专利名称：具有高效信令及控制能力的混合星座卫星通信系统和方法
技术领域：
本发明关于通讯系统，而且更详细地关于通讯系统中的卫星之间发射和接收信号的系统和方法。
将低地球轨道(LEO)卫星星座与地球同步(GEO)卫星星座结合起来提供全球通讯系统具有显著的优点。已推荐了许多利用单个星座的现有技术系统，而且也推荐了一些利用二种或多种星座的现有技术系统方案。
在卫星通讯系统中，通常有两类信令数据被用于支持和控制由该系统提供的用户业务。带内信令在控制信道内传送，并与业务信道有密切联系。一般地讲，相关的控制信道与业务信道共享同样的物理资源。因而它们通常是极低数据率的信道，以避免业务信道资源的过分繁忙和削弱系统运营的能力。带外信令利用其它的物理资源发送，而不是由业务信道所占用的资源发送。这些信令信道可能或不可能传送信令数据，这些信令数据与有效业务的活动时间有关。
现有技术的混合系统具有局限性，因为这些现有技术系统没有充分利用每种星座类型的优点和弱点。系统中的地球同步卫星由于其定位位置而受到限制。地球同步卫星提供较好的赤道附近区域的覆盖，但与之相对应的的具有较大的时延。单个的低地球轨道LEO卫星因为它们相对低的高度而具有有限的地域覆盖。低地球轨道LEO卫星提供较好的非赤道附近的地域覆盖和小的时延。
我们所需要的是突破这些局限和允许构造更高效及低成本的卫星通讯系统的方法和装置。
图1为与本发明的一种最佳实施例相对应的混合星座卫星通讯系统的方框图；图2为与本发明的一种最佳实施例相对应的用户设备的方框图；图3为与本发明的一种最佳实施例相对应的系统控制中心的方框图4为与本发明的一种最佳实施例相对应的混合星座卫星通讯系统的操作方法流程图；图5为与本发明的一种最佳实施例相对应的混合星座卫星通讯系统中的系统控制中心的操作方法流程图；图6为与本发明的一种最佳实施例相对应的混合星座卫星通讯系统中的用户设备的操作方法流程图；图7为与本发明的一种最佳实施例相对应的地球同步卫星GEO的方框图；图8为与本发明的一种最佳实施例相对应的混合星座卫星通讯系统中的，第一种卫星的操作方法流程图；图9为与本发明的一种最佳实施例相对应的低地球轨道LEO卫星的方框图；及图10为与本发明的一种最佳实施例相对应的混合星座卫星通讯系统中的，第二种卫星的操作方法流程图。
本发明的方法和系统突破了这些限制，并且允许建造更高效、更低成本的卫星通讯系统。本发明的方法和装置利用了每种星座类型的优点，并避免了每种星座类型的许多短处。然而，这种类型的混合星座为实现这些优点需要业务的协调一致和星座控制。
本发明的方法和装置提供了一种混合卫星系统，它包括了一个高效的控制和信令子系统，该子系统有效地管理该系统所提供的业务。本发明的一种最佳实施例中，混合卫星系统包括一种GEO星座和一种LEO星座。例如，时延敏感型的业务经由LEO星座进行路由，LEO星座具有小的传输时延；而时延不敏感型的业务和信令经由GEO卫星进行路由，这是因为它们具有稳定性和较大的容量。
本发明的方法和装置还具有其它的优点。一种优点是LEO和GEO卫星间不存在星际间链路，两种星座之间的协调不是靠其间的星际间直接链路完成的。第二种优点是可以利用阶段性配置策略，这种策略改进了系统的财务运作情况。
本发明的最佳实施例中，初始化探测和信令经常是通过较高时延路径的，这些路径通常是GEO星座。而且，根据业务的时延敏感度在两种星座之间划分业务。例如，LEO星座提供时延敏感的业务，而GEO星座提供时延不敏感的业务。同样地，系统控制中心(SCC)进行两种星座的协调和控制。在备选的实施例中，选择一个具体星座提供业务的原因是为了更好地减少边缘效应和更好地改进居住处的链路性能。
本发明的最佳实施例中，系统控制中心(SCC)被分成三个部分网络控制系统(NCS)，GEO星座控制系统(GCS)，及LEO星座控制系统(LCS)。GCS和LCS实现两种卫星星座的常规卫星管理功能。NCS操纵网络并提供业务。NCS的大部分功能是标准的网络管理和业务控制功能。
