块上的预期噪声基底之上的干扰容限(以dB为单位)。干扰可以跨时间窗口和资源块来评估，并且被时间标记，使得它可以作为表示在某些时间在某些频率信道上的干扰环境的数字矩阵被传回。
频谱分析能力还可以用作用于UE在网络上定位的支持功能。在状态空间预测引擎操作期间，可能存在为基站生成的路线，该路线请求基站引导波束并且仅充当正由另一基站覆盖的静态多边形(波束成型或非波束成型)的接收器。
第一基站可以是被调度来向静态多边形提供覆盖的基站，在该覆盖期间，第一基站将如正常轨道运行基站可能那样通过LTE-Uu接口与UE通信。第二基站可以是被调度为仅对静态多边形执行接收操作的基站。第一基站和第二只接收基站可以在不同的轨道中操作，或者可能在同一轨道平面中在彼此之后操作。两个基站之间可以通过ISL或GSL具有连接。这些链路可用于第一基站以将成帧/定时信息传送到第二基站，使得其可知道在频率和时间中扫描何处以从UE接收既定用于第一基站的控制信道或业务信道信号。如果没有卫星间链路或地面站链路，则第二只接收基站可以具有在时间帧上接收RF频谱并且记录被加时间戳的原始I和Q的路线，使得在对于来自第一基站处的UE的上行链路信号(例如，从存储在历史网络状态空间数据库中的日志文件)知道时间戳之后，可以稍后对其进行后处理。基于在两个卫星处从UE接收到的RF，多普勒频移、传播延迟(或它们之间的变化)以及每个基站在每次测量时的GPS位置可被用于计算UE在GPS坐标中的位置。
I.3基站状态空间控制器
基站状态空间控制器是基站增强的中央协调器。基站状态空间控制器从增强MME接收关于RAN路线的信息，并使用该信息来协调基站eNB之间的操作。这可以包括基站前端/功率控制和配置、基站无线电资源控制、下行链路控制信道配置、卫星和其它卫星上的eNB之间的切换、和频谱分析仪控制。除了接收路线数据之外，基站状态空间控制器还向增强的MME报告关于UE的多普勒频移、传播延迟测量的数据，以便可以计算位置。它还报告回DSP分析的结果以通知干扰数据库1914。
I.3.a PSS、SSS和小区ID
UE对基站的初始接入首先开始于使用由基站在下行链路控制信道上发射的同步信号来同步到下行链路基站时隙和帧定时。主无线电帧同步信道(P-SCH)和辅符号同步信道(S-SCH)使用频带(1.08MHz)中的六个中心资源块，专用于每5ms发送主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。PSS是UE已知的3个长度为62的Zadoff-Chu序列(在DC处具有一个零子载波)的集合中的一个。仅在一个时刻，UE小区搜索器/同步信号相关器将指示循环移位序列与PSS定时参考信号正确同步。SSS是从根据小区组标识符[0，...，167]和扇区标识符[0，1，2]的一对已知m序列偏移生成的，它们一起形成逻辑和正常物理小区ID。结果，能够存在总共168个3＝504个唯一小区ID的排号。这些同步信号还用于UE在共享频带中的该中心6个RB的其他小区中识别小区。在4G LTE术语中，9比特小区ID标识无线电网络中的小区，并且被编码在形成同步信号的码序列中。
UE最终使用参考信号来确定下行链路控制信息，并且CRC校验以对在诸如物理广播控制信道(PBCCH)之类的其它下行链路控制信道上提供给UE的信息进行解码。被解码的信息是主信息块(MIB)、SIB 1和SIB2。SIB 1对于解码SIB2是相同的，其通知UE初始上行链路发射位置在哪里(例如，频率块和时序)。
一个或多个UE将在与下行链路信道同步之后在物理随机接入信道(PRACH)上发送前同步码。PRACH过程包括竞争解决过程，如果和当在相同时隙中UE传送相同前同步码之间存在冲突时。
与地面网络共享频谱，但是使用与地面上的eNB塔小区相同的中心6RB或1.08MHz频率。空间基站可以预先知道什么资源块将被视为控制块以及什么其它资源块不被用作控制块。此外，由于在网络中存在504个小区ID选项，所以可以为空间网络分配它们中的某个有限的数量，理想地大于四，使得可以在非波束成型卫星覆盖区域之间使用频率重用模式。如果存在较少的卫星，其中重叠不太常见，则可以向空间网络分配较少的小区ID。这些小区ID可能在轨道中随时间是动态的，并且路线将由基站中的状态空间控制器来实现。
另外，网络将仅通过卫星网络与地面网络之间的频谱分割来分配特定资源块。这样，卫星基站被分配特定资源块、时隙、或资源块和时隙的带，并且地面上的地面塔或者被阻止使用那些资源块、或资源块的带，或者被编程/控制为当空间基站在与地面eNB产生干扰的距离内操作它们时共享它们。
本公开所描述的基于空间的通信系统可以最佳地实现为现有移动地面网络的扩展。其中它们的核心和RAN单元的实例被寄宿在基于空间的基础设施上，以扩展它们的地面覆盖，但是对于相同的设备，利用与它们的地面覆盖相同的频谱来这样做，并且允许它与现有的地面频谱/波形部署适当地工作。在这种情况下，这些资源块和PSS/SSS信号或小区ID可能需要与地面上的MNO协调。它们可以动态地协调，其中MNO可以数字地向空间网络NOC通知对可以是其网格的一部分的多边形的策略、QoS等要求的改变。结果，这将在增强的MME中实现，以用于将来的状态空间预测和路线生成，并且基站将使用基站中的状态空间控制器通过空中接口相应地进行通信。
I.3.b跟踪区域码
RAN路线的最关键的要素中的一个是下行链路控制信道配置，因为这可以用于触发UE中的某些行为，网络可能想要以特定方式控制这些行为。重要的下行链路控制信道配置的特定示例是跟踪区域码。
在空间网络中，基站可以在LEO中操作，并且可以经历卫星和UE之间的快速立交桥窗口。通常，在蜂窝网络中，基于HSS中记录的跟踪区域来跟踪UE的位置。通常，在HSS中记录的位置是由特定基站或基站的集合提供的覆盖的、特定跟踪区域的地址。因此，蜂窝网络仅跟踪用户在网络中操作时所处的特定小区，并且不具有精确的位置定位(用户可以在大的35km的小区或35km小区组中的任何地方)。有时蜂窝网络不能在比州县更好的保真度内定位用户。
