频谱感知和频率分配方法及装置与流程

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及频谱感知和频率分配方法及装置。

背景技术：

近年来，Ka频段通信卫星发展迅速，目前全球在轨的全Ka频段宽带通信卫星有20余颗，2016年球Ka频段商用通信卫星将达50颗左右，这些卫星绝大部分是静止轨道卫星。谷歌、One Web计划使用低轨卫星星座系统为世界欠发达地区提供互联网接入服务，O3B已开始建造自己的星座系统。

根据ITU《无线电规则》第22.2条，在卫星固定业务中，非静止轨道卫星系统不得对静止轨道卫星产生干扰，也不能申请来自静止轨道卫星的干扰，并规定了非静止辐射功率的最大限制(严格说是对能量谱密度分布的限制)。目前，Ka卫星按照固定频率分配方式使用频率，即一颗卫星需要与其他有关卫星完成频率协调，确定转发器的频率。而对于全球覆盖的非静止轨道卫星星座系统来说，采用这种固定频率分配，要在全球范围内避让静止轨道卫星的使用频率几乎是不可能的，现在采取的方法是控制非静止轨道卫星辐射功率，不对静止轨道卫星产生干扰。

利用非静止轨道星座系统是提供全球通信有很多优点，但频率协调极其困难。采用上述背景技术，即使能够完成协调，非静止轨道卫星设计也将受到很大限制，许多应用将无法实现。

技术实现要素：

本发明提供了频谱感知和频率分配方法及装置，以至少解决在现有技术中频率共用和协调困难问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种频谱感知和频率分配方法，包括：在低轨星座系统中的低轨卫星在飞越预定区域的上空时，通过所述低轨卫星对所述预定区域选定的Ka频段进行扫描；通过所述低轨卫星将数据信息发送给地面关口站，其中，所述数据信息是所述低轨卫星根据扫描得到的；通过所述地面关口站分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱，其中，所述频率图谱 是根据接收到的多个所述低轨卫星传回的数据信息分析绘制的；将所述低轨星座系统的Ka频段服务区划分为至少一个业务区，根据所述频率图谱分配各业务区使用的频率。

进一步地，所述数据信息包括以下至少之一：所述低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度、记录的信号频率。

进一步地，所述地面关口站分析绘制出Ka频段静止卫星的频率图谱包括：所述地面关口站根据所述低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度和/或记录的信号频率分析得出所述静止轨道Ka频段卫星各转发器频率和覆盖区域，其中，在所述地面关口站中存有全球的静止轨道Ka频段卫星的定点位置；所述地面关口站根据所述静止轨道Ka频段位置各转发器频率和覆盖区域分析绘制出全球的Ka频段静止卫星的转发器频率图谱和空闲频率图谱。

进一步地，所述各业务区使用的频率包括：空闲的频率；所述低轨星座系统中所述低轨卫星与所述静止轨道Ka频段卫星之间的夹角大于5度的相同频谱。

进一步地，在所述低轨星座系统初始运行时，开始通过所述低轨卫星对所述预定区域选定的Ka频段进行扫描：在通过所述地面关口站收集的数据信息积累到阈值时，开始分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱，并根据所述频率图谱分配各业务区使用的频率。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种频率分配装置，包括：扫描模块，位于低轨卫星中，用于在低轨星座系统中的所述低轨卫星在飞越预定区域的上空时，对所述预定区域选定的Ka频段进行扫描；记录模块，位于所述低轨卫星中，用于所述低轨卫星根据扫描得到的数据信息并发送给地面关口站；分析模块，位于所述地面关口站中，用于分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱，其中，所述频率图谱是根据接收到的多个所述低轨卫星传回的数据信息分析绘制的；分配模块，用于将所述低轨星座系统的Ka频段服务区划分为至少一个业务区，根据所述频率图谱分配各业务区使用的频率。

进一步地，所述数据信息包括以下至少之一：所述低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度、记录的信号频率。