本发明的最佳实施例中，SCC提供通过网络引导信令和业务的独特方法。象先前提到的那样，差不多所有的信令是通过GEO星座发送的，从而节省了珍贵的LEO资源，以用于与营业收入有关的业务。LEO资源特别珍贵，因为它们支持时延敏感的业务；因而信道资源必须有效地支持这些按需业务。SCC中的NCS部分同样保证了业务被正确路由到LEO和GEO星座。
本发明的最佳实施例中，LEO资源被赋予了很高的价值。因为LEO资源被赋予了很高的价值，所以GEO星座用以支持系统控制信道。这不仅占用比较关键的GEO资源较少的时间，而且它也提供了控制信道更加稳定的环境。用户设备(SE)利用控制信道接入网络。系统利用控制信道提示SE它已使业务请求处于等待状态。与LEO卫星相比，GEO卫星的相对稳定性具有显著的优越性。由于GEO卫星的定位位置相当固定，SE可以方便地使用定向天线，并能简便精确地预测到卫星的传输时延，并且不必补偿卫星频率中巨大的多普勒频移。如果SE使用LEO卫星进行系统捕获，它必须处理所有这些问题。
图1为与本发明的一种最佳实施例相对应的，混合星座卫星通讯系统的方框图。例如，星座可按卫星数量，及/或卫星所定位的高度区别开。本发明的最佳实施例中，混合星座卫星通讯系统100包括了GEO卫星星座110，LEO卫星星座120，系统控制中心(SCC)140，和用户设备(SE)150。SCC140有三个主要的子系统NCS，LCS，和GCS。最佳实施例中，SCC140被画成了单个的实体，熟练的技术人员将会意识到，SCC140进行的操作可以扩展到其它实体上。星座中的卫星通过星际间链路网络(ISLs)相互联通，但两个星座间未通过ISLs进行相联。第一种型号卫星110利用ISL115相互联接，并示于地球表面130上方的轨道117中。第二种型号卫星120利用ISL125相互联接，并示于轨道127中。
两种星座都通过地球太空间的双向用户联接与SE150联接，通过地球与太空间的双向控制链路与SCC140相通。用户链路145提供SE150和在LEO星座中的卫星120之间的业务信道。在GEO星座中，用户链路155从SE150向卫星110提供业务信道和控制信道。在LEO星座中，控制链路135提供SEs150和卫星120之间的业务信道。在GEO星座中控制链路105从SEs150向卫星110提供业务信道和控制信道。ISLs提供网络，用以在地球上或星座中的任何地方传送业务和控制数据。
混合星座卫星通讯系统100可包括特殊类型的SEs，但本发明并不需要这些特殊类型的SEs。例如，一种特殊类型的SE可以是允许联接到公共电讯交换网络(PSTN)上的一个网关，但这些网关SEs的特点对于本发明并不重要。SEs可以是固定的或移动的。由于本系统中允许移动SEs，那么NCS可能包括移动性管理软件，这在移动无线通讯系统中是必需的。
图2为与本发明的最佳实施例相一致的用户设备的方框图。用户设备(SE)150包括一个发射接收机，发射接收机包括GEO天线202，GEO天线收发转换开关204，GEO接收机206，选择天线收发转换开关的开关210，LEO天线系统212，LEO天线收发转换开关214，LEO接收机216，选择接收机的开关218，及发射机222。SE还包括一个处理机，处理机包括选择处理器的开关220，信令处理器230，业务处理器234，控制处理器232和用户接口236。最佳实施例中，至少需要一个双通道SE。例如，SE150包括两套天线系统一套固定高增益GEO天线，和一套低增益双控制波束的LEO天线子系统。
GEO天线202用于与卫星110(图1)通讯，并与GEO天线收发转换开关204耦合。GEO收发转换开关204提供一个分离的单功能端口用于发射功能，一个分离的单功能端口用于接收功能，及一个双功能端口用于天线功能。GEO接收机206提供向处理机提供数据所必需的信号转换。GEO接收机206被固定联接到信令处理器230上。信令处理器230处理用于提供信令业务的数据。
LEO天线系统212用于与卫星120(图1)通讯，并与LEO天线收发转换开关214耦合。LEO收发转换开关214为三端口设备，用于将发射和接收功能进行分离和复合。LEO天线收发转换开关214的一个端口被联接到LEO天线系统212。第二个端口被联接到开关210，第三个端口被联接到LEO接收机216。开关210将发射机222联接到天线收发转换开关的其中一个端口上。开关210还被耦合到开关处理器232，开关处理器232决定何时切换开关210。最佳实施例中，只使用了一个发射机，发射机222在GEO天线收发转换开关204和LEO天线收发转换开关214之间切换。最佳实施例中，LEO和GEO发射频率接近到一起，一个单一RF部分和功率放大器与两种星座一起操作。
