CN107251452A - 从陆地节点和空间节点接收数据的空间网络节点 - Google Patents

Abstract

描述了一种网络节点，其被配置为在空间中使用，该网络节点包括：传输接口，用于传输无线电频率信号；接收接口，用于接收无线电频率信号；网络管理模块，用于确定通信会话信息；控制器，被设置为依据网络管理接口所提供的会话信息来控制传输接口和接收接口，其中，传输接口和接收接口用于接收来自陆地节点和空载节点的数据。还描述了一种包括前述网络节点和多个适应性天线的网络实体、一种包含前述网络实体的卫星、以及一种被配置为与前述网络节点进行通信的用户设备装置。

Description

从陆地节点和空间节点接收数据的空间网络节点

技术领域

本发明涉及一种网络节点，尤其涉及(但不是排他地)一种在使用了互补的陆地与天基技术来支持多个应用的通信系统中使用的网络节点。

背景技术

可以获得的各种报告和资源均报告了访问数据的需求正以越来越高的速率增长。除了诸如视频之类的高数据速率业务之外，机器对机器(M2M)通信和其他较低速率业务的增长也扩展了各种通信网络的容量。类似地，对在通信系统中使用的各类数据进行设置以进行演进。例如，在空间技术领域中，对实时或接近实时可用的地球观测与其他传感器数据的需求预期会增长。

为了应对日益增长的需求，已经提出并实现了各种卫星系统，包括处于近地球轨道(LEO)、中地球轨道(MEO)、地球静止轨道(GEO)等的各种星群(constellations)，以实现大型通信网络。

历史上，设计和实施卫星系统的高成本是指这些系统被设想为是彼此孤立的，并且主要专用于单一应用或任务，任务是以下主要类别之一：

●地球观测(覆盖民用和军用应用)；

●科学(例如罗塞塔号(Rosetta)的彗星任务)；

●探测(例如好奇号(Curiosity)的火星任务)；

●导航并提供全球定位卫星(也称为全球导航卫星系统(GNSS))，用于卫星导航应用；

●电信，覆盖用于广播卫星业务(BSS)、同步卫星业务(FSS)、移动卫星业务(MSS)或者军事应用的卫星系统。

使用这种卫星系统的通信网络通常是基于点对点链路的建立按照自组织模式(ad-hoc basis)构建的。网络也可以是专有的，不同网络上的设备不能进行交互(一个这样的交互障碍在于频谱划分)，并且为了避免干扰和/或出于安全性的目的，不同应用的网络被配置为在不同的频带中运行。通常，随着进一步的任务和应用被设计，在划分成越来越小的带宽的基础上进行频谱分配。

随着开发的任务和应用的数量增加，频率协调因而变得越来越困难，现在在某种程度上已经成为一个严重的问题。因此，某些频带内的系统优化一直是新通信网络的创新焦点，以便可以避免频率分配问题，并且系统可以更好地利用现有资源。

但是，该方法的难点在于随着系统性能与容量的增加，系统要求也提高，所以频谱分配一直是一个限制因素。

除了频率问题之外，还要意识到更一般的协调问题，例如在不同网络上运行的设备之间的技术不兼容性、对各种格式的数据和通过不同通信协议发送或接收的数据进行处理的能力等。在两个不同网络上的两个设备的核心功能可能是相同的，但是即使设备提供的功能相同，这两个设备也是专用于特定制造商或应用，并且针对特定用途而配置。因此可能存在由于技术重复所导致的高度冗余。

对于上述各类应用领域，整体的基础结构要求结合地面和天基技术组组件(这里称为“资产(asset)”)。例如，地面基础结构包括：多个地面站，用于控制和操作卫星；用户终端(例如卫星电视天线和机顶盒)；以及相关联的操作软件工具，用于支持所有空间和地面资产之间的网络连接。这些基础结构资产已经独立演进。实际上，出现了如下的进一步细分：

●地球观测、科学、导航和军事卫星从制度上主要是由不同组织运营的运营方案。因此，整个基础结构是由具有不同需求和待处理应用的不同组织自主研发的。运作的基础结构通常沿着区域线或国家线来划分。

●商用电信卫星是由具有一些标准化(standardisation)但是是独立的基础结构(轨道时隙(orbital slot)、ITU频率分配、地面段、用户终端设计等)的商业卫星运营商来实施和运营。