卫星网络可以每几分钟(可能1、5、10、30或60分钟)具有在UE之上的卫星立交桥，这取决于卫星在其轨道中的相对位置。如果网络中的每颗卫星作为盒中网络操作并且托管其自己的MME和S-GW，则UE将察觉到网络跟踪区域改变，每次新卫星将提供立交桥。结果，UE将在每个单个的立交桥(例如，每几分钟)向HSS更新其位置。这将产生许多相对无用的网络控制信令开销，因为从网络的角度来看，设备实际上没有移动太多，或者甚至根本没有移动。
结果，卫星可能需要保持网络相对于地面的一致性的一些相似性。由于地面上的用户不移动，空间网络将向用户传达它不改变其位置，使得当它是多余的时不进行更新请求。
当基站在下行链路控制信道上发送时，其在SIB 1中发送其跟踪区域码，UE接收该跟踪区域码并使用该跟踪区域码来知道其跟踪区域是否已经改变，并且需要进行跟踪区域更新。存在先前描述的触发网络上的跟踪区域更新过程的其它触发。这可以用于欺骗UE，使其认为即使它在每次新卫星飞过来向其提供服务时与新MME进行通信，它也没有改变网络上的跟踪区域。
如上所述，在增强的MME内部，可以存在预测网络状态并基于所预测的状态为网络操作开发路线的软件。网络可以操作网络中的每个飞行计算机和卫星作为其自己的IP地址(甚至可能是静态的)作为IPv6网络。结果，它可以区分MME中的差异，以及在每个时刻哪个MME(或卫星)正在向每个UE提供覆盖。根据卫星的位置(以及在任何时刻它正向哪个静态多边形提供覆盖)，MIB和SIB信息可以变化。这可以存储在CLR中，其中，与地球周围的跟踪区域设计实现一致地向网格通知SIB和MIB信息。
在一个实施例中，卫星星座网络中具有基站的每个卫星可以在下行链路控制信道上在SIB-1块上发送相同的16位跟踪区域码。每个卫星基站可以具有不同的小区ID和其它下行链路控制信息，但是以这种方式，UE将不会察觉每个卫星立交桥的位置变化，并且将不会使用上行链路上的频谱来接入网络以与HSS(在地面或在卫星上)进行跟踪区域更新。从地面上的HSS的角度，可能从UE归属网络，可以将设备的位置感知为“在空间网络上”，并且如果需要接入UE，则不需要管理将业务发送到哪个卫星。相反，它仅知道UE在它感知为“空间网络”的MME上，并且业务将被路由到对应于中央/家庭地面站的空间网络中的MME。在该节点处，将存在增强的HSS和增强的MME，它们一起可以预测、管理和存储UE在现在和将来的网络中的实际位置(例如，哪个卫星将提供其覆盖)。结果，空间网络可以智能地确定什么卫星基站可能是将业务递送到什么卫星以及确切地确定将业务发送到什么路由以便以最佳方式(例如，最快路由、网络周围最平衡的业务负载等)到达那里。
I.3.c移动国家代码和移动网络代码
空间网络可以被实现为广播其所合作的运营商的移动国家代码或移动网络代码。备选地，可以为空间网络分配其自己唯一的移动国家代码和移动网络代码，其在地球上使用。
J.增强的HSS
当网络被配置为在轨道中操作时，空间网络中的数据库管理过程和功能可能变得特别重要。例如，在地面网络中，用于向用户定位、认证、计费、提供服务等的HSS传统上位于远离BTS和BSC功能的位置。在许多情况下，HLR的存在仅限于网络内的少数位置，因为其“状态”的有效性对于适当的网络功能性是非常重要的。虽然服务供应和计费可以在轨道上完成，但是这些功能性不一定需要并且可能利用传统实现方式保持在地面上。然而，由于空间网络可以包括LEO卫星，所以移动设备与其在空间网络中通信的特定基站之间的交互时间可以被限制在非常短的时间窗(可能是几分钟，或者有时小于一分钟，这取决于轨道配置、链路预算和卫星的覆盖足迹设计，以及UE落在点波束内的位置等)。
如Speidel I中所限定的，并且如本文简要描述的，可以监视从UE到轨道运行基站的信号的多普勒频移和传播延迟，以确定UE的GPS位置。结果，状态空间预测引擎可以容易地准确确定在将来计划在准确的哪个卫星上的哪个波束来向UE提供覆盖。该信息可以作为状态空间数据库的扩展保存在HSS中。标准HSS可被保留，使得对其的查询可自然地进行。然而，可以存在单独的功能，其检查时钟和网络的最近状态空间数据库，以更新HSS中的针对其提供下的每个IMSI的字段。该HSS数据库可以在空间网络内部，并且不被视为主设备，简单地作为当网络特别需要接入该UE时的实例的“检查”。用于UE的主HSS可保持在地面上，并且被视为主HSS，其中最初针对该UE的每个查询。在确定“空间网络”正在服务或者最后服务UE时，可以将业务路由到“空间网络”中的地面节点，在该地面节点，业务然后可以基于跟踪区域码随时间的这个内部唯一网络映射来确定将网络业务路由到哪个卫星。
J.1认证策略
如果认证和网络接入准许过程可以通过ISL进行，然后返回地面以便向地面归属网络上的HSS发回查询，则该过程可以延长到任何单个立交桥时间的时间。如果星座被设计用于无所不在的覆盖，则响应过程可以通过下一个越过它的卫星返回到地面上的用户。如果认证花费的时间比立交桥期间长，则网络可以计算网络中的哪个卫星可能是下一个可用的卫星，以完成认证过程。这可以允许在认证期间的切换，以在设备在该过程完成之前从与不同卫星的连接会话移动到与不同卫星的连接会话时管理与设备的认证过程。
J.1.a用于集中式ISL以支持快速认证的在轨中继
以下技术可以用于完全无所不在的系统的情况下，也可以用于分散的蜂窝节点的小群的情况下。
J.1.a(i)作为P-GW扩展的GEO、MEO和LEO中继