发射机222还被联接到开关220，开关220用于选择信令处理器230或业务处理器234中的其中一个。开关220用于选择发射何种类型的信号。一种情况下，选择包含业务信息的信号；在另一种情况下，选择包含信令信息的信号。
开关218有二个输入端口，这些输入端口被联接到GEO接收机206和LEO接收机216上。开关218有一个单输出端口，该输出端口被联接到业务处理器234上。业务处理器234用于处理来自GEO接收机206或LEO接收机216其中之一的业务信息。控制处理器232被联接到信令处理器230和业务处理器234上。用户接口236被联接到业务处理器234上，图3为与本发明最佳实施例相对应的系统控制中心方框图。系统控制中心140包括GEO天线302，GEO天线收发转换开关304，GEO接收机306，选择天线收发转换开关的开关310，LEO天线系统312，LEO天线收发转换开关314，LEO接收机316，选择接收机的开关318，发射机322，选择处理器的开关320，信令处理器330，业务处理器334，控制处理器332。最佳实施例中，至少需要一个双通道SCC。例如，SCC140包括两套天线系统，第一套可以是GEO天线子系统，具有至少两套固定高增益的GEO天线，第二套可以是低增益控制波束LEO天线。GEO天线302用于与卫星110(图1)通讯，并联接到GEO天线收发转换开关304，GEO收发转换开关304提供用于发射功能的分离单功能端口，用于接收功能的分离的单功能端口，和用于天线功能的双功能端口。GEO接收机306提供向处理器提供数据所需要的信号转换。GEO接收机306被联接到信令处理器330。信令处理器330处理用于提供信令业务的数据。
LEO天线系统312用于与卫星120(图1)进行通讯，并且耦合到LEO天线收发转换开关314。LEO天线收发转换开关314为三端口设备，用于发射和接收功能的分离和复合。LEO天线收发转换于关314的一个端口被联接到LEO天线系统312。第二个端口被联接到开关310，第三个端口被联接到GEO接收机316。开关310用于将发射机322联接到天线收发转换开关中的任何一个端口。开关310还耦合到控制处理器332，控制处理器332决定何时切换开关310。最佳实施例中，只采用了一个发射机，而且发射机322在GEO天线收发转换开关304和LEO天线收发转换开关314之间切换。最佳实施例中，LEO和GEO发射频率接近到一起，单一的RF部分和功率放大器与两种星座一起操作。
发射机322还耦合到开关320，开关320用于选择信令处理器330或业务处理器334中的一个。开关320用于选择发射何种类型信号。一种情况下，选择包含业务信息的信号，而在另一种情况下，选择包含信令信息的信号。
开关318有二个输入端口，这些输入端口被联接到GEO接收机306和LEO接收机316。开关318有单个输出端口，该输出端口被联接到业务处理器334。业务处理器334处理业务信息，业务信息来自GEO接收机306或LEO接收机316。控制处理器332控制开关318的切换状态。控制处理器332被耦合到信令处理器330和业务处理器334。
图4为与本发明最佳实施例相对应的混合星座卫星通讯系统的操作方法流程图。方法400开始于步骤402。步骤404，GEO卫星为用户设备提供初始化捕获和信令业务的控制信道。步骤406，用户设备经由GEO卫星通过先前提供的控制信道请求业务。
步骤408，系统控制中心根据请求的业务为通讯信道选择使用至少一个GEO卫星还是许多LEO卫星。
步骤410，当用户设备请求用于时延不敏感业务的通讯信道时，用于时延不敏感业务的第一类通讯信道被提供给使用至少一个GEO卫星的两个用户设备。
步骤412，当用户设备请求用于时延敏感业务的通讯信道时，用于时延敏感业务的第二类通讯信道被提供给使用许多LEO卫星的两个用户设备。