此外，卫星系统与陆地网络(例如互联网和陆地无线网)的整合趋向于涉及定制运营商专用接口硬件和软件。

因此，需要通过某种程度的标准化来解决这些问题，以便能够有效地利用资源。特别需要提供一种针对该问题的技术方案以相比于当前而更有效地处理频率分配的问题，而不是如传统的优选方法那样，进行大量的系统重新设计从而尽可能长久地避免该问题。

发明内容

本发明的实施例旨在提供一种方法，该方法能够更有效地利用当前和未来的空间、地面和空基资产以及其所分配的频谱，并允许多种不同资产的整合和互操作。将要在下文进行更详细地描述的这类资产的整合是从不同组资产的“联合(confederation)”的形成方面描述的，以形成“无所不在的全球网络”。

值得注意的是，由第三代合作伙伴计划(3GPP)定义的以长期演进(LTE)规范来实现的当今第四代(4G)陆地网络为各种不同的用户提供了多业务电信。与特定3GPP规范相关联的功能可以从www.3gpp.org/specifications获得。假设这些规范的详细功能和其所用术语对于本领域技术人员来说是公知的，因此本文将不对其进行详细解释。

这样的网络支持需要传输语音、视频、高速率数据、机器对机器(M2M)和“物联网”(IoT)流量的应用。此外，4G标准和架构支持不同环境中的内置频率和资源管理，并且预计这些功能将被保留并作为目前定义的未来第五代(5G)网络的基础。

本发明资产整合的原理是基于在空间中实现诸如4G网络的陆地网以作为未来卫星星群的通用通信形式，创建普遍存在的“空间万维网”，其括空间与地面资产的联合，能够以高安全性和可靠性无缝互通。这将使消费者、商业实体、机构和政府实体能够对这种联合提供的许多类别的应用程序和业务进行无处无在地访问。

换句话说，本发明的资产整合是通过采用灵活、安全、无缝的多业务电信主干网来实现的，这使得资产能够通过干扰的内置控制和频谱管理来相互通信。

更详细地说，本发明的技术提供了一种在这种星群的卫星上的通信网络中的关键节点，在一个实施例中，该关键节点的功能与LTE网络中的演进型节点B(也称为eNodeB或eNB)类似，支持多种不同用户的会话管理、切换(handover)和无线电资源管理以及回到陆地基础结构的通信。

根据本发明的一方面，提供了一种网络节点，被配置为在空间中使用，该网络节点包括：传输接口，用于传输无线电频率信号；接收接口，用于接收无线电频率信号；网络管理模块，用于确定通信会话信息；控制器，设置成依照所述网络管理接口所提供的会话信息来控制所述传送接口和所述接收接口；其中，所述传输接口和所述接收接口用于接收来自陆地节点和空载节点的数据。

所述会话信息可以包括资源分配信息。

所述资源分配信息可以包括与通信流量以及网络实体的位置与可用性相关的信息。

所述资源分配信息可以包括频率使用信息。

所述会话信息可以包括切换控制信息。

所述网络节点可以设置同陆地网络中的用户设备装置与分组核心网之间的接口一样的网络控制功能。

所述陆地网络可以是LTE网络，并且所述网络节点可以提供与演进型节点B相同的网络控制功能。

所述网络节点可以包括用于加密和解密数据的装置。

所述网络管理模块被设置为确定用于如下模式的会话信息：第一通信模式，用于通过卫星网关与所述陆地网络中的实体进行的通信；第二通信模式，用于与所陆地网络中的实体进行的直接通信；第三通信模式，用于与地基网关进行的对陆地网络的直接通信；第四通信模式，用于与其它卫星进行通信。

根据本发明的另一个方面，提供了一种网络实体，包括上文定义的网络节点，并且还包括多个适应性天线，该适应性天线被连接至传输接口和接收接口，其中，所述多个适应性天线支持多输入多输出(MIMO)空中接口。