进一步地，所述分析模块用于根据所述低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度和/或记录的信号频率分析得出所述静止轨道Ka频段卫星各转发器 频率和覆盖区域，其中，在所述地面关口站中存有全球的静止轨道Ka频段卫星的定点位置；所述分析模块用于根据所述静止轨道Ka频段位置各转发器频率和覆盖区域分析绘制出全球的Ka频段静止卫星的转发器频率图谱和空闲频率图谱。

进一步地，所述各业务区使用的频率包括：空闲的频率；所述低轨星座系统中所述低轨卫星与所述静止轨道Ka频段卫星之间的夹角大于5度的相同频谱。

进一步地，所述扫描模块，用于在所述低轨星座系统初始运行时，开始通过所述低轨卫星对所述预定区域选定的Ka频段进行扫描：所述分析模块用于在通过所述地面关口站收集的数据信息积累到阈值时，开始分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱；并且所述分配模块用于根据所述频率图谱分配各业务区使用的频率。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种频谱感知和频率分配方法，包括：根据非静止轨道卫星的参数信息和服务对象，将服务区分为至少一个相对固定的业务区；根据每个静止轨道卫星使用图谱，确定在各个所述业务区中未使用的空闲频率；或者，根据各静止轨道卫星在业务区的通信仰角，筛选出与该业务区工作的非静止轨道卫星与所述静止轨道卫星间的夹角大于5度的静止轨道卫星，所述夹角大于5度的静止轨道卫星在该业务区使用的频率能够分配该业务区使用。

进一步地，所述参数信息包括以下至少之一：所述非静止轨道卫星的高度、波束数量、星上天线口径、星座系统轨道参数。

通过本发明，采用在低轨星座系统中的低轨卫星在飞越预定区域的上空时，通过所述低轨卫星对所述预定区域选定的Ka频段进行扫描；通过所述低轨卫星将数据信息发送给地面关口站，其中，所述数据信息是所述低轨卫星根据扫描得到的；通过所述地面关口站分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱，其中，所述频率图谱是根据接收到的多个所述低轨卫星传回的数据信息分析绘制的；将所述低轨星座系统的Ka频段服务区划分为至少一个业务区，根据所述频率图谱分配各业务区使用的频率。解决了现有技术中频率协调困难问题，从而提高了频谱资源使用效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的频谱感知和频率分配方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的另一频率分配方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本实施例中提供了一种频谱感知和频率分配方法，图1是根据本发明实施例的频谱感知和频率分配方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S102，在低轨星座系统中的低轨卫星在飞越预定区域的上空时，通过该低轨卫星对该预定区域选定的Ka频段进行扫描；

步骤S104，通过该低轨卫星将数据信息发送给地面关口站，其中，该数据信息是该低轨卫星根据扫描得到的；

步骤S106，通过该地面关口站分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱，其中，该频率图谱是根据接收到的多个该低轨卫星传回的数据信息分析绘制的；

步骤S108，将该低轨星座系统的Ka频段服务区划分为至少一个业务区，根据该频率图谱分配各业务区使用的频率。

通过上述步骤，解决了现有技术中频率协调困难问题，从而提高了频谱资源使用效率。

在一个可选实施例中，该数据信息包括以下至少之一：该低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度、记录的信号频率。

在一个可选实施例中，该地面关口站分析绘制出Ka频段静止卫星的频率图谱包括：该地面关口站根据该低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度和/或记录的信号频率分析得出该静止轨道Ka频段卫星各转发器频率和覆盖区域，其中，在该地面关口站中存有全球的静止轨道Ka频段卫星的定点位置；该地面关口站根据该静止轨道Ka频段位置各转发器频率和覆盖区域分析绘制 出全球的Ka频段静止卫星的转发器频率图谱和空闲频率图谱。

在一个可选实施例中，该各业务区使用的频率包括：空闲的频率；该低轨星座系统中该低轨卫星与该静止轨道Ka频段卫星之间的夹角大于5度的相同频谱。

在一个可选实施例中，在该低轨星座系统初始运行时，开始通过该低轨卫星对该预定区域选定的Ka频段进行扫描：在通过该地面关口站收集的数据信息积累到阈值时，开始分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱，并根据该频率图谱分配各业务区使用的频率。