轨道中继可以用作从LEO中的卫星(或者向地面上的UE提供空中接口)到地面网络中的P-GW的“总是单向”卫星间链路。轨道中继器P-GW(或者可以简单地是弯管或者到地面上的P-GW的中继器)，与每个卫星“盒中网”通信。在这种情况下，P-GW可以在更高的轨道中操作，可能是LEO、MEO或GEO或更远。利用另外的卫星中继器，更多的地面视野是可用的，并且对于中继器的全球覆盖可能需要更少的地面站。使用这种技术，LEO网络中的每个卫星将通过～250ms延迟通信链路(250ms用于从LEO卫星到GEO卫星并向下到地面站的轻延迟的速度)访问地面蜂窝网络的地面站网关。
在这个中继链路下，单向200-300ms的语音等待时间要求可能遭受损失，因为该计算不包括在到达地面站之后和在被发送到地面上的地面核心网络之前通过地面网络的处理时间或等待时间。然而，这些等待时间要求对于消息传递和数据服务而言是非常令人满意的。
为了使用GEO轨道中继器连续连接到地面，可以在GEO轨道中使用四个P-GW节点或P-GW中继器。
J.1.a(ii)作为用于网络的MME/S-GW的中继
备选地，轨道中继器可以容纳整个核心网络，并且用作整个LEO系统的MME/S-GW节点(持有VLR和HSS)，该节点于是将包括基站卫星。这可以降低LEO中的许多卫星的复杂性，并且将更重的核心网络功能性转移到更低的、更有能力的、更长寿命的、更高轨道中的卫星。
在使用轨道中继的两种情况下，地面站位置可以被选择为非常接近各种漫游伙伴网络的HSS数据库，或者在与各种漫游伙伴网络的HSS数据库相同的位置。具体地说，各种漫游伙伴的HSS数据库可以存储在高轨道运行卫星上，以便存储和容易地从任何卫星访问。这可以作为一种服务被提供，甚至对于MNO来说，在它们的地面网络不能到达的远程区域中，从基于空间的网络到它们的订户具有更优的服务。对于中继链路的接近地面的下行链路位置，认证查询可以更快地完成，并且通过诸如SS7等的较慢连接避开链路。
J.1.b HSS认证缓存
以下是轨道配置的总称。换句话说，这种实现方式可以经由单独的LEO网络来使用，或者在具有附加中继卫星的网络中使用。包括在轨道上的HSS和/或VLR的基于空间的蜂窝网络可能是相关的。
典型的漫游认证涉及访问网络查询归属网络HSS以在每次UE可能认证时收集所需的认证信息。通常，这在每次访问用户漫游到不是其自己的网络时完成。理论上，访问网络可以将查询结果高速缓存到归属HSS，并且将该IMSI的认证信息保存在数据库中。在高速缓存了认证信息的情况下，在对归属网络HSS的第一次成功认证过程之后，认证可以经由所存储的卫星HSS在轨道发生，从那里开始。这样，切换技术可以最初用于通过地面上的第一认证过程来获得IMSI。第二次尝试向前可能依赖于在轨道数据库来进行快速认证。
如果被授权使用卫星网络的IMSI是预先已知的，或者随着时间的推移而变得已知，则用于认证的过程可能在来自设备的第一查询之前被欺骗到归属网络HSS。这样，在第一认证过程发生之前，可以将模拟查询的结果(“认证向量”)缓存并保存在轨HSS和AuC数据库中。这样，每个认证过程可以通过存储的必要AuC信息的HSS-AuC在轨发生。
J.1.c认证欺骗
在完全避免到地面的连接会话的情况下，网络也可能欺骗认证过程。换句话说，试图向网络认证的许多用户都要与基站进行认证过程。然而，空间网络可以使用计算的或存储的“哑”认证向量值(如同从HSS查询的一样)并将它们传递到UE。使用这些认证向量值的认证过程的结果可以允许对网络的设备认证，并且网络仅知道允许基于IMSI的用户认证。
J.1.d在轨认证
空间网络可以为被提供以使用其在每个卫星上的服务的用户使用完整的HSS数据库。在这种配置中，空间网络实际上可以是归属网络，并且实际上存储UE密钥。这样，当用户试图向网络认证时，卫星不必使用卫星间链路或到地面的馈线链路，其简单地在轨数据库中查询以收集所需的认证向量(来自AuC)，并且可以以快速的方式(几秒或更少)并且在用户的给定立交桥的时间内完成认证。
K.应用服务器/IMS核心板载卫星
描述星载应用服务器的运行实例，以用作在PDN服务器中的应用层的两个实例之间存储和转发IP分组的快速IP承载创建。
在之前描述的星座配置的一些阶段中，可能存在间歇性连接，其中远程UE可以接入以与卫星基站通信，但是该卫星基站尚不能接入地面网络，在地面网络中其可以接入应用服务器或IMS服务器。结果，IP业务可能难以或不可能在应用服务器和移动设备之间移动，从而消除了接入因特网或使用需要后端支持的应用的可能性。即使在卫星确实接入地面的场景中，其可能是短暂的，或者需要UE与感兴趣的PDN服务器之间的等待时间，该等待时间对于UE与PDN服务器之间的有用数据传输是不够的。
这个问题的解决方案是星群网络中的卫星，其托管服务器端代码的轻版本，使得可以足够临时地处理与UE的通信，以加载应用并且允许从服务器请求数据，而没有超时，或者应用加载失败。卫星星座可以是主计算机和存储器的主机，以采用由因特网上的用户访问的“流行”服务器的虚拟化副本、高速缓存或镜像。计算机和存储器甚至可以专门用于该功能，并且被出售或出租给管理网站或应用的公司，这些网站或应用希望促进全球用户对其服务或网站的使用或接入。作为示例，在一个国家操作服务器的流行网站在其它国家看到日益增长的需求，以致需要服务器的更本地实例来缓解网络瓶颈和缓解归属服务器上的DNS业务。通过将那些高速缓存的副本放置在轨道中，它们在全球的物理传播允许对远离原始服务器的远程用户所需的数据的更容易可用的访问。原始服务器的这些高速缓存的或镜像的副本可以充当“从”副本，其中原始服务器充当“主”并且将更新推送到服务器的“从”副本。结果，轨道中的服务器可能具有稍微“延迟”的或陈旧的数据。
此外，应用服务器或网站服务器的轻型版本可以在轨道上使用，该轨道能够处理从设备接受IP分组(例如，作为来自远程UE的WhatsApp消息)。IP分组可以被存储并被转发到适当的地面应用服务器，在那里接收数据分组，并且针对预期的接收者对消息进行解包。一旦消息到达服务器，则可以以与在正常地面场景中相同的方式将其路由到适当的接收方UE。通过操作服务器的轻型版本，可以能够将其虚拟化到与具有相对简单的处理器和少量存储器(与托管“主”拷贝的实际服务器相比)的单板计算机一样小且功率轻的硬件上。
