頻譜感知和頻率分配方法及裝置與流程

本發明涉及通信領域，具體而言，涉及頻譜感知和頻率分配方法及裝置。

背景技術：

近年來，Ka頻段通信衛星發展迅速，目前全球在軌的全Ka頻段寬帶通信衛星有20余顆，2016年球Ka頻段商用通信衛星將達50顆左右，這些衛星絕大部分是靜止軌道衛星。谷歌、One Web計劃使用低軌衛星星座系統為世界欠發達地區提供互聯網接入服務，O3B已開始建造自己的星座系統。

根據ITU《無線電規則》第22.2條，在衛星固定業務中，非靜止軌道衛星系統不得對靜止軌道衛星產生干擾，也不能申請來自靜止軌道衛星的干擾，并規定了非靜止輻射功率的最大限制(嚴格說是對能量譜密度分布的限制)。目前，Ka衛星按照固定頻率分配方式使用頻率，即一顆衛星需要與其他有關衛星完成頻率協調，確定轉發器的頻率。而對于全球覆蓋的非靜止軌道衛星星座系統來說，采用這種固定頻率分配，要在全球范圍內避讓靜止軌道衛星的使用頻率幾乎是不可能的，現在采取的方法是控制非靜止軌道衛星輻射功率，不對靜止軌道衛星產生干擾。

利用非靜止軌道星座系統是提供全球通信有很多優點，但頻率協調極其困難。采用上述背景技術，即使能夠完成協調，非靜止軌道衛星設計也將受到很大限制，許多應用將無法實現。

技術實現要素：

本發明提供了頻譜感知和頻率分配方法及裝置，以至少解決在現有技術中頻率共用和協調困難問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種頻譜感知和頻率分配方法，包括：在低軌星座系統中的低軌衛星在飛越預定區域的上空時，通過所述低軌衛星對所述預定區域選定的Ka頻段進行掃描；通過所述低軌衛星將數據信息發送給地面關口站，其中，所述數據信息是所述低軌衛星根據掃描得到的；通過所述地面關口站分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜，其中，所述頻率圖譜 是根據接收到的多個所述低軌衛星傳回的數據信息分析繪制的；將所述低軌星座系統的Ka頻段服務區劃分為至少一個業務區，根據所述頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

進一步地，所述數據信息包括以下至少之一：所述低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度、記錄的信號頻率。

進一步地，所述地面關口站分析繪制出Ka頻段靜止衛星的頻率圖譜包括：所述地面關口站根據所述低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度和/或記錄的信號頻率分析得出所述靜止軌道Ka頻段衛星各轉發器頻率和覆蓋區域，其中，在所述地面關口站中存有全球的靜止軌道Ka頻段衛星的定點位置；所述地面關口站根據所述靜止軌道Ka頻段位置各轉發器頻率和覆蓋區域分析繪制出全球的Ka頻段靜止衛星的轉發器頻率圖譜和空閑頻率圖譜。

進一步地，所述各業務區使用的頻率包括：空閑的頻率；所述低軌星座系統中所述低軌衛星與所述靜止軌道Ka頻段衛星之間的夾角大于5度的相同頻譜。

進一步地，在所述低軌星座系統初始運行時，開始通過所述低軌衛星對所述預定區域選定的Ka頻段進行掃描：在通過所述地面關口站收集的數據信息積累到閾值時，開始分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜，并根據所述頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種頻率分配裝置，包括：掃描模塊，位于低軌衛星中，用于在低軌星座系統中的所述低軌衛星在飛越預定區域的上空時，對所述預定區域選定的Ka頻段進行掃描；記錄模塊，位于所述低軌衛星中，用于所述低軌衛星根據掃描得到的數據信息并發送給地面關口站；分析模塊，位于所述地面關口站中，用于分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜，其中，所述頻率圖譜是根據接收到的多個所述低軌衛星傳回的數據信息分析繪制的；分配模塊，用于將所述低軌星座系統的Ka頻段服務區劃分為至少一個業務區，根據所述頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

進一步地，所述數據信息包括以下至少之一：所述低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度、記錄的信號頻率。

