CN111866878B - 一种卫星通信***中的终端登录方法 - Google Patents

一种卫星通信***中的终端登录方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种卫星通信***中的终端登录方法，包括：终端接收高轨卫星的广播消息并向高轨卫星发送登录请求；高轨卫星接收登录请求并向终端发送登录请求响应，终端接收登录请求响应，在此过程中，基于登录请求或基于登录请求响应来指定为终端提供服务的低轨卫星；终端与指定的低轨卫星建立连接。本发明的卫星通信***中的终端登录方法通过由终端向高轨卫星发起登录流程，高轨卫星协助终端连接至低轨卫星的方式，实现了高效的终端登录，克服了低轨卫星高移动性对终端初始接入造成的影响，提升了终端与低轨卫星建立连接的成功率。

Description

一种卫星通信***中的终端登录方法
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种卫星通信***中的终端登录方法。
背景技术
随着卫星和通信技术的不断发展，利用多层轨道上的卫星联合组建卫星通信***成为了实现全球性移动网络覆盖的重要手段。处于不同轨道上的卫星具有不同的运动状态、覆盖范围和传输特性。高轨卫星位于35786km的地球同步轨道上，与地面保持相对静止，覆盖范围极大，但由于传输路径较远，限制了其传输速率。而低轨卫星的轨道高度通常在300-1500km左右，利用波束成形等技术可实现较高的传输速率，但由于其相对于地面有较高的移动速度，带来了多普勒频移大、传输定时变化快、可用的服务时间短等问题，因此对终端的同步、接入和移动性管理都带来了一定的挑战。
卫星终端在登录卫星通信***时首先需要接收卫星发送的广播消息，以实现下行同步并获得接入***所需的必要信息。然后终端向所选的服务卫星发送登录请求，并接收相应的登录请求响应，以实现终端的登录认证，并获得所需的资源配置。然而，当终端向低轨卫星发起上述登录流程时，由于低轨卫星的高移动性造成的高频偏、高时偏、天线对准难等问题，可能使终端的登录请求难以被准确接收，进而阻碍了后续的数据传输过程。
因此，需要一种卫星通信***中的终端登录方法，以提高终端与低轨卫星建立连接的成功率。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种卫星通信***中的终端登录方法，以实现高效的终端登录，提升终端与低轨卫星建立连接的成功率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星通信***中的终端登录方法，所适用的卫星通信***为高低轨卫星联合组网，其包括终端、高轨卫星和低轨卫星，所述终端登录方法包括：
步骤S1：终端接收高轨卫星的广播消息并向高轨卫星发送登录请求；
步骤S2：高轨卫星接收登录请求并向终端发送登录请求响应，终端接收登录请求响应，在此过程中，基于登录请求或基于登录请求响应来指定为终端提供服务的低轨卫星；
步骤S3：终端与指定的低轨卫星建立连接。
在所述步骤S1中，所述高轨卫星的广播消息包括网络时钟参考、网络信息表、卫星位置表和登录时隙位置；
终端在所述登录时隙位置上向高轨卫星发送登录请求，所述登录请求包括终端ID和终端能力信息。
所述终端有定位功能，则在所述步骤S1中，所述登录请求还包括终端位置信息；在所述步骤S2中，卫星通信***基于所述终端位置信息或同时基于所述终端位置信息和终端能力信息，来指定为终端提供服务的低轨卫星，所述登录请求响应包括指定的低轨卫星的信息。