类似的技术可以与IMS核心一起使用，允许基于IMS的服务，诸如RCS，以扩展的、轻盈的方式在边缘上向外操作。
L.增强的用户设备(UE)
L.1增强的网络立交桥预测
为了支持基于空间的蜂窝网络的功能，用户设备可以受益于轻微的增强。UE可以是可能在由增强MME计算的链路状态空间的网格中的点。结果，也可以为网络上的手机创建路线。
首先，单独基于GPS位置，UE可以被编程为使用其自身的状态空间预测引擎来计算其来自卫星的立交桥的下一个集合。类似地，由地面上的增强MME开发的航天器、无线电接入和核心网络路线可以限定覆盖的集合，UE将利用该组覆盖来计算当前UE GPS位置的覆盖实例。可以将用于空间网络的状态空间数据库(或基于设备的位置的状态空间数据库的多个部分)推送到UE，以使得可以在处于到因特网/服务器的连接和接入之外时存储和使用状态空间数据库。UE还可以在手机上托管网络状态空间传播器以便也在边缘处进行计算。当在典型的地面小区的覆盖范围之外时，UE可以修改其小区搜索标准，并且简单地知道超过的卫星可能正在通过，并且在接下来的5秒、10分钟、30分钟等内向其提供覆盖范围。
卫星立交桥的预测可在用户接口侧的应用层(例如，智能电话应用)处实施。这可以允许应用预测卫星立交桥并且便于存储和转发在消息应用中的电话之间发送的数据/消息/SMS。应用将知道在特定时间尝试发送其消息，并且软件应用可以命令电话这样做。另外，软件应用可以在智能电话上切换飞机模式，这将立即将电话发送到扫描模式(例如，有效地对设备通电和断电)以找到可用网络。
卫星立交桥的预测可以由路线提供，该路线也通知UE和网络之间的控制平面。作为示例，用于移动设备UE的典型搜索过程可以被修改为包括定时器，该定时器对照所提供的针对立交桥的路线来检查时间。基于该定时器，如果例如在该时间没有其它地面或轨道基站可用，则UE可以实现扫描来自轨道基站的特定LTE ARFCN、带宽、PLMN码和/或小区ID码的过程。当在典型的地面覆盖之外时，这可以有助于节省设备上的电池功率，因为它确切地知道何时开始扫描来自轨道基站的新的可用网络接入。另外，在连接到轨道基站之后，可以预先存在关于该卫星将对UE可用多长时间的知识，并且基于该持续时间，UE可以确定什么双向通信是可行的，并且可能对于给定的立交桥应该优先什么。另外，路线可以包括关于在无线电接入技术(例如，GSM或LTE)、数据速率预期等方面给定立交桥的服务水平的信息，这可以驱动设备决定向网络请求什么应用/数据/从网络移动什么应用/数据(例如，在GSM上，设备可以偏爱它寻求移动的SMS/低数据速率业务，而在LTE上，设备可以偏爱具有更高数据速率要求的应用等)。
由增强MME提供的路线可以包括针对UE应当何时请求接入空间基站网络的特定时间戳，如果其需要进行与网络或后端服务器/PDN服务器的连接会话的话。可以向UE提供上述定时，使得它们计划的网络接入请求信号彼此时间双工地分离，以改善即时PRACH活动和UE之间的竞争的潜在挑战。这些路线可包括哪些PRACH信道可用于该特定UE或甚至UE集合。可以为UE预测或自动化附加的控制信道信令，例如跟踪区域更新，认证，
L.2增强的发射功率
UE还可以被增强为包括到基站的上行链路的发射功率的增加。本公开的益处可能在于UE可以在典型的地面小区位置使用标准发射功率，但是在没有塔干扰的偏远区域，UE可以以比LTE的200mW高的功率(并且对于GSM以2W的功率)上行到卫星。
上行链路上的发射功率可以基于特定标准(例如网络的MCC和MNC码)而被触发为更高(例如，如果网络是基于空间的网络，则允许更高的发射功率来支持上行链路关闭)。SIB和MIB块通常用于向UE指示在该小区上允许什么样的最大发射功率。可以允许空间网络基站发送比地面小区更高的值，可以增强UE以理解和适应该值。
现有UE可以与GSM和LTE协议兼容。这样，可以存在能够平衡在GSM中允许的2W峰值发射功率以用于LTE通信的现有配置设置。
这可以允许在高衰减环境中闭合链路。在灾难期间，当设备可能暂时想要浪涌功率以支持关闭到上述卫星的链路时，可能需要在协议中进行这种操作。
L.3天线的增强
为了进一步改善与卫星的链路预算条件，可以在增强UE中使用圆极化天线。对于圆极化卫星信号，圆极化天线可允许链路余量增加3dB(极化损耗从3dB减小到0)。这可以通过利用GPS天线(其是圆极化的)来完成。虽然移动设备中的现有GPS天线可能没有被调谐，或者在GPS L波段频率之外匹配良好，但是可以安装与GPS L波段信道以及近波段蜂窝频率(例如，700MHz、800MHz、900MHz、1.8GHz、1.9GHz等)都兼容的新天线。
尽管事实上多径效应会使圆极化信号降级，但圆极化天线特征的添加仍可以起作用，因为信号反弹可能产生不再具有与接收天线相同的极化的单个反射。结果，不能容易地接收单个反射，并且缺少视线通信可能成为显著的链路抑制。有时，地面通信中的多径依赖于线性极化信号，或许在多个线性化角度中，以支持信号中的一个的偏角极化接收。
传统上，对于地面系统，由于到塔的链路的水平几何形状，视线对于链路是不可用的，因此链路可以被建模为具有瑞利衰落(Raleigh fading)的链路(其中跳动信号支配链路)。对于卫星通信，视线通常可以支配链路，并且圆极化天线可以变得特别有用。在一个实施例中，可以使能UE中的圆极化天线以与卫星通信，否则禁用该天线。然而，天线可能能够接收线性信号。
L.4对UE-基站空中接口协议的增强
对在蜂窝网络上使用的UE可以有进一步的增强，其中可以使用更有利的链路预算协议来支持地球表面上的UE与轨道中的卫星基站之间的通信的增加的覆盖。这也可以用于支持卫星与建筑物内或屋顶下、金属容器中的UE之间的通信。这也可以用于增加与地面塔的通信距离。这些协议的焦点将是在UE和卫星基站之间使用的增强的或修改的波形，其增加上行链路上的信号的功率谱密度，利用传输分集的一些元素(例如，频率分集(diversity)或码分集)，或者可能利用一些附加的信号处理增益以从噪声基底检索来自UE和基站的信号。