所述适应性天线可以被配置为允许用于在轨动态重新配置的适应性波束覆盖，以便针对流量模式、位置和干扰抑制来优化波束组。

所述网络实体可以包括卫星间链路接口。

控制器被可以设置成与卫星的控制器进行对接。

根据本发明的另一个方面，提供一种卫星，包括上文定义的网络实体，以用在对地静止轨道、地球同步轨道、近地轨道、中地球轨道中的任何一种或其组合中。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用户设备装置，被配置为与上文定义的空载(space-borne)网络节点进行通信。

根据本发明实施例的机制使得能够以高效、灵活且有效利用频谱的方式针对许多不同应用对空间和地面资产进行协调，以便在支持个人和专业组织所需的应用方面提供改进的可用性、服务质量(QoS)和体验质量(QoE)。

本发明的实施例提供：

●基于激光和/或微波技术的“构建块”卫星间链路(ISL)能力，支持各种轨道(LEO、MEO、GEO和其他轨道)卫星之间的通信；

●“构建块”传感器，用于灵活地部署为空间中和航空器上的被托管的有效载荷或者用于实际的专用任务；

●适应性接收机，支持认知和软件可定义空中接口；

●进阶有源天线，能够根据卫星位置、流量需求和频谱环境提供适应性覆盖；

●进阶网络管理系统，优化资源编配(orchestration)，该系统涉及：

■动态星群内卫星之间的卫星间协调和无线电资源分配；

■卫星地面协调，例如，针对热点的无线电资源动态分配；

■在ITU频谱分配和规定内缓解星群内干扰和外部干扰。

附图说明

现在将结合下列附图仅以示例的形式对本发明的实施例进行详细的描述，其中：

图1示出使用了根据本发明实施例的技术的通信网络；

图2示出了根据本发明实施例的卫星有效载荷的架构；

图3示出了在图1的布置中使用的回程通信模式；以及

图4示出根据本发明实施例的空间节点的架构。

具体实施方式

相同的附图标号自始至终都应当理解为是指代相同的组件。

图1示出使用了根据本发明实施例的技术的通信网络。为了简单起见，将参考诸如4G或5G网络之类的LTE通信网络的组件和功能来对该网络进行描述，但是如下文所述，应当理解的是，本发明的原理可以被应用于实现其他类型的通信网络。

通信网络包括包含在区域10内的陆地资产以及示出在区域10以外的空间资产。陆地资产包括多个终端或移动设备，也称为用户设备(UE)20。UE设备20通过称为演进节点B31(eNodeB或者eNB)的空中接口节点与LTE网络的核心陆地网络架构(称为演进分组核心网(EPC)30)进行通信，并且存在多个eNB。eNB 31类似于GSM网络中的基站收发台。eNB 31具有板载控制功能，用于控制UE设备20和EPC 30之间的通信。

EPC 30本身包括控制节点32，其包括在网络内处理并路由数据包的移动性管理实体(MME)和服务网关(S-GW)节点。MME和S-GW 32还作为当前陆地网络的一部分提供LTE规范中定义的业务范围。

本发明的天基资产包括一组卫星40，其中一些卫星具有板载节点，本文称为空间节点。本文在LTE通信网络背景下定义的空间节点是模拟陆地eNB 31的功能并且适合于空间环境的网络节点。空间节点能够直接向UE 20提供业务，并且经由LTE定义的X2协议(用短划线表示，该协议定义了相邻eNB之间的通信)与其他eNB 31和空间节点进行通信，并经由LTE定义的S1接口协议(以虚线示出，该协议定义了eNB 31和演进分组核心网30之间的通信)与MME和S-GW节点32进行通信。一个卫星40被示出为在空间中通过LTE通信协议直接与UE设备50进行通信。另一个卫星53(例如对地静止卫星)被示为充当陆地网络的网关52。

空间节点提供LTE规范中定义的业务范围，该业务范围包括下列功能的子集：

●无线电资源管理，其包括准入控制、移动性控制、以及向UE进行无线电资源分配，并且与其他网络空间节点和eNB进行协调；

●将用户数据路由到S-GW，并对数据进行必要的IP报头压缩和加密；

●在UE附件中处MME选择，用于调度并传输源自MME或者经由MME来自网络操作与管理实体的寻呼消息和广播信息；

●分别对各种用户链路进行下行链路和上行链路数据流的调制和解调；

●灵敏转换(agile conversion)成用户链路(UL)的RF工作频率和从用户链路(UL)的RF工作频率进行灵敏转换，用于实施例所述示例的目的的RF工作频率将是超高频率(UHF)或L和S频段内的频率，但是也可以在任意其他频带内，包括诸如C、Ku或Ka等卫星频段，这取决于终端和频谱分配演进，为的是与其他空间和/或陆地运营商(这种运营商或用户相对于配置有空间节点的网络可以被认为是“外部的”)无干扰共存。