進一步地，所述分析模塊用于根據所述低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度和/或記錄的信號頻率分析得出所述靜止軌道Ka頻段衛星各轉發器 頻率和覆蓋區域，其中，在所述地面關口站中存有全球的靜止軌道Ka頻段衛星的定點位置；所述分析模塊用于根據所述靜止軌道Ka頻段位置各轉發器頻率和覆蓋區域分析繪制出全球的Ka頻段靜止衛星的轉發器頻率圖譜和空閑頻率圖譜。

進一步地，所述各業務區使用的頻率包括：空閑的頻率；所述低軌星座系統中所述低軌衛星與所述靜止軌道Ka頻段衛星之間的夾角大于5度的相同頻譜。

進一步地，所述掃描模塊，用于在所述低軌星座系統初始運行時，開始通過所述低軌衛星對所述預定區域選定的Ka頻段進行掃描：所述分析模塊用于在通過所述地面關口站收集的數據信息積累到閾值時，開始分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜；并且所述分配模塊用于根據所述頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種頻譜感知和頻率分配方法，包括：根據非靜止軌道衛星的參數信息和服務對象，將服務區分為至少一個相對固定的業務區；根據每個靜止軌道衛星使用圖譜，確定在各個所述業務區中未使用的空閑頻率；或者，根據各靜止軌道衛星在業務區的通信仰角，篩選出與該業務區工作的非靜止軌道衛星與所述靜止軌道衛星間的夾角大于5度的靜止軌道衛星，所述夾角大于5度的靜止軌道衛星在該業務區使用的頻率能夠分配該業務區使用。

進一步地，所述參數信息包括以下至少之一：所述非靜止軌道衛星的高度、波束數量、星上天線口徑、星座系統軌道參數。

通過本發明，采用在低軌星座系統中的低軌衛星在飛越預定區域的上空時，通過所述低軌衛星對所述預定區域選定的Ka頻段進行掃描；通過所述低軌衛星將數據信息發送給地面關口站，其中，所述數據信息是所述低軌衛星根據掃描得到的；通過所述地面關口站分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜，其中，所述頻率圖譜是根據接收到的多個所述低軌衛星傳回的數據信息分析繪制的；將所述低軌星座系統的Ka頻段服務區劃分為至少一個業務區，根據所述頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。解決了現有技術中頻率協調困難問題，從而提高了頻譜資源使用效率。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本發明實施例的頻譜感知和頻率分配方法的流程圖；

圖2是根據本發明實施例的另一頻率分配方法的流程圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

在本實施例中提供了一種頻譜感知和頻率分配方法，圖1是根據本發明實施例的頻譜感知和頻率分配方法的流程圖，如圖1所示，該流程包括如下步驟：

步驟S102，在低軌星座系統中的低軌衛星在飛越預定區域的上空時，通過該低軌衛星對該預定區域選定的Ka頻段進行掃描；

步驟S104，通過該低軌衛星將數據信息發送給地面關口站，其中，該數據信息是該低軌衛星根據掃描得到的；

步驟S106，通過該地面關口站分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜，其中，該頻率圖譜是根據接收到的多個該低軌衛星傳回的數據信息分析繪制的；

步驟S108，將該低軌星座系統的Ka頻段服務區劃分為至少一個業務區，根據該頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

通過上述步驟，解決了現有技術中頻率協調困難問題，從而提高了頻譜資源使用效率。

在一個可選實施例中，該數據信息包括以下至少之一：該低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度、記錄的信號頻率。

在一個可選實施例中，該地面關口站分析繪制出Ka頻段靜止衛星的頻率圖譜包括：該地面關口站根據該低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度和/或記錄的信號頻率分析得出該靜止軌道Ka頻段衛星各轉發器頻率和覆蓋區域，其中，在該地面關口站中存有全球的靜止軌道Ka頻段衛星的定點位置；該地面關口站根據該靜止軌道Ka頻段位置各轉發器頻率和覆蓋區域分析繪制 出全球的Ka頻段靜止衛星的轉發器頻率圖譜和空閑頻率圖譜。

在一個可選實施例中，該各業務區使用的頻率包括：空閑的頻率；該低軌星座系統中該低軌衛星與該靜止軌道Ka頻段衛星之間的夾角大于5度的相同頻譜。

在一個可選實施例中，在該低軌星座系統初始運行時，開始通過該低軌衛星對該預定區域選定的Ka頻段進行掃描：在通過該地面關口站收集的數據信息積累到閾值時，開始分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜，并根據該頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