对于轨道基站，通过允许UE在LTE协议上仅跨单个15kHz子载波发送200mW的信号功率，在UE和轨道基站之间使用NB-IoT可以提供20dB的链路预算增加。通过使用现有的LTE资源块结构，可以实现对实现基带波形的现有UE硬件的修改，以支持来自UE的NB-IoT。
可以存在其中NB-IoT协议仅在卫星网络上使用的实施例。备选地，可以存在这样的实施例，其中NB-IoT协议仅在到卫星的上行链路上使用，但是诸如LTE的不同RF接口用于在下行链路上通信(并且在下行链路上使用足够大的功率以仅关闭该方向的链路)。
可以存在另外的实施例，其中通过利用现有蜂窝频带、WiFi频带(2.4GHz)或ISM频带(902～928MHz)的一些协议来增强UE，以使用在一些带宽上扩展低数据速率信号的一些编码或跳频的信号进行通信，从而提供用于在显著受限的通信链路下(例如，在地下室中、在建筑物中、在显著RF干扰的区域中)与UE进行通信的机制。
M.备选的增强的描述
可以存在用于增强上述网络的实施例，其中UE被配备为在Ka或Ku频带中在被分配用于5G NR空中接口的较高频率上通信。在这些频率下，天线可以变得非常小，但是路径损耗可能变得过大，特别是当使用从轨道到地面的卫星通信时。
在例如这样的场景中，UE可能不能够关闭上行链路上的具有设备上的有限发射功率和降低的天线增益的链路。然而，卫星的大小可以足够大，使得它们能够进行从轨道向下到UE的Ku或Ka频带通信，而不能进行其它方向的通信(而不向UE配备基本上更多的发射功率和可能的波束成型能力)。
在该实例中，本公开中的通信网络可以实现异步的频率通信操作，其中较低频率的蜂窝频带允许从UE直接到轨道运行eNB的低数据速率上行链路关闭。在上行链路上，设备可以请求接入高数据速率下行链路服务(例如无缝电影流，或从因特网下载的大数据集)。卫星网络中的eNB能够在较低频率蜂窝频带上与UE双向通信，同时还被增强以在正交频带(例如Ka或Ku频带)中指派下行链路资源块、载波、时隙等的集合，其具有向UE提供高功率、可能波束成型的下行链路信号以提供服务所请求的高数据速率要求的能力。
下行链路卫星甚至可以是与接收UE上行链路信号的卫星基站不同的航天器。根据链路预算的特性和以期望的数据速率关闭的要求，可以将下行链接的航天器置于LEO、MEO或GEO中。
可以存在针对需要细上行链路信道来实现大下行链路信道的使用情况而部署的蜂窝空间网络的实施例。作为示例，可以存在能够从诸如汽车的车辆上的GEO(用于娱乐)接收高吞吐量卫星下行链路数据的设备。然而，该交通工具可能无法向后通信至该GEO卫星以控制该下行链路。蜂窝调制解调器可以用于在细上行链路中连接汽车，以从GEO发送命令来执行特定的高吞吐量下行链路。
根据一个实施例，本文所述的技术由一个或通用计算系统来实现，该计算系统被编程为依照固件、存储器、其他存储装置或其组合中的程序指令来执行该技术。在基于地球的平台或轨道平台中，可以使用专用计算设备，诸如台式计算机系统、便携式计算机系统、手持设备、联网设备或并入硬连线和/或程序逻辑以实现这些技术的任何其他设备。各种形式的介质可涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到处理器以供执行。例如，指令最初可以承载在远程计算机的磁盘或固态驱动器上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并通过网络连接发送指令。
除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文所述的过程的操作可以任何合适的顺序执行。本文所述的过程(或其变型和/或组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可被实现为在一个或多个处理器上共同执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、通过硬件或其组合来实现。代码可以例如以包括可由一个或多个处理器执行的多个指令的计算机程序的形式存储在计算机可读存储介质上。计算机可读存储介质可以是非暂时性的。
除非另有说明或与上下文明显矛盾，否则连接语言，例如形式为“A、B和C中的至少一个”或“A、B和C中的至少一个”的短语，与上下文一起被理解为通常用于表示项目、术语等可以是A或B或C，或A和B和C的组的任何非空的子集，例如，在具有三个成员的集合的说明性示例中，连接短语“A、B和C中的至少一个”和“A、B和C中的至少一个”是指以下集合中的任意一个：{A}、{B}、{C}、{A，B}、{A，C}、{B，C}、{A，B，C}。因此，这样的连接语言通常不是要暗示某些实施例需要存在至少一个A、至少一个B和至少一个C。
除非另外要求，否则本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明的实施例，而不是对本发明的范围施加限制。说明书中的语言不应被解释为指示任何未要求保护的元素对于本发明的实践是必要的。
在前述说明书中，已经参考许多具体细节描述了本发明的实施例，这些细节可以随实施方式而变化。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。本发明范围的唯一和排他指示，以及申请人所希望的本发明范围，是以权利要求书提出的特定形式，包括任何后续修正，从本申请提出的权利要求书的字面和等效范围。
