CN114884556A - 一种基于卫星网络的地面通信方法 - Google Patents

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CN114884556A CN202110535513.2A CN202110535513A CN114884556A CN 114884556 A CN114884556 A CN 114884556A CN 202110535513 A CN202110535513 A CN 202110535513A CN 114884556 A CN114884556 A CN 114884556A
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朱亮
王刚
李建成
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Abstract

本申请请涉及卫星通信领域，具体涉及一种基于卫星网络的地面通信方法，用于通信卫星，包括：接收卫星终端发送的空口信号；调制解调处理所述空口信号得到传输信号；发送所述传输信号至信关站。

Description

一种基于卫星网络的地面通信方法
技术领域
本申请涉及卫星通信领域，具体涉及一种基于卫星网络的地面通信方法。
背景技术
目前，传统卫星通信系统多采用卫星上透明处理信号和资源预分配的工作模式为用户提供点到点数据传输服务，无法支持海量用户的随机接入和移动性管理。DVB-S2X标准提供了物理层和MAC层协议，但是缺少多用户接入和移动性管理高层协议，且不能很好地支持基于星间链的星座网络。而Sat5G提出的卫星通信与5G NR技术融合的解决方案，是基于卫星上透明转发，地面进行信号处理的工作模式，存在星地信号传输时延较大问题。
发明内容
基于此，本申请提供了一种基于卫星网络的地面通信方法，一定程度上解决了一些场景下星地信号传输时延较大问题。
根据本申请的一方面，提出一种基于卫星网络的地面通信方法，用于通信卫星，包括：
接收卫星终端发送的空口信号；
调制解调处理所述空口信号得到传输信号；
发送所述传输信号至信关站。
根据一些实施例，所述调制解调处理所述第一空口信号得到传输信号之后，还包括：发送所述传输信号至第二通信卫星。
根据一些实施例，前述方法还包括：接收第二通信卫星发送的转送传输信号；发送所述转送传输信号至所述信关站。
根据一些实施例，前述方法还包括：接收所述信关站发送的回传传输信号；调制解调处理所述回传传输信号得到回传空口信号；发送所述回传空口信号至所述卫星终端。
根据一些实施例，所述接收所述信关站发送的回传传输信号之后，还包括：发送所述回传传输信号至第二通信卫星。
根据一些实施例，前述方法还包括：接收第二通信卫星发送的转送传输信号；调制解调处理转送回传传输信号得到转送空口信号；发送所述转送空口信号至所述卫星终端。
根据一些实施例，前述方法还包括：接收前驱通信卫星发送的转送传输信号；发送所述转送传输信号至后继通信卫星。
根据本申请的一方面，提出一种用于通信卫星的通信系统，包括：有源天线处理单元，接收卫星终端发送的空口信号；分布式处理单元，调制解调处理所述空口信号得到传输信号；所述分布式处理单元，还发送所述传输信号至信关站。
根据一些实施例，前述系统还包括：所述分布式处理单元，还接收所述信关站发送的回传传输信号；所述分布式处理单元，还调制解调处理所述回传传输信号得到回传空口信号；所述有源天线处理单元，还发送所述回传空口信号至所述卫星终端。
根据一些实施例，前述系统还包括：所述分布式处理单元，还接收前继通信卫星发送的转送传输信号；所述分布式处理单元，还发送所述转送传输信号至后继通信卫星。
本申请的有益效果：
根据一些实施例，本申请提出的方法使空口信号的调制解调步骤在卫星上进行，优化了通信卫星内的信号处理的方法，从而减少了信号的传输时延。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
图1示出根据一实施例的基于卫星网络的地面通信方法的现有技术的示意图。
图2示出根据示例实施例的一种基于卫星网络的地面通信方法的流程图。
图3示出根据示例实施例的一种基于卫星网络的地面通信方法的框图。
图4示出根据示例实施例的一种用于通信卫星的通信系统的框图。
图5示出根据一实施例的5G NR网络构架的框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
目前的卫星通信网络通常采用信号卫星上透明转发的处理模式，使得对于空口信号的调制解调需要经由信关站才能完成，因此，在通信时信号可能需要经历多次星地间传送才能送达目的终端，存在星地传输时延较大问题。
基于此，本申请提供了一种基于卫星网络的地面通信方法使空口信号的调制解调步骤在卫星上进行，减少了星地信号传输的次数，从而减少解决了在一些场景下星地信号传输时延较大问题。
