空间互联网信息服务系统及方法技术方案

一种空间互联网信息服务方法，包括以下步骤：提供一种空间互联网信息服务系统，该空间互联网信息服务系统包括多个具有移动通信载荷的通信卫星、一地面数据中心和多个地面用户终端，所述地面用户终端包括至少一个地面位置固定数据终端、至少一个通信终端和至少一个广播终端；所述移动通信载荷在所述空间互联网信息服务系统开机或者复位后采用缺省设置分配无线信道和使用无线信道；所述移动通信载荷采集用于优化无线信道分配和使用的有用信息；所述移动通信载荷根据采集的有用信息分配信道，获得信道分配结果；以及所述移动通信载荷根据所述信道分配结果使用信道。

【技术实现步骤摘要】
空间互联网信息服务系统及方法
本专利技术涉及一种信息服务系统及方法，尤其是一种基于时空基准的空间互联网信息服务系统及方法。
技术介绍
低轨道卫星星座是十几颗至几十颗低轨道运行的小型卫星，分若干个轨道，每轨道若干颗卫星，在若干个轨道面绕地球旋转，且相邻两个轨道面在经度上具有相等的距离。低轨道卫星移动通信系统作为移动通信中继站，这好比把陆地蜂窝移动通信系统安装在卫星上，对地面形成无线蜂窝覆盖，把整个地球表面都覆盖在内，可提供电话、数据和多媒体等业务。随着移动互联网的迅速发展，低轨道卫星移动通信系统的核心应用向互联网变迁，因此低轨道卫星移动通信系统也称作空间互联网。在移动通信中，多个用户采用提前定义好的技术方法接入信道共享同一通信资源，这种技术称作多址技术，也称作接入技术。常见的多址技术包括时分多址、频分多址和码分多址。在现代通信系统中，通常将这几种多址技术混合使用，即先用频分多址的方式将可用频率资源分配为多个频道，然后在同一个频道内，多个终端又采用时分多址和码分多址接入。从通信架构看，最广泛使用的是有中心的星形通信架构，即多个移动通信终端总是与中心节点通信，这个中心通信节点称作基站，通信链路被分为上行链路和下行链路。上行链路是移动通信终端到基站的通信链路，下行链路是基站到移动通信终端的通信链路。无论采用什么样的多址技术，都要解决信道分配问题，以保证：（1）多个终端都在恰当时间点发送数据给基站，从而充分的利用上行链路，并将相互间的通信干扰降到最低甚至彻底消除；（2）充分的利用下行链路将数据发送或者广播给终端。在低轨道卫星移动通信系统中，卫星相当于是一个放到轨道上的基站，其覆盖范围大，且覆盖范围会随着卫星运动而迅速移动。比如位于800公里轨道的低轨道移动通信/互联网卫星，其覆盖范围为2400公里，运行速度为7.5公里每秒，接近第一宇宙速度。在这种情况下，如何综合考虑各种因素优化信道资源分配和使用，就成为一个既不同于传统地面移动通信，又不影响卫星无线资源使用效率的关键问题。另外，在时分多址的通信系统里，人们通常将可用通信时间分为多个时隙，每一个时隙就是一个信道。在频分多址的通信系统里，人们将可用的频率分成多份，每一份就是一个信道。在码分多址的系统中，人们通过不同的扩频码来区分不同的用户，每一个扩频码就是一个信道。在实际系统中，通常频分、码分和时分以不同的方式组合使用，所述的信道资源就变成了由时间、频率和扩频码所代表的三维空间中的不同形状的“三维块儿”。恰当的使用和分配无线信道是移动通信中的一个基本问题。基本的空间移动通信系统是由多个通信卫星尤其是低轨通信卫星和地面用户终端构成的通信网络。为了支持广播业务，还需要一个地面数据中心生成广播业务数据并上传到卫星，让卫星广播给用户。这种空间移动通信系统与地面移动通信系统的主要不同之处包括：（1）移动通信基站与用户的运动关系不同。在空间移动通信系统中，用户和卫星之间的空间关系一直处于快速的变化之中，相比于卫星的运动速度和尺度，可以认为用户是基本不动的，而天上的卫星所携带的移动通信载荷（即卫星移动通信基站）在快速运动，这与地面移动通信的情形恰好相反。（2）从基站角度看用户的分布不一样。地面移动通信系统中，用户分布在基站看来是连成片的。在空间移动通信系统中，卫星的通信业务在覆盖的地面区域中，用户往往是稀疏分布的；而单向业务的用户，如广播地面用户，在通信卫星看来是分簇的。