專利名稱：天基移動通信系統(tǒng)及通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星通信系統(tǒng)及通信方法，尤其是一種基于天基系統(tǒng)(以衛(wèi)星為核心的系統(tǒng))，并且可以進(jìn)行星上自主路由交換的天基移動通信系統(tǒng)及通信方法。屬于航天信息領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天基移動通信系統(tǒng)是一種以衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)(天基)為基礎(chǔ)，利用衛(wèi)星優(yōu)秀的覆蓋特性來實現(xiàn)對較大區(qū)域(或全球)內(nèi)移動用戶的信息接入和傳輸。天基移動通信系統(tǒng)具有覆蓋廣，組網(wǎng)靈活、迅速以及信息接入機(jī)動靈活等特點，成為下一代移動通信(4G)和國家信息高速公路的重要組成部分。
與地面通信網(wǎng)絡(luò)不同，天基移動通信系統(tǒng)是以不同軌道上多顆衛(wèi)星為主要節(jié)點，結(jié)合地面關(guān)口站和移動終端(站)共同構(gòu)成的，衛(wèi)星節(jié)點負(fù)責(zé)用戶的接入功能并實現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸功能，在系統(tǒng)中處于核心地位。這些衛(wèi)星節(jié)點一般是位于中低軌道上的衛(wèi)星，它們與地面節(jié)點間存在極大的相對運動，與此同時，不同軌道上的衛(wèi)星節(jié)點之間也存在相對運動。因此，天基移動通信系統(tǒng)中，除了用戶終端具有移動性外，其他主要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(衛(wèi)星)也具有動態(tài)性，這與現(xiàn)有的地面通信系統(tǒng)都不相同，如地面有線通信網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫枪潭ǖ?，而現(xiàn)有的2G/3G和無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)等無線通信系統(tǒng)其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟彩且怨潭ňW(wǎng)絡(luò)節(jié)點為主要網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的，僅僅是用戶終端存在移動性。因此，以不同軌道上的多顆衛(wèi)星為核心的天基移動通信系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和通信處理方法方面具有與地面?zhèn)鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)的特點。
目前常見的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有如下幾類，由于研究目的和技術(shù)體制的限制，它們都無法直接用于構(gòu)建天基移動通信系統(tǒng)，具體來說。
(1)同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)現(xiàn)有的同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般是包括至少一顆同步軌道衛(wèi)星、一個地面站和若干用戶終端。根據(jù)同步軌道衛(wèi)星星上處理方式的不同，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，在不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，用戶終端的通信方法也分為兩種。在星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎拢杰壍佬l(wèi)星的作用是在用戶終端和地面站之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，整個網(wǎng)絡(luò)的控制和管理、用戶終端的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)以及與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)都由地面站完成；在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎?，同步軌道衛(wèi)星的作用是通過星上的交換功能在用戶終端和地面站之間以及用戶終端之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，地面站實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的控制和管理、與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)以及用戶終端通信過程的控制數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。
因此，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心是地面站，同步軌道衛(wèi)星的主要功能是實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)透明轉(zhuǎn)發(fā)和在地面站控制下的數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對穩(wěn)定，通信方法比較簡單，不能適合由多顆衛(wèi)星，特別是由中低軌道衛(wèi)星構(gòu)成的星座組成的天基移動通信系統(tǒng)。
(2)全球星系統(tǒng)全球星系統(tǒng)是一個典型的在軌運行的低軌道星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)，提供全球移動通信服務(wù)。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括48顆低軌道衛(wèi)星，地面控制中心和分布于全球的大量的地面關(guān)口站以及用戶終端。該系統(tǒng)的衛(wèi)星僅具有透明轉(zhuǎn)發(fā)能力，即衛(wèi)星只是在地面關(guān)口站和用戶之間對無線通信鏈路的載波簡單地進(jìn)行載波頻率的轉(zhuǎn)換，衛(wèi)星之間不具有直接的無線鏈路，因此，該系統(tǒng)中的衛(wèi)星在系統(tǒng)通信過程中的作用相當(dāng)于地面關(guān)口站與用戶終端之間的中繼站，在整個通信過程中不參與任何通信控制數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理，所有通信過程的控制都是在地面關(guān)口站和用戶終端之間直接進(jìn)行的。
全球星系統(tǒng)的所有地面關(guān)口站和地面操作控制中心通過全球星數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相互連接在一起，共同完成對整個系統(tǒng)的管理和控制，而空間的衛(wèi)星僅僅是采用透明轉(zhuǎn)發(fā)的工作方式，起到地面關(guān)口站與用戶終端之間無線信號的中繼作用，衛(wèi)星之間也不具有星間鏈路。因此，全球星系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信方法都是以地面關(guān)口站為核心的，而且系統(tǒng)通信覆蓋范圍由地面關(guān)口站的分布決定，在地面關(guān)口站分布范圍受限的情況下，不能提供大范圍甚至全球的通信服務(wù)。