图1示出根据一实施例的基于卫星网络的地面通信方法的现有技术的示意图。
根据一实施例，现有卫星通信技术中的通信卫星对空口信号只做透明转发，透明转发意为不对信号做任何处理，只是转送，而空口信号为模拟信号，只支持点到点传输，在到达通信卫星后只能再次跳转至地面信关站处理，即经历第一卫星终端——第一通信卫星——第一信关站的过程后，再经过第一信关站——第二信关站——第二通信卫星——第二卫星终端以送达第二空口信号，如此会使无线信号经历4次由地面到天空的传输以及可能的1次地面信关站之间的传输(当两个卫星终端处于同一通信卫星覆盖下则没有地面信关站之间的传输)。根据一实施例，承载无线信号的电磁波传播速度为光速，光速约为3×108m/s，大多数通信卫星高度通常在数万千米高度，对地同步卫星高度约在35786km，根据这些值可以大致算出电磁波经历4次天地折返所消耗的理论时间约为0.477s，即477ms，附加上信号处理时间及实际客观情况的制约，延迟时间一般可达约700ms。
图2示出根据示例实施例的一种基于卫星网络的地面通信方法的流程图。
如图1所示，在S201，接收卫星终端发送的空口信号。
根据示例实施例，卫星终端为与卫星直接通信的终端，可以为例如一车载卫星终端。
根据示例实施例，参考图3的框图，此卫星终端在其中对应于UE(UserEquipment)，即用户设备。
根据示例实施例，空口即为“空中接口(Air Interface)”，是一种用于移动设备传输的通信链路，在OSI模型中涉及物理层及链路层。其物理连接通常基于无线广播信号，为例如基站和移动端提供点到点的链接。
根据示例实施例，参考图3的框图，其中在卫星上的AAU(Active Antenna Unit)即为有源天线处理单元，用于接收卫星终端发送的空口信号，还用于发送空口信号至卫星终端。
在S203，调制解调处理空口信号得到传输信号。
根据示例实施例，参考图3的框图，其中的DU(Distributed Unit)即为分布式处理单元，该分布式处理单元可以实现在卫星上调制解调空口信号得到传输信号，实时解析卫星终端与卫星之间的信息交互。
根据示例实施例，在AAU接收到第一卫星终端发送的第一空口信号后，发送至DU进行信号的调制解调处理。该步骤在传统的卫星通信中由信关站执行，这种处理模式意味着位于地面的卫星终端发送的空口信号至少需要经历2倍的地面到通信卫星的距离才能完成调制解调处理，即卫星终端(地面)——通信卫星——信关站(地面)，卫星通信系统产生的通信时延主要是由于电磁波的长距离传输导致的，而本申请提供的方法在此步骤只经历一次从地面到通信卫星的距离即可完成该空口信号的调制解调处理，提升了空口信号交互和无线资源调度效率以及频谱利用率，降低了通信延时，并因此还能够提升时钟同步精度。
根据示例实施例，空口信号经调制解调处理后生成的传输信号为数字信号，被封装成数据包后可实现在通信卫星间以及通信卫星到信关站的路由转发，相比较类型为模拟信号的空口信号而言，具有更高的传输自由度，可以以此为基础对处理与传输过程进行优化。
在S205，发送传输信号至信关站。
根据示例实施例，通信卫星将传输信号发送至信关站，由信关站解析传输信号后得到传输信号目的卫星终端的所在位置，即卫星终端所位于的通信卫星及波束覆盖信息，还要得到后续的路由信息，再由信关站将回传传输信号依据路由信息传送给通信卫星进行后续传送。
根据示例实施例，波束为用于分割同一卫星覆盖下传输信号的“区域”，该“区域”不限于空间范畴，例如可以有时分(time division，即时间划分)、频分(frequencydivision，即频率划分)、码分(code division，即编码划分)、域分(区域划分)的波束，由通信卫星定义，以此可以将不同的信号区分开来，在波束覆盖内的卫星终端方可同通信卫星通信。
根据示例实施例，参考图3的框图，由DU发送的传输信号由布置在信关站的CU(Centralized Unit)，即集中处理单元接收，与CU连接的核心网中还设置有网元AMF(Access and Mobility Management Function)，即接入及移动性管理功能，用以实现在通信卫星上处理基于跳波束的波束内用户移动性事件管理与卫星内无线资源分配，并实现终端呼叫接纳控制例如卫星终端间的通信。通信卫星与信关站的通信通过DU进行，通过馈线链路(Feeder Link)承载F1逻辑接口。
根据一实施例，在当前通信卫星需要向信关站发送传输信号时，若当前通信卫星与信关站的距离超出通信范围，而在当前通信卫星通信范围内的其他通信卫星可以与信关站通信时，据前述由于传输信号为数字信号因此可以进行路由转送，当前通信卫星还可以将传输信号发送给满足条件的其他通信卫星进行转发。
根据示例实施例，前述通信卫星间的传输信号传送通过DU进行，通过星间链(Inter-Satellite Link)承载DU之间的F1 over IAB逻辑接口。星间链，馈线链路，F1 overIAB逻辑接口，F1逻辑接口均为本领域公知常识，此处不再赘述。