一个示例系统可按下面所述操作。SE监控来自本地GEO卫星的下行信道。本地GEO卫星为位于SE的GEO天线视野之内的一颗卫星。发端SE通过一个随机接入信道发射一条报文，一个随机接入信道，例如，可采用允许SE与卫星建立通讯的，不用预先与其它SE或卫星共用发端的一种规约。随机接入信道是GEO卫星和一个SE之间能够建立的许多信道中的一个。
接下来，GEO卫星接收一条报文并对它进行处理。该GEO卫星能够确定该报文是否已经过适当的处理。如果该报文未经过适当的处理，那么该示例操作结束。
如果该报文已经过适当的处理，本地GEO卫星向发端SE发回一条确认报文，并将该报文转传给SCC的网络控制系统部分。
当系统控制中心收到该转送报文时，它处理该报文并确定报文的内容。如果发端SE不是一个合法的用户，那么就将一条报文通过本地GEO卫星发回到发端SE，然后结束过程。例如，该报文可以是一条拒绝接入报文。
如果发端SE已被确认为一个合法用户，SCC确定该终端SE的位置，并向是终端SE本地卫星的GEO卫星发送一条问询报文。如果终端SE不在发端SE的本地GEO卫星的视野内，就采用GEO卫星和星际间链路发送该条问询报文。
接下来，终端SE收到该问询并对该问询响应。例如，终端SE可以采用一条不再可使用的报文或一条准备好的报文进行响应。终端SE可将响应报文发送给是终端SE的本地GEO卫星。如果终端SE不在系统控制中心的视野或不在发端SE的本地GEO卫星的视野内，该响应由本地GEO卫星利用GEO卫星和星际间链路发送给系统控制中心。
继续本示例，系统控制中心确定请求的业务是否为时延敏感型业务。如果请求业务不对时延敏感，那么该请求业务由GEO卫星和星际间链路提供，然后结束示例过程。
当请求业务被确认为时延敏感型业务时，系统控制中心然后确定使用最好的LEO卫星和选择使用最好的信道。另外，SCC还确定使用最好的路由。SCC还向LEO卫星发送信息。例如，该信息可以包含LEO卫星将要使用的路由信息。
接下来，系统控制中心会向发端和终端SE发送报文。这些报文包含将使用哪颗LEO卫星和哪个信道的信息。发端SE和终端SE均可以与LEO卫星建立通讯链路。借助LEO卫星和所要求的星际间链路，然后在发端SE和终端SE间交换信息。
当其中一个SEs确定它正在用于信道的LEO卫星移出了视野时，那么就要求切换到另一颗LEO卫星。SE可以向SCC发送一条切换报文。最佳实施例中，可经LEO卫星发送报文。备选实施例中，可经GEO卫星发送该切换请求报文。
接下来，系统控制中心会收到切换请求报文，并确定使用新的LEO卫星和使用新的信道。系统控制中心然后向两端SEs发送报文，将变化通知给SEs。系统控制中心必须通知请求切换的SE，将使用哪颗新的卫星和哪个信道。系统控制中心也将路由变化通知其它的SE。
示例操作继续被保持为时延敏感型业务，直到发生了一个中断请求为止。系统控制中心可以从发端SE或终端SE收到中断报文。系统控制中心还能决定有必要向SEs发送中断报文。例如，当发端SE想发送给终端SE的所有信息已被发送发毕时，它可以发送一条中断报文。终端SE也可以确定它不再需要同发端SE交换信息，它向系统控制中心发送一条中断报文。另外，系统控制中心负责确定，当由于出现网络故障时是否必须发送一条中断报文。示例操作方法中，可以使用中断报文来结束处理。
图5给出了根据本发明最佳实施例，混合星座卫星通讯系统中系统控制中心的操作方法流程图。方法500开始于步骤502。步骤504中，系统控制中心收到来自发端用户设备，在发端用户设备和终端用户设备间建立通讯信道的请求。步骤506中，系统控制中心确定请求是否要求时延敏感的业务。
步骤506为否时，方法500分支到步骤510，在那里借助一定数量的GEO卫星，系统控制中心为时延不敏感的业务在发端用户设备和终端用户设备间提供一个通讯信道。
步骤506为真时，方法500分支到步骤520，在那里借助一定数量的LEO卫星，系统控制中心为时延敏感的业务在发端用户设备和终端用户设备间提供一个通讯信道。
另外，系统控制中心使用至少一颗GEO卫星，为发端用户和终端用户设备提供一个控制信道用于初始化探测和信令业务。系统控制中心还监控控制信道和通讯信道。
