KR102559125B1 - 스페이스에서 셀룰러 코어 네트워크 및 라디오 액세스 네트워크 기반시설 및 관리 - Google Patents
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Abstract
셀룰러 네트워크 관리 시스템은 상태 스페이스 예측들로부터 결정된 기지국 가용성에 따라 지상파 기지국들 및 궤도 기지국들 간에 무선 서비스를 제공하고 링크들을 할당하기 위해 사용자 장비와의 지상파 기지국 통신들 및 궤도 기지국 통신들을 관리한다.
Description
본 개시는 지상파 이동 셀룰러 네트워크들과 함께 통신들을 제공하도록 동작할 수 있는 스페이스 통신 네트워크에 관한 것이다.
우선권 및 관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은 "공용 네트워크에서 궤도 노드들 및 지상파 노드들 모두를 가진 통신 네트워크에서 네트워크 관리 및 리소스 할당"이라는 제목의, 2018년 9월 6일에 출원된 미국 가 특허 출원 번호 제62/728,015호 및 "궤도-기반 셀룰러 네트워크 기반시설 관리 시스템"이라는 제목의, 2018년 9월 6일에 출원된 미국 가 특허 출원 번호 제62/727,972호로부터 우선권을 주장하며 그에 대한 정규 출원이다.
다음의 특허들/출원들은 여기에서 참조될 수 있다:
1) "궤도 환경에서 동작하는 우주선 및 지상파 기지국 통신들을 사용하는 지상파 전기통신 디바이스들 간의 통신들을 핸들링하기 위한 방법 및 장치"(이후 "Speidel I")라는 제목의, 2017년 12월 28일에 출원된 미국 특허 출원 제15/857,073호;
2) "준 실시간, 연속적, 및 전역적 연결성을 위한 군집 위성 네트워크 내에서의 저-비용 및 저-복잡도 위성-간 링크 통신들을 위한 방법"이라는 제목의, 2017년 3월 2일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 제62/465,945호(이후 "Speidel II"); 및
3) 궤도 환경에서 동작하는 기지국들 및 지상-기반 전기통신 디바이스들 간의 통신들을 위한 방법"이라는 제목의, 2017년 4월 26일에 출원된, 미국 가 특허 출원 번호 제62/490,298호(이후 "Speidel III").
상기 나열된 특허들/출원들에 대한 전체 개시들은 모든 목적들을 위해, 본 문서에서 전체적으로 제시되는 것처럼, 참조로서 통합된다.
통상적인 지상파 셀룰러 전기통신 네트워크에서, 복수의 이동 디바이스들은 복수의 전기통신 기반시설 요소들과 통신한다. 이러한 전기통신 기반시설은 이에 제한되지 않지만, 타워들, 안테나들, 라디오들, 트랜시버들, 디지털 신호 프로세서들, 전기 캐비닛들, 서버들, 컴퓨터들 등을 포함할 수 있는 하드웨어를 포함할 수 있다. 이러한 전기통신 기반시설은 통상적으로 기능에 의해 조직되며 다양한 이동 디바이스들이 제공하는 전기통신 트래픽 양을 관리하기 위해 통합된 시스템으로서 함께 연결한다. 이러한 통합된 시스템은 하나, 또는 그 이상의, 네트워크들을 포함할 수 있으며, 네트워크들 자체는 통상적으로 또한 다양한 인터페이스들 및 프로토콜들을 통해 서로 연결되도록 설계된다. 이들 프로토콜들 및 인터페이스들 중 일부는 이에 제한되지 않지만, TCP/IP, ISDN, SS7 등을 포함할 수 있다. 지상파 셀룰러 네트워크, 및 그것들의 기능들은 통상적인 LTE 셀룰러 네트워크의 맥락에서 사용될 수 있지만, 이러한 유형의 네트워크 뒤 구조 및 기능은 GSM, CDMA, EDGE, UMTS 등 네트워크와 같은, 다른 지상파 셀룰러 네트워크들을 위해 사용될 수 있다.
통상적인 LTE 지상파 셀룰러 네트워크에 대한 고-레벨 아키텍처를 예시한다. 도 1에서의 각각의 노드는 네트워크에서 동작하는 "노드"를 나타내며, 이것은 몇몇 실시예들에서 전자 하드웨어에 의해 실행되고 호스팅되는 소프트웨어에 의해 구현된다. 각각의 노드는 특정 기능, 또는 기능들의 세트를 제공하고, 제어 평면 시그널링 및/또는 사용자 평면 트래픽 라우팅을 책임지고 있을 수 있으며, 제어 또는 사용자 트래픽을 라우팅하기 위해 네트워크에서 다른 노드들로의 인터페이스를 갖는다. 방문형 네트워크(102)는 라디오 액세스 네트워크(RAN)(106) 및 코어 네트워크(108)를 호스팅할 수 있다. 방문형 네트워크는 또한 방문형 네트워크와 동일하거나, 또는 유사한 유형의 라디오 액세스 네트워크 및 코어 네트워크를 호스팅하는 홈 네트워크(104)와 상호작용할 수 있다. 단순함을 위해, 요소들 모두가 도시되는 것은 아닐 수 있다. 네트워크는 가입 최종 사용자에 의존하여 홈 네트워크 또는 방문형 네트워크일 수 있다.
라디오 액세스 네트워크는 E-UTRAN일 수 있으며 코어 네트워크는 EPC일 수 있다. E-UTRAN은 에어 인터페이스(Uu)를 통해 UE들(112)과의 통신들을 가능하게 하는 기지국들(110)을 포함할 수 있다. 기지국은 LTE 네트워크를 위한 기지국일 수 있다. 이러한 기지국들은 "진화된 노드 B" 또는 "UTRAN 노드 B" 기지국들일 수 있으며, 각각은 종종 "eNodeB" 또는 기지국"으로 불리울 수 있다. 기지국은 이동 핸드셋들(UE들)을 가진 이동 전화 네트워크를 무선으로 연결하기 위한 하드웨어를 포함한다.
기지국들은 X2 인터페이스를 통해 제어 및 사용자 시그널링을 이동시키기 위해 서로에 대한 연결을 유지할 수 있다. 기지국들은 제어 평면 및 사용자 평면, S1-CP 및 S1-UP를 통해 EPC에 연결한다. 제어 평면은 MME(114)로 인터페이스하고 사용자 평면은 S-GW(116)로 인터페이스한다. MME는 또 다른 제어 인터페이스를 통해, S11 인터페이스를 통해 S-GW들로; S10 인터페이스를 통해 다른 MME들로; 및 S6a 인터페이스를 통해 HSS 데이터베이스들(122)로 연결할 수 있다. EPC는 또한 P-GW(118)를 호스팅한다. P-GW는 홈 네트워크에서 S5 인터페이스를 통해 S-GW로의 제어 및 사용자 평면 연결을 갖는다. 유사한 연결이 방문 네트워크의 S-GW 및 홈 네트워크(120)의 P-GW 사이에 존재할 수 있다. 이러한 연결은 S8 인터페이스이며 또한 제어 및 사용자 평면을 포함한다. P-GW는 PCRF(124)와의 제어 인터페이스를 유지한다. P-GW는 SGi 인터페이스를 통해 PDN 서버들(126)로의 연결을 유지한다.
도 2는 LTE 네트워크에서 각각의 인터페이스에 대한 제어 평면 프로토콜 스택을 예시한다. 이것은 제어 트래픽을 전달하기 위해 각각의 노드 연결이 어떻게 구현되는지를 설명한다. 제어 평면 인터페이스들은 유선 또는 무선일 수 있다. UE 스택(202)은 LTE-Uu 인터페이스(212)를 통해 기지국 스택(204)과 통신하도록 애플리케이션 층, IP 층, PDCP 층, RLC 층, MAC 층, 및 PHY 층을 동작시킨다. 기지국 스택은 애플리케이션 층 및 IP 층 프로토콜 패킷들을 전달하지만, 에어 인터페이스 상호작용들 및 채널 할당, 변조 기법, 인코딩, HARQ, ARQ 등의 요건들을 조정하기 위해 PDCP, RLC, MAC, 및 PHY 층들을 사용한다. 기지국 스택은 S1-U 인터페이스(214)를 통해 UE들로부터 코어 네트워크로의 트래픽을 S-GW 스택(206)으로 라우팅한다. 터널링 프로토콜, GTP-U는 기지국과 S-GW 사이에서 IP-기반 데이터 패킷들을 전달하기 위해 사용된다. S5 및 S8 인터페이스들(216)은 S1 인터페이스와 거의 동일하다. 그러나, S-GW 스택은 IP 패킷들을 전달하며, P-GW 스택(208)은 IP 데이터 패킷들을 수신한다. P-GW는 UE 및 최종 UE를 위한 백-엔드 IP 서비스들을 제공하고 있는 패킷 데이터 네트워크(PDN) 스택(210) 간의 SGi 인터페이스(218)를 사용하여 IP 트래픽을 라우팅하기 위한 서빙 노드로서 동작한다. UE 상에서의 애플리케이션 층과 호환 가능한 애플리케이션 층은 애플리케이션 층 서비스(예컨대, 스마트폰 애플리케이션)를 제공하는 PDN 상에 존재한다. 기지국 스택들(204)은 X2-U 인터페이스(220)를 통해 서로 통신한다. X2-U 인터페이스는 기지국들 간의 핸드오버들 동안 최종 UE들을 위한 IP 데이터 패킷들을 라우팅하기 위해 터널링 프로토콜 GTP-U 및 SCTP 수송 층을 사용한다.
도 3은 LTE 네트워크에서 각각의 인터페이스에 대한 사용자 평면 프로토콜 스택을 예시한다. 이것은 사용자 트래픽을 전달하기 위해 각각의 노드 연결이 어떻게 구현될 수 있는지를 설명한다. 사용자 평면 인터페이스들은 유선 또는 무선일 수 있다. UE 스택(302)은 LTE-Uu 인터페이스(316)를 통해 기지국 스택(304)과 통신한다. 비-액세스 계층(Non-access stratum; NAS)은 MME 스택(306)과 UE 스택 간의 LTE 무선 텔레콤 프로토콜 스택들에서의 기능 층이다. NAS 층은 통신 세션들의 수립을 관리하기 위해서 및 그것이 네트워크를 통해 이동할 때 사용자 장비와의 연속적인 통신들을 유지하기 위해 사용된다. 기지국 스택은 MME와 UE 간의 이러한 층을 중계하며, 라디오 리소스 제어 메시지들을 UE로 수송하기 위해 PDCP를 사용한다. MME 스택은 S1-C 인터페이스(318)를 통해 기지국 스택과 통신한다. MME는 NAS 시그널링에 기초하여 S1-AP 프로토콜 세션들을 수송하기 위해 SCTP를 사용한다. MME 통신들은 S11 인터페이스(320)를 통해 S-GW 스택(308)과 통신한다. 이러한 인터페이스는 IP 패킷들을 수송하기 위해 터널링 프로토콜 및 UDP를 사용한다. S-GW 스택은 또한, S11 인터페이스와 유사한 구조를 사용하여, S5/S8 제어 평면 인터페이스(322)를 통해 P-GW 스택(310)과 통신한다. X2-AP 메시지들을 수송하기 위해 UDP를 사용하여 UE 스택들(304) 간의 X2-C 인터페이스(324)와 같은, 부가적인 인터페이스들이 존재한다. 이것은 UE 핸드오버들 동안 기지국 들 간의 제어 시그널링을 위해 사용된다. MME 스택들(306)은 S10 인터페이스(326)를 통해 통신한다. 이것은 터널링 프로토콜 메시지들을 수송하기 위해 UDP를 사용한다. MME 스택은 또한 S6a 인터페이스(328)를 통해 HSS 데이터베이스(312)와 통신한다. 이러한 인터페이스는 다이어미터(Diameter) 메시지들을 수송하기 위해 SCTP를 사용한다. 동일한 스택은 P-GW 스택(310)을 PCRF 데이터베이스(314)에 연결하는 S7 인터페이스(330) 상에서 사용된다.
이동 핸드셋들/디바이스들
일반적으로, 개개의 사용자들은 네트워크상에서 동작하는 이동 디바이스들을 가지고 다닌다. 이들 이동 디바이스들은 통상적으로 이동 전화들 또는 셀룰러 전화들이며, 종종 더 기술적인 범위들에서 사용자 장비(UE), 또는 이동 스테이션(MS)으로 불리운다. 이동 디바이스들은 또한 기계 대 기계(M2M) 또는 사물 인터넷(IoT) 셀룰러 디바이스들 또는 모듈들을 포함할 수 있다. 이러한 설명을 위해, 설명되는 네트워크의 이동 전화들 또는 최종 사용자 디바이스들은 UE들로서 불리울 수 있다.
UE는 하드웨어 및 SIM 카드를 포함할 수 있다. 하드웨어는 물리적 전화, 또는 디바이스, 그 자체를 포함할 수 있다. 실제 하드웨어는 디바이스의, 국제 이동 장비 아이덴티티, 또는 IMEI로서 알려진 숫자들의 세트를 포함할 수 있다. 이러한 숫자는 그것이 있는 하드웨어의 정확한 조각에 특정적이며 물리 디바이스가 네트워크상에서 훔친 것으로 표시되는지를 확인하기 위해서 및 다른 목적들을 위해 사용된다. 물리 디바이스는 통상적으로 그것이 에어, 또는 RF, 인터페이스를 통해 셀룰러 네트워크와 인터페이스할 수 있도록 송신기 및 수신기를 포함한다. 송신기 및 수신기와 함께 스크린/키보드와 같은 디지털 인터페이스, 또는 GPIO 핀들과 같은 전기 인터페이스들이 있을 수 있으며, 이것은 디바이스가 어떻게 네트워크를 액세스하고 음성, 텍스트, 또는 데이터 페이로드들/패킷들을 전송하고 수신하는지를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
UE들에는 또한 통상적으로 사용자가 특정한 기능들을 액세스하도록 허용하는 펌웨어 및 애플리케이션 층 소프트웨어가 로딩된다. 이들 기능들은 음성 호출들, SMS 메시지들을 전송하는 것, 인터넷을 브라우징하는 것, 또는 다른 애플리케이션들(예컨대, 메시징, 게임들, 스트리밍 등)을 사용하는 것일 수 있다. UE는 이동 네트워크와 에어 인터페이스를 통해 특정한 데이터 레이트를 달성하기 위해 특정한 신호 레벨들, 또는 QoS를 요구할 수 있다. 예로서, SMS 텍스팅은 비교적 약한 링크 레벨들(및 그에 따라 높은 코딩 오버헤드 레이트들을 가진, 하위 차수 변조 기법들, 및 그에 따라 더 낮은 데이터 레이트들) 상에서 성공적으로 동작할 수 있지만 비디오 스트리밍은 적정한 다운로드 시간들 및 품질 비디오 스트림을 위해 더 높은 데이터 레이트들(및 그에 따라 낮은 코딩 오버헤드 레이트들을 가진, 상위 차수 변조 기법들, 및 그에 따라 더 높은 데이터 레이트들)을 요구할 수 있다. 통상적으로, UE들은 다양한 가능한 대역들(예컨대, 주파수들) 및 프로토콜들(예컨대, GSM, LTE, UMTS, CDMA 등) 상에서 셀룰러 네트워크를 액세스하도록 설계된다. 몇몇 스마트폰들은 그것들이 최종 사용자로 하여금 세계를 이동할 수 있게 하고 사용 중인 셀룰러 프로토콜들에서의 차이들에도 불구하고 전세계에 걸쳐 다양한 위치들에서 로컬 셀룰러 네트워크에 연결할 수 있는 채로 있는 대역들 및 프로토콜들을 수용하도록 설계되기 때문에 "월드 폰들"로서 불리울 수 있다. 이것은 LTE, GSM, CDMA 등의 프로토콜들을 위한 통상적인 셀룰러 대역 할당들이 잘 수립되고, 라이선스들이 지구에 걸쳐 특정한 국가들에서 특정 MNO들에 할당되어 왔기 때문이다.
가입자 아이덴티티 모듈, 또는 SIM은 네트워크들을 사용할 사용자에 대한 가입자 아이덴티티 정보를 포함한다. SIM 상에 저장된 다양한 번호들 및 정보 중에서, 그것은 국제 이동 가입자 아이덴티티(IMSI)이며, 이것은 네트워크에 대한 특정한 가입자에 대응하는 고유 번호이다. 몇몇 전화들은 다수의 SIM 카드들을 허용하며, 이것은 단일 디바이스가 다수의 IMSI들을 가질 수 있음을 의미한다. 이것은 최종 사용자들이 다수의 국가들, 또는 선호된다면, 심지어 동일한 국가에서 로컬 계획들을 가질 수 있게 하며, 이것은 그들을 다수의 네트워크들 상에서의 "홈" 사용자로 만든다. SIM 카드들은 또한 그것의 가입자 아이덴티티를 변경하고 "홈" 가입자로서 상이한 네트워크들에 연결하기 위해 디바이스 안팎으로 스와핑될 수 있다. 이러한 기술은 종종 여행하며 그들이 여행할 때마다 로밍 요금을 지불하길 원하지 않는 사용자들에 대해 유리할 수 있다.
라디오 액세스 네트워크들
네트워크를 액세스하기 위해, UE는 셀룰러 네트워크의 라디오 액세스 네트워크(RAN)와의 에어 인터페이스를 사용한다. RAN은 이름에서 알 수 있듯이, 라디오 주파수 통신들을 사용한 액세스를 허용하는 네트워크일 수 있다. RAN은 전기통신 기반시설 자체의 코어 네트워크 및 네트워크상에서의 이동 디바이스들 사이에서 인터페이스로서 작용한다.
LTE 아키텍처에서, RAN은 종종 진화된 UMTS 지상파 라디오 액세스 네트워크(E-UTRAN)로서 불리운다. E-UTRAN은 통상적으로, UE들과 함께, 물리 인터페이스, 또는 Uu를 구현하는 기능적 요소들인, 다수의 기지국들을 포함한다. 물리 인터페이스는 시간 및 주파수에서 시간 슬롯들 및 리소스 블록들(RB)로 분해된다. RB들은 기지국의 스케줄러에 의해 UE들에 할당되며, 이것은 위치, 배치 구성, 커버리지 요건들 등에 의존하여 트래픽 흐름을 최적화하는 다양한 알고리즘들 중 하나에 의해 구동될 수 있다. 네트워크 내에서의 기지국들은 X2 인터페이스를 통해 서로 인터페이스한다. 이것은 호출/텍스트/데이터 패킷 포워딩 및 시그널링으로 하여금 주로 UE들이 네트워크에 대해 이동 방식으로 동작하므로 기지국 대 기지국 핸드오버들을 지원할 수 있게 한다. 기지국은 또한 S1 인터페이스를 통해 UE를 코어 네트워크, 또는 LTE 네트워크들에서의 진화된 패킷 코어(EPC)에 연결한다.
코어 네트워크
종종 LTE 아키텍처들에서 진화된 패킷 코어(EPC)로 불리우는, 코어 네트워크는 UE 및 UE가 통신하도록 요구할 수 있는 네트워크, 인터넷, 및 다른 네트워크들/디바이스들 상에서의 다른 UE들 간의 인터페이스로서 동작하는 셀룰러 네트워크에서 권한 기능의 대부분을 유지한다. 다른 네트워크들 및 인터넷을 액세스하는 것은 가입자들로 하여금 그들의 홈 네트워크상에 있지 않은 사용자들과 통신하고 특정한 애플리케이션들/서버들을 위해 인터넷으로/으로부터 데이터를 업로드/다운로드하도록 허용한다. UE들이 동일한 홈 네트워크상에서 다른 UE들과 통신하기를 원할 때에도, EPC는 UE 액세스를 허용하는 인증을 핸들링한다.
LTE 프로토콜을 사용할 때, 코어 네트워크는 통상적으로 이동성 관리 엔티티(MME), 서빙 게이트웨이(S-GW), 패킷 데이터 네트워크(PDN) 게이트웨이(P-GW), 및 홈 가입자 서버(HSS)를 포함한다. LTE에서, MME는 방문자 위치 레지스터(VLR)를 호스팅하며, HSS는 홈 위치 레지스터(HLR), 장비 아이덴티티 레지스터(EIR), 및 인증 센터(AuC)를 호스팅한다. HLR, VLR, EIR, 및 AuC는 EPC에 의해 관리되는 데이터베이스들이며 나중에 더 상세하게 설명된다.
이동성 관리 엔티티(MME)
EPC 내에는, 여러 개의 제어 및 사용자 평면 인터페이스들이 있다. E-UTRAN은 MME와의 제어 평면을 통해 EPC와 인터페이스하며, S1-CP 인터페이스로 불리운다. S1-CP 인터페이스는 통신 세션들의 수립을 관리하기 위해서 및 그것이 이동할 때 사용자 장비와의 연속적인 통신들을 유지하기 위해 비-액세스 계층(NAS)을 사용한다. LTE S1-CP 인터페이스는 기지국과 MME 사이에서 시그널링 프로토콜들을 전달할 책임이 있다. S1-CP 인터페이스는 IP를 통한 스트림 제어 송신 프로토콜(SCTP)을 포함하며 단일 SCTP 연관을 통해 다수의 UE들을 지원한다. 그것은 또한 보장된 데이터 전달을 제공한다. 애플리케이션 시그널링 프로토콜은 S1-AP(애플리케이션 프로토콜)이다. LTE S1-CP는 진화된 패킷 시스템(EPS) 베어러 셋업/해제 절차들, 핸드오버 시그널링 절차, 페이징 절차 및 NAS 수송 절차를 책임지고 있다.
MME는 또한 S10 인터페이스를 통해 다른 MME들; S11 인터페이스를 통해 S-GW들; 및 S6a 인터페이스를 통해 HSS와의 제어 평면 인터페이스들을 갖는다.
MME들 및 S-GW들 간의 S11 인터페이스는 보통 다-대-다 인터페이스이며, 이것은 단일 MME가 각각 그 자신의 S11 인터페이스를 갖는 다수의 S-GW들을 핸들링할 수 있다. 이들 연결들은 EPC 내에서 SAE 베어러들의 수립을 조정하기 위해 사용될 수 있다. SAE 베어러 셋업은 MME(디폴트 SAE 베어러)에 의해 또는 P-GW에 의해 시작될 수 있다. S11 인터페이스를 사용하여, MME 노드는 IP 세션들을 생성하거나 또는 삭제하고, 디폴트 베어러들을 생성하거나 또는 삭제하고, 전용 베어러들을 생성하거나 또는 삭제하고, 전용 베어러를 생성하거나 또는 수정/업데이트하기 위한 규칙을 부가하고, UE 핸드오버를 수행하고, S-GW 재배치를 갖고 X2 기반 UE 핸드오버를 수행하며, S-GW 재배치를 갖고 S1 기반 UE 핸드오버를 수행할 수 있다.
서빙 게이트웨이(S-GW)
E-UTRAN은 S-GW와의 사용자 평면을 통해 EPC와 인터페이스하며, S1-UP 인터페이스로 불리운다. S1-UP 인터페이스는 기지국과 S-GW 간의 LTE 사용자 평면 프로토콜 데이터 유닛들(PDU들)의 보장되지 않은 데이터 전달을 제공한다. 수송 네트워크 층은 IP 수송 및 GTP-U 상에 구축된다. UDP/IP는 기지국과 S-GW 사이에서 사용자 평면 PDU들을 운반한다. 라디오 베어러 당 GTP 터널이 사용자 트래픽을 운반한다. S1-UP 인터페이스는 기지국과 S-GW 사이에서 사용자 데이터를 전달할 책임이 있다. IP 구별 서비스 코드 포인트(DSCP) 마킹은 라디오 베어러 당 QoS를 위해 지원된다.
S-GW는 S5 또는 S8 인터페이스를 통해 P-GW와 연결함으로써 GPRS 터널링 프로토콜(GTP)을 사용하여 UE 및 코어 네트워크로 및 그로부터의 패킷들에 대한 IP 라우팅 서비스들을 제공한다. 원칙적으로 S5 및 S8은, S8 인터페이스가 상이한 조작자들 사이에서 로밍할 때 사용되는 반면 S5 인터페이스가 단일 (홈) 네트워크의 내부에서 사용된다는 점을 제외하고, 동일한 인터페이스이다. 비-로밍 경우에, S-GW 및 P-GW 기능들은 하나의 물리적 노드에서 수행될 수 있다.
S5/S8은 다-대-다 인터페이스이며 서빙 GW 및 PDN GW 사이에서 사용자 평면 터널링 및 터널 관리를 제공한다. S8 인터페이스는 UE 이동성으로 인한 서빙 GW 재배치를 위해서 및 서빙 GW가 요구된 PDN 연결성을 위해 같은 장소에 배치되지 않은 PDN GW에 연결할 필요가 있는 경우 사용된다. S5 인터페이스는 VPLMN에서의 서빙 GW 및 HPLMN에서의 PDN GW 사이에서 사용자 및 제어 평면을 제공하는 PLMN-간 기준 포인트이다. S8은 S5의 PLMN 간 변형이다.
패킷 데이터 네트워크 게이트웨이(P-GW)
P-GW는 PDN을 향해 SGi 인터페이스를 종료하는 노드이다. UE가 다수의 PDN들을 액세스하고 있다면, 상기 UE에 대해 하나보다 많은 P-GW가 있을 수 있다. P-GW는 UE에 대한 트래픽의 출구 및 입구의 포인트임으로써 외부 패킷 데이터 네트워크들에 UE로의 연결성을 제공한다. UE는 다수의 PDN들을 액세스하기 위해 하나보다 많은 P-GW와의 동시적 연결성을 가질 수 있다. P-GW는 정책 강화, 각각의 사용자에 대한 패킷 필터링, 과금 지원, 합법적인 가로채기 및 패킷 스크리닝을 수행한다. 이러한 기준 포인트는 P-GW 및 패킷 데이터 네트워크 간의 연결성을 제공한다. SGi 인터페이스는 외부 공공 또는 사설 PDN 및/또는 내부 IMS 서비스 프로비저닝 네트워크를 포함한 다양한 네트워크 유형들로의 액세스를 제공할 수 있다.
셀룰러 네트워크 데이터베이스들
LTE 네트워크는 UE들의 이동성, 뿐만 아니라 인증, 과금, 정책 관리 등을 관리하기 위해 동작들 동안 질의하기 위해 사용된 일련의 데이터베이스들을 관리할 수 있다. HSS는 그것의 네트워크를 사용할 수 있는 각각의 가입자에 대한 관리상 레벨 정보를 포함하는 데이터베이스인 HLR에 대한 홈이다. HLR은 또한 네트워크에서 가입자들의 마지막 알려진 위치를 추적하는 필드들을 포함한다. 이러한 정보는 호출들, 메시지들, 또는 데이터가 라우팅될 필요가 있을 때 디바이스들의 위치를 찾기 위한 것일 수 있다. 사용자가 그들의 이동 전화 또는 디바이스를 스위치 온할 때 또는 그들이 네트워크에서, 또는 아마도 몇몇 규칙적 주기성을 통해 또 다른 위치 영역 코드(LAC)로 이동할 때, 이동 디바이스들은 HLR이 항상 마지막 위치를 알도록 그들의 위치를 업데이트할 수 있다. 통상적으로, 디바이스의 위치는 디바이스의 실제 위도/경도 위치가 아닌, 네트워크의 맥락에서 유지된다(예컨대, 그것이 어떤 기지국에 캠프 온(camp on)되는지). 임의의 네트워크에서 통상적으로 단지 하나의 마스터 HLR만이 있다. 그러나, 그것의 사본들이 개선된 동작 효율을 위해 다양한 코어 네트워크 노드들에 걸쳐 분포될 수 있다.
HSS는 HLR 및 AuC의 연쇄이다 - 두 개의 기능들은 사전-IMS 2G/GSM 및 3G/UMTS 네트워크에 이미 존재한다. HSS의 HLR 파트는 필요할 때 다음을 포함한(리스트가 철저한 것은 아니다), 사용자 가입 정보를 포함한 데이터베이스를 저장하고 업데이트를 담당한다: 사용자 식별 및 어드레싱 - 이것은 IMSI(국제 이동 가입자 아이덴티티) 및 MSISDN(이동 가입자 ISDN 번호) 또는 이동 전화 번호에 대응한다; 및 사용자 프로필 정보 - 이것은 서비스 가입 상태들 및 사용자-가입된 서비스 품질 정보(최대 허용 비트 레이트 또는 허용 트래픽 클래스와 같은)를 포함한다.
HSS의 AuC 파트는 사용자 아이덴티티 키들로부터 보안 정보를 생성하는 것을 맡고 있다. 이러한 보안 정보는 HLR로 제공되며 또한 네트워크에서의 다른 엔티티들로 전달된다. 보안 정보는 네트워크 및 단말기 사이에서 송신된 데이터 및 시그널링이 도청되지도 변경되지도 않음을 보장하기 위해, 상호 네트워크-단말기 인증, 및 라디오 경로 사이퍼링 및 무결성 보호를 위해 사용될 수 있다.
VLR은 몇몇 방식들로 HLR의 더 작은, 임시 버전이며, 이것은 HLR로부터의 선택 정보를 포함한다. 임의의 "방문자" 또는 홈 네트워크의 부분이 아닌 EPC에 의해 제어된 기지국으로 로밍한 UE는 방문 네트워크의 VLR 상에 위치된다. UE는 보통 단지 한 번에 하나의 VLR에 존재할 수 있으며, 이것은 상기 UE로의 트래픽의 네트워크 라우팅을 위해 매우 중요할 수 있다. VLR에 저장된 데이터는 사용자의 홈 네트워크 HLR로부터 수집되거나 또는 기지국을 통해 UE 자체로부터 직접 수집된다. VLR은 트래픽 라우팅이 별개의 네트워크들 사이에서 완료될 수 있도록 가입자의 업데이트된 위치를 홈 HSS의 HLR에 알리기 위해 사용된다. 사용자는 통상적으로 정확하게 가입자가 설정된 시간 기간(각각의 네트워크에 대해 구성/설정될 수 있는 기간) 동안 무활동일 때, UE가 새로운 VLR 도메인 위치 영역으로 로밍할 , 또는 사용자가 다시 홈 네트워크로 이전할 때 VLR로부터 제거된다.
VLR은 TMSI를 포함한, 각각의 IMSI에 대한 필드 값들의 일 부분을 포함할 수 있으며, 이것은 홈 네트워크의 밖에서의 로밍 동작들 동안 임시 가입자 아이덴티티로서 효과적으로 작용한다.
EIR은 네트워크에 연결되거나, 또는 연결하려고 시도할 수 있는 특정 핸드셋 또는 이동 장비, 또는 디바이스들의 정보를 유지하는 데이터베이스이다. 이러한 데이터베이스는 디바이스가 네트워크를 액세스하기 위한 권한을 갖고 있는지 여부를 결정하기 위해 IMEI를 사용한다. 통상적으로, 전화기가 훔친 것으로 보고될 때, 디바이스의 IMEI는 그것을 훔친 디바이스로서 연관시키는 EIR에서의 리스트에 올려진다. 이와 같이, 디바이스가 네트워크에 등록하려고 할 때, 네트워크는 잠재적인 전화기의 도둑이 부적절하게 그것을 사용하는 것을 방지하기 위해 그것의 액세스를 거부할 수 있다.
최종적으로, AuC는 네트워크로의 디바이스 인증과 연관된 정보를 포함하는 데이터베이스이다. AuC는 일반적으로 HLR로 인터페이스되며 네트워크상에서 특정한 IMSI에 대한 중요한 키들을 유지한다. 이들 키들은 또한 UE SIM 상에 존재한다. 이들 키들을 매칭시키는 것은 에어 인터페이스 채널들을 통해 디바이스 인증 및 사이퍼링(또는 암호화) 모두를 허용한다. 로밍 시나리오들에서, 이러한 인증 키들/정보는 홈 HLR로부터 질의된다.
네트워크 동작 센터
지상파 셀룰러 네트워크의 상기 설명된 구성요소들은 자율적으로 동작하지만, 인간 상호작용의 레벨이 통상적으로 또한 구현된다. 네트워크 동작 센터, 또는 NOC(때때로 또한 동작 관리 센터, 또는 OMC로서 알려짐)는 네트워크 기반시설 동작 및 상황의 제어 및 모니터링을 가능하게 하는 네트워크의 구성요소이다. 네트워크에서 이러한 노드는 도 1에는 도시되지 않지만 그것은 네트워크에서 각각의 요소로의 연결을 유지한다. 예를 들어, 그것은 심지어 기지국/E-UTRAN 서브시스템에서 트래픽 로드를 제어하기 위해 사용될 수 있다. NOC는 통상적으로 LTE 네트워크에서 각각의 기지국, MME, S-GW, P-GW 노드로의 연결을 갖는다.
A. 네트워크 절차들의 예들
네트워크는 긴 리스트의 절차들을 구현할 수 있지만, 특정한 특정 절차들이 대부분 사용되며 이동성 관리, 스펙트럼의 사용 등과 같은, 네트워크 기능들에 중대할 수 있다.
A.1 인증 절차들
LTE 네트워크에서 인증 절차는 사용자의 아이덴티티를 인증하고(예컨대, 그들의 가입자 번호를 확인하고) 네트워크로의 액세스를 허용하거나, 또는 허용하지 않기 위해 사용된다. 인증은 HSS에 저장되는 고유 키들을 레버리징하며, 값들을 계산하며, 인증을 확인하도록 결과를 비교하기 위해 네트워크의 UE 및 MME 측 상에서 프로세스들을 실행한다. 유사한 절차들이 비-액세스 스펙트럼(NAS)(예컨대, 네트워크 루트들 상에서의 신호들/패킷들) 및 액세스 스펙트럼(AS)(예컨대, UE들과 기지국들 간의 RF 인터페이스상에서 신호들/패킷들)의 암호화 및 사이퍼링을 위해 사용된다.
도 4는 LTE 네트워크에서 UE 인증을 위한 통상적인 프로세스를 예시한다. 프로세스는 UE(402), 기지국(404), MME(406) 및 HSS(408)를 수반한다. UE는 네트워크(410)에 접속하기 위해 요청을 MME로 전송한다. 이러한 요청을 갖고, 그것은 그것의 IMSI 및 그것의 UE 핸드셋 능력에 대한 다른 정보를 전송하며, 이것은 네트워크가 UE와의 에어 인터페이스의 인증 및 관리를 위해 요구할 수 있다. MME는 홈 네트워크 HSS로의 인증 데이터 요청(412)을 만든다. 이러한 메시지는 응답하기 위해 HSS에 의해 요구된 몇몇 다른 정보와 함께, 인증을 요구하는 IMSI들의 리스트를 포함할 수 있다. HSS는 인증 벡터들로서 불리우는 것을 갖고 MME(414)로 응답을 제공한다.
각각의 인증 벡터는 EPS AKA 알고리즘으로 불리우는 알고리즘을 실행하는 것으로부터의 출력과 연관된 AUTN, XRES, KSAME, 및 RAND 값을 포함한다. MME는 RAND 및 AUTN 값들을 기지국(416)을 통해 UE로 전달한다. UE는 이러한 정보를 사용하여 EPS AKA 알고리즘을 수행하며 그 후 RES 값을 포함하는 응답을 MME(418)로 제공한다. RES 값은 HSS에 의해 산출되고 MME로 제공된 XRES 값과 동일해야 한다. MME는 420에서 이것이 참인지를 확인하며, 그렇다면, UE는 네트워크에 대해 인증된다.
MME 및 UE는 그 후 UE와 네트워크 사이에서 AS(RF 인터페이스) 및 NAS(네트워크 제어 인터페이스들) 세션들의 사이퍼링 및 암호화를 달성하기 위해 부가적인 절차적 단계들(422)을 수행할 수 있다. 이들 절차들은 UE 및/또는 기지국 노드들이 노드들 간의 트래픽을 암호화하기 위해 사용되기 전에 확인되고 검증되는 고유 키들을 산출하기 위해 알고리즘들을 실행할 수 있다는 점에서 사실상 인증과 유사하다. 이들 절차들이 완료된 후, MME는 UE(424)로부터의 원래 접속 요청을 수용할 수 있으며 그것은 공식적으로 네트워크에 접속되고 트래픽을 이동시킬 수 있다.
인증은 UE가 먼저 네트워크로의 액세스를 요청할 때 트리거된다.
A.2 위치 업데이트 절차들
전통적인 이동 네트워크에서, 각각의 디바이스의 위치는 네트워크가 정보를 전달할 필요가 있는 UE를 어떻게 접촉하는지를 네트워크가 알도록 추적될 수 있다. 네트워크들이 사용하는 다양한 추적 파라미터들이 여기에서의 다른 곳에서 설명된다. 네트워크상에서의 UE의 위치는 HSS에서 마스터 데이터베이스로부터 추적된다. UE의 위치가 변할 때, 그것은 HSS에서 반영된다. UE가 그 자신의 홈 네트워크가 아닌 네트워크에 연결될 때, UE 위치는 HSS 및 VLR 모두에 의해 추적된다. VLR은 가입자 인증 정보, 및 그것의 네트워크 내에서의 UE의 위치를 임시로 저장한다. UE 위치가 변할 때, VLR은 위치 업데이트를 위해 HSS에 요청할 수 있으며, 따라서 HSS는 UE에 대한 변화하는 위치들을 관리한다.
특정한 로밍 조건들하에서, 가입자가 위치되는 VLR 및 MME의 물리적 위치는 인증하기 위해 디바이스에 대해 요구된 중요한 관리상 정보를 유지하는 HSS로부터 멀리 떨어져 있을 수 있다. 질의가 SS7, 또는 다양한 지상파 네트워크들을 인터페이스하는 또 다른 매체를 통해 라우팅될 수 있을 때, 인증은 때때로 수 분 동안에 걸쳐 발생할 수 있다. 특히 네트워크 절차들에 대하여, 트래픽 로드들이 높고 데이터베이스들이 멀리 떨어져 위치될 때, 이들 네트워크-간 상호작용들은 느려질 수 있다. 그 결과, 대외 네트워크로의 초기 액세스가 때때로 뒤쳐질 수 있다. 그러나, 일단 액세스가 제공되면, 셀룰러 서비스들과 연관된 통상적인 속도들은 통상적으로 재개된다.
UE가 위치 업데이트 절차를 개시할 수 있을 때에 대한 트리거들의 예들이 표 1에서 나열된다.
표 1
도 5는 통상적인 위치 업데이트 또는 추적 영역 업데이트를 위한 절차를 예시한다. 도시된 수반된 노드들은 UE(502), 기지국(504), 새로운 MME(예컨대, 새로운 추적 영역)(506), 오래된 MME(예컨대, 오래된 추적 영역)(508), S-GW(510), 및 HSS(512)이다. RRC 연결 셋 업이 기지국과 UE 사이에서 이루어진 후, UE는 추적 업데이트 요청(514)을 개시할 수 있다. 기지국은 요청(516)을 새로운 MME로 라우팅할 수 있다. 새로운 MME는 콘텍스트 요청(518)을 통해 오래된 MME로부터 정보를 요청할 수 있으며, 그것은 UE와의 인증/보안 절차들을 수행하기 위해 사용한다. 오래된 MME는 그것이 요청한 정보로 새로운 MME에 응답할 수 있다(520). 새로운 MME는 그 후 UE(522)를 인증한다. 성공적인 인증 후, 새로운 MME는 오래된 MME로부터 요청 콘텍스트(524)를 확인 응답할 수 있다. 그것은 그 후 S-GW로부터 베어러 수정(526)을 요청할 수 있다. 새로운 MME로부터의 베어러 수정 요청은 528로 응답되며 새로운 MME는 HSS로부터 위치 업데이트(530)를 즉시 요청한다. HSS는 오래된 MME 상에 유지되는 것으로서 현재 위치(532)를 소거한다. 소거가 오래된 MME에 의해 확인 응답된 후(534), 그것은 536에서 새로운 MME로부터 위치 업데이트 요청을 확인 응답한다. 새로운 MME는 그 후 UE TAU 요청(538)을 수용하며 UE는 위치 업데이트 절차(540)의 완료를 확인 응답한다.
A.3 핸드오버 절차들
UE 이동성 동안, UE가 네트워크에서 하나의 셀로부터 또 다른 것으로 이전하길 요구하는 불가피한 인스턴스들이 있다. 각각의 셀은 하나의 eNB에 의해 제공될 수 있으며, 다수의 eNB들은 하나의 S-GW 및/또는 MME에 의해 제공될 수 있다. 단지 eNB 핸드오버들만이 행해지길 요구하는 시나리오들, 및 S-GW들이 또한 핸드 오버되도록 요구하는 다른 것들이 있다. 몇몇 인스턴스들은 심지어 P-GW 핸드오버를 요구할 수 있다.
도 6은 핸드오버가 종래에 어떻게 eNB들 및 S-GW들 사이에서 행해질 수 있는지를 예시한다. 핸드오버 절차에서, 수반된 요소들은 UE(602), 소스 eNB(604), 타겟 eNB(606), MME(608), 소스 S-GW(610), 타겟 S-GW(612), 및 P-GW(614)이다. 핸드오버는 IP 세션이 이미 소스 eNB 및 소스 S-GW를 통해 UE와 P-GW 사이에 수립된 후(616) 행해질 수 있다. UE로부터 소스 eNB로의 측정 제어 메시지들은 그것과 타겟 eNB 사이에 준비되도록 핸드오버를 트리거할 수 있다(618). 타겟 eNB 및 소스 eNB는 X2 인터페이스를 통해 핸드오버를 실행할 수 있다(620). 소스 eNB는 그것이 데이터(624)를 UE로 다운링크할 수 있도록 데이터를 타겟 eNB(622)로 포워딩하기 시작한다. 이때, 업링크 데이터(626)는 타겟 eNB를 통해, 소스 S-GW를 통해, 다시 P-GW로 이동한다. 다운링크는 UE에 도달하기 전에 동일한 S-GW를 통해 그러나 소스 eNB를 통해 타겟 eNB로(X2 인터페이스를 통해) 제공된다. 타겟 eNB는 타겟 S-GW로의 IP 패킷들의 경로를 스위칭하기 위해 경로 스위치 요청(628)을 한다.
MME는 타겟 S-GW로 세션 생성 요청(Create Session Request)(630)을 한다. 타겟 S-GW는 P-GW가 UE(632)에 대한 베어러를 수정하길 요청할 것이다. P-GW는 베어러 수정 응답(634)을 제공하며 타겟 S-GW에 대한 베어러를 수정한다. 타겟 S-GW는 그것이 타겟 eNB를 통해 UE로부터의 IP 트래픽을 베어링하기 위해 준비됨을 나타내도록 세션 생성 응답(create session response)(646)으로 MEE에 응답한다. MME는 타겟 eNB로부터의 원래 경로 스위치 요청을 확인응답할 것이며(638) 업링크 및 다운링크 데이터는 UE로부터 타겟 eNB로, 타겟 S-GW로, P-GW로 흐를 것이다(640). 이것은 S-GW 핸드오버의 완료를 표시하며, 따라서 다운링크 데이터가 소스 eNB로부터 포워딩되기 위해 사용된 링크가 해제된다(642). MME는 원래 소스 S-GW에 의해 제공된 세션을 삭제하며(644) 소스 S-GW는 세션을 닫은 후 응답한다(646). S-GW 핸드오버 후, UE는 그것의 추적 영역을 업데이트할 필요가 있을 수 있으며 MME(648)를 갖고 그렇게 한다.
A.4 마스터 정보 블록(MIB) 및 시스템 정보 블록들(SIB) 송신 절차들
MIB 또는 마스터 정보 블록은 임의의 사용자들의 존재에 관계없이 LTE 기지국에 의해 브로드캐스팅되는 메시지 또는 정보이다. MIB는 먼저 기지국에 의해 또한 브로드캐스팅되는 다른 시스템 정보 블록들 또는 SIB 중에 있다.
MIB는 다운링크 상에서 PBCH 또는 물리 브로드캐스트 채널로 불리우는 물리 층 채널을 사용하여 송신된다. MIB는 표 2에서 도시된 바와 같이 인코딩된 24-비트 값이다.
표 2
페이로드에서의 정보를 제외하고, MIB CRC는 또한 기지국에 의해 사용된 다수의 송신 안테나들을 운반한다. MIB CRC는 안테나 특정 마스크로 스크램블되거나 또는 XOR된다.
다수의 시스템 정보 블록들이 있을 수 있으며, 각각의 블록은 몇몇 주기성을 갖고 송신되고, 각각은 네트워크 액세스를 위한 중요한 정보를 포함한다. 예로서, SIB1 블록은 표 3에서 제시된 변수들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
표 3
B.
LTE에서
IP 어드레스 할당
LTE 네트워크들은 그것들이 IP 패킷들에서 모든 사용자 트래픽을 전달하며, 사용자들에서 "상시-온 IP 연결성"을 제공한다는 점에서, 종종 전체-IP 네트워크들이다. UE가 LTE 네트워크에 참여할 때, 패킷 데이터 네트워크(PDN) 어드레스(즉, PDN에서 사용될 수 있는 것)는 PDN으로의 연결을 위해 UE에 할당되며, 디폴트 베어러가 LTE 네트워크에서 수립된다(즉, UE와 P-GW 사이에). 이러한 디폴트 베어러는 UE가 LTE 네트워크로부터 분리될 때까지 연결된 채로 있는다(즉, 초기 접속 동안 UE에 할당된 IP 어드레스는 유효한 채로 있다). 디폴트 베어러는 사용자가 가진 각각의 APN(액세스 포인트 이름)에 대해 수립되며, 따라서 고유 IP 어드레스는 각각의 APN에 대해 할당된다. IP 어드레스는 IPv4, IPv6 또는 IPv4/IPv6 유형일 수 있다.
UE가 처음에 LTE 네트워크에 접속할 때, 그것은 PDN 연결을 요청한다. 그 후, P-GW는 PDN을 위해 UE에 의해 사용될 IP 어드레스(즉, PDN 어드레스)를 할당하며 둘을 연결한 디폴트 베어러가 수립되는 동안 UE로 포워딩한다. 이러한 IP 어드레스를 갖고, UE는 PDN을 통해 제공된 서비스들을 사용할 수 있다.
IP 어드레스들은 LTE 아키텍처에서 정적으로, 또는 동적으로 할당될 수 있다. 통상적으로, IP 어드레스들은 각각의 P-GW에서의 제한된 IP 풀들 때문에 동적으로 할당된다. IP 어드레스들의 제한된 가용성은 통상적으로 IPv4 시스템들과 연관되지만 IPv6 시스템들이 가진 이슈에 대해 더 적다.
동적 IP 할당의 경우에, 네트워크(예컨대, P-GW)는 UE에 대한 IP 어드레스를 자동으로 선택한다. 네트워크 조작자는 사전에 P-GW에서 공급된 IP 풀(들)을 갖는다. 그 후 나중에 UE가 처음에 LTE 네트워크에 접속할 때, P-GW는 UE로 IP 어드레스를 동적으로 할당한다. 따라서, 새로운 동적 IP 어드레스는 그것이 처음에 네트워크에 접속할 때마다 동일한 UE에 할당된다.
정적 IP 할당의 경우에, 네트워크 조작자는 그것들의 네트워크로의 가입 시 각각의 UE에 영구적인 IP 어드레스를 할당한다. 조작자는 다른 가입 정보와 함께 네트워크(HSS)에서 UE를 위해 공급된 할당된 정적 IP 어드레스를 갖는다. 그 후 나중에 UE가 처음에 LTE 네트워크에 접속할 때, P-GW는 HSS로부터 정적 IP 어드레스를 획득하며 그것을 UE로 포워딩한다. 따라서, 이러한 특정한 IP 어드레스는 그로부터 그것이 처음에 접속할 때마다 UE로 할당된다.
C. 셀룰러 네트워크 넘버링 및 어드레싱
이동 네트워크는 통상적으로 이동 디바이스들을 관리하고 있으며, 따라서 UE들이 상이한 네트워크 EPC 노드들에 의해 관리되는 네트워크에서의 기지국들로부터 접속하고 분리될 때, 적절하게 기능하도록, 상이한 유형들의 지리적 영역들 및 어드레스들을 구현할 수 있다.
C.1 지리적 영역들
MME 풀 영역은 특정한 MME, 또는 MME들의 세트에 의해 제어되거나, 또는 서비스되는 지리적 영역이다. MME 영역은 그것을 제공하는 MME가 변할 수 있기 전에 이동 디바이스가 동작할 수 있는 물리적 지리이다. S-GW 추적 영역은 특정한 S-GW 또는 S-GW들의 세트에 의해 제어되거나, 또는 서비스되는 지리적 영역이다. 이러한 지리적 영역에서, UE는 서비스하는 S-GW를 변경하지 않고 동작할 수 있다.