所述终端没有定位功能，则在所述步骤S1中，所述登录请求不包括终端位置信息；在所述步骤S2中，所述登录请求响应包括能够为终端提供服务的候选的低轨卫星的信息，终端基于登录请求响应中的候选的低轨卫星的信息，并采用以下方式来指定为终端提供服务的低轨卫星：
步骤S21：终端基于登录请求响应中的候选的低轨卫星的信息，对候选的低轨卫星进行测量，并向高轨卫星发送测量报告；
步骤S22：卫星通信***基于测量报告来指定为终端提供服务的低轨卫星，高轨卫星向终端发送低轨卫星连接命令，该低轨卫星连接命令包含指定的低轨卫星的信息。
在所述步骤S2中，候选的低轨卫星的信息包括：
多颗候选的低轨卫星的ID、该候选的低轨卫星使用的频率和参考信号；和多个候选的低轨卫星的波束ID、该候选的波束使用的频率和参考信号；中的至少一种；以及用于发送所述测量报告的传输资源和传输配置。
在所述步骤S21中，对候选的低轨卫星进行测量，包括：在各候选的低轨卫星和/或波束的频率处接收对应的参考信号，来测量对应的低轨卫星和/或波束的参考信号的强度；
在所述步骤S22中，所述测量报告包括一颗或多颗优选的低轨卫星ID及其测量信息；和/或一个或多个优选的波束ID及其测量信息。
在所述步骤S2中，所述指定的低轨卫星的信息包括：指定的低轨卫星的ID和/或指定的低轨卫星的波束ID、为终端分配的控制时隙位置、以及定时和频率偏移量。
在所述步骤S3中，终端采用以下方式与指定的低轨卫星建立连接：
步骤S31：终端接收指定的低轨卫星发送的广播消息；
步骤S32：终端使用指定的低轨卫星的信息中的定时和频率偏移量，在分配的控制时隙位置上向低轨卫星发送控制消息；
步骤S33：低轨卫星向终端反馈响应消息。
在所述步骤S31中，低轨卫星发送的广播消息包括网络时钟参考和卫星位置表；
在所述步骤S32中，所述控制消息包括终端ID、信道状态信息和功率余量；
在所述步骤S33中，所述响应消息包括连接成功指示、传输资源、传输配置和校正消息。
本发明的卫星通信***中的终端登录方法通过终端向高轨卫星发起登录流程，高轨卫星协助终端连接至低轨卫星的方式，由于高轨卫星具有位置相对静止、覆盖范围大的优势，因此相较于高速移动的低轨卫星，终端在初始登录时与高轨卫星进行同步并完成登录过程的实现难度较低，实现了高效的终端登录。此外，由于高轨卫星在完成终端认证后，可向终端提供低轨卫星信息、定时和频率偏移量，并分配专用的传输资源，因此终端在获得这些信息和资源后，可较好地补偿低轨卫星高移动性带来的高频偏和时偏，并避免竞争接入带来的冲突问题，显著提高与低轨卫星建立连接的成功率。
附图说明
图1是本发明的卫星通信***中的终端登录方法的流程图。
图2是本发明的卫星通信***中的终端登录方法的所适用的卫星通信***的场景图。
图3是根据本发明的第一实施例的卫星通信***中的终端登录方法的信令流程图。
图4是根据本发明的第二实施例的卫星通信***中的终端登录方法的信令流程图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图2所示为本发明的卫星通信***中的终端登录方法所适用的卫星通信***的场景，所适用的卫星通信***为高低轨卫星联合组网，卫星通信***至少包括终端1、高轨卫星2和低轨卫星3。终端1和高轨卫星2之间、终端1和低轨卫星3之间均通过用户链路5传输数据和控制信令。此外，卫星通信***还通常包括地面的信关站4。地面信关站4具有数据网关功能，并负责卫星通信***的部分或全部控制和管理功能，其用于向卫星提供馈电链路6，传输数据和控制信令，但本专利的技术方案不涉及馈电链路上的传输，主要针对终端1和卫星2、3之间的用户链路上的信令传输。低轨卫星3相对于地面高速移动，可通过馈电链路6连接至信关站4，或通过星间链路7连接至高轨卫星2。高轨卫星2与地面保持相对静止，并通过馈电链路连接至信关站4。