示例系统中的操作描述如下。系统控制中心监控来自本地GEO卫星的下行信道。本地GEO卫星为系统控制中心的GEO天线视野内的一颗GEO卫星。发端SE能通过随机接入信道向系统控制中心发送报文。
接下来，系统控制中心收到来自GEO卫星的报文并处理它。系统控制中心确定该发端SE是否为有效用户。如果发端SE不是有效用户，那么就通过本地GEO卫星向发端SE发送回一条报文。例如，该报文可以是一条接入拒绝报文。
当发端SE被确认为一个合法用户时，系统控制中心能定位该终端SE，并确定它是否可以使用。例如，SCC可以检查一个活动联接文档，来确定终端SE是否占线。如果终端SE占线，那么一条占线报文可通过本地GEO卫星发送回发端SE。如果终端SE空闲，那么SCC就通过终端SE的本地GEO卫星向终端SE发送一条呼叫建立报文。然后，系统控制中心能利用GEO卫星和星际间链路向终端SE发送该呼叫建立报文。
系统控制中心然后可以通过GEO卫星收到来自终端SE的对呼叫建立报文的响应。例如，终端SE可对不可使用的报文或准备好的报文作出响应。如果终端SE不在系统控制中心的视野内或不在发端SE本地GEO卫星的视野内，该响应可以由本地GEO卫星利用GEO卫星和星际间联路被发送给系统控制中心。如果从终端SE收到一条不可使用报文或未收到报文，SCC将不可使用报文发给发端SE，并结束该任务。
如果收到一条准备好报文，就继续示例操作。系统控制中心然后就可以确定请求业务是否时延敏感。如果请求业务为非时延敏感业务，系统控制中心利用GEO卫星和星际间链路提供所请求的业务。示例操作将终止。
当请求业务被确定为时延敏感业务，系统控制中心能够确定使用最好的LEO卫星和选择使用最好的信道。另外，系统控制中心能确定使用最好的路由，并向LEO卫星发送信息。例如，该信息可包含LEO卫星使用的路由信息。
接下来，系统控制中心向发端和终端SE发送报文。这些报文包含使用哪颗LEO卫星和使用哪个信道的信息。系统控制中心能监控发端SE，终端SE，LEO卫星，及当信息在发端SE和终端SE间交换时LEO卫星间的通讯链路。
如果系统控制中心从其中一个SEs收到一条切换请求，系统控制中心能确定可供使用的一颗新的LEO卫星和一个新的信道。最佳实施例中，可通过LEO卫星发送该报文。备选方案中，可通过GEO卫星发送切换请求报文。系统控制中心然后将报文发送给这两个SEs并将变化通知这两个SEs。系统控制中心必须通知请求切换的SE将使用哪颗新卫星和哪个信道。系统控制中心还将路由变化通知其它的SE。
当维持时延敏感业务时，系统控制中心连续地监控SEs和卫星。系统控制中心可以从发端SE或终端SE收到中断报文。系统控制中心也能确定是否必要向SEs发送中断报文。例如，当发端SE已将它想发送给终端SE的所有信息发送完毕后，它可发送一条中断报文。而且，终端SE能确定它不再需要与发端SE交换信息，并且向系统控制中心发送一条中断报文。另外，系统控制中心能负责确定因为有网络故障而需要发送一条中断报文。
根据中断报文，系统控制中心从有效联接文档中移走SEs，生成一条呼叫记录，确定需要的帐单信息，并且释放正在被使用的通讯资源。本示例系统中，一条中断报文能被用于结束操作。
图6显示了，根据本发明最佳实施例的混合星座卫星通讯系统中用户设备操作方法流程图。方法600开始于步骤602。步骤604，发端用户设备为发端用户设备与终端用户设备间的通讯信道发射请求。该请求可用于时延非敏感型业务或时延敏感型业务。步骤606，用户设备接收到用于建立通讯信道的建立信息。步骤608，通讯信道用于时延非敏感业务，用户设备从而利用建立信息与GEO卫星通讯。步骤610，通讯信道用于时延敏感型业务，用户设备从而利用建立信息与LEO卫星通讯。方法600结束于步骤620。
另外，为发端用户及终端用户设备的初始化探测和信令业务使用了至少一颗GEO卫星来提供一个控制信道。用户设备还能监控控制信道及通讯信道。