在阅读本公开之后，本领域普通技术人员可以设想进一步的实施例。在其它实施例中，可以有利地进行上述公开的发明的组合或子组合。为了说明的目的示出组件的示例性布置，并且应当理解，在本发明的替代实施例中，可以设想组合、添加、重新布置等。因此，虽然已经关于示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，许多修改是可能的。
例如，本文描述的过程可以使用硬件组件、软件组件和/或其任何组合来实现。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。然而，很明显，在不偏离权利要求中所阐述的本发明的更宽的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变，并且本发明旨在覆盖所附权利要求的范围内的所有修改和等同物。
示例条款
本公开的实施例可以鉴于以下条款来描述：1、一种蜂窝网络管理系统，包括：第一节点记录的第一数据库表，其中，第一节点记录表示地面基站，并且所述第一节点记录包括所述地面基站的操作细节；第二节点记录的第二数据库表，其中，第二节点记录表示轨道基站，并且所述第二节点记录包括所述轨道基站的操作细节；状态空间预测计算机，所述状态空间预测计算机计算链路预算，以形成网络使用的数据集，所述链路预算针对到所述第一数据库表中表示的基站的连接和到所述第二数据库表中表示的基站的连接；以及状态空间数据库，包括多个状态空间记录，所述多个状态空间记录中的至少一些是从网络使用的数据集导出的，其中，所述多个状态空间记录中的状态空间记录针对覆盖区域中的多个网格点指示哪些活动基站在所述覆盖区域内提供链路服务以及哪些延迟基站暂停其使用由所述活动基站共享的共享协议和共享频带。
2、根据条款1所述的蜂窝网络管理系统，，所述延迟基站基于网络资源的分配暂停其对所述共享协议的使用，其中，所述网络资源的分配排除分配给轨道基站的已分配的网络资源，从而导致所述延迟基站暂停其使用，而无需对所述延迟基站进行编程以获知暂停请求。
3.根据条款1或2所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述活动基站包括至少一个活动轨道基站，以及其中，所述延迟基站包括至少一个非活动地面基站，其中，当所述至少一个活动轨道基站被预测为提供对于所述覆盖区域的覆盖时，所述至少一个非活动地面基站基于所述网络使用的数据集而处于非活动状态。
4、根据条款1至3中任一项所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述状态空间预测计算机包括：在预测所述轨道基站的未来覆盖时，考虑地球重力模型、地球大气密度模型、磁场模型、航天器能力模型和/或天线辐射方向图模型的逻辑。
5、根据条款1至4中任一项所述的蜂窝网络管理系统，还包括覆盖数据库，所述覆盖数据库包括网格点和多边形覆盖区域，其中，针对相应基站在所述覆盖数据库中参考多边形覆盖区域，以及其中，所述相应基站包括至少一些静态覆盖地面基站、至少一些使用波束成型的静态覆盖轨道基站、以及至少一些使用动态波束的动态覆盖轨道基站，当所述至少一些使用动态波束的动态覆盖轨道基站在相应轨道中移动时，所述动态波束在所述覆盖区域上移动。
6、根据条款1至5中任一项所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述状态空间数据库考虑包括新兴事件的覆盖动态，对于所述新兴事件，轨道基站的覆盖基于所述新兴事件而变化。
7、根据第6条所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述新兴事件包括预测的自然灾害，并且所述覆盖动态包括在受所述预测的自然灾害影响的区域中增加的容量。
8、根据第6条的蜂窝网络管理系统，其中，所述新兴事件包括预测的自然灾害，并且所述覆盖动态包括基于由第一响应者提供的输入数据而增加的区域的容量。
9、根据条款1至8中任一项所述的蜂窝网络管理系统，还包括切换逻辑，所述切换逻辑使用符合地面网络切换协议的信号向用户设备发信号通知：链路即将从第一轨道基站切换到第二轨道基站。
10、根据条款1至9中任一项所述的蜂窝网络管理系统，还包括切换逻辑，所述切换逻辑使用符合地面网络切换协议的信号向用户设备发信号通知与隧道链路的连接即将从第一轨道基站切换到第二轨道基站，从而维持所述用户设备和与由所述蜂窝网络管理系统管理的蜂窝网络远离的计算机系统之间的隧道数据链路。
11、根据条款1至10中任一项所述的蜂窝网络管理系统，还包括认证逻辑，所述认证逻辑向蜂窝网络认证用户设备UE装置，并且在链路从第一轨道基站切换到第二轨道基站时使用符合地面网络切换协议的信号来维持对所述UE装置的认证。
12、根据条款11的蜂窝网络管理系统，其中，所述认证逻辑在认证轨道基站中实现，并且认证被缓存以在所述第一轨道基站和/或所述第二轨道基站处使用。
13、一种用于具有多个基站的蜂窝网络中的路线生成器，所述多个基站中的至少一个是地面基站，并且所述多个基站中的至少一个是轨道基站，所述路线生成器包括：第一生成器，用于生成航天器路线；第二生成器，用于生成卫星功能路线；状态空间数据库，所述状态空间数据库存储所述航天器路线和所述卫星功能路线；网络规划器计算机，所述网络规划器计算机存储基站的静态位置并且输出覆盖表示，所述覆盖表示基于所述状态空间数据库来指示哪个轨道基站为覆盖区域中的哪些区域提供覆盖；以及数据库分发器，所述数据库分发器将所述状态空间数据库的副本分配给多个航天器网络节点中的每一个。
14、根据条款13的路线生成器，还包括：命令和控制系统，与所述网络规划器计算机进行通信，所述命令和控制系统包括用于管理轨道基站的状态的逻辑，所述逻辑能够用于响应于状态的改变而调整所述状态空间数据库。
15、根据条款14所述的路线生成器，其中，所述轨道基站的状态包括以下中的一个或多个：温度、功率水平、燃料水平、处理器健康、和/或无线电健康，其中，基于所述状态来调整路线。