第一实施例：终端有定位功能的卫星通信***中的终端登录方法
在本实施例中，在卫星通信***中，终端有定位功能。
如图1和图3所示，卫星通信***中的终端登录方法具体包括以下步骤：
步骤S1：终端1接收高轨卫星2的广播消息，并向高轨卫星2发送登录请求。
终端1接收的广播消息包括但不限于网络时钟参考、网络信息表、卫星位置表和登录时隙位置等。这些广播消息是现有的卫星通信***的广播消息，网络时钟参考主要用于终端1在初始接入时的时钟同步、网络信息表用于获取卫星通信网络信息，卫星位置表用于天线对准。
终端1在所述登录时隙位置上向高轨卫星2发送登录请求。登录请求包括但不限于终端ID和终端能力信息，此外，在本实施例中，终端有定位功能，则登录请求还包括终端位置信息。
步骤S2：高轨卫星2接收登录请求并向终端1发送登录请求响应，终端1接收登录请求响应，在此过程中，卫星通信***基于登录请求或终端1基于登录请求响应来指定为终端1提供服务的低轨卫星；
在本实施例中，由于终端1有定位功能，则终端1发送的登录请求中包括终端位置信息，因此，卫星通信***基于登录请求中的终端位置信息或同时基于登录请求中的终端位置信息和终端能力信息，来指定为终端提供服务的低轨卫星，所述登录请求响应包括为终端1提供服务的指定的低轨卫星3的信息。
其中，指定为终端提供服务的低轨卫星的决策可由卫星通信***制定，具体可由地面信关站中的控制功能或高轨卫星中的控制功能制定。决策过程可使用现有技术，例如根据终端位置或测量报告选择距离最近、信道质量最好的低轨卫星。
指定的低轨卫星3的信息包括但不限于：指定的低轨卫星3的ID和/或指定的低轨卫星3的波束ID、为终端1分配的控制时隙位置、以及定时和频率偏移量等。
其中，低轨卫星可能利用波束成形等技术生成多个波束，每个波束的覆盖范围、频段、带宽等可能不同。配置了多个波束的低轨卫星需要通过其生成的波束为终端提供服务。低轨卫星3的ID、低轨卫星3的波束ID是用于告知终端需在步骤3中连接的低轨卫星中的波束，指定的低轨卫星3的ID和/或指定的低轨卫星3的波束ID，说明至少需要决策出卫星ID，波束ID可在终端连接至低轨卫星后再决策。控制时隙位置是低轨卫星3分配给终端1发送控制消息的资源、与终端能力信息相关，定时和频率偏移量是根据终端位置信息计算出来的。
步骤S3：终端1与指定的低轨卫星3建立连接。
对于有定位功能的终端，终端可基于登录请求响应中的指定的低轨卫星3的信息，采用以下方式与指定的低轨卫星3建立连接：
步骤S31：终端1接收指定的低轨卫星3发送的广播消息；该低轨卫星3发送的广播消息包括网络时钟参考和卫星位置表等。低轨卫星3会周期性广播这些广播消息，终端1是通过在频带上搜索，找到指定的低轨卫星3的ID和/或低轨卫星3的波束ID，来接收对应的广播消息的。
步骤S32：终端1使用指定的低轨卫星3的信息中的定时和频率偏移量，在分配的控制时隙位置上向低轨卫星3发送控制消息；控制消息包括终端ID、信道状态信息和功率余量等。这些控制消息用于确定后续的数据传输的调制编码、发射功率等配置。
步骤S33：低轨卫星3向终端1反馈响应消息；响应消息包括连接成功指示、传输资源、传输配置和校正消息等。其中，响应消息都是用于后续数据传输的配置，传输资源是给数据传输配置的时频资源，传输配置包括调制编码、发射功率等配置，校正消息包括定时、频率和功率校正等。
由此，完成上述连接过程后，即完成步骤S3后，终端1可开始与低轨卫星3进行数据传输。
第二实施例：终端没有定位功能的卫星通信***中的终端登录方法