当用户设备在混合星座卫星通讯系统中使用时，它能以各种方式操作。其中一些这种操作的方法描述如下。SEs150能监控来自本地GEO卫星的下行链路。本地GEO卫星为SE150(图1)上的GEO天线202(图2)视野内的一颗卫星。SE确定它需要与另一个用户设备建立一个通讯信道。发端SE通过随机接入信道发射一条报文。随机接入信道是GEO卫星和一个SE之间能够建立的许多信道中的一个信道。该报文包含了，关于请求业务类型的信息及终端SE的识别符。
发端SE能从SCC收到一条确认报文，并且等待SCC响应附加的信息。在SE等待的同时，SCC对发端SE定位，确定它是否占线或空闲，并且准备接收更多的信息。
发端SE收到一条报文。此种情况下，该报文包含对与终端SE建立一个通讯链路的请求的响应，或者该报文包含了关于与一颗具体卫星建立通讯链路的信息。该报文也能被终端SE收到。此种情况下，该报文包含了发端SE发送的一条问询消息，或者该报文包含了关于与一颗具体卫星建立通讯链路的信息。
SE能与具体卫星建立一条通讯信道，SCC确定该具体卫星用于该SE。发端及终端SE如所命令的那样工作。如果SCC命令SEs与LEO卫星建立通讯链路，就由发端SE建立用户链路145(图1)，由终端SE建立另一条用户链路145。如果SCC命令SEs与GEO卫星建立通讯链路，就由发端SE建立用户链路155(图1)，由终端SE建立另一条用户链路155。
发端SE及终端SE与合适的卫星建立通讯链路之后，就可在发端SE与终端SE之间交换信息了。如果信息为时延敏感型，就利用LEO卫星及所要求的星际间链路交换信息。如果信息为时延非敏感型，就利用GEO卫星及所要求的星际间链路交换信息。
发端SE及终端SE都能监控LEO卫星，以保证用户链路145不因为卫星与SEs间的相对移动而被中断。如果其中一个SEs检测到该信道正在使用的LEO卫星正在移出视野之外，SE就决定请求向另一颗LEO卫星切换。SE向SCC发送一条切换报文。最佳实施例中，经由LEO卫星发送该报文。备选实施例中，可经由GEO卫星发送该切换请求报文。
SE能等待系统控制中心，用含有使用新的LEO卫星和使用新的信道的切换消息进行响应。两个SEs都能收到通知它们切换所要求的变化报文。系统控制中心必须通知请求切换的SE将使用哪颗新的卫星和哪个新的信道。系统控制中心还将路由的变化通知其它的SE。SE能按命令的那样建立新的链路和释放原先链路中使用的通讯资源。
该业务能被保持到一个中断请求发生之前。在发端SE和终端SE之间交换通讯业务数据。例如，在单向数据传输中，终端SE可被命令不发送数据。
不论发端SE还是终端SE都能确定有必要向SCC发送中断报文。例如，当发端SE想发送给终端SE的所有报文被发送完毕后，它就发送一条中断报文。面且，终端SE还能确定是否还有必要与发端SE交换信息，并向系统控制中心发送一条中断报文。
该SE能向SCC发送一条中断报文。如果发生了这种情况，SCC就释放被正在使用的资源，并从有效联接文档中移去该SEs。
图7显示了，根据本发明的最佳实施例的GEO卫星的方框图。GEO卫星包括上层控制信道702，上层用户信道704，上层星际间链路(ISL)信道706，及处理器710。当系统控制中心为本地可使用时，上层控制信道702用于与系统控制中心的通讯。上层用户信道704用于，提供与用户设备通讯的初始化检测和信令业务的控制信道，及用于时延非敏感型业务时和用户设备通讯的一个控制信道。当另一颗GEO卫星可使用时，上层星际间链路(ISL)信道706用于建立及监控与另外GEO卫星的一条星际间链路。
处理器710处理任何链路上收到的报文，确定该报文是否包含路由信息，重发这些报文中的某些报文，利用没有被重发的报文中所含的信息进行操作。
图8显示了，根据本发明的最佳实施例的混合星座卫星通讯系统中的GEO卫星的操作方法流程图。方法800开始于步骤802。步骤804，GEO卫星向SCC140(图1)提供控制链路105(图1)，而且GEO卫星还向SE150(图1)提供用户链路155(图1)。
步骤806，GEO卫星收到来自用户设备建立呼叫的一个请求。步骤808，GEO卫星将该请求向系统控制中心重发。步骤810，如系统控制中心所命令的那样，GEO卫星利用用户设备建立并监控一个通讯信道。系统控制中心已为建立时延非敏感型业务的通讯信道提供信息。