추적 영역들은 네트워크에 의해 사용된 최소 지리적 영역들을 나타낸다. MME 풀 영역들은 그 자체가 이들 더 작은 추적 영역들을 포함하는 S-GW 추적 영역들을 포함한다. 추적 영역은 특정 셀 타워 셀, 또는 셀 타워 셀들의 그룹(아마도 반경 수 km에서 반경 100km까지에 이르는, 몇몇 반경의 원에 의해 밀접하게 지리적으로 표현된)만큼 작을 수 있다. 이들 추적 영역들은 GSM에서 사용된 위치 영역 코드들(LAC들) 또는 UMTS에서 사용된 추적 영역들과 유사하며 이름에서 알 수 있듯이, 대기 중에 있는(예컨대, 네트워크에 연결되고 이동하거나 또는 트래픽을 수신할 준비가 된) 네트워크 상에서의 모바일들의 위치들을 추적하기 위해 사용된다.
LTE 네트워크는 그러므로, 많은 MME 영역들, 훨씬 더 많은 S-GW 추적 영역들, 및 훨씬 더 많은 추적 영역들을 포함한다.
C.2 네트워크 식별들
네트워크는 또한 네트워크 레벨 어드레스들로서 사용되는 수치 식별자들의 호스트를 관리한다. 네트워크 ID들은 네트워크 자체를 정의하기 위해 사용된다. 네트워크는 두 개의 고유 식별자들, 이동 국가 코드(MCC) 및 이동 네트워크 코드(MNC)의 조합, 또는 연쇄인, 공중 육상 이동 네트워크(PLMN) 코드를 사용하여 식별된다. MCC는 3-자리 코드이며, MNC는 두 개가 연쇄될 때 PLMN을 5 또는 6자리 코드로 만드는, 2- 또는 3-자리 코드이다.
네트워크에서 각각의 MME는 네트워크 MME 풀들의 각각에서 특정한 MME를 식별하는, MME 코드, 또는 MMEC로 알려진 고유 식별자를 제공받는다. 동일한 MME 추적 영역 내에서 그룹핑되는 MME들은 MME 그룹 아이덴티티, 또는 MMEGI로 불리우는 그룹 레벨 코드를 제공받는다. 네트워크 각각의 MME에 대해, 또 다른 식별자가 사용되며, 이것은 MME 식별자를 생성하는 MMEC 및 MMEGI, 또는 전체 네트워크에서 특정한 MME를 식별하는 MMEI를 연쇄시킨다. 최종적으로, PLMN 및 MMEI는 전역적으로 고유한 MME 식별자, 또는 GUMMEI를 생성하기 위해 연쇄되며, 이것은 전 세계에서의 어딘가에서 특정 MME를 식별한다.
추적 영역들은 또한 유사한 방식으로 코드들을 갖고 식별된다. 추적 영역 코드, 또는 TAC는 특정한 네트워크 내에서 특정 추적 영역을 식별하기 위해 사용된다. 이러한 숫자는 지구에 걸쳐 고유 추적 영역을 식별하는, 전역적으로 고유한 추적 영역 아이덴티티, 또는 TAI를 생성하기 위해 PLMN에 연쇄된다.
네트워크 내에서의 각각의 셀은 또한 UE와 통신하도록 요구되는 특정 타워가 알려지고 추적되도록 셀 ID를 제공받는다. 이러한 셀 ID는 종종 E-UTRAN 셀 식별자, 또는 ECI로 불리운다. 이러한 값은 특정한 네트워크 내에서 셀을 고유하게 식별한다. 또한 세상 어딘가에서 고유한 셀을 식별하는 E-UTRAN 셀 전역적 식별자, 또는 ECGI가 있다. 통상적으로 0 내지 503 사이의 수치 값이며 근처의 지리에서 이웃 셀들로부터 구별하기 위해 사용되는 타워의 물리 셀 ID가 또한 있다.
그것이 네트워크상에서 동작할 때 특정 UE 하드웨어를 추적하기 위한 이동 장비 식별자들이 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 각각의 UE는 두 개의 고유 식별자들, 하드웨어를 위한 하나 및 SIM을 위한 하나를 갖는다. 국제 이동 장비 아이덴티티(또는 IMEI)는 고유한 핸드셋 하드웨어를 식별하기 위해 사용된다. 국제 이동 가입자 아이덴티티(또는 IMSI)는 네트워크상에서의 고유 가입자(예컨대, SIM)를 식별하기 위해 사용된다. 그것의 서빙 MME에 대한 특정 UE를 식별하기 위해 사용되는 M 임시 이동 가입자 아이덴티티(또는 M-TMSI)가 또한 있다. MMEC에 M-TMSI를 연쇄시킴으로써, 네트워크는 그것의 서빙 MME 풀 추적 영역에 대한 특정 UE를 식별하기 위해 사용되는 S 임시 이동 가입자 아이덴티티(또는 S-TMSI)를 생성한다. 최종적으로, PLMN, MMEGI, 및 S-TMSI를 연쇄시키는 것은 전역적으로 고유한 임시 식별자, 또는 GUTI를 생성한다. GUTI는 세상 어딘가에서 고유 UE 및 그것의 임시 어드레스를 식별한다.
D. 라디오 프로토콜 아키텍처
라디오 프로토콜 아키텍처는 두 개의 별개의 평면들에 의해 정의될 수 있다: 제어 평면 및 사용자 평면. 네트워크에서 각각의 노드 인터페이스는 제어 평면, 사용자 평면, 또는 양쪽 모두를 구현할 수 있다. 제어 평면은 네트워크 시그널링이 패키징되고 네트워크에서의 다양한 노드들 사이에서 수송되는 곳이다. 제어 평면에서, 통상적으로 라디오 리소스 제어, 또는 RRC, 프로토콜은 정보가 어떻게 UE와 셀룰러 네트워크 사이에서 전달되는지를 제어하는 시그널링 메시지들을 생성한다. 이들 시그널링 메시지들은 적절한 시그널링 베어러들을 사용하여 수송된다.
사용자 평면은, 실제 데이터, 또는 전기통신 페이로드들이 UE들 사이에서 및 네트워크 전체에 걸쳐 수송되는 곳이다. 통상적으로, 애플리케이션들은 TCP, UDP, 또는 IP와 같은 프로토콜들에 의해 프로세싱되는 데이터 패킷들을 생성한다. 제어 및 사용자 평면들 모두에 대해, 정보 또는 시그널링 패킷들은, 최종적으로 네트워크에 연결된 UE들로의 무선 송신을 위해 물리, 또는 RF 층으로 전달되기 전에, 패킷 데이터 컨버전스 프로토콜, 또는 PDCP, 라디오 링크 제어 프로토콜, 또는 RLC, 매체 액세스 제어 프로토콜, 또는 MAC에 의해 프로세싱된다.
도 7은 기지국 라디오 프로토콜 스택 아키텍처를 예시한다. 기지국(706)은 각각 요구된 제어 및 사용자 트래픽을 이동시키기 위해 MME(704) 및 S-GW(702)와의 인터페이스를 유지한다. 기지국(706)은 MME와의 통신을 핸들링하는 라디오 리소스 제어 기능(RRC)(708)을 갖는다. 라디오 리소스 제어 기능은 프로토콜 스택에서 하위 층들로 제어된 제어 메시지들에 관련된 부가적인 정보를 제공하기 위해 사용되는, 몇몇 지원 스케줄링 기능을 포함할 수 있다. PDCP(710), RLC(712), MAC(714), 및 PHY(716)와 함께, 네트워크에서 UE와 적절한 제어 및 사용자 평면들 간의 사용자 및 제어 트래픽을 수송한다. PDCP는 수송 층으로서 동작하여, 사용자 및 제어 메시지들을 취하고, 공통 수송 채널을 형성한다. 라디오 링크 제어 층은 사용자 및 제어 정보를 패킷들로 패킷화한다.
PHY(716)는 에어 인터페이스를 통해 MAC 수송 채널들로부터의 정보를 운반하여 LTE 시스템 안에서 및 RRC 층을 위한 시스템들 사이에서 링크 적응화 AMC, 전력 제어, 초기 동기화 및 핸드 오버 목적들을 위한 셀 탐색 및 다른 측정들을 다룬다.
MAC(714)은 논리 채널들과 수송 채널들 간의 매핑, 하나 또는 상이한 논리 채널들로부터 수송 채널들 상에서의 물리 층으로 전달된 수송 블록들(TB)로의 MAC SDU들의 다중화, 수송 채널들 상에서의 물리 층으로부터 전달된 수송 블록들(TB)로부터 하나 또는 상이한 논리 채널들로부터의 MAC SDU들의 역다중화, 스케줄링 정보 보고, HARQ를 통한 에러 정정, 동적 스케줄링에 의한 UE들 간의 우선순위 핸들링, 하나의 UE의 논리 채널들 간의 우선순위 핸들링, 및 논리 채널 우선순위화를 책임진다.
RLC(712)는 3개의 동작 모드들에서 동작한다: 투명 모드 TM, 미확인 응답 모드 UM, 및 확인 응답 모드 AM. RLC 층은 상부 층 PDU들의 전달, ARQ를 통한 에러 정정(단지 AM 데이터 전달만을 위해), 분할화 및 RLC SDU들의 재어셈블리(단지 UM 및 AM 데이터 전달만을 위해)를 책임진다. RLC는 또한 RLC 데이터 PDU들의 재-분할화(단지 AM 데이터 전달만을 위해), RLC 데이터 PDU들의 재순서화(단지 UM 및 AM 데이터 전달만을 위해), 중복 검출(단지 UM 및 AM 데이터 전달만을 위해), RLC SDU 폐기(단지 UM 및 AM 데이터 전달만을 위해), RLC 재-수립, 및 프로토콜 에러 검출(단지 AM 데이터 전달만을 위해)을 책임진다.
PDCP(710) 층은 IP 데이터의 헤더 압축 및 압축 해제, 데이터의 전달(사용자 평면 또는 제어 평면), PDCP 시퀀스 번호들(SN들)의 유지, 하위 층들의 재-수립 시 상위 층 PDU들의 순차적 전달, RLC AM 상에서 매핑된 라디오 베어러들을 위한 하위 층들의 재-수립 시 하위 층 SDU들의 중복 제거, 사용자 평면 데이터 및 제어 평면 데이터의 사이퍼링 및 디사이퍼링, 제어 평면 데이터의 무결성 보호 및 무결성 검증 및 타이머-기반 폐기, 중복 폐기를 책임진다. PDCP는 DCCH 및 DTCH 유형의 논리 채널들 상에서 매핑된 SRB들 및 DRB들을 위해 사용된다.
라디오 리소스 제어 기능(RRC)(708) 서브층의 서비스들 및 기능들은 비-액세스 계층 NAS에 관련된 시스템 정보의 브로드캐스트, 액세스 계층 AS에 관련된 시스템 정보의 브로드캐스트, 페이징, UE와 E-UTRAN 간의 RRC 연결의 수립, 유지 및 해제, 키 관리를 포함한 보안 기능들, 포인트 대 포인트 라디오 베어러들의 수립, 구성, 유지 및 해제를 포함한다.
MME(704) 및 UE에 의해 사용된 비-액세스 계층(NAS) 프로토콜들은 사용자 장비(UE)와 MME 사이에 제어 평면의 계층을 형성한다. NAS 프로토콜들은 UE와 P-GW 간에 IP 연결성을 수립하고 유지하기 위해 UE의 이동성 및 세션 관리 절차들을 지원한다.
D.1 사용자 평면
기지국과 UE 사이에서의 프로토콜 스택은 PDCP, RLC, MAC, 및 PHY 층들을 포함한다. 사용자 평면 내에서, 패킷들은 특정 EPC 프로토콜에서의 코어 네트워크 내에서 패키징되며 S-GW 및 기지국을 통해 P-GW와 UE 사이에서 터널링된다. 이러한 프로토콜은, 예로서, IP 프로토콜일 수 있다.
D.2 제어 평면
제어 평면은 라디오 리소스 제어, 또는 RRC, 층의 부가로 사용자 평면에 층들의 각각을 포함한다. RRC 층은 프로토콜의 하위 층들(PDCP, RLC, 및 MAC 층들)을 구성하고 제어하는 책임이 있다. 사용자 평면과 달리, 제어 평면은 셀룰러 네트워크에서 UE와 RAN 사이에서 에어 인터페이스 특정 기능을 핸들링한다. 기지국은 일반적으로 RRC를 구동하는 스케줄러 알고리즘 및 그것이 어떻게 그것의 제어하에서 각각의 UE에 대해 RB들, 시간 슬롯들, MCS 등을 할당하는지를 이용한다. 통상적으로, 이들 스케줄러 알고리즘들은 단지 PDCP 층으로부터 RRC로의 제어 트래픽 피드백으로부터만 알려진다. 이들 알고리즘들은 일반적으로 주어진 기지국 셀에 걸친 스루풋에 대해 최적화하려고 노력한다.
특정한 UE들의 상태에 의존하여, 셀룰러 네트워크는 특정한 모드: 유휴 모드 또는 연결 모드에서 UE들과 상호작용할 수 있다.
유휴 모드는 UE가 셀을 "캠프" 온한다고 말하여질 때이다. UE는 그것을 "선택한" 후 셀을 캠프 온할 수 있다. UE는 라디오 링크 품질, 셀 상황, 및 라디오 액세스 기술을 포함한 다수의 인자들에 기초하여 셀을 선택한다. 유휴 모드에서 셀을 캠프 온하는 동안, UE는 인입 호출들을 검출하고 중요한 시스템 정보를 획득하기 위해, 페이징 채널, 또는 제어 채널을 모니터링할 수 있다. 이러한 모드에서, 제어 평면 프로토콜들은 셀 선택 및 재선택 절차들을 포함한다.
연결 모드는 UE가 그 자체와 셀룰러 네트워크 사이에서 트래픽을 활발히 이동시킬 때이다(예컨대, 전화 호출 중이거나, 또는 인터넷 연결 세션을 행하는 것 등). 이러한 모드 동안, UE는 현재 선택된 셀뿐만 아니라 이웃 셀 정보에 대한 다운링크 채널 품질을 RAN(예컨대, E-UTRAN)으로 보고할 수 있다. 이것은 RAN으로 하여금 UE가 이용할 가장 적절한 셀을 선택할 수 있게 하며, 이 경우에, 제어 프로토콜은, 이동 네트워크 측 상에서 궁극적으로 핸드오버들 및 이동 셀 선택성 관리를 행하는, RLC 프로토콜을 포함한다.
도 8은 네트워크들 상에서 및 그 사이에서 동작할 때 이동 디바이스가 사용할 수 있는 통상적인 셀 탐색 절차를 예시한다.
D.3 셀 동기화 및 선택 절차
셀 동기화는 UE가 임의의 셀을 캡프 온하길 원할 때의 제일 첫 단계이다. 이로부터, UE는 물리 셀 ID(PCI), 시간 슬롯 및 프레임 동기화를 획득하며, 이것은 UE로 하여금 특정한 네트워크로부터 시스템 정보 블록들을 판독할 수 있게 할 수 있다.
UE는 그것이 어떤 대역들을 지원하고 있는지에 의존하여 상이한 주파수 채널들로 동조시킴으로써 그것의 라디오를 동조시킬 수 있다. 그것이 현재 특정 대역/채널로 동조된다고 가정하면, UE는 먼저 라디오 프레임의 제 1 서브프레임(서브프레임 0)의 제 1 시간 슬롯의 마지막 OFDM 심볼에 위치되는, 1차 동기화 신호(PSS)를 찾는다. 이것은 UE로 하여금 서브프레임 레벨로 동기화할 수 있게 한다. PSS는 서브프레임 5에서 반복되며, 이것은 UE가 각각의 서브프레임이 1ms이므로 5ms 기준으로 동기화됨을 의미한다. PSS로부터, UE는 또한 물리 층 아이덴티티(0 내지 2)를 획득할 수 있다.
다음 단계에서, UE는 2차 동기화 신호(SSS)를 찾는다. SSS 심볼들은 또한 PSS의 동일한 서브프레임에 위치되지만 PSS 앞에 있는 심볼에 있다. SSS로부터, UE는 물리 층 셀 아이덴티티 그룹 번호(0 내지 167)를 획득할 수 있다.
물리 층 아이덴티티 및 셀 아이덴티티 그룹 번호를 사용하여, UE는 그것의 셀에 대한 PCI를 안다. LTE(504)에서, 물리 층 셀 아이덴티티들(PCI)이 허용되며 고유한 168개 셀 층 아이덴티티 그룹들로 나뉘고 여기에서 각각의 그룹은 3개의 물리 층 아이덴티티들을 포함한다. 이전에 언급된 바와 같이, UE는 PSS로부터 물리 층 아이덴티티를 및 SSS로부터 물리 층 셀 아이덴티티 그룹을 검출한다. 물리 층 아이덴티티 = 1 및 셀 아이덴티티 그룹 = 2라고 가정하면, 주어진 셀에 대한 PCI는 PCI = 3* (물리 층 셀 아이덴티티 그룹) + 물리 층 아이덴티티 = 3*2+1 = 7이다.
일단 UE가 주어진 셀에 대한 PCI를 안다면, 그것은 또한 셀 기준 신호들의 위치를 안다. 기준 신호들은 채널 추정, 셀 선택/재선택 및 핸드오버 절차들에서 사용된다.
PCI의 결과로서, UE는 동일한 스펙트럼 블록 배치를 사용하여 다른 기지국들로부터 타겟 기지국을 식별할 수 있어서, 대부분의 경우들에서, 그것의 네트워크 주파수 재사용 기법을 허용한다. 셀 동기화 절차 후, UE는 마스터 정보 블록(MIB) 및 시스템 정보 블록들(SIB)을 판독하도록 진행할 수 있다. MIB 및 SIB는 다운링크 제어 채널들 상에서 송신되는 정보 블록들이며, 이것은 UE가 에어 인터페이스를 통해 네트워크를 적절히 액세스하기 위해 요구된 정보를 포함한다.
E. 셀룰러 네트워크 라디오 액세스 기술들 PHY
설명되어 온 바와 같이, 셀룰러 네트워크는 인터넷 또는 다른 네트워크들에 네트워크 상에서의 UE들을 연결하도록 에어, 또는 RF, 인터페이스를 구현하기 위해 RAN을 사용한다. UE들 및 RAN들 간의 통신을 위한 프로토콜들은, 에어 인터페이스 링크 요건들이 충족되고 멤버십 요건들이 충족된다고, 예컨대 UE가 네트워크, 또는 네트워크가 사용하는 서비스가, UE가 허가된 그룹의 또는 그 외 네트워크에 의해 제공된 서비스들을 사용하도록 허가된 멤버라고 결정하도록 하는 방식으로 UE가 네트워크에 대해 스스로를 식별한다고 가정하면, 임의의 표준 UE가 임의의 RAN과 통신할 수 있도록 그것들이 표준화되게 할 수 있다. 에어 인터페이스는 일반적으로, 종종 특정 라디오 액세스 기술(RAT)로서 불리우는, 특정한 프로토콜을 구현한다.
몇몇 예시적인 RAT 프로토콜들은 때때로, 2G, 또는 "2세대", 네트워크 프로토콜들로 불리우는, GSM 프로토콜들을 포함한다. 다른 예들은 GPRS(일반 패킷 라디오 서비스들), EDGE(GSM 진화를 위한 강화된 데이터 레이트들, 또는 EGPRS), 3G(3GPP 바디에 의해 개발된 3세대 3G UMTS 표준들), 또는 4-세대(4G) LTE 고급 프로토콜들을 포함한다.
이들 프로토콜들에서, 스펙트럼 대역 사용, 타이밍, 인코딩 및 충돌 해결을 위한 규칙들이 있다. 기지국이 동시에 많은 UE들과 통신할 필요가 있을 가능성이 있으므로, 이용 가능한 무선 통신 경로는 프로토콜에 따라 분배된다. 주어진 프로토콜은 주파수, 시간, 코드 또는 이들 중 하나 이상에 의해 갈라진 이용 가능한 무선 통신 경로를 가질 수 있다. 이것은 다수의 사용자들이 동일한 무선 통신 경로를 공유하도록 허용한다.
F. RF 에어 인터페이스 링크 버짓
UE와 RAN 간의 RF 에어 인터페이스는 UE와 이동 네트워크 사이에서의 연결의 품질을 이끌 수 있는 것이다. RF 에어 인터페이스 연결의 신호 품질이 올라감에 따라, 이러한 링크가 충분한 비트 에러 레이트로 유지될 수 있는 데이터 레이트가 역시 그러하다. UE 및 기지국은 LTE 프로토콜의 제어 평면을 사용하여 서로와의 링크 연결의 품질에 대한 정보를 교환할 수 있다. 이러한 정보를 사용하여, 기지국은 비트 에러 레이트가 특정한 임계치를 초과하지 않음을 보장하기 위해 변조 및 코딩 기법(MCS) 및 디바이스 송신 전력과 같은 링크 조건들을 관리할 수 있다. 요구되는 서비스의 유형에 의존하여, 비트 에러 레이트 임계치는 10^-2 내지 10^-8 이상 사이에서의 어딘가에서 달라질 수 있다. SMS 메시징, SMS 브로드캐스트, 또는 제어 채널 시그널링과 같은 애플리케이션들은 최고 비트 에러 임계치 상에서 동작할 수있으며 이러한 고화질 비디오 스트리밍의 애플리케이션들은 최저 비트 에러 임계치 상에서 동작할 수 있다. 특정한 비트 에러 레이트(BER)를 유지하기 위해, 기지국은 어떤 변조 및 코딩 기법(MCS)이 에어 통신 인터페이스를 통해 그것이 통신하는 각각의 UE와 함께 사용되는지를 관리할 수 있다.
각각의 MCS는 에어 인터페이스를 통해 특정한 데이터 레이트를 제공하지만, 더 높은 데이터 레이트들을 가능하게 하는 MCS는 에어 인터페이스를 통해 수신되는 RF 신호의 품질에 대한 상이한 요건들을 갖는다. 주어진 변조 기법 및 코딩 기법을 갖고 에어 인터페이스를 통해 표현되는 파형들은 관심 신호의 신호-대-잡음 비 더하기 간섭 비, 또는 SINR의 함수로서 상이한 비트 에러 레이트를 가질 수 있다. SINR은 관심 신호의 에너지 및 조합된 잡음 및 간섭의 에너지 간의 차이에 대한 dB들에서의 측정치이다. QPSK와 같은, 특정한 변조 기법들은 낮은 SINR 레벨들로 양호한 비트 에러 레이트들을 제공하지만, QPSK 변조는 단지 변조된 심볼 당 2비트들 및 상위 차수의 변조 기법들보다 낮은 데이터 레이트들을 사용한다. 64QAM과 같은, 상위 차수의 변조 기법들은 하위 차수 변조 기법들에 비교하여 더 높은 데이터 레이트들 및 변조된 심볼 당 6비트들을 제공한다.
상위 차수 변조 기법들은 심볼 당 비트들을 증가시키기 위해 위상 변조 외에 진폭 변조를 레버리징하지만, 이것은 더 정밀한 신호 복조를 위한 요건을 이끄는 것이며, 이것은 결과적으로 특정한 비트 에러 레이트에서 충분한 복조를 위해 요구되는 신호 에너지를 증가시킨다.
표 4는 신호 대 잡음 요건들이 변조 기법 및 코딩 레이트에 따라 달라질 수 있음을 설명한다.
표 4
G. 다른 고려사항들
지상파 이동 통신 네트워크들에서, 기지국 배치들은 네트워크의 커버리지 지리를 이끈다. 대부분의 경우들에서, 기지국 라디오 장비는 높은 인구 밀도들을 가진 지리적 영역들을 커버리지하기 위해 타워들 상에 위치되며, 여기에서 수익이 발생될 수 있다. 기지국 장비를 호스팅하는 통상적인 타워는 설치하고 그것이 커버하는 각각의 평방 마일의 함수로서 동작하는데 특정한 양의 돈을 쓸 수 있다. 비용들은 전력, 유틸리티들, 백홀, 유지, 보안 등을 포함할 수 있으며 사이트, 영역 등의 함수로서 달라질 수 있다. 기지국이 배치하는 것을 이해하기 쉽게 하기 위해, 그것은 그것이 동작할 커버리지의 평방 마일 당 소비하는 것보다 적어도 더 많은 평방 마일당 수익을 발생시킬 필요가 있을 것이다.
세계의 시골 및 원격 지리들에서, 인구 밀도가 감소되고 그에 따라 이동 네트워크 조작자들에 대한 잠재적인 수익 밀도가 감소되는 경우, 기지국들은 종종 배치되지 않는다. 이들 원격 및 시골 지리들에 이익이 되게 서비스를 제공하기 위해, 스펙트럼은 충분한 사람들에 걸쳐 퍼질 필요가 있다. 기지국들은 하늘 높이 있는 동안 동작하는 높은 고도 플랫폼들 상에 배치될 수 있다. 그러나, 이들 솔루션들은 기술적 도전들을 가지며 종종 플랫폼들을 제어하기 어렵게 하여 동작들을 비효율적이고 일관되지 않게 하는 어려운 대기 조건들을 겪게 한다. 부가적으로, 높은 고도 플랫폼들은 여전히, 그것들이 또한 상기 양의 커버리지에 대해 엄두도 못낼 정도로 너무 비쌀 수 있으므로, 그 자체로는 실제로 전역적 커버리지 솔루션을 제공할 수 없다.
이동, 또는 셀룰러, 네트워크로서 지상파 방식으로 사용하기 위해 배치될 수 있는 궤도 기지국을 갖고 이동 네트워크를 동작시키기 위한 방법들이 설명된다. 통상적인 지상파 RAN 및 코어 네트워크는 빌딩들 또는 타워들과 같은 지상파 기반시설 상에 또는 그 안에 배치된 소프트웨어, 라디오들, 모뎀들, 컴퓨터들, 랙들, 케이블들, 서버들 등을 포함할 수 있다. 이동 네트워크의 변형에서, RAN 및 코어 네트워크 설비/소프트웨어는 기존의 지상파 RAN 및 코어 네트워크 상대들, 뿐만 아니라 인터넷으로 인터페이스하기 위해 지상 장비에 의해 지원되는, 궤도에서의 위성들 상에 배치된다. 특정한 네트워크 요소들은 적절한 네트워킹 링크들 및 지구상에서의 전략적 위치들 위에서의 위치결정을 가능하게 하기 위해 LEO, MEO, 또는 GEO 궤도들에 위치될 수 있으며, 여기에서 스페이스 네트워크에 대해, 또는 다른 전통적인, 지상파 네트워크들에 대해 홈인, UE들, G-MSC들, P-GW들과 같은 특정한 지상 기반시설이 동작할 수 있다.
스페이스 네트워크는 통상적인 LTE 아키텍처에 대한 일련의 강화들을 구현할 수 있으며, 여기에서 기지국, MME, P-GW, 및 HSS 스택들에 의해 이용된 기능들과 같은, EPC 및 E-UTRAN 모두가 강화된다. LTE EPC 및 E-UTRAN에 대한 강화들은 표준 UE 핸드셋들이 지상파 및 스페이스 네트워크 양쪽 모두와 호환 가능하도록 표준 LTE-Uu 인터페이스의 계속된 기능을 가능하게 할 수 있다.
실시예들은 또한 특히, 커버리지가 간헐적이며 연속적이지 않은 위상들에서, 스페이스-기반 셀룰러 네트워크의 보다 최적의 사용을 가능하게 하기 위해 UE 스택들에 대한 강화들을 구현할 수 있다. 이들 UE 강화들은 UE 스택 상에서의 사용자 평면의 애플리케이션 층에서 또는 UE 스택 상에서의 제어 평면의 비-액세스 계층 층에서 수립될 수 있다.
EPC 및 E-UTRAN에 대한 강화들 외에, 부가적인 데이터베이스들이 코어 네트워크에서의 강화들을 지원하기 위해 포함될 수 있다. 이들 데이터베이스들은 한 번, 또는 다수 회, 지상에서 또는 궤도에, 또는 양쪽 모두에 저장될 수 있으며 네트워크의 미래 상태(위치, 속도, 자세, IP 연결들, 커버리지 영역들 등)의 예측을 가능하게 하는 MME 강화들을 지원할 수 있다. 이러한 미래 상태 스페이스 예측 기능은 궤도형 네트워크 기반시설을 위한 미래 관성 상태 벡터들을 결정하기 위해, 네트워크 하드웨어의 알려진 물리학 및 특성들의 함수, 및 그것의 동작 제약들일 수 있다. 관성 상태 벡터들은 위치, 속도, 가속, 자세, 및 자세 레이트들일 수 있다. 열, 전력, 관성, 또는 질량과 같은, 다른 상태 벡터들, 또는 매트릭들/텐서들이 포함될 수 있다. 이러한 벡터들의 계산은 네트워크 관리 컴퓨터 시스템에 의해 수행될 수 있으며 결과들은 기지국들 및 UE들로 분배된다.
네트워크 관리 컴퓨터 시스템은 궤도형 기반시설에 대한 자세 및 궤도 제어 법칙들에 대한 가정을 사용하여, 네트워크에 대한 미래 상태 스페이스 예측들을 계산할 수 있다. 이 정보는 데이터베이스에 저장되며 각각의 궤도형 위성의 능력, 그것이 탑재하여 호스팅하는 작동기들, 및 그것의 의도된 궤도 동작들에 의존하여 우주선-특정적일 수 있다. 따라서 상이한 우주선은 상이한 작동기들, 능력들, 설계들 등을 갖고 동일한 네트워크에 존재할 수 있다. 중력 모델들, 대기 모델들 및 수치 적분 기법들을 갖고, 네트워크 관리 컴퓨터 시스템은 미래로, 많은 시간들, 날들, 또는 심지어 주들 동안 매우 정확하게 LEO에서 위성 궤적들의 예측들을 할 수 있다. 궤도형 네트워크 기반시설은 미래 네트워크 연결성 상태들에 대한 통찰을 획득하기 위해 미래 관성 상태 벡터들에 대한 상기 데이터를 사용하고, 미래에 최적의 네트워크 동작들을 예측하며, 사전에 지상파 네트워크 배치들과 조정할 수 있다. 이것은 라디오 리소스 제어(RRC) 기능, 비-액세스 계층(NAS) 층 기능, 네트워크 IP 라우팅 테이블들, 이동성 관리 기능들 및 핸드오버들과 같은 것들 것 위한 시그널링 트리거들/타이머들 등을 포함할 수 있다.
전체 궤도형 네트워크를 위한 관성 상태 벡터들에 기초하여, 다양한 네트워크 노드 연결들이 가능할 수 있다. 각각의 궤도형 위성은 지상에서의 UE들, 네트워크에서의 다른 위성들, 또는 지상에서의 지상 스테이션 게이트웨이들과의 통신들에 할당할 한정된 수의 빔들을 가질 수 있다. 이용 가능한 빔들의 수 및 네트워크에서 노드들의 상대적인 위치, 속도, 및 자세에 의존하여, 각각의 별개의 순간 일련의 연결성 시나리오들이 생성될 수 있다. 동작 규칙들, 제약들, 및/또는 서비스 요건들의 세트가 가장 이상적인 것, 또는 이상적인 것들을 도출하기 위해 일련의 연결성 시나리오들을 평가하기 위해 필터로서 부여될 수 있으며, 따라서 네트워크 연결들을 위한 동작들의 이상적인 개념을 생성한다. 이러한 동작들의 개념은 궤도 조종(maneuvers)/유지의 여정, 뿐만 아니라 네트워크 맵들의 타임라인을 포함할 수 있으며, 이것은 언젠가, 몇몇 시간의 양 동안, 미래에 존재하는 것으로 예측되는 노드 연결들, 및 이들 연결들의 특성들이 무엇인지(예컨대, 대기시간, 데이터 레이트, 주파수, 변조 기법, 인코딩 등)를 나타낸다. 네트워크 프로세서는 네트워크 맵 예측 및 네트워크 노드 연결들에 기초하여 예측적 라우팅 테이블들을 생성하며 이들 예측적 라우팅 테이블들을 데이터 구조들로서 네트워크에서의 노드들 중 일부 또는 모두로 분배할 수 있다. MAC 층 또는 PHY 층에서의 동작들은, 그것들의 위치들 및 속도들의 저장된 데이터베이스를 고려해볼 때, UE들과의 예상된 오버패스 시간들에 기초하여 예측될 수 있다.
궤도형 이동 기반시설로부터의 설명된 서비스는 동적(예컨대, 지구의 표면에 대하여 이동한다) 또는 정적(예컨대, 움직이지 않는다)인 행성 주위에 있는 셀들에 배치될 수 있다. 기술들은 네트워크에서 다양한 관심 포인트들의 위치들을 설명하는 포인트들의 데이터베이스를 관리하기 위해 구현될 수 있다. 예로서, 각각의 위성 기지국, 지상파 기지국들, 위성 지상 스테이션들, 또는 게이트웨이들, UE들, 지상에서의 몇몇 포인트들의 메시의 데이터베이스, 및 지구상에서의 특정 지역과 관련된 다각형들의 에지들, 중심들, 또는 양쪽 모두를 나타내는 포인트들의 데이터베이스에 대한 위치들은 중앙 데이터베이스에서 유지되는 관심 포인트들의 리스트들 중에 있을 수 있다. 링크 버짓들은 스펙트럼의 최적의 미래 사용, 최적의 커버리지 통계를 가능하게 하고, 위성들로부터의 송신들을 제어하며, 유사한, 또는 동일한, 주파수들을 사용하고 있는 지상파 기반시설 및 궤도형 기반시설 사이에서의 스펙트럼 공유를 조정하기 위해 시간에 걸쳐 이들 관심 포인트들 및 위성들 간의 링크들에 대해 모델링될 수 있다.
미래 링크 버짓 특성들이 이들 다양한 포인트들에서 예측될 수 있으므로, 최적의 네트워크 루트들 및 경로들이 또한 이들 포인트들, 구체적으로 어떤 위성이 어떤 시간에 서비스를 행할 수 있는지, 및 만약에 있다면, 핸드오버들이 지상에서의 특정한 위치를 서비스하는 제어를 교환하는 두 개의 위성들 사이에서 계획될 때를 서비스하기 위해 예측될 수 있다. 이것은 예상된 코어 네트워크 시그널링 요건들 및 라우팅이 트래픽 흐름을 최적화하도록 허용할 것이다.
상태 스페이스 예측 기능은 MME, S-GW, P-GW, HSS, PCRF 등과 같은, 통상적인 지상파 셀룰러 기반시설에 의해 취해진 전통적인 기능들의 확장으로서 스페이스 또는 지상 하드웨어/소프트웨어로 내장될 수 있다. 상태 스페이스 예측 기능의 결과들은 네트워크의 미래 상태에 대한 지능을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 지능은 이동 네트워크에서 사용된 사용자 및 제어 평면들의 사용을 최적화하기 위해 사용될 수 있는 라디오-리소스 관리, 이동성 관리, 추적 영역 관리, S-GW들 간의 로드 균형화 등을 위한 미래 요건들을 알리기 위해 네트워크에서의 각각의 노드로 분배될 수 있다.
스페이스 네트워크는 Speidel I에서 설명되는 바와 같이, GSM, LTE, EDGE, CDMA 등과 같은 이동 프로토콜들을 위한 3GPP 표준들에 의해 특정된 것들과 유사한 RF 인터페이스를 구현할 수 있다. Speidel I는 지구의 표면상에서, UE들과 같은 디바이스들 및 위성들 사이에서의 궤도 링크들과 연관된 전파 지연 및 도플러 시프트를 다루기 위한 방법을 상세히 설명한다. 이러한 방법을 구현함으로써, 다양한 유형들의 스페이스 네트워크들이 이동 통신 네트워크들을 위한 기반시설을 구축하는 것이 너무 비싸거나, 또는 간단히 이러한 기반시설을 구축하는데 수익성 있는 장려책이 없는 세계의 원격 및 시골 영역들에서 행성 주위에서의 연결성 도전들을 해결할 수 있다.
수반된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명은 본 발명의 특징 및 이점들의 더 양호한 이해를 제공할 것이다.
본 개시에 따른 다양한 실시예들은 도면들을 참조하여 설명될 수 있다:
도 1은 종래의 LTE 아키텍처의 예시이다.
도 2는 LTE 아키텍처의 네트워크 요소들 간의 사용자 평면 인터페이스를 예시한다.
도 3은 LTE 아키텍처의 네트워크 요소들 간의 제어 평면 인터페이스들을 예시한다.
도 4는 LTE 네트워크상에서 UE에 대한 인증 절차를 설명한다.
도 5는 LTE 네트워크상에서 UE에 대한 추적 영역 업데이트(TAU) 절차를 설명한다.
도 6은 기지국 핸드오버가 요구될 때 및 S-GW 핸드오버가 요구될 때 LTE 네트워크상에서 UE에 대한 핸드오버 절차를 설명한다.
도 7은 기존의 기지국들에 대한 기지국 프로토콜 스택 아키텍처를 예시한다.
도 8은 캠프 온할 셀을 탐색하고, 선택할 때 UE가 사용하는 프로세스를 예시한다.
도 9는 본 개시의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 것으로서 강화된 LTE 네트워크를 예시한다.
도 10은 스페이스 기반 LTE 네트워크 아키텍처 노드들이 어떻게 위성들 및 지상 스테이션들 상에서 스스로를 드러내 보이고 IP 터널들로서 동작하는 위성 간 링크들(ISL들) 및 지상 스테이션 링크들(GSL들)을 통해 상호 연결하는지를 예시한다.
도 11은 MME를 강화하고 그것이 지구(및 지상에서의 대응하는 UE 가입자들) 상에서 설명된 커버리지 영역들 간의 이동성을 관리할 수 있게 하기 위해 부가되는 구성요소들을 예시한다.
도 12는 이력적 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스를 예시한다.
도 13은 노드들의 네트워크가 어떻게, 고유 위치, 속도, 가속, 및 배향 상태 벡터들을 야기하는, 다양한 상태 스페이스 구성들에서의 기반시설을 관리할 수 있는지를 예시한다.
도 14는 네트워크 모델 데이터베이스를 예시한다.
도 15는 위성간, 지상 스테이션, 및 기지국 링크들을 위한 빔들을 가진 우주선의 몸체 프레임이 어떻게 관리되고 저장될 수 있는지를 예시한다.
도 16은 군집 위치 레지스터를 예시한다.
도 17은 네트워크 상태 스페이스 예측기에 의해 사용될 수 있는 메시 포인트들 및 다각형들을 예시한다.
도 18은 지상파 기지국 다각형들로부터 분리된, 정적 기지국 다각형들 및 동적 기지국 다각형들에 커버리지를 제공하는 궤도에서의 위성들을 예시한다.
도 19는 군집 정책 데이터베이스를 예시한다.
도 20은 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진을 예시한다.
도 21은 지상 스테이션들, 위성들, 다른 위성들, 및 UE들 간의 링크 버짓 기하학이 어떻게 자리를 잡을 수 있는지를 예시한다.
도 22은 네트워크에서 기지국 위성들을 빔형성함으로써 제공된 커버리지를 결정하기 위해 사용될 수 있는 절차를 예시한다.
도 23은 스페이스-기반 네트워크에서 기지국 위성들을 빔형성함으로써(및 기지국 위성들을 빔형성한 채로 유지함으로써) 제공된 커버리지를 결정하기 위해 사용될 수 있는 절차를 예시한다.
도 24는 위성들을 송신하는 것으로부터 전체 지구 메시에 걸친 링크 버짓을 평가하기 위해 생성될 수 있는 링크 상태 스페이스 매트릭스의 단순화된 부분을 예시한다.
도 25는 스페이스 네트워크에서의 위성들뿐만 아니라 지상파 기지국 셀들 사이에서의 스펙트럼 슬라이싱이 어떻게 위성 동작들 동안 동적으로 행해질 수 있는지를 예시한다.
도 26은 네트워크가 어떻게, 어떤 ISL 및 GSL이 시간의 순간에 활성화할지를 결정할 수 있는지를 예시한다.
도 27은 네트워크에서의 링크들(ISL 및 GSL을 포함한) 간의 링크 버짓들의 특징, 및 네트워크가 어떻게 링크들을 생성할 수 있는지에 대한 가상적 시나리오를 설명하는 링크 상태 스페이스 매트릭스의 단순화된 부분을 예시한다.
도 28은 도 27에서의 링크 상태 스페이스 매트릭스에 의해 설명된 네트워크가 어떻게 관성 스페이스에 나타날 수 있는지를 예시한다.
도 29는 저장을 위해서 및 미래에 동작들을 알리기 위해 네트워크 노드들로 전달되는 여정들을 포함한 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스를 예시한다.
도 30은 빔형성 안테나들을 가진 기지국들의 위성 간 핸드오버를 예시한다.
도 31은 비-빔형성 안테나들을 가진 기지국들로, 및 다시 빔형성 안테나를 가진 기지국으로의 빔형성 안테나들을 가진 기지국들의 위성 간 핸드오버를 예시한다.
도 32는 규칙적인 요건들에 기초하여 위성 기지국이 어떻게 그것의 스팟빔의 크로스 보더 간섭을 피하기 위해 송신 전력에서의 변화를 구현할 수 있는지를 예시한다.
도 33은 강화된 기지국을 예시한다.
도 1은 종래의 LTE 아키텍처의 예시이다.
도 2는 LTE 아키텍처의 네트워크 요소들 간의 사용자 평면 인터페이스를 예시한다.
도 3은 LTE 아키텍처의 네트워크 요소들 간의 제어 평면 인터페이스들을 예시한다.
도 4는 LTE 네트워크상에서 UE에 대한 인증 절차를 설명한다.
도 5는 LTE 네트워크상에서 UE에 대한 추적 영역 업데이트(TAU) 절차를 설명한다.
도 6은 기지국 핸드오버가 요구될 때 및 S-GW 핸드오버가 요구될 때 LTE 네트워크상에서 UE에 대한 핸드오버 절차를 설명한다.
도 7은 기존의 기지국들에 대한 기지국 프로토콜 스택 아키텍처를 예시한다.
도 8은 캠프 온할 셀을 탐색하고, 선택할 때 UE가 사용하는 프로세스를 예시한다.
도 9는 본 개시의 실시예들과 함께 사용될 수 있는 것으로서 강화된 LTE 네트워크를 예시한다.
도 10은 스페이스 기반 LTE 네트워크 아키텍처 노드들이 어떻게 위성들 및 지상 스테이션들 상에서 스스로를 드러내 보이고 IP 터널들로서 동작하는 위성 간 링크들(ISL들) 및 지상 스테이션 링크들(GSL들)을 통해 상호 연결하는지를 예시한다.
도 11은 MME를 강화하고 그것이 지구(및 지상에서의 대응하는 UE 가입자들) 상에서 설명된 커버리지 영역들 간의 이동성을 관리할 수 있게 하기 위해 부가되는 구성요소들을 예시한다.
도 12는 이력적 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스를 예시한다.
도 13은 노드들의 네트워크가 어떻게, 고유 위치, 속도, 가속, 및 배향 상태 벡터들을 야기하는, 다양한 상태 스페이스 구성들에서의 기반시설을 관리할 수 있는지를 예시한다.
도 14는 네트워크 모델 데이터베이스를 예시한다.
도 15는 위성간, 지상 스테이션, 및 기지국 링크들을 위한 빔들을 가진 우주선의 몸체 프레임이 어떻게 관리되고 저장될 수 있는지를 예시한다.
도 16은 군집 위치 레지스터를 예시한다.
도 17은 네트워크 상태 스페이스 예측기에 의해 사용될 수 있는 메시 포인트들 및 다각형들을 예시한다.
도 18은 지상파 기지국 다각형들로부터 분리된, 정적 기지국 다각형들 및 동적 기지국 다각형들에 커버리지를 제공하는 궤도에서의 위성들을 예시한다.
도 19는 군집 정책 데이터베이스를 예시한다.
도 20은 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진을 예시한다.
도 21은 지상 스테이션들, 위성들, 다른 위성들, 및 UE들 간의 링크 버짓 기하학이 어떻게 자리를 잡을 수 있는지를 예시한다.
도 22은 네트워크에서 기지국 위성들을 빔형성함으로써 제공된 커버리지를 결정하기 위해 사용될 수 있는 절차를 예시한다.
도 23은 스페이스-기반 네트워크에서 기지국 위성들을 빔형성함으로써(및 기지국 위성들을 빔형성한 채로 유지함으로써) 제공된 커버리지를 결정하기 위해 사용될 수 있는 절차를 예시한다.
도 24는 위성들을 송신하는 것으로부터 전체 지구 메시에 걸친 링크 버짓을 평가하기 위해 생성될 수 있는 링크 상태 스페이스 매트릭스의 단순화된 부분을 예시한다.
도 25는 스페이스 네트워크에서의 위성들뿐만 아니라 지상파 기지국 셀들 사이에서의 스펙트럼 슬라이싱이 어떻게 위성 동작들 동안 동적으로 행해질 수 있는지를 예시한다.
도 26은 네트워크가 어떻게, 어떤 ISL 및 GSL이 시간의 순간에 활성화할지를 결정할 수 있는지를 예시한다.
도 27은 네트워크에서의 링크들(ISL 및 GSL을 포함한) 간의 링크 버짓들의 특징, 및 네트워크가 어떻게 링크들을 생성할 수 있는지에 대한 가상적 시나리오를 설명하는 링크 상태 스페이스 매트릭스의 단순화된 부분을 예시한다.
도 28은 도 27에서의 링크 상태 스페이스 매트릭스에 의해 설명된 네트워크가 어떻게 관성 스페이스에 나타날 수 있는지를 예시한다.
도 29는 저장을 위해서 및 미래에 동작들을 알리기 위해 네트워크 노드들로 전달되는 여정들을 포함한 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스를 예시한다.
도 30은 빔형성 안테나들을 가진 기지국들의 위성 간 핸드오버를 예시한다.
도 31은 비-빔형성 안테나들을 가진 기지국들로, 및 다시 빔형성 안테나를 가진 기지국으로의 빔형성 안테나들을 가진 기지국들의 위성 간 핸드오버를 예시한다.
도 32는 규칙적인 요건들에 기초하여 위성 기지국이 어떻게 그것의 스팟빔의 크로스 보더 간섭을 피하기 위해 송신 전력에서의 변화를 구현할 수 있는지를 예시한다.
도 33은 강화된 기지국을 예시한다.
여기에서 설명된 실시예들에서, 스페이스 통신 네트워크는 지상파 이동 셀룰러 네트워크들과 함께 통신들을 제공하도록 동작한다. 지상파 이동 셀룰러 네트워크처럼, 스페이스 네트워크는 지상파 네트워크에 대한 상보적 스페이스 구성요소로서 RAN 및 코어 네트워크 기능을 동작시킨다. 지상파 네트워크에 대한 확장으로서, 또는 보완으로서, 스페이스 구성요소는 스페이스 및 지상파 이동 RAN으로 및 그로부터 이동 디바이스들의 인증 및 핸드오프를 가능하게 하는 코어 네트워크 기능들 및 RAN 기능들을 이용한다.
다음의 설명에서, 다양한 실시예들이 설명될 것이다. 설명의 목적들을 위해, 특정한 구성들 및 세부사항들이 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 그러나, 실시예들은 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것이 또한 이 기술분야의 숙련자에게 명백할 것이다. 더욱이, 잘-알려진 특징들은 설명되는 실시예를 모호하게 하지 않도록 생략되거나 또는 단순화될 수 있다.
인구 밀도가 감소되고, 그에 따라 이동 네트워크 조작자들에 대한 잠재적인 수익 밀도가 감소되는, 세상의 시골 및 원격 지리들에서, 기지국들은 종종 배치되지 않는다. 스페이스-기반 이동 통신 플랫폼은 넓은 땅에 걸쳐 표준 UE 디바이스들로의 링크들을 폐쇄하여, 특수화된 클라이언트 장비에 대한 요구를 제거하기 위한 솔루션일 수 있다. 스페이스-기반 LTE 네트워크에 대한 표준 Uu 인터페이스는 Speidel I에서 설명된 개시와 함께 사용될 수 있다. Speidel I는 기지국, 구체적으로 eNB를 조작하기 위한 방법들을 설명하며, 따라서 그것은 LTE-Uu 인터페이스상에서 UE와 기지국 사이에서의 궤도 링크들의 전파 지연 및 도플러 시프트를 수용하기 위해 강화될 수 있다. 이를 행할 때, 스페이스-기반 기반시설은 지상파 이동 네트워크를 사용하여 기존의 UE들을 지원하는 전기통신 네트워크를 위해 사용될 수 있다.