如图1和图4所示，卫星通信***中的终端登录方法具体包括以下步骤：
步骤S1：终端1接收高轨卫星的广播消息并向高轨卫星发送登录请求。
其中，终端1接收的广播消息包括网络时钟参考、网络信息表、卫星位置表、登录时隙位置等。
终端在所述登录时隙位置上向高轨卫星发送登录请求，登录请求中包括但不限于终端ID和终端能力信息。在本实施例中，由于终端没有定位功能，因此所述登录请求中不包括终端位置信息。
步骤S2：高轨卫星2接收登录请求并向终端1发送登录请求响应，终端1接收登录请求响应，在此过程中，基于登录请求响应来指定为终端1提供服务的低轨卫星。
由于在步骤S1中，所述登录请求不包括终端位置信息，卫星通信***无法直接指定为终端提供服务的低轨卫星3，因此，在所述步骤S2中，所述登录请求响应包括能够为终端提供服务的候选的低轨卫星3的信息，终端1基于登录请求响应中的候选的低轨卫星3的信息，来指定为终端1提供服务的低轨卫星3。
其中，候选的低轨卫星3的信息包括但不限于：
多颗候选的低轨卫星的ID、该候选的低轨卫星使用的频率和参考信号；和多个候选的低轨卫星的波束ID、该候选的波束使用的频率和参考信号；中的至少一种；以及用于发送测量报告的传输资源和传输配置。
具体来说，如果卫星没有使用波束成形技术(即没有多个波束)，或者使用了一个专门的频段来覆盖整个服务区域(可理解为一个覆盖范围很大的宽波束，用于广播信息等)，那么卫星就需要在使用的频点上发送卫星级的参考信号，用于终端测量不同卫星的信号强度。
如果卫星配置了多个波束(可能使用了不同的频点)，那么在每个波束上需要发送波束级的参考信号，用于终端测量不同波束的信号强度。
频率是指卫星或波束使用的频点，参考信号是卫星或波束上发送的例如导频等已知信号，用于终端测量信号强度。终端需要在卫星的频点上接收参考信号来测量信号强度。
终端1基于登录请求响应中的候选的低轨卫星的信息，并具体采用以下方式来指定为终端1提供服务的低轨卫星：
步骤S21：终端1基于登录请求响应中的候选的低轨卫星3的信息，对候选低轨卫星3进行测量，并向高轨卫星2发送测量报告。
由于候选的低轨卫星3的信息包括候选的低轨卫星使用的频率和参考信号或者候选的波束使用的频率和参考信号，因此，对候选低轨卫星3进行测量，包括：在各候选的低轨卫星和/或波束的频率处接收对应的参考信号，来测量对应的低轨卫星和/或波束的参考信号的强度。
相应地，测量报告包括一颗或多颗优选的低轨卫星3的ID及其测量信息；和/或一个或多个优选的波束ID及其测量信息。即，至少需要决策出低轨卫星3的ID；低轨卫星3的波束ID可以同时指定，或在终端1连接至低轨卫星3后再决策。如果低轨卫星3的波束ID需要同时指定，那就至少需要波束ID及测量信息，根据波束的测量信息选定了最优的波束，那也就选定了生成该波束的卫星。
步骤S22：卫星通信***基于测量报告来指定为终端提供服务的低轨卫星，高轨卫星向终端1发送低轨卫星连接命令，该低轨卫星连接命令包含指定的低轨卫星3的信息。
该指定为终端提供服务的低轨卫星的决策可由卫星通信***制定，具体可由地面信关站中的控制功能或高轨卫星中的控制功能制定。决策过程可使用现有技术，例如根据测量报告选择信道质量最好的低轨卫星的波束。
指定的低轨卫星3的信息包括但不限于：指定的低轨卫星3的ID和/或指定的低轨卫星3的波束ID、为终端1分配的控制时隙位置、以及定时和频率偏移量等。
步骤S3：终端1与指定的低轨卫星3建立连接。
在本实施例中，对于没有定位功能的终端1，终端1可基于低轨卫星连接命令中的指定的低轨卫星3的信息，采用以下方式与指定的低轨卫星3建立连接：
步骤S31：终端1接收指定的低轨卫星3发送的广播消息；该低轨卫星3发送的广播消息包括网络时钟参考和卫星位置表等。