当系统控制中心为本地可使用时，GEO卫星建立并监控与该系统控制中心联接的一条控制链路。与系统控制中心联接的控制链路，被用来向系统控制中心重新发射第一种类型的报文，并接收来自系统控制中心的第二种类型的报文。另外，当用户设备为本地可使用时，GEO卫星建立并监控与该用户设备相联接的一条用户链路。与用户设备联接的用户链路被用于接收来自用户设备的第一种类型的报文，向用户设备重新发射第二种类型的报文。例如，第一种类型的报文可以是请求报文，确认报文或信息报文。第二种类型报文可以是控制报文，或建立报文。
例如，GEO卫星可以从发端SE收到经由随机接入信道发射的报文。随机接入信道为GEO卫星和一个SE之间可以建立的许多信道中的一条信道。GEO卫星能向发端SE发送一条确认报文并前馈给SCC。
终端SE本地的第二GEO卫星能从SCC收到一条报文。该第二GEO卫星能将该报文前馈给终端SE。第二本地GEO卫星能从终端SE收到一条响应报文。该响应可以是不能利用的或已准备好报文。第二本地GEO卫星能向终端SE发送一条确认报文，并将响应报文前馈给SCC。
另外，本地GEO卫星能收到关于如何建立通讯信道的信息。如果本业务不是时延敏感型，该GEO卫星就可以提供这项通讯业务。
当业务为时延敏感型业务时，SCC可以向两个本地GEO卫星都发送信息。一个本地GEO卫星向发端SE发送一条报文。该报文包含了关于使用哪颗卫星，使用哪个信道，和使用哪条路由的信息。终端SE本地卫星的第二GEO卫星，向终端SE发送一条报文。该报文包含了关于使用哪颗卫星，使用哪个信道，使用哪条路由的信息。
GEO卫星能利用系统控制中心监控控制链路，来确定是否发送了一条切换报文。备选实施例中，可经由GEO卫星发送该切换请求报文。切换操作中，系统控制中心收到切换请求报文，并确定将要使用的新LEO卫星和新信道。GEO卫星被SCC用来向两个SEs发送通知SEs变化的报文。另一个备选实施例中，可经由LEO卫星发送该切换报文。系统控制中心必需通知请求切换的SE将使用哪颗新的卫星和哪个新的信道。系统控制中心还将路由变化通知其它的SE。
熟练的技术人员会想出用LEO卫星系统操作SEs的其它可使用的切换技术。例如，SCC能在第一个联接被建立时计算所有的切换及一次切换所需的时间。本发明能利用各种切换过程操作，而且本发明并不要求一个特别的切换过程。
GEO卫星也可利用系统控制中心监控信道，来确定是否发送了中断报文。最佳实施例中，通过GEO卫星发送该中断报文。备选实施例中，也可通过LEO卫星发送该中断报文。中断操作中，系统控制中心收到中断报文，或确定必需中断通讯业务。GEO卫星被SCC用来向两个SEs发送中断报文。GEO卫星还执行维持任务。例如，这些维持任务可包括监控机上操作及链路问询。
图9显示了，根据本发明最佳实施例的LEO卫星的方框图。LEO卫星包括下层控制信道902，下层用户道904，下层星际间链路(ISL)信道906，及处理器910。当一个系统控制中心为本地可使用时，下层控制信道902用于与系统控制中心的通讯。当另一颗LEO卫星可被使用时，下层星际间链路(ISL)信道906用于建立并监控与另一颗卫星的星际间链路。
处理器910处理任何链路上收到的报文，并确定这些报文是否包含路由信息，重发这些报文中的某些报文，利用没有被重发的报文中包含的信息执行操作。
图10显示了，根据本发明最佳实施例的混合星座卫星通讯系统中LEO卫星的操作方法流程图。方法1000开始于步骤1002。步骤1004，本地LEO卫星向系统控制中心提供一条控制链路。本地LEO卫星为系统控制中心140(图1)中的LEO天线312(图3)视野内的一颗LEO卫星。
步骤1006，本地LEO卫星从系统控制中心收到一条报文，来建立与具体SE间的一条用户链路。步骤1008，发端SE与为发端SE本地LEO卫星的LEO卫星建立一条用户链路145。终端SE与终端SE本地的LEO卫星建立一条用户链路145。方法1000结束于步骤1020。
LEO卫星能从SCC收到一条报文，用来切换用户链路。最佳实施例中，LEO卫星在建立新的用户链路时使用一种先接后离的策略。这意味着新的用户链路在原先的用户链路断开之前建立。当原先的链路中断时，资源被回收以用于建立其它的通讯信道。