空间节点除了陆地eNB的以上业务范围还实现特定的新接口：

●一个或多个标准化数据接口，接入/接出卫星上所托管的任何有效载荷(无论是地球观测、科学还是导航)；

●控制数据接口(CDI)，接到稍后描述的板载控制器。

因此，除了使空间节点能够在空间环境中起作用所需的物理适应性之外，空间节点因此包含关于eNB的功能适应性，以使天基应用以及协议适应性能够顾及天基操作的多普勒和延迟问题。

通过图1所示的布置，结合现有的陆地资产与本发明的空间节点可以实现以下效果：

●空间与地面网络之间的完全整合；

●多种类型的空间资产(例如地球观测与科学卫星)的联合；

●纳入卫星专用频谱规则和频率规划，以减轻卫星间系统、卫星内系统和空间/地面干扰；

●适应迅速变化的无线电频率环境，该迅速变化的无线电频率环境是由于组成联合资产的一部分的非对地静止卫星星群所导致；

●RF能够达到仅根据需要而改进的小型“智能手机”终端，以允许接入卫星通信频谱。

将在下文对这些效果进行更详细地描述。

图2示出了根据本发明实施例的卫星有效载荷60的架构，其被设置在图1所示网络中的卫星40上。

该卫星有效载荷包含以下组件：

●空间节点41；

●在用户链路工作频率下的接收低噪声放大器(LNA)42，用于放大弱信号；

●在用户链路工作频率下的传输大功率放大器(HPA)；

●用户链路频率下的天线系统44，具有多个(例如整数N)元件，这些元件能够产生具有足够增益的波束，以允许一定程度的频率重新利用并且支持与诸如智能电话之类的小型UE终端20的通信。天线系统44可以是每束单馈(SFPB)、阵馈反射面(AFR)或直接辐射阵列(DRA)类型中的任何一种。LNA 42和HPA 43被布置在天线系统44和空间节点41之间。在图2中，示出了具有两种不同极化(Pol_A和Pol_B)的信号正在被发送到空间节点41或者由空间节点41接收；

●一个或多个调制解调器子系统45，用于支持X2和S1接口的空间节点41的一个或几个数字端口，该调制解调器子系统45还具有以下功能：根据即将在下文中进行更具体的描述的各种回程模式(backhaul mode)将它们转换成用于卫星间链路(ISL)的频带和到地面的链路。所讨论的频带可以是Ku、Ka、Q、V和光频带，并且给定的卫星实施方式可以使用多个频带。这些ISL和网络网关频率也可以由空间节点进行调整，以使所述链路能够以任何期望的频率与其他空间和/或陆地运营商无干扰共存；

●回程模式频率下的传输和接收子系统46，在相关频率下与一个或多个典型可控天线系统进行对接；

●用于卫星专用频谱和资源管理的板载控制器(OBC)47，其与空间节点41对接，以允许空间节点41所固有的无线电资源管理功能的增强控制和与空间节点41所固有的无线电资源管理功能的交互，将在下文中进行更加详细的描述；

●该OBC对接至上述空间节点41的CDI以及上述传输和接收子系统46。

配备有上述有效载荷60的卫星40能够从陆地网络接收上行链路信号，经由LNA 42对这些信号进行放大，并且将信号传送到空间节点41。在接收到信号时，空间节点41执行本来在纯陆地LTE网络中由eNB 31提供的空中接口处所实现的控制和路由，这使得能够通过协议将卫星并入到陆地网络中，这种并入例如用4G或5G LTE网络的方式。根据信号的预期目的地，空间节点41执行适当的路由和频率转换。例如，如果该信号用于转发到另一个卫星40，则空间节点41将该信号经由适当的调制解调器子系统45路由至ISL 46。ISL 46表示诸如天线之类的收发机，其可以与另一个卫星40上相应的收发机进行通信以交换信号。