기지국들 및 다른 전통적인 지상파 이동 네트워크 기반시설의 스페이스 기반 이동 네트워크를 동작시키는 것이 가진 몇몇 도전들이 있으며, 이것은 대부분 네트워크에서 기지국 라디오 인터페이스 링크들에 대한 낮은 지구 궤도들의 요구된 사용에서 유래한다. 하나의 도전은 송신기 및 수신기 사이에서의 링크를 폐쇄하는 것이며, 여기에서 링크를 폐쇄하는 것은 전파된 신호가 송신기 및 수신기 사이에서의 거리에 가로지르도록 충분한 전력을 갖고 송신기로부터 신호를 송신하는 것을 수반하며 신호가 수신기에서 충분한 비트 에러 레이트로 성공적으로 복조될 수 있도록 잡음 플로어 위의 충분한 신호 에너지 레벨을 갖고 좀 떨어져서 수신기에 도착한다.
궤도형 기지국 및 UE 사이에서의 서비스 연결을 위한 원하는 데이터 레이트에 의존하여, 특정한 신호 대 잡음 비 요건이 있을 수 있다. 업링크 버짓은 대부분 지상에서의 UE의 송신 전력에 의해 이끌어질 수 있다. LTE 프로토콜들에서, 이것은 200mW(23 dBm)일 수 있으며 GSM 프로토콜들에서, 이것은 2W(33 dBm)일 수 있다.
지국의 표면상에서 200mW 디바이스들을 가진 링크 버짓 폐쇄를 위해서 및 하나의 위성 셀/빔을 위한 너무 많은 트래픽의 유입을 피하기 위해, 기지국 송신기들/수신기들을 가진 위성들은 방향성 안테나 기술들을 갖고 낮은 지구 궤도에서 동작할 수 있다. 대형 안테나 기술들을 갖고, 궤도 기지국들에 대해, 고도들은 1000km만큼 높아질 수 있다. 1GHz-이하 셀룰러 스펙트럼의 사용은 전파 특성들에 대해 유리할 수 있으며 더 유리한 실시예에서 사용될 수 있다. 그러나, 덜 부피가 큰 안테나 어레이들은 네트워크 비용을 감소시켜서, 몇몇 위성들을 300km만큼 낮게 둘 수 있다(궤도가 기지국을 호스팅하는 우주선에 탑재된 추력기 시스템들에 의해 유지될 수 있다면).
낮은 지구 궤도에 대한 요구 때문에, 궤도 기지국들을 가진 행성의 유비쿼터스 커버리지를 달성하는 것은 수천 개의 위성들을 수반할 수 있지만, 그것은 여전히 유사한 커버리지를 위해 요구된 지상파 기지국들의 수보다 적다. 그럼에도 불구하고, 수천 개의 위성들은 완전히 배치하는데 시간이 걸릴 수 있으며, 여기에서 고려된 몇몇 실시예들에서, 위성 군집 조작자는 수익을 발생시키기 시작하며 지상에서 의미 있는 서비스를 제공할 수 있는 조기 단계들에서의 네트워크 설계를 이용할 수 있으며, 이것은 전체 행성의 연속적인 커버리지를 제공할 수 없지만 행성에 걸친 간헐적인 기지국 오버패스들을 제공할 수 있는 더 작은 무리의 위성들을 포함한다. 그것들이 저렴하게 개발되고 더 빠르게 배치될 수 있도록 더 단순한 설계들을 사용하여 위성들의 제 1 무리를 만들 수 있는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 안테나 선택은 위성들에 대한 주도적인 설계 고려사항일 수 있다. 하나의 고려사항은 제한된 범위를 가지며 단지 우주선의 자세에 기초하여 가리켜질 수 있는 단일 안테나일 수 있다. 이러한 옵션은 빔들이 우주선 자세와 관계없이 임의의 방향으로 가리켜질 수 있도록 빔형성 능력을 가진 위상 어레이 안테나와 같은 대안적인 실시예들보다 설계하고, 개발하고, 구축하며, 테스트하는 것이 단순할 수 있다. 더 단순한 안테나 기술들이 이용된다면, 각각의 기지국은 링크 버짓 상하 각들에 의존하여, 빠른 오버패스들/세션 기회들(예컨대, 30 내지 60분마다 2분의 연결성)을 가질 수 있다.
안테나 고려사항들 외에, 질량 및 전력 고려사항들이 또한 있을 수 있다. 초기 사용 경우들 및 시장들은 위성들의 초기 무리에 대한 전력 요건들을 감소시키기 위해 의도적으로 선택될 수 있다. 예로서, 지구 주위에서의 선택된 수의 국가들에서, 원격 IoT/M2M 디바이스들 및 이동 전화들 중에서 단순한 SMS 메시징 애플리케이션을 위한 간헐적 셀룰러 서비스는 우주선 기술 요건들의 완화를 제공할 수 있다. 예로서, 초기 간헐적 서비스가 오스트레일리아, 뉴질랜드, 및 필리핀들의 국가들에서 제공된다면, 이것은 단지 위성이 궤도에서 그것의 시간의 5 내지 10% 동안 빔을 송신하도록 요구할 수 있다. 그 결과, 우주선 동작들에 대한 최고 전력 모드는 5 내지 10%에서 듀티 사이클링될 수 있다. 비교적 희박한 사용자들(전기통신 서비스들을 위한 밀집한 도시 영역들에 비교하여)에 대한 낮은 데이터 레이트 애플리케이션(예컨대, SMS)을 서비스함으로써, 궤도형 기지국은 단지 데이터 트래픽을 위해 단일 LTE 리소스 블록, 또는 심지어 단일 200kHz 와이드 GSM 캐리어에 걸쳐 송신하도록 요구할 수 있다. 각각의 캐리어에 대한 송시 전력은 단지 20 내지 30W이도록 요구할 수 있다. 페이로드를 위한 전력 증폭기는 우주선 전력 버짓을 이끌 수 있으며, 쉽게 이용 가능한 클래스 A 또는 AB 전력 증폭기들을 사용하는 것은 P1dB(증폭기 선형도가 1dB만큼 저하되는 전력 출력)에서 40 내지 50% 효율을 허용할 수 있다. 그 결과, 증폭기로부터 인출된 전력은 단지 75W 피크 전력일 수 있다. 우주선 "페이로드"는 그러므로 100 내지 125W의 피크 전력 인출(전력이 라디오들, 컴퓨터 프로세싱 등을 위해 포함된 후) 및 단지 10 내지 12.5W 궤도-상 평균 전력을 가질 수 있다. 이러한 범위의 궤도-상 평균 전력은 나노위성 클래스 버스들을 위해 제대로 사이징되며, 이것은 길이, 폭, 및 깊이에서 수십 센티미터들의 형태 인자일 수 있다(예컨대, 6U 나노위성은 약 20cm x 30cm x 10cm일 것이다). 이러한 크기의 위성은 배치된 태양 어레이들로부터 50 내지 60W의 궤도상 평균 전력을 생성하며, 고 전력 모드가 요구될 때의 시간들 동안 방전될 수 있는 배터리들에 상기 에너지를 저장하는 것이 충분히 가능하다.
부가적인 사용 경우들 및 서비스 영역들이 기지국들에 대한 궤도형 군집을 위한 서비스 세트/제품 라인에 부가됨에 따라, 더 많은 스펙트럼, 더 많은 사용자들, 더 높은 데이터 레이트들, 및 더 많은 애플리케이션들 등을 서비스하기 위해 더 큰 크기, 전력, 및 능력을 가진 강화된 우주선이 시행될 수 있다. 이들 강화된 우주선은 상업적으로 실행 가능한 채로 있을 수 있는 더 제한된 우주선의 초기 무리와 공존할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 기지국들의 군집은 상이한 우주선을 포함할 수 있으며, 그것들이 수용할 수 있는 상이한 능력들 및 서비스들(및 아마도 어떤 시간의 양, 또는 무슨 특정 국가들)은 동작 제약들을 고려하여, 간단히 제한된 양의 시간 동안 커버리지를 제공하기 위해 사이징될 수 있다.
낮은 지구 궤도에서 동작한 또 다른 결과는 셀들이 지구에 대해 작은 동안(및 그에 따라 많은 위성들을 요구하는), 그것들이 지상파 셀룰러 네트워크에 대하여 매우 크다는 것이다. 통상적인 지상파 셀은 단지 20 내지 30km의 반경을 가질 수 있는 반면, 궤도형 위성은 300km가 넘는 빔 반경을 가질 수 있다. 그 결과, 궤도를 도는 기지국과 동시에 동작할 수 있는 수백 개의 기지국 셀들이 지상에 있을 수 있다. 스펙트럼이 스페이스 네트워크에만 할당되는 시나리오들에서, 이것은 스페이스 및 지상파 네트워크들 사이에서의 상이한 주파수 대역들이 간섭을 방지하므로, 임의의 도전들을 제공하지 않을 수 있다. 그러나, 스페이스 네트워크가 기존의 지상파 네트워크의 연장으로서 동작하며 유사한, 또는 동일한, 스펙트럼을 사용하는 몇몇 실시예들이 있을 수 있다. 이것은 전기통신 서비스를 위한 전용 스펙트럼을 획득하는데 재정적 및 비즈니스 어려움들이 있는 몇몇 인스턴스들에서 바람직할 수 있다. 기존의 지상파 네트워크 조작자에 의해 소유되고 동작되는 스펙트럼에 대한 서브라이센스를 사용하는 것은 더 단순할 수 있다. 이 실시예는 잠재적인 셀 간 간섭의 충돌을 피하기 위해 기존의 셀룰러 네트워크들에 의해 사용되는 것에 더하여 몇몇 스펙트럼 관리 기술들을 사용할 수 있다.
그러나, 스페이스 및 지상파 기지국들 사이에서 스펙트럼을 공유하는 것은 기존의 지상파 네트워크들의 동적 수정을 포함하지 않는 대안적인 실시예들, 및 기존의 MNO 네트워크 기반시설에 대한 강화들을 사용하지 않는 실시예들이 있을 수 있다. 위성들이 지상파 네트워크에 대하여 이동하고 있으므로, 이러한 관리 기술은 시간적 특징들을 수반할 수 있으며, 여기에서 스펙트럼 배치는 시간에 따라 동적으로 관리된다.
낮은 지구 궤도에서 움직이면서 UE들에 커버리지를 제공하는 위성들을 갖고, 그거슬은 지상에서의 UE들보다 상당히 더 빠르게 이동한다(~7 내지 7.8 km/s). 그 결과, 네트워크 기반시설은 효과적으로 이동성이며 지상에서의 UE들은 정적인 것으로 고려될 수 있다(그것들이 느리게 움직일지라도). 스페이스 네트워크의 관점에서, 주어진 분, 시간, 또는 심지어 날에 걸친 UE의 모션은 이미 지상파 셀들로부터의 커버리지를 갖지 않는다면, 언제 및 어떤 위성이 주어진 시간에 커버리지를 제공할 수 있는지에 대하여 비교적 중요하지 않다. 이것은 몇몇 네트워킹 솔루션들에서 유리하게 사용될 수 있다.
본 개시는 기지국, S-GW, MME 및/또는 P-GW 기능을 호스팅하는 기반시설의 궤도 세트를 관리하기 위한 실시예들을 설명한다. 궤도형 군집의 동적 모션은 더 많은 고유 요건들을 갖고, 이동성 관리를 더 복잡하게 만들지만, 궤도 역학의 확률은 네트워크의 미래 상태 스페이스들을 알리기 위해 레버리징될 수 있으며, 이것은 결과적으로 많은 기능들을 위한 제어 평면 동작들을 알리고/예상할 수 있다. 네트워크 레벨에서, 대기시간, 라우팅, 및 이상적인 커버리지 패턴들/동작들을 이해하는 것은, 지상파 이동 네트워크 배치들에서, 이들 사물들이 통상적으로 정적이거나, 또는 일정하므로, 훨씬 더 복잡한 계산이다. 네트워크 IP 트래픽 루트들은 동적일 수 있으며 서로에 대하여 움직이는 궤도형 기반시설 및 지상 기반시설은 간헐적으로 연결하고 연결 해제한다.
이동성 관리 도전들 외에, 기지국이 가진 RAN 배치 도전들이 또한 있다. 지상파 RAN 배치들에 의해 접하게 되는 통상적인 도전들 외에, 각각의 위성의 모션은 본질적으로 그것이 임의의 시점에서 지구상에서의 모든 포인트를 커버할 수 있음을 의미한다. 그 결과, 기지국은 궤도에서의 상이한 포인트들에서 상이한, 지상파 네트워크들의 연장으로서 동작할 수 있다. 특정 주파수들이 지구 주위에서 상이하게 허가될 수 있으며, MCC, MNC, 마스터 정보 블록들, 및 시스템 정보 블록들이 변할 수 있다. 사용된 특정한 기술들(2G, 4G 등)은 변할 수 있다. 그 결과, 그것이 서비스를 제공하고 있는 특정한 위치를 수용하기 위해 기지국 설정들을 동적으로 재구성하기 위한 이들 요건들 및 제어기의 기록이 또한 있을 수 있다.
임의의 주어진 위성, 또는 이용 가능한 라디오 인터페이스가 그것이 사라지기 전 수 분 동안 사용자에게 이용 가능해질 수 있으며 또 다른, 상이한 에어 인터페이스가 이용 가능하다는 사실은 또한 스페이스-기반 전기통신 네트워크를 위한 다른 네트워킹 시그널링 대기시간 도전들을 생성한다.
양호한 예는 인증 도전이다. 네트워크에 연결하려고 하는 임의의 디바이스는 이상적으로 위성 오버패스 시간보다 짧은 시간 프레임에서 네트워크에 인증하길 원할 수 있으며, 그렇지 않다면, 그것은 네트워크에 결코 인증할 수 없을 수 있다. 통상적으로, 로밍 네트워크들, 또는 홈 네트워크 인증 데이터 베이스들로부터 멀리 떨어져 동작하는 네트워크들(스페이스에서의 네트워크와 같은)에 대한 인증은 위성 오버패스의 것을 가릴 수 있는 시간의 양의 걸릴 수 있다. 네트워크는 오버패스 시간들을 증가시키도록 설계될 수 있지만, 빠른 인증 절차를 가능하게 하거나, 또는 지체 인증을 다루는 것은 궤도형 전기통신 기반시설의 네트워크를 고려할 때 중요해진다.
또 다른 예는 스페이스 네트워크(로밍 제공자로서) 및 지상 네트워크(홈 네트워크로서) 사이에서의 상호작용일 수 있다. 수 분마다 상공을 나는 위성들을 갖고, UE가 TAC에서 변화를 경험하거나, 또는 상이한 VLR/MME에 의해 제공될 때마다, 그것이 그 위치를 자동으로 업데이트할 수 있기 때문에, 네트워크는 그것이 어떻게 위성들의 각각에 대한 추적 영역 코드들을 송신하는지를 관리할 필요가 있을 수 있다. 그것은 홈 네트워크상에서 HSS 업데이트를 요구할 수 있으며 모든 사용자가 수 분마다 그것들의 위치를 업데이트하도록 요구하며 전역적 네트워크상에서의 사용자들의 수가 세계의 큰 지리들에 걸친 통상적인 전기통신 가입자 카운트들(수억 또는 가능하게는 수십억의 가입자들)을 나타낸다면 상당한 네트워크 오버헤드를 야기할 수 있다.
최종적으로, 전기통신 트래픽의 핸드오버들은 스페이스-기반 전기통신 네트워크에서 복잡해질 수 있다. 각각의 위성은 궤도들 및 배치된 안테나들에 의존하여, 수 분 내지 1분 동안 주어진 영역에 걸쳐 오버패스를 가질 수 있으므로, 각각의 위성에 의해 변화하는 커버리지를 수용하기 위해 위성 네트워크에서 빈번한 핸드오버 시그널링이 있을 필요가 있을 수 있다. UE들 간의 핸드오버들 외에, 위성 위치들의 변화하는 상태들, 및 그에 따라 네트워크 대기시간에서의 가변 상태들, 및 궤도형 기반시설 및 지상파 이동 네트워크들, 인터넷 등에 대한 게이트웨이로서 동작하는 지상에서의 기반시설로부터의 루트들에 기초하여 위성 간 링크들에서 핸드오버들이 가진 도전들이 있을 수 있다. 이것들은 여기에서 설명된 방법들 및 장치를 사용하여 처리될 수 있다.
A. 네트워크 설계 고려사항들/개념들
우주선 셀룰러 네트워크가 가능하게 하고자 하는 서비스의 레벨 및 사용자들이 얼마나 많은지에 의존하여, 스페이스 네트워크 RAN들의 RF 프론트 엔드가 상이한 구성으로 설계될 수 있다. 데이터 레이트 요건들이 낮으며 디바이스들이 원격 영역들에서 드문드문 흩어져 있을 수 있는, IoT 또는 M2M 디바이스들과 같은 디바이스들에 관련된 서비스 애플리케이션들에 대해, 원하는 양의 서비스 스펙트럼에 대한 EIRP에 대한 감소된 요건이 있을 수 있다. 서비스 스펙트럼의 양은 위성 네트워크가 얼마나 많은 사용자들을 서비스하도록 요구되는지에 의해 이끌어질 수 있으며, 구체적으로 스펙트럼은 위성 네트워크를 사용하도록 요구하는 단일 스팟빔에서 동시 사용자들의 수에 대해 사이징될 필요가 있다.
위상 기반 이동 네트워크는 이하에서의 지상파 이동 네트워크들과 협력하여 동작하도록 구성/설계될 수 있으며, 그러므로 단지 여기에서 설명된 바와 같이 지상파 이동 네트워크의 갭들을 채우기에 충분한 스펙트럼을 배치할 수 있다. 이러한 구성에서, 스펙트럼의 적은 은(silver)은 대다수가 높은 인구 밀도 영역들에서의 커버리지를 위해 지상파 네트워크(여기에서 지상파 셀들은 더 작으며 더 밀집하게 스펙트럼을 재-사용할 수 있다)에 할당될 수 있는 동안 여전히 커버리지가 없는 낮은 인구 밀도 영역들의 커버리지를 위해 스페이스 네트워크에 할당될 수 있다. 이러한 구성은 저렴하게 구매될 수 있는 원격 셀룰러-기반 IoT 디바이스들(예컨대, GSM 기반, 또는 LTE 기반)을 위해 의도된 서비스를 위해 채택될 수 있다. IoT 사용 경우들을 갖고, 더 낮은 신호 레벨 요건들은 원하는 데이터 레이트에서 다운링크를 폐쇄하기 위해 링크의 위상 단부 상에서 더 낮은 EIRP를 허용한다. 더 낮은 EIRP는 어느 정도까지 위성 Tx 전력 요건들 및 안테나의 크기 사이에서의 감소된 트레이드-오프를 허용한다. 안테나의 크기는 안테나 방향성 및 빔-폭, 및 그에 따라 스팟빔 크기와 같은 네트워크에서의 다른 설계 인자들을 이끌 수 있으며, 이것은 또한 스펙트럼이 얼마나 자주 스페이스-네트워크에 의해 재-사용될 수 있는지를 이끈다. 이것은 행성의 유비쿼터스, 연속적인 커버리지를 달성하기 위해 더 많은 위성들, 또는 궤도로부터의 커버리지를 제공하는 위성당 더 많은 스팟빔들의 트레이드에서 온다. 일부의 스팟빔들을 구비한, 각각의 위성은 커버리지 영역으로 불리우는 스팟빔들, 또는 커버리지 풋프린트에 의해 정의된 지구의 총 영역으로 커버리지를 제공한다.
A.1 최적의 수의 위성들을 결정하는 것
위성 네트워크는 각각이 몇몇 커버리지 풋프린트를 갖는, 약간의 위성들, 및 각각의 위성에 대한 약간의 잠재적인 스팟빔들을 갖고 설계될 수 있다. 커버리지 풋프린트들이 중첩하지 않는, 제한된 수의 위성들을 갖고, 지상에서의 서비스는 간헐적일 수 있으며, 이것은 어떤 지상파 커버리지도 존재하지 않는 세계의 원격 영역들에서 특정 사용 경우들에 유용할 수 있다. 위성 궤도 및 풋프린트 크기(및 상기 풋프린트 내의 빔들이 어떻게 동작되는지)에 의존하여, 네트워크에서의 주어진 위성으로부터 1분 내지 15분까지의 어딘가에 커버리지 시간이 있을 수 있다. 위성들 및 위성들이 있는 궤도들의 수에 의존하여, 12시간, 6시간, 1시간, 30분, 10분, 1분 등마다 한 번 이러한 레벨의 연결성이 있을 수 있다. 더 많은 위성들이 네트워크에 부가됨에 따라, 연결성에서 더 적은 간헐성이 있을 수 있다.
예로서, 이하의 표 5는 오버패스들의 수, 연결서의 분들, 및 오버패스들 간의 시간이 어떻게 위성들의 수의 함수로서 스케일링할 수 있는지를 설명할 수 있다. 이러한 특정한 예는 적도에 대해 51.6도만큼 기울어진, 지구 주위에서의 503k 원형 궤도에 있는 위성들을 분석한다. 위성들은 3개의 고유한 반복 지상 트랙들 내에서 지구 주위에 동일하게 이격될 것이다. 위성 기지국들은, 이 분석에서, 위성 풋프린트를 설명하는 대략 45-도 최소 상하 각을 갖는 것으로 가정된다. 표 5에서 각각의 로우 및 컬럼에서의 값들의 범위는 적도 및 높이(또는 낮은 위도)에서 서비스에서의 변화에 대응할 수 있다. 구체적으로, 이러한 경우에, 더 양호한 서비스 수들(더 많은 오버패스들, 더 긴 연결 시간들, 및 더 짧은 간헐성 간격들)은 약 51.6도 N 또는 51.6도 S의 위도들에서의 모든 경도들에 대응한다. 두 개의 수들 중 더 나쁜 것은 적도에 대한 모든 경도들에 대응한다.
표 5
A.2 궤도 구성
스페이스 기반 기반시설은 다양한 상이한 궤도들, 아마도 GEO, MEO, 또는 LEO 궤도들에 위치될 수 있다. GEO 궤도들은 형태가 원형이며 지구의 표면으로부터 약 35,786km 고도에서 동작할 수 있다. GEO 궤도들은 그 아래에서, 지구, 또는 다른 궤도 우주선의 원하는 커버리지 역학에 의존하여, 적도이거나 또는 기울어질 수 있다. MEO 궤도들은 또한 원형이며 LEO(약 2,000km 고도)의 상부 에지 및 GEO(약 35,000km 고도) 사이에의 고도들에서 적도에 대해 약간의 각도만큼 기울어질 수 있다. LEO 궤도들은 또한, 커버리지 요건들에 의존하여 기울어지며 약 250km 내지 2000km 사이에서의 고도에서 동작할 수 있다. 450km 미만의 고도들에서, 대기 장애물은 우주선 추진 요건들을 위한 중요한 구동기이다.
일반적으로, 경사각들은 원하는 위도 커버리지에 대응한다. 극(90-도 경사) 궤도들은 90도 북-남 위도(예컨대, 전체 행성) 사이에서의 모든 경도들로 커버리지를 제공할 수 있다. 예로서, 중간-경사 궤도들인, 51.6도 경사(국제 우주 정거장 경사)는 51.6도(더하기 그것의 커버리지 풋프린트의, 각도 반경, 또는 "반 지구 각") 북-남 위도 사이에서의 모든 경도들로 커버리지를 제공한다. 적도 궤도들은 도들로, 노후 풋프린트 북-남 위도의 1/2 지구 각 사이에서의 모든 경도들로 커버리지를 제공한다.
고도의 편심성 궤도들은 네트워크에서 특정한 지리들 또는 더 낮은 궤도들의 반복적이지만, 확장된, 커버리지를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 고도의 편심성 궤도들은 궤도의 더 높은 고도 부분들에서 느린 이동 속도들(확장된, 또는 인출된, 커버리지를 제공하는) 및 궤도의 더 낮은 고도 부분들에서 더 빠른 이동 속도들을 제공한다. 편심성 궤도들에서의 지구의 더 높은 고도 부분들의 위치는 지구, 또는 원하는 커버리지 영역에 대하여 이동할 수 있다. 고도의 편심성 궤도들은 근점 편각의 세차에 의해 영향을 받을 수 있지만, 적도에 대해 63.4도만큼 기울어진다면, 이러한 세차 운동은 제거된다. 이러한 궤도들은 몰니야(Molniya) 궤도들로서 알려질 수 있으며 지구상에서 또는 더 낮은 궤도들(LEO와 같은)에서의 특정한 영역들에 걸쳐 궤도 체류 시간들을 고정시키기 위해 사용될 수 있다.
다양한 궤도들은 군집에서 사용될 수 있으며, 여기에서 GEO들, MEO들, 및 LEO들, 또는 그것의 몇몇 조합은, 동일한 UE 가입자 풀들에 대한 이동성 관리를 서비스하고 제공하는 동안 다양한 네트워크들을 및 ISL을 통해 지상파 네트워크와 통신하는 스페이스 네트워크에 대한 지상 스테이션들을 호스팅한다.
A.3 스페이스 네트워크 배치
페이즈들
/스타일들
스페이스-기반 RAN은 그 자신의 스펙트럼 자산들을 갖고 그 자신의 네트워크로서 배치될 수 있으며, 이것은 특히 작은 수들의 위성들을 사용할 때, 그것의 RAN 주파수 라이선스들의 배치를 비교적 단순하게 만든다.
대안적으로, 스페이스-기반 RAN은 전역적 공유 로밍 네트워크로서 배치될 수 있으며, 여기에서 서브라이센스는 MNO와 일치하는 - 기존의 지상파 MNO 스펙트럼의 사용을 위해 존재한다. 이 경우에, 스펙트럼의 배치는, 스펙트럼이 스페이스 구성요소에 엄격하게 할당되지 않는다면, 지상파 MNO 네트워크와의 동적 조정을 요구할 수 있다. 이것은 간헐적 군집의 경우에 바람직하지 않을 수 있으며, 여기에서 스페이스 구성요소로부터의 커버리지는 단지 수 분들, 말하자면, 15, 30, 60, 120 또는 360분 동안 LEO 기지국들에 의해서만 이용 가능해질 수 있다.
스페이스 네트워크가 동작하지 않는 시간들 동안, 지상 네트워크는 스펙트럼을 이용할 수 있을 것이며 그것은 그렇지 않다면 궤도 위에 있는 동안 동작할 것이다. 그 결과, 특정한 위성이 위에 있으며 이하의 네트워크에서 기존의 지상 셀들과 중첩하는 커버리지를 제공할 수 있을 때를 아는 것이 바람직할 수 있다.
여기에서 설명된 바와 같이, 기지국들의 군집의 단계적 개발의 포인트에 덧붙여, 신규 방법들은 빔형성 안테나들이 없는 위성 기지국들 및 빔형성 안테나들을 가진 것들을 포함할 수 있는 위성 네트워크들에 대한 이상적인 동작 절차들/여정들을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 위성들은 통상적으로 지상에서 규제에 의해 부여된 요건들을 준수하고 또한 서로 및 다른 지상파 셀들의 방해를 피하기 위해 제한된다. 뿐만 아니라, 군집(또는 아마도 심지어 "무리들", 또는 위성들의 "실 운용들"을 선택하자)에서의 각각의 위성은 상이한 기술적 능력들을 가질 수 있다. 예들은 최대 전력 인출 요건들, 궤도상 평균 전력 유입, 배터리 용량, 그것이 배치할 수 있는 스펙트럼 대역폭, 페이로드/기지국 듀티 사이클 요건들, 추력, 자세 제어, 메모리, 프로세싱 전력 등을 포함할 수 있다.
공유형 통신 네트워크에서 우주선 간에 기술적 능력에서의 변동성은 이들 기술들을 사용하여 핸들링될 수 있다. 이것은 군집들이 페이즈들에 형성될 때 유용할 수 있다. 수 천개의 위성들의 군집이 론칭되는데 수년이 걸릴 수 있으며, 그 동안, 특정 사용 경우들을 위한 초기 서비스들을 제공하기 위해 작은 무리의 위성들을 개발하는 것은 수익 베어링 모험일 수 있다. 특정한 예는 간헐적이고 일관되지 않은 방식으로 원격 영역들에서의 연결성에서 이익을 얻을 수 있는 IoT/M2M 사용 경우들일 수 있다. 핸드셋들로부터의 저장-및-포워드 SMS 메시징과 같은, 간헐적 서비스를 위한 다른 사용 경우들이 또한 있을 수 있다.
초기 사용 경우들에 대해, 더 적고 덜 유능한 위성들이 자본 투자 비용들을 감소시킬 수 있으므로 바람직할 수 있다. 이러한 예는 빔형성 어레이들일 수 있으며, 이것은 제대로 개발하는데 시간 및 돈이 들 수 있다. 그 결과, 12 또는 24개 비-빔형성 위성들의 초기 군집은 초기 서비스들을 위해 LEO로 배치될 수 있다. 시간에 걸쳐, 새로운 위성들은 더 오래된 설계들이 계속해서 동작할 수 있는 동안 개발되고 론칭될 수 있다. 설계 고려사항들은 그것들이 함께 공생하여 동작할 수 있도록 초기 및 새로운 위성들의 소프트웨어 호환성(또는 업그레이드 가능성)을 보장하기 위해 취해질 수 있다.
시간에 걸쳐, 새로운 위성들이 단계적으로 도입되고 폐지됨에 따라, 그것들의 능력들은 본 개시에 의해 레버리징되고 나중에 설명되는 데이터 베이스들에 개별적으로 기록될 수 있다. 이러한 정보가 부가되고 업데이트됨에 따라, 여기에서 설명된 바와 같이 수행된 계산들은 동작 변화들을 수용할 수 있다.
A.4 네트워크 아키텍처 예들
스페이스 네트워크는 지상파 LTE 네트워크와 유사한 구조를 갖지만, 대개 EPC 및 E-UTRAN의 안쪽에 여러 개의 강화되고, 부가적인 요소들을 가진 아키텍처를 이용할 수 있다. 강화들은 스페이스-기반 셀룰러 네트워크의 최적의 기능을 허용하지만, 그것들은 반드시 임의의 수정을 요구하지는 않고 지구상에서의 표준 지상파 네트워크들과 통신하기 위한 능력을 유지한다. 그러나, 지상파 이동 네트워크들이, 예로서 더 정교한 스펙트럼 공유 기술들과 호환 가능하도록, 스페이스-기반 네트워크와 유사하게, 또한 강화되는 실시예들이 있을 수 있다. 뿐만 아니라, 강화된 UE들은 최종 사용자 핸드셋들이 염두에 둔 스페이스-기반 셀룰러 네트워크의 강화들을 갖고 수정되는 또 다른 실시예에서 존재할 수 있다. 예로서, 그것들은, 제어 평면, 또는 사용자 평면(예컨대, 핸드셋 애플리케이션들)을 사용하여, EPC를 통해(지상에서 또는 스페이스에서), 스페이스 네트워크에 의해 예측 가능한 오버패스 기회들을 제공받을 수 있다. 이것은 이용 가능해질 수 있음을 UE가 알 때 스페이스 네트워크로의 연결을 가능하게 하기 위해 네트워크 스캐닝 절차들을 최적화하는데 유리할 수 있다.
네트워크 아키텍처에 대한 강화들은, 일 실시예에서, MME, 기지국, HSS, 및 가능하게는 UE를 수반할 수 있다. 부가적인 요소들은 이 실시예에서 스페이스-기반 기반시설에서 네트워크 노드들의 동작들에 직접 영향을 주거나, 또는 그것에 의해 영향을 받는 스페이스 네트워크 아키텍처에 부가될 수 있다. 이들 부가적인 요소들은 네트워크 데이터베이스(Net DB), 네트워크 텔레메트리, 추적, 제어, 명령 & 데이터 핸들링(TTCC&DH) 기능, 및 우주선 비행 소프트웨어 시스템을 포함할 수 있다. 스페이스 네트워크에서 부가적인 요소들은 강화된 MME로 인터페이싱될 수 있다. 이러한 인터페이스는 소프트웨어에 발생할 수 있다.
스페이스 네트워크는 위성들 상에서의 분산형 기반시설 구성요소들 및 지구 주위에서의 지상 스테이션들의 세트로서 동작할 수 있다. 각각의 우주선은 이용 가능하다면, 위성들 상에서 위성 간 링크 라디오들 및 지상 스테이션 라디오들을 액세스할 수 있는 네트워크 스위치에 인터페이스할 수 있는, 비행 컴퓨터, 또는 컴퓨터들의 세트를 호스팅할 수 있다. 각각의 비행 컴퓨터는 특정 네트워크 노드 기능(예컨대, 강화된 MME, S-GW, P-GW 등)을 위해 할당될 수 있거나, 또는 단일 비행 컴퓨터가 "네트워크-인-어-박스(network-in-a-box)"로서, 하나의 패키지로 이들 기능들을 이용할 수 있다. 단일 컴퓨터는 기지국(다수의 기지국들일 수 있다), 강화된 MME, 강화된 HSS, S-GW, P-GW 등의 가상 인스턴스를 구동할 수 있을 것이다. 또 다른 컴퓨터는 안내, 내비게이션, 및 제어(GNC) 등과 같은 기능들을 위해 TTCC&DH 소프트웨어 및 비행 소프트웨어를 호스팅할 수 있다.
여기에서 설명된 LTE 아키텍처에 대한 강화들은 네트워크의 몇몇 노드들 상에서 실행하는 소프트웨어로서, 및 구체적으로 API 또는 소프트웨어 라이브러리로서 구현될 수 있다. 이것은 기존의 제품/상업적 품질 LTE 스택 소프트웨어의 사용을 수반할 수 있다. 잘-테스트된, 기존의 제품 코드의 직접적인 수정 대신에, 강화들은 제품 LTE 스택 구현들에 대한 기존의 인터페이스들을 구성하고, 제어하거나, 또는 그것과 통신함으로써 원하는 강화들을 구현하기 위해 사용될 수 있는 별개의 소프트웨어 애플리케이션, 소프트웨어 라이브러리들, 또는 코드 리포지터리들에서 동작할 수 있다. 따라서, 본 개시는 LTE 스택들에 대한 강화들을 설명하지만, 이것은 몇몇 기존의 구성요소들 또는 완전히 새로운 구성요소들을 사용하여 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 몇몇 구현들은 기존의 LTE 스택에서, 각각의 소프트웨어 노드, 또는 기능을 문자 그대로 수정하는 것을 요구하지 않을 수 있다. 이것은 또한 임의의 3GPP 스택(예컨대, 2G GSM/GPRS, 3G CDMA/UMTS 등)에 대해 적절하다.
네트워크는 네트워크에서의 각각의 위성 및 지상 스테이션 상에서, 각각의 컴퓨터에 대한 정적 IP 어드레스들을 가능하게 하는, IPv6 네트워크로서 동작할 수 있다. 위성 간 링크들(ISL) 및 지상 스테이션 링크들(GSL)은 궤도상에서 및 지상에서의 물리적 기반시설 사이에서의 항상 링킹된 IP 터널들로서 동작할 수 있다. 지상에서, 전기통신 네트워크-인-어-박스의 인스턴스는 IPv4/IPv6을 통해 인터넷 및 다른 전기통신 네트워크들과 인터페이스할 것이다.
각각의 ISL 및 GSL 터널은 실제로 다수의 베어러들을 포함할 수 있다. 하나, 또는 몇몇은 네트워크 제어 평면 트래픽, 네트워크 사용자 평면 트래픽, 비행 컴퓨터 텔레메트리, 추적, 명령들 등을 위해 전용될 수 있다. 베어러들은 우선순위에 기초한 가중 방식으로 및 어떤 데이터 레이트 링크가 에어 인터페이스를 위해 수립될 지라도 이용 가능한 대역폭을 고려하여 수립될 수 있다. 지상 스테이션들 및 네트워크에서의 다른 위성들에 대해 이동하는, 지구 주위에서의 위성 궤도로서, 터널들은 노드들 사이에서 핸드 오버될 수 있으며 베어러들이 재-수립될 수 있다. 각각의 우주선은 예로서, 인터넷에 대한 서빙 액세스 포인트 이름(APN)으로의 전체 터널 연결에서 갭을 가진 불완전한 핸드오버들을 수용하기 위해 몇몇 양의 메모리 버퍼를 가질 수 있다.
도 9는 예시적인 네트워크 아키텍처를 예시한다. 강화된 LTE 네트워크(902)는 표준 지상파 네트워크(904) 및 표준 지상파 네트워크 UE들(924)과의 호환성을 유지할 수 있는 기능 노드들의 세트를 동작시킬 수 있다. 강화된 네트워크는 강화된 기지국들(926)을 포함한 강화된 E-UTRAN(914)을 동작시킬 수 있다. 강화된 EPC(906)는 지상파 EPC로 유사한 요소들을 호스팅할 수 있지만, 강화된 MME(916), 및 강화된 HSS(910), 상태 스페이스 데이터베이스(SSDB)(928), 강화된 S-GW(932), 강화된 P-GW(934), PCRF(936), TTCC&DH 시스템(918), 및 우주선 비행 소프트웨어(908)를 사용할 수 있다. 강화된 EPC는 PDN 서버들(930)로의 표준 EPC가 가진 연결과 상이할 수 있는 PDN 서버들(938)과 그 자신의 연결을 유지할 수 있다. 강화된 MME는 홈 지상파 네트워크에서 표준 HSS(920)로의 S6a 연결을 유지할 수 있다. 강화된 S-GW는 표준 P-GW(940)와의 표준 S8 인터페이스를 유지할 것이며, 이것은 홈 네트워크 PCRF 데이터베이스(922)와의 표준 인터페이스를 관리할 수 있다. 강화된 UE들(912)이 또한 네트워크에서 사용될 수 있다.
도 10은 그것을 호스팅할 수 있는 하드웨어에 대한 스페이스 네트워크 아키텍처를 예시한다. 네트워크에 위성들(1012 및 1014) 및 네트워크에 지상 스테이션들(1016)이 있을 수 있다. 위성들은 일 실시예에서, IPv6 베어러 터널들일 수 있는, ISL(1002)을 통해 서로 연결될 수 있다. 이들 터널들은 상이한 기능들을 위해 의도된 베어러들에 걸쳐 분리되는 특정한 대역폭을 할당받을 수 있다. 그 외 종래 기술에서의 지상파 네트워크에서 핸들링될 수 있는 각각의 인터페이스에 대한 각각의 위성 간 링크 터널에서의 베어러들이 있을 수 있다. 구체적으로, 네트워크 제어 평면(1006)(X2-CP, S11, S10, S6a, S5, 부가적인 제어 인터페이스들 등), 네트워크 사용자 평면(1008)(X2-UP, S1-UP, S5, 부가적인 제어 인터페이스들 등), 및 TTCC&DH 평면(1010)(하나 이상의 네트워크 인터페이스들을 포함한)을 위한 베어러들이 있을 수 있다. 위성들은 GSL(1004)을 통해 지상 스테이션들에 연결될 수 있다.
이들 GSL은 또한 IPv6 베어러 터널들이며 또한 특정 네트워크 평면들에 대한 베어러들에 의해 분리될 수 있다. 이들 터널들을 수립하기 위한 연결들을 생성하기 위해, 각각의 위성은 라디오들 및 다른 장비를 구비한다. ISL 라디오(1018) 및 GSL 라디오(1044)는 각각, 다른 위성들 및 지상 스테이션들과 통신하기 위해 사용되며, ISL 및 GSL을 위한, PHY, 또는 L1, 프로토콜을 구현한다. 각각의 위성은 특정 기능들을 구현하는 소프트웨어를 구동하는 네트워크 컴퓨터들(1022) 또는 비행 컴퓨터들(1038)과 같은, 다른 컴퓨터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 네트워크 컴퓨터는 상태 스페이스 데이터베이스(1024), 강화된 HSS 데이터베이스(1026), 강화된 S-GW 및 P-GW(1028), 강화된 MME(1030), 및 강화된 기지국(1032)을 구현할 수 있다. 강화된 기지국(1032)은 LTE-Uu 인터페이스 링크들(1034)에 대한 PHY를 구현하며 기존의, 표준 UE들(1036)과 호환 가능한 라디오를 제어할 것이다. 비행 컴퓨터는 우주선 상에서 호스팅되는 다양한 서브시스템들을 제어하기 위해(예컨대, 자세 제어, 추력 제어, 구동기 제어들, 전기 전력 시스템 제어, 열 제어 등) TTCCH&DH 기능들(1040)뿐만 아니라 비행 소프트웨어(1042)를 구현할 수 있다. 스페이스 세그먼트 위성들에서의 각각의 컴퓨터는 네트워크 스위치(1020)와 인터페이스할 수 있으며, 이것은 일 실시예에서 IPv6 스위치일 수 있다. 지상 스테이션은 선천적으로 기지국 기능을 제공하지 않으며 가능하게는 스페이스 상에 호스팅된 전체 비행 소프트웨어 패키지를 호스팅하지 않는 네트워크 컴퓨터들 및 비행 컴퓨터들을 구현할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 지상 스테이션은 비행 소프트웨어를 구현할 수 있다.
A.5 이동 네트워크 기반시설을 호스팅한 위성 플랫폼
설명된 이동 네트워크를 위한 기반시설을 제공하는 궤도에서의 우주선은 컴퓨터들, 라디오들, 프로세서들, 메모리, 와이어들, 케이블들, 작동기들 등과 같은 전자장치들을 호스팅한 몇몇 구조를 포함할 수 있다. 우주선은 운영 시스템을 구동하는, 프로세싱 및 메모리를 위한 탑재된 컴퓨터들을 사용할 수 있다. 운영 시스템은 위성에서 다양한 기능들을 실행하도록 의도되는 소프트웨어 프로그램들을 호스팅할 수 있다. 이들 소프트웨어 프로그램들 중 하나는 컴퓨터에 연결된 라디오 인터페이스들을 제어하는 가상화된 전기통신 소프트웨어 스택일 수 있다(RAN 및/또는 코어 네트워크를 구현하기 위해). 운영 시스템은 센서들로부터, 또는 소프트웨어로 계산된 텔레메트리 및 데이터를 수집하며, 내부 피드백 제어 루프들(또는 지상에서 실행될 수 있는 외부 피드백 제어 루프들)에 기초하여 자율적으로, 또는 지상 제어 센터로부터 수동으로 실행된 명령들을 핸들링하는 우주선 상에서의 명령 및 데이터 핸들링 시스템을 동시에 제어하는 소프트웨어를 호스팅할 수 있다. 우주선 소프트웨어는 그것의 고도(반응 휠들, 자기 토커들 등)뿐만 아니라 궤도에서 그것의 속도/궤적을 관리하는 작동기들(예컨대, 추력기들)을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 작동기들은 또한 우주선에서 전개 가능한 구조들을 펼치거나 또는 접기 위해 사용될 수 있다.
우주선은 배터리들을 충전하고 우주선이 동작하도록 요구하는 우주선에서의 다양한 구성요소들로 필요한 에너지를 분배하기 위해 태양열 발전을 모으기 위한 태양 패널들을 가질 수 있다. 우주선은 위치, 속도, 가속, 배향, 배터리 용량, 어레이들로부터의 전력, 질량, 연료 질량, 관성 매트릭스, 구성요소 건강/텔레메트리 판독들 등을 포함한, 다양한 텔레메트리 판독들을 모니터링하고 추적하며 그것들을 메모리에 저장하기 위해 소프트웨어를 실행하는 프로세서들을 가질 수 있다.
우주선은 그것의 속도, 위치, 및 가속을 추적하고 계산하기 위해 탑재된 GPS 수신기를 호스팅할 수 있다. GPS가 이용 가능하지 않다면(예컨대, 위성이 GEO에 있거나, 또는 가능하게는 MEO에서 너무 높다면), 특정 위치들에서 알려진 지상 스테이션들을 갖고 신호 거리측정 및 도플러 측정과 같은, 다른 기술들이 우주선의 위치 및 속도 데이터를 그것의 내부 컴퓨터들로 제공하기 위해 구현될 수 있다. 별 추적기들, IMU들, 카메라들, 수평 센서들, 자이로스코프들 등과 같은 탑재 센서들은 지구-중심 관성과 같은, 특정한 좌표 프레임에서 우주선의 배향을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 부가적으로, 이들 탑재 센서들은 그것이 관성 스페이스에서 회전할 때 우주선의 각속도들을 계산할 수 있을 것이다.
우주선은 슬루잉, 관성 유지들(예컨대, 관성 스페이스에서 일정한 배향을 유지하는), 최하점/정점 포인팅 유지들 등과 같은, 포인팅에 관련된 특정한 태스크들을 실행하도록 프로그램될 수 있는 제어 시스템을 구비할 수 있다. 부가적으로, 이러한 제어 시스템은, 아마도, 비행 시 최적의 조작을 결정하기 위해 상태 스페이스 예측 엔진의 출력들에 기초하여, 궤도 위치 및 유지의 제어를 구현할 수 있다. 이러한 제어 시스템은 개선된 상태 측정을 위해 칼만 필터를 구현하며, PID 제어기에 의해 구현된 것들과 같은, 제어 법칙들에 기초하여, 특정한 시간 기간에 걸쳐 특정한 조작을 행할 수 있다.
우주선은 기계적 방식으로 우주선 상에 배향되는 안테나를 구비하고 있어서, 우주선의 몸체 프레임에서 그것의 포인팅 벡터()가 알려지도록 할 수 있다. 우주선은 빔형성할 수 있는 위상 어레이를 구현할 수 있으며, 이 경우에, 그것은 위상 어레이 커버리지 풋프린트에서, 몇몇 빔(i)에 대해, 를 추적하고, 모니터링하며, 변경할 수 있다. 이들 안테나 기술들은 UE들과의 LTE-Uu 링크들을 위해 사용될 수 있다. ISL은 상이한 우주선 상에서 호스팅될 수 있는 중요한 네트워크 노드들(예컨대, 기지국들, MM들, S-GW들, P-GW들, PDN들 등) 사이에서의 연결로서 작용할 수 있고, 공급기 링크들은 스페이스 네트워크 및 기존의 지상 네트워크들(예컨대, 지상파 이동 네트워크들, 인터넷 등) 사이에서의 연결로서 작용할 수 있다.
우주선 플랫폼은 다수의 시스템들을 가질 수 있으며, 그에 대한 조작자는 텔레메트리, 또는 건강 데이터를 저장하길 요구할 수 있다. 우주선의 텔레메트리는 전압 측정들, 전류 측정들, 온도 판독들, 전력 표시자들, 배터리 충전, 태양열 발전 유입, 전력 인출, 동작 모드, 소프트웨어 애플리케이션들의 상태 등과 같은, 우주선에 대한 정확한 측정치들로서 저장될 수 있다. 우주선으로부터의 텔레메트리는 위성의 기능 및 고장의 결과로서 임의의 동작 제약들을 결정하기 위해 프로세싱될 수 있다. 특히, 위성 또는 지상 시스템들은 다른 위성들, 지상 게이트웨이들, 또는 UE들과의 연결들을 생성하기 위한 우주선의 능력을 제거하거나, 또는 방해하기 위해 텔레메트리 기능을 사용할 수 있다. 이것은 위성들로부터의 텔레메트리 다운링크에 기초하여, 네트워크 상태 예측기 엔진에서 노드 연결 기회들을 자동으로 토글 온 및 오프하는 로직을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
B. 강화된 이동성 관리 엔티티(MME)
셀룰러 네트워크에서, UE들이 셀룰러 네트워크 기반시설에 연결할 것으로 예상할 수 있는 커버리지 영역은 셀들로 분할되는 커버리지 영역일 수 있으며, 몇몇 셀들은 다른 셀들과 중첩하며 커버리지 영역은 가능하게는 임의의 셀 커버리지를 갖지 않은 몇몇 영역들을 둘러싼다. 통상적으로, 커버리지 영역에서의 셀들은 셀의 커버리지가 고정된 위치 및 고정된 능력들을 가진 고정된 타워 또는 트랜시버의 존재로부터 유래하는 경우와 같이, 정적인 것으로 고려될 수 있다. 이러한 트랜시버들은 통상적으로 커버리지가 예상되는 곳 및/또는 이들 셀들에서 예상된 UE들의 수를 고려하여 비용-효과적인 곳에 위치된다.