根据本实施例还提供了一种频率分配装置，包括：扫描模块，位于低轨卫星中，用于在低轨星座系统中的该低轨卫星在飞越预定区域的上空时，对该预定区域选定的Ka频段进行扫描；记录模块，位于该低轨卫星中，用于记录数据信息并发送给地面关口站，其中，该数据信息是该低轨卫星根据扫描得到的；分析模块，位于该地面关口站中，用于分析绘制出静止轨道Ka频段卫星的频率图谱，其中，该频率图谱是根据接收到的多个该低轨卫星传回的数据信息分析绘制的；分配模块，用于将该低轨星座系统的Ka频段服务区划分为至少一个业务区，根据该频率图谱分配各业务区使用的频率。

在一个可选实施例中，该数据信息包括以下至少之一：该低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度、记录的信号频率。

在一个可选实施例中，该分析模块用于根据该低轨卫星的实时位置、波束、记录的信号强度和/或记录的信号频率分析得出该静止轨道Ka频段卫星各转发器频率和覆盖区域，其中，在该地面关口站中存有全球的静止轨道Ka频段卫星的定点位置；该分析模块用于根据该静止轨道Ka频段位置各转发器频率和覆盖区域分析绘制出全球的Ka频段静止卫星的转发器频率图谱和空闲频率图谱。

在一个可选实施例中，该各业务区使用的频率包括：空闲的频率；该低轨星座系统中该低轨卫星与该静止轨道Ka频段卫星之间的夹角大于5度的相同频谱。

在一个可选实施例中，该扫描模块，用于在该低轨星座系统初始运行时，开始通过该低轨卫星对该预定区域选定的Ka频段进行扫描：该分析模块用于在通过该地面关口站收集的数据信息积累到阈值时，开始分析绘制出静止轨道 Ka频段卫星的频率图谱；并且该分配模块用于根据该频率图谱分配各业务区使用的频率。

在本实施例中，还提供了另一种频谱感知和频率分配方法，图2是根据本发明实施例的另一频谱感知和频率分配方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S202，根据非静止轨道卫星的参数信息和服务对象，将服务区分为至少一个相对固定的业务区；

步骤S204，根据每个静止轨道卫星使用图谱，确定在各个该业务区中未使用的空闲频率；或者，根据各静止轨道卫星在业务区的通信仰角，筛选出与该业务区工作的非静止轨道卫星与该静止轨道卫星间的夹角大于5度的静止轨道卫星，该夹角大于5度的静止轨道卫星在该业务区使用的频率能够分配该业务区使用。

在一个可选实施例中，该参数信息包括以下至少之一：该非静止轨道卫星的高度、星上波束数量、天线口径、星座系统轨道参数。

下面结合优选实施例进行说明，在本优选实施例中，利用低轨星座卫星频谱感知技术，对选定的全球Ka频段频谱进行扫描，寻找授权用户没有使用的频谱，以及通过空分复用可以共用的频率，动态分配给低轨卫星星座系统使用，解决目前固定分配频谱普遍存在的频率资源十分紧张，国际竞争激烈，协调难度非常大的问题。

本优选实施例中提供的基于频谱感知的Ka频段卫星频率使用方法，适用于具有星上处理功能的低轨卫星星座系统。

该方法的主要步骤包括：

1.扫描感知。低轨星座系统中的每颗卫星在飞越某一区域上空时，对该区域选定的Ka频段进行扫描，监听该地区选定Ka频段的信号，经星上处理，将波束区域、卫星坐标与对应的信号强度实时记录，发回地面关口站。

2.分析处理。在关口站中频谱感知处理分系统中，存有全球静止轨道Ka卫星的定点位置，根据低轨卫星的实时位置、波束和记录的信号强度、频率等信息，分析推导出各静止卫星的使用的各转发器频率、及其覆盖区域，分析绘制出全球特定的Ka频段卫星的转发器频率图谱和空闲频率图谱。