在该示例中，OBC 47负责控制在其中通过ISL 46来传输信号的频带。动态地执行频率分配，使得通信系统可以适应不同的用户链路、频谱使用、通过ISL而从其他卫星接收的输入信号、各种应用的需求、以及物理定位。这种方法能够实现频谱共享，从而在任何预期的频率下使该信号与其它空间和/或陆地网络的信号能够无干扰地共存。

经由下文描述的任意或所有回程模式对接至空载OBC 47和空中的OBC 47的地基空间资源优化器(SRO，未示出)，允许在OBC 47中配置资源优化概述或侧写(profile)。这些概述或侧写包括但不限于频率分配、所有卫星星群频率的优先级与映射、以及相关轨道的细节和天体星历表(ephemeride)。因此，OBC 47使用从SRO提供的信息以及本地获得的诸如位置和定时数据之类的信息，来确定来自SRO的哪些信息应当用于处理接收到的上行链路信号。类似地，对于经由ISL 46在卫星上接收的信号，OBC 47可以经由HPA 43控制信号的接收，以便经由空间节点41将该信号转发到下行链路。

在上述结构的改型例中，OBC 47可以被配置在空间节点41内，而不是经由CDI与空间节点41对接。因此，空间节点41能够实现和执行动态资源分配，其开放了由空间资产提供的大规模的可访问性。作为示例，诸如移动终端21之类的UE设备可能能够以与eNB 31进行常规通信一样的方式直接与空间节点41进行通信，并且仅需要以适合于与空间节点41进行通信所需的无线电频率来传输数据的能力。空间节点41可以在无处不在的网络上接管数据的后续路由。在一个实施例中，空间节点41可以向移动终端21发送控制信号，以根据可用资源和流量来选择特定的传输频率。

图2的卫星有效载荷60可以作为配置成安装在常规卫星上的套件并随后与卫星发射到空间中。或者，有效载荷可以安装在高空平台(HAPS)上。在空间中，有效载荷60可以通过标准化接口与相同卫星上或不同卫星上的其他伴随任务组件51进行对接。

现在将参照图3对上面提到的回程通信模式进行描述。在电信术语中，“回程”涉及核心网络和各子网络单元(例如基站)之间的链路。可以将回程视为将第一级无线设备链接到核心地面有线网络。在图1的网络中，例如，回程涉及诸如MME 32和卫星40之类的EPC设备30之间的链路。“回传”与电信术语中的“前传(Fronthaul)”形成对比，“前传(Fronthaul)”是将新网络设备连接至经由回程被链接至核心网的那些设备的链路。一个示例是远程无线电头和无线基站之间的链路。

在图1的网络中有四个回程通信模式，它们在图3中示出。它们将被称为回程模式(BM)1至4，并且每个模式可以采用不同的调制方案或传输频率，并涉及空间节点控制的不同方面。四个回程模式均考虑了空基操作的多普勒与延迟问题。

BM1描述了经由对地静止卫星53到陆地网络(例如，在空间节点41与地面网关52之间)的间接通信。

BM2描述了空间节点51与陆地eNB 31、配备有适合与空间进行通信的收发机的MME与S-GW实体32之间的直接通信，并且如果这些实体被适当修改以直接对接卫星40，则该通信是可能的。

BM3描述了空间节点41和地面网关52之间的到陆地网络的直接通信。

BM4描述了到空间节点卫星的卫星间链路(ISL)。

BM 1至4涵盖了根据本发明实施例网络的陆地资产与空基资产之间的所有可能的通信类型。在两个网络节点之间的任何特定通信路径中，可以使用一些或所有模式。

BM1至BM3用于资源管理，并承载S1和X2通信。资源管理通信包括上述地基SRO与卫星OBC 47之间的通信。BM4承载X2通信。基于LTE架构规范，S1通信代表eNB 31与分组核心网30之间的通信，X2通信代表相邻eNB 31之间的通信。因此，可以看到使用本发明实施例网络与陆地网络通信之间的相似之处可以被认为是通过将X2通信作为BM1和BM4模式纳入空间。换句话说，通过存在空间节点41来模拟地面eNB 31的功能，也可以在诸如卫星间链路之类的空间中实现地面LTE通信的益处。