根據本實施例還提供了一種頻率分配裝置，包括：掃描模塊，位于低軌衛星中，用于在低軌星座系統中的該低軌衛星在飛越預定區域的上空時，對該預定區域選定的Ka頻段進行掃描；記錄模塊，位于該低軌衛星中，用于記錄數據信息并發送給地面關口站，其中，該數據信息是該低軌衛星根據掃描得到的；分析模塊，位于該地面關口站中，用于分析繪制出靜止軌道Ka頻段衛星的頻率圖譜，其中，該頻率圖譜是根據接收到的多個該低軌衛星傳回的數據信息分析繪制的；分配模塊，用于將該低軌星座系統的Ka頻段服務區劃分為至少一個業務區，根據該頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

在一個可選實施例中，該數據信息包括以下至少之一：該低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度、記錄的信號頻率。

在一個可選實施例中，該分析模塊用于根據該低軌衛星的實時位置、波束、記錄的信號強度和/或記錄的信號頻率分析得出該靜止軌道Ka頻段衛星各轉發器頻率和覆蓋區域，其中，在該地面關口站中存有全球的靜止軌道Ka頻段衛星的定點位置；該分析模塊用于根據該靜止軌道Ka頻段位置各轉發器頻率和覆蓋區域分析繪制出全球的Ka頻段靜止衛星的轉發器頻率圖譜和空閑頻率圖譜。

在一個可選實施例中，該各業務區使用的頻率包括：空閑的頻率；該低軌星座系統中該低軌衛星與該靜止軌道Ka頻段衛星之間的夾角大于5度的相同頻譜。

在一個可選實施例中，該掃描模塊，用于在該低軌星座系統初始運行時，開始通過該低軌衛星對該預定區域選定的Ka頻段進行掃描：該分析模塊用于在通過該地面關口站收集的數據信息積累到閾值時，開始分析繪制出靜止軌道 Ka頻段衛星的頻率圖譜；并且該分配模塊用于根據該頻率圖譜分配各業務區使用的頻率。

在本實施例中，還提供了另一種頻譜感知和頻率分配方法，圖2是根據本發明實施例的另一頻譜感知和頻率分配方法的流程圖，如圖2所示，該流程包括如下步驟：

步驟S202，根據非靜止軌道衛星的參數信息和服務對象，將服務區分為至少一個相對固定的業務區；

步驟S204，根據每個靜止軌道衛星使用圖譜，確定在各個該業務區中未使用的空閑頻率；或者，根據各靜止軌道衛星在業務區的通信仰角，篩選出與該業務區工作的非靜止軌道衛星與該靜止軌道衛星間的夾角大于5度的靜止軌道衛星，該夾角大于5度的靜止軌道衛星在該業務區使用的頻率能夠分配該業務區使用。

在一個可選實施例中，該參數信息包括以下至少之一：該非靜止軌道衛星的高度、星上波束數量、天線口徑、星座系統軌道參數。

下面結合優選實施例進行說明，在本優選實施例中，利用低軌星座衛星頻譜感知技術，對選定的全球Ka頻段頻譜進行掃描，尋找授權用戶沒有使用的頻譜，以及通過空分復用可以共用的頻率，動態分配給低軌衛星星座系統使用，解決目前固定分配頻譜普遍存在的頻率資源十分緊張，國際競爭激烈，協調難度非常大的問題。

本優選實施例中提供的基于頻譜感知的Ka頻段衛星頻率使用方法，適用于具有星上處理功能的低軌衛星星座系統。

該方法的主要步驟包括：

1.掃描感知。低軌星座系統中的每顆衛星在飛越某一區域上空時，對該區域選定的Ka頻段進行掃描，監聽該地區選定Ka頻段的信號，經星上處理，將波束區域、衛星坐標與對應的信號強度實時記錄，發回地面關口站。

2.分析處理。在關口站中頻譜感知處理分系統中，存有全球靜止軌道Ka衛星的定點位置，根據低軌衛星的實時位置、波束和記錄的信號強度、頻率等信息，分析推導出各靜止衛星的使用的各轉發器頻率、及其覆蓋區域，分析繪制出全球特定的Ka頻段衛星的轉發器頻率圖譜和空閑頻率圖譜。