(3)銥星系統(tǒng)銥星系統(tǒng)是另一個典型的在軌運行的低軌道星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)，提供全球移動通信服務(wù)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括66顆具有星間鏈路的低軌道衛(wèi)星、一個地面控制中心、多個地面關(guān)口站和若干用戶終端。該系統(tǒng)的衛(wèi)星采用星上電路交換方式，針對的是語音通信等面向連接的低速業(yè)務(wù)。用戶終端的連接請求首先被轉(zhuǎn)發(fā)到地面關(guān)口站，由地面關(guān)口站和地面控制中心完成整個通信連接的建立、維護(hù)和拆除功能，關(guān)口站首先對目的終端進(jìn)行尋呼，然后計算通信雙方的連接路徑，選擇建立連接的衛(wèi)星，并發(fā)送相應(yīng)的控制信令到連接路徑上的衛(wèi)星以建立星上電路交換通道，然后終端開始發(fā)送和接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。
基于星上電路交換方式的銥星系統(tǒng)不具有星上自主路由交換能力，系統(tǒng)所有的通信都必須首先建立端到端的連接路徑，而連接的路徑建立、維護(hù)和拆除功能都是由地面設(shè)備進(jìn)行控制和管理，因此，銥星系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通信方法不適合具有突發(fā)性的基于分組傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，尤其是不能滿足多媒體綜合業(yè)務(wù)的傳輸需求。
作為下一代移動通信(4G)和國家信息高速公路的重要組成部分，天基移動通信系統(tǒng)需要具有如下特點1)可支持多種業(yè)務(wù)綜合接入和傳輸，并為不同業(yè)務(wù)提供相應(yīng)的QoS保證；2)可很好兼容地面現(xiàn)有系統(tǒng)；3)具有很好的獨立于地面節(jié)點的自主路由通信能力，以提高系統(tǒng)的生存能力；4)具有優(yōu)秀的無線以及網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化分配能力，以提高系統(tǒng)資源的使用效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種天基移動通信系統(tǒng)和基于該系統(tǒng)的通信方法，以實現(xiàn)星上自主路由交換，從而使系統(tǒng)對地面節(jié)點的依賴性大大下降，并且減少地面控制站的部署，簡化地面控制設(shè)備的功能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種天基移動通信系統(tǒng)，包括至少一個用戶終端站、由多個衛(wèi)星構(gòu)成的衛(wèi)星接入網(wǎng)和由多個所述關(guān)口站構(gòu)成的地面核心網(wǎng)；所述用戶終端站，用于建立與所述衛(wèi)星接入網(wǎng)之間的無線通信連接，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸；所述衛(wèi)星接入網(wǎng)，用于進(jìn)行所述用戶終端站之間以及所述用戶終端站與所述關(guān)口站之間的通信數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)；所述衛(wèi)星中設(shè)置有路由與交換處理模塊，用于建立衛(wèi)星接入網(wǎng)中衛(wèi)星間的通信路徑；所述地面核心網(wǎng)，用于對整個通信系統(tǒng)進(jìn)行控制及管理。
本發(fā)明還提供了一種基于天基移動通信系統(tǒng)的通信方法，包括如下步驟步驟1、用戶終端站通過衛(wèi)星接入網(wǎng)進(jìn)行入網(wǎng)注冊；步驟2、所述用戶終端站根據(jù)自身的業(yè)務(wù)參數(shù)向所述衛(wèi)星接入網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)申請，所述衛(wèi)星接入網(wǎng)對所述用戶終端站進(jìn)行接入控制；步驟3、建立所述用戶終端站和目的用戶終端站的通信連接；步驟4、對所述通信連接進(jìn)行維護(hù)；步驟5、拆除所述通信連接。
通過本發(fā)明的天基移動通信系統(tǒng)和基于該系統(tǒng)的通信方法，使得衛(wèi)星通信系統(tǒng)對地面節(jié)點的依賴性大大下降；實現(xiàn)了用戶的無線接入星上處理和星地一體化無線資源管理，并且可支持多業(yè)務(wù)綜合接入和無線資源最優(yōu)分配；能夠減少地面控制站的部署，簡化地面控制設(shè)備的功能。
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的衛(wèi)星通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的用戶終端站的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的衛(wèi)星接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的星載路由交換機(jī)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的地面核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明的關(guān)口站的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的用戶終端站發(fā)起的面向連接的通信業(yè)務(wù)的流程圖；圖9為本發(fā)明的入網(wǎng)注冊的流程圖；圖10為本發(fā)明的業(yè)務(wù)申請的流程圖；圖11為本發(fā)明的接入控制的流程圖；圖12為本發(fā)明的通信連接建立的流程圖；圖13為本發(fā)明的通信連接維護(hù)的流程圖；圖14為本發(fā)明的通信連接拆除的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一種天基移動通信系統(tǒng)，天基移動通信系統(tǒng)是一個以衛(wèi)星通信節(jié)點(即衛(wèi)星)為核心的無線移動通信系統(tǒng)。如圖1和圖2所示，給出了本發(fā)明的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖和模塊結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)由用戶域、衛(wèi)星接入網(wǎng)、地面核心網(wǎng)三部分組成。
用戶域由所有用戶終端站構(gòu)成，用戶終端站通過用戶-衛(wèi)星空中接口建立與衛(wèi)星之間的無線通信連接，實現(xiàn)用戶終端站與衛(wèi)星之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。針對不同的應(yīng)用場景的用戶終端站具有不同的特點，比如手持移動終端(針對個人使用的便攜終端)，小型局域網(wǎng)衛(wèi)星接入終端(通過小型地面移動終端接入衛(wèi)星網(wǎng)，如車載、機(jī)載、艦載信息網(wǎng)，移動指揮所等)，專用網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星接入站等針對各種應(yīng)用場景的用戶終端站。
衛(wèi)星接入網(wǎng)負(fù)責(zé)完成天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端站之間以及與關(guān)口站之間的通信數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。衛(wèi)星接入網(wǎng)由多個衛(wèi)星節(jié)點通過衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口組網(wǎng)構(gòu)成，通過用戶-衛(wèi)星空中接口接入用戶終端，并通過衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口建立與地面核心網(wǎng)的連接。
地面核心網(wǎng)由各關(guān)口站以及地面運控中心組網(wǎng)構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理以及衛(wèi)星運行控制等與衛(wèi)星接入網(wǎng)相關(guān)的管理和控制功能以及與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的互聯(lián)，可以通過關(guān)口站利用A接口或R/P接口等標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議與PSTN、因特網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