궤도 스테이션들에 의해 제공된 서비스를 가진 무선 네트워크에서, 커버리지 영역은 GEO보다 지구의 표면에 더 가까운 위성들이 지구의 표면에 대하여 이동할 것이므로, 짧은 시간 기간들에 걸쳐 변할 것으로 예상될 수 있다. 지상파-기반 셀룰러 네트워크 노드들 및 궤도-기반 셀룰러 네트워크 노드들의 상이한 특성들은, 간섭 중첩을 피하기 위해, 두 개의 네트워크들이 상이한 주파수 대역들, 상이한 인코딩들 등을 사용하여 공존할 수 있다는 점에서 그것들이 별개의 프로토콜들 및 통신 표준들을 사용한다면 걱정할 필요가 없다. 그러나, 지상파 네트워크 노드들 및 궤도 네트워크 노드들이 UE로 하여금 지상파 네트워크 노드와의 링크를 폐쇄하기 위해 UE가 사용하는 동일한 프로토콜들 및 통신 표준들을 사용하여 궤도 네트워크 노드들과의 링크를 끊김 없이 폐쇄하도록 허용하기 위해 동일한 프로토콜들 및 통신 표준들을 사용할 때, 부분적으로 궤도 네트워크 노드들의 궤도 움직임들로 인해, 좌표 및 공존은 더 복잡해진다. 여기에서 설명된 바와 같이, 이것은 네트워크 노드들 간에 조정으로 해결될 수 있다.
커버리지 영역에 존재하는 UE들에 대한 무선 커버리지를 제공하는 에어 네트워크를 위한 상기 커버리지 영역은 복수의 다각형들에 의해 논리적으로 표현될 수 있다. 다각형들에 대한 참조가 이루어지지만, 여기에서 설명된 방법들 및 장치는 타원들, 원들, 및 몇몇 곡선 경계들 및 몇몇 직선 경계들을 가진 불규칙적인 형태들과 같은, 엄격하게 다각형이 아닌 폐쇄 형태들을 갖고 동일하게 제대로 작동할 것이라는 것이 이해되어야 한다. 몇몇 인스턴스들에서, 몇몇 다각형들의 커버리지 영역은 지상파 셀룰러 네트워크 셀들에 대응한다. 다각형들로, 커버리지 영역, 또는 커버리지 영역 중 적어도 일부를 커버하는 것은 예측된 사용의 기능, 특정한 다각형들에 적용 가능한 합법적인 관할권들(예컨대, 특정한 국가의 일 부분을 커버하는 다각형들, 관할권 제어 그 자체를 갖지 않은 개방된 대양을 커버하는 다각형들 등), 및/또는 커버리지의 실현 가능성일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 커버리지 영역은 메시 포인트들의 세트에 의해 특성화되며 이들 메시 포인트들은 다각형들로 모이는 반면, 다른 실시예들에서, 다각형들은 반드시 메시 포인트들을 참조하지 않고도 정의된다. 다각형들의 세트를 표현한 데이터베이스에서, 다각형 단위 기반으로의 레코드들은 다각형의 경계들, 상기 다각형에서 적용 가능한 합법적인 관할권, 상기 다각형에서 무선 링크를 수립할 때 사용될 프로토콜들 및 표준들, 및 상기 다각형에 대한 다른 정보에 대한 세부사항들을 포함할 수 있다. 메시는 지구 또는 다각형들의 세트의, 한정된 요소 모델 등을 가상으로 나타낸 그리드 또는 몇몇 다른 방식을 포함할 수 있다. 커버리지 데이터베이스는 메시 포인트들 및 다각형 커버리지 영역들을 포함할 수 있으며, 여기에서 다각형 커버리지 영역들은 각각의 기지국들에 대한 커버리지 데이터베이스에서 참조되며, 각각의 기지국들은 적어도 일부 정적-커버리지 지상파 기지국들, 빔형성을 사용한 적어도 일부 정적-커버리지 궤도 기지국들, 및 적어도 일부 동적-커버리지 궤도 기지국들이 각각의 궤도들에서 이동함에 따라 커버리지 영역 위로 이동하는 동적 빔들을 사용한 적어도 일부 동적-커버리지 궤도 기지국들을 포함한다.
커버리지 영역이 지상파 네트워크 노드들 및 궤도 네트워크 노드들 양쪽 모두에 의해 지원되는 경우, 노드들은 조정할 수 있다. 예에서, 지상파 네트워크 노드는 셀룰러 네트워크 브로드캐스트 타워의 부분인 트랜시버이며 궤도 네트워크 노드는 위성의 부분인 트랜시버이다. 타워는 다수의 노드들을 지원할 수 있으며 위성은 다수의 노드들을 지원할 수 있다. 조정은 이동성 관리 엔티티에 의해 행해질 수 있으며, 이것은 소프트웨어를 실행하며 이동성 관리 엔티티로 하여금 노드들로부터 정보를 얻고 정보를 노드들로 전송하도록 허용하는 통신 채널들을 가진 컴퓨터 시스템의 형태로 있을 수 있다. 하나의 접근법에서, 이동성 관리 엔티티(MME)는 특정 시간 기간 동안 커버리지 영역을 위한 다각형들의 세트를 계산하며 상기 시간 기간보다 앞에 이를 행할 수 있어서, 상기 정보를 요구하기에 앞서 상기 정보를 사용할 노드들로 전파될 다각형들의 세트의 세부사항들에 대한 충분한 시간을 허용한다.
다각형들의 세트는 여기에서의 다른 곳에 설명된 프로세스들에 따라 계산될 수 있지만, 위성들 상에서의 노드들의 예측된 상태들을 고려할 수 있다(예컨대, 위치, 전력, 배향, 노드 자체가 스페이스를 통해 이동할 때 노드가 커버리지 영역에서 정상 빔을 유지할 수 있는지 등). 여기에서 설명된 바와 같이, 노드들이 이동함에 따라, 다각형들의 세트는 변할 수 있으며 특정한 다각형들에서의 링크 요구들을 커버하기 위해 할당된 노드들이 또한 변할 수 있다. 제 1 노드가 다각형에서의 링크 요구들을 커버하기 위해 할당되며 제 2 노드가 그렇게 할당되지 않지만, 제 2 노드가 제 1 노드와 동일한 프로토콜들, 채널들, 및 표준들을 사용하여 송신할 수 있는 경우, 제 2 노드는 제 1 노드가 이들 링크 요구들을 커버하기 위해 할당되는 시간 기간 동안 이들 프로토콜들, 채널들, 및 표준들을 미루고 사용하지 않도록 프로그램될 수 있다.
노드는, MME에 이용 가능한 다각형들의 세트 및 다른 데이터를 고려하여, 몇몇 시간 기간, 몇몇 주파수 채널, 시간-분할 다중화 프레임 내에서의 몇몇 시간 슬롯 등에 대해 동작하지 않도록 스케줄링될 수 있다. 노드가 궤도 노드(및 아마도 이것은 또한 지상파 노드들에 적용할 수 있다)인 경우에, 노드는 노드에 이용 가능한 전력, 또는 그것의 부족, 노드에서의 열 구축, 및 커버리지 영역을 위해 이용 가능한 노드들의 동작 상태들을 감안한 다른 고려사항들에 기초하여 특정한 시간 동안 무활동이도록 스케줄링될 수 있다.
몇몇 궤도 노드들은 빔이 몇몇 기간 동안 지구의 표면의 영역 위에 남아있도록 허용하는 빔형성 안테나들을 가질 수 있는 반면, 다른 궤도 노드들은 위성에 대하여 고정적인 빔들에 제한될 수 있으며, 따라서 빔들은 지구의 표면의 영역 위에 남기보다는 지구의 표면 위에서 움직인다. 궤도 노드의 빔이 특정한 다각형의 커버리지를 커버하거나 또는 접근하는 경우에, 궤도 노드는 상기 특정한 다각형에 도달할 수 있는 지상파 노드가 궤도 노드에 의해 사용된 에어 리소스들을 미루고 사용하지 않도록 지시받는 동안 상기 특정한 다각형에서 UE들에 대한 링크 요구들을 다루기 위해 할당될 수 있다. 완전한 연기 외에, 몇몇 조정은 중첩한 커버리지를 가진 인접한 노드들이 동시에 동작하지만, 그것들이 완전히 상쇄적으로 간섭하지 않도록 별개의 주파수들, 코드들, 시간 슬롯들 등 상에서 동작하도록 노드들 간에 행해질 수 있다.
MME가 상태 정보를 획득하고 할당들을 계산하며, 미리 이들 할당들을 전달함으로써, 셀룰러 네트워크는 네트워크의 노드들 중 일부가, 그 일부가 궤도 노드들보다 UE들에 훨씬 더 가까울 수 있는, 지상파 노드들에 대해 빠르게 이동하고 중첩하는 궤도에 있을 때에도 효율적으로 동작할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 몇몇 이동하는 지상파 노드들은, 드론들, 풍선들, 등 상에서와 같이, 존재할 수 있지만, 이것들은 궤도 노드들에 대하여 정지된 것으로 처리될 수 있다.
MME에 대한 더 구체적인 강화들이 이제 설명될 것이다.
MME에 대한 강화들은, 네트워크의 미래 상태에 관한 실행 가능한 지능을 생성하기 위해, 궤도 역학; 위성 내비게이션, 안내, 및 제어; 페이로드 동작들; 별개의 네트워크 노드들 간의 RF 링크 버짓들 등의 가상 시뮬레이션들을 알리기 위해 일련의 데이터베이스들을 사용하여 상태 스페이스 예측 엔진을 포함한다. 이러한 실행 가능한 지능은 시뮬레이션들로부터 추론되며 네트워크 라우팅, 네트워크 노드들의 연결성, 네트워크 기반시설의 전력 소비, 스펙트럼 리소스 할당, 기지국 동작들, 우주선 동작들 등을 최적화할 수 있는, MME, 기지국, 또는 심지어 UE에서 네트워크 시그널링 이벤트들을 유발하거나, 또는 트리거하는 시간-기반 저장 명령들과 같은 것으로 패키징될 수 있다. 원하는 최적화 알고리즘은 시간에 따라 변하며 그것이 비상들/재난들과 같은 외부 변화들/영향들에 의존하여 액세스되고 재-구성될 수 있도록(예컨대, NOC에 의해) 판독 가능하고 기록 가능할 수 있는 데이터베이스로서 저장될 수 있다.
MME 강화는 MME와 동일한 컴퓨터상에서, 또는 아마도 별개의 프로세서상에서 실행하는 주변 애플리케이션의 형태를 취할 수 있다. 강화는 스페이스 네트워크에서 NOC 또는 TTCC&DH 시스템에 의해 통지될 수 있는 4개의 가능하게는 별개의 데이터베이스들을 이용한다.
이력적 네트워크 상태 스페이스(HNSS) 데이터베이스는 위성 위치들, 속도들, 자세들, 자세 레이트들, 네트워크 동작들/상태들, 및 네트워크 로그 파일들을 포함한 이력 데이터를 포함할 수 있다. HNSS 데이터베이스는 위성이 그들의 텔레메트리 데이터를 다운링크하거나, 또는 위성 텔레메트리 데이터가 수집될 때 TTCC&DH 시스템에 의해 통지된다.
네트워크 모델(NM) 데이터베이스는 시뮬레이션될 필요가 있는 환경들, 뿐만 아니라 네트워크에서 위성들의 각각에 대한 동작 능력들/특성들을 특성화하는 데이터를 포함할 수 있다. 위성이 네트워크에 부가되며, 위성들이 오작동하거나, 또는 작동하지 않음에 따라, NOC, 또는 TTCC &DH 시스템으로부터의 비정상 텔레메트리는 각각의 우주선의 동작 특성들의 상태를 변경할 수 있다.
군집 위치 레지스터(CLR) 데이터베이스는 HLR 피처(feature)에 대한 우주-기반 대응이며, UE들 및 네트워크 관련 관심 포인트들에 대한 위치결정 정보를 저장한다. UE 위치결정 정보는 각각의 UE에 대한 기록된 추적 데이터에 의해 업데이트될 수 있으며, 이것은 CLR 및 HSS 양쪽 모두로 전송되기 위해 저장된다. NOC는 네트워크 동작들에 대한 관련 관심 포인트들을 업데이트하고, 삭제하거나, 또는 부가할 수 있다.
군집 정책 및 규칙들(CPR) 데이터베이스는 네트워크 스페이스 하드웨어에 대한 비행 동작 규칙들, 뿐만 아니라 네트워크에 대한 관련 가상 관심 포인트들에 대한 정책 및 QoS 요건들에 대한 정보를 저장한다. CPR은 NOC에 의해 업데이트될 수 있다.
이들 4개의 데이터베이스들은 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진에 의해 사용된 정보를 포함한다. 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 미래의 시간에 스페이스-기반 네트워크의 상태를 정확하게 시뮬레이션하고 예측하기 위해 궤도 역학 프로세스들, 우주선 자세 역학/제어 프로세스들, 및 링크 버짓/RF 시스템 프로세스들을 사용한다. 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 데이터베이스들에서 정책들, 규칙들 등에 기초하여 네트워크 동작들을 최적화하는 몇몇 최적화 프로세스들을 레버리징할 수 있다.
네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 스페이스 네트워크에서 다양한 요소들에 대한 일련의 여정들을 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 3개의 별개의 세트들의 여정들이 있을 수 있다. 하나는 우주선 여정일 수 있으며, 이것은 스페이스 네트워크에서 비행 소프트웨어에 의한 사용을 위해 의도될 수 있다. 또 다른 것은 코어 네트워크 여정일 수 있으며, 이것은 각각의 위성에서 강화된 MME 기능으로의 전달을 위해 의도될 수 있다. 마지막으로, RAN 여정이 있을 수 있으며, 이것은 위성 네트워크에서 기지국들에 의한 사용을 위해 의도될 것이다. 각각의 우주선이 EPC 및/또는 기지국들의 호스트이므로, 이들 여정들은 상태 스페이스(SS) 데이터베이스로 불리우는 공통 데이터베이스로 패키징될 수 있다. 이러한 데이터베이스는 우주선의 각각에 의한 사용을 위해 네트워크 전체에 걸쳐 분포될 수 있다.
도 11은 강화된 MME에 의해 사용될 부가적인 피처로서 구현될 수 있는 절차를 설명하는 흐름도를 예시한다. 강화된 MME는 네트워크의 미래 상태 스페이스를 예측하는 프로세스를 갖고 이동성을 관리할 수 있다. 이를 행하기 위해, 4개의 데이터베이스들, 즉 이력 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스(1102), 네트워크 모델 데이터베이스(1104), 군집 위치 레지스터(1106), 및 군집 정책 및 규칙 데이터베이스(1108)를 레버리징할 수 있다. 이들 MME는 TTCC&DH 시스템, 또는 NOC로부터 정보를 수신하며, 상기 정보를 이들 데이터베이스들에 저장할 수 있다. 이들 MME는 가능한 네트워크 연결 시나리오들(기지국들, ISL들, GSL들 등)을 분석하기 위해 궤도 기계학 및 자세 역학 및 링크 버짓 예측 소프트웨어를 사용하는 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진(1110)으로 이들 정보를 공급할 수 있다. 이러한 분석으로부터, 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 여정들, 즉 우주선 여정(1112), E-UTRAN 여정(1114), 및 EPC 여정(1116)를 생성할 것이다. 이들 여정들은 TTCC&DH 제어 평면, EPC 제어 평면, 및 E-UTRAN 제어 평면에서 어떻게 관리하고/동작할지(예컨대, 시간-기반 제어 평면 시그널링 명령들)에 대한 관련 정보를 포함할 수 있다. 이들 여정들은 미래에 몇몇 시간 양 동안 스페이스-기반 기반시설을 위한 네트워크 동작 정보를 포함할 때 강화된 MME를 지원하기 위해 구축되는 하나의 공통 상태 스페이스 데이터베이스(1118)로 조합될 수 있다.
B.1 이력적 네트워크 상태 스페이스(HNSS) 데이터베이스
도 12는 이력적 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스(1202)의 예시이다. 데이터베이스(1202)는 네트워크 위성들의 기록된 위치들(1204), 네트워크 위성들의 기록된 속도들(1206), 네트워크 위성들의 기록된 자세들/배향들(1208), 네트워크 위성들의 기록된 자세 레이트들(1210), 기록된 네트워크 상태 스페이스 데이터(1212), 및 기록된 네트워크 로그 파일들(1214)을 포함할 수 있다.
B.2 기지국들, UE들, 및 GS 위치들 및 속도들의 데이터베이스
도 13은 추적될 수 있는 네트워크에서의 다양한 플랫폼들 및 저장된 그것들의 상태 스페이스의 시나리오를 예시한다. 궤도형 기지국(1302)은 GSM, EDGE, CDMA, LTE 등과 같은 몇몇 3GPP 프로토콜을 이용하는 표준 UE(1330)로의 통신 링크를 폐쇄할 수 있는 통신 시스템(예컨대, 안테나 및 RF 프론트 엔드)을 이용하여 몇몇 궤도 고도(1324)에서 지구의 궤도를 돌 수 있다. 궤도 기지국은 인터넷 및 다른 MNO 제공자 네트워크들로의 액세스를 위해 지상 스테이션 IP 스위치(1328)를 통해 지상으로의 연결을 유지할 수 있다. 궤도형 기지국은 일련의 상태 스페이스 벡터들에 의해 가장 잘 설명되는 위치, 속도, 가속도, 및 배향(또는 자세)을 가질 수 있다: 위치()(1310), 도()(1312), 가속도()(1314), 및 배향()(1316). 이들 상태 스페이스 벡터들은 임의의 좌표 프레임에서 표현될 수 있다. 종종 위성 상태 벡터들은 지구의 몸체를 따라 회전하는, 지구 중심, 지구 고정(Earth centered, Earth fixed; ECEF), 또는 관성 스페이스 좌표 프레임들에서 고정된 채로 있는, 지구 중심 관성(ECI)에서 추적된다.
네트워크 컴퓨터 또는 궤도형 기지국은 식 1에서 도시된 바와 같이, 3-차원 좌표 프레임에서 위성 위치를 나타내기 위해, 아마도 크기 3x1의 벡터로서 표현된, 관성 스페이스에서의 궤도 오브젝트의 위치의 표현을 유지할 수 있다.
(식 1)
네트워크 컴퓨터 또는 궤도형 기지국은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유사한 방식으로 저장될 수 있는 궤도형 오브젝트의 속도 및 가속도의 표현을 유지할 수 있다.
(식 2)
(식 3)
다양한 구성요소들은 위치, 속도, 가속도 등의 표현들을 저장할 수 있다. 하나의 저장 방법은 3-차원 좌표 시스템에서 강체의 배향을 저장하는 것이다. 하나의 표현은 오일러(Euler) 각들을 사용하며, 여기에서 3개의 각들은 기준의 회전, 또는 고정된, 좌표 프레임에 표현된, 3개의 축들에 대해 도들로 회전들을 나타내는 3x1 벡터에 저장하였다. 하나의 표현은 회전하는 오브젝트의 몸체 프레임에서 z-축, 그 후 몸체 프레임의 y-축, 및 마지막으로 몸체 프레임의 x-축에 대한 축방향 회전들(종종 z-y'-x" 회전으로 나타내어짐)을 나타내는, 롤, 피치, 및 요를 사용한다. 또 다른 표현은 고정된 좌표 프레임 z-축에 대한, 그 후 x-축, 및 그 후 다 시 z-축에 대한(z-x-z) 축방향 회전들을 나타내는, 장동, 세차, 및 스핀을 사용한다. 또 다른 표현은 회전의 축 및 각도를 나타내는 4x1 벡터인, 사원수로서, 배향 정보, 또는 자세 정보를 저장한다. 오일러 각으로서 저장된 궤도형 오브젝트의 배향 벡터는 식 4에 도시된 형태를 취할 수 있다.
(식 4)
궤도형 오브젝트는 통상적으로 자세 결정 및 제어 시스템(ADCS)을 호스팅할 수 있으며, 이것은 3-차원 스페이스에서 그것의 배향을 결정하고 그 후 제어할 수 있다(우주선 강체에 토크를 제공하기 위해 작동기들을 사용하여). 이러한 시스템을 갖고, 자세 재-배향 조종들이 계획될 수 있으며 기지국의 각 속도()는 추적되며 심지어 미래로 예측될 수 있다.
궤도형 기지국은 지상에서 몇몇 커버리지 풋프린트(1326)의 범위 내에서 UE들로 커버리지를 제공할 수 있다. 이러한 커버리지 풋프린트는 충분한 RF 커버리지를 제공하기 위해, 단일, 또는 다수의 애퍼처들을 이용하는 다수의 스팟빔들, 위상 어레이들 등의 기술들을 포함할 수 있다.
궤도형 기지국 아래에, 관성 스페이스, 또는 아마도 지구 고정 좌표 프레임에서 몇몇 위치, 속도, 가속도, 및 배향을 또한 갖는, 드론들(1308), 풍선들(1306), 또는 타워들(1304) 상에서 동작하는 다른 기지국들이 있을 수 있다. 궤도 기지국과 유사하게, 그것들은 또한, 아마도 다수의 안테나들, 또는 어레이에 의해 생성된 커버리지 영역들을 포함한 커버리지 풋프린트들을 가질 것이다. 기지국들 외에, 또한 좌표 프레임에서 위치, 속도, 가속도, 및 배향을 가진 UE들(1330)이 또한 있을 수 있다.
알려진 각각의 기지국의 위치들 및 속도들을 갖고, 산출은 네트워크에서 서로에 대하여 각각의 기지국의 위치들 및 속도들을 정의하는 벡터에 대해 행해질 수 있다. 유사하게, 각각의 UE의 알려진 위치들 및 속도들은 궤도 기지국에 대한 UE들의 상대적인 위치 및 속도를 기술하는 벡터들에 대한 산출을 허용한다. 예를 들어, 궤도 eNB 및 UE 간의 관계를 기술한 벡터들은 상대 위치(1318), 상대 속도(1320), 및 상대 가속도(1322)일 수 있다.
현재 셀룰러 아키텍처들에서, 송신기 타워들의 GPS 위치들은 삼각측량을 통한 상대적 위치결정이 알려진 좌표 프레임들에 기초하여 특정 위치 결과를 생성할 수 있도록 종종 기록되고 저장된다. UE 위치들은 네트워크 레벨에서 추적되지만, 특정한 서빙 타워, 또는 송신기, 또는 기지국을 식별하는 ID들 및 네트워크 위치 코드들보다 더 정확하지는 않다. 때때로 추적은 단지 서빙 MME에 제한되며, 이것은 단지 상기 MME에 의한 제어 하에서 기지국들 중 임의의 것에 의해 커버된, 특정한 지리, 또는 영역만을 특정할 수 있다. 그 결과, 통상적인 지상파 네트워크는 RF 에어 인터페이스 및 제어 평면을 통해 UE 위치 및 속도에 대한 지식을 갖지 않는다. 몇몇 애플리케이션들은 GPS 위치를 로그하며 서버를 통해 백 엔드 추적을 가능하게 할 수 있다. 그러나, 이들 시나리오들에서, 사용자는 단지 그들이 디바이스 상에서 GPS 판독을 추적하고 있는 적절한 IP 서버로의 연결을 갖는 한 추적될 수 있다.
Speidel I에서 설명된 바와 같이, 제안된 궤도형 이동 네트워크는 이동성 관리를 위해 사용될 수 있는 이들 상태 벡터들의 데이터베이스를 저장하며, 유지하기에 충분히 정확하게 위치 및 속도를 측정하기 위해 RACH 상에서 UE로부터의 RF 신호들(예컨대, 핸드셋 GPS는 요구되지 않는다)에 기초하여 에어 인터페이스 측정을 구현할 수 있으며, 이것은 여기에서 더 상세하게 설명된다.
궤도형 기지국들을 사용하는 제안된 아키텍처는 항상 움직이며, 매우 빠르게 움직이는 네트워크 기반시설을 사용하여 네트워크 통신들 및 트래픽 라우팅을 관리하기 위한 요구의 도전을 제공한다. 그러나, 텔레메트리 측정과 조합된 궤도 기계학 및 충분한 모델링은 궤도 기지국들의 전체 무리에 대한 미래 상태 벡터들의 정확한 예측을 허용할 수 있다.
네트워크 요소 위치들 및 속도들의 데이터베이스는 또한 위성 네트워크를 서비스하는 많은 지상 스테이션들의 위치들 및 어드레스들을 포함할 수 있다. 데이터베이스는 심지어, 위성들이 추적되는 좌표 프레임에 안테나의 포인팅 방향을 관련시키는, 몇몇 좌표 프레임에서의 게이트웨이의 배향을 저장할 수 있다.
C. 네트워크 모델(NM) 데이터베이스의 설명
도 14는 네트워크 모델 데이터베이스(1402)를 예시한다. 데이터베이스는 지구에 대한 중렬 모델(1404), 지구의 대기 밀도에 대한 모델(1406), 지구의 자기장에 대한 모델(1408); 우주선 버스 시스템의 모델(1410), 추력기들, 자세 제어들 등과 같은 우주선 작동기들의 모델(1412), 각각의 우주선 상에서 네트워크에서의 각각의 안테나의 모델들, 대개 링크 버짓들에 대한 안테나 방사 패턴들(1414), 및 태양, 달, 행성들 등의 위치들을 포함한 태양계의 모델(1416)을 포함할 수 있다.
C.1 지구의 중력 모델
지구의 중력장 모델의 데이터베이스는 위성에서 지구의 중력으로부터의 힘들이 위성의 현재 및 미래 위치들에 기초할 수 있도록 이용될 수 있다. 지구의 중력 모델은 다양한 형태들을 취할 수 있다 - 몇몇은 계산의 정확도 및 시기적절성 사이에서의 트레이드오프를 제공한다. 예를 들어, 지구의 단순한 구형 중력 모델이 구현될 수 있고, 지구의 WGS-84 타원체 중력 모델이 구현될 수 있거나, 또는 지구의 구역 조화 중력장을 설명하는 계수들을 사용한 용어들의 n-차 요약이 구현될 수 있다(예컨대, J4를 통한 고조파가 충분히 정확할 수 있다). 다양한 옵션들은 가속도의 계산의 가변 충실도 및 시기 적절성을 제공한다. 많은 모델들은 ECEF 프레임에 대한 위성의 위치의 함수로서 가속도를 계산하기 위해 함수가 호출될 수 있도록 저장될 수 있다.
위성에서 중력 경도력들에서 기인한 토크는 위성에서 동작하는 중력의 힘 및 중력의 위성 중심에 대한 질량의 위성 중심의 위치를 기술한 벡터의 외적과 같을 수 있다. 중력은 위성의 중력의 중심을 통해 동작하며, 위성은 식 5에서처럼 질량의 중심 주위를 회전한다.
(식 5)
C.2 지구의 대기 모델
지구의 대기 모델은 또한 드래그로 인한 궤도 및 자세 섭동들의 계산을 지원하기 위해 저장될 수 있다. 구현된 대기 모델은 NRLMSISE-00, Jacchia, JB2008 등과 같은, 하나 또는 다수일 수 있다. 상태 스페이스 예측을 지원하기 위한 이들 모델들의 출력은 밀도 및 온도일 수 있으며, 이것은 위성들 상에서 대기 항력들을 이끄는 대기 특성들이다. 대기 밀도 외에, 위성의 탄도 계수가 대기 드래그 산출을 이끈다.
위성에서의 항력은 식 6에서처럼 궤도에서 위성의 위치, 궤도에서의 속도, 날짜/시간(모델에 의존하여), 사용될 대기 모델, 및 위성의 배향의 함수로서 계산될 수 있다.
(식 6)
위성에서의 대기 항력으로부터 기인한 토크는 위성에 작용하는 항력 및 위성 압력 중심에 대한 위성 질량 중심의 위치를 기술한 벡터의 외적과 같을 수 있다. 항력은 위성의 압력 중심을 통해 동작하며, 위성은 식 7에서처럼 질량의 중심 주위에서 회전한다.
(식 7)
C.3 지구의 자기장 모델
지구의 자기장이 또한 모델링될 수 있다. 이러한 모델은 자기학이 자세 결정 및 제어를 위해 우주선에서 사용될 때 유용할 수 있다. 이것은 지구의 자기장이 탑재된 자기 토커들을 사용하여 측정하며 및/또는 대고 미는 것이 용이한 절대 값인 LEO 궤도들에서 특히 유용하다. 자기장 모델은 지구의 중력 모델과 유사한, 다양한 형태들을 취할 수 있다. 모델은 위성의 위치 및 원하는 측정의 날짜 및 시간의 함수로서 위성의 위치에서 장의 계산을 허용하거나, 또는 그것을 찾을 수 있다. 자기장 모델의 예는 식 8에서처럼, 국제 지자기 기준 필드(IGRF), 세계 자기 모델(WMM), 또는 강화된 자기 모델(EMM2105) 등이다.
(식 8)
위성에서의 자기력들로부터 기인한 토크는 식 9에서처럼 상기 순간에 위성 주변의 자기장에 의한 우주선의 자기 쌍극자(자기 작동기들에 의해 의도적으로, 그러나 또한 위성에 탑재된 전자 장비에 의해 의도하지 않게 유도된)의 외적과 같을 수 있다.
(식 9)
C.4 우주선 버스 모델들
우주선 버스 모델들은 우주선 상에서 서브시스템들의 규격들에 대한 데이터를 포함할 수 있다. 우주선의 기술적 특성화 및 성능에 대해 저장될 수 있는 데이터의 양은 엄청나지만, 다음은 적용 가능한 실시예에서 유용할 수 있는 몇몇 데이터의 리스트를 설명한다. 우주선 버스 모델들은 텔레메트리가 동작들 동안 우주선으로부터 취해지므로 TTCC&DH 시스템에 의해 통지될 수 있다. 그러나, 수명의 출발점에서, 모델들은 예로서, 지상 테스트 후 초기 성능에 기초하여 수립될 수 있다.
데이터베이스에 우주선에 대한 구조/질량 정보가 있을 수 있다. 우주선 버스 모델은 우주선 건조 질량, 젖은 질량, 현재 질량, 및 관성 모멘트 매트릭스 등을 저장할 수 있다. 이것은 또한 우주선에서 이용 가능한 연료의 현재 질량을 포함할 수 있다. 이 데이터는 우주선에 대한 텔레메트리 판독들로부터 오며 시간에 걸쳐 업데이트될 수 있다. 관성 상태 매트릭스는 그것이 버스에 인가된 알려진 토크들로부터의 자세 레이트 결과들을 측정하므로 우주선에서 탑재 측정들에 의해 개선될 수 있다. 궤도 수정들이 이루어짐에 따라, 에러가 각도 회전 레이트들에서의 모델링된 변화에서 측정될 수 있으며, 이것은 교란 토크들, 및/또는 위성의 관성 상태 매트릭스에서의 변화들을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 질량 값들 외에, 우주선 관성 텐서들이 또한 저장될 수 있다. 이것은 우주선의 관성 모멘트를 기술한 3x3 어레이일 수 있다. 우주선 및 그것의 부속물들의 두께 및 구조적 크기에 대한 추가 구조적 정보가 있을 수 있다. 각각의 우주선의 파라솔리드(Parasolid) 모델은, 강화된 MME에서 전력 및 열 시뮬레이션들이 한정 요소 분석 시뮬레이션에서 파라솔리드를 레버리징한다면, 저장될 수 있다.
질량 정보와 관련하여, 위성의, 탄도 계수와 같은, 드래그 특성들이 또한 저장될 수 있다. 위성의 드래그 계수는, 위성 속도 벡터에 대하여, 그것의 공격의 강도, 또는 배향의 함수로서 달라질 수 있다. 드래그 계수의 데이터베이스는 로우들 및 컬럼들이 속도로부터의 각도 오프셋(고도 및 방위각)을 나타내는 매트릭스로서 저장될 수 있다. 위성의 태양 반사율은 - 이 경우에, 위성에 대한 태양의 위치에 대한 배향을 제외하고 - 또한 배향의 함수로서 달라질 수 있다. 탄도 계수는 식 10에서처럼 상태 스페이스 예측 함수로부터의 모델링된 궤적들에서 측정된 에러들에 기초하여 시간에 걸친 궤도에 대해 교정되고, 및/또는 개선될 수 있다.
(식 10)
유사한 방식으로, 데이터베이스는 또한 위성 압력 중심 및 중력 중심이 우주선의 배향의 함수로서 어떻게 달라지는지(지구 및 그것의 속도 벡터에 대하여)를 저장할 수 있다.
데이터베이스는 또한 우주선에 대한 열 정보를 저장할 수 있다. 이것은 각각의 측면의 흡수율 및 방사율 값들을 유지한 우주선의 각각의 측면에 대한 벡터만큼 단순할 수 있다. 우주선 전체에 걸쳐 열 전도성 경로들을 기술한, 다른 벡터들이 또한 있을 수 있다.
전력 시스템이 또한 모델링될 수 있으며, 여기에서 우주선으로부터 인출된 전력은 특정한 모드들에서 동작할 때, 또는 어떤 구성요소들이 전력 분배를 수신하는지에 대한 함수로서 수량화된다. 배터리가 또한 모델링될 수 있으며, 여기에서 충전 및 방전 레이트들 및 곡선들은 테스트로부터 기록된다(및 또한 궤도상에서 동작한 후 텔레메트리로부터 업데이트된다). 이러한 정보는 네트워크 상태 스페이스 예측기가 전력 소비 및 저장에 대하여 그것들의 제한들 밖에서 동작하도록 위성들에 명령하지 않음을 보장하기 위해 전력 시뮬레이션들에서 사용될 수 있다.
C.5 우주선 작동기 모델들
작동기 모델들을 저장한 데이터베이스는 추력기들의 성능, 자세 제어 작동기들 등을 수량화할 수 있다. 안테나들 및 태양열 어레이들과 같은 다른 시스템들의 배치를 위해 작동기들에 대해 저장된 데이터가 또한 있을 수 있다.
추진 시스템을 위해, 데이터베이스는 추력기들에 의해 제공된 작동 벡터들에 대한 기계적 정보를 포함할 수 있다. 이것은 우주선의 몸체 프레임에서의 벡터일 수 있다. 추진 시스템은 또한 가능하게는 동작 체제(예컨대, 압력, 온도, 전력 입력 등)의 함수로서 추력(thrust), Isp, 질량 흐름 레이트 등과 같은 성능을 가질 수 있다. 연료의 양은 비행 동안 모니터링되며 발사 시 성능으로부터, 추력, 전력 등에서 변경된 측정치에 기초하여 모델을 알리고/업데이트할 것이다.
자세 제어 시스템에 대해, 데이터베이스는 자세 제어 시스템의 기계적 레이아웃을 나타내는 일련의 벡터들일 수 있다. 반응 휠들에 대해, 이들 벡터들은 우주선의 몸체 프레임에서 휠들에 대한 법선 벡터들일 수 있다. 토크 코일들에 대해, 이것은 코일의 평면일 수 있다. 동작 체제(예컨대, 작동기에 인가된 전류 등)의 함수로서 인가될 수 있는 토크와 같은, 시스템에 대한 다른 정보가 저장될 수 있다.
C.6 네트워크 안테나 배향들의 데이터베이스
스페이스 네트워크를 위해 사용된 우주선은 기지국 및 지상에서의 UE들 간의 통신, ISL(ISL들)을 통한 기지국 및 궤도에서의 다른 기지국들(또는 아마도 궤도에서의 MME들) 간의 통신, 및/또는 궤도 기지국/MME들 및 부가적인 MME, P-GW, 또는 S-GW로서 작용하는 지상 게이트웨이 안테나들 간의 통신을 위해 일련의 안테나들을 호스팅할 수 있다. 우주선이 설계될 때, 이들 안테나들의 위치의 선택은 보통 알려지고, 문서화되며, 개개의 우주선 설계 특성들이 저장될 데이터베이스로 저장될 수 있다.
우주선 상에서의 안테나들은 다양한 유형들, 또는 하나의 단일 유형일 수 있다. 아날로그 안테나 기술들은 안테나의 기준방향(boresight)(통상적으로 배향의 방향)에 대한 배향/각도의 함수로서, 그것의 방향성 또는 이득을 기술한 RF의 방사 패턴을 생성하기 위해 특정한 방향으로 물리적으로 배향된 안테나를 허용한다. 이처럼 거동하는 안테나들은 포물형 접시들, 혼 안테나들, 나선형, 쿼드리파일러(quadrifilar), 또는 패치 안테나들일 수 있다. 디지털로 조향된 안테나 어레이들이 또한 사용될 수 있다. 디지털로 조향된 안테나, 또는 위상 어레이는 사용을 위해 특정한 대역폭에 걸쳐 특정한 이득 요건들을 수용하기 위해 간격을 허용하는 어레이로 배열된, 나선형, 패치, 쌍극자 등처럼, 다수의 아날로그 요소들을 포함할 수 있다. 위상 어레이는 기준방향을 정의한, 기계적으로 고정된 배향을 가질 수 있지만, 빔은 위상 어레이에서 각각의 요소를 통해 송신된 신호들의 위상을 오프셋함으로써 상기 기준방향 벡터 밖으로 디지털 조향될 수 있다. 다라서, 위상 어레이는 하나의 를 가질 수 있으며 다수의 빔들()을 가질 수 있다. 에 의해 설명된 벡터는 그러므로 연접식 위상 차의 함수일 수 있으며, 그것의 구현은 두 개의 각도들, 또는 위상 어레이에서 각각의 기계적 요소에서의 위상 오프셋들을 나타내는 위상 오프셋들의 벡터로서 저장될 수 있다.
우주선에 탑재된 안테나들의 성능 특성들은 비행 전에 지상에서 측정되고 교정될 수 있다. 및/또는 에 대한 주파수 및 배향 양쪽 모두의 함수로서, 안테나 이득, 방향성, VSWR 등을 기술한 데이터 세트는 각각의 우주선 기지국 및 그것의 송신 애퍼처들/요소들에 대해 모이고 저장될 수 있다.
특정한 실시예에서, 페이로드 안테나는 1GHz 이하 범위에서의 셀룰러 대역 상에서 UE들과 통신할 수 있다. 단일 안테나 및 RF 프론트 엔드 필터/LNA 뱅크는 600MHz 내지 960MHz 사이에서의 많은 셀룰러 대역들을 수용하도록 설계될 수 있다. 위성간 링크 안테나들 및 지상 스테이션 링크 안테나들은 S, X, Ku, Ka, V, 또는 W 대역과 같은, 상위 주파수를 이용할 수 있다. S, X, Ku, 및 Ka 대역과 호환 가능한 하드웨어, RF 구성요소들, 및 지상 스테이션들의 풍부한 확산은 이들 송신 링크들에 대한 설계 판단들을 이끌 수 있다.
도 15는 ISL 연결들, GSL 연결들, 또는 UE들로의 연결들을 생성하기 위해 사용을 위한 다양한 안테나 빔들을 호스팅할 수 있다. 기준의 우주선 몸체 프레임(1506)은 지구-중심, 지구-고정(ECEF) 좌표 프레임과 같은, 기준의 몇몇 다른 프레임(1504)에 대하여 배향될 수 있다. 다양한 통신 경로들을 지원하는 안테나들은, 특정한 배향에서, 예로서, (1508), (1516), 및 (1512)의 포인팅 벡터를 그것들에게 제공하는 우주선의 몸체에 대한 물리적 배향을 가질 수 있다. 많은 벡터들은 ECEF 좌표 프레임에서 몇몇 배향을 가질 수 있다. 각각의 안테나는 약간의 수의 빔들을 수용할 수 있을 것이며, 이것은 많은 것들이 또한, ECEF 좌표 프레임에서 몇몇 배향을 갖고, 그것들이 몇몇 벡터, (1510), (1518), 및 (1514)로 향해지도록 허용하는, 몇몇 위상 시프팅 네트워크에 기초하여 연계될 수 있다.
안테나 포인팅 벡터에 대한 빔 벡터의 관계는 우주선의 몸체 프레임에 대한 몇몇 축 및 각도에 대응하는 몇몇 회전 매트릭스로서 정의될 수 있다. 그것은 또한 빔형성을 허용하는, 안테나 뒤에서의 RF 네트워크의 몇몇 위상 시프팅에 대응할 것이다. 위상 시프팅 및 안테나 애퍼처 벡터로부터의 빔 오프셋 간의 관계는 몇몇 데이터베이스에 저장될 수 있다.
각각의 빔 및 안테나는 링크 버짓 기하학에 대한 배향의 함수로서(예컨대, 및/또는 )으로부터의 각도 오프셋을 갖고 이들 변수들을 기술한 3-차원 메시), 고유 방향성, 이득, VSWR 등을 가질 수 있다.
이러한 정보는 우주선 상에서 나는 안테나의 이득 방사 패턴으로서 데이터베이스에 수치적으로 저장될 수 있다. 이것은 로우들이 E 및 H 필드에서 각도 오프셋을 나타내는 로우들 및 컬럼들에서 dB의 매트릭스일 수 있다. 데이터베이스는 또한 우주선의 몸체 프레임에서 안테나의 위치 및 배향에 대한 정보를 포함할 수 있으며, 따라서 안테나의 배향은 임의의 자세를 고려하여 관성 스페이스에서 계산될 수 있다.
위상 어레이 안테나의 경우에, 방사 패턴은 로우들, 컬럼들, 및 레인들에서 dB 값들의 3-차원 매트릭스로서 저장될 수 있으며, 여기에서 로우들 및 컬럼들은 어레이에 의해 형성되는 빔의 방향에 대한 E 및 H 필드에서의 각도 오프셋을 나타내며 레인들은 기준방향으로부터의 특정한 각도들에서 빔-형성을 위한 주어진 위상-오프셋들에서의 방사 패턴을 나타낸다.
특정한 방향에서 - 예컨대, UE를 향해 - 빔에 의해 제공된 이득은 이전에 설명된 3-차원 매트릭스에 의해 모델링될 수 있으며, 따라서 함수는 위성 배향, 안테나 배향, 빔 배향, 및 식 11에서처럼 안테나에 대한 UE의 위치를 기술하는 벡터를 사용하여 호출될 수 있다.
(식 11)
C.7 행성들, 달, 및 태양의 위치들의 데이터베이스
부가적인 데이터베이스들은 위성의 궤도 역학을 반드시 구동하지는 않지만 상태 스페이스 예측들의 정확도를 위해 모델링되어야 하는 측정 가능한 궤적 편향들을 생성할 수 있는 궤도 섭동들의 계산을 지원하기 위해 저장될 수 있다. 이러한 유형의 데이터베이스의 예는 태양계(태양 및 지구의 달을 포함한)에서 행성 위치들의 맵일 수 있다. 태양 주위에서 그것들의 궤도들에서의 행성들의 위치들은 식 12에서처럼 원하는 날짜 및 시간에 기초하여 미래에 행성들의 위치들을 계산할 수 있는 단순한 다항식들을 갖고 모델링될 수 있다.
(식 12)
D. 군집 위치 레지스터(CLR)
군집 위치 레지스터는 새로운 기지국 송신기들의 커버리지 역학을 분석하기 위해 상태 스페이스 예측 엔진에 대해 요구된 정보 중 많은 것을 유지하는 데이터베이스이다. 데이터베이스는 네트워크에 대한 관심 있는 지구의 표면에 대한 위치들의 리스트로서 구현될 수 있다.
도 16은 군집 위치 레지스터(1602)를 예시한다. 데이터베이스는 지구 주위에서의 포인트들의 메시(1604), 스페이스-기반 기지국들의 위치들(1606), 지상파 기지국들의 위치들 및 커버리지 다각형들(1608), 스페이스 네트워크 기지국들에 대한 "정적(static)" 커버리지 다각형들의 위치들(1610), 스페이스 네트워크로부터의 동적 커버리지 다각형들의 위치들(1612), 및 UE들의 위치들(예컨대, GPS 좌표들)(1614)을 포함할 수 있다.
D.1 메시 포인트들의 데이터베이스
스페이스-기반 네트워크의 구성요소들이 포인트들의 메시로서 행해질 수 있는, 지구의 모델을 개발함에 따라, 그것들은 이를 데이터베이스에 저장할 수 있다. 이러한 포인트들의 메시는 아마도 한 번, 또는 반복적으로 랜덤하게 생성될 수 있다. 대안적으로, 이러한 메시는 지구 주위에서의 구조화된 그리드를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 지구 주위에 균일하게 이격된 백만 개의 포인트들의 메시는 약 500 sq. km. 그리드들(약 22km x 22 km squares).의 특정 지역과 관련된 충실도를 제공할 수 있다.
특정한 실시예에서, 메시는 인구 밀도에 기초하여 가중될 수 있으며, 여기에서 셀들은 더 작으며 더 빽빽하게 패킹된다. 메시는 또한 특정 지리적 위치에서 네트워크 성능 분석의 특정한 개선을 위해 만들어질 수 있으며, 따라서 메시는 특정한 지리들에서 밀집화된다.
또 다른 실시예에서, 많은 메시들이 만들어지며, 유형(예컨대, 단지 물, 단지 특정한 국가들, 단지 특정한 상태들 등)에 기초하여 필터링될 수 있다.
임의의 주어진 시간에 데이터베이스에서의 각각의 메시 포인트에 대해, 메시에서 상기 포인트에 대한 규칙들 또는 정책들의 리스트가 있을 수 있다. 메시에서 각각의 특정 포인트는 어떤 규칙들도 갖지 않거나, 또는 어떤 주파수들이 거기에서 사용될 수 있는지, 또는 얼마나 많은 신호 에너지가 주어진 주파수 상에서 및 특정한 대역폭에 걸쳐 메시에서의 상기 포인트 상에 방사될 수 있는지와 같은, 많은 규칙들을 가질 수 있다. 이들 규칙들의 각각은 다각형들에 의해 정의될 수 있으며, 메시에서의 각각의 포인트는 다수의 다각형들에 의해 커버되는 결과로서 다수의 규칙들을 가질 수 있다. 이러한 데이터는 군집 정책 및 규칙들(CPR) 데이터베이스로서 불리우는, 다른 정책들/동작 요건들, 또는 제약들을 갖고 별개의 데이터베이스에 저장될 수 있다.
D.2 기지국 다각형들의 데이터베이스
일 실시예에서, 중심 포인트들에 의해 설명되는, 지상파 셀들을 나타내는 다각형들, 및 지상파 기지국 셀 에지를 나타내는 포인트들의 데이터베이스가 있을 수 있다. 셀 ID, MCC, MNC, S-GW, P-GW, 및 아마도 커버리지의 프로토콜(예컨대, GSM, LTE), 주파수, 안테나 이득, 다각형에서/상에서의 각각의 포인트에서 셀 및 이웃 셀들로부터의 RSSI 등과 같은, 커버리지 정보와 같은, 다각형에 대한 부가적인 정보가 또한 저장될 수 있다.
스페이스 네트워크에 대한 타겟 커버리지 셀들을 나타내는 부가적인 다각형들이 이 데이터베이스에 저장될 수 있다(예컨대, 어떤 다른 타워들도 거기에 스펙트럼을 배치하지 않으므로 네트워크 제공자가 동의한 특정 지리적 영역들이 상기 영역에 배치될 수 있다). 이들 커버리지 셀들은 지구의 표면상에서 정적일 수 있으며 궤도 기지국들 상에서의 안테나들의 세트가 상기 주파수에서 커버할 수 있는 크기(예컨대, 궤도 높이, 이득, 및 빔 폭)에 대응하는 직경일 수 있다. 이들 다각형들은 특정 위도, 경도, 고도 좌표들을 가진 중심 및 에지 포인트들, 뿐만 아니라 일련의 부가적인 데이터 포인트들을 갖고 저장될 수 있다. 어떤 주파수들이 상기 위치에서의 스페이스 네트워크, 상기 위치에 대한 대역폭 요건들(예컨대, MCS, 대역폭, 데이터 레이트 등), 근사적인 가입자 밀도, 스페이스 네트워크로부터의 최소 RSSI, 스페이스 네트워크로부터의 최대 RSSI, 이웃 셀들, 이웃 셀 RSSI, MCC, MNC, LAC 등에 의한 사용을 위해 허가될 수 있는지는 이들 데이터 포인트들의 각각을 위한 것이다. 특정 다각형들은, 공통 커버리지 요건들(예컨대, 주파수들 등)을 갖는 지리적 영역들일 수 있는, 커버리지 영역들을 나타내기 위해 데이터베이스에 생성될 수 있다. 각각의 다각형은 그것이 메시에서의 어떤 포인트들을 커버하는지, 또는 포함하는지를 정의하기 위해 중심 포인트 및 에지 포인트들에 의해 설명될 수 있다. 중심 포인트에 대해 저장된 데이터는 다각형의 에지에서의 포인트들에 대해 저장된 데이터와 상이할 수 있다(예컨대, 중심에서의 RSSI는 에지에서의 RSSI와 상이할 수 있다).