根据一实施例，在前述实施例中，当前通信卫星还可以充当转送传输信号的角色，即接收其他通信卫星发送的传输信号，再发送至信关站，方法与前述类似，不再赘述。
根据一实施例，在信关站向通信卫星返回回传的传输信号后，若目的卫星终端在该通信卫星覆盖内，则通信卫星调制解调处理回传的传输信号得到回传空口信号，再发送至目的卫星终端。
根据一实施例，在信关站返回传输信号时，若目的卫星终端所被覆盖的通信卫星无法直接与信关站通信而当前通信卫星可以与信关站通信时，可以从信关站向当前通信卫星发送回传的传输信号，再由当前通信卫星转送回传的传输信号至目的通信卫星或者路由链路中的下一通信卫星。
根据一实施例，在信关站返回传输信号时，若当前通信卫星为目的卫星终端所被覆盖的通信卫星且无法直接与信关站通信而其他通信卫星可以与信关站通信时，当前通信卫星接收转发自其他通信卫星的回传的传输信号，再调制解调处理回传的传输信号得到回传空口信号，再发送至目的卫星终端。
根据一实施例，在传输信号传递过程中，当前通信卫星还可以充当中继节点，即从在路由链路中的前驱通信卫星接收传输信号，再发送至路由链路中的后继通信卫星。
根据示例实施例，前述虚拟网元AMF主要应用于卫星终端的移动性管理，可以通过其找到卫星终端在通信卫星网络中的具体位置，即可以找到指定卫星终端所被覆盖的通信卫星及波束。
根据示例实施例，综前述，本申请实施例中，通信卫星接收空口信号后经调制解调处理生成类型为数字信号的传输信号，因此传输信号可以被封装成数据包后可实现在通信卫星间以及通信卫星到信关站的路由转发，相比较类型为模拟信号的空口信号而言，具有更高的传输自由度，并且可以以此为基础对信号的处理与传输过程进行优化。
根据一实施例，参见图5，本申请中实施例的方法可参照5G NR的网络架构以及其中的网元而实现。
图4示出根据示例实施例的一种用于通信卫星的通信系统的框图。
如图4所示，该用于通信卫星的通信系统包括有源天线处理单元401，分布式处理单元403，其中：
有源天线处理单元401，有源天线处理单元，接收卫星终端发送的空口信号；
分布式处理单元403，调制解调处理空口信号得到传输信号；还发送传输信号至信关站。
该系统执行与前面提供的方法类似的功能，其他功能可参见前面的描述，此处不再赘述。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种基于卫星网络的地面通信方法，用于通信卫星，包括：
接收卫星终端发送的空口信号；
调制解调处理所述空口信号得到传输信号；
发送所述传输信号至信关站。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制解调处理所述第一空口信号得到传输信号之后，还包括：
发送所述传输信号至第二通信卫星。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
接收第二通信卫星发送的转送传输信号；
发送所述转送传输信号至所述信关站。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
接收所述信关站发送的回传传输信号；
调制解调处理所述回传传输信号得到回传空口信号；
发送所述回传空口信号至所述卫星终端。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收所述信关站发送的回传传输信号之后，还包括：
发送所述回传传输信号至第二通信卫星。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
接收第二通信卫星发送的转送传输信号；
调制解调处理转送回传传输信号得到转送空口信号；
发送所述转送空口信号至所述卫星终端。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
接收前驱通信卫星发送的转送传输信号；
发送所述转送传输信号至后继通信卫星。
8.一种用于通信卫星的通信系统，包括：
有源天线处理单元，接收卫星终端发送的空口信号；
分布式处理单元，调制解调处理所述空口信号得到传输信号；
所述分布式处理单元，还发送所述传输信号至信关站。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，包括：
所述分布式处理单元，还接收所述信关站发送的回传传输信号；
所述分布式处理单元，还调制解调处理所述回传传输信号得到回传空口信号；
所述有源天线处理单元，还发送所述回传空口信号至所述卫星终端。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：
所述分布式处理单元，还接收前继通信卫星发送的转送传输信号；
所述分布式处理单元，还发送所述转送传输信号至后继通信卫星。
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