下面對系統(tǒng)用戶域、衛(wèi)星接入網(wǎng)和地面核心網(wǎng)進(jìn)行分別介紹一、用戶域用戶域由所有的用戶終端站(UT)組成，用戶終端站的功能是通過衛(wèi)星接入網(wǎng)建立與其他終端的通信連接，并通過衛(wèi)星接入網(wǎng)和地面核心網(wǎng)建立與天基通信網(wǎng)絡(luò)之外的其他網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信連接，從而實現(xiàn)天基移動通信系統(tǒng)的最終使用者，即用戶的數(shù)據(jù)的傳送和接收。用戶終端站的功能模塊組成如圖3所示。
用戶-衛(wèi)星空中接口模塊的功能是建立終端站與衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)無線傳輸承載，將來自用戶終端站的其他功能模塊的數(shù)據(jù)封裝之后發(fā)送到衛(wèi)星，同時接收來自衛(wèi)星的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理之后，發(fā)送到其他功能模塊。
天基移動通信系統(tǒng)信令與協(xié)議處理模塊的功能是對用戶終端站與衛(wèi)星建立通信連接相關(guān)的信令和協(xié)議進(jìn)行處理，并根據(jù)信令和協(xié)議對用戶終端站的其他功能模塊進(jìn)行管理和控制。
應(yīng)用程序模塊的功能是與終端站的使用者(即用戶)進(jìn)行交互，并生成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，封裝之后發(fā)送到應(yīng)用層功能接口模塊，同時接收來自應(yīng)用層功能接口模塊的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理之后提供給用戶使用。
應(yīng)用層功能接口模塊的功能是在應(yīng)用程序與用戶-衛(wèi)星空中接口模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
另外，對于某些用戶終端站需要與局域網(wǎng)連接，則還可以包括網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)的功能是完成與局域網(wǎng)的互聯(lián)，在局域網(wǎng)和用戶-衛(wèi)星空中接口模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)局域網(wǎng)用戶通過用戶終端站的用戶-衛(wèi)星空中接口模塊建立與衛(wèi)星之間的通信連接。
應(yīng)用程序、應(yīng)用層功能接口模塊是滿足單一用戶應(yīng)用需求的功能模塊；而網(wǎng)關(guān)則是為了滿足局域網(wǎng)中的多用戶通信需求的功能模塊。用戶終端站可以同時具有這兩種功能，也可以只具有其中一種功能。
二、衛(wèi)星接入網(wǎng)衛(wèi)星接入網(wǎng)負(fù)責(zé)完成天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端站之間以及與關(guān)口站之間的通信數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，是整個天基移動通信系統(tǒng)的核心。如圖4所示，其為衛(wèi)星接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
衛(wèi)星接入網(wǎng)由多個衛(wèi)星節(jié)點通過衛(wèi)星之間的無線鏈路組網(wǎng)構(gòu)成，任何兩個衛(wèi)星節(jié)點之間可以通過其他衛(wèi)星節(jié)點建立通信鏈路。
所有天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端站通過衛(wèi)星接入網(wǎng)中的至少一顆衛(wèi)星節(jié)點接入衛(wèi)星接入網(wǎng)戶，并且天基移動通信系統(tǒng)通過至少一顆衛(wèi)星節(jié)點與地面核心網(wǎng)相連。
衛(wèi)星接入網(wǎng)的主要功能包括兩個方面一是建立衛(wèi)星與天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端站和地面核心網(wǎng)的無線連接，以實現(xiàn)天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端站與衛(wèi)星之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸以及衛(wèi)星與地面核心網(wǎng)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸；二是建立衛(wèi)星接入網(wǎng)的衛(wèi)星之間的通信連接路徑，以實現(xiàn)天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端站之間以及與關(guān)口站之間的通信數(shù)據(jù)在無線接入網(wǎng)中的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。
建立天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端站與衛(wèi)星之間的無線連接的功能主要由無線接入技術(shù)實現(xiàn)，衛(wèi)星之間的通信路徑的建立則主要由網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議實現(xiàn)，實現(xiàn)這些功能的核心設(shè)備則是星載路由交換機(jī)，該星載路由交換機(jī)作為衛(wèi)星的一部分，實現(xiàn)衛(wèi)星間的路由交換功能。如圖5所示，給出了衛(wèi)星接入網(wǎng)的星載路由交換機(jī)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
星載路由交換機(jī)的功能模塊組成至少1個衛(wèi)星-用戶空中接口模塊，1個衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊，1個路由與交換處理模塊，至少1個衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊。各模塊具體功能如下
(1)衛(wèi)星-用戶空中接口模塊衛(wèi)星-用戶空中接口模塊的主要功能是建立衛(wèi)星與天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端的無線連接，以實現(xiàn)天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端與衛(wèi)星之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
衛(wèi)星-用戶空中接口模塊建立衛(wèi)星與天基移動通信系統(tǒng)的用戶終端之間的雙向信令承載和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載。模塊對信令進(jìn)行處理，并控制衛(wèi)星與用戶終端之間的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載。模塊接收來自終端的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，并發(fā)送到星載路由交換機(jī)的路由與交換處理模塊；同時模塊接收來自路由與交換處理模塊的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并發(fā)送到用戶終端。