图4示出了根据本发明实施例的空间节点41的架构。在物理上，空间节点是网络实体，该网络实体的形式是可以被固定到卫星的便携式基站收发机，术语“空间节点”反映了该实体在网络中的逻辑角色和物理位置。

空间节点41在其外部包含热与电磁保护罩71，以确保其适合在空间环境中运行并且确保其能够在发射过程中存留下来。保护罩71可以是本领域技术人员已知的用于保护空间中的电子组件的任何合适的形式。还为用于空间节点41外壳的硬件支架(rack)设置了安全的内部安装。

空间节点41包括中央控制器72，中央控制器72控制空间节点41其他组件的操作，并且可以与主机卫星上的OBC 47进行对接。在另一个实施例中，控制器72可以是OBC 47本身。空间节点41包括传输和接收接口模块73、74，其能够支持向如上所述的HPA 43和LNA 42发送电信数据以及从如上所述的HPA 43和LNA 42接收电信数据。控制器72被设置为基于从SRO接收的信息来控制接口模块73、74，使得可以适当地执行空间节点41接收机的传输和调谐的频谱分配。此外，控制器结合接口模块73、74、加密模块77和解密模块79(在下文中描述)支持包括MIMO的各种LTE传输模式的信号调节(signal conditioning)。空间节点还包含网络接口模块80，其对接调制解调器子系统45以提供和支持BM 1至4。

空间节点41包括电力模块75，其用于向空间节点的组件提供工作电力。电力可能从主卫星上的太阳能电池板中导出，并由电力模块进行适当地调节。为简单起见，未示出电力模块75接到空间节点41其他组件的连接。

空间节点71包括多个辅助控制模块，其包括但不限于网络管理模块(NMM)76，加密、调制和编码模块77以及解密、解调和解码模块79。可以包括附加通用控制模块78，以便通过从地面站提供给空间节点的控制信号进行现场编程(in-situ rogramming)来扩展功能。这些控制模块被布置成连接到中央控制器72，并且直到它们运行之前都是断电的。

NMM 76执行核心本地功能，并且允许有陆地EPC 30(例如S-GW和MME)的一些功能在卫星上本地提供，从而可能改善延迟。NMM76执行会话管理、切换控制和无线电资源管理中的至少一个，这些功能可以统称为“智能网络配置”。一般来说，NMM 76能够针对特定的数据或业务请求来确定需要进行哪些通信，以获得该数据或提供业务，并且相应地控制这种通信。可以经由BM 4将数据转发到另一个空间节点41，经由BM 1通过在对地静止卫星53上设置的空基网关转发至陆地网络，经由BM 3直接转发至陆地网关52，或者经由BM 2转发至适当的S-GW 32。NMM 76还可以对数据进行调制或解调以调整至由从控制器或SRO接收到的信息确定的频率，但是在可替代的实施例中，这样的功能可以被转交给接口模块73、74本身。

可以基于优先级、业务的可用性和所提供的与UE设备20的移动相关的信息等来执行这些通信中任意通信的调度。资源可用性可以是这种调度的关键功能，并且NMM 76能够确定其他卫星40或陆地eNB 31的相对位置和可用性或者可用频谱带宽，以便确定是否可以实现特定通信。基于可以对其他设备进行的通信的数量，以及可以从OBC 47处接收的例如来自本地卫星传感器或组件的信息导出的空间节点41的位置，NMM 76还可以控制空间节点41的可用性以作为在来自其他空间节点的通信中使用的资源。以这种方式，连同从SRO提供的频率分配信息，NMM 76实现了动态资源分配。

因此，NMM 76是一种智能软件模块，其包含被设计为通过本发明的空间-陆地网络来优化通信的多个算法，使用了常规地面eNB 31中使用的这种运行原理。但是，NMM 76此外还基于空间中可用资源的确定和资源的动态分配而提供空间节点42所需的适应性，以支持根据模式BM 1至BM 4的通信。NMM 76确定会话信息，会话信息包括资源分配信息和/或切换信息(handover information)，并且被提供给控制器72以控制传输和接收接口。