16、根据条款13至15中任一项所述的路线生成器，其中，所述状态空间数据库包括至少一个备用路线，以用于在状态条件排除了使用先前生成的卫星功能路线时使用。
17、根据条款13至16中任一项所述的路线生成器，其中，所述状态空间数据库包括基于规则集合中的一个或多个规则或服务质量要求而优化的路线。
18、根据条款13至17中任一项所述的路线生成器，其中，所述状态空间数据库包括针对网络中的地面站或轨道元素而计算的路线。
19、一种确定蜂窝网络的覆盖的方法，包括：存储网格点的数据库，每个网格点具有覆盖区域中的位置以及关于所述网格点处的服务的元数据；存储覆盖区域的数据库，每个覆盖区域具有有限的面积，并且至少一些覆盖区域具有多边形边界；在分配时间将所述网格点分配到覆盖区域，其中，覆盖区域基于轨道基站的轨道而随时间变化；以及控制基站在所分配的分配时间向所分配的覆盖区域提供覆盖。
20、一种控制移动性管理实体的方法，包括：针对轨道力学、姿态动力学和链路预算，执行物理仿真，以导出由所述移动管理实体管理的网络的未来链路状态的集合；以及基于所述未来链路状态的集合来确定用于航天器操作、无线电接入网操作和核心网络操作的路线。
21、一种管理多个轨道基站的方法，所述多个轨道基站与蜂窝网络的用户设备UE装置进行通信，所述方法包括：确定所述多个轨道基站中的第一轨道基站的第一覆盖区域；确定所述多个轨道基站中的第二轨道基站的第二覆盖区域；确定当所述第一覆盖区域和所述第二覆盖区域重叠时来自所述第二轨道基站的信号的修改，其中，所述修改包括所述信号的改变，其中UE装置被编程以将所述信号的改变解释为固定基站之间的信号强度的损失，从而触发对交接到所述第一轨道基站的请求。
22、根据条款21所述的方法，还包括：生成多个网格点，每个网格点表示总覆盖区域中的位置；生成覆盖所述多个网格点的多个多边形；针对所述多个网格点中的给定网格点，确定链路预算；针对所述给定网状点，确定适用的无线通信约束的集合；以及针对与具有所述给定网格点的覆盖的特定多边形相符的多个基站波束中的每一个基站波束，基于针对所述特定多边形中的给定网格点的适用的无线通信约束的集合来确定波束参数。
23、一种能够进行计算和移动无线通信的用户设备UE装置，包括：操作系统；存储器，用于存储应用程序代码和节点可用性表，其中，所述节点可用性表指示被预测为在未来的预先计算的时间段可用的无线网络中的节点，所述未来的预先计算的时间段至少部分地根据针对在轨道平台中实现的节点的轨道动态来确定；处理器，用于执行所述应用程序代码，并且用于对所述应用程序代码的通信过程进行定时，以与由所述节点可用性表指示的节点可用性对准；以及通信电路，能够用于接收所述节点可用性表的至少一个表示，并且用于与所述无线网络通信。
24、根据条款23所述的用户设备(UE)装置，其中，所述节点可用性表指示被预测为在未来的预先计算的时间段可用的无线网络的节点，所述未来的预先计算的时间段还由针对在轨道平台中实现的节点的链路预算计算来确定。
Claims (24)
1.一种蜂窝网络管理系统，包括：
第一节点记录的第一数据库表，其中，第一节点记录表示地面基站，并且所述第一节点记录包括所述地面基站的操作细节；
第二节点记录的第二数据库表，其中，第二节点记录表示轨道基站，并且所述第二节点记录包括所述轨道基站的操作细节；
状态空间预测计算机，所述状态空间预测计算机计算链路预算，以形成网络使用的数据集，所述链路预算针对到所述第一数据库表中表示的基站的连接和到所述第二数据库表中表示的基站的连接；以及
状态空间数据库，包括多个状态空间记录，所述多个状态空间记录中的至少一些是从网络使用的数据集导出的，其中，所述多个状态空间记录中的状态空间记录针对覆盖区域中的多个网格点指示哪些活动基站在所述覆盖区域内提供链路服务以及哪些延迟基站暂停其使用由所述活动基站共享的共享协议和共享频带。
2.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述延迟基站基于网络资源的分配暂停其对所述共享协议的使用，其中，所述网络资源的分配排除分配给轨道基站的已分配的网络资源，从而导致所述延迟基站暂停其使用，而无需对所述延迟基站进行编程以获知暂停请求。
3.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述活动基站包括至少一个活动轨道基站，以及其中，所述延迟基站包括至少一个非活动地面基站，其中，当所述至少一个活动轨道基站被预测为提供对于所述覆盖区域的覆盖时，所述至少一个非活动地面基站基于所述网络使用的数据集而处于非活动状态。
4.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述状态空间预测计算机包括逻辑，所述逻辑用于在预测所述轨道基站的未来覆盖时，考虑地球重力模型、地球大气密度模型、磁场模型、航天器能力模型和/或天线辐射方向图模型。
5.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，还包括覆盖数据库，所述覆盖数据库包括网格点和多边形覆盖区域，其中，针对相应基站在所述覆盖数据库中参考多边形覆盖区域，以及其中，所述相应基站包括至少一些静态覆盖地面基站、至少一些使用波束成型的静态覆盖轨道基站、以及至少一些使用动态波束的动态覆盖轨道基站，当所述至少一些使用动态波束的动态覆盖轨道基站在相应轨道中移动时，所述动态波束在所述覆盖区域上移动。
6.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述状态空间数据库考虑包括新兴事件的覆盖动态，对于所述新兴事件，轨道基站的覆盖基于所述新兴事件而变化。