(2)衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊的主要功能是建立衛(wèi)星與天基移動通信系統(tǒng)的地面核心網(wǎng)的無線連接，以實現(xiàn)衛(wèi)星與地面核心網(wǎng)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊對衛(wèi)星發(fā)送到地面核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝并發(fā)送到地面關(guān)口站，同時對接收到的來自關(guān)口站的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)送到星載路由交換機(jī)的路由與交換處理模塊。
(3)衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊的主要功能是建立衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的無線通信連接，以實現(xiàn)衛(wèi)星接入網(wǎng)中的衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。
衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝并發(fā)送，同時接收來自其他衛(wèi)星節(jié)點的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理之后，發(fā)送到星載路由交換機(jī)的路由與交換處理模塊。
(4)路由與交換處理模塊路由與交換處理模塊的主要功能是在衛(wèi)星接入網(wǎng)中建立數(shù)據(jù)的傳輸路徑，為進(jìn)入衛(wèi)星接入網(wǎng)的數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斅窂?；同時對衛(wèi)星接入網(wǎng)中的傳輸路徑進(jìn)行維護(hù)，以適應(yīng)衛(wèi)星接入網(wǎng)拓?fù)涞膭討B(tài)變化，保證數(shù)據(jù)正確、有效地傳輸。
三、地面核心網(wǎng)地面核心網(wǎng)是整個天基通信網(wǎng)絡(luò)的地面控制和管理中心，一般由1個網(wǎng)絡(luò)控制中心、1個衛(wèi)星控制中心和多個關(guān)口站組成，網(wǎng)絡(luò)控制中心和衛(wèi)星控制中心可以位于同一個地理位置，統(tǒng)稱為運控中心。網(wǎng)絡(luò)控制中心、衛(wèi)星控制中心和關(guān)口站之間通過地面有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，組成一個天基移動通信系統(tǒng)的地面核心網(wǎng)，如圖6所示，其為本發(fā)明的地面核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。
通過網(wǎng)絡(luò)控制中心、衛(wèi)星控制中心和關(guān)口站的相互配合，實現(xiàn)對整個天基移動通信系統(tǒng)的衛(wèi)星控制、網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理、通信資源管理等管理與控制功能。
網(wǎng)絡(luò)控制中心、衛(wèi)星控制中心和關(guān)口站的具體功能如下網(wǎng)絡(luò)控制中心主要負(fù)責(zé)整個天基移動通信系統(tǒng)的資源計劃管理與分配、用戶信息管理、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)業(yè)務(wù)統(tǒng)計、用戶費用統(tǒng)計等；衛(wèi)星控制中心主要負(fù)責(zé)天基移動通信系統(tǒng)中衛(wèi)星的遙測遙控及狀態(tài)監(jiān)測、軌道預(yù)判、遙測遙控、載荷分析以及載荷配置等；關(guān)口站主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)用戶登記注冊、用戶呼叫管理、切換控制，以及與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互聯(lián)等。
網(wǎng)絡(luò)控制中心、衛(wèi)星控制中心和關(guān)口站作為天基移動通信系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，它們與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的連接關(guān)系是相同的，網(wǎng)絡(luò)控制中心、衛(wèi)星控制中心可以看作是一種特殊的關(guān)口站，，它們與關(guān)口站具有相同的功能模塊結(jié)構(gòu)，因此將網(wǎng)絡(luò)控制中心、衛(wèi)星控制中心和關(guān)口站統(tǒng)稱為關(guān)口站。如圖7所示，其為本發(fā)明的關(guān)口站的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
關(guān)口站-衛(wèi)星空中接口模塊的主要功能是建立天基移動通信系統(tǒng)的地面核心網(wǎng)的關(guān)口站與接入網(wǎng)衛(wèi)星之間的無線連接，以實現(xiàn)衛(wèi)星接入網(wǎng)與地面核心網(wǎng)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)口站-衛(wèi)星空中接口模塊對衛(wèi)星發(fā)送到地面核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，之后轉(zhuǎn)發(fā)到關(guān)口站的其他功能模塊，同時對需要發(fā)送到衛(wèi)星的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)送。
關(guān)口站-關(guān)口站接口模塊的主要功能是建立天基移動通信系統(tǒng)的地面核心網(wǎng)的關(guān)口站之間的有線連接，使得關(guān)口站之間組成一個互聯(lián)互通的傳輸網(wǎng)絡(luò)。
管理與控制功能模塊的功能是完成天基移動通信系統(tǒng)的衛(wèi)星控制、網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理、通信資源管理等管理與控制功能。
信息數(shù)據(jù)庫的功能是存儲和更新天基移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息、用戶信息等與系統(tǒng)運行相關(guān)的數(shù)據(jù)。
另外，為了與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通，關(guān)口站中還可以包括與其他網(wǎng)絡(luò)的接口模塊的，其功能是建立天基移動通信系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的通信連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
下面介紹一下基于上述天基移動通信系統(tǒng)的通信工作流程天基移動通信系統(tǒng)支持用戶終端進(jìn)行多媒體綜合業(yè)務(wù)的傳輸。從用戶終端發(fā)起通信請求到通信結(jié)束的整個過程中，需要系統(tǒng)各網(wǎng)元的共同參與，其中用戶終端站作為通信方負(fù)責(zé)與衛(wèi)星接入網(wǎng)建立無線連接并進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)；衛(wèi)星接入網(wǎng)作為天基信息系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)與用戶終端站和地面核心網(wǎng)建立無線連接，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)；而地面核心網(wǎng)則負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的管理和控制以保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定地運行，并負(fù)責(zé)用戶的管理以及與其他網(wǎng)絡(luò)(比如PSTN，Internet，ISDN等)的互聯(lián)。如圖8所示，其為本發(fā)明的用戶終端站發(fā)起的面向連接的通信業(yè)務(wù)的流程圖，具體的通信過程如下步驟1、用戶終端站通過衛(wèi)星接入網(wǎng)進(jìn)行入網(wǎng)注冊。