도 17은 포인트들의 메시 데이터베이스가 어떻게 구현될 수 있는지를 예시한다. 메시에서의 포인트들일 수 있는, 일련의 포인트들이 도시된다. 각각의 포인트는 ECEF 좌표 프레임에서 위치 벡터를 나타내는 3개의 값들을 가진 벡터로서 저장될 수 있다. 빔 조향 능력을 가진 궤도에서의 몇몇 위성들(1722)이 있을 수 있으며 빔 조향 능력이 없는 다른 위성들(1724)이 있을 수 있다. 빔 조향 어레이들은 지상에서 정적 다각형 기지국 셀(1710)을 가리킬 수 있으며, 이것은 다각형의 안쪽(1712) 및 에지(1708) 상에 있는 메시의 일련의 포인트들로서 설명될 수 있다. 빔 조향이 없는 어레이들은 이동하는 지구상에서 스팟빔을 이용할 수 있다. 이것들은 동적 다각형 기지국 셀들로서 데이터베이스에서 설명될 수 있다. 유사하게, 정적 셀들에 대해, 동적 셀(1714)의 안쪽에 있는 메시의 포인트들 및 셀(1716)의 에지 상에 있는 몇몇이 있을 수 있다. 지상파 기지국 다각형들은 저장될 수 있으며(1706) 그것들은 또한 그것들의 안쪽에(1704) 및 에지(1702) 상에 메시 포인트들을 가질 수 있다. UE 위치들은 또한 몇몇 실시예들(1720)에서, 메시에 포함될 수 있다. 메시는 행성의 전체 표면을 커버할 수 있으며, 몇몇 메시 포인트들(1718)이 기존의 다각형들의 밖에 있는(지상파 또는 그 외) 것이 가능하다.
D.3 다각형 위치들 및 속도들의 데이터베이스
궤도형 이동 네트워크는 약간 중요한 지구의 표면상에서, 특정 다각형들, 또는 서비스 영역들에 대한 정보를 포함하는 데이터베이스를 이용할 수 있다. 예로서, 지구의 표면상에서 정적 다각형은 궤도형 위성 네트워크에 의해 사용될 특정한 주파수에 대한 허가 영역을 나타낼 수 있다. 대안적으로, 궤도형 송신기로부터 상기 지리를 의미 있게 제공하기 위해 특정한 레벨의 서비스(예컨대, 데이터 레이트들, 평방 km당 데이터 레이트들 등)를 요구하는 특정 서비스 영역을 정의하는 다각형들이 있을 수 있다. 데이터베이스에서의 몇몇 다각형들은 이동하고 있을 수 있으며, 그러므로 위치 및 속도는 시간에 따라 변한다. 이것은 예로서, 또 다른 위성 커버리지 풋프린트일 수 있다.
D.4 정적 셀 커버리지 구역들
위성에 대한 커버리지 영역들은 지구의 표면상에서 특정 위도 경도 다각형들로서 미리 정의될 수 있다. 이들 다각형들은 위성으로부터의 이용 가능한 스펙트럼 및 원하는 커버리지 영역의 인구 밀도에 기초하여 몇몇 요건에 기초하여 크거나 또는 작을 수 있다. 다각형들은, 이상적으로, 빔들이 지상에서 정의된 다각형들에 잘 맞을 수 있도록 궤도에 있는 동안 다양한 고도들에서 애퍼처의 몇몇 알려진 방사 패턴에 기초하여 성형될 것이다. 다각형들은 중첩하거나 또는 중첩하지 않을 수 있으며, 충분히 인접한 셀 간섭 완화 제어를 갖고, 지구 표면상에서의 신호 에너지 방사에서의 적은 비트의 에러가, 약 dB 또는 2로, 어떤 네트워크 이슈들도 제공하지 않아야 한다. 대안적으로, 애퍼처는 안테나의 법선 벡터에 대하여 기준방향을 벗어난 몇몇 각도로 연계된 스팟빔들을 가능하게 할 위상-어레이를 이용할 수 있다. 이들 다각형들은 또한 규제적 요건들, 라디오 송신 허가 경계들, 서비스 영역 요건들, 및/또는 위성 군집 설계에 의해 이끌어질 수 있다. 다각형들은 몇몇 특성화(예컨대, 몇몇 피크 신호 및 그 후 셀 에지로 떨어진)의 개개의 스팟빔, 또는 국가에 대한 국가 경계들, 또는 전체 행성의 큰 영역들/구획들만큼 작을 수 있으며, 여기에서 스페이스 네트워크로부터의 신호 요건들은 일정하며(광범위하며) 최소이다(낮은 신호 에너지).
정적 셀 커버리지 구역들은 각각 위치 중심, 위치 형태(예컨대, 몇몇 반경의 원, 몇몇 길이의 직사각형, 또는 폭 등), 및/또는 측지 위도, 경도, 및 고도와 같은 몇몇 좌표 시스템에서 다각형의 경계를 기술한 벡터들과 같은 몇몇 양의 정보를 가진 데이터베이스에서 다각형으로서 정의될 수 있다. 다각형 정보는 또한 상기 셀에서 서비스들을 위한 규격들을 갖고 저장될 수 있다. 이것은 셀에 대한 타겟 커버리지 통계들 및 위성이 어떻게 오버패스 동안 거동할 수 있는지(고도 관점, 또는 Tx 전력 관점 및 빔형성 관점으로부터)를 알리기 위해 피크 전력, 최소 전력, 또는 몇몇 다른 신호 에너지 또는 서비스 품질 특성을 포함할 수 있다. 네트워크에 대해 미리 정의된 정적 셀들을 갖고, 그것들은 위성 네트워크에서, 또는 지상 네트워크에서 데이터베이스에 저장될 수 있으며, 이것은 위성 네트워크에 의해 액세스될 수 있다. 개개의 정적 셀 커버리지 구역들은 커버리지를 위해 네트워크에서 특정 위성들을 할당받을 수 있다. 정적 커버리지 구역을 커버하는 위성은 타임라인에 저장될 수 있으며, 여기에서 특정한 위성 수는 그것이 정적 셀에 커버리지를 제공할 때 주어진 시간 스탬프에 대해 저장된다. 주어진 정적 셀은 동시에 두 개의 위성들에 의한 커버리지를 제공받을 수 있을 것이다. 소프트웨어는 지상 네트워크상에서 또는 스페이스 네트워크에서, 그것이 커버리지를 제공할 수 있는 오버패스 동안 정적 셀룰러 구역을 송신하고 커버할 위성을 계산하기 위해 실행되어, 가능한 경합을 해결할 수 있다. 이러한 소프트웨어는 각각의 위성에 대한 행성에서 각각의 다각형의 각각의 중심에서 예측된 링크 버짓 조건들을 사용할 수 있다. 그때에 셀과 최상의 링크 버짓을 갖는 어떤 위성이든 상기 셀에 대한 커버리지를 유지할 수 있다. 소프트웨어는 또한 전력 사용에 기초하여 어떤 위성이 커버리지를 제공하는지에 대한 데이터를 제공할 수 있다 - 아마도 특정한 배터리 용량이 각각의 위성을 위해 요구되며 더 많은 배터리 용량을 가진 것이 우위를 잡을 수 있다.
커버리지 구역들이 특정한 중심 포인트를 갖고 특정한 형태로 데이터베이스에서 정의되므로, 이것은 커버리지를 최적화하는 방법을 알리기 위해 링크의 위성 단부 상에서 사용될 수 있다. 각각의 커버리지 구역은 정의된 레벨의 서비스(예컨대, 위성에 의한 서비스를 위해 상기 셀에서 어떤 신호 레벨이 최소로 요구되는지)를 가질 수 있다. 정의된 서비스 레벨 및 다각형에 의해 정의된 커버리지 영역 때문에, 네트워크에서 각각의 위성은 그것에 커버리지를 제공하기 위해 구비되지 않을 수 있으며, 그것을 무시하여, 커버리지를 제공하도록 의도되는(및 커버리지를 제공하도록 설계되는) 다른 영역들로 커버리지를 제공할 것이다. 그것에 커버리지를 제공할 수 있는 위성들은 데이터베이스에서 문서화될 수 있으며, 아마도 심지어 구성(예컨대, 커버리지를 위해 요구된 빔들의 수)이 최소의 원하는 커버리지 요건들을 제공하기 위해 상기 위성에 의해 요구된다. 구체적으로, 스팟빔들이 중심에 있기 위해 요구하는 정확한 위치들은 데이터베이스에서 특정될 수 있다(예컨대, 다각형 Y를 커버하기 위해, 제 1 스팟빔은 특정한 좌표들로 향해질 수 있으며 제 2 스팟빔은 다른 좌표들로 향해질 수 있다).
자세 결정 시스템이 지상에서의 특정한 위치에서 슬루잉하고 안테나를 가리키기 위해 사용되었다면, 셀 커버리지에 대한 회전 각은 위성 풋프린트 또는 커버리지 영역에 대한 커버리지의 영역의 신장을 생성할 것이다. 지구상에서 정의된 커버리지 다각형에 의존하여, 커버리지는 이러한 신장을 허용하며, 따라서 아마도 지구의 표면 상에서, 타원의 형태를 취할 수 있다.
D.5 동적 셀 커버리지 구역들
빔형성 능력들이 없는 위성들은 지구의 표면상에서 정적 다각형을 향해 빔을 쉽게 가리킬 수 없을 것이다. 대신에, 우주선의 몸체 프레임에 대하여 동일한 방향으로 항상 배향되는 빔을 갖고 애퍼처로부터 송신할 수 있다. 위성이 안테나 최하점을 가리키도록 제어되는 시나리오에서, 이것은 스위핑 모션에서 지구의 표면 위를 가로지르는 스팟빔을 야기할 것이다. 그러므로, 시간에 걸쳐, 위성 송신기에 의해 커버되는 다각형의 위치는 지구를 기술한 메시에 대하여 동적이며, 다각형의 에지 및 중심은 상이한 시간 포인트에서, 데이터베이스에서의 상이한 메시 위치일 수 있다.
동적 셀들이 지구에 대하여 이동하므로, 동적 다각형은 가변 정책 요건들 등을 가진 지구의 표면상에서 메시 포인트들 위를 이동할 것이다. 예로서, 대서양의 중간과 태평양의 중간 사이에서의 모든 영역을 정의하는 메시의 큰 구획이 있을 수 있으며 이들 다각형들에서의 메시 포인트는 스펙트럼의 하나의 은에 대한 동일한 정책 요건들을 가질 수 있고, 동적 셀들은 그것들이 지구의 큰 구획들에 걸쳐 스위핑할 때 사용할 수 있다. 다시 말해서, 네트워크 스펙트럼 할당은 지구에 걸쳐 스위핑하는 동적 셀들을 수용하기 위해 넓은 구획들에 걸쳐 더 관대한 규칙들을 갖고 분배되며, 더 많은 스펙트럼을, 더 엄격하게 정적 다각형들에 할당할 수 있다. 정적 다각형이 제공될 수 없다면, 그것을 포함한 메시는 특정한 시간에 그것을 스위핑하게 되는 동적 셀을 사용하여 여전히 제공될 수 있다.
궤도형 기지국은 그것이 위성 커버리지 영역에 의해 정의된 링크 버짓을 위해 선택된 안테나에 의해 충분히 수용될 수 있는 몇몇 범위 내에서의 임의의 LTE 대역에서 송신할 수 있도록 소프트웨어 정의된 라디오 능력을 가진 우주선으로서 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 궤도형 기지국은 지상파 기지국의 기능적 등가물인 것으로 UE에 의해 처리될 수 있다.
커버리지 셀이 지구에 걸쳐 스위핑하고 있을 때, 전파 데이터를 포함한 데이터베이스는 위성으로부터의 셀룰러 커버리지가 주어진 위치에서 이용 가능할 수 있을 때를 예측하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 스페이스 네트워크와 협력하여 스펙트럼 사용을 조정하기 위해 필요한 지상에서의 네트워크 이웃 셀들의 위치는 정적 셀 커버리지 구역들과 유사하게 데이터베이스에 저장될 수 있다.
타워의 위치들을 갖고, 상기 타워의 셀 상에서 입사된 신호 에너지가 계산될 수 있다. 특정 시간은, 타워들이 UE들과의 통신들을 위해 동일한 스펙트럼 채널을 공유한다면, 지상파 셀과 위성 간의 타워 신호들이 충돌하고 간섭을 생성할 수 있을 때를 결정하기 위해 계산될 수 있다. 이때, 네트워크들은 그때 위를 날게 되는 스페이스 네트워크 오버헤드에서의 위성에 의해 사용되는 특정 주파수 대역들, 채널들 등의 제어를 자동으로 해제하도록 프로그램될 수 있다. 그렇게 할 때, 스펙트럼은 일시적으로 공유되며 최적화된 커버리지 조건 상태를 고려해볼 때 더 효과적으로 사용될 수 있다. 따라서, 주어진 채널에 대한 제어 또는 우선순위는 궤도 기지국이 어디에 있는지에 기초하여 시간에 걸쳐 변할 수 있다.
몇몇 다각형들은 어떤 것들이 우선순위들인지와 같은 서비스 표시자들을 가진 데이터베이스에 부가될 수 있으며, 이것들은 통신들이 이들 지리적 영역들에 의해 가장 요구될 때 비상들을 갖고, 동적으로 부가될 수 있다. 따라서, 네트워크는 다가오는 비상에 대해 미리 준비할 수 있다. 우선순위가 미래에 존재한다면, 네트워크는 증가된 네트워크 사용을 야기할 가능성이 있는 날씨 또는 다른 비상들에 의해 어려움에 처한/영향을 받은 다각형들에 더 많은 스펙트럼 사용을 할당하기 위해 전력을 보존할 수 있을 것이다. 몇몇 실시예들에서, 다각형들은 엄격하게 다각형이 아니며 몇몇 곡선 경계들을 가질 수 있지만, 일반적으로 몇몇 한정된 영역을 가진 폐쇄형 형태들로서 처리될 수 있다.
도 18은 동적 및 정적 다각형 기법이 어떻게 보일 수 있는지를 예시한다. 위성들은 몇몇 지상 트랙(1820)을 가진 궤도들(1802)에서 동작한다. 빔형성 안테나가 없는 안테나(S1)는 도 18에서 몇몇 초기 시간(t0)(1804)으로, 및 나중 시간(t1)(1806)으로 도시된다. S1은 초기 시간(t0)에서 동적 다각형(1822)에 걸친 커버리지를 제공할 수 있다. 궤도에서 이동한 후, S1은 시간(t1)에서 지구상에서의 커버리지를 계속해서 제공하여 동적 다각형(1812)에 걸친 커버리지를 제공할 수 있다.
빔형성 안테나를 가진 또 다른 안테나(S2)가 도면에서 초기 시간(t0)(1808)에, 및 나중 시간(t1)(1810)에 도시된다. S2는 초기 시간(t0)에 정적 다각형(1816)에 걸친 커버리지를 제공할 수 있고, 궤도에서 이동한 후, S2는 시간(t1)에서 지구상에서의 커버리지를 계속해서 제공하여, 동일한 정적 다각형(1816)에 걸친 커버리지를 제공할 수 있다. 도시된 바와 같이, 빔형성 위성은 다수의 정적 다각형들로 커버리지를 제공할 수 있다.
다른 정적 다각형들(1818)은 데이터베이스에 존재하며 가끔 커버리지를 얻지 않을 수 있다. 이것은 강화된 MME에서 상태 스페이스 예측기 엔진의 결과들 및 타이밍에 의존할 수 있다. 가시성을 유지하기 위해, 지구의 표면에 걸쳐 도시될 수 있는 미세한 메시는 이 도면에서 도시되지 않는다. 각각의 다각형은 몇몇 메시 포인트들을 커버할 수 있으며, 몇몇 특정 메시 포인트들은 그려진 다각형들의 중심들 및 에지들이다. 다른 다각형들(1814)이 있을 수 있으며, 이것은 또한 정적이지만, 기존의 지상파 기지국들로부터의 커버리지 다각형들이다.
E. 군집 정책 및 규칙들(CPR) 데이터베이스
상기 언급된 바와 같이, CPR은 위치들에 걸쳐 스페이스-기반 셀룰러 네트워크 송신기들을 동작시키기 위한 규칙들, 규제들, 정책들 등을 서술한 데이터의 세트, 또는 이들 규칙들이 매핑되는 다각형들을 포함할 수 있다. 네트워크에 대한 관심있는 위치들을 기술한 메시에 대한 규칙들은 사실상 규제적이며(예컨대, 주파수들, 전력 레벨들 등) 서비스 품질(예컨대, 데이터 레이트들, 기술 요건들 등)일 수 있다.
부가적으로, CPR은 궤도에서 각각의 개개의 우주선을 동작시키기 위해 어떤 궤도, 자세, 열, 및 전력 제약들이 있는지에 대한 정보의 데이터베이스를 유지할 수 있다.
도 19는 군집 정책 데이터베이스(1902) 및 그것의 콘텐트들을 예시한다. 데이터베이스는 우주선 자세 및 궤도 제어 시스템들에 대한 동작 비행 규칙들의 데이터베이스(1904), 우주선 열 요건들/제약들에 대한 동작 비행 규칙들의 데이터베이스(1906), 우주선 전력/배터리 요건들/제약들에 대한 동작 비행 규칙들의 데이터베이스(1908), 네트워크에서 위치/다각형/메시 포인트들에 대한 규제적 규칙들의 데이터베이스(1910), 네트워크에서 위치/다각형/메시 포인트들에 대한 서비스 품질 규칙들의 데이터베이스(1912), 및 궤도로부터 취해진 스펙트럼 분석/추론 데이터의 데이터베이스(1914)를 포함할 수 있다.
E.1 자세 및 궤도 제어 비행 규칙들의 데이터베이스
자세 및 궤도 제어 비행 규칙들은 여기에서 설명될, 다양한 형태들로 데이터베이스에 저장될 수 있다.
힘 모델들 및 우주선 특성들을 사용하는 예측 엔진을 지원하기 위해, 추력들 또는 델타-V들의 여정으로서, 계획된 미래 추력기 조종들을 저장하는 데이터베이스가 있을 수 있다. 이들 계획된 조종들은 각각의 벡터 요소가 시간에서의 추력 상태를 나타내는 벡터들로서 저장될 수 있다. 벡터는 심지어, 추력기의 가능한 작동기를 위해 어떤 제어 레벨들이 사용될 것인지를 나타내는, 전압 또는 전류 값들일 수 있다. 미래를 위한 추력들 및 델타-V 계산들은 위성이 특정 궤도, 또는 궤도에서의 제어 박스 내에서 계속해서 동작하기 위해 요구된 위성 궤적들 및 정정들에 기초하여 예측될 수 있다. 이러한 제어 박스는 동적이며, 예로서, 네트워크 제어 NOC에 의한 명령에 기초하여 변할 수 있다. 이것은 NOC 명령 당 정확한 궤도 위치를 달성하기 위해 델타-V 조정들의 재산출을 야기할 수 있다. 그때, 비행 조종들을 위한 데이터베이스가 업데이트될 것이다.
델타-V 조종들과 유사하게, 우주선 자세 제어 시스템을 이용하기 위한 CONOP 요건이 있을 수 있다. 우주선은 데이터베이스에, 실행될 필요가 있는 토크 벡터를 기술한 벡터, 또는 미래에 위성의 궤적에 걸쳐 관성 스페이스에서 동조할 포인팅 벡터를 저장할 수 있다. 예는 그것의 몸체의 특정한 면을 지구를 향해, 또 다른 것은 그것의 앞에 있는 위성을 향해, 및 또 다른 것을 이들 두 개의 벡터들에 수직인 방향으로 가리키고자 한다는 것일 수 있다. 델타-V 요건들이 미래에 예측될 수 있는 것과 동일한 방식으로, 자세 제어 법칙들이 또한 할 수 있다. 이것은 강체 역학 시뮬레이션들을 사용하여 행해질 수 있으며, 이것들은 텔레메트리가 우주선 자세 및 제어 시스템들에 대해 보고되므로 결과들을 정정하기 위해 반복적으로 행해질 수 있다.
자세 역학 시뮬레이션(attitude dynamics simulation)들은 통상적으로 궤도 기계학보다 긴 시간 스케일들에 대해 시뮬레이션하는 것이 훨씬 더 어려우며, 그 결과, 그것은 상태 스페이스 예측기를 병목시킬 수 있다. 기술들은 자격이 주어진 "자세 모드"에 기초하여 자세를 단순하게 가정하기 위해(예컨대, 최하점 가리킴, 정점 가리킴 등) 구현될 수 있다. 이러한 방식으로, 미래 자세는 산출(또는 수치 적분 기술들)을 요구하지 않고 추론될 수 있으며 궤도 기계학 시뮬레이션들로부터의 우주선의 상태 스페이스 위치들(예컨대, 위치, 속도, 궤도 각 운동량 벡터 등)은 우주선 몸체에 대한 포인팅 벡터들을 추론하기 위해 사용될 수 있다.
E.2 열 요건들의 데이터베이스
열 요건들의 데이터베이스는 각각의 우주선에서 각각의 구성요소에 대한 열 동작 임계치들의 리스트로서 간단히 유지될 수 있다. 각각의 우주선의 기계적/도전성 속성들을 기술한 데이터의 세트에 기초하여(우주선 버스 데이터베이스에서), 궤도 기계학 시뮬레이션, 자세 시뮬레이션, 및 동작 체제(예컨대, 어떤 구성요소들이 궤도에서의 각각의 포인트에서 파워 온되는지), 스페이스-기반 네트워크의 구성요소가 시간에 걸쳐 우주선의 열 속성들을 시뮬레이션하며 궤도상에서 어떤 것도 과열되지 않음을(또는 너무 차가워지지 않음을) 보장할 수 있다.
이 데이터베이스에 저장되며 상기 상태 스페이스 예측 엔진에 알리기 위해 사용될 수 있는 부가적인 열 관리 요건들이 있을 수 있다.
E.3 전력 관리 요건들의 데이터베이스
열 요건들과 유사하게, 전력 관리 요건들은 특정한 배터리 용량 임계치들에 대한 임계치들의 리스트로서 그 자체를 나타낼 수 있다. 아마도, 전력 시스템들을 궤도 상에서 건강하게 유지하기 위해, 이들 임계치들은 그것의 배터리가 특정한 용량에서 동작 중일 때 어떤 동작 모드들이 우주선을 위해 수용 가능한지를 나타내는 특정한 모드들(아마도 각각에 대해 다수의 모드들)에 할당될 수 있다.
이 데이터베이스에 저장되며 상기 상태 스페이스 예측 엔진에 알리기 위해 사용될 수 있는 부가적인 전력 관리 요건들이 있을 수 있다.
E.4 메시/다각형들을 위한 규제적 규칙들의 데이터베이스
이전에 설명된 바와 같이, 관심 있는, 영역들에 대한 커버리지 통계들, 또는 위치들을 결정하기 위해 지구의 표면상에서 가상 위치들 및 지리들을 정의하는, 메시, 또는 다각형들의 데이터베이스가 있을 수 있다.
이들 다각형들 및 위치들은 무론 지구 주위에 존재하며 상이한 규제적 요건들을 가질 수 있다. 예로서, 특정한 다각형들은 단지 특정한 대역들을 사용하여 제공될 수 있을 것이다. 이것은 리소스 블록들, ARFCN들 등의 리스트로서 저장될 수 있으며, 이것은 스페이스 네트워크에 할당될 수 있다(및 아마도 지상파 네트워크를 위해 어떤 스펙트럼이 또한 할당되는지가 또한 저장된다). 주파수 요건들 외에, 송신 전력 요건들이 있을 수 있다. 메시에서의 각각의 포인트는 스페이스 네트워크가 그것의 서비스를 제공하기 위해 사용하는 것이 허용되는 리소스 블록들, 뿐만 아니라 스페이스 네트워크가 서비스를 제공하기 위해 허용되지 않는 리소스 블록들 양쪽 모두에 대한 송신 전력 요건들(예컨대, RSSI, 전력 속 밀도, 전력 스펙트럼 밀도 등)을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 우주선이 하나의 다각형에 대해 할당된 리소스 블록 상에서의 위치를 통해 송신할 때, 인접한 다각형들(및 대응하는 메시 위치들)은 다른 다각형들로의 송신들이 인접한 다각형들/메시에 대한 규제적 요건들을 위반하지 않는다는 것을 보장하기 위해 평가될 수 있다.
송신 전력 및 주파수 요건들 외에, 또한 특정한 다각형들에 대한 다른 우선순위 요건들이 있을 수 있다. 예로서, 데이터베이스에 저장된 몇몇 다각형들은 기존의 지상파 기지국 다각형들일 수 있다. 재난, 또는 예측된 재난(예컨대, 허리케인의 경우에)의 경우에, 쓰러지거나, 또는 쓰러질 것으로 예상되는 타워들과 연관된 다각형들은 스페이스 네트워크로 하여금, 그것이 요구 시간들 동안 이들 다각형들의 커버리지를 지원할 필요가 있음을 미리, 또는 실시간으로 알도록 허용하는 표시자를 제공받을 수 있다. 이들 커버리지 영역들은 위성 빔들에 대하여 작을 가능성이 있을 것이므로, 그것들은 더 큰 다각형으로 종합될 수 있으며, 따라서 그것들이 모두 쓰러질 때, 위성은 그것들의 총 커버리지 영역들 모두를 정의하는 다각형을 커버한다. 규제적 데이터베이스는 이들 시간들에서 우선순위, 뿐만 아니라, 위성이 상기 셀의 커버리지 동안 얼마나 많은 스펙트럼을 사용할 필요가 있는지를 제공받아야 하는 특정 제 1 응답기 IMSI들을 포함할 수 있다.
재난과 같은 필요 시간 동안, 전력 및 열 제한들/제약 요건들은 그것들이 요구의 영역에 커버리지를 제공할 필요가 있는 짧은 시간 동안 위성의 동작들을 늘이는 것을 허용하기 위해 업데이트되거나, 또는 느슨해질 수 있다.
이 데이터베이스에 저장되며 상기 상태 스페이스 예측 엔진에 알리기 위해 사용될 수 있는 부가적인 규제적 규칙들/요건들이 있을 수 있다.
E.5 메시/다각형들을 위한 QoS 규칙들의 데이터베이스
각각의 메시/다각형에 대한 규제적 요건들과 유사하게, QoS 요건들이 또한 있을 수 있다. 이들 요건들은 시각에 의해 달라질 수 있는, 특정한 지리에서의 시장 수요, 특정한 다각형에서의 인구 밀도 등에 의해 이끌어질 수 있다. 그 결과, 각각의 메시/다각형은 인구, 또는 가입자, 지구의 특정한 영역들에서의 밀도를 나타내는 데이터와 같은 "인구 조사(census)"를 포함할 수 있다. 국가, 및 아마도 상기 국가에 대한 가격 데이터에 기초하여, 각각의 다각형에 대한 수익 밀도가 또한 계산될 수 있다.
서비스 품질 요건들은 배치를 위해 요구된 대역폭의 양, 요구된 순 스루풋(아마도 업링크 및 다운링크 상에서의), 셀에서의 요구된 최소 MCS, 지상 PDN 또는 APN으로의 요구된 대기시간, 어떤 유형의 라디오 액세스 기술이 셀(예컨대, GSM, LTE 등)을 제공하기 위해 사용될 수 있는지, 및 다수인 경우, 어느 것이 선호되는지를 포함할 수 있다.
상업적인 관점으로부터, 각각의 다각형은 또한 우선권 등급을 가질 수 있다. 이것은 빔 조향 위성들이, 예를 들어, 하나보다 많은 다각형에 커버리지를 충분히 제공할 수 있지만, 단지 하나에 커버리지를 제공할 수 있으며 어떤 하나의 다각형을 선택할 수 있을 때 충돌들을 조화시키기 위해 상태 스페이스 예측 엔진에서 사용될 수 있다. 이것은 위성 군집이 부분적으로 채워지며 간헐적인 커버리지를 제공할 때의 경우에 발생할 수 있다. 우선권 등급에 대한 타이(tie)의 경우에, 상기 오버패스 상에서 서비스를 얻은 다각형을 선택하기 위해(어떤 다각형이 최상의 서비스를 얻든), 네트워크에서 내부 타이 브레이커에 의해 타이가 깨질 수 있다. 이 데이터베이스는 마지막 24시간, 48시간, 72시간 등에서 다각형이 수신한 커버리지의 양을 나타내는 값을 포함할 수 있다. 그것은 또한 마지막 오버패스 이래 시간을 나타내는 값을 가질 수 있으며, 이것은 네트워크 커버리지를 결정할 때 타이 브레이커들을 평가하기 위한 정보의 유용한 부분일 수 있다. 수익 밀도와 같은, 상업적 구동기들은 커버리지를 결정하기 위해 알고리즘에서 사용될 수 있다.
이 데이터베이스에 저장되며 상기 상태 스페이스 예측 엔진에 알리기 위해 사용될 수 있는 부가적인 QoS 요건들이 있을 수 있다.
E.6 스펙트럼 분석/간섭 데이터의 데이터베이스
기지국 스택에 대한 강화들은 스펙트럼 분석 함수를 이용할 수 있으며, 그것의 구현은 여기에서의 다른 곳에서 더 상세하게 설명될 수 있다. 이러한 스펙트럼 분석 함수의 출력은 강화된 기지국 스택으로부터 수집된 원래 데이터로부터의 신호 분석 프로세싱 결과들의 메트릭스 또는 벡터들일 수 있다. 스펙트럼 분석기는 궤도에 있는 동안 특정한 RF 대역들을 경청하며 수신기로부터의 원래 I 및 Q 데이터를 기록할 수 있다. 고속 푸리에 변환들(FFT들), 및 다른 디지털 신호 프로세싱 기술들을 사용하여, 네트워크는 어떤 리소스 블록들, ARFCN들 등이 궤도에서 위치의 함수로서 더 간섭 경향이 있을 수 있는지를 결정할 수 있다. 이러한 정보는 미래에 기지국들을 위해 예측되는 링크 버짓들에서의 간섭 마진 요건들을 예측하는데 유용할 수 있다.
간섭 데이터베이스는 본 개시의 실시예마다 복잡도가 달라질 수 있다. 몇몇 경우들에서, 정적인, 가끔 업데이트된 간섭 레벨은 서비스 중인 위성의 궤도에서의 위치에 기초하여 각각의 메시 또는 다각형에 대해 저장될 수 있다. 더 복잡한 실시예에서, 간섭 정보는 양쪽 스페이스, 주파수, 및 시간의 함수로서 저장될 수 있다(예컨대, 따라서 링크 버짓 성능에서의 변화들, 및 간섭은 하루, 및 가능하게는 주 동안에 걸쳐 예측될 수 있다). 간섭 환경은 예상된 잡음 플로어를 초과한 dB들의 값으로서 저장될 수 있다.
이 데이터베이스에 저장되며 상기 상태 스페이스 예측 엔진에 알리기 위해 사용될 수 있는 부가적인 RF 신호 지능, 프로세싱 등의 데이터가 있을 수 있다.
F. 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진
네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 이동성 관리 엔티티(MME) 강화의 부분이다. 그것은 미래에 위성들의 궤도 역학 시뮬레이션들을 계산하기 위해 일련의 단계들을 수행한다. 이들 시뮬레이션들은, 그것들이 비행 전체에 걸쳐 비교적 일관적인 우주선의 위치, 속도, 및 질량(예컨대, 탄도 계수)에 대해 매우 심하게 예측되기 때문에, 신뢰 가능한 부분이다. 궤도 역학이 해결된 후, 이것은 자세 역학 및 제어 시뮬레이션으로 보완될 수 있다. 각각의 위성에 대한 자세 유지를 위한 몇몇 미리 정의된 세트의 제약들에 기초하여, 시간에 걸친 배향이 계산될 수 있다.
트랜시버/안테나 동작들에 대한 위치, 속도, 배향, 및 몇몇 가정에 기초하여, 네트워크에서의 가설적 링크들 간의 링크 버짓이 링크 버짓 예측기를 통해 계산될 수 있다. 링크 버짓 예측기 결과들에 기초하여, 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 가장 최적의 네트워크 상태 스페이스를 예측할 수 있다. 이것은 피드백이 제공될 수 있도록 각각의 위성에 대한 CPR 데이터베이스에서의 제약들, 또는 전력 및 열 요건들에 대한 확인을 수반할 수 있으며, 선택이 동작 온도 또는 전력 제한들을 초과하는 위성을 사용하기 위해 이루어진다면, 분석이 다시 실행된다. 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진의 출력은 네트워크 상태 스페이스 예측 표이며, 이것은 위성, 지상 스페이션들, 및 UE들 사이에서 구현될 수 있는 선택된 무선 인터페이스들의 매트릭스에 의해 표현될 수 있다(예컨대, 어떤 기지국들이 활성인지, 어떤 ISL들이 활성인지 및 어떤 GSL이 활성인지).
도 20은 일 실시예에서 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진(2002)의 구성요소들을 예시한다. 먼저 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 네트워크에서 위성들의 모션들(및 상대적 모션들)을 정확하게 예측하기 위해 상기 설명된 데이터베이스들로부터의 정보를 사용할 수 있는 궤도 전파기 함수(2004)를 구현할 수 있다. 다음으로, 자세 전파기 함수(2006)가 실행될 수 있으며, 이것은 또한 시간에 걸쳐 군집에서의 각각의 위성의, 자세, 및 자세 레이트들을 계산하기 위해 상기 설명된 지원 데이터베이스들로부터의 정보를 사용할 수 있다. 이러한 함수는 계산 집약적일 수 있으며, 몇몇 실시예들에서 "가정된" 자세 CONOP를 갖고 단순화될 수 있다(예로서 궤도 전파기로부터의 결과들에 기초하여). 이것은 감소된 계산 세기를 허용하며 모델 정확도를 유지할 것이다.
스페이스 네트워크에 대한 궤도들 및 자세들을 전파한 후, 네트워크 링크 버짓 예측기 함수(2008)가 구현될 수 있다. 이러한 함수는 모든 시점에서 네트워크에 이용 가능할 수 있는 가능한 ISL, GSL, 및 기지국 송신 링크들의 분석을 생성하기 위해 궤도 및 자세 시뮬레이션의 결과들을 취할 수 있다. 링크 버짓 예측기의 결과들은 네트워크에서(기지국들, ISL들, 및 GSL들에 대한) 어떤 링크들이 생성되어야 하는지를 선택하는, 알고리즘, 또는 알고리즘들을 레버리징할 수 있는 네트워크 상태 스페이스 예측기 함수(2010)로 전달될 수 있다. 이들 알고리즘들은 상기 설명된 데이터베이스들에서, 메시, 다각형들, 위성들 등에 대해 저장된 규칙들, 정책들, 제약들 등에 대해 저장된 데이터를 레버리징할 수 있다. 이들 프로세스들의 결과는 어떤 링크들이 만들어질 것이며 어떤 링크들이 만들어지지 않을 것인지에 대한 판단들을 조직하기 위해 사용될 수 있는 네트워크 상태 스페이스 예측 매트릭스(2012)를 위해 제공한다. 이러한 상태 스페이스 예측 매트릭스는 네트워크 동작들을 알리기 위해 사용된 여정들의 상태 스페이스 예측 데이터베이스를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
F.1 궤도 전파기: 위치 및 속도를 전파하는 것
각각의 우주선이 그 자신의 위치 및 속도를 알기 위해 구비되므로, 그것은 내부 컴퓨터들에 대한 이러한 정보를 사용하며 및/또는 추적 및 이력적 로깅을 위해 이를 지상 네트워크로 보고하거나, 또는 또한 지상에서의 컴퓨터들 상에서 사용할 수 있다.
주어진 시점에서 우주선의 위치, 속도, 및 배향을 고려해볼 때, 이것은 미래에 우주선의 위치를 정확하게 예측하기 위해 사용될 수 있다. 궤도 기계학은 궤도에서 우주선의 모션을 통제하며, 초기 조건, 위치 및 속도를 고려해볼 때, 가속이 계산될 수 있으며, 수치 적분 기술들은 몇몇 시간 스팬에 걸쳐 미래에 위치 및 속도를 전파하는 것을 허용할 수 있다. 네트워크의 더 정확한 상태 스페이스 예측을 생성하기 위해, 이전 설명된 데이터베이스들이 사용될 수 있다.
스페이스에서 궤도형 오브젝트의 가속은 그것의 질량을 나눈, 그것에 작용하는 힘들의 합으로서 정의될 수 있다. 식 13은 특정한 시간에 특정한 위치 및 속도로 궤도 오브젝트의 가속을 정확하게 설명활 수 있다.
(식 13)
중력 모델들, 대기 모델들, 행성 모델들, 및 우주선 드래그 특성들에 대한 정보를 저장한 데이터베이스들을 갖고, 식 13은 시간에 걸친 우주선의 계산된 위치 및 속도를 얻기 위해, 룬게 쿠타(Runge Kutta), 또는 사교(symplectic) 적분기들과 같은 기술들을 사용하여 수치적으로 적분될 수 있다. 상태 스페이스 예측기의 이러한 요소는 이용된 모델들의 충실도에 의존하여, 시간, 날, 또는 주에 걸쳐 우주선의 위치 및 속도를 상당한 레벨의 정확도로 정확하게 예측할 수 있다.
우주선이 추력을 제공할 때, 상기 추력의 결과로서 또한 부여된 토크가 있을 수 있으며, 이것은 자세 전파기에서 모델링하는데 귀중할 수 있다. 주어진 추력에 대해, 우주선에 부여된 토크는 추력의 힘 및 추력 벡터가 우주선 상에서 미는 포인트에 대한 우주선 질량 중심의 위치(예컨대, 추력 노즐 자체의 위치)를 나타낸 벡터 간의 외적일 수 있다. 이것은 식 14에서 설명된다.
(식 14)
연료가 추력기로부터 사용되므로, 이것은 및 항들을 변경할 수 있다.
F.2 자세 전파기: 시간에 걸친 우주선 자세의 전파
배향, 또는 각도 위치, 및 각도 레이트들이 우주선에 의해 측정되며 미래에 우주선의 배향에 대한 상태 벡터들을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 우주선 관성 상태 벡터 및 그것이 연료의 사용으로 시간에 걸쳐 어떻게 변할 수 있는지 등, 뿐만 아니라 제어 법칙들에 기초하여 계획된 토크 조정들, 또는 요구된 포인팅 벡터들에 대한 지식을 갖고, 우주선의 미래 배향이 예측될 수 있다.
강체 역학을 통제하는 법칙들은 식 15에서 도시된 바와 같이 모델링될 수 있다.
(식 15)
식 15에서 토크 법칙 항에 대한 원하는 벡터를 계산하는 것이 더 적절할 수 있다. 회전의 우주선 각도 레이트(), 및 회전의 각도 레이트의 레이트에 대한 원하는 상태가 있을 수 있다. 알려진 모든 다른 항들, 및 원하는 ()을 갖고, 식은 을 풀기 위해 재배열될 수 있다.
일 실시예에서, 자세 역학은 그것들이 그것의 궤도 및 지구에 대하여 특정한 방향으로 우주선 몸체 프레임을 배향하는 것으로 추정된다면 더 빠르게 모델링될 수 있다. 예를 들어, 위성들은 최하점 아래를 향해 가리켜진 하나의 몸체 축, 또는 몇몇 알려진 각도 오프셋 최하점, 배향된 또 다른 몸체 축을 갖고, 그것의 속도의 방향으로(예컨대, 잠재적인 이웃 위성과의 평면에서) 비행하는 것으로 가정될 수 있다. 제 3 축은, 관성 스페이스에서 직교 몸체 축 프레임을 생성하기 위해, 첫 두 개에 수직일 것이다.
F.3 링크 버짓 예측기: 우주선 및 지상 위치들 간의 링크 버짓
관성 스페이스에서 궤도 기지국의 위치, 속도, 및 배향에 기초하여, 상기 기지국 및 관성 스페이스에서(예컨대, 지상에서, 또는 궤도에서)의 임의의 위치 간의 링크 버짓(업링크 및 다운링크)이 계산될 수 있다. 더욱이, 링크 버짓은 또한 위성들 간의 잠재적인 링크들 및 지상 스테이션들 및 위성들 간의 링크들에 대해 계산될 수 있다.
일 실시예에서, 링크 버짓 예측기는 동일한 포맷을 사용하여 모든 링크들에 대한 링크 버짓 계산을 구현할 수 있다. 예로서, 식 16 및 식 17은 기지국 및 UE 사이에서의 연결을 기술한 링크 버짓들을 설명한다.
(식 16)
(식 17)
식 16 및 식 17에서, EIRP는 신호의 안테나 이득 및 송신 전력의 데시벨 표현을 나타낸다. 기지국의 경우에, 이것은 링크에서 사용되는 주파수 및 상기 특정한 기지국 스페이스 플랫폼에 대한 송신 전력의 함수일 수 있다. UE에 대해, 이것은 또한 사실일 수 있지만, 일 실시예에서, 그것은 또한 특정한 프로토콜을 위한, 특정한 디바이스에 대한 가정된 상수로서 충분히 정확하게 모델링될 수 있다(GSM은 200kHz 대역폭당 2W까지 MS 업링크 전력을 제한하며 LTE는 180kHz 대역폭당 200mW까지 UE 업링크 전력을 제한한다). 식 16 및 식 17에서, G는 링크의 끝에서 수신 안테나의 이득이다. 이것은 주파수의 함수이거나, 또는 또한 일정할 수 있다.
남아있는 항들은 링크에서 손실들, 잡음, 및 간섭이다. 포인팅 손실(Lpath)은 수신기 및 송신기 사이에서의 거리 및 주파수의 함수이다.
Lpnt 항들은 UE 및 기지국 간의 링크 버짓 포인팅 오프셋들로 인한 포인팅 손실들이다. 포인팅 손실들(예컨대, 빔 패턴들)은 주파수에 매우 의존적이며 신호를 수신하거나 또는 송신하는 안테나의 방향으로부터의 오프셋의 함수로서 이득에서의 감소를 나타낼 수 있다. 이러한 오프셋은 기지국 및 UE의 위치들( 및 ), 뿐만 아니라 관심 있는 좌표 프레임에 대한, 그것들의 배향들( 및 )에 기초하여 계산될 수 있다. 기지국 측에서의 포인팅 손실은 또한 빔 방향()의 함수일 수 있으며, 이것은 우주선 CONOP에 기초하여 추정될 수 있다.
대기 손실(Latm), 및 신틸레이션 손실(Lscint)은 주파수 및 링크 버짓 기하학(예컨대, 대기를 통한 전파의 길이 및 어떤 각도에서)에 매우 의존적이다. 그것들은 그러므로 (, 및 f)를 사용하여 산출될 수 있으며, 특정한, 종종, 상위, 주파수 신호들에 대한 훨씬 더 중요한 효과를 가질 수 있다. ISL에 대해, 고도들은 어떤 신호도 대기 감쇠 매체를 통해 전파되지 않거나, 또는 매우 적은 신호가 전파되어, 적은 대기 및 신틸레이션 손실을 야기하거나 또는 야기하지 않도록 충분히 높을 수 있다.
식 16 및 식 17에서의 나머지 항들은 열 잡음 플로어, 수신기의 잡음 지수, 및 링크에서의 간섭이다. 열 잡음 플로어는 수신 안테나가 "보는" 것의 온도 및 링크의 대역폭에 기초하여 추정될 수 있다. 일 실시예에서, 이 값은 290 내지 300K 사이에서의 어딘가에서 일정한 것으로 추정될 수 있다. 수신기의 잡음 지수는 주파수에 따라 달라질 수 있거나, 또는 상수로서 표현될 수 있다. UE 디바이스들에 대한 통상적인 규격들은 최악의 경우 7dB 잡음 지수를 요구한다. 1GHz 이하 대역들에서 적절하게 설계된 위성 수신기는 2dB의 잡음 지수를 가질 수 있다. 링크에서의 간섭은 링크 주파수 및 수신기 위치 및 배향의 함수일 수 있다. 이 값은 업링크 산출에서 더 중요할 수 있으며 강화된 기지국에 의해 제공된 스펙트럼 분석 데이터에 의해 통지될 수 있다. 다운링크 상에서, 간섭은 필드에서의 측정치들, 또는 알려진 지상파 eNB들(위성 및 지상파 커버리지 셀들이 중첩할 때의 경우들에 대해)로부터의 신호들에 대한 데이터베이스에서의 값들에 의해 통지되거나 또는 통지되지 않을 수 있다. 어느 경우든, 간섭은 상수로서 모델링될 수 있거나, 또는 전혀 모델링되지 않을 수 있다. 이러한 식에서의 간섭은 간섭이 링크에 부가하는 열 잡음 플로어를 초과한 데시벨들의 수를 나타내는, 몇몇 수의 데시벨들일 것이다.
식 16 및 식 17은 주어진 링크에 대한 SNR을 산출하기 위해 사용될 수 있다. 부가적인 링크 버짓 파라미터들이 또한 산출될 수 있다. LTE 및 GSM 프로토콜들에 대한 비트 레이트들은 프로토콜 변조 및 코딩 체계 표들에 기초하여 특정되며, 따라서 그에 부응하여 EbN0 및 비트 예측 비트 에러 레이트가 또한 산출될 수 있다. 도플러 시프트 및 전파 지연과 같은, 부가적인 물리 계층 품질들이 예측되며 PHY 계층 제어를 알리기 위해 레버리징될 수 있다.
미래에 스페이스 기반시설의 위치, 속도, 및 배향을 예측하기 위한 능력을 갖고, 궤도에서 및 지상에서의 특정 노드들 간의 가능한 미래 링크 버짓들이 계산될 수 있다. 이것은 동작 제약들(예컨대, 링크들에 대한 최대 거리), 규칙들(예컨대, 최대 도플러 시프트) 등의 세트에 기초하여 전체 네트워크의 동작들을 정확하게 예측하고 최적화하기 위한 기회를 제공한다.
도 21은 가능한 기지국 링크들(2122), GSL(2116), 및 ISL(2104)에 대한 링크 버짓 기하학을 예시한다. 기지국(2122) 링크들은 기지국 위성들(2114) 및 UE들(2138)에 기초하여 평가된다. 위성 기지국 안테나 기준 방향(2120)은 기준 방향을 벗어난 몇몇 각도(2124)만큼 안테나 빔 방향(2118)과 상이할 수 있다. 링크 기하학은 포인팅 오프셋(2112)을 생성할 수 있으며, 이것은 대응 포인트 또는 관심 UE에 대한 안테나 이득 및 EIRP를 산출하기 위해 사용될 수 있다. UE는 또한 그것의 배향에 기초하여 빔 방향(2128)을 가질 수 있다. 기지국 링크는 지상에서 메시에 걸쳐 평가될 수 있어서, 산출 가능한 스팟빔(2130)에 대한 윤곽, 뿐만 아니라 상기 빔(2134)의 바깥쪽에 있는 다른 메시 포인트들을 야기한다. 몇몇 지상파 타워들(2132)은 빔 에너지 안에 있을 수 있으며 간섭은 지상파 기지국 다각형을 기술한 메시(2136)에서 평가될 수 있다.
위성-간 링크들(2104)은 두 개의 기지국 위성들(2114 및 2108) 사이에서 평가될 수 있다. ISL 안테나들(2106 및 2102)의 빔 방향들을 사용하여(또한 기지국 어레이들처럼 기준 방향을 벗어나 조향할 수 있지만, 그것은 여기에서 단순함을 위해 도시되지 않는다), GSL(2116)은 상기 링크 상에서의 통신을 위한 안테나 빔들의 배향을 기술한 벡터들(2126 및 2110)을 갖고 기지국 위성(2108) 및 지상 스테이션(2140) 사이에서 평가될 수 있다.
도 21에 도시되지 않지만, 링크들에서의 손실들이 본 개시에서 이전에 설명된 바와 같이 기하학에 기초하여 주파수, 경로 손실, 포인팅 오프셋, 분극 오프셋들, 라인 손실들, 몸체 손실들 등에 기초하여 산출될 수 있다.
F.