步骤S32：终端1使用指定的低轨卫星3的信息中的定时和频率偏移量，在分配的控制时隙位置上向低轨卫星3发送控制消息；控制消息包括终端ID、信道状态信息和功率余量等。
步骤S33：低轨卫星3向终端1反馈响应消息；响应消息包括连接成功指示、传输资源、传输配置和校正消息等。
由此，完成上述连接过程后，终端可开始与低轨卫星进行数据传输。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (4)

1.一种卫星通信***中的终端登录方法，其特征在于，所适用的卫星通信***为高低轨卫星联合组网，其包括终端、高轨卫星和低轨卫星，所述终端登录方法包括：
步骤S1：终端接收高轨卫星的广播消息并向高轨卫星发送登录请求；
步骤S2：高轨卫星接收登录请求并向终端发送登录请求响应，终端接收登录请求响应，在此过程中，基于登录请求或基于登录请求响应来指定为终端提供服务的低轨卫星；
步骤S3：终端与指定的低轨卫星建立连接；
所述终端没有定位功能，则在所述步骤S1中，所述登录请求不包括终端位置信息；
在所述步骤S2中，
所述登录请求响应包括能够为终端提供服务的候选的低轨卫星的信息，终端基于登录请求响应中的候选的低轨卫星的信息，并采用以下方式来指定为终端提供服务的低轨卫星：
步骤S21：终端基于登录请求响应中的候选的低轨卫星的信息，对候选的低轨卫星进行测量，并向高轨卫星发送测量报告；
步骤S22：卫星通信***基于测量报告来指定为终端提供服务的低轨卫星，高轨卫星向终端发送低轨卫星连接命令，该低轨卫星连接命令包含指定的低轨卫星的信息；
在所述步骤S2中，候选的低轨卫星的信息包括：
多颗候选的低轨卫星的ID、该候选的低轨卫星使用的频率和参考信号和
多个候选的低轨卫星的波束ID、候选的波束使用的频率和参考信号中的至少一种；
以及用于发送所述测量报告的传输资源和传输配置；
在所述步骤S2中，所述指定的低轨卫星的信息包括：指定的低轨卫星的ID和/或指定的低轨卫星的波束ID、为终端分配的控制时隙位置、以及定时和频率偏移量；
在所述步骤S3中，终端采用以下方式与指定的低轨卫星建立连接：
步骤S31：终端接收指定的低轨卫星发送的广播消息；
步骤S32：终端使用指定的低轨卫星的信息中的定时和频率偏移量，在分配的控制时隙位置上向低轨卫星发送控制消息；
步骤S33：低轨卫星向终端反馈响应消息。
2.根据权利要求1所述的卫星通信***中的终端登录方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述高轨卫星的广播消息包括网络时钟参考、网络信息表、卫星位置表和登录时隙位置；
终端在所述登录时隙位置上向高轨卫星发送登录请求，所述登录请求包括终端ID和终端能力信息。
3.根据权利要求1所述的卫星通信***中的终端登录方法，其特征在于，
在所述步骤S21中，对候选的低轨卫星进行测量，包括：在各候选的低轨卫星和/或波束的频率处接收对应的参考信号，来测量对应的低轨卫星和/或波束的参考信号的强度；
在所述步骤S22中，所述测量报告包括一颗或多颗优选的低轨卫星ID及其测量信息；和/或一个或多个优选的波束ID及其测量信息。
4.根据权利要求1所述的卫星通信***中的终端登录方法，其特征在于，在所述步骤S31中，低轨卫星发送的广播消息包括网络时钟参考和卫星位置表；
在所述步骤S32中，所述控制消息包括终端ID、信道状态信息和功率余量；
在所述步骤S33中，所述响应消息包括连接成功指示、传输资源、传输配置和校正消息。
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