用戶終端站從待機(jī)狀態(tài)或開機(jī)之后，首先向地面核心網(wǎng)的關(guān)口站發(fā)起入網(wǎng)注冊的請求，衛(wèi)星接收到該請求后，經(jīng)過星上處理再轉(zhuǎn)發(fā)到地面核心網(wǎng)，地面核心網(wǎng)對該用戶終端站進(jìn)行鑒權(quán)處理，判斷是否允許該終端進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，并將鑒權(quán)處理結(jié)果通過衛(wèi)星接入網(wǎng)反饋給用戶終端站。
步驟2、所述用戶終端站根據(jù)自身的業(yè)務(wù)參數(shù)向所述衛(wèi)星接入網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)申請，所述衛(wèi)星接入網(wǎng)對所述用戶終端站進(jìn)行接入控制。
如果入網(wǎng)注冊成功，則用戶終端站發(fā)起業(yè)務(wù)申請，衛(wèi)星接收到該申請后進(jìn)入接入控制過程，接入控制過程對網(wǎng)絡(luò)是否能夠接入該業(yè)務(wù)進(jìn)行判斷，如果當(dāng)前不能接入，則拒絕該業(yè)務(wù)請求，終端將在之后重新發(fā)起業(yè)務(wù)請求，如果當(dāng)前允許接入，則衛(wèi)星為用戶終端站分配相應(yīng)的空中無線接口資源，用戶終端站轉(zhuǎn)入連接建立過程。
步驟3、建立所述用戶終端站和目的用戶終端站的通信連接。衛(wèi)星接入網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)層信令與協(xié)議為用戶終端站間建立端到端連接路徑，端到端連接路徑建立完成之后用戶終端站開始發(fā)送和接收業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過具有星上自主路由交換能力的星載路由交換機(jī)，數(shù)據(jù)在衛(wèi)星接入網(wǎng)中的各衛(wèi)星節(jié)點間進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)。
步驟4、對所述通信連接進(jìn)行維護(hù)。
在整個通信過程中，由于衛(wèi)星接入網(wǎng)拓?fù)涞母邉討B(tài)性，造成星地鏈路、星間鏈路的頻繁切換，衛(wèi)星接入網(wǎng)需要對通信連接進(jìn)行維護(hù)，以保證通信的連續(xù)性和通信質(zhì)量。
步驟5、拆除所述通信連接。
當(dāng)用戶終端站業(yè)務(wù)傳輸完成后，衛(wèi)星接入網(wǎng)拆除該通信連接，通信結(jié)束，回到待機(jī)狀態(tài)。
下面給出上述通信流程中幾個子過程的詳細(xì)流程，以進(jìn)一步說明天基移動通信系統(tǒng)的通信方法。
(1)用戶終端站入網(wǎng)注冊子過程用戶終端站的入網(wǎng)注冊子過程如圖9所示，用戶終端站向當(dāng)前衛(wèi)星(即當(dāng)前終端位于該衛(wèi)星的服務(wù)范圍內(nèi))發(fā)送入網(wǎng)注冊請求信令，該衛(wèi)星星載路由交換機(jī)的用戶-衛(wèi)星空中接口模塊接收該請求信令后，將該請求進(jìn)行處理之后，發(fā)送到路由與交換處理模塊。
如果該衛(wèi)星當(dāng)前與地面核心網(wǎng)的關(guān)口站通過衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口已經(jīng)建立了點對點連接，則直接將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊，衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到地面核心網(wǎng)；如果該衛(wèi)星當(dāng)前沒有與地面核心網(wǎng)的關(guān)口站通過衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口建立點對點連接，則路由與交換處理模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和路由協(xié)議計算去往地面核心網(wǎng)的路徑，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的路由計算選擇的星間鏈路對應(yīng)的衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊，衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊對數(shù)據(jù)并發(fā)送到相應(yīng)的衛(wèi)星節(jié)點。
數(shù)據(jù)在衛(wèi)星接入網(wǎng)中經(jīng)過多顆衛(wèi)星節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)之后，最終轉(zhuǎn)發(fā)到某顆與關(guān)口站已經(jīng)建立連接的衛(wèi)星節(jié)點，該衛(wèi)星節(jié)點將數(shù)據(jù)發(fā)送到其星載路由交換機(jī)的衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊，并發(fā)送到地面關(guān)口站。
地面關(guān)口站對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和解封裝，然后對用戶的入網(wǎng)注冊請求進(jìn)行進(jìn)行處理，完成用戶的入網(wǎng)鑒權(quán)，如果鑒權(quán)成功，則向終端反饋入網(wǎng)成功信令，否則向用戶終端站反饋入網(wǎng)拒絕信令。
用戶終端站接收入網(wǎng)注冊申請的反饋結(jié)果，如果入網(wǎng)注冊成功，則轉(zhuǎn)入到業(yè)務(wù)申請過程，否則返回入網(wǎng)注冊申請狀態(tài)，重新發(fā)送入網(wǎng)注冊請求信令。
(2)業(yè)務(wù)申請子過程用戶終端站的業(yè)務(wù)申請子過程如圖10所示，在用戶終端站入網(wǎng)注冊成功之后，進(jìn)入業(yè)務(wù)申請子過程。
用戶終端站首先根據(jù)業(yè)務(wù)的需求設(shè)置初始業(yè)務(wù)參數(shù)，并發(fā)送攜帶業(yè)務(wù)參數(shù)的業(yè)務(wù)請求。
衛(wèi)星對業(yè)務(wù)請求進(jìn)行接收并發(fā)送到接入控制功能模塊，進(jìn)入接入控制子過程，對用戶終端的業(yè)務(wù)請求進(jìn)行判斷，如果允許接入，則進(jìn)入連接建立子過程；否則進(jìn)行業(yè)務(wù)參數(shù)協(xié)商，發(fā)送給用戶終端建議的業(yè)務(wù)參數(shù)。
用戶終端根據(jù)衛(wèi)星的業(yè)務(wù)參數(shù)建議進(jìn)行業(yè)務(wù)參數(shù)的調(diào)整，生成新的業(yè)務(wù)請求，如果此時發(fā)送業(yè)務(wù)請求的嘗試次數(shù)沒有到達(dá)規(guī)定的最大次數(shù)N，則發(fā)送新的業(yè)務(wù)請求；否則，退出業(yè)務(wù)申請子過程，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，等待下一次通信過程的開始。
(3)接入控制子過程接入控制子過程如圖11所示，接入控制過程是對業(yè)務(wù)申請進(jìn)行判斷的過程。用戶終端站發(fā)送業(yè)務(wù)請求，衛(wèi)星對該請求進(jìn)行接收處理，并轉(zhuǎn)發(fā)到星上接入控制功能模塊，同時轉(zhuǎn)發(fā)到地面核心網(wǎng)。
衛(wèi)星對用戶終端站的業(yè)務(wù)請求進(jìn)行判斷，如果允許接入，則等待地面核心網(wǎng)的接入控制信令；否則，拒絕用戶終端站的業(yè)務(wù)請求。