4 링크
버짓
예측기 및 네트워크 상태 스페이스 예측기 절차들
링크 버짓 엔진은 RAN(예컨대, 기지국) 커버리지 배치들 및 코어 네트워크 터널링 연결들 양쪽 모두를 예측하기 위해 사용된다. 이를 행하기 위해, 링크 버짓 엔진은 관심 있는 각각의 다각형에서의 다양한 포인트들, 뿐만 아니라 전체로서 지구의 메시에서의 각각의 포인트에서, 다양한 가능한 우성 빔들에 대한 가능한(온당한 범위 내에서) 링크 버짓들을 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 전체 매시, 또는 다수의 메시들은 관심 있는 다각형일 수 있다(예컨대, 링크 버짓들은 저장된 포인트들에 걸쳐 산출된다). 더욱이, ISL들에 대한 빔들 및 GS 링크 빔들은 유사한 절차를 겪을 수 있다. 이러한 분석의 결과들은 몬테 카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션의 유형인 것으로 고려될 수 있는 링크 버짓 시나리오들의 세트를 생성한다. 몬테 카를로 시뮬레이션은 시나리오들의 세트를 생성하며, 이것은 상호 배타적이며(예컨대, 각각의 빔은 단지 동시에 하나의 다각형만을 제공할 수 있다) 소프트웨어에 의해 평가될 수 있다.
F.5 빔형성 위성들 및 정적 다각형들을 위한 네트워크 상태 스페이스 예측
링크 버짓 예측기 및 상태 스페이스 예측기는 네트워크 구성요소에 의해 수행된 몇몇 실시예들에서 반복적인 단계들에서 연속으로 구현될 수 있다. 설명된 실시예에서, 절차는 빔형성 위성들에 의해 정적 커버리지 영역들의 기지국 커버리지를 위한 시나리오들을 평가하는 반복의 제 1 스테이지를 가질 수 있다. 링크 버짓들은 각각의 빔에 대해, 궤도/자세 시뮬레이션에서 각각의 시간 스텝에서, 빔 송신기의 거리 내에서의 각각의 다각형에 대해 산출될 수 있다. 각각의 빔에 대한 가정된 빔 방향은 평가되고 있는 정적 다각형들에 최적화된 커버리지를 제공하기 위해 이루어질 수 있다. 이러한 절차는 급속하게 계산될 수 있도록 벡터화될 수 있다. 일단 기지국 링크 버짓들이 빔형성 위성들에 대해, 다양한 시간 스텝들에서, 범위에서의 정적 다각형들에 대해 계산되었다면, 위성 세트에서의 각각의 빔이 커버리지를 제공할 수 있는 특정 다각형들이 각각의 시점에서 선택된다.
도 22는 개시된 실시예에서 설명된 반복의 제 1 상태에 의해 구현될 수 있는 절차를 예시한다. 절차는 소프트웨어로서 구현될 수 있고; 절차 흐름은 상기 콘텍스트에서 설명된다. 절차는 for 루프 및 계산 반복들을 포함하지만, 소프트웨어는 예를 들어, 하드웨어 배치들 상에서 계산들을 빠르게 행하기 위해 벡터화 방식으로 지시들을 실행하는 프로그램으로 컴파일링될 수 있다.
단계 1(2202)은 기지국 및 빔형성 안테나 기술들을 가진 네트워크에서의 위성들에 대한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 2(2204)는 반복되는 위성 상에서 이용 가능한 빔들에 대한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 3(2206)은 CLR에서 정적 다각형들에 대한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 4(2208)는 위성들의 궤도 및 자세 역학의 시뮬레이션을 통해 움직이기 위한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 5(2210)는 선택된 시간에서의 선택된 빔 및 선택된 정적 다각형이 합당한 링크 버짓을 허용하는 서로로부터의 거리 내에 있음을 보장하기 위한 소프트웨어에서의 확인일 수 있다. 이러한 거리 임계치는 동적으로 설정될 수 있으며, 과도한 계산을 피하기 위해 사용될 수 있다. 거리 확인이 충족되지 않는다면, 소프트웨어는 루프를 빠져나가며 다른 시간 스텝으로 갈 수 있다.
단계 6(2212)은 상기 시간 스텝에서 정적 다각형을 수용하기 위한 빔에 대한 빔 방향을 결정하는 것일 수 있다. 이것은 그것이 어떻게 빔을 향할 수 있는지에 대한 명령들을 통지하기 위한, 관성 스페이스에서, 또는 우주선의 몸체 프레임에서의 벡터일 수 있다.
단계 7(2214)은 서비스되는 정적 다각형에 이용 가능한 리소스 블록들을 통해 움직이기 위해 for 루프를 개시할 수 있다.
단계 8(2216)은 상기 시간 스텝에서 위성의 거리 임계치 내에 있는 CLR 데이터베이스에서 전체 메시에 걸쳐 신호 전력을 결정하기 위해 업링크 및 다운링크 방향으로 링크 버짓을 계산할 수 있다(예컨대, 빔 방향을 추정한 후, 다각형이 아닌, 전체 매시에 걸친 링크 버짓을 계산한다). 링크 버짓은 SINR, SNR, EBN0, 도플러 시프트, 대기시간/지연 등을 포함한, 다양한 변수들을 산출할 수 있다. 이들 변수들 중 많은 것이 기지국의 성능뿐만 아니라 간섭받지 않아야 하는 메시의 영역들에서의 잠재적인 간섭을 평가하는데 사용될 수 있다. 링크 버짓을 계산하기 위해, 몇몇 가정들이 위성 송신 전력들에 대해 이루어질 필요가 있을 수 있다. 각각의 위성은 디폴트 송신 전력을 가질 수 있다.
단계 9(2218)는 링크 버짓의 결과들을 취하며 정책 데이터베이스에서의 규칙들에 대해, 그것들을 확인하거나, 또는 분석할 수 있다. 분석이 특정한 정책이 위반되었음을 시사한다면, 송신 기법은, 다운링크 채널들 상에서 더 낮은 EIRP에서의 링크 버짓을 재평가함으로써, 정정될 수 있다. 이것은 풋프린트 병행을 감소시키며 이전 링크 송신 기법으로부터의 가능한 규제적 침해들을 해결할 수 있다. 규제 규칙들이 충족될 수 없다면, 루프는 빠져나가질 수 있으며 다음 리소스 블록이 반복된다.
단계 10(2220)은 규제적 요건들을 통과한 링크 버짓 결과들 및 다각형에 대한 서비스 품질 요건들에 대한 확인을 취할 수 있다.
단계 11(2222), QoS 요건이 충족되면, 송신은 저장된다. 그것들이 충족되지 않으며 QoS 요건들이 확실하지 않다면(예컨대, 임의의 커버리지가 없는 것보다 나은 경우들에서), 그것들은 어떻든 또한 저장될 수 있다. QoS 요건들이 엄격한 시나리오들에서, 링크 버짓들은 그것들이 원하는 데이터 레이트들, MCS 등(SNR, SINR, EBN0 등의 함수들인)을 제공할 수 없다면 폐기될 수 있다.
단계들 12 내지 16(2224, 2226, 2228, 2230, 및 2232)은 각각의 위성, 빔, 다각형, 및 시간 스텝을 통한 루프들을 닫는다.
단계 17(2234)은 정적 다각형 커버리지 최적화기를 실행한다. 정적 다각형 커버리지 최적화기는 정적 다각형들 및 빔형성 기지국들에 대한 상태 스페이스 예측기이며 빔형성 위성들로부터의 어떤 빔들이 어떤 정적 다각형들로 커버리지를 제공할 수 있는지를 결정하기 위해, 단계 1 내지 단계 16의 결과들을 사용하는 소프트웨어 함수일 수 있다. 이러한 소프트웨어 함수는 각각의 시간 스텝을 통해 증분적으로 움직이며 각각의 시간 스텝에서 임의의 정적 다각형에 이용 가능한 빔들의 수가 1보다 큰지를 확인할 수 있다. 그렇다면, 그것은 몇몇 최적의 조건을 만족하는 다각형을 커버할 수 있는 빔들 중 하나를 선택할 수 있다(예컨대, 각각의 셀은 이제부터 가장 긴 커버리지를 제공하며 그것이 할 수 없을 때까지 커버리지를 제공하기 위해 위성을 사용한다). 주어진 시간 스텝 동안 다각형을 위한 어떤 빔들도 없다면, 그것은 커버리지를 수신하지 않는다. 다른 것들에 대해 특정한 다각형들을 우선화하는 정책 고려사항들이 있을 수 있으며 그것은 상기 다각형에 대한 트래픽 추정치들에 기초하여 시간적으로 변동될 수 있거나, 또는 아마도 다각형은 지상파 타워가 지상에서 무너졌으며 그것이 돌아오려고 하는 동안 그것의 서비스를 백업하기 위해 위성을 필요로 하기 때문에 스페이스 네트워크에 의한 서비스를 위해 최근에 부가되었다. 시간을 통해 움직이는 것은, 어떤 위성이 어떤 다각형에 커버리지를 제공할 수 있는지를 식별하며, 약간의 수의 백업 위성들을 나타낸다(위성들이 현재와 미래 사이에서 실패한 경우에). 이것은 또한 핸드오버 위성들에 대한 이해를 가능하게 할 수 있으며, 이것은 궁극적으로 다른 위성이 충분한 서비스를 제공하기 위한 그것의 ㄴ으력을 넘어 설정될 때 정적 다각형을 서비스하는 것을 계속할 수 있다. 몇몇 경우들에서, 정적 다각형들 및 빔들은 특정한 시간 스텝들 동안 서로에 할당되지 않을 수 있다. 이들 시간 스텝들은 링크 버짓 예측기 및 상태 스페이스 예측기 사이에서 절차의 다음 반복을 위해 주지될 수 있다.
F.6 남아있는
빔형성
위성들 및 남아있는 정적 다각형들,
뿐만 아니라
비-
빔형성
위성들 및 남아있는 메시/동적 다각형들을 위한 네트워크 상태 스페이스 예측
반복의 제 2 스테이지에서, 네트워크 상태 스페이스 예측기는 남아있는 정적 커버리지 영역들(이전에 설명된 반복에서 특정한 시간들에서 서비스를 할당하지 않은 어떤 정적 커버리지 영역들에 대하여), 및 동적 커버리지 영역들의 남아있는 기지국 커버리지에 대한 시나리오들을 평가할 수 있다. 빔형성하지만 이전에 할당되지 않은 위성 빔들, 뿐만 아니라 비-빔형성인 위성 빔들이 이러한 반복에서 커버리지를 위해 평가된다. 제 2 반복은 그것이 시간을 통해 위성 빔들을 통해 반복한다는 점에서 제 1과 유사하다. 이 경우에, 그러나, 빔들은 알려진 정적 다각형들에 의해 유도되지 않는다(각각의 시간 스텝에서 빔형성 위성들에 의해 커버될 수 있는 정적 다각형들은 이전 반복에서 감안된다). 그 결과, 빔은 포인팅의 몇몇 방향을 갖는 것으로 가정된다. 이것은 위성 자세에 의해, 또는 남아있는 빔형성 빔의 경우에 원격 영역들에서의 인구 밀도와 같은, 몇몇 다른 드라이버에 의해 이끌어질 수 있다.
가정된 빔 방향이 이루어진 후, 링크 버짓은, 링크 구성(이 경우에, 가능하다면 빔 방향)에 대해 반복하며 그 후 링크 버짓을 저장하거나, 또는 저장하지 않기 전에 정책 요건들 및 QoS 요건들에 대한 유사한 확인들을 갖고, 계산될 수 있다. 반복 루프들의 끝에서, 송신할 수 있는 남아있는 빔들은 각각의 시간 스텝에 대해 결정된다. 빔들이 특정한 시간들에 송신하도록 결정된 후, 이용된 스펙트럼의 화합이 있을 필요가 있다. 함수는 어떤 주파수 대역들, 또는 동일한 주파수 대역 내에서의 리소스 블록들이 각각의 기지국에 할당되는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 일단 이것이 수립되면, 어떤 MIB들, SIB들, TAC들 등을 기지국 제어로서 구현할 필요가 있는지와 같은, 부가적인 기지국 동작 요건들이 각각의 시간 스텝에서 각각의 기지국에 대해 결정될 수 있다.
도 23은 개시된 실시예에서 설명된 반복의 제 2 상태에 의해 구현될 수 있는 절차를 예시한다. 절차는 소프트웨어로서 구현될 수 있으며 따라서 절차 흐름은 상기 콘텍스트에서 설명된다. 절차는 소프트웨어로서 구현될 수 있으며 for 루프 및 계산 반복들을 포함하지만, 소프트웨어는 하드웨어 배치들 사에서 계산들을 빠르게 행하기 위해 벡터화 방식으로 지시들을 실행하는 프로그램으로 컴파일링될 수 있다.
단계 1(2302)은 각각이 할당되지 않았거나 또는 아직 할당되지 않은 빔형성 빔들을 가진 기지국을 가진 네트워크에서의 위성들, 뿐만 아니라 빔형성 빔들이 없는 기지국을 가진 네트워크에서의 모든 위성에 대한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 2(2304)는 반복되는 위성 사에서 이용 가능한 빔들에 대한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 3(2306)은 각각의 위성의 궤도 및 자세 역학의 시뮬레이션에서 시간 스텝들을 통해 움직이기 위한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 4(2308)는 평가되는 빔의 방향을 결정하는 소프트웨어 함수를 구현할 수 있다. 이것이 빔조향 빔을 위한 것이면, 그것은 정적 다각형의 가장 가까운 부분, 또는 아마도 지상파 기지국들에 의해 연결되지 않은 가입자들의 높은 인구 밀도들을 가진 원격 메시 포인트들에 기초하여 방향을 평가할 수 있다. 빔이 조향되지 않는다면, 방향은 간단히 그때 우주선의 자세로부터 도출될 수 있다.
단계 5(2310)는 상기 시간 스텝에서 위성의 시야 내에 있는 메시에 이용 가능한 리소스 블록들을 통해 움직이기 위한 for 루프를 개시할 수 있다.
단계 6(2312)은 상기 시간 스텝에서 위성의 거리 임계치 내에 있는 CLR 데이터베이스에서의 전체 메시에 걸쳐 신호 전력을 결정하기 위해 업링크 및 다운링크 방향에서 링크 버짓을 계산할 수 있다(예컨대, 빔 방향을 가정한 후, 다각형이 아닌, 전체 메시에 걸쳐 링크 버짓을 계산한다). 링크 버짓을 계산하는 것은 SINR, SNR, EBN0, 도플러 시프트, 대기시간/지연 등을 포함한, 다양한 변수들을 산출하는 것을 포함할 수 있다. 이들 변수들 중 많은 것은 기지국의 성능뿐만 아니라 간섭받지 않아야 하는 메시의 영역들에서의 잠재적인 간섭을 평가하는데 사용될 수 있다. 링크 버짓을 계산하기 위해, 몇몇 가정들이 위성 송신 전력들에 대해 이루어질 필요가 있다. 각각의 위성은 디폴트 송신 전력을 가질 수 있다.
단계 7(2314)은 링크 버짓의 결과들을 취하며 정책 데이터베이스에서 규칙들에 대해 그것들을 확인하거나, 또는 분석할 수 있다. 분석이 특정한 정책이 위반됨을 시사한다면, 송신 기법은, 다운링크 채널들 상에서 하위 EIRP에서의 링크 버짓을 재평가함으로써, 정정될 수 있다. 이것은 풋프린트 병행을 감소시키며 이전 링크 송신 체계로부터의 가능한 규제 침해를 해결할 수 있다. 규제적 규칙들이 감소된 송신 전력으로 충족될 수 없다면, 소프트웨어는 빔 방향(가능한 경우)에 대해 반복하며 링크 버짓 계산에 대한 프로세스를 반복할 수 있다. 이것이 여전히 실패하면, 루프에서 빠져나갈 수 있으며, 다음 리소스 블록이 반복된다. 빔 방향에 대한 반복들은 계산 시간을 절약하기 위해 제한될 수 있다.
단계 8(2316)은 규제적 요건들을 통과하는 링크 버짓 결과들을 취하며 이하의 지상에서 메시 포인트들에 대한 서비스 품질 요건들에 대해 확인할 수 있다. 이 단계는 건너뛰어질 수 있거나, 또는 비-빔형성 어레이들에 대한 QoS 요건들이 감소될 수 있다.
단계 9(2318), QoS가 충족된다면, 송신은 절약된다. 그것들이 충족되지 않으며 QoS 요건들이 확고하지 않다면(예컨대, 임의의 커버리지가 없는 것보다 나은 경우들에서), 그것들은 어쨌든 또한 저장될 수 있다. QoS 요건들이 엄격한 시나리오들에서, 링크 버짓들은 그것들이 원하는 데이터 레이트들, MCS 등(SNR, SINR, EBN0 등의 함수들인)을 제공할 수 없다면 폐기될 수 있다. 링크 버짓이 절약되면, 송신 결과들은 커버리지 다각형(주파수에 의해 달라질 수 있다)의 에지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 동적 다각형 커버리지 영역들의 에지를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 이것은 각각의 기술들 GSM(예컨대, 200kHz 당 -105dBm) 및 LTE(예컨대, 180kHz 당 -115dBm)에 대해 지상에서 셀 에지를 위해 사용된 신호 레벨들일 수 있다. 셀 에지들 또는 중심들인 메시에서의 포인트들은 각각의 시간 스텝에서 표시될 수 있다.
단계 10 내지 단계 13(2320, 2322, 2324, 및 2326)은 각각의 위성, 빔, 시간 스텝, 및 리소스 블록을 통해 루프들을 닫는다.
단계 11(2328)은 동적 다각형 커버리지 최적화기를 실행한다. 동적 다각형 커버리지 최적화기는 남아있는 빔형성 기지국들 및 비-빔형성 기지국들을 통해 구현된 동적 다각형들에 대한 상태 스페이스 예측기이다. 이 함수는 남아있는 빔형성 및 비-빔형성 위성들로부터의 어떤 빔들이 지구상에서(그것들의 특정한 동적 다각형에 걸쳐) 커버리지를 제공할 수 있는지를 결정하기 위해 단계 1 내지 단계 10으로부터의 결과들을 사용하는 소프트웨어일 수 있다. 이 소프트웨어는 예로서, 각각의 시간 스텝에서 커버리지 시나리오들의 가능한 순열들을 산출하는 것을 포함하는 전역적 최적화 알고리즘을 구현하며 전력 사용을 최소화하는 동안 어떤 위성들이 커버리지를 최대화하기 위해 송신할 필요가 있는지를 결정할 수 있다. 또 다른 실시예는 스펙트럼 할당이 가진 간섭 도전들을 피하기 위해 셀들의 중첩의 최소화를 보장할 수 있다. 상이한 변수들이 최적화를 위해 선택될 수 있다.
단계 12(2330)는 스펙트럼 사용 예측기를 구현할 수 있으며, 이것은 네트워크에서 각각의 위성 기지국에 어떤 리소스 블록들이 할당되었는지, 및 또한 가능한 지상파 기지국들을 결정하기 위해 사용된 소프트웨어 함수일 수 있다. 이러한 소프트웨어는 정적 셀들(지상파 및 궤도 제공 정적 다각형 기지국 위치들)의 각각에서 비-빔형성 위성들에 대한 링크 버짓을 평가할 수 있다. 그것은 단지 또한 지상파 기지국들인 정적 셀들로 빔형성 위성들로부터의 링크 버짓을 결정할 수 있다. 스페이스 궤도 라디오 기반시설로부터의 신호 레벨들이 지상파 타워들, 리소스 블록들, 또는 주파수 캐리어들에 의한 이들 사용과 동일하거나, 또는 그보다 높을 때의 시간들에서, 공유가 요구될 수 있다.
위성으로부터의 신호 레벨들이 너무 높을 수 있을 때의 시간, 및 정확하게 어떤 RB에서 이것이 발생할 수 있는지가 알려져 있으므로, 스페이스 네트워크는 영향을 받을 수 있는 지상파 셀들을 사용하여 지상파 네트워크들에서의 MME들로 이를 전달할 수 있다. 이에 기초하여, 지상파 셀들은 그것들의 송신 전력을 순간적으로 증가시키거나, 또는 그것들의 스펙트럼 배치 중 일부의 사용을 일시적으로 제거할 수 있다. 송신기들이 각각의 시간 스텝(뿐만 아니라 가능하게는 각각의 시간 스텝에 대한 백업들의 세트)에 대해 수립된 후, 네트워크는 어떤 리소스 블록들을 어떤 송신기에 할당할지를 결정할 수 있다. 각각의 기지국 빔에서 송신을 위한 할당 표들 및 RB 규칙들에 기초하여, 적절한 RB 분리가 구현될 수 있다. 이것은 위성 네트워크에서 각각의 송신 기지국에 RB의 적절한 비를 할당하기 위해, 인구 밀도 커버리지, 알려진 원격 UE 커버리지, 예상된 트래픽 모델들 등에 의해 최적화될 수 있다. 기술적으로, 위성 다운링크는 대부분의 지상파 타워 다운링크들보다 약할 것이다. 각각의 기지국에서 링크 버짓에 대한 산출들은 그것이 리소스 블록들을 공유하는데 적합한지를 결정하기 위해 산출될 수 있다. 기술적으로, 지상파 기지국은 그것의 커버리지 셀 내에서의 위성 다운링크에 대하여 0dB보다 큰 SINR을 가진 다운링크 신호를 생성할 수 있을 필요가 있을 것이다. 이것은 0.33 코딩 레이트에서 QPSK를 사용하여, 적어도 최저 차수 LTE MCS 표 설정, MCS-1을 허용할 것이다.
단계 13(2332). 절차에서의 최종 단계는 위성들에 대한 기지국 제어 요건들을 완결하는 것일 수 있다. 일단 각각의 송신기에 대한 주파수 도메인이 알려지면, 미리에 예측된 각각의 기지국은 또한 스스로를 어떻게 구성할지(예컨대, 어떤 MCC, MNC, TAC 등인지)에 대한 정보의 세트를 제공받을 수 있다. 그것들이 요구된다면, 영역 기반 네트워크 특성들에 대한 그것의 정보 리소스 블록들(예컨대, MIB들, SIB들 등) 상에서 송신해야 한다.
도 24는 링크 버짓 예측기 및 위성 기지국들이 각각의 순간에 송신하도록 지시되는 선택 절차를 기술하는, 매트릭스, 매트릭스들의 셀 어레이, 또는 매트릭스들의 매트릭스일 수 있는, 데이터 구조(2428)를 예시한다. 메시(2402)는 개개의 메시 포인트들(2414)로 분해된다. 각각의 메시 포인트는 지구상에서 3개의 축 좌표들을 나타낼 수 있다. 다각형들은 다수의 메시 포인트들을 포함할 수 있으며 다각형들은 지상파 정적 기지국들(2408), 스페이스 정적 기지국들(2406), 또는 스페이스 동적 기지국들(2404)로부터의 기지국 커버리지를 나타낼 수 있다. 링크 버짓들은 메시 포인트들 및 기지국 빔형성 빔들(2410)(예로서, b1(2412)) 및 기지국 비 빔형성 빔들(2424)(예로서, b10(2422))에 대해 평가된다. 링크 버짓들은 기지국 위성들의 위치, 속도, 및 배향이 알려진 별개의 시간 순간들(2416)에서 평가될 수 있다. 각각의 순간에 각각의 메시 포인트에 대한 링크 버짓들(2426)은 리소스 블록들(2432)에 걸쳐 성능 변수들(2430)의 원하는 리스트에 대해 평가될 수 있다. 이들 산출들의 결과로서, 네트워크 상태 스페이스 예측기는 어떤 빔형성 위성들이 각각의 시간 스텝(2418)에서 스페이스 정적 기지국들로 커버리지를 제공할지 뿐만 아니라 어떤 비 빔형성 위성들이 스페이스 동적 기지국들(2420)로 커버리지를 제공할지를 결정할 수 있다.
통상적인 LTE 기지국은 1.4, 5, 10, 또는 20MHz 블록들을 이용할 수 있다. 이들 블록들의 각각은 대역폭에서 넓이가 180kHz인 약간의 리소스 블록들(RB들)을 포함하며 그 자체는 15kHz 대역폭들의 12개 직교 서브캐리어들을 포함할 수 있다. 링크의 다운링크 부분에서, 기지국은 임의의 시점에서 많은 RB들에 걸쳐 통신할 수 있다. 그러나, 각각의 이동 디바이스는 특정한 디바이스에 대해 단일 RB만을 할당받을 수 있다. 그 결과, 디바이스는 단지 단일 180kHz 업링크 RB 상에서 기지국으로 송신한다.
스페이스-기반 LTE 통신 시스템을 동작시킬 때, 스페이스 네트워크에 전체 10, 5, 또는 심지어 1.4MHz 블록을 할당하는 것은 불편할 수 있다. 대부분의 전기통신 트래픽은 지상에서 지상파 기지국들을 통해 이동할 수 있다. 그 결과, 스페이스 네트워크에 할당된 스펙트럼의 양은 그것이 이동할 것으로 예상하는 트래픽에 비례해야 한다.
지상파 네트워크 및 스페이스 네트워크는 스페이스 네트워크가 단지 LTE 캐리어 대역 내에서의 특정한 리소스 블록들만을 이용하는 구현으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 지상에서의 셀룰러 타워는 5MHz LTE 캐리어 대역을 이용할 수 있지만, 상호보완적 스페이스 네트워크가 이들 리소스 블록들을 이용하고자 하기 때문에 캐리어 대역폭에서 리소스 블록들(RB들)의 말하자면, 1, 2, 또는 3에 대한 업링크 리소스 블록을 그것의 이동 디바이스들 중 임의의 것에 할당하지 않는 것으로 안다. 이들 RB들은 주파수, 양, 및 시간에서 스페이스 네트워크에 동적으로 할당될 수 있다. 세계의 특정한 영역들에 걸쳐, 스페이스 네트워크의 처분 시 더 많은 리소스 블록들(RB들)이 있을 수 있다. 또한, 스페이스 네트워크를 위해 예약되는 이들 리소스 블록들에 걸쳐 특정한 시간슬롯들만이 있을 수 있다.
이러한 구현은 "스펙트럼 표"로서, 소프트웨어로 행해질 수 있으며, 여기에서 지상파 네트워크는 전기통신 트래픽 모델(또는 아마도 다른 것)에 기초하여 특정한 위치들에서 특정한 리소스 블록들 또는 시간슬롯들의 할당을 금지하기 위해 소프트웨어 정의된다. 스페이스 네트워크는, 그것의 궤도 궤적으로부터의 궤도력(ephemeris)을 사용하여, 세계의 임의의 특정한 부분에 걸쳐 그것이 액세스할 수 있는 것으로 알고 있는 RB들 또는 시간 슬롯들에 걸쳐 통신 트래픽을 관리하기 위해 그것의 소프트웨어 정의된 라디오들 및 비행 컴퓨터들을 재구성할 수 있다. 이것은 메모리에서의 내부 맵으로서 위성들에 탑재되어 저장될 수 있다. 이러한 맵은 지상에서의 전기통신 트래픽이 일, 월, 연, 또는 수십 년 등 동안 변동하므로 업데이트 가능하며 재구성 가능하도록 설계될 것이다.
도 25는 도 24에서 설명된 시나리오가 어떻게 그 자체를 실제 좌표 프레임에 나타낼 수 있는지 및 LTE 블록이 특정한 순간들에(또는 또 다른 실시예에서, 영속적으로) 특정한 기지국들로 특정 스펙트럼 슬라이스들을 허용하기 위해 "슬라이싱"되는 방식으로, 리소스 블록들이 어떻게 상기 시간 스텝 동안 스페이스 네트워크로 동적으로 할당될 수 있는지를 예시한다. 도 24에서, 각각의 기지국 커버리지 다각형은 "eNB"로서 주지될 수 있지만 다음의 설명에서 간단히 "기지국"으로 불리운다(예컨대, 기지국 5는 eNB5이다). 각각의 위성(2502)은 각각 하나의 빔(2518)을 구비할 수 있다. 스페이스 커버 기지국 5 내지 기지국 8은 서로 뿐만 아니라 지상파 커버된 기지국 1 내지 기지국 4를 통해 송신하는 것으로 예시된다. 각각의 기지국 커버리지 다각형은 몇몇 빔(예컨대, 빔(b1)은 정적 다각형 기지국 5에 커버리지를 제공하기 위해 사용된다)에 의해 커버리지를 제공받는다.
각각의 기지국 커버리지 다각형 내에서, 대응하는 메시 포인트들이 있을 수 있다(예컨대, 기지국 1 커버리지 다각형은 메시 포인트들(m1 및 m2)을 포함하며; 기지국 5 커버리지 다각형은 메시 포인트들(m10 내지 m13 및 m28 내지 m39)을 포함한다). 스펙트럼의 블록(2510)은 시간에 걸쳐 5MHz LTE 블록에서 비-간섭 트래픽 채널들을 위한 분리 할당을 요구할 수 있다(예로서 - 블록이 LTE가 허용하는 만큼 넓을 수 있을지라도). 궤도 및 지상파 기지국들은 제어 채널들을 위해 중심 6개 리소스 블록들을 공유하며 다운링크 제어 채널의 구별 가능한 사용을 위해 PCI 코드들의 동적 할당을 사용할 수 있다. 스페이스 네트워크와 지상파 네트워크 사이에서 다수의 PRACH 프리앰블들의 동적 할당이 있을 수 있다. 스페이스 네트워크 및 지상파 네트워크 사이에 사용된 리소스 블록들(2512), 제어 리소스 블록들(2514), 및 미사용 리소스 블록들(2516)이 할당된다. 이들 리소스 블록들은 다양한 방식들로 할당될 수 있지만, 중첩하는 커버리지 구역들, 빔들 등을 가진 기지국들 중에서 중첩하는 리소스 블록이 없도록 행해질 수 있다. 주파수 리소스들은 심지어 시간의 함수로서 할당될 수 있으며, 여기에서 몇몇 특정 리소스 블록들 및 시간 슬롯들이 할당된다. 스페이스 네트워크는 GPS를 갖고 구현될 수 있으며 따라서, 각각의 기지국 시간-분할 다중 액세스 구현에 대하여 시간 슬롯들이 속하는 곳을 이해하기 위해 동기화될 수 있다. 이것은 위성들 사이에서 상기 리소스 블록에 대한 특정한 시간 슬롯들을 할당함으로써 중첩하는 위성 커버리지 구역들이 동일한 리소스 블록을 동시에 공유할 수 있음을 의미한다.
F.7 ISL 및 GSL을 위한 네트워크 상태 스페이스 예측
네트워크 상태 스페이스 예측 함수는 ISL뿐만 아니라 GSL에 대한 링크 버짓들을 평가할 수 있다. ISL들 및 GSL에 대한 링크 버짓 결과들에 기초하여, 네트워크는 각각의 시간 스텝에서 어떤 연결들이 이루어지는 것이 가장 좋은지를 결정할 수 있다. 몇몇 위성들은 ISL들, 또는 심지어 GS들을 통해 다수의 링크들을 지원하도록 설계될 수 있다. 어떤 네트워크 우선권들이 있는지에 의존하여, 네트워크 연결들은 다양한 기준들(예컨대, 가장 긴 가능 링크, 데이터 레이트들, 대기시간 등)에 기초하여 선택될 수 있다. 아마도 네트워크 링크들은 각각의 시점에서 네트워크에 연결될 것으로 예측된 각각의 UE에 대한 네트워크 대기시간의 제곱 근 평균을 감소시키기 위해 선택된다. 일단 가장 이상적인 링크들, 및 링크 대안들이 순간들 동안 결정되면, 네트워크는 IP 및 네트워크 제어 시그널링을 이동시키기 위해 어떤 터널링/라우팅 링크들이 이용 가능하지를 결정할 수 있다. 부가적으로, 네트워크는 네트워크에서 IP 트래픽 연결들을 연결 해제하는 것을 피하기 위해 터널링 루트들이 핸드 오버될 필요가 있을 때를 예측하기 위해 이를 사용할 수 있다.
도 26은 네트워크 상태 스페이스 예측 엔진이 어떻게 ISL 및 GSL을 평가할 수 있는지를 예시한다.
단계 1(2602)은 네트워크에서 위성들에 대한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 2(2604)는 네트워크에서의 지상 스테이션들뿐만 아니라, 단계 1에서 루핑되지 않거나, 또는 루핑된 네트워크에서의 다른 위성들에 대한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 3(2606)은 위성들의 궤도 및 자세 역학의 시뮬레이션에서 시간 스텝들을 통해 나아가기 위한 for 루프의 개시일 수 있다.
단계 4(2608)는 위성들, 또는 위성 및 지상 스테이션은 링크 버짓 계산을 받을 만하도록 충분히 적정한 거리 내에 있음을 보장하기 위해 거리 확인을 구현할 수 있다.
단계 5(2610), 링크 거리가 산출의 가치가 있는 것으로 간주되면, 위성들, 또는 위성들 및 지상 스테이션들에 대한 빔 방향들이 결정될 수 있다. 지상 스테이션들은 접시들, 또는 위성 어레이 빔 조향 기술들을 사용할 수 있다. 위성들은 빔 조향 어레이들, 기계적으로 조향된 애퍼처들, 또는 ISL들을 위한 정적인 기계적으로 장착된 안테나 애퍼처들을 사용할 수 있다.
단계 6(2612)은 ISL들 및 GSL들을 위해 업링크 및 다운링크 방향들에서 링크 버짓을 계산할 수 있다. 링크 버짓 기하학들 및 송신 전력들을 가정할 때, 링크 버짓은 양쪽 방향들로 네트워크에서의 많은 위성들 및 지상 스테이션들에서 평가될 수 있다. 링크들은 각각의 링크에 할당된 별개의 주파수 채널들에 걸쳐 평가될 수 있다. 이것은 기지국 링크 버짓들이 어떻게 리소스 블록들에 걸쳐 평가되는지와 유사할 수 있다. 이러한 정보는 어떤 레벨의 간섭이 특정한 ISL에 존재할 수 있는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 송신 전력의 감소, 나뉜 대역폭/스펙트럼의 적절한 동적 할당, 또는 간섭 링크들의 사용의 완전한 거절을 트리거할 수 있다.
단계 7(2614)은 링크 버짓의 결과들을 취하며 수용 가능하지 않으며 링크의 재구성(아마도 기하학 또는 전력 변화들을 포함한)을 요구할 수 있는 다른 위성들의 간섭을 위해, 그것들을 확인하거나, 또는 분석할 수 있다. 요구된다면, 재구성된 링크 파라미터들에 기초하여 링크 계산으로 물러난다.
단계 8(2616)은 도 24에서 예시된 것과 유사한, 링크 상태 스페이스로 링크 버짓들을 저장한다.
단계 9 내지 단계 11(2618, 2620, 2622)은 각각의 송신 위성, 수신 위성 및/또는 지상 스테이션, 및 시간 스텝을 통해 루프들을 닫는다.
단계 12(2624)는 네트워크 라우팅 최적화 알고리즘들에 기초하여 어떤 링크들이 사용되어야 하는지를 결정하기 위해 링크 상태 스페이스 매트릭스 결과들을 사용한다. 네트워크는 예로서, 원격 UE들로부터 지상 스테이션들로 패킷들을 이동시키기 위해 제곱 근 평균된 시간/대기시간을 최소화하길 원할 수 있다. 선택되는 링크들의 각각에 대해, 주어진 주파수 대역폭은 유사한 또는 가까운 주파수들을 사용하여 다른 링크들에 대한 근접성에 기초하여 결정되어야 한다. 스펙트럼 전략은 각각의 위성의 주파수 능력 및 다른 위성들과 함께 어떤 주파수들을 사용할지를 기술한 데이터베이스에 구현될 수 있다. 또는 주파수 공유 평면은 위성 군집 설계에 내재될 수 있다(예컨대, 모든 다른 ISL은 주파수 사용을 반복한다).
단계 13(2626)은 네트워크에서의 노드들 사이에서 제어 트래픽, 사용자 트래픽, 및 TTCC&DH 트래픽을 이동시키는 IP 베어러들을 위한 각각의 터널에 대해 어떤 대역폭 할당이 있는지를 결정할 수 있다. 이것은, 예측적 로딩에 기초하여, 일정하거나, 또는 동적일 수 있다.
도 27은 기지국 및 ISL 및 GS 링크 결정들의 링크 상태 스페이스 매트릭스의 그래픽 실시예를 예시한다. 이 도면에서, 각각의 기지국 커버리지 다각형은 "eNB"로서 주지될 수 있지만 다음의 설명에서 간단히 "기지국"으로 불리운다(예컨대, 기지국 5는 eNB5이다). 이전에 설명된 바와 같이, 메시(2704)는 정적 기지국들(2770)(단순함을 위해 도 27에서 지상파 또는 스페이스 기반 기지국들로 단순화된다) 및 동적 기지국들(2706)을 구성하는 포인트들(2718)을 포함할 수 있다. 메시는 또한 네트워크(2712)의 가입자들인 특정한 UE들에 대한 지구상에서의 위치들을 기술하는 포인트들(2720)을 포함할 수 있다. 지구 포인트들의 메시와 유사하게, 지상 스테이션 위치들(2708)을 기술하는 다른 포인트들(2716) 및 위성 위치들(2710)을 기술하는 포인트들(2714)을 포함하는 네트워크 노드들(2702)의 세트가 있을 수 있다. 상태 스페이스는 위성들(2744) 간의 링크 버짓 시나리오들을 나타낼 것이며, 이것은 두 개의 그룹들, 즉 빔형성(2742) 및 비-빔형성(2756) 위성들로 나뉠 수 있다. 이러한 특정한 실시예에서, 각각의 위성은 본 개시의 설명의 단순함을 유지하기 위해 단지 하나의 빔만을 가질 수 있다. 각각의 빔형성 위성은 지구에서 정적 다각형에 커버리지를 제공하기 위해 선택될 수 있다(2746). 여기에서, 위성(S4)은 기지국 3으로 커버리지를 제공하고 있다고 도시하며, 이것은 정적 커버리지 다각형일 수 있다. 비-빔형성 위성들은 또한 동적 기지국들로 커버리지를 제공하기 위해 선택된다(2748). 여기에서, 위성(S5)은 기지국 5로 서비스를 제공하기 위해 시간 스텝(t0)(2740)에서 선택된다고 도시된다. 유사하게, 각각의 지상 스테이션은 위성들과 통신할 수 있으며, 이들 링크들(2754)은 선택될 수 있다. 거기에 도시된 바와 같이, S9는 시간 스텝(t0)에서 GS1 및 GS3 양쪽 모두와 통신하고 있다. 유사하게, ISL은 또한 각각의 시간 슬롯에 대해 선택될 수 있다(2752). 2750으로 커버리가 제공되고 있는 UE들은 또한 링크 상태 스페이스 매트릭스에서 계산될 수 있다. 도 27에서, 예를 들어, UE1 및 UE2는 S1에 의한 커버리지, 기지국 1 내에서의 빔형성 위성, 정적 다각형을 제공받고 있다. 각각의 메시(2758)에 대한 각각의 기지국 링크 버짓 예측은 리소스 블록 RB1(2760)에서 RBn(1768)까지, 임의의 대역폭을 스패닝할 수 있다. 유사하게, ISL 및 GS 링크 버짓들(2762)은 각각의 링크(2764 내지 2766)에 대한 주파수 가능성들을 스패닝할 수 있다. ISL, GSL, 및 기지국 링크들은 SINR, RSSI, 데이터 레이트, 대기시간, 도플러 시프트 등을 위해 평가될 수 있다.
도 28은 도 27의 링크 상태 스페이스 매트릭스가 어떻게 지구의 좌표 프레임에서의 스페이스 네트워크에서 나타낼 수 있는지를 예시한다. 이 도면에서 각각의 기지국 커버리지 다각형은 "eNB"로서 주지될 수 있지만 다음의 설명에서 간단히 "기지국"으로 불리운다(예컨대, 기지국 5는 eNB5이다). S10(2804)은 GEO 궤도(2802)에 있을 수 있으며, S9(2814)는 MEO 궤도(2806)에 있을 수 있다. 커버리지를 UE들로 제공하는 기지국들은 LEO 궤도들(2822)에 있을 수 있다. S1(2816)은 UE1(2818) 및 UE2를 서비스하는 기지국 1을 통해 빔형성 위성으로서 커버리지를 하와이 섬으로 제공할 수 있다. S5(2808)는 서 캐나다에서 기지국 5를 통해 UE3 및 UE4로 커버리지를 제공하는 비-빔형성 위성일 수 있다. ISL(2810 및 2820) 및 GSL(2812)은 LEO들, MEO들, 및 GEO들, 및 GS들(2824) 사이에 존재할 수 있다. 그 결과, 트래픽은 이 시나리오에서 인터넷에서 GS1에서 S9에서 S8에서 UE5로를 통해 UE1로부터 S1로 S2로 S3으로 S4로 S5로 S10으로 GS2로 라우팅될 수 있다.
G. 상태 스페이스 데이터베이스
네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 미래에서의 각각의 시점에서 어떤 송신기들 및 수신기들이 1차 루트에서 서로에 말을 하는지 및 어떤 송신기들 및 수신기들이 미래의 시점들에서, 1차 루트로의 백업으로서 서로에 말할 것인지를 효과적으로 정의하는 매트릭스들/벡터들의 3-차원 셀 어레이, 또는 논리적 등가물을 생성한다. 이러한 결과에 기초하여, IP 라우팅 테이블 생성 프로세스는 각각의 순간 동안 네트워크에서 하나의 노드로부터 또 다른 것으로의 트래픽의 라우팅을 위해 사용될 수 있다. 송신기들 및 수신기들 사이에서의 연결들이 - 기지국 링크들, ISL, 및 GSL에 걸쳐 - 핸드 오버되고 변함에 따라, IP 라우팅 테이블 프로세스는 업데이트된 최적의 루트를 생성할 수 있다.
네트워크 상태 스페이스 예측 엔진에 의해 생성된 원하는 네트워크 상태 스페이스를 달성하기 위해, 각각의 개개의 위성이 시뮬레이션에 의해 최적화된 것을 적절하게 불러일으키도록 시간이 걸릴 수 있는 명령들, 또는 동작들의 시간-기반 저장 여정들을 정의하는 매트릭스들/벡터들의 또 다른 셀 어레이가 생성될 수 있다. 이러한 새로운 3-차원 셀 어레이는 상태 스페이스 데이터베이스로서 저장될 수 있다.
상태 스페이스(SS) 데이터베이스는 네트워크 상태들/동적 조건들에 대한, 동작들, 또는 지능을 반영하는 여정들의 세트를 포함한다. 여정들 중 제 1은 우주선 여정들일 수 있다. 이것은 우주선 빔 동작들(예컨대, 빔형성 방향들 등), 추력기 이용(예컨대, 궤도 유지를 위한 추력기 조종들), 자세 제어 및 포인팅(예컨대, 시간에 걸친 우주선 배향 제어들 또는 조종들), 및/또는 동작 전력 모드를 기술한 벡터들 또는 매트릭스들의 3-차원 셀 어레이일 수 있다. 각각의 우주선 상에서 기지국 및 코어 네트워크를 위한 여정들이 있을 수 있다. 이들 여정들은 네트워크 동적 IP 라우팅 테이블들; 위성들 및 지상 스테이션들 사이에서의 터널들을 통해 수립된 IP 베어러들에 대한 네트워크 레벨 핸드오버들, 기지국 프론트 엔드 구성들(예컨대, 어떤 대역이 사용되고 있는지) 및 전력 제어(예컨대, EIRP 제한이 무엇인지), 동적 마스터 정보 블록, 및 시스템 정보 블록 정보 구성, 기지국 핸드오버들, 및 스펙트럼 분석기 제어 및 디지털 신호 프로세싱 분석을 포함할 수 있다.
상태 스페이스 데이터베이스는 상태 스페이스 데이터베이스의 네트워크 분배를 위해 의도된 특정한 베어러 상에서 위성 간 링크 및 지상 스테이션 링크 터널들을 경유하여 네트워크를 통해 분배될 수 있다. 이러한 베어러는 TTCC&DH 터널 베어러의 일 부분일 수 있다. IPv6 네트워크로서, 위성에 할당된 각각의 정적 IP 어드레스는 상태 스페이스 데이터베이스로부터의 요구된 정보를 가진 고유 패킷을 전송하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 단지 그 자신의 상태 스페이스 데이터베이스 은뿐만 아니라 미래에 그것과 링킹하도록 의도한 위성들의 것들일 수 있거나 또는 예측 시간 및 그것이 발생하는 시간 사이에서의 네트워크 위상 이상들 또는 고장들이 경우에 미래 링크들에 대한 백-업(아마도 심지어 백업들에 대한 백업들)이다. 우주선 건강 및 동작성의 텔레메트리 모니터링은 상태 스페이스 예측 엔진에 대한 자동 피드백을 제공하기 위해 TTCC&DH 시스템에서 구현된다. 새로운 정보가 위성 위치들, 속도들, 자세들, 및 다른 필수적이 시스템 기능 정보(예컨대, 추력기들, 배터리들, 송신기들, 컴퓨터들 등)에 대해 들어오고 스페이스 네트워크로부터 계산들 중 많은 것을 행하고 있는 지상 노드로 내려옴에 따라, 예측기는 미래에 네트워크 상태 스페이스를 업데이트하며 새로운 상태 스페이스 벡터들을 보낼 수 있다.
실시간으로, 여정에서 계획된 연결을 하거나, 또는 핸드오버하려고 시도하며 실패한 각각의 위성은 제 1의 것이 작동하지 않는 경우 네트워크에서 제 2 우선권 링크를 확인하도록 프로그램될 수 있다. 이러한 방식으로, 상태 스페이스 데이터베이스에 대한 업데이트들은 네트워크가 부정적으로 영향을 주기 전에 몇몇 지연을 가질 수 있다.
도 29는 3개의 여정 세트들을 포함할 수 있는, 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스를 예시한다. 우주선 여정들(2902)은 우주선 빔 동작들(2904), 추력기 이용/동작들(2906), 자세 CONOP 및 제어(2908), 및 동작 전력 모드(2910)를 포함할 수 있다. 또한 코어 여정들(2912)이 있을 수 있다. 코어 여정들은 네트워크 동적 IP 라우팅 테이블들(2914), 및 스팟 빔, 위성들, 지상 게이트웨이, 및 UE 핸드오버들(2916)을 포함할 수 있다. 부가적으로, 네트워크 여정들(2918)에 걸쳐 라디오가 있을 수 있다. 이것들은 기지국 프론트 엔드/전력 구성(2920), 기지국 라디오 리소스 제어(2922), 다운링크 제어 채널 구성(2924), 기지국 핸드오버들(2926), 및 스펙트럼 분석기 제어(2928)를 포함할 수 있다.
상태 스페이스 예측 엔진에 의해 생성된 여정들은 시뮬레이션 환경이 정확하게 모델링할 수 있는 임의의 실현 가능한 타임라인에 걸쳐 생성될 수 있다. 구체적으로, 궤도 기계학 및 자세 역학의 모델링은 네트워크 상태 스페이스 예측들의 충실도를 이끌 수 있으며(예컨대, 위치, 속도, 자세, 및 자세 레이트들에 대하여) 이것은 더 정확한 힘 모델들(예컨대, 중력, 대기, 자기 등)이 시뮬레이션에서 사용됨에 따라 더 정확하다. 낮은 지구 궤도 궤적들은 리미터일 수 있지만, 여전히, 그것들은 미래 1시간, 12시간, 24시간, 일들, 또는 가능하게는 심지어 주 동안 정확하게 예측될 수 있으며, 이것은 네트워크 상태 스페이스들이 또한 더 먼 미래까지 예측될 수 있음을 의미한다.
스페이스에 대한 빠른, 저 비용 발사 및 액세스가 표준(norm)인 세계에서, 로켓 발사 기회들을 분석하며 몇 주 후, 네트워크 상태 스페이스 예측들에 기초하여 예로서, 증가하는 수요를 지원하기 위해 궤도로 발사될 부가적인 스페이스 자산들을 요청할 수 있는 제어기를 구현하기 위한 사용이 있을 수 있다.
H. 네트워크 핸드오버들
네트워크 상태 스페이스 예측 엔진은 네트워크에서 궤도 크래프트의 각각에 대한 핸드오버 여정들을 생성할 수 있다. 이들 핸드오버 여정들은 양쪽 ISL 및 GS 터널들 모두, 뿐만 아니라 기지국 커버리지 다각형들의 소유권을 이전시키도록 시그널링을 위해 타이머들에 의해 트리거될 수 있다. 핸드오버 타이밍은 강화된 MME에서 링크 상태 스페이스 예측기에 의해 결정될 수 있다. 핸드오버들은 특정 시간에 특정될 수 있으며 또한 빔의 송신 전력을 느리게 구축하거나, 또는 송신 전력을 느리게 줄이기 위한 여정이 그것들에 딸려 있을 수 있다.