3.動態分配用戶鏈路使用頻率。將低軌衛星星座系統的Ka頻段服務區， 劃分成若干業務區。根據頻譜感知獲得圖譜，分配各業務區使用頻率，包括未使用的空閑頻率和星座系統服務星與靜止軌道衛星之間的夾角大于5度的相同頻譜。各業務區使用頻率將根據感知結果動態調整。

該方法中掃描感知是在低軌衛星星座初始運行時開始，當積累到一定樣本并分析出全球Ka衛星頻譜占用和空閑譜圖后，即可轉入實際運行。在衛星運行期間只要沒有實際通信，即可轉入掃描感知階段，不斷積累樣本，動態修正全球頻譜占有和空閑頻率圖譜。

下面結合兩個優選實例進行說明。

實例1靜止軌道衛星使用頻譜感知方法

本感知方法除發現未使用的頻率外，更重要的是感知確定該選定頻段內每顆靜止軌道衛星在其業務區內使用的頻率。

以低軌通信衛星星座中6個軌道面、每個軌道面10顆衛星為例：

1)軌道面1的通信衛星依次為A、B、C、D、E、F、G、H、L、M，當其對選定的Ka頻段進行掃描時，將A、B、C、E、F、G、H、L、M衛星天線依次為按照傾角為0的赤道面上分別指向(以垂直對地為中線為0度)50°、40°、30°、20°、10°、0°、-10°、-20°、-30°、-40°。

2)軌道面1的每顆衛星以時間間隔t對波束內的信號進行接收，記錄時間、位置、信號強度和頻率信息；

3)由于Ka衛星通信天線方向圖主瓣非常窄，軌道面1各衛星在同一位置收到的信號基本上來自同一衛星地面站，且不同衛星收到的信號強度將不同，結合衛星天線方向圖，可以推導出地球站的位置以及地球站天線指向；

4)根據地球站的位置以及地球站天線指向，可以判斷其在36000公里靜止軌道的衛星，即可以確定這顆衛星在該覆蓋地區的使用頻率；

5)其他軌道面設置及方法與軌道面1相同；

6)綜合所有軌道面衛星在各時間、位置感知的結果，可以得到每顆Ka靜止軌道衛星在每個業務區內的使用頻率；

7)當衛星沒有通信請求時，將轉入感知掃描模式，星座系統地面中心站將動態調整頻譜感知圖譜。

實例2低軌衛星星座系統Ka用戶鏈路頻譜感知和頻率分配方法

低軌衛星星座系統Ka用戶鏈路頻率分配包括以下方法：

1)根據非靜止軌道衛星的高度、星上波束數量、天線口徑、星座系統軌道參數以及預訂的服務對象，將服務區分成若干個相對固定的業務區；

2)根據每顆靜止軌道衛星頻率使用圖譜，可以確定在設定低軌星座系統的各業務區內未使用的空閑頻率，該業務區即可使用這些空閑頻率；

3)大多數情況下，在設定的低軌星座系統業務區內并沒有空閑的頻率資源，系統將根據各靜止軌道衛星在該業務區通信仰角，篩選出與在該業務區工作的低軌星座衛星與靜止軌道衛星間的夾角大于5度的靜止軌道衛星；

4)這些靜止軌道衛星在該業務區使用的頻率即可分配該業務區使用。

本優選實施例中涉及到以下技術關鍵點中的至少之一：

1.低軌星座系統中的非靜止衛星對選定的Ka頻段頻譜的感知掃描方法；

2.對非靜止衛星坐標、感知頻率、信號強度的關聯處理；

3.利用同一軌道面的多顆衛星定位衛星地面站的方法；

4.分析低軌衛星與靜止軌道衛星動態空間復用條件，確定共用的頻率資源；

5.根據衛星星座相關的運行、感知頻譜情況，劃分低軌衛星星座系統業務區，動態調整各業務區頻率。

本優選實施例具有以下優點的至少之一：

1.解決了目前衛星頻率軌道資源緊張，協調極其困難，長時間協調無果的難題；

2.解除了非靜止軌道衛星必須避讓和保護靜止軌道衛星的限制，擴展了低軌衛星星座系統的應用；

3.提高Ka衛星頻段共用能力，使寶貴的頻譜資源使用效率大大提高。

顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲在存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或步驟制作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制于任何特定的硬件和軟件結合。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則 之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。