地面核心網(wǎng)接收到衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的用戶終端站的業(yè)務(wù)請求之后，執(zhí)行接入控制操作，對用戶終端站的業(yè)務(wù)請求進(jìn)行判斷，如果允許接入，則發(fā)送允許信令到衛(wèi)星，否則發(fā)送拒絕信令到衛(wèi)星。
衛(wèi)星接收到地面核心網(wǎng)反饋的接入控制信令后，如果是允許接入的信令，則衛(wèi)星允許用戶終端站的業(yè)務(wù)請求，并進(jìn)入連接建立過程；否則，衛(wèi)星拒絕用戶終端站的業(yè)務(wù)請求。
如果用戶終端站接收到衛(wèi)星發(fā)送的接入允許信令則進(jìn)入連接建立過程；如果接收到接入拒絕信令則重新開始業(yè)務(wù)申請過程。
(4)連接建立連接建立子過程如圖12所示，用戶終端站業(yè)務(wù)申請成功后，進(jìn)入連接建立過程。
用戶終端站發(fā)起連接請求，當(dāng)前服務(wù)該用戶終端的當(dāng)前衛(wèi)星節(jié)點(當(dāng)前衛(wèi)星)接收到請求后，為該連接預(yù)留相應(yīng)的資源，然后當(dāng)前衛(wèi)星進(jìn)行連接路徑選擇，計算出連接路徑的下一個衛(wèi)星節(jié)點(中間節(jié)點衛(wèi)星K)，并將連接請求轉(zhuǎn)發(fā)到衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊進(jìn)行發(fā)送。
中間節(jié)點衛(wèi)星K收到連接請求后，為該連接預(yù)留相應(yīng)的資源，然后當(dāng)前服務(wù)衛(wèi)星進(jìn)行連接路徑選擇，計算出連接路徑的下一個衛(wèi)星節(jié)點(中間節(jié)點衛(wèi)星K+1)，并將連接請求轉(zhuǎn)發(fā)到衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊進(jìn)行發(fā)送。
所有中間衛(wèi)星節(jié)點進(jìn)行相同的處理過程，經(jīng)過多顆衛(wèi)星節(jié)點的處理和轉(zhuǎn)發(fā)之后，連接請求轉(zhuǎn)發(fā)到當(dāng)前為目的用戶終端站服務(wù)的目的衛(wèi)星節(jié)點(目的衛(wèi)星)，目的衛(wèi)星節(jié)點為目的終端分配用戶-衛(wèi)星空中接口無線資源，并將連接請求轉(zhuǎn)發(fā)到目的用戶終端站。
目的用戶終端站接收到連接請求后，進(jìn)行連接準(zhǔn)備，連接準(zhǔn)備完成后反饋連接確認(rèn)。
連接確認(rèn)通過連接請求經(jīng)過的路徑返回當(dāng)前衛(wèi)星節(jié)點，當(dāng)前衛(wèi)星節(jié)點為用戶終端站分配用戶-衛(wèi)星空中接口無線資源，并反饋連接確認(rèn)到用戶終端站。
用戶終端站接收到連接確認(rèn)，利用衛(wèi)星分配的無線資源開始業(yè)務(wù)傳輸。
(5)連接維護(hù)連接維護(hù)子過程如圖13所示，用戶終端站在連接建立之后，開始進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸過程中，用戶終端站和衛(wèi)星接入網(wǎng)中的衛(wèi)星節(jié)點需要進(jìn)行連接的維護(hù)，即進(jìn)入連接維護(hù)過程。
連接維護(hù)過程同時涉及到用戶終端站和衛(wèi)星接入網(wǎng)中的衛(wèi)星節(jié)點，用戶終端站與衛(wèi)星共同完成星地鏈路切換，衛(wèi)星接入網(wǎng)中的衛(wèi)星節(jié)點完成衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的星間鏈路的切換。
用戶終端站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸開始后，衛(wèi)星節(jié)點對用戶終端站的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如果衛(wèi)星收到用戶終端站發(fā)送的連接拆除請求，則進(jìn)入連接拆除過程；否則，衛(wèi)星持續(xù)監(jiān)測連接路徑狀態(tài)。如果連接狀態(tài)沒有改變，則繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；如果連接狀態(tài)發(fā)生改變，則判斷是否是發(fā)生星地鏈路切換。如果是發(fā)生星地鏈路改變，則衛(wèi)星發(fā)起星地鏈路切換過程，如果衛(wèi)星成功完成星地鏈路切換，則衛(wèi)星繼續(xù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，否則進(jìn)入連接拆除過程。如果不是發(fā)生星地鏈路改變，則判斷是否是發(fā)生星間鏈路改變，如果是發(fā)生星地鏈路改變，則衛(wèi)星發(fā)起星間鏈路切換過程，如果衛(wèi)星成功完成星間鏈路切換，則衛(wèi)星繼續(xù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，否則進(jìn)入連接拆除過程。
用戶終端站開始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸后，進(jìn)入連接維持過程。如果業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成，則發(fā)送連接拆除請求到衛(wèi)星，同時進(jìn)入連接拆除過程。如果業(yè)務(wù)傳輸未完成，用戶終端站持續(xù)監(jiān)測衛(wèi)星發(fā)送的星地鏈路切換發(fā)起信令，如果未接收到衛(wèi)星發(fā)送的星地鏈路切換發(fā)起信令，則繼續(xù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸，否則，開始星地鏈路切換過程。如果用戶終端成功完成星地鏈路切換，則繼續(xù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸，否則，進(jìn)入連接拆除過程。
(6)連接拆除連接拆除子過程如圖14所示，當(dāng)用戶終端站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸完成之后，或通信過程中連接路徑發(fā)生中斷導(dǎo)致用戶終端站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸中斷時，進(jìn)入連接拆除過程。
用戶終端站發(fā)起連接拆除請求，該請求沿著連接路徑經(jīng)過衛(wèi)星接入網(wǎng)的多顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的用戶終端站，目的用戶終端站接收到連接拆除請求后，進(jìn)行連接拆除，連接拆除完成后反饋連接拆除確認(rèn)信令。連接拆除確認(rèn)信令沿著連接拆除請求的路徑返回到當(dāng)前衛(wèi)星，連接路徑上的所有衛(wèi)星節(jié)點收到連接拆除確認(rèn)信令后，釋放該連接路徑占用的資源。
通信結(jié)束，終端進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)或關(guān)機(jī)。