네트워크는 다소 종래의 방식으로 몇몇 핸드오버들을 구현할 수 있다. 이것은 개개의 위성들이 기지국들의 세트로서 동작하며, 그러므로 내부적으로 커버리지를 동일한 UE들로 제공할 때 특히 사용할 수 있으며 동일한 위성 상에 공유된 빔들 사이에서 빠르고 끊김 없는 핸드오버들을 행할 수 있다. 이들 핸드오버들은 동일한 컴퓨터에서의 소프트웨어 내에서, 또는 기지국 소프트웨어를 실행하는 동일한 위성에서의 두 개의 컴퓨터들 사이에서 발생할 수 있다. 그러나, 위성들 사이에서, 핸드오버들은 더 복잡해질 수 있다. 빔형성 어레이들이 없는 위성들이 중첩하는 빔들을 가질 때, 그것들은 UE들이 핸드오버되는 영역으로서 중첩하는 섹션을 사용할 수 있다. 이것은 다시 기지국으로의 통상적인 UE 신호 측정 보고들을 갖고 행해질 수 있거나, 또는 그것은 핸드오버 시, GPS 좌표들에서 UE의 알려진 위치 및 시간에 걸쳐 알려진 네트워크 모션에 기초하여, 자동으로 행해질 수 있다.
도 30은 네트워크가 어떻게 CLR에서 메시에 설명된 정적 기지국 다각형의 커버리지를 핸드오버할 수 있는지를 예시한다. 제 1 위성(3004)은 커버리지를 UE1, UE2 및 UE3(3010, 3012, 및 3014)로 제공할 수 있다. 커버리지는 정적 기지국 다각형(3016)을 커버한 빔에 의해 제공될 수 있다. 제 2의, 트레일링, 또는 근처의 위성(3002)이 있을 수 있으며, 이것은 정적 기지국 다각형을 향해 궤도를 선회한다. 얼마 후, 제 1 위성은 셀을 제 2 위성으로 핸드오버할 필요가 있을 수 있다. 아마도, ISL들, 또는 몇몇 다른 네트워크 터널 루트를 통해(예컨대, GS를 통해), 제 2 위성은 제 1 위성에 의해 커버되는 정적 셀을 통해 송신하기 시작할 수 있다. 이러한 제 2 위성은 빔(3006)을 생성할 수 있지만, 제 1 위성은 그것의 빔(3008) 상에서 송신 전력을 감소시키기 시작한다. 제 1 위성이 그것의 빔 크기(3022)를 감소시킴에 따라, 그것은 그것의 스팟빔에서의 각각의 UE를 정적 다각형의 중심에서 가장 먼 UE들(예컨대, 도 30에서의 UE1)에서 시작하는 제 2 위성 빔(3020)으로 증분적으로 핸드오버할 수 있다. 이것은 이전/핸드오버가 더 평활한, 가능하게는 네트워크 시그널링 트래픽 도전들을 감소시키는 것을 야기할 수 있는 방식으로 제 1 위성이 UE들을 제 2 위성으로 핸드 오버하도록 허용한다. 정적 기지국 셀의 또 다른 핸드오버를 준비할 수 있는 제 2에 이어 제 3 위성(3018)이 있을 수 있다. 결국, 제 2 위성은 더 이상 커버리지 빔을 갖지 않을 수 있으며 제 2 위성은 정적 기지국 커버리지 셀(3024)의 제어를 재개할 것이다. 그것은 또한 핸드오버를 행할 준비를 한다.
도 30에서 설명된 실시예는 S1, S2, 및 S3 모두가 다운링크 제어 채널들을 위해 동일한 중심 6개 RB들을 이용할 때 특히 유용할 수 있으며, UE들은 셀 ID에 기초하여 위성 기지국들을 구별한다. UE가 이동하는 하나의 기지국으로부터의 변화하는 상대적 신호 에너지 레벨이 또 다른 기지국의 신호 에너지 레벨보다 낮다는 것을 검출할 때, 그것은 현재 통신하고 있는 기지국으로 이를 보고할 것이다. 이것은 점점 더 양호한 신호를 가진 다음 기지국으로의 핸드오버를 시작할 것이다. 이러한 프로세스는 또한 핸드오버를 행해야 하는 초기 위성에 의해 자동으로 시작될 수 있다. 정적 다각형 상에서의 제 1 위성의 전력에서의 감소는 정적 다각형으로부터 멀리 이동한 자연스러운 결과일 수 있으며, 위성에서의 송신기 상에서 활성 전력 제어 때문이 아니다.
도 31은 빔형성 기지국 안테나 기술들을 가지며 갖지 않는 위성들 사이에서 핸드오버가 어떻게 발생할 수 있는지를 예시한다. 이 기술은 스페이스 네트워크가, 비-빔형성 위성들을 가진 위성들로부터 빔형성 어레이들을 가진 것들로, 증분적으로 업그레이드되므로 귀중할 것이다. 그 결과, 양쪽 모두가 공존한다. 제 1 빔형성 위성(3104)은 빔(3108)을 사용하여 커버리지를 UE1, UE2, 및 UE3(3110, 3112, 3114)으로 제공할 수 있다. 제 2 비-빔형성 위성(3102)은 제 1 위성을 따라가거나, 또는 빔(3106)을 송신하는, 그것의 정적 기지국 커버리지 다각형을 향해 이동할 수 있다. 얼마 후, 제 2 위성 빔(3116)은 정적 기지국 커버리지 다각형(3120)과 중첩하기 시작할 수 있다. 제 1 위성은 ISL 연결들로부터, 또는 상태 스페이스 예측기로부터 이를 알 수 있으며, 그것의 송신 전력을 감소시키고 그것의 빔(3118)을 제 2 위성 빔(상태 스페이스 데이터베이스 때문에 그에 대한 지식을 가질 것이다)으로부터 멀리, 프론트 에지를 향해 시프트한다. 느리게, 제 1 위성은 그것이 계속해서 정적 기지국 다각형(3128)을 넘으므로 그것의 빔 전력(3126)을 감소시키며 UE들을 제 2 위성 빔(3124)으로 핸드 오버한다. 이 도면에서, UE3은 핸드 오버되는 첫 번째이다. 빔이 감소됨에 따라, 그것은 핸드오버가 이루어질 때까지 그것이 필요로 하는 UE들의 커버리지를 유지하기 위해 계속해서 점증적으로 시프트할 수 있다.
부가적으로, 제 2 위성 뒤에 제 3 위성(3122)(빔형성)이 있을 수 있다. 결국 제 1 빔형성 위성 빔은 떠나며 제 2 위성은 그것의 동적 빔(3134)을 갖고, 정적 다각형(3132)의 거의 전체 커버리지를 갖는다. 그러나, 제 3 위성은 빔(3130)을 송신하기 시작할 수 있으며, 이것은 제 2 위성 빔의 백 엔드에서 시작하고 서서히 정적 기지국 다각형 커버리지 구역이 되고 UE들을 커버하는 제어를 넘기도록 계획된다.
도 32는 네트워크가 어떻게 주어진 허가 지리에서 스펙트럼의 사용을 이전할 수 있는지를 예시한다. 이들 비-빔형성 위성들(3202)은 동적 다각형을 커버하는 빔들(3204)을 생성할 수 있다. 위성은 특정한 주파수에서 송신할 수 없는 접근 경계 라인(3206)이 있을 수 있다. 결국, 위성 스팟빔은 경계(3208)에 이른다. 위성이 계속해서 이동함에 따라, 그것은 경계에 걸쳐 간섭 에너지를 방사하지 않음을 보장하기 위해 그것의 빔(3212) 상에서 송신 전력을 감소시킨다. 통상의 전력에서 방사한다면, 빔은 경계(3210)를 지나 커버리지를 제공할 수 있다. 위성이 추가로 경계에 접근함에 따라, 스팟빔(3214)은 경계 근접성이 위성이 조금도 송신하는 것을 막을 때까지 추가로 감소된다.
다른 실시예에서 위성은 되돌아 오기 위해 그것의 자세를 회전하며 경계의 정확한 측면의 커버리지를 계속해서 제공할 수 있다. 스팟빔이 자세 또는 송신 전력을 통해 경계 에지를 수용하기 위해 수정되는 임의의 실시예, 또는 몇몇 다른 방법이 본 발명에 관련된다.
I. 강화된 기지국
강화된 기지국은 표준 기지국에 대해 여러 개선들을 제공할 수 있으며, 이것은 스페이스에서 및 스페이스 네트워크의 부분으로서 더 최적의 동작들을 가능하게 한다.
도 33은 강화된 기지국(3306)의 실시예를 예시한다. 강화된 MME(3304)는 표준 S1-CP 인터페이스를 통해 기지국과 인터페이스할 수 있지만, 기지국은 기지국 상태 스페이스 제어기(3308)로 불리우는 부가적인 기능을 동작시킬 수 있다. 상태 스페이스 제어기는 기지국 스택을 적절하게 동작시키기 위해 강화된 MME로부터 지시들 및 일정 동작들을 수신할 수 있다. 특히, 기지국 상태 스페이스 제어기는 특정 MAC 및 PHY 제어 신호들(3334)을 RRC로 전달할 수 있다. RRC는 에어 인터페이스가 UE들로의 기지국 LTE-Uu 링크를 통해 도플러 시프트 및 전파 지연을 관리할 수 있도록 강화된 MAC 제어(3322) 및 강화된 PHY 제어(3324)를 허용하기 위해 강화될 수 있다. 강화된 기지국 스택은 강화된 명령들을 수신하기 위한 강화된 PHY(3318), 강화된 MAC(3316), 라디오 링크 제어 층(3314), 패킷 데이터 컨버전스 제어 층(3312), 및 표준 S-GW(3302)로의 사용자 평면과의 연결들을 포함할 수 있다. 기지국 상태 스페이스 제어기는 또한 RF 프론트 엔드/빔형성기(3320)를 동적으로 제어하도록(3330) 프로그램될 수 있다. 이것은 오버패스들 동안 빔들을 조향하는 것 및, 또는 기지국이 상기 세계의 위치에 대해 동작하는 원하는 주파수 대역 상에서 송신하고 수신하도록 다양한 필터 뱅크들, LNA 스테이지들, 및 증폭기 스테이지들로 스위칭하는 것을 수반할 수 있다.
기지국 상태 스페이스 제어기는 또한 DSP 기능을 제어할 수 있다(3326). 강화된 MME 기지국은 스펙트럼 분석 기능을 지원하기 위해 수신기 전용 프론트 엔드(3332)를 포함할 수 있다. 원하는 RF를 필터링하거나 또는 샘플링하기 위해 사용되는 계층 1 신호 프로세싱 블록(3328)이 또한 있을 수 있다. 샘플링의 결과들은 RF 샘플로부터 I 및 Q를 생성하며 DSP 블록(3310)으로 전달될 수 있다. DSP 블록은 기지국 상태 스페이스 제어기에 의해 제어될 수 있으며 분석의 결과들은 DSP 블록으로부터 그것으로 돌려 보내어질 수 있다. 이 정보는 네트워크 이동성 관리 기능들(도플러 시프트 및 지연 측정들에 기초하여 UE들을 추적하는 것과 같은)을 위해 강화된 MME로 돌려 보내어질 수 있다. 기지국 상태 스페이스 제어기는 또한 기지국을 위한 스케줄러에서의 스탠드로서 동작할 수 있어서, 상태 스페이스 예측기 엔진 출력에 기초하여 위성들 및 지상파 셀들의 스펙트럼 슬라이싱 및 공유 양을 위해 요구된 동적 제어를 효과적으로 구현할 수 있다.
I.1 강화된 MAC 및 강화된 PHY
통상적인 3GPP 기지국 프로토콜들을 수정하는 강화된 MAC 및 강화된 PHY 층은 Speidel I에서 설명된 바와 같을 수 있다. 거기에서 설명된 강화들은 위성 플랫폼들의 동작들에 대해 일반적일 수 있지만, 위성 시야의 어떤 섹션들이 커버리지를 제공받는지에 의존하여 구성 차이들을 가질 수 있다. 주파수에서의 동적 변화들(및 그에 따라 동작의 영역에 의존한 상이한 도플러 셀 윤곽들)뿐만 아니라 빔형성 안테나(및 그에 따라 가장 가까운 및 가장 먼 타겟 간의 동적 범위뿐만 아니라 스팟빔에 걸친 절대 도플러 시프트)가 MAC 및 PHY 제어들에 대한 강화들을 위해 구현될 수 있다.
강화된 MME에서 기인한 상태 스페이스 예측들 및 여정들에 기초하여, 기지국은 Speidel I에서 설명되는 것에 대한 동적 제어를 수용할 수 있다. 이러한 동적 구성은 기지국 상태 스페이스 제어기에 의해 제어될 수 있으며, 이것은 기지국 스케줄러로서 효과적으로 동작한다.
Speidel I에서 정의된 바와 같이, UE들로부터 궤도형 기지국으로의 신호들의 도플러 시프트는 UE들의 기능들의 특정 구현 없이 도플러 시프트 및 전파 지연에 대해 모니터링될 수 있다. 도플러 시프트 및 전파 지연은 PHY에서 측정되며 기지국 상태 스페이스 제어기까지 되돌려 보내질 수 있다. 이것은 위성이 위성의 전체 풋프린트 내에서의 두 개의 작은 그리드들 중 하나 내로 UE를 배치하도록 허용한다. 이들 그리드들의 위치는 위성의 속도 벡터를 정의한 벡터에 대해 서로 대칭일 수 있다. 도플러 시프트 및 전파 지연의 측정이 점점 더 정확해지므로, 이러한 그리드의 크기는 두 개의 단일 포인트들로 수렵할 수 있다. 위성 풋프린트가 1개보다 많은 스팟빔을 포함할 때, 디바이스와의 통신들을 행하기 위해 사용된 스팟빔은 UE가 근사의 GPS 위치에 있는 곳에서 타이를 깨기 위해 정보의 부분으로서 사용될 수 있다. 이것은 궤도에 있는 기지국의 GPS 위치가 알려질 수 있으며 위성 속도 벡터에 대하여 사용자의 위치를 기술한 벡터가 알려지기 때문에 계산될 수 있다. 이러한 정보를 갖고, 디바이스의 GPS 위치가 계산될 수 있다. 이러한 GPS 위치는 스페이스-기반 네트워크에서 MME에 의해 사용된, VLR, 또는 HSS에서 부가적인 요소로서 저장될 수 있다.
위성 풋프린트가 하나의 스팟빔을 포함할 때, 정확한 위치는 여기에서 설명된 바와 같이, 약간 상이한 기하학에서 UE에 걸쳐 궤도를 선회하는 또 다른 위성으로부터의 제 2 도플러 및 전파 지연 샘플에 기초하여 계산될 수 있다.
I.2 스펙트럼 분석 능력
강화된 기지국 상에서 스펙트럼 분석 능력은 부가적인 요소들 DSP(3310); 계층 1 신호 프로세싱(3328); 및 수신기 프론트 엔드(3332)를 포함한다. 동시에, 이들 요소들은 링크 버짓 산출들에 대한 간섭 표(1914)를 알리기 위해 기지국 상태 스페이스 제어기를 통해 강화된 MME로 되돌려 보내어질 수 있는 데이터 세트를 생성하도록 구성될 수 있다. 수신기 프론트 엔드는 특정한 관심 대역들에 집중하도록 구성 가능할 수 있으며 기지국 PHY에 의해 사용된 프론트 엔드와 유사할 수 있다. 프론트 엔드는 관심 있는 몇몇 리소스 블록들에 걸쳐 신호들의 필터링 및 저 잡음 증폭을 책임질 수 있다. 계층 1 신호 프로세싱은 신호의 A/D 변환 및 디지털 필터링을 수행할 수 있다. 이것은 FPGA를 수반할 수 있으며, 이는 기지국 상태 스페이스 제어기에 의해 재프로그램되거나 또는 재구성될 수 있다.
층 1 신호 프로세싱으로부터의, RF 샘플들로부터의 I 및 Q일 수 있는, 디지털 필터링된 신호들은 추가 프로세싱을 위해 DSP 블록으로 되돌려 보내어질 수 있다. 스펙트럼 분석기 프론트 엔드가 20MHz 블록의 스펙트럼에 이르는 스펙트럼으로부터, 16-비트 분해능을 갖고, I 및 Q를 디지털 샘플링하기 위해 사용된다면, 그것은 대역폭의 적어도 두 배, 또는 그 이상(예컨대, 40MHz)의 레이트로 샘플링할 필요가 있을 수 있다. 데이터가 스펙트럼 분석을 할 때 반드시 몇몇 비트 레이트로 복조될 필요가 있는 것은 아니므로, 샘플링 레이트는 몇몇 실시예들에서 감소될 수 있다. 이러한 레이트로, 20MHz LTE 업링크 블록의 10ms 샘플(예컨대, 1 LTE 라디오 시간 프레임)은 임의의 패킷 오버헤드 또는 압축 절차들 전에 1.6 메가바이트(MB)를 생성할 것이다. 계속해서 샘플링된 채로 있다면, 스펙트럼 분석기는 1.28 기가비트/초의 레이트로 데이터를 생성할 수 있다. 이것은 그것이 샘플링할 수 있는 것보다 빠른 레이트로 원래 데이터를 다운링크하기 위한 우주선에 대한 능력을 초과하거나 또는 초과하지 않을 수 있으며, 그것이 메모리, 데이터 버퍼들 등을 가득 채우기 전에 데이터를 기록하거나 또는 기록하지 않을 수 있다. 그 결과, 특히 군집 배치의 초기 단계들에서, 디지털 신호 프로세싱 및 압축 알고리즘들이, DSP 블록에 대한 이유인, 스펙트럼 분석 데이터의 크기를 관리하기 위해 바람직하거나, 또는 심지어 요구될 수 있다.
이러한 블록은 상태 스페이스 예측 엔진에서 동작 가능한 지능으로서 사용될 몇몇 더 작은 크기의 수치 데이터세트를 생성하는, 계산, 또는 프로세스를 행함으로써 수집된 데이터의 크기를 감소시키기 위해 알고리즘들을 구현할 수 있다. 예를 들어, DSP 블록은 특정한 리소스 블록들에 대한 시간 슬롯들에 걸쳐 FFT들을 수행하며 180kHz 리소스 블록 상에서 예상된 잡음 플로어를 초과한 간섭 마진들(dB로)을 평가할 수 있다. 간섭은 그것이 특정한 시간들에서 특정한 채널들 상에서 간섭 환경들을 나타내는 수들의 매트릭스로서 되돌려 보내질 수 있도록 시간 윈도우들 및 리소스 블록들에 걸쳐 평가되고 시간 태그될 수 있다.
스펙트럼 분석 능력은 네트워크상에서 UE들의 위치 결정을 위한 지원 기능으로서 사용될 수 있다. 상태 스페이스 예측 엔진 동작들 동안, 그것들이 빔을 향하도록 요청하고 또 다른 기지국(빔형성 또는 비-빔형성)에 의해 커버되고 있는 정적 다각형에 대해서만 수신기로서 동작하는 기지국들에 대해 생성된 여정들이 있을 수 있다.
제 1 기지국은 정적 다각형으로 커버리지를 제공하도록 스케줄링된 것일 수 있으며, 이러한 커버리지 동안, 제 1 기지국은 통상의 궤도형 기지국이 하는 것처럼 LTE-Uu 인터페이스를 통해 UE들과 통신할 것이다. 제 2 기지국은 정적 다각형에 대한 수신 전용 동작들을 수행하도록 스케줄링된 것일 수 있다. 제 1 기지국 및 제 2의, 수신-전용, 기지국은 상이한 궤도들에서, 또는 아마도 동일한 궤도 평면에서 서로의 뒤에서 동작할 수 있다. 두 개의 기지국들은 ISL을 통해, 또는 GSL을 통해 서로 간에 연결을 가질 수 있다. 이들 링크들은 제 1 기지국을 위해 의도된 UE들로부터의 신호들을, 제어 채널, 또는 트래픽 채널을 수신하기 위한 주파수 및 시간에서 스캐닝할 곳을 알 수 있도록 프레이밍/타이밍 정보를 제 2 기지국으로 전달하기 위해 제 1 기지국에 대해 사용될 수 있다. 위성 간 링크, 또는 지상 스테이션 링크가 없다면, 제 2의, 수신 전용 기지국은 시간 프레임에 걸쳐 RF 스펙트럼을 수신하며 시간 스탬프들이 (이력적 네트워크 상태 스페이스 데이터베이스에 저장된 로그 파일들로부터) 제 1 기지국에서 UE들로부터의 업링크 신호들에 대해 알게 된 후 나중에 사후 프로세싱할 수 있도록 시간 스탬핑되는 원래 I 및 Q를 기록하는 여정을 가질 수 있다. 양쪽 위성들 모두에서 UE로부터의 수신된 RF에 기초하여, 각각의 측정 시간에서 각각의 기지국의 도플러 시프트, 전파 지연(또는 그것들 간의 변화), 및 GPS 위치들이 GPS 좌표들에서 UE의 위치를 계산하기 위해 사용될 수 있다.
I.3 기지국 상태 스페이스 제어기
기지국 상태 스페이스 제어기는 기지국 강화들을 위한 중심 조직기이다. 기지국 상태 스페이스 제어기는 강화된 MME로부터 RAN 여정들에 대한 정보를 수신하며 기지국 eNB 간에 동작들을 조정하기 위해 이 정보를 사용한다. 이것은 기지국 프론트 엔드/전력 제어 및 구성, 기지국 라디오 리소스 제어, 다운링크 제어 채널 구성, 위성 상에서 및 다른 위성들 상에서 eNB들 간의 핸드오버들, 및 스펙트럼 분석기 제어를 포함할 수 있다. 여정 데이터를 수신하는 것 외에, 기지국 상태 스페이스 제어기는 또한 위치들이 계산될 수 있도록 도플러 시프트에 대한 데이터, UE들에 대한 전파 지연 측정들을 갖고 강화된 MME로 다시 보고한다. 그것은 또한 간섭 데이터 베이스(1914)를 알리기 위해 DSP 분석의 결과들에 대해 보고한다.
I.3.a PSS, SSS, 및 셀 ID들
UE에 의한 기지국으로의 초기 액세스는 다운링크 제어 채널들 상에서 기지국에 의해 송신된 동기화 신호들을 사용하여 다운링크 기지국 슬롯 및 프레임 타이밍에 대한 동기화로 시작한다. 1차 라디오 프레임 동기화 채널들(P-SCH) 및 2차 심볼 동기화 채널들(S-SCH)은 5ms마다 1차(PSS) 및 2차 동기화 신호들(SSS)의 송신에 전용된 주파수 대역(1.08MHz)에서 6개의 중심 리소스 블록들을 사용한다. PSS는 UE에 알려진 3 길이-62 자도프-추(Zadoff-Chu) 시퀀스들(DC에서 하나의 제로 서브캐리어를 가진)의 세트 중 하나이다. 단지 하나의 시간 인스턴스에 UE 셀 탐색기/동기화 신호 상관기가, 순환 시프트 시퀀스가 PSS 타이밍 기준 신호와 정확하게 동기화된다는 것을 나타낼 것이다. SSS는 함께 논리적 및 일반적으로 물리적 셀-ID를 형성하는 셀 그룹 id[0, …, 167] 및 섹터 id[0, 1, 2]에 따라 알려진 m-시퀀스들 오프셋의 쌍으로부터 생성된다. 그 결과, 총 168*3 = 504 고유 셀 ID들이 있을 수 있다. 이들 동기화 신호들은 또한 주파수 대역에서 이러한 중심 6개 RB들을 공유하는 다른 셀들 중에서, 셀을 식별하도록 UE를 위해 제공한다. 4G LTE 전문용어에서, 9-비트 셀 ID는 라디오 네트워크에서 셀을 식별하며 동기화 신호들을 형성하는 코드 시퀀스들에서 인코딩된다.
UE는 궁극적으로 다운링크 제어 정보를 결정하기 위해 기준 신호를 및 물리 브로드캐스트 제어 채널(PBCCH)과 같은 다른 다운링크 제어 채널들 상에서 UE로 제공된 정보를 디코딩하기 위해 CRC 체크들을 사용한다. 디코딩되는 정보는 마스터 정보 블록(MIB), SIB1, 및 SIB2이다. SIB1은 초기 업링크 송신 위치들이 어디인지(예컨대, 주파수 블록 및 타이밍) UE에 알리는, SIB2를 디코딩하는 것에 대해 동일하다.
하나 이상의 UE들은 다운링크 채널과의 동기화 후 물리 랜덤 액세스 채널(PRACH) 상에서 프리앰블을 전송할 것이다. PRACH 절차들은 동일한 시간 슬롯에서 동일한 프리앰블들을 송신하는 UE들 간에 충돌이 있는 경우 및 있을 때 경합 해결 절차들을 포함한다.
지상파 네트워크와 스펙트럼을 공유하기 위해, 그러나 지상에서 eNB 타워 셀들과 동일한 중심 6 RB들, 또는 1.08MHz 주파수를 사용한다. 스페이스 기지국은 어떤 리소스 블록들이 제어 블록들로서 처리될지 및 어떤 다른 리소스 블록들이 제어 블록들로서 사용되지 않을지에 대한 기존의 지식을 가질 수 있다. 더욱이, 네트워크에 504개 셀 ID 옵션들이 있으므로, 스페이스 네트워크는 몇몇 한정된 수, 이상적으로는 4보다 크게 할당받을 수 있으며, 따라서 주파수 재사용 패턴들은 비 빔형성 위성 커버리지 영역들 사이에서 사용될 수 있다. 중첩들이 덜 일반적인 더 적은 위성들이 존재한다면, 더 적은 셀 ID들이 스페이스 네트워크에 할당될 수 있다. 이들 셀 ID들은 가능하게는 궤도에서 시간에 걸쳐 동적일 수 있으며 여정들은 기지국에서 상태 스페이스 제어기에 의해 구현될 것이다.
부가적으로, 네트워크는 위성 네트워크와 지상파 네트워크 사이에서 스펙트럼 슬라이싱에 의해, 특정한 리소스 블록들만을 할당할 것이다. 이러한 방식으로, 위성 기지국들은 특정한 리소스 블록들, 시간 슬롯들, 또는 리소스 블록들 및 시간 슬롯들의 구획들을 할당받으며, 지상에서의 지상파 타워들은 이들 리소스 블록들, 또는 리소스 블록들의 구획들을 사용하는 것이 방지되거나, 또는 스페이스 기지국들이 지상파 eNB들과 간섭을 생성하는 거리 내에서 그것들을 동작시킬 때 그것들을 공유하도록 프로그램/제어된다.
본 개시에 의해 설명된 스페이스-기반 통신 시스템은 기존의 이동 지상파 네트워크들에 대한 확장으로서 가장 잘 구현될 수 있다. 그것들의 코어 및 RAN 요소들의 인스턴스가 그것들의 지상파 커버리지를 확장하기 위해 스페이스-기반 기반시설상에서 호스팅되는 경우, 그러나 동일한 디바이스들에 대해, 그것들의 지상파 커버리지와 동일한 스펙트럼을 갖고 그렇게 하며, 기존의 지상파 스펙트럼/파형 배치를 갖고 적절하게 거동하도록 허용한다. 이러한 시나리오에서, 이들 리소스 블록 및 PSS/SSS 신호들, 또는 셀 ID들은 지상에서 MNO들과 조정될 필요가 있을 것이다. 그것들은 동적으로 조정될 수 있으며, 여기에서 MNO는 그것의 메시의 부분일 수 있는 다각형들에 대한 정책, QoS 등의 요건들에 대한 변화들에 대해 스페이스 네트워크 NOC에 디지털로 알릴 수 있다. 그 결과, 이것은 미래 상태 스페이스 예측들 및 여정 생성을 위해 강화된 MME에서 구현될 것이며, 기지국은 기지국에서 상태 스페이스 제어기를 사용하여 에어 인터페이스를 통해 그에 따라 통신들을 행할 것이다.
I.3.b. 추적 영역 코드들
RAN 여정의 가장 중대한 요소들 중 하나는 이것이 UE들에서 특정한 거동들을 트리거하기 위해 사용될 수 있으므로, 다운링크 제어 채널 구성이며, 이것은 네트워크가 특정한 방식으로 제어하기를 원할 수 있다. 중요한 다운링크 제어 채널 구성의 특정한 예는 추적 영역 코드이다.
스페이스에서의 네트워크에서, 기지국들은 LEO에서 동작할 수 있으며, 위성들과 UE들 사이에서 빠른 오버패스 윈도우들을 경험할 수 있다. 통상적으로, 셀룰러 네트워크에서, UE들의 위치들은 HSS에서 로그된 추적 영역에 기초하여 추적된다. 일반적으로, HSS에서 로그된 위치는 특정 기지국, 또는 기지국들의 세트에 의해 커버리지를 제공받은, 특정 추적 영역에 대한 어드레스이다. 셀룰러 네트워크는 그러므로 단지 사용자가 네트워크에서 동작 중에 있는 특정 셀만을 추적하며, 정확한 위치 정보를 갖지 않는다(사용자는 큰, 35km, 셀, 또는 35km 셀들의 그룹에서의 어딘가에 있을 수 있다). 때때로, 셀룰러 네트워크들은 주 카운티보다 양호한 충실도 내로 사용자들을 위치시킬 수 없다.
위성 네트워크는 그것들의 궤도들에 있는 위성들의 상대적인 위치들에 의존하여 수 분(아마도, 1, 5, 10, 30, 또는 60) 마다 UE에 대한 위성 오버패스를 가질 수 있다. 네트워크에서의 모든 위성이 네트워크-인-어-박스로서 동작하고 그 자신의 MME 및 S-GW를 호스팅한다면, UE들은 새로운 위성이 오버패스를 제공할 때마다(예컨대, 수 분마다) 네트워크 추적 영역 변화를 지각할 것이다. 그 결과, UE는 단일 오버패스마다(예컨대, 수 분마다) HSS로 그것의 위치를 업데이트할 것이다. 이것은, 네트워크의 관점으로부터, 디바이스가 실제로 매우 많이 움직이지 않거나, 또는 전혀 움직이지 않으므로 네트워크에 대한 많은 비교적 쓸모없는 제어 시그널링 오버헤드를 생성할 것이다.
그 결과, 위성들은 지상에 대하여 네트워크 일관성의 몇몇 외관을 유지할 필요가 있을 것이다. 지상에서의 사용자가 움직이지 않으므로, 스페이스 네트워크는 그것이 필요하지 않을 때 어떤 업데이트 요청도 이루어지지 않도록 그것이 그 위치를 변경하지 않음을 사용자에게 전달할 것이다.
기지국이 다운링크 제어 채널들 상에서 송신할 때, 그것은 SIB1에서 추적 영역 코드를 송신하며, 이것은 UE가 그것의 추적 영역이 변경되었는지 여부 및 그것이 추적 영역 업데이트를 행할 필요가 있는지를 알기 위해 수신하고 사용한다. 네트워크 상에서 추적 영역 업데이트 절차들을 트리거하는, 이전에 설명된, 다른 트리거들이 있다. 이것은 새로운 위성이 그것에 서비스를 제공하기 위해 상공을 날 때마다 새로운 MME와 통신할지라도 네트워크상에서 추적 영역들을 변경하지 않았다는 생각에 대해 UE를 도용하기 위해 사용될 수 있다.
상기 설명된 바와 같이 강화된 MME 안에서, 네트워크 상태들을 예측하며 예측된 상태들에 기초하여 네트워크 동작들에 대한 여정들을 개발한 소프트웨어가 있을 수 있다. 네트워크는 IPv6 네트워크로서 그 자신의 IP 어드레스(아마도 심지어 정적)로서 네트워크에서 각각의 비행 컴퓨터 및 위성을 동작시킬 수 있다. 그 결과, 그것은 MME에서의 차이, 및 어떤 MME(또는 위성)가 각각의 순간에 각각의 UE로 커버리지를 제공하는지를 구별할 수 있다. 위성의 위치(및 가능하게는 임의의 순간에 커버리지를 어떤 정적 다각형에 제공할지)에 의존하여, MIB 및 SIB 정보가 달라질 수 있다. 이것은 메시가 지구 주위의 추적 영역 설계 구현과 일치하는 SIB 및 MIB 정보를 갖고 통지되는 CLR에 저장될 수 있다.
일 실시예에서, 위성 군집 네트워크에서 기지국을 가진 모든 단일 위성은 다운링크 제어 채널들 상에서의 SIB-1 블록 상에서 동일한 16-비트 추적 영역 코드를 송신할 수 있다. 각각의 위성 기지국은 상이한 셀 ID 및 다른 다운링크 제어 정보를 가질 수 있지만, 이러한 방식으로 UE들은 위성 오버패스마다 위치에서의 변화를 지각하지 않을 것이며 HSS를 갖고(지상에서 또는 위성에서, 또는 위성) 추적 영역 업데이트를 행하도록 네트워크를 액세스하기 위해 업링크 상에서 스펙트럼을 사용하지 않을 것이다. 지상에서의 HSS 관점으로부터, 가능하게는 UE 홈 네트워크로부터, "스페이스 네트워크상에서"로서 디바이스의 위치를 지각할 수 있으며 그것이 UE를 액세스할 필요가 있다면 트래픽을 어떤 위성으로 전송할지를 관리할 필요는 없다. 대신에, 그것은 UE가 "스페이스 네트워크"로서 지각한 MME 상에 있으며 트래픽이 중심/홈 지상 스테이션에 대응하는 스페이스 네트워크에서 MME로 라우팅될 것임을 알고 있다. 이러한 노드에서, 현재 및 미래에 네트워크에서 UE의 실제 위치(어떤 위성에 커버리지를 제공할 것인지)를 함꼐 예측하고, 관리하며, 저장하는 강화된 HSS 및 강화된 MME가 있을 것이다. 그 결과, 스페이스 네트워크는 어떤 위성 기지국이 트래픽을 전달하는데 적절한 위성일 수 있는지 및 정확하게는 가장 최적의 방식(예컨대, 가장 빠른 루트, 네트워크 주위에서의 가장 균형이 잡힌 트래픽 부하 등)으로 달성하기 위해 그것을 어떤 루트로 전송할지를 지능적으로 결정할 수 있다.
I.3.c 이동 국가 코드들 및 이동 네트워크 코드들
스페이스 네트워크는 그것이 협력하는 조작자들의 이동 국가 코드들 또는 이동 네트워크 코드들을 브로드캐스팅하기 위해 구현될 수 있다. 대안적으로, 스페이스 네트워크는 그것이 지구에 걸쳐 사용하는 그 자신의 고유 이동 국가 코드 및 이동 네트워크 코드를 할당받을 수 있다.
J. 강화된 HSS
스페이스 네트워크에서 데이터베이스 관리 절차들 및 기능들은 네트워크가 궤도에서 동작하도록 구성될 때 특히 중요해질 수 있다. 예를 들어, 사용자들에게 서비스들을 위치시키고, 인증하고, 과금하고, 제공하는 등을 하기 위해 사용되는, HSS는 전통적으로 지상파 네트워크에서 BTS 및 BSC 기능들로부터 떨어져 위치된다. 많은 경우들에서, HLR의 존재는 그것의 "상태"의 타당성이 적절한 네트워크 기능을 위해 매우 중요하므로 네트워크 내에서의 단지 몇 개의 위치들에만 제한된다. 서비스 제공 및 과금은 궤도상에서 완료될 수 있지만, 이들 기능들은 반드시 필요한 것은 아니며 전통적인 구현을 갖고 여전히 지상에 있을 가능성이 있다. 그러나, 스페이스 네트워크가 LEO 위성들을 포함할 수 있으므로, 이동 디바이스 및 그것이 스페이스 네트워크와 통신하는 특정한 기지국 간의 상호작용 시간은 매우 짧은 시간 윈도우(아마도, 궤도 구성, 링크 버짓, 및 위성의 커버리지 풋프린트 설계, 및 UE가 스팟빔에 속하는 곳 등에 의존하여, 수 분, 또는 때때로 1분 미만)에 제한될 수 있다.
Speidel I에서 정의되며 여기에서 간결하게 설명되는 바와 같이, UE들로부터 궤도 기지국으로의 신호들은 UE들의 GPS 위치를 결정하기 위해 도플러 시프트 및 전파 지연에 대해 모니터링될 수 있다. 그 결과, 상태 스페이스 예측 엔진은 정확하게 어떤 위성 상에서의 정확하게 어떤 빔 미래에 UE에 커버리지를 제공하도록 계획되는지를 쉽게 결정할 수 있다. 이 정보는 상태 스페이스 데이터베이스의 확장으로서 HSS에 저장될 수 있다. 표준 HSS는 그에 대한 질의들이 자연스럽게 이루어질 수 있도록 보존될 수 있다. 그러나, 그것의 제공 하에 각각의 IMSI에 대해 HSS에서 필드들을 업데이트하기 위해 네트워크에 대한 클록 및 최근 상태 스페이스 데이터베이스를 확인하는 별개의 기능이 존재할 수 있다. 이러한 HSS 데이터베이스는, 스페이스 네트워크의 내부에 있을 수 있으며, 마스터로서, 간단히 네트워크가 구체적으로 상기 UE를 액세스할 필요가 있을 때 인스턴스에 대한 "확인"으로서 처리되지 않을 수 있다. UE에 대한 마스터 HSS는 지상에서 유지되며 상기 UE에 대한 각각의 질의가 처음에 향해지는 마스터 HSS로서 처리될 수 있다. "스페이스 네트워크"가 제공되고 있거나, 또는 UE를 마지막으로 서비스하였다고 결정할 때, 트래픽은 "스페이스 네트워크"에서 지상 노드를 향해 라우팅될 수 있으며, 이것은 그 후, 시간과 추적 영역 코드들의 이러한 내부 전용 네트워크 매핑에 기초하여 어떤 위성으로 네트워크 트래픽을 라우팅할지를 결정할 수 있다.
J.1 인증 전략들
인증 및 네트워크 액세스 승인 절차들이 ISL을 통해 행해지고 그 후 지상파 홈 네트워크상에서 HSS에 대해 질의를 반송하기 위해 다시 지상으로 돌아올 수 있다면, 프로세스는 임의의 단일 오버패스 시간보다 길게 연장될 수 있다. 군집이 유비쿼터스 커버리지를 위해 설계되면, 응답 절차는 그것을 오버패스하는 다음 위성을 통해 지상에서의 사용자로 돌아갈 수 있다. 인증이 오버패스 기간보다 길게 걸리면, 네트워크는 네트워크에서의 어떤 위성이 인증 절차를 완료하기 위한 다음 이용 가능한 위성일 수 있는지를 계산할 수 있다. 이것은 절차가 완료되기 전에 그것이 연결성 세션에서 상이한 위성들을 가진 연결성 세션으로 이동하는 동안 디바이스와의 인증 절차를 관리하기 위해 인증 동안 핸드오버를 허용할 수 있다.
J.1.a 빠른 인증을 지원하기 위한 집중화된 ISL을 위한 궤도-내 릴레이
다음의 기술은 완전 유비쿼터스 시스템의 경우에 및 또한 작은 무리의 분산된 셀룰러 노드들의 경우에 사용될 수 있다.
J.1.a(i) P-GW 확장들로서의 GEO, MEO, 및 LEO 릴레이들
궤도 릴레이는 LEO에서의 위성들로부터(또는 지상에서의 UE들로 에어 인터페이스를 제공하는) 지상 네트워크들에서의 P-GW로 "상시(always-one-way)" 위성 간 링크로서 사용될 수 있다. 궤도 릴레이 P-GW(또는 간단히 지상에서의 P-GW로의 곡관 또는 릴레이일 수 있다)는 각각의 위성 "네트워크-인-어-박스"와 통신한다. 이 경우에, P-GW는 더 높은 궤도, 아마도 LEO, MEO 또는 GEO 또는 더 멀리에서 동작할 수 있다. 추가 위성 릴레이를 갖고, 지상의 더 많은 뷰가 이용 가능하며 더 적은 지상 스테이션들이 릴레이들을 위한 전역적 커버리지를 위해 요구될 수 있다. 이러한 기술을 갖고, LEO 네트워크에서의 모든 위성은 ~250ms 대기시간 통신 링크(LEO 위성으로부터 GEO 위성으로 및 지상 아래로의 광속 대기시간에 대해 250ms)를 통해 지상파 셀룰러 네트워크들에 대한 지상 스테이션 게이트웨이로의 액세스를 가질 것이다.
200 내지 300ms 단-방향의 음성 대기시간 요건들은 산출이 지상과 부딪친 후 및 지상에서의 지상파 코어 네트워크로 전송되기 전에 지상 네트워크를 통한 프로세싱 시간들 또는 대기시간들을 포함하지 않기 때문에 이러한 릴레이 링크 하에 겪을 수 있다. 이들 대기시간 요건들은 그러나, 메시징 및 데이터 서비스들에 대해 만족 이상이다.
지상으로의 연속적인 연결성을 위해, GEO 궤도 릴레이들을 사용하는 것은 GEO 궤도들에서, 4개의 P-GW 노드들, 또는 P-GW 릴레이들을 사용할 수 있다.
J.1.a(ii) 네트워크를 위한 MME/S-GW로서의 릴레이들
대안적으로, 궤도 릴레이는 전체 코어 네트워크를 하우징하며, 그 후 기지국 위성들을 포함할, 전체 LEO 시스템에 대한 MME/S-GW 노드(VLR 및 HSS를 유지하는)로서 작용할 수 있다. 이것은 LEO에서의 많은 위성들의 복잡도를 감소시키며 더 높은 궤도들에서 더 적고, 더 유능한, 더 긴 수명의, 위성으로 더 많은 코어 네트워크 기능들을 시프트할 수 있다.
궤도 릴레이들을 사용하는 양쪽 경우들 모두에서, 지상 스테이션 위치들은 다양한 로밍 파트너 네트워크들의 HSS 데이터베이스들과 매우 근접하여, 또는 그것과 동일한 위치에서 선택될 수 있다. 구체적으로 말하면, 다양한 로밍 파트너들의 HSS 데이터베이스는 저장을 위해 높은 궤도 위성들 상에 저장되며 임의의 위성으로부터 쉽게 액세스할 수 있다. 이것은 스페이스-기반 네트워크로부터 그것들의 지상파 네트워크들이 이르지 않는 원격 영역들에서의 가입자들로 더 최적의 서비스를 갖도록 MNO들에 대해서도 서비스로서 제공될 수 있다. 릴레이 링크를 위한 지상으로의 근접한 다운링크 위치를 갖고, 인증 질의는 더 빠르게 완료되며 SS7 등과 같은 더 느린 연결을 통한 링크들을 피할 수 있다.
J.1.b HSS 인증 캐싱
다음의 궤도 구성들에 일반적이다. 다시 말해서, 이러한 구현은 유일한 LEO 네트워크를 통해, 또는 부가적인 릴레이 위성들을 가진 네트워크에서 사용될 수 있다. 궤도상에서 HSS 및/또는 VLR을 포함한 스페이스-기반 셀룰레 네트워크가 적절할 수 있다.
통상적인 로밍 인증은 UE가 인증할 수 있을 때마다 요구된 인증 정보를 모으도록 홈 네트워크 HSS에 질의하기 위해 방문형 네트워크를 수반한다. 일반적으로, 이것은 방문 가입자가 자신의 소유가 아닌 네트워크로 로밍할 때마다 행해진다. 이론적으로, 방문형 네트워크는 질의의 결과들을 홈 HSS로 캐싱하며 상기 IMSI에 대한 인증 정보를 데이터베이스에 저장할 수 있다. 캐싱된 인증 정보를 갖고, 홈 네트워크 HSS에 대한 제 1 성공적인 인증 절차 후, 인증은 거기서부터, 저장된 위성 HSS를 통해 궤도상에서 일어날 수 있다. 이러한 방식으로, 핸드오버 기술은 처음에 지상을 통한 제 1 인증 절차를 통해 IMSI를 얻기 위해 사용될 수 있다. 그 뒤의 제 2 시도는 빠른 인증을 위해 궤도-상 데이터베이스에 의존할 수 있다.
위성 네트워크를 사용하도록 허가되는 IMSI들이 미리 알려져 있거나, 또는 시간에 걸쳐 알려진다면, 인증을 위한 절차는 디바이스로부터의 제 1 질의에 앞서 홈 네트워크 HSS에 도용될 수 있다. 이러한 식으로, 가짜 질의의 결과들("인증 벡터들)은 제 1 인증 절차가 발생하기 전에 궤도-상 HSS 및 AuC 데이터베이스들에 캐싱되고 인증될 수 있다. 이러한 방식으로 모든 인증 절차는 필요한 AuC 정보의 저장된 HSS-AuC를 통해 궤도-상에서 발생할 수 있다.
J.1.c 인증 도용
지상으로의 연결성 세션을 완전히 피한 경우에, 네트워크는 또한 인증 프로세스에 대해 도용할 수 있다. 다시 말해서, 네트워크로 인증하려고 시도하는 많은 사용자들은, 기지국과 연결 절차를 겪게 된다. 그러나, 스페이스 네트워크는 계산된, 또는 저장된, "더미" 인증 벡터 값들을 사용하며(HSS로부터 질의된 것처럼) 그것들을 UE로 전달할 수 있다. 이들 인증 벡터 값들을 사용한 인증 절차의 결과는 네트워크로의 디바이스 인증을 허용할 수 있으며 네트워크는 단지 IMSI에 기초하여 사용자에 대한 인증을 허용한 것으로 알고 있다.
J.1.d 궤도-상 인증
스페이스 네트워크는 각각의 위성에 탑재된 그것의 서비스를 사용하도록 프로비저닝된 사용자들에 대한 전체 HSS 데이터베이스를 이용할 수 있다. 이러한 구성으로, 스페이스 네트워크는 실제로 홈 네트워크이며 사실상 UE 키들을 저장할 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자가 네트워크에 인증하려고 할 때, 위성은 지상으로의 위성 간 링크 또는 공급자 링크를 사용할 필요가 없으며, 그것은 간단히 요구된 인증 벡터들을 모으기 위해(AuC로부터) 궤도-상 데이터베이스에 질의하며 빠른 방식으로(초 이하) 및 사용자에 대한 주어진 오버패스의 시간 내에서 인증을 완료할 수 있다.
K. 위성들에 탑재된 애플리케이션 서버들/IMS 코어
PDN 서버에서 애플리케이션 층들의 두 개의 인스턴스들 사이에서 IP 패킷들의 저장-및-포워드를 위한 빠른 IP 베어러 생성으로서 작용하도록 위성들에 탑재된 애플리케이션 서버들의 인스턴스들을 실행하는 것에 대한 설명.
이전에 설명된 군집 구성들의 몇몇 페이즈(phase)들에서, 원격 UE들이 위성 기지국과 통신하기 위해 액세스하지만, 위성 기지국이 애플리케이션 서버들 또는 IMS 서버들을 액세스할 수 있는 지상 네트워크로의 액세스를 아직 갖지 않는 간헐적 연결성이 있을 수 있다. 그 결과, IP 트래픽은 애플리케이션 서버와 이동 디바이스 사이에서 이동하는 것이 어렵거나 또는 불가능할 수 있어서, 인터넷을 액세스하거나 또는 백 엔드 지원을 요구하는 애플리케이션들을 사용할 가능성을 제거할 수 있다. 위성이 지상으로의 액세스를 갖지 않는 시나리오들에서도, 그것은 순식간일 수 있거나, 또는 UE 및 PDN 서버 사이에서 데이터의 유용한 송신을 위해 충분하지 않은 관심 있는 PDN 서버 및 UE 사이에서 대기시간을 요구할 수 있다.