LEO卫星能从SCC收到一条报文，以中断用户链路。当用户链路被中断时，资源被回收以用于建立其它的通讯信道。
LEO卫星能执行维持任务。例如，这些维持任务包括监控机上操作及链路的质量。
本发明的一个重要特征是两种卫星星座间无直接的相互作用。用户设备和系统控制中心只要求这两种卫星星座的知识。应该进一步理解为，本发明的方法和系统并不要求这两种卫星星座使用相同的频带。在两种不同的频带内操作对用户设备产生的影响最小。在相隔很远的频带内的操作简化了两种卫星星座间的无线电频率协调。
本发明的方法和系统允许混合星座卫星通讯系统分阶段地布局。例如，GEO卫星和系统控制中心可以在LEO卫星投入使用之前的很长时间内被布局并投入业务运营。当LEO卫星可使用时，可以在软件中进行适当的改变，并且时延敏感型业务可被转移到LEO卫星。
本发明的方法和系统还允许将原先为独立操作建造的两个系统合并。利用本发明的信令和控制信号能允许将这两个系统合并，只要能对宇宙飞船的软件实行适当的改变。
本发明的备选实施例中，ISLs并不是绝对必要的。只要提供适当的地面站和地面上的相互联接就可以利用转发卫星开发备选系统。因为LEO卫星将要求扩展的全球性基础通讯设施来提供合适的联接，一个更可能的备选实施方案将是转发GEO卫星及带有ISL的LEO卫星。
上面已参考最佳实施例对本发明作了描述。然而，熟练的技术人员将认识到，在不偏离本发明范围前提下，可以在本最佳实施例中进行改变和调整。虽然使用具体的轨道术语描述了最佳实施例，还可以采用其它的描述或方法。例如，特别低轨道的LEO星座可以与更高轨道的LEO星座或中地球轨道(MEO星座)一起使用。相应地，这些及其它的变化与调整将被包括在本发明的范围中，这些对熟练技术人员来说很显然的。
权利要求
1.混合星座卫星通讯系统的操作方法的特征在于步骤利用第一种卫星为用户设备提供用于初始化探测及信令业务的一个控制信道；利用用户设备经由控制信道请求业务；利用系统控制中心，根据所请求的业务为了提供一个通讯信道选择是使用第一种卫星还是许多第二种卫星；当用户设备为时延非敏感型业务请求通讯信道时，利用至少一颗第一种卫星在两个用户设备之间为时延非敏感型业务提供第一种通讯信道；及当用户设备为时延敏感型业务请求通讯信道时，利用许多第二种卫星在两个用户设备之间为时延敏感型业务提供第二种通讯信道。
2.权利要求1所述的方法，其中第一种卫星为地球同步轨道卫星，第二种卫星为低地球轨道卫星。
3.权利要求1所述的方法，其中第一种卫星为地球同步轨道卫星，第二种卫星为中地球轨道卫星。
4.权利要求1所述的方法，其中第一种卫星为中地球轨道卫星，第二种卫星为低地球轨道卫星。
5.混合星座卫星通讯系统的特征在于许多用户设备中的每个能请求时延敏感型业务或时延非敏感型业务；系统控制中心能从用户设备收到业务请求并能确定是否请求了时延敏感型业务；许多定位于第一星座的第一种卫星，它们能够为用户设备请求的时延非敏感型业务提供一个通讯信道；以及许多定位于第二星座的第二种卫星，它们能够为用户设备请求的时延敏感型业务提供一个通讯信道。
6.权利要求5所要求的系统，其中第一种卫星为地球同步轨道卫星，而第二种卫星为低地球轨道卫星。
7.权利要求5所要求的系统，其中第一种卫星为地球同步轨道卫星，而第二种卫星为中地球轨道卫星。
8.权利要求5所要求的系统，其中第一种卫星为中地球轨道卫星，而第二种卫星为低地球轨道卫星。
全文摘要
利用不同星座中的两个或更多类型的卫星(110,120)来建立混合星座卫星通讯系统(100)。该两个或更多类型的卫星通过控制链路(105,135)联接到系统控制中心(140),控制链路提供从卫星星座到系统控制中心(140)的一条通讯路径。该两个或更多类型的卫星通过用户链路(155,145)被联接到用户设备(150),用户链路提供从卫星星座到用户设备的一条通讯路径。第一种类型的卫星(110)利用上层卫星间链路(115)互相联接。
文档编号H04B7/195GK1190297SQ9712534
公开日1998年8月12日 申请日期1997年12月4日 优先权日1996年12月5日
发明者基思·安德鲁·奥尔兹 申请人:摩托罗拉公司