本發(fā)明的天基移動通信系統(tǒng)及相關(guān)通信方法，通過采用星上自主路由交換，使系統(tǒng)對地面節(jié)點的依賴性大大下降；系統(tǒng)采用用戶無線接入星上處理和星地一體化無線資源管理，可支持多業(yè)務(wù)綜合接入和無線資源最優(yōu)分配；系統(tǒng)可采用基于IP/MPLS的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，可具有與地面現(xiàn)有系統(tǒng)很好的兼容能力和對不同業(yè)務(wù)的QoS支持能力。該系統(tǒng)能夠減少地面控制站的部署，簡化地面控制設(shè)備的功能，提高系統(tǒng)的抗毀能力，并能有效地支持基于IP的分組數(shù)據(jù)的傳輸，滿足多媒體綜合業(yè)務(wù)傳輸?shù)男枨?。通過本發(fā)明的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，利用衛(wèi)星節(jié)點可實現(xiàn)全球(或區(qū)域)內(nèi)用戶(包括地面用戶或航空飛行器)無縫通信最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種天基移動通信系統(tǒng)，其特征在于，包括至少一個用戶終端站、由多個衛(wèi)星構(gòu)成的衛(wèi)星接入網(wǎng)和由多個所述關(guān)口站構(gòu)成的地面核心網(wǎng)；所述用戶終端站，用于建立與所述衛(wèi)星接入網(wǎng)之間的無線通信連接，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸；所述衛(wèi)星接入網(wǎng)，用于進(jìn)行所述用戶終端站之間以及所述用戶終端站與所述關(guān)口站之間的通信數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)；所述衛(wèi)星中設(shè)置有路由與交換處理模塊，用于建立衛(wèi)星接入網(wǎng)中衛(wèi)星間的通信路徑；所述地面核心網(wǎng)，用于對整個通信系統(tǒng)進(jìn)行控制及管理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述地面核心網(wǎng)包括第一關(guān)口站，用于通信資源的管理與分配、用戶信息管理、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)業(yè)務(wù)統(tǒng)計、用戶費用統(tǒng)計；第二關(guān)口站，用于衛(wèi)星的遙測遙控及狀態(tài)監(jiān)測、軌道預(yù)判、遙測遙控、載荷分析以及載荷配置；第三關(guān)口站，用于用戶登記注冊、用戶呼叫管理、切換控制，以及與其他通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶終端站包括用戶-衛(wèi)星空中接口模塊，用于建立終端站與衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)無線傳輸承載；信令與協(xié)議處理模塊，與所述用戶-衛(wèi)星空中接口模塊連接，用于對用戶終端站與衛(wèi)星建立通信連接相關(guān)的信令和協(xié)議進(jìn)行處理；應(yīng)用程序模塊，用于提供與用戶信息交互及數(shù)據(jù)處理的平臺；應(yīng)用層功能接口模塊，與所述用戶-衛(wèi)星空中接口模塊和應(yīng)用程序模塊連接，用于在應(yīng)用程序模塊與用戶-衛(wèi)星接口模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶終端站還包括網(wǎng)關(guān)，與所述用戶-衛(wèi)星空中接口模塊和所述信令與協(xié)議處理模塊連接，用于與本地局域網(wǎng)進(jìn)行通信連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述衛(wèi)星還包括衛(wèi)星-用戶空中接口模塊，與所述路由與交換處理模塊連接，用于建立衛(wèi)星與用戶終端站之間的雙向信令承載和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載；衛(wèi)星-關(guān)口站空中接口模塊，與所述路由與交換處理模塊連接，用于對衛(wèi)星發(fā)送到地面核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝并發(fā)送到關(guān)口站，并對接收到的來自關(guān)口站的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)送給路由與交換處理模塊；衛(wèi)星-衛(wèi)星空中接口模塊，與所述路由與交換處理模塊連接，用于對需要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝并發(fā)送給其他衛(wèi)星，同時接收來自其他衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理之后，發(fā)送到路由與交換處理模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述關(guān)口站包括關(guān)口站-衛(wèi)星空中接口模塊，用于建立關(guān)口站與接入網(wǎng)衛(wèi)星之間的無線連接，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸；關(guān)口站-關(guān)口站接口模塊，與所述關(guān)口站-衛(wèi)星空中接口模塊連接，用于建立關(guān)口站之間的通信連接；管理與控制功能模塊，與所述關(guān)口站-衛(wèi)星空中接口模塊和關(guān)口站-關(guān)口站接口模塊連接，用于進(jìn)行衛(wèi)星控制、通信資源管理以及用戶管理；信息數(shù)據(jù)庫，與所述管理與控制功能模塊連接，用于存儲通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)信息和用戶信息。
7.一種基于天基移動通信系統(tǒng)的通信方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1、用戶終端站通過衛(wèi)星接入網(wǎng)進(jìn)行入網(wǎng)注冊；步驟2、所述用戶終端站根據(jù)自身的業(yè)務(wù)參數(shù)向所述衛(wèi)星接入網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)申請，所述衛(wèi)星接入網(wǎng)對所述用戶終端站進(jìn)行接入控制；步驟3、建立所述用戶終端站和目的用戶終端站的通信連接；步驟4、對所述通信連接進(jìn)行維護(hù)；步驟5、拆除所述通信連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟1具體為；步驟A1、當(dāng)前衛(wèi)星接收用戶終端站發(fā)送入網(wǎng)注冊請求信令；所述當(dāng)前衛(wèi)星指服務(wù)范圍覆蓋所述用戶終端站的衛(wèi)星；步驟A2、判斷所述當(dāng)前衛(wèi)星是否已經(jīng)與目的關(guān)口站建立了通信連接，如果是，則執(zhí)行步驟A3，否則，執(zhí)行步驟A4；步驟A3、將所述信令轉(zhuǎn)發(fā)給所述目的關(guān)口站，然后執(zhí)行步驟A6；步驟A4、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和路由協(xié)議計算去往所述目的關(guān)口站的路徑，然后將所述信令發(fā)送到相應(yīng)的路由計算選擇的星間鏈路對應(yīng)的目的衛(wèi)星；步驟A5、所述目的衛(wèi)星將所述信令發(fā)送給所述目的關(guān)口站；步驟A6、所述目的關(guān)口站接收到所述信令后，對所述入網(wǎng)注冊請求進(jìn)行鑒權(quán)處理，如果鑒權(quán)成功，則通過已建立的衛(wèi)星鏈路向所述用戶終端站返回入網(wǎng)成功信令，然后執(zhí)行步驟2，否則，通過已建立的衛(wèi)星鏈路向所述用戶終端站返回入網(wǎng)拒絕信令，結(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟2具體為步驟B1、用戶終端站根據(jù)業(yè)務(wù)的需求設(shè)置初始業(yè)務(wù)參數(shù)，并向衛(wèi)星接入網(wǎng)發(fā)送攜帶該業(yè)務(wù)參數(shù)的業(yè)務(wù)請求；步驟B2、衛(wèi)星接入網(wǎng)收到業(yè)務(wù)請求后，執(zhí)行接入控制操作，判斷是否允許用戶終端站接入，如果是，則執(zhí)行步驟3，否則，執(zhí)行步驟B3；步驟B3、衛(wèi)星接入網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)參數(shù)協(xié)商，并將協(xié)商后的建議業(yè)務(wù)參數(shù)發(fā)送給用戶終端站；步驟B4、所述用戶終端站根據(jù)所述建議業(yè)務(wù)參