이러한 문제에 대한 해결책은 서버 측 코드의 라이트 버전을 호스팅하는 군집 네트워크에서의 위성일 것이며, 따라서 통신들은 애플리케이션을 로딩하고 데이터로 하여금 타임 아웃되거나, 또는 애플리케이션이 로딩하는데 실패하지 않고 서버로부터 요청되도록 허용하기 위해 충분히 일시적으로 UE로 핸들링될 수 있다. 위성 군집은 인터넷상에서의 사용자들에 의해 액세스된 "대중적인" 서버들의 가상화된 사본, 캐시, 또는 미러를 이용하기 위해, 컴퓨터들 및 메모리를 호스팅할 수 있다. 컴퓨터 및 메모리는 심지어 구체적으로 이러한 기능을 위해 전용될 수 있으며, 세계 주변의 사용자들에게 그것들의 서비스, 또는 웹사이트의 사용, 또는 그것으로의 액세스를 가능하게 하길 원하는, 애플리케이션들, 또는 웹사이트들을 관리하는 회사들에게 판매되거나, 또는 대여될 수 있다. 예로서, 하나의 국가에서 서버들을 동작시키는 대중적인 웹사이트들은 서버의 더 국소적인 인스턴스가 네트워크 병목현상들을 완화시키고 홈 서버상에서의 DNS 트래픽을 완화시키기 위해 요구되는 만큼 많이, 다른 국가들에서의 증가하는 수요를 보고 있다. 궤도에 이들 캐싱된 사본들을 위치시킴으로써, 세계 주위의 그것들의 물리적 전파는 원래 서버로부터 멀리 떨어진 원격 사용자들에 의해 요구된 데이터로의 보다 쉽게 이용 가능한 액세스를 허용한다. 원래 서버들의, 이들 캐싱된, 또는 미러 사본들은 "슬레이브" 사본들로서 동작할 수 있으며, 여기에서 원래 서버는 "마스터"로서 동작하며 서버의 "슬레이브" 사본들로의 업데이트들을 밀어붙인다. 그 결과, 궤도에서의 서버들은 약간 "지연되거나" 또는 오래된 데이터를 가질 수 있다.
더욱이, 애플리케이션 서버의 라이트 버전, 또는 웹사이트는, 디바이스로부터 IP 패킷들을 수용하는 것을 다룰 수 있는 궤도상에서 사용될 수 있다(예를 들어, 원격 UE로부터의 WhatsApp 메시지). IP 패킷들은 데이터 패킷들이 수신되는 적절한 지상-기반 애플리케이션 서버로 저장되고 포워딩될 수 있으며, 메시지는 의도된 수신인을 이해 언패킹된다. 일단 메시지가 서버에 도착하면, 그것은 그것이 통상적인 지상파 시나리오에서 할 수 있는 것과 동일한 방식으로, 적절한 수신인 UE로 라우팅될 수 있다. 서버의 라이트 버전을 동작시킴으로써, 비교적 단순한 프로세서 및 작은 양의 메모리를 가진("마스터" 사본을 호스팅한 실제 서버와 비교하여) 단일 보드 컴퓨터만큼 작고 전력 소모가 적은 하드웨어로 가상화될 수 있을 것이다.
유사한 기술이 IMS 코어를 갖고 이용될 수 있어서, RCS와 같은, IMS 기반 서비스들이 에지 밖으로, 연장된, 라이트 방식으로 동작하도록 허용할 수 있다.
L. 강화된 사용자 장비(UE)
L.1 강화된 네트워크 오버패스 예측
스페이스 기반 셀룰러 네트워크를 가진 기능을 지원하기 위해, 사용자 장비는 약간의 강화들로부터 이익을 얻을 수 있다. UE들은 가능하게는 강화된 MME에 의해 계산된 링크 상태 스페이스의 메시에서의 포인트들일 수 있다. 그 결과, 여정은 또한 네트워크 상에서의 핸드셋들에 대해 또한 생성될 수 있다.
주로, 단독으로 GPS 위치에 기초하여, UE는 그 자신의 상태 스페이스 예측 엔진을 사용하여, 위성들로부터 다음 세트의 오버패스들을 계산하도록 프로그램될 수 있다. 유사하게, 지상에서 강화된 MME에 의해 개발된 우주선, 라디오 액세스, 및 코어 네트워크 여정들은 UE가 현재 UE GPS 위치에 대한 커버리지의 인스턴스들을 산출할 커버리지의 세트를 정의할 수 있다. 스페이스 네트워크에 대한 상태 스페이스 데이터베이스(또는 디바이스의 위치에 기초한 그것의 부분들)는 인터넷/서버들로의 연결성 및 액세스의 밖에 있을 때 저장되고 사용될 수 있도록 UE로 푸싱될 수 있다. UE는 또한 에지에서 산출들을 하기 위해 핸드셋 상에서 네트워크 상태 스페이스 전파기를 또한 호스팅할 수 있다. 통상적인 지상파 셀의 커버리지의 밖에 있을 때, UE는 그것의 셀 탐색 기준들을 수정하며 오버패스한 위성은 넘어가며 다음 5초, 10분, 30분 등에서 커버리지를 제공할 수 있다는 것을 안다.
위성 오버패스들의 예측은 사용자 인터페이스 측면(예컨대, 스마트폰 앱) 상에서의 애플리케이션 층에서 구현될 수 있다. 이것은 애플리케이션이 위성 오버패스들을 예측하고 메시지 애플리케이션들에서 전화들 사이에 전송된 데이터/메시지들/SMS를 저장하고 포워딩하는 것을 가능하게 하도록 허용할 수 있다. 애플리케이션은 특정한 시간에 그 메시지를 전송하려고 시도하는 것을 알고 있으며, 소프트웨어 애플리케이션은 그것을 하도록 전화기에 명령할 수 있다. 부가적으로, 소프트웨어 애플리케이션은 스마트폰 상에서 비행 모드를 토글링할 수 있으며, 이것은 이용 가능한 네트워크를 찾기 위해 즉시 전화기를 스캔 모드(예컨대, 디바이스를 효과적으로 파워 온 및 오프하는)로 전송할 것이다.
위성 오버패스들의 예측은 또한 UE 및 네트워크 사이에서의 제어 평면에 알리는 여정들에 의해 제공될 수 있다. 예로서, 이동 디바이스 UE를 위한 통상적인 탐색 절차는 오버패스들에 대해 제공된 여정에 대한 시간을 확인하는 타이머를 포함하도록 수정될 수 있다. 타이머에 기초하여, UE는 예를 들어, 어떤 지상파 또는 궤도 기지국도 그때 이용 가능하지 않다면 궤도 기지국으로부터 특정 LTE ARFCN, 대역폭, PLMN 코드, 및/또는 셀 ID 코드에 대해 스캔하기 위한 절차를 구현할 수 있다. 통상적인 지상파 커버리지의 밖에 있을 때, 이것은, 궤도 기지국으로부터 새롭게 이용 가능한 네트워크 액세스에 대해 스캔하기 시작할 때를 정확히 알고 있으므로, 디바이스에 대한 배터리 전력을 절감하는 것을 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 궤도 기지국으로 연결한 후, 위성이 UE에 얼마나 오래 이용 가능할지에 대한 기존의 지식이 있을 수 있으며, 이러한 지속 기간에 기초하여, UE는 어떤 2-방향 통신들이 실현 가능하지, 및 아마도, 주어진 오버패스에 대해 무선이 우선화되어야 하는지를 결정할 수 있다. 여기에서 더하여, 여정은, 디바이스를 네트워크로 및 그로부터 어떤 애플리케이션들/데이터를 요청/이동할지에 대한 판단으로 이끌 수 있는(예컨대, LTE 상에서, 그것이 더 높은 데이터 레이트 요건들 등을 가진 애플리케이션들을 선호하는 동안, GSM 상에서, 디바이스는 그것이 이동하고자 하는 SMS/낮은 데이터 레이트 트래픽을 선호할 수 있다), 라디오 액세스 기술(예컨대, GSM 또는 LTE), 데이터 레이트 예상들 등에 대하여 주어진 오버패스를 위한 서비스의 레벨에 대한 정보를 포함할 수 있다.
강화된 MME에 의해 제공된 여정들은, 네트워크 또는 백-엔드 서버/PDN 서버와의 연결성 세션을 행할 필요가 있다면, UE가 스페이스 기지국 네트워크로의 액세스를 요청해야 할 때에 대한 특정 시간 스탬프를 포함할 수 있다. 상기 설명된 타이밍은 그것들의 계획된 네트워크 액세스 요청 신호들이 즉각적인 PRACH 활동의 잠재적인 도전 및 UE들 간의 경합을 개선하기 위해 서로로부터 떨어져 시간 이중화되도록 UE들로 제공될 수 있다. 여정들은 어떤 PRACH 채널들이 상기 특정한 UE, 또는 심지어 UE들의 세트에 대해 이용 가능한지를 포함할 수 있다. 부가적인 제어 채널 시그널링은 UE뿐만 아니라 추적 영역 업데이트들, 인증을 위해 예측되거나 또는 자동화될 수 있다.
L.2 강화된 송신 전력
UE들은 또한 기지국으로의 업링크를 위한 송신 전력에서의 증가를 포함하기 위해 강화될 수 있다. 본 개시의 이익은 UE들이 통상적인 지상파 셀 위치들에서 표준 송신 전력들을 사용할 수 있지만, 간섭할 어떤 타워들도 없는, 원격 영역들에서, UE는 LTE에 대해 200mW(및 GSM에 대해 2W)보다 높은 전력으로 위성으로 업링크할 수 있다는 것이다.
업링크 상에서의 송신 전력은 네트워크의 MCC 및 MNC 코드와 같은 특정한 기준들에 기초하여 더 높아지도록 트리거될 수 있다(예컨대, 네트워크가 스페이스-기반 네트워크이면, 더 높은 송신 전력들이 업링크 종료를 지원하도록 허용한다). SIB 및 MIB 블록들은 종종 상기 셀 상에서 어떤 최대 송신 전력이 허용되는지를 UE에 나타내기 위해 사용된다. 스페이스 네트워크 기지국들은 지상파 셀들보다 높은 값을 전송하도록 허용될 수 있으며, 이것은 UE들이 이해하고 수용하기 위해 강화될 수 있다.
기존의 UE들은 GSM 및 LTE 프로토콜들과 호환 가능할 수 있다. 이와 같이, LTE 통신들에서 사용될 GSM에서 허용된 2W 피크 송신 전력을 레버리징할 수 있는 기존의 구성 설정들이 있을 수 있다.
이것은 높은 감쇠 환경들에서 링크를 닫는 것을 허용할 수 있다. 상기 위성으로의 링크를 닫는 것을 지원하기 위해 디바이스가 일시적으로 전력을 급등시키기를 원하는 재난 동안 프로토콜에서 이에 대한 요구가 있을 수 있다.
L.3 안테나에 대한 강화들
위성들이 가진 링크 버짓 조건들을 개선하는 것에 추가로, 원형 편광 안테나들이 강화된 UE들에서 사용될 수 있다. 원형 편광 위성 신호를 갖고, 원형 편광 안테나는 링크 마진에서의 3dB 증가(3dB에서 0으로의 편광 손실의 감소)를 허용할 수 있다. 이것은 GPS 안테나(원형 편광되는)를 레버리징함으로써 행해질 수 있다. 이동 디바이스들에서 기존의 GPS 안테나들이 튜닝되지 않거나 또는 GPS L-대역 주파수들의 바깥쪽에서 잘 매칭되지 않는 동안, GPS L-대역 채널들, 뿐만 아니라 근 대역 셀룰러 주파수들(예컨대, 700MHz, 800MHz, 900MHz, 1.8GHz, 1.9GHz 등)과 호환 가능한 새로운 안테나가 설치될 수 있다.
원형 편광 안테나 피처들의 추가는, 신호 바운스들이 더 이상 수신 안테나와 동일한 편광을 갖지 않는 단일 반사들을 생성함에 따라 다중경로 효과들이 원형 편광 신호들을 저하시킬 수 있다는 사실에도 불구하고, 작동할 수 있다. 그 결과, 단일 반사들은 쉽게 수신될 수 없으며, 가시선 통신들이 부족한 것은 상당한 링크 억제제가 될 수 있다. 때때로, 지상파 통신들에서의 다중경로는, 신호들 중 하나의 오프 각 편광 수신을 지원하기 위해, 아마도, 다수의 선형화 각도들에서, 선형 편광된 신호들에 의존한다.
전통적으로 지상파 시스템들을 갖고, 가시선은 타워로의 링크의 수평 기하학 때문에 링크들에 대해 이용 가능하지 않으며, 따라서 링크는 레일리(Raleigh) 페이딩을 가진 링크(여기에서 바운싱 신호들이 링크를 주도한다)로서 모델링될 수 있다. 위성 통신들을 갖고, 가시선은 종종 링크를 주도할 수 있으며, 원형 편광 안테나들은 위성들과 통신하기 위해 가능화되며 그 외 불능화될 수 있다. 그러나, 안테나는 선형 신호들을 수신할 수 있을 것이다.
L.4
UE
-기지국 에어 인터페이스
프로토콜에 대한 강화들
더 유리한 링크 버짓 프로토콜들이 지구 표면상에서의 UE들과 궤도에서의 위성 기지국들 사이에서의 통신들의 증가된 커버리지를 지원하기 위해 사용될 수 있는 셀룰러 네트워크들 상에서 사용된 UE들에 대한 추가 강화들이 있을 수 있다. 이것은 또한 위성들 및 빌딩 내에, 또는 지붕 아래, 금속 컨테이너 등에 있는 UE들 사이에서의 통신들을 지원하기 위해 행해질 수 있다. 이것은 또한 지상파 타워들과의 통신들의 증가된 거리를 위해 사용될 수 있다. 이들 프로토콜들의 초점은 업링크 상에서 신호들의 전력 스펙트럼 밀도를 증가시키고, 송신 다이버시티의 몇몇 요소(예컨대, 주파수 다이버시티, 또는 코드 다이버시티)를 레버리징하거나, 또는 아마도 잡음 플로어로부터 기지국들 및 UE들로부터의 신호들을 검색하기 위한 몇몇 부가적인 신호 프로세싱 이득을 레버리징하는 위성 기지국들 및 UE 사이에서 사용되는, 강화된, 또는 수정된 파형들일 것이다.
궤도 기지국들을 갖고, UE 및 궤도 기지국 사이에서 NB-IoT를 사용하는 것은 UE가 LTE 프로토콜 상에서 단지 단일 15kHz 서브캐리어에 걸쳐 200mW의 신호 전력을 송신하도록 허용함으로써 링크 버짓에서의 20dB 증가를 제공할 수 있다. 기존의 LTE 리소스 블록 구조를 사용함으로써, 기저대역 파형들을 구현한 기존의 UE 하드웨어에 대한 수정들은 UE로부터 NB-IoT를 지원하기 위해 구현될 수 있다.
NB-IoT 프로토콜은 단지 위성 네트워크상에서만 사용되는 실시예들이 있을 수 있다. 대안적으로, NB-IoT 프로토콜이 단지 위성으로의 업링크 상에서만 사용되는 실시예들이 있을 수 있지만, LTE와 같은, 상이한 RF 인터페이스는 다운링크 상에서 통신하기 위해 사용된다(및 충분히 더 많은 전력은 단지 상기 방향으로 링크를 닫기 위해 다운링크 상에서 사용된다).
상당히 제한된 통신 링크들 하에서(예컨대, 지하들에서, 빌딩들에서, 상당한 RF 간섭의 영역들에서) UE들과 통신하기 위한 메커니즘을 제공하기 위해 몇몇 대역폭에 걸쳐 낮은 데이터 레이트 신호를 확산시키는 몇몇 코딩된, 또는 주파수 호핑된, 신호들을 사용하여 통신하도록 기존의 셀룰러 대역들, WiFi 대역들(2.4GHz), 또는 ISM 대역들(902 내지 928MHz)을 레버리징하는 몇몇 프로토콜에 의해 UE가 강화되는 추가 실시예들이 있을 수 있다.
M. 대안적인 실시예들에 대한 설명
UE가 Ka, 또는 Ku 대역에서 5G NR 에어 인터페이스를 위해 할당되는 상위 주파수들 상에서 통신하기 위해 구비되는 상기 설명된 네트워크에 대한 강화를 위한 실시예가 있을 수 있다. 특히 궤도에서 지상으로 위성 통신을 사용할 때, 이들 주파수들에서, 안테나들은 매우 작아질 수 있지만, 경로 손실은 크게 초과할 수 있다.
이와 같은 시나리오에서, UE는 디바이스 상에서 제한된 송신 전력 및 감소된 안테나 이득을 가진 업링크 상에서의 링크를 닫지 못할 수 있을 것이다. 그러나, 위성들은 그것들이 궤도로부터 UE 아래로 Ku 또는 Ka 대역 통신들이 가능하도록 충분히 충분하게 사이징될 수 있지만, 다른 방향은 아니다(대체로 더 많은 송신 전력 및 가능하게는 빔형성 능력을 가진 UE를 구비하지 않은).
이러한 인스턴스에서, 본 개시에서의 통신 네트워크는 주파수가 비동기식인, 통신 동작을 구현할 수 있으며, 여기에서 하위 주파수 셀룰러 대역들은 낮은 데이터 레이트 업링크가 UE로부터 궤도 eNB로 직접 닫는 것을 허용한다. 업링크 상에서, 디바이스는 높은 데이터 레이트 다운링크 서비스들(끊김없는 영화 스트리밍, 또는 인터넷으로부터 다운로드할 큰 데이터 세트들과 같은)로의 액세스를 요청할 수 있다. 위성 네트워크에서 eNB는 하위 주파수 셀룰러 대역들 상에서 UE와 2 방향들로 통신할 수 있으며, 또한 서비스에 의해 요청된 높은 데이터 레이트 요건들을 제공하기 위해 높은 전력, 가능하게는 빔형성된 다운링크 신호를 UE로 제공하는 능력을 갖고 직교 주파수 대역(Ka 또는 Ku 대역과 같은)에서, 다운링크 리소스 블록들의 세트, 캐리어들, 시간슬롯들 등을 할당하기 위해 강화될 수 있다.
다운링크 위성은 심지어 UE 업링크 신호들을 수신한 위성 기지국과 상이한 우주선일 수 있다. 다운링크 우주선은, 링크 버짓의 특성화 및 원하는 데이터 레이트들로 폐쇄하기 위한 요건들에 의존하여, LEO, MEO, 또는 GEO에 위치될 수 있다.
씬 업링크 채널(thin uplink channel)이 큰 다운링크 채널을 가능화하기 위해 요구되는 사용 경우를 위해 배치된 셀룰러 스페이스 네트워크에 대한 실시예가 있을 수 있다. 예로서, 자동차와 같은 차량에서 GEO들로부터 고 스루풋 위성 다운링크 데이터(엔터테인먼트를 위한)를 수신할 수 있는 디바이스가 있을 수 있다. 그러나, 차량은 다운링크를 제어하기 위해 GEO 위성까지 다시 전달할 방법이 없을 수 있다. 셀룰러 모뎀은 GEO로부터 특정 높은 스루풋 다운링크를 수행하기 위한 명령을 전송하기 위해 씬 업링크에서 자동차를 연결하기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 여기에서 설명된 기술들은 펌웨어, 메모리, 다른 저장장치, 또는 조합에서 프로그램 지시들에 따라 기술들을 수행하도록 프로그램된 하나 또는 일반화된 컴퓨팅 시스템들에 의해 구현된다. 지구-기반 플랫폼 또는 궤도 플랫폼에서, 기술들을 구현하기 위해 하드와이어드 및/또는 프로그램 로직을 통합하는 데스크탑 컴퓨터 시스템들, 휴대용 컴퓨터 시스템들, 핸드헬드 디바이스들, 네트워킹 디바이스들, 또는 임의의 다른 디바이스와 같은, 특수-목적 컴퓨팅 디바이스들이 사용될 수 있다. 다양한 형태들의 미디어가 하나 이상의 지시들의 하나 이상의 시퀀스들을 실행을 위해 프로세서로 운반하는데 수반될 수 있다. 예를 들어, 지시들은 처음에 원격 컴퓨터의 자기 디스크 또는 고체 상태 드라이브 상에서 운반될 수 있다. 원격 컴퓨터는 지시들을 그것의 동적 메모리로 로딩하며 지시들을 네트워크 연결을 통해 전송할 수 있다.
여기에서 설명된 프로세스들의 동작들은 달리 여기에서 표시되지 않거나 또는 맥락에 의해 달리 명확하게 반박되지 않는다면 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 여기에서 설명된 프로세스들(또는 변화들 및/또는 그것의 조합들)은 실행 가능한 지시들을 갖고 구성된 하나 이상의 컴퓨터 시스템들의 제어 하에서 수행될 수 있으며 하드웨어 또는 그것의 조합들에 의해, 하나 이상의 프로세서들 상에서 총괄적으로 실행하는 코드로서(예컨대, 실행 가능한 지시들, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 또는 하나 이상의 애플리케이션들) 구현될 수 있다. 코드는 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행 가능한 복수의 지시들을 포함한 컴퓨터 프로그램의 형태로, 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체상에 저장될 수 있다. 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체는 비-일시적일 수 있다.
형태 "A, B, 및 C 중 적어도 하나", 또는 "A, B 및 C 중 적어도 하나"의 구절들과 같은, 접속어는, 달리 구체적으로 서술되지 않거나 또는 맥락에 의해 명확하게 반박되지 않는다면, 그 외 아이템, 용어 등이 A 또는 B 또는 C, 또는 A 및 B 및 C의 세트의 임의의 비공(nonempty) 서브세트일 수 있음을 보여주기 위해 일반적으로 사용되는 바와 같은 맥락을 갖고 이해된다. 예를 들어, 3개의 멤버들을 가진 세트의 예시적인 예에서, 접속 구절들 "A, B, 및 C 중 적어도 하나" 및 "A, B 및 C 중 적어도 하나"는 다음의 세트들 중 임의의 것을 나타낸다: {A}, {B}, {C}, {A, B}, {A, C}, {B, C}, {A, B, C}. 따라서, 이러한 접속어는 일반적으로 특정한 실시예들이 A 중 적어도 하나, B 중 적어도 하나 및 C 중 적어도 하나 각각이 존재하도록 요구한다는 것을 내포하도록 의도되지 않는다.
임의의 및 모든 예들의 사용, 또는 여기에서 제공된 대표적인 언어(예컨대, "~와 같은")는 단지 본 발명의 실시예들을 보다 잘 예시하도록 의도되며 달리 주장되지 않는다면 본 발명의 범위에 대한 제한을 부여하지 않는다. 명세서에서의 어떤 언어도 임의의 주장되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로 해석되지 않아야 한다.
앞서 말한 명세서에서, 본 발명의 실시예들은 구현마다 달라질 수 있는 다수의 특정 세부사항들을 참조하여 설명되었다. 명세서 및 도면들은, 따라서, 제한적인 의미보다는 예시적인 것으로 간주된다. 본 발명의 범위의 유일한 및 배타적 표시자, 및 출원인들에 의해 본 발명의 범위에 있는 것의 의도되는 것은, 임의의 뒤이은 보정을 포함하여, 청구항들이 발행하는, 특정한 형태로, 본 출원으로부터 발행하는 이러한 청구항들의 세트의 문자 그대로의 및 등가의 범위이다.
추가 실시예들은 본 개시를 판독한 후 이 기술분야의 통상의 기술자에게 고려될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 개시된 발명의 조합들 또는 서브-조합들이 유리하게 만들어질 수 있다. 구성요소들의 예시적인 배열들은 예시의 목적들로 도시되며 조합들, 부가들, 재-배열들 등은 본 발명의 대안적인 실시예들에서 고려된다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명은 대표적인 실시예들에 대하여 설명되었지만, 이 기술분야의 숙련자는 다수의 수정들이 가능하다는 것을 인지할 것이다.
예를 들어, 여기에서 설명된 프로세스들은 하드웨어 구성요소들, 소프트웨어 구성요소들, 및/또는 그것의 임의의 조합을 사용하여 구현될 수 있다. 명세서 및 도면들은, 따라서 제한적인 의미보다는 예시적인 것으로 간주될 것이다. 그러나, 다양한 수정들 및 변화들이 청구항들에서 제시된 바와 같이 본 발명의 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 그것에 대해 이루어질 수 있으며 본 발명은 다음의 청구항들의 범위 내에 있는 모든 수정들 및 등가물들을 커버하도록 의도된다는 것이 명백할 것이다.
예시적인 조항들
다음의 조항들을 고려하여 본 개시의 실시예들이 설명될 수 있다:
1. 셀룰러 네트워크 관리 시스템은: 제 1 노드 레코드들의 제 1 데이터베이스 테이블로서, 제 1 노드 레코드는 지상파 기지국을 나타내며 상기 제 1 노드 레코드는 지상파 기지국의 동작 세부사항들을 포함하는, 상기 제 1 노드 레코드들의 제 1 데이터베이스 테이블; 제 2 노드 레코드들의 제 2 데이터베이스 테이블로서, 제 2 노드 레코드는 궤도 기지국을 나타내며 상기 제 2 노드 레코드는 상기 궤도 기지국의 동작 세부사항들을 포함하는, 상기 제 2 노드 레코드들의 제 2 데이터베이스 테이블; 네트워크 사용의 데이터세트를 형성하기 위해, 상기 제 1 데이터베이스 테이블에서 표현된 기지국들 및 상기 제 2 데이터베이스 테이블에서 표현된 기지국들로의 연결들을 위한 링크 버짓들을 계산하는 상태 스페이스 예측 컴퓨터; 및 그 중 적어도 일부가 네트워크 사용의 데이터세트로부터 도출되는, 복수의 상태 스페이스 레코드들을 포함한 상태 스페이스 데이터베이스로서, 상기 복수의 상태 스페이스 레코드들의 상태 스페이스 레코드는 커버리지 영역에서의 복수의 메시 포인트들에 대해, 어떤 활성 기지국들이 커버리지 영역 내에서 링크 서비스들을 제공하는지 및 어떤 지연 기지국들이 공유 프로토콜 및 활성 기지국들에 의해 공유된 공유 주파수 대역들의 사용을 중지시키는지를 나타내는, 상기 상태 스페이스 데이터베이스를 포함한다.
2. 조항 1의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 상기 지연 기지국들은 네트워크 리소스들의 할당들에 기초하여 공유된 프로토콜의 사용을 중지시키며, 상기 네트워크 리소스들의 할당들은 궤도 기지국들에 할당된 할당 네트워크 리소스들을 제외하며, 그에 의해 상기 지연 기지국들이 중지 요청들의 인식을 위해 상기 지연 기지국들을 프로그램하는 것을 요구하지 않고 그것들의 사용을 중지시키는 것을 야기한다.
3. 조항 1 또는 조항 2의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 상기 활성 기지국들은 적어도 하나의 활성 궤도 기지국을 포함하며 상기 지연 기지국들은 적어도 하나의 수동형 지상파 기지국을 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동형 지상파 기지국은 상기 적어도 하나의 활성 궤도 기지국이 상기 커버리지 영역을 위한 커버리지를 제공하는 것으로 예측될 때 네트워크 사용의 데이터세트에 기초하여 수동 상태에 있다.
4. 조항 1 내지 조항 3 중 어느 하나의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 상기 스페이스 예측 컴퓨터는 상기 궤도 기지국의 미래 커버리지를 예측할 때 지구 중력 모델, 지구 대기 밀도 모델, 자기장 모델, 우주선 능력 모델들, 및/또는 안테나 방사 패턴 모델들을 고려하기 위한 로직을 포함한다.
5. 조항 1 내지 조항 4 중 어느 하나의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 메시 포인트들 및 다각형 커버리지 영역들을 포함한 커버리지 데이터베이스를 추가로 포함하며, 다각형 커버리지 영역들은 각각의 기지국들에 대한 커버리지 데이터베이스에서 참조되고, 상기 각각의 기지국들은 적어도 일부 정적-커버리지 지상파 기지국들, 빔형성을 사용한 적어도 일부 정적-커버리지 궤도 기지국들, 및 상기 적어도 일부 동적-커버리지 궤도 기지국들이 각각의 궤도들에서 이동함에 따라 상기 커버리지 영역에 걸쳐 이동하는 동적 빔들을 사용한 적어도 일부 동적-커버리지 궤도 기지국들을 포함한다.
6. 조항 1 내지 조항 5 중 어느 하나의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 상기 상태 스페이스 데이터베이스는 비상 이벤트들에 기초하여 궤도 기지국들에 의해 커버리지가 달라지는 비상 이벤트들을 포함한 커버리지 역학을 고려한다.
7. 조항 6의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 상기 비상 이벤트들은 예측된 자연 재난들을 포함하며 상기 커버리지 역학은 상기 예측된 자연 재난들에 의해 영향을 받은 영역들에서의 증가된 용량을 포함한다.
8. 조항 6의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 상기 비상 이벤트들은 예측된 자연 재난들을 포함하며 상기 커버리지 역학은 제 1 응답기들에 의해 제공된 입력 데이터에 기초하여 영역들에서의 증가된 용량을 포함한다.
9. 조항 1 내지 조항 8 중 어느 하나의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 지상파 네트워크 핸드오버 프로토콜들과 일치하는 신호들을 사용하여 제 1 궤도 기지국으로부터 제 2 궤도 기지국으로 링크의 임박한 핸드오버를 사용자 장비에 시그널링하는 핸드오버 로직을 추가로 포함한다.
10. 조항 1 내지 조항 9 중 어느 하나의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 지상파 네트워크 핸드오버 프로토콜들과 일치하는 신호들을 사용하여 제 1 궤도 기지국에서 제 2 궤도 기지국으로 터널링 링크로의 연결의 임박한 핸드오버를 사용자 장비에 시그널링하고, 그에 의해 상기 사용자 장비와 상기 셀룰러 네트워크 관리 시스템에 의해 관리된 셀룰러 네트워크로부터 원격인 컴퓨터 시스템 사이에 터널링된 데이터 링크를 유지하는 핸드오버 로직을 추가로 포함한다.
11. 조항 1 내지 조항 10 중 어느 하나의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 셀룰러 네트워크에 사용자 장비(UE)를 인증하며 지상파 네트워크 핸드오버 프로토콜들과 일치하는 신호들을 사용하여 제 1 궤도 기지국으로부터 제 2 궤도 기지국으로의 링크의 핸드오버에 걸쳐 상기 UE 디바이스의 인증을 유지하는 인증 로직을 추가로 포함한다.
12. 조항 11의 셀룰러 네트워크 관리 시스템으로서, 상기 인증 로직은 인증 궤도 기지국에서 구현되며 인증들은 상기 제 1 궤도 기지국 및/또는 상기 제 2 궤도 기지국에서의 사용을 위해 캐싱된다.
13. 여정 생성기로서, 그 중 적어도 하나가 지상파 기지국이며 그 중 적어도 하나가 궤도 기지국인, 복수의 기지국들을 가진 셀룰러 네트워크에서의 사용을 위한, 상기 여정 생성기는: 우주선 여정들을 생성하기 위한 제 1 생성기; 위성 기능 여정들을 생성하기 위한 제 2 생성기; 상기 우주선 여정들 및 상기 위성 기능 여정들을 저장하는 상태 스페이스 데이터베이스; 상기 상태 스페이스 데이터베이스에 기초하여, 기지국들에 대한 정적 위치들을 저장하며 어떤 궤도 기지국이 커버리지 영역에서의 어떤 영역들에 대한 커버리지를 제공할지를 나타내는 커버리지 표현들을 출력하는 네트워크 플래너 컴퓨터; 및 상기 상태 스페이스 데이터베이스의 사본들을 복수의 우주선 네트워크 노드들의 각각으로 분배하는 데이터베이스 분배기를 포함한다.
14. 조항 13의 여정 생성기로서, 상태에서의 변화들에 응답하여 상기 상태 스페이스 데이터베이스를 조정하기 위해 사용 가능한 궤도 기지국들에 대한 상태를 관리하기 위한 로직을 포함한, 상기 네트워크 플래너 컴퓨터와 통신하는, 명령 및 제어 시스템을 추가로 포함한다.
15. 조항 14의 여정 생성기로서, 상기 궤도 기지국에 대한 상태는 온도, 전력 레벨, 연료 레벨, 프로세서 건강, 및/또는 라디오 건강 중 하나 이상을 포함하며, 여정들은 상기 상태에 기초하여 조정된다.
16. 조항 13 내지 조항 15 중 어느 하나의 여정 생성기로서, 상기 상태 스페이스 데이터베이스는 상태 조건들이 이전에 생성된 위성 기능 여정의 사용을 배제할 때 사용을 위한 적어도 하나의 백업 여정을 포함한다.
17. 조항 13 내지 조항 16 중 어느 하나의 여정 생성기로서, 상기 상태 스페이스 데이터베이스는 규칙들의 세트 또는 서비스 품질 요건 중 하나 이상에 기초하여 최적화된 여정들을 포함한다.
18. 조항 13 내지 조항 17 중 어느 하나의 여정 생성기로서, 상기 상태 스페이스 데이터베이스는 지상 스테이션 또는 네트워크에서의 궤도 요소에 대해 계산된 여정들을 포함한다.
19. 셀룰러 네트워크를 위한 커버리지를 결정하는 방법은: 메시 포인트들의 데이터베이스를 저장하는 단계로서, 각각의 메시 포인트는 커버리지 영역에서의 위치 및 상기 메시 포인트에서의 서비스에 대한 메타데이터를 갖는, 상기 메시 포인트들의 데이터베이스를 저장하는 단계; 커버리지 영역들의 데이터베이스를 저장하는 단계로서, 각각은 한정된 영역을 가지며 적어도 일부는 다각형 경계들을 갖는, 상기 커버리지 영역들의 데이터베이스를 저장하는 단계; 할당 시간 동안 커버리지 영역들에 상기 메시 포인트들을 할당하는 단계로서, 커버리지 영역들은 궤도 기지국들의 궤도들에 기초하여 시간에 따라 달라지는, 상기 할당 단계; 및 할당된 할당 시간들 동안 할당된 커버리지 영역들에 커버리지를 제공하도록 기지국들을 제어하는 단계를 포함한다.
20. 이동성 관리 엔티티를 제어하는 방법은: 상기 이동성 관리 엔티티에 의해 관리된 네트워크의 미래 링크 상태들의 세트를 도출하기 위해 궤도 기계학, 자세 역학, 및 링크 버짓들에 대한 물리 시뮬레이션들을 수행하는 단계; 및 상기 미래 링크 상태들의 세트에 기초하여 우주선 동작들, 라디오 액세스 동작들, 및 코어 네트워크 동작들에 대한 여정들을 결정하는 단계를 포함한다.
21. 셀룰러 네트워크의 사용자 장비(UE) 디바이스들과 통신하는 복수의 궤도 기지국들을 관리하는 방법으로서, 상기 방법은: 상기 복수의 궤도 기지국들 중 제 1 궤도 기지국에 대한 제 1 커버리지 영역을 결정하는 단계; 상기 복수의 궤도 기지국들 중 제 2 궤도 기지국에 대한 제 2 커버리지 영역을 결정하는 단계; 상기 제 1 커버리지 영역 및 상기 제 2 커버리지 영역이 중첩할 때 상기 제 2 궤도 기지국으로부터의 신호의 수정을 결정하는 단계로서, 상기 수정은 UE 디바이스가 정지 기지국들 간의 신호 세기의 손실로서 해석하도록 프로그램되고, 그에 의해 상기 제 1 궤도 기지국으로의 핸드오프를 위한 요청을 트리거하는 신호의 변경을 포함하는, 상기 수정을 결정하는 단계를 포함한다.
22. 조항 21의 복수의 궤도 기지국들을 관리하는 방법으로서: 각각이 전체 커버리지 영역에서의 위치를 나타내는, 복수의 메시 포인트들을 생성하는 단계; 상기 복수의 메시 포인트들을 커버하는 복수의 다각형들을 생성하는 단계; 상기 복수의 메시 포인트들에서의 주어진 메시 포인트에 대해, 링크 버짓을 결정하는 단계; 상기 주어진 메시 포인트에 대해, 적용 가능한 무선 통신 제약들의 세트를 결정하는 단계; 및 상기 주어진 메시 포인트의 커버리지를 갖는 특정한 다각형과 일치하는 복수의 기지국 빔들의 각각에 대해, 상기 특정한 다각형에서 상기 주어진 메시 포인트에 대한 적용 가능한 무선 통신 제약들의 세트에 기초하여 빔 파라미터들을 결정하는 단계를 추가로 포함한다.
23. 계산 및 이동 무선 통신들이 가능한 사용자 장비(UE) 디바이스로서: 운영 시스템; 애플리케이션 프로그램 코드 및 노드 가용성 테이블을 저장하기 위한 메모리로서, 상기 노드 가용성 테이블은 적어도 부분적으로, 궤도 플랫폼들에 구현된 노드들에 대한 궤도 역학에 대해 결정된 미래 사전-계산된 시간 기간들에서 이용 가능한 것으로 예측되는 무선 네트워크의 노드들을 나타내는, 상기 메모리; 상기 애플리케이션 프로그램 코드를 실행하기 위한 및 상기 노드 가용성 테이블에 의해 표시된 노드 가용성과 동조하도록 상기 애플리케이션 프로그램 코드의 타이밍 통신 프로세스들을 위한 프로세서; 및 적어도 상기 노드 가용성 테이블의 표현을 수신하며 상기 무선 네트워크와 통신하기 위해 사용 가능한 통신 회로를 포함한다.
24. 조항 23의 사용자 장비(UE) 디바이스로서, 상기 노드 가용성 테이블은 궤도 플랫폼들에서 구현된 노드들에 대한 링크 버짓 계산들에 의해 추가로 결정된 미리 사전-계산된 시간 기간들에서 이용 가능한 것으로 예측되는 무선 네트워크의 노드들을 나타낸다.
Claims (24)
- 셀룰러 네트워크 관리 시스템에 있어서,
제 1 노드 레코드들의 제 1 데이터베이스 테이블로서, 상기 제 1 노드 레코드들 중 제 1 노드 레코드는 지상파 기지국을 나타내고 상기 제 1 노드 레코드는 상기 지상파 기지국의 동작 세부사항들을 포함하는, 상기 제 1 노드 레코드들의 제 1 데이터베이스 테이블;
제 2 노드 레코드들의 제 2 데이터베이스 테이블로서, 상기 제 2 노드 레코드들 중 제 2 노드 레코드는 궤도 기지국(orbital base station)을 나타내고 상기 제 2 노드 레코드는 상기 궤도 기지국의 동작 세부사항들을 포함하는, 상기 제 2 노드 레코드들의 제 2 데이터베이스 테이블;
네트워크 사용의 데이터세트를 형성하기 위해, 상기 제 1 데이터베이스 테이블에서 표현된 기지국들 및 상기 제 2 데이터베이스 테이블에서 표현된 기지국들로의 연결들을 위한 링크 버짓(link budget)들을 계산하는 상태 스페이스 예측 컴퓨터; 및
복수의 상태 스페이스 레코드들 중 적어도 일부가 네트워크 사용의 데이터세트로부터 도출되는, 복수의 상태 스페이스 레코드들을 포함한 상태 스페이스 데이터베이스로서, 상기 복수의 상태 스페이스 레코드들 중 특정 상태 스페이스 레코드는 커버리지 영역(coverage area)에서의 복수의 메시 포인트들에 대해, 어떤 활성 기지국들이 커버리지 영역 내에서 링크 서비스들을 제공하는지 및 어떤 지연 기지국(deferring base station)들이 공유 프로토콜 및 상기 활성 기지국들에 의해 공유된 공유 주파수 대역들의 사용을 중지시키는지를 나타내는, 상기 상태 스페이스 데이터베이스를 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 지연 기지국들은 네트워크 리소스들의 할당들에 기초하여 공유 프로토콜의 사용을 중지하고, 상기 네트워크 리소스들의 할당들은 궤도 기지국들에 할당된 할당 네트워크 리소스들을 제외함으로써, 상기 지연 기지국들이 중지 요청들의 인식을 위해 상기 지연 기지국들을 프로그램하는 것을 요구하지 않고 그들의 사용을 중지시키는 것을 야기하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 활성 기지국들은 적어도 하나의 활성 궤도 기지국을 포함하고 상기 지연 기지국들은 적어도 하나의 수동형 지상파 기지국을 포함하고, 상기 적어도 하나의 수동형 지상파 기지국은 상기 적어도 하나의 활성 궤도 기지국이 상기 커버리지 영역을 위한 커버리지를 제공하는 것으로 예측될 때 네트워크 사용의 상기 데이터세트에 기초하여 수동 상태에 있는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상태 스페이스 예측 컴퓨터는 상기 궤도 기지국의 미래 커버리지를 예측할 때 지구 중력 모델, 지구 대기 밀도 모델, 자기장 모델, 우주선 능력 모델들, 및/또는 안테나 방사 패턴 모델들을 고려하기 위한 로직을 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
메시 포인트들 및 다각형 커버리지 영역들을 포함한 커버리지 데이터베이스를 더 포함하고, 상기 다각형 커버리지 영역들은 각각의 기지국들에 대한 커버리지 데이터베이스에서 참조되고, 상기 각각의 기지국들은 적어도 일부 정적-커버리지 지상파 기지국들, 빔 형성을 사용하는 적어도 일부 정적-커버리지 궤도 기지국들, 및 적어도 일부 동적-커버리지 궤도 기지국들이 각각의 궤도들에서 이동함에 따라 상기 커버리지 영역에 걸쳐 이동하는 동적 빔들을 사용하는 상기 적어도 일부 동적-커버리지 궤도 기지국들을 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 상태 스페이스 데이터베이스는 비상 이벤트들에 기초하여 궤도 기지국들에 의한 커버리지가 달라지는 상기 비상 이벤트들을 포함한 커버리지 역학(coverage dynamics)을 고려하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 비상 이벤트들은 예측된 자연 재난들을 포함하고 상기 커버리지 역학은 상기 예측된 자연 재난들에 의해 영향을 받은 영역들에서의 증가된 용량을 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 비상 이벤트들은 예측된 자연 재난들을 포함하고 상기 커버리지 역학은 제 1 응답기들에 의해 제공된 입력 데이터에 기초하여 영역들에서의 증가된 용량을 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
지상파 네트워크 핸드오버 프로토콜들과 일치하는 신호들을 사용하여 제 1 궤도 기지국으로부터 제 2 궤도 기지국으로의 링크의 제 1 임박한 핸드오버를 사용자 장비(UE)에 시그널링하는 제 1 핸드오버 로직을 더 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
지상파 네트워크 핸드오버 프로토콜들과 일치하는 신호들을 사용하여 제 1 궤도 기지국으로부터 제 2 궤도 기지국으로의 터널링 링크에 대한 연결의 제 2 임박한 핸드오버를 UE에 시그널링함으로써, 상기 UE와 상기 셀룰러 네트워크 관리 시스템에 의해 관리된 셀룰러 네트워크로부터 원격인 컴퓨터 시스템 사이에 터널링된 데이터 링크를 유지하는 제 2 핸드오버 로직을 더 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
지상파 네트워크 핸드오버 프로토콜들과 일치하는 신호들을 사용하여 셀룰러 네트워크에 UE 디바이스를 인증하고 제 1 궤도 기지국으로부터 제 2 궤도 기지국으로의 링크의 핸드오버를 통해 상기 UE 디바이스의 인증을 유지하는 인증 로직을 더 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 인증 로직은 인증 궤도 기지국에서 구현되며 인증들은 상기 제 1 궤도 기지국 및/또는 상기 제 2 궤도 기지국에서의 사용을 위해 캐싱되는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 상태 스페이스 데이터베이스는 우주선 여정들 및 위성 기능 여정들을 위한 저장장치를 포함하고, 상기 셀룰러 네트워크 관리 시스템은:
상기 상태 스페이스 데이터베이스에 저장될 우주선 여정들을 생성하기 위한 제 1 생성기;
상기 상태 스페이스 데이터베이스에 저장될 위성 기능 여정들을 생성하기 위한 제 2 생성기;
상기 상태 스페이스 데이터베이스에 기초하여, 기지국들에 대한 정적 위치(static position)들을 저장하며 어떤 궤도 기지국이 커버리지 영역에서의 어떤 영역들에 대한 커버리지를 제공할지를 나타내는 커버리지 표현(coverage representation)들을 출력하는 네트워크 플래너 컴퓨터; 및
상기 상태 스페이스 데이터베이스의 사본들을 복수의 우주선 네트워크 노드들의 각각으로 분배하는 데이터베이스 분배기를 더 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 13 항에 있어서,
상기 네트워크 플래너 컴퓨터와 통신하고, 궤도 기지국 상태에서의 변화들에 응답하여 상기 상태 스페이스 데이터베이스를 조정하는데 사용 가능한 궤도 기지국들에 대한 상태를 관리하기 위한 로직을 포함하는 명령 및 제어 시스템을 더 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 궤도 기지국 상태는 온도, 전력 레벨, 연료 레벨, 프로세서 건강, 및/또는 라디오 건강 중 하나 이상을 포함하며, 여정들은 상기 궤도 기지국 상태에 기초하여 조정되는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상태 스페이스 데이터베이스는 상태 조건들이 이전에 생성된 위성 기능 여정의 사용을 배제할 때 사용을 위한 적어도 하나의 백업 여정을 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상태 스페이스 데이터베이스는 규칙들의 세트 또는 서비스 품질 요건 중 하나 이상에 기초하여 최적화된 여정들을 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 상태 스페이스 데이터베이스는 지상 스테이션 또는 셀룰러 네트워크에서의 궤도 요소에 대해 계산된 여정들을 포함하는, 셀룰러 네트워크 관리 시스템. - 셀룰러 네트워크를 위한 커버리지를 결정하는 방법에 있어서,
메시 포인트들의 데이터베이스를 저장하는 단계로서, 각각의 메시 포인트는 커버리지 영역에서의 위치 및 상기 메시 포인트에서의 서비스에 대한 메타데이터를 갖는, 상기 메시 포인트들의 데이터베이스를 저장하는 단계;
커버리지 영역들의 데이터베이스를 저장하는 단계로서, 각각의 커버리지 영역은 한정된 영역을 가지며 적어도 일부는 다각형 경계들을 갖는, 상기 커버리지 영역들의 데이터베이스를 저장하는 단계;
할당 시간 동안 커버리지 영역들에 상기 메시 포인트들을 할당하는 단계로서, 상기 커버리지 영역들은 궤도 기지국들의 궤도들에 기초하여 시간에 따라 달라지는, 상기 할당 단계; 및
적어도 상기 커버리지 영역들의 데이터베이스에 기초하여, 어떤 활성 기지국들이 할당된 커버리지 영역들 내에서 링크 서비스들을 제공하는지 및 어떤 지연 기지국들이 공유 프로토콜 및 상기 할당된 커버리지 영역들 내에서 상기 활성 기지국들에 의해 공유된 공유 주파수 대역들의 사용을 중지시키는지를 적어도 나타냄으로써, 할당된 할당 시간들 동안 상기 할당된 커버리지 영역들에 커버리지를 제공하도록 기지국들을 제어하는 단계를 포함하는, 셀룰러 네트워크를 위한 커버리지를 결정하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
이동성 관리 엔티티에 의해 관리된 네트워크의 미래 링크 상태들의 세트를 도출하기 위해 궤도 기계학, 자세 역학, 및 링크 버짓들에 대한 물리 시뮬레이션들을 수행하는 단계; 및
상기 미래 링크 상태들의 세트에 기초하여 우주선 동작들, 라디오 액세스 네트워크 동작들, 및 코어 네트워크 동작들에 대한 여정들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 셀룰러 네트워크를 위한 커버리지를 결정하는 방법. - 제 19 항에 있어서,
복수의 궤도 기지국들 중 제 1 궤도 기지국에 대한 제 1 커버리지 영역을 결정하는 단계;
상기 복수의 궤도 기지국들 중 제 2 궤도 기지국에 대한 제 2 커버리지 영역을 결정하는 단계;
상기 제 1 커버리지 영역과 상기 제 2 커버리지 영역이 중첩될 때 상기 제 2 궤도 기지국으로부터의 신호의 수정을 결정하는 단계로서, 상기 수정은 사용자 장비 디바이스가 정지 기지국들 간의 신호 세기의 손실로 해석함으로써, 상기 제 1 궤도 기지국으로의 핸드오프를 위한 요청을 트리거하도록 프로그램되는 상기 신호의 변경을 포함하는, 상기 신호의 수정을 결정하는 단계를 더 포함하는, 셀룰러 네트워크를 위한 커버리지를 결정하는 방법. - 제 21 항에 있어서,
각각이 전체 커버리지 영역에서의 위치를 나타내는, 복수의 메시 포인트들을 생성하는 단계;
상기 복수의 메시 포인트들을 커버하는 복수의 다각형들을 생성하는 단계;
상기 복수의 메시 포인트들에서의 주어진 메시 포인트에 대해, 링크 버짓을 결정하는 단계;
상기 주어진 메시 포인트에 대해, 적용 가능한 무선 통신 제약들의 세트를 결정하는 단계; 및
상기 주어진 메시 포인트의 커버리지를 갖는 특정한 다각형과 일치하는 복수의 기지국 빔들의 각각에 대해, 상기 특정한 다각형에서 상기 주어진 메시 포인트에 대한 적용 가능한 무선 통신 제약들의 세트에 기초하여 빔 파라미터들을 결정하는 단계를 더 포함하는, 셀룰러 네트워크를 위한 커버리지를 결정하는 방법. - 삭제
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