此外，空间节点41可以包括(未示出)多个信号处理级(例如模数和数模转换器、放大器和噪声过滤器)，以确保控制级之间的数据交换是可靠的。也可以设置装置以特定地识别不同频带之间的干扰，并且可以识别出星群间和星群内干扰。在涉及物理上不同的通信路径的通信信道之间存在干扰的情况下，可以调整上述信号处理，使得能够更有效地消除噪声并优化信号水平。在不可能降噪的情况下，控制器72可以识别出该情况并报告给可以更新其资源分配的NMM，或者还可以向地面站报告特定的通信链路发生了非预期问题。可以相应地更新SRO所提供的映射以暂时避免使用特定的链接。这种情况可能由于瞬时存在空间碎片而发生，例如在两个空间节点之间的特定视距(line-of-sight)中。

空间节点41不是必需对所有数据流量进行加密，并且在某种程度上，在本发明的所有实施例中，模块77和79各自的加密和解密功能可能不被激活，但是某些应用可能需要加密或纳入特定的错误校正代码。作为示例，可以控制ISL上的BM4通信以具有每个空间节点均实施的通用错误校正方案。此外，加密可以包括诸如IP分组报头压缩之类的压缩形式。

可以使用许多已知算法来执行加密，以避免卫星星座中信道间干扰，或者提供数据通过网络的通道的安全性和可靠性。加密模块77还可以在使用期间经由地面链路进行配置，从而可以在将来实现更复杂的或更具体的加密方案。虽然本文使用术语“加密”，但是当然也可以设置相应的解密。

加密、调制和编码模块77连接到传输接口73，而使用的解密、解调和解码模块79连接到接收接口74。每个模块可以包含板载存储器以存储数据，从而能够实现适当的加密/解密，并且可以将多种算法存储在非易失性存储器中，以对特定应用进行适当地选择。

本发明的另一实施例可以包括空间节点41、调制解调器子系统45和ISL/回程子系统46内的机制，以最佳地控制所使用的资源。如果将数据的输出作为控制信号进行处理，例如，接收到的数据被提供以控制空间节点，并且由空间节点41解译并执行，以将数据中继到另一个空间节点41或者陆地eNB 31，则NMM 76确定可用的资源并且向调制解调器子系统45和ISL/回程子系统46就如何执行这样的进一步传输进行报告，使得可以相应地控制传输。

尽管如上所述，图2所示的完整架构60可以被呈现为安装在卫星40上的套件，但是也可以提供个体空间节点41进行安装，以使用所支持的现有架构。例如，卫星可能已经包含与另一个卫星或上行链路和下行链路电路(例如LNA 42和HPA 43)进行通信所需的硬件，因此可以在适当的情况下使用这种技术，仅安装该空间节点。为此，本发明的核心形式可以被描述为由空间节点41来实现，该空间节点的扩展以及包括该空间节点的系统也落入本发明的范围。

本领域技术人员应当理解的是，可以对上述实施例进行改型，这些改型也落入权利要求的范围。可以将兼容的特征进行组合，并且当提到“一个”组件时可以被解释为“一个或多个”组件。这种改型的示例包括但不限于以下内容：

●在卫星有效载荷的用户链路上，可以使用两个或多个天线元件来支持LTE定义的多输入多输出(MIMO)空中接口，以增强链路性能。

●作为上一点的延伸，在使用MIMO的通信中可能涉及多个卫星，或者支持和/或增强针对5G提出的大规模MIMO系统。

●高级软件定义无线电(SDR，Software Defined Radio)和认知无线电技术(cognitive radio technique)可用于空间节点，以允许：

■空中接口演进的可重构性。

■更好的互操作性以及更低的空间和地面网络间干扰。

■提高某些应用程序的安全性能。

●空间节点可能具有有限的固有波束成形能力，但是这可以扩展以允许来自AFR或DRA的自适应波束覆盖，从而允许：

■在轨动态重新配置，以针对流量模式和卫星位置优化波束组。

■在轨动态重新配置，以针对干扰抑制而优化波束组。

●在对地静止卫星、地球同步卫星、LEO卫星、MEO卫星中的任何一种卫星或其组合上可以托管空间节点41。本发明的架构使得本发明能够跨越这些不同技术而运行。

本文描述的空间节点可以充分支持LTE/4G并最终支持5G服务，其能够与陆地LTE网络进行充分互操作并且使用由LTE提供的广泛进阶网络特征，利用已建立的到用户的接口和适用于空间节点的空间环境的其他LTE节点。本领域技术人员还应当理解的是，不需要唯一地根据LTE网络原理来配置本发明。本文描述的原理是通过适于在空间中使用的网络实体来模拟陆地通信网络的某些方面，以便推动开发无所不在的全球网络所可以利用的手段。在将来，例如，空间节点可以不模拟eNB的控制功能，而是模拟根据新协议定义的收发机的控制功能，并且通过所提供的空间节点的功能定义，未来的这种改型也旨在落入权利要求的范围内。