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)參數(shù)調(diào)整，根據(jù)調(diào)整后的業(yè)務(wù)參數(shù)生成新的業(yè)務(wù)請求，并將該業(yè)務(wù)請求發(fā)送給衛(wèi)星接入網(wǎng)，然后執(zhí)行步驟B2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述步驟B3中，還包括判斷發(fā)送業(yè)務(wù)請求的嘗試次數(shù)是否小于預(yù)先設(shè)定的最大次數(shù)，如果是，則發(fā)送所述業(yè)務(wù)請求，否則，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述接入控制操作具體為衛(wèi)星接入網(wǎng)收到業(yè)務(wù)請求后，將所述業(yè)務(wù)請求轉(zhuǎn)發(fā)到地面核心網(wǎng)，并執(zhí)行星上接入控制操作，判斷是否允許接入，如果是，則等待并接收地面核心網(wǎng)的接入控制信令，否則，向用戶終端站發(fā)送拒絕接入的信令；所述地面核心網(wǎng)收到所述業(yè)務(wù)請求后，執(zhí)行地面核心網(wǎng)接入控制操作，判斷是否允許接入，如果是，則向所述衛(wèi)星接入網(wǎng)發(fā)送允許接入的信令，否則，向所述衛(wèi)星接入網(wǎng)發(fā)送拒絕接入的信令；所述衛(wèi)星接入網(wǎng)收到所述地面核心網(wǎng)發(fā)送的接入控制信令后，對該信令進(jìn)行判斷，如果是允許接入的信令，則向所述用戶終端站發(fā)送允許接入的信令，然后執(zhí)行步驟B5；如果是拒絕接入的信令，則向用戶終端站發(fā)送拒絕接入的信令，然后執(zhí)行步驟B3。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其特征在于，所述步驟3具體為步驟C1、衛(wèi)星接入網(wǎng)中的當(dāng)前衛(wèi)星接收到當(dāng)前用戶終端站發(fā)送的連接建立請求后，為該連接預(yù)留相應(yīng)的資源，然后進(jìn)行路徑選擇，計算出連接路徑的第一下一衛(wèi)星，將所述連接建立請求發(fā)送給所述第一下一衛(wèi)星；所述當(dāng)前衛(wèi)星指服務(wù)范圍覆蓋所述當(dāng)前用戶終端站的衛(wèi)星；步驟C2、所述第一下一衛(wèi)星收到所述連接請求后，為該連接預(yù)留相應(yīng)的資源，然后所述第一下一衛(wèi)星進(jìn)行連接路徑選擇，計算出連接路徑的第二下一衛(wèi)星，并將所述連接請求發(fā)送給所述第二下一衛(wèi)星，判斷所述第二衛(wèi)星是否為目的衛(wèi)星，如果是，則執(zhí)行步驟C3，如果不是，則所述第二下一衛(wèi)星收到所述連接請求后，作為所述第一下一衛(wèi)星，重復(fù)執(zhí)行步驟C2；所述目的衛(wèi)星指服務(wù)范圍覆蓋所述目的用戶終端站的衛(wèi)星；步驟C3、所述目的衛(wèi)星收到所述連接請求后，進(jìn)行連接準(zhǔn)備，連接準(zhǔn)備完成后，通過所述連接路徑向所述當(dāng)前衛(wèi)星反回連接確認(rèn)消息；步驟C4、當(dāng)前衛(wèi)星為所述當(dāng)前用戶終端站分配用戶衛(wèi)星空中接口無線資源，并反回連接確認(rèn)消息到所述當(dāng)前用戶終端站；步驟C5、所述目的用戶終端接收到連接確認(rèn)消息后，利用當(dāng)前衛(wèi)星分配的無線資源開始業(yè)務(wù)傳輸。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟4具體包括衛(wèi)星的通信連接維護(hù)操作和/或用戶終端站的通信連接維護(hù)操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述用戶終端站的通信連接維護(hù)操作具體為步驟D1、用戶終端站在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，判斷業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸是否完成，如果是，則向衛(wèi)星發(fā)出連接拆除請求，然后執(zhí)行步驟5，否則，執(zhí)行步驟D2；步驟D2、所述用戶終端站判斷是否接收到衛(wèi)星發(fā)送的星地鏈路切換發(fā)起信令，如果是，則執(zhí)行步驟D3，否則，執(zhí)行步驟D1；步驟D3、所述用戶終端站發(fā)起星地鏈路切換，判斷用戶終端站是否完成星地鏈路切換，如果是，則執(zhí)行步驟D1，否則，執(zhí)行步驟5。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述衛(wèi)星的通信連接維護(hù)操作具體為步驟E1、衛(wèi)星在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)過程中，判斷是否收到連接拆除請求，如果是，則執(zhí)行步驟5，否則，執(zhí)行步驟E2；步驟E2、所述衛(wèi)星進(jìn)行連接路徑狀態(tài)檢測，判斷連接路徑狀態(tài)是否改變，如果是，則執(zhí)行步驟E3，否則，執(zhí)行步驟E1；步驟E3、所述衛(wèi)星判斷連接路徑狀態(tài)改變是否為星地鏈路改變，如果是，執(zhí)行步驟E4，否則，執(zhí)行步驟E5；步驟E4、發(fā)起星地鏈路切換，判斷是否成功完成星地鏈路切換，如果是，則執(zhí)行步驟E1，否則，執(zhí)行步驟5；步驟E5、判斷連接路徑狀態(tài)改變是否為星間鏈路改變，如果是，則執(zhí)行步驟E6，否則，執(zhí)行步驟E1；步驟E6、發(fā)起星間鏈路切換，判斷是否成功完成星間鏈路切換，如果是，則執(zhí)行步驟E1，否則，執(zhí)行步驟5。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟5具體為衛(wèi)星接入網(wǎng)中的當(dāng)前衛(wèi)星收到當(dāng)前用戶終端站發(fā)出連接拆除請求后，該連接拆除請求沿著連接路徑經(jīng)過衛(wèi)星接入網(wǎng)的多顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的用戶終端站；所述目的用戶終端站接收到連接拆除請求后，進(jìn)行連接拆除，連接拆除完成后向目的衛(wèi)星返回連接拆除確認(rèn)信令，該連接拆除確認(rèn)信令沿著連接拆除請求的路徑返回到所述當(dāng)前衛(wèi)星，連接路徑上的所有衛(wèi)星收到連接拆除確認(rèn)信令后，釋放該連接路徑占用的資源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種天基移動通信系統(tǒng)及通信方法，系統(tǒng)包括至少一個用戶終端站、由多個衛(wèi)星構(gòu)成的衛(wèi)星接入網(wǎng)和由多個所述關(guān)口站構(gòu)成的地面核心網(wǎng)；用戶終端站，用于建立與衛(wèi)星接入網(wǎng)之間的無線通信連接，進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸；衛(wèi)星接入網(wǎng)，用于進(jìn)行用戶終端站之間以及用戶終端站與關(guān)口站之間的通信數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)；衛(wèi)星中設(shè)置有路由與交換處理模塊，用于建立衛(wèi)星接入網(wǎng)中衛(wèi)星間的通信路徑；地面核心網(wǎng)，用于對整個通信系統(tǒng)進(jìn)行控制及管理。方法包括如下步驟入網(wǎng)注冊，業(yè)務(wù)申請及接入控制，建立通信連接，通信連接維護(hù)，通信連接拆除。本發(fā)明使得衛(wèi)星通信系統(tǒng)對地面節(jié)點的依賴性大大下降；能夠減少地面控制站的部署，簡化地面控制設(shè)備的功能。
文檔編號H04L12/28GK101039139SQ20071006450
公開日2007年9月19日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月16日
發(fā)明者張軍, 張濤, 秦勇 申請人:北京航空航天大學(xué)