因此，卫星的移动通信载荷是多波束的，以适应这种稀疏和分簇的需要。从用途角度看，所述波束可分为广播波束和通信波束，一个卫星可以同时形成多个波束，每一个波束的覆盖范围也不同。通信波束是点波束，对用户凝视；广播波束是面波束，按照一定的规律进行周期性扫描，每一次扫描覆盖星下的特定区域。空间互联网支持的业务包括双向业务如语音和数据，以及单向业务如广播。然而，卫星的能力有限，如何在最少的人为干预下，根据运行时变化的业务需求，动态地分配和使用无线信道，利用卫星有限的能力对用户进行按需服务，实现最大的服务价值，这是业界需要解决的核心问题。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可以利用卫星有限的能力对用户进行按需服务的空间互联网信息服务系统及方法。一种空间互联网信息服务方法，包括以下步骤：提供一种空间互联网信息服务系统，该空间互联网信息服务系统包括多个具有移动通信载荷的通信卫星、一地面数据中心和多个地面用户终端，所述地面用户终端包括至少一个地面位置固定数据终端、至少一个通信终端和至少一个广播终端；所述移动通信载荷在所述空间互联网信息服务系统开机或者复位后采用缺省设置分配无线信道和使用无线信道；所述移动通信载荷采集用于优化无线信道分配和使用的有用信息；所述移动通信载荷根据采集的有用信息分配信道，获得信道分配结果，所述移动通信载荷根据采集的有用信息分配信道的方法包括以下步骤：所述通信卫星具有一电池电量，根据该通信卫星的电池电量设定允许的信道类型；根据所述允许的信道类型和所述电池电量以外的有用信息分配信道；以及所述移动通信载荷根据所述信道分配结果使用信道。一种空间互联网信息服务系统，包括多个具有移动通信载荷的通信卫星、一地面数据中心和多个地面用户终端，所述通信卫星与地面数据中心、地面用户终端均通过无线链路连接，所述移动通信载荷由一信道分配单元、一信道使用与通信调制单元、一通信基带解调单元、一无线电波束收发单元和一存储单元组成；所述信道分配单元的输入与存储单元连接，输出与信道使用与通信调制单元连接；所述信道使用与通信调制单元的输入与信道分配单元和存储单元连接，输出与无线电波束收发单元连接；所述通信基带解调单元的输入与无线电波束收发单元连接，输出与存储单元连接。与现有技术相比，本专利技术提供一种空间互联网信息服务系统及方法，充分利用时空基准，根据通信卫星和用户运行时的演化状态来动态地分配和使用有限的信道资源，灵巧地控制所述通信卫星的移动通信载荷的无线电波束，实现按需服务。附图说明图1是本专利技术提供的基于时空基准的空间互联网信息服务系统示意图。图2是本专利技术提供的通信卫星的移动通信载荷示意图。图3是本专利技术提供的基于时空基准的空间互联网信息服务方法流程图。图4是本专利技术提供的按照缺省设置分配的无线信道示意图。图5是本专利技术提供的电池电量设定允许的信道类型方法的示意图。图6是本专利技术提供的允许的信道类型和电池电量以外的有用信息分配信道的方法流程图。主要元件符号说明空间互联网信息服务系统10通信卫星12地面数据中心14地面用户终端16地面位置固定数据终端160一般通信终端162广播终端164点波束170面波束172覆盖区域174移动通信载荷180信道分配单元182信道使用与通信调制单元184通信基带解调单元186无线电波束收发单元188存储单元190如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例对本专利技术提供的基于时空基准的空间互联网信息服务系统及方法作进一步的详细说明。请参见图1，本专利技术提供一种基于时空基准的空间互联网信息服务系统10，包括多个通信卫星12、一个地面数据中心14和多个地面用户终端16，所述地面用户终端16包括至少一个地面位置固定数据终端160、至少一个一般通信终端162和至少一个广播终端164。