虽然本发明实施例的网络本身可以提供这样一种无所不在的网络，但是它们也可以被看作是网络未来发展的构成块(building block)或者“主干(backbone)”。例如，图1所示的网络可以看作是地面分组核心网的“增强”版本，运营商(如网络服务供应商、政府、军方等)通过连接至现有资源以加入该网络，从而可以利用该增强核心网的功能，而不再面临一个或多个节点先前存在的待解决的频率分配问题。因此，增强的核心可以提供在“未来状态”中的通信基础，在这种状态下不需要基于任务的个体卫星，但是现有卫星所载的空间节点可以提供必要的手段以利用针对特定任务的空间或航空器中所使用的终端或传感器来实现这种通信。因此，可以使用通过标准化接口与本发明的一个或多个空间节点进行互操作的多个组件作为“构成块”来配置该任务。

Claims (16)

1.一种网络节点，被配置为在空间中使用，包括：

传输接口，用于传输无线电频率信号；

接收接口，用于接收无线电频率信号；

网络管理模块，用于确定通信会话信息；

控制器，设置成依照所述网络管理接口所提供的会话信息来控制所述传送接口和所述接收接口；

其中，所述传输接口和所述接收接口用于接收来自陆地节点和空载节点的数据。

2.根据权利要求1所述的网络节点，其中，所述会话信息包括资源分配信息。

3.根据权利要求2所述的网络节点，其中，所述资源分配信息包括与通信流量以及网络实体的位置与可用性相关的信息。

4.根据权利要求2或3所述的网络节点，其中，所述资源分配信息包括频率使用信息。

5.根据权利要求4所述的网络节点，其中，所述频率使用信息分别使所述传输接口所传输的信号和/或所述接收接口所接收的信号能够同与外部空基和/或陆地用户相关联的信号无干扰共存。

6.根据前述权利要求中任意一项所述的网络节点，其中，所述会话信息包括切换控制信息。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的网络节点，所述网络节点提供同陆地网络中的用户设备装置与分组核心网之间的接口一样的网络控制功能。

8.根据权利要求7所述的网络节点，其中，所述陆地网络是LTE网络，并且所述网络节点提供与演进型节点B相同的网络控制功能。

9.根据前述权利要求中任意一项所述的网络节点，包括用于加密和解密数据的装置。

10.根据前述权利要求中任意一项所述的网络节点，其中，所述网络管理模块被设置为确定用于如下模式的会话信息：

第一通信模式，用于通过卫星网关与所述陆地网络中的实体进行的通信；

第二通信模式，用于与所陆地网络中的实体进行的直接通信；

第三通信模式，用于与地基网关进行的对陆地网络的直接通信；

第四通信模式，用于与其它卫星进行通信。

11.一种网络实体，包括根据前述权利要求中任意一项所述的网络节点，并且还包括多个适应性天线，所述多个适应性天线被连接至传输接口和接收接口，其中，所述多个适应性天线支持多输入多输出MIMO空中接口。

12.根据权利要求11的网络实体，其中，所述适应性天线被配置为允许用于在轨动态重新配置的适应性波束覆盖，以便针对流量模式、位置和干扰抑制来优化波束组。

13.根据权利要求10或11所述的网络实体，包括卫星间链路接口。

14.根据权利要求12或13所述的网络实体，其中，控制器被设置成与卫星的控制器进行对接。

15.一种卫星，包括根据前述权利要求11至14中任意一项所述的网络实体，以用在对地静止轨道、地球同步轨道、近地轨道、中地球轨道中的任何一种或其组合中。

16.一种用户设备装置，被配置为与根据权利要求1至10中任意一项所述的空载网络节点进行通信。