3.动态分配用户链路使用频率。将低轨卫星星座系统的Ka频段服务区， 划分成若干业务区。根据频谱感知获得图谱，分配各业务区使用频率，包括未使用的空闲频率和星座系统服务星与静止轨道卫星之间的夹角大于5度的相同频谱。各业务区使用频率将根据感知结果动态调整。

该方法中扫描感知是在低轨卫星星座初始运行时开始，当积累到一定样本并分析出全球Ka卫星频谱占用和空闲谱图后，即可转入实际运行。在卫星运行期间只要没有实际通信，即可转入扫描感知阶段，不断积累样本，动态修正全球频谱占有和空闲频率图谱。

下面结合两个优选实例进行说明。

实例1静止轨道卫星使用频谱感知方法

本感知方法除发现未使用的频率外，更重要的是感知确定该选定频段内每颗静止轨道卫星在其业务区内使用的频率。

以低轨通信卫星星座中6个轨道面、每个轨道面10颗卫星为例：

1)轨道面1的通信卫星依次为A、B、C、D、E、F、G、H、L、M，当其对选定的Ka频段进行扫描时，将A、B、C、E、F、G、H、L、M卫星天线依次为按照倾角为0的赤道面上分别指向(以垂直对地为中线为0度)50°、40°、30°、20°、10°、0°、-10°、-20°、-30°、-40°。

2)轨道面1的每颗卫星以时间间隔t对波束内的信号进行接收，记录时间、位置、信号强度和频率信息；

3)由于Ka卫星通信天线方向图主瓣非常窄，轨道面1各卫星在同一位置收到的信号基本上来自同一卫星地面站，且不同卫星收到的信号强度将不同，结合卫星天线方向图，可以推导出地球站的位置以及地球站天线指向；

4)根据地球站的位置以及地球站天线指向，可以判断其在36000公里静止轨道的卫星，即可以确定这颗卫星在该覆盖地区的使用频率；

5)其他轨道面设置及方法与轨道面1相同；

6)综合所有轨道面卫星在各时间、位置感知的结果，可以得到每颗Ka静止轨道卫星在每个业务区内的使用频率；

7)当卫星没有通信请求时，将转入感知扫描模式，星座系统地面中心站将动态调整频谱感知图谱。

实例2低轨卫星星座系统Ka用户链路频谱感知和频率分配方法

低轨卫星星座系统Ka用户链路频率分配包括以下方法：

1)根据非静止轨道卫星的高度、星上波束数量、天线口径、星座系统轨道参数以及预订的服务对象，将服务区分成若干个相对固定的业务区；

2)根据每颗静止轨道卫星频率使用图谱，可以确定在设定低轨星座系统的各业务区内未使用的空闲频率，该业务区即可使用这些空闲频率；

3)大多数情况下，在设定的低轨星座系统业务区内并没有空闲的频率资源，系统将根据各静止轨道卫星在该业务区通信仰角，筛选出与在该业务区工作的低轨星座卫星与静止轨道卫星间的夹角大于5度的静止轨道卫星；

4)这些静止轨道卫星在该业务区使用的频率即可分配该业务区使用。

本优选实施例中涉及到以下技术关键点中的至少之一：

1.低轨星座系统中的非静止卫星对选定的Ka频段频谱的感知扫描方法；

2.对非静止卫星坐标、感知频率、信号强度的关联处理；

3.利用同一轨道面的多颗卫星定位卫星地面站的方法；

4.分析低轨卫星与静止轨道卫星动态空间复用条件，确定共用的频率资源；

5.根据卫星星座相关的运行、感知频谱情况，划分低轨卫星星座系统业务区，动态调整各业务区频率。

本优选实施例具有以下优点的至少之一：

1.解决了目前卫星频率轨道资源紧张，协调极其困难，长时间协调无果的难题；

2.解除了非静止轨道卫星必须避让和保护静止轨道卫星的限制，扩展了低轨卫星星座系统的应用；

3.提高Ka卫星频段共用能力，使宝贵的频谱资源使用效率大大提高。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。