7.根据权利要求6所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述新兴事件包括预测的自然灾害，并且所述覆盖动态包括在受所述预测的自然灾害影响的区域中增加的容量。
8.根据权利要求6所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述新兴事件包括预测的自然灾害，并且所述覆盖动态包括基于由第一响应者提供的输入数据而增加的区域的容量。
9.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，还包括切换逻辑，所述切换逻辑使用符合地面网络切换协议的信号向用户设备发信号通知：链路即将从第一轨道基站切换到第二轨道基站。
10.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，还包括切换逻辑，所述切换逻辑使用符合地面网络切换协议的信号向用户设备发信号通知与隧道链路的连接即将从第一轨道基站切换到第二轨道基站，从而维持所述用户设备和与由所述蜂窝网络管理系统管理的蜂窝网络远离的计算机系统之间的隧道数据链路。
11.根据权利要求1所述的蜂窝网络管理系统，还包括认证逻辑，所述认证逻辑向蜂窝网络认证用户设备UE装置，并且在链路从第一轨道基站切换到第二轨道基站时使用符合地面网络切换协议的信号来维持对所述UE装置的认证。
12.根据权利要求11所述的蜂窝网络管理系统，其中，所述认证逻辑在认证轨道基站中实现，并且认证被缓存以在所述第一轨道基站和/或所述第二轨道基站处使用。
13.一种用于具有多个基站的蜂窝网络中的路线生成器，所述多个基站中的至少一个是地面基站，并且所述多个基站中的至少一个是轨道基站，所述路线生成器包括：
第一生成器，用于生成航天器路线；
第二生成器，用于生成卫星功能路线；
状态空间数据库，所述状态空间数据库存储所述航天器路线和所述卫星功能路线；
网络规划器计算机，所述网络规划器计算机存储基站的静态位置并且输出覆盖表示，所述覆盖表示基于所述状态空间数据库来指示哪个轨道基站为覆盖区域中的哪些区域提供覆盖；以及
数据库分发器，所述数据库分发器将所述状态空间数据库的副本分配给多个航天器网络节点中的每一个。
14.根据权利要求13所述的路线生成器，还包括：
命令和控制系统，与所述网络规划器计算机进行通信，所述命令和控制系统包括用于管理轨道基站的状态的逻辑，所述逻辑能够用于响应于状态的改变而调整所述状态空间数据库。
15.根据权利要求14所述的路线生成器，其中，所述轨道基站的状态包括以下中的一个或多个：温度、功率水平、燃料水平、处理器健康、和/或无线电健康，其中，基于所述状态来调整路线。
16.根据权利要求13所述的路线生成器，其中，所述状态空间数据库包括至少一个备用路线，以用于在状态条件排除了使用先前生成的卫星功能路线时使用。
17.根据权利要求13所述的路线生成器，其中，所述状态空间数据库包括基于规则集合中的一个或多个规则或服务质量要求而优化的路线。
18.根据权利要求13所述的路线生成器，其中，所述状态空间数据库包括针对网络中的地面站或轨道元素而计算的路线。
19.一种确定蜂窝网络的覆盖的方法，包括：
存储网格点的数据库，每个网格点具有覆盖区域中的位置以及关于所述网格点处的服务的元数据；
存储覆盖区域的数据库，每个覆盖区域具有有限的面积，并且至少一些覆盖区域具有多边形边界；
在分配时间将所述网格点分配到覆盖区域，其中，覆盖区域基于轨道基站的轨道而随时间变化；以及
控制基站在所分配的分配时间向所分配的覆盖区域提供覆盖。
20.一种控制移动管理实体的方法，包括：
针对轨道力学、姿态动力学和链路预算，执行物理仿真，以导出由所述移动管理实体管理的网络的未来链路状态的集合；以及
基于所述未来链路状态的集合来确定用于航天器操作、无线电接入网操作和核心网络操作的路线。
21.一种管理多个轨道基站的方法，所述多个轨道基站与蜂窝网络的用户设备UE装置进行通信，所述方法包括：
确定所述多个轨道基站中的第一轨道基站的第一覆盖区域；
确定所述多个轨道基站中的第二轨道基站的第二覆盖区域；
确定当所述第一覆盖区域和所述第二覆盖区域重叠时来自所述第二轨道基站的信号的修改，其中，所述修改包括所述信号的改变，其中UE装置被编程以将所述信号的改变解释为固定基站之间的信号强度的损失，从而触发对交接到所述第一轨道基站的请求。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
生成多个网格点，每个网格点表示总覆盖区域中的位置；
生成覆盖所述多个网格点的多个多边形；
针对所述多个网格点中的给定网格点，确定链路预算；
针对所述给定网状点，确定适用的无线通信约束的集合；以及
针对与具有所述给定网格点的覆盖的特定多边形相符的多个基站波束中的每一个基站波束，基于针对所述特定多边形中的给定网格点的适用的无线通信约束的集合来确定波束参数。
23.一种能够进行计算和移动无线通信的用户设备UE装置，包括：
操作系统；
存储器，用于存储应用程序代码和节点可用性表，其中，所述节点可用性表指示被预测为在未来的预先计算的时间段可用的无线网络中的节点，所述未来的预先计算的时间段至少部分地根据针对在轨道平台中实现的节点的轨道动态来确定；
处理器，用于执行所述应用程序代码，并且用于对所述应用程序代码的通信过程进行定时，以与由所述节点可用性表指示的节点可用性对准；以及
通信电路，能够用于接收所述节点可用性表的至少一个表示，并且用于与所述无线网络通信。
24.根据权利要求23所述的用户设备UE装置，其中，所述节点可用性表指示被预测为在未来的预先计算的时间段可用的无线网络的节点，所述未来的预先计算的时间段还由针对在轨道平台中实现的节点的链路预算计算来确定。
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