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间互联网信息服务方法，包括以下步骤：提供一种空间互联网信息服务系统，该空间互联网信息服务系统包括多个具有移动通信载荷的通信卫星、一地面数据中心和多个地面用户终端，所述地面用户终端包括至少一个地面位置固定数据终端、至少一个通信终端和至少一个广播终端；所述移动通信载荷在所述空间互联网信息服务系统开机或者复位后采用缺省设置分配无线信道和使用无线信道；所述移动通信载荷采集用于优化无线信道分配和使用的有用信息；所述移动通信载荷根据采集的有用信息分配信道，获得信道分配结果，所述移动通信载荷根据采集的有用信息分配信道的方法包括以下步骤：所述通信卫星具有一电池电量，根据该通信卫星的电池电量设定允许的信道类型；根据所述允许的信道类型和所述电池电量以外的有用信息分配信道；以及所述移动通信载荷根据所述信道分配结果使用信道。

【技术特征摘要】
1.一种空间互联网信息服务方法，包括以下步骤：提供一种空间互联网信息服务系统，该空间互联网信息服务系统包括多个具有移动通信载荷的通信卫星、一地面数据中心和多个地面用户终端，所述地面用户终端包括至少一个地面位置固定数据终端、至少一个通信终端和至少一个广播终端；所述移动通信载荷在所述空间互联网信息服务系统开机或者复位后采用缺省设置分配无线信道和使用无线信道，所述采用缺省设置分配无线信道和使用无线信道的方法是：将无线信道按时间轴划分为多个连续的超帧，每一个超帧包括多个下行接入信道、多个广播业务信道和多个通信信道，所述移动通信载荷发射多个无线波束，该多个无线波束覆盖不同的区域，所述多个下行接入信道分别对应所述无线波束所覆盖的区域，在下行接入信道里，所述无线波束扫描无线波束所覆盖的区域，且在开机时所述多个广播业务信道和多个通信信道均处于空闲状态；所述移动通信载荷采集用于优化无线信道分配和使用的有用信息；所述移动通信载荷根据采集的有用信息分配信道，获得信道分配结果，所述移动通信载荷根据采集的有用信息分配信道的方法包括以下步骤：所述通信卫星具有一电池电量，根据该通信卫星的电池电量设定允许的信道类型，所述根据通信卫星的电池电量设定允许的信道类型的方法为：设定门限1、门限2、门限3，且门限1<门限2<门限3；当电池电量小于门限1时，不分配任何信道；当电池电量大于等于门限1且小于门限2时，允许所述下行接入信道和最多不超过默认数量的通信信道，且关闭所有广播业务信道；当电池电量大于等于门限2且小于门限3时，允许下行接入信道、最多超过默认数量的通信信道、最多不超过默认数量的广播业务信道；当电池电量大于等于门限3时，允许通信信道、下行接入信道和超过默认数量的广播业务信道；根据所述允许的信道类型和所述电池电量以外的有用信息分配信道，所述根据允许的信道类型和电池电量以外的有用信息分配信道的方法，包括以下步骤：根据一呼叫接入接纳控制算法，确定是否接纳新增通信用户，并为新接纳的通信用户分配通信信道；依据地面位置固定用户的通信信道预留信息，为地面位置固定用户分配通信信道；分配下行接入信道，该下行接入信道的数量为可用信道的数量和下行接入信道的数量中较小的一个；以及若允许的广播业务信道数不为零，则分配广播业务信道，该广播业务信道数量为剩余可用信道的数量和允许的广播业务信道的数量中较小的一个；以及所述移动通信载荷根据所述信道分配结果使用信道。2.如权利要求1所述的空间互联网信息服务方法，其特征在于，所述用于优化无线信道分配和使用的有用信息包括：当前时间和所述通信卫星所处的位置、所述通信卫星的电池电量、通信用户上一次与所述移动通信载荷通信时的地面位置、地面数据中心上传给所述通信卫星的广播业务数据单元，以及所述地面位置固定数据终端的通信信道预留信息。3.如权利要求1所述的空间互联网信息服务方法，其特征在于，所述呼叫接入接纳控...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆建华，陈曦，王梦璐，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11