CN103607233A - 一种波束切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波束切换方法，包括步骤：S1、确认当前时刻每个波束中的用户数量，并判断用户的业务类型属于实时用户或是非实时用户；S2、根据波束中用户数量的相对关系，将波束分为hot波束以及非hot波束；S3、对所有的hot波束作如下处理：将当前某个hot波束中的用户归为一簇，切换时优先保证簇内用户只切换波束而不切换子载波；S4、定期重复上述步骤。本发明的波束切换方法，定期对划分出的hot波束进行波束内切换，以达到波束间切换时最小化需要切换子载波的数目的目的同时兼顾了系统的整体性能以及实时业务，有效地提升了波束切换的效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线卫星通信技术领域，特别是涉及一种波束切换方法。
背景技术
随着陆地蜂窝3G技术商用的逐渐成熟，4G技术也有望在近期投入使用。而为了弥补陆地蜂窝系统覆盖范围的问题而引入的卫星通信系统中的3G技术也日渐成熟，跟陆地蜂窝系统相对应的下一代移动卫星通信系统也成为了研究热点。下一代移动卫星通信旨在提高更广泛类型的服务、更高的传输速率，其主要特点为集合了4G中的关键技术：正交频分多址（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）以及多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Out-put，MIMO）。但是新的4G技术跟卫星通信系统相结合产生了不同于陆地蜂窝系统的特点。
由于点波束覆盖范围小，并且卫星在高速移动，波束切换时LEO卫星系统中最常见的切换。在切换过程中，如果在下一个波束中没有新链路或信道，那么当前的呼叫就应该丢弃或者阻塞。再次，选择合适的资源管理（信道分配）策略，可以保证切换期间信道的可用性。因此，信道分配策略和切换保证技术是管理切换请求的主要问题。
为了解决点波束切换问题，已经提出了几种切换方法。可以根据下面两个准则对点波束切换方式进行分类：信道分配策略和切换保证。其中，基于信道分配策略的分类：各种信道分配技术可用于分配信道给某个呼叫。切换请求对于下一个小区也可以看作是一个转移的呼叫，需要分配一个信道。基于信道分配策略，切换技术可以分成如下三种：基于固定信道分配（FCA）的切换、基于动态信道分配(DCA)的切换、基于自适应动态信道分配（IDCA）的切换；基于切换保证技术，切换可以分为：Guaranteed Handover schemes,GH、Guaranteed PrioritizedHandover schemes。
然而新一代卫星通信技术采用了OFDM技术，这使得每个波束中可用资源集合完全相同，本专利即利用这一点对传统波束切换技术进行了改进，提高了切换效率，降低了系统的复杂度。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种新的波束切换方法，以克服下一代移动卫星通信系统中波束切换失败的问题。
（二）技术方案
为解决上述问题，本发明提供一种波束切换方法，包括步骤：S1、确认当前时刻每个波束中的用户数量，并将用户按照业务类型分为实时用户和非实时用户；
S2、根据波束中用户数量的相对关系，将波束分为热点波束和非热点波束；
S3、对热点波束作如下处理：将当前某个热点波束中的用户归为一簇，切换时优先保证簇内用户只切换波束而不切换子载波；
S4、根据预定周期重复上述步骤。
优选地，步骤S2具体包括：
确定波束与终端的相对运动方向，对波束沿波束运动方向按从1到n进行编号，n=1,2，...N，并统计当前时刻每个波束中实时用户与非实时用户的数量；
其中，n表示卫星中总波束的数量，
其中，热点波束判别准则为：将编号为n的波束中的用户数N1与编号为(n-1)的波束中的用户数N2进行比较，若N1>N2，则波束n为热点波束，否则为非热点波束。
优选地，步骤S3具体包括：
按波束移动的反方向对各个波束进行扫描，若波束n为热点波束，则对波束（i-1）进行波束内子载波切换。
优选地，
若波束i为热点波束，且n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2≤M；波束i为n个波束中的任一波束；M表示每个波束中可用子载波数；
ni.1和ni.2分别表示编号为i的波束中实时用户与非实时用户的数量；
n(i-1).1和n(i-1).2分别表示编号为i-1的波束中实时用户与非实时用户的数量；
M表示每个波束中可用子载波数；
将波束（i-1）中的用户切换到与波束i中用户不同的子载波上。
优选地，若波束i为热点波束，且n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2>M,则根据n(i-1).1、n(i-1).2、ni.1、ni.2和M的具体数量关系确定阻塞的用户，然后进行波束内子载波切换；ni.1和ni.2分别表示编号为i的波束中实时用户与非实时用户的数量；
n(i-1).1和n(i-1).2分别表示编号为i-1的波束中实时用户与非实时用户的数量；
M表示每个波束中可用子载波数。
优选地，若n(i-1).1+ni.1+ni.2≤M，则阻塞掉波束(i-1)中n(i-1).2个非实时业务中的(n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
优选地，若n(i-1).1+ni.1+ni.2>M且n(i-1).1+ni.1≤M，则阻塞掉波束(i-1)中所有的非实时业务和波束i中非实时业务中的(n(i-1).1+ni.1+ni.2-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
优选地，若n(i-1).1+ni.1>M，则阻塞掉波束(i-1)和波束i中所有的非实时业务，并阻塞掉波束i中实时业务中的(n(i-1).1+ni.1-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
优选地，优先阻塞掉靠近波束边缘的用户。
优选地，每隔Ts时间间隔重复一次上述步骤，其中，Ts为用户平均通信时间。
（三）有益效果
本发明的波束切换方法，定期对划分出的hot波束进行波束内切换，以达到波束间切换时最小化需要切换子载波的数目的目的。同时兼顾了系统的整体性能以及实时业务，有效地提升了波束切换的效率。
附图说明
图1为依照本发明实施例的波束切换方法方法流程示意图；
图2为依照本发明实施例1的hot波束以及待处理的非hot波束不需要切断用户时的波束切换模型示意图；
图3为依照本发明实施例2的hot波束以及待处理的非hot波束需要切断用户时的波束切换模型示意图；
图4为依照本发明实施例3的hot波束以及待处理的非hot波束需要切断用户时的波束切换模型示意图；
图5为依照本发明实施例4的hot波束以及待处理的非hot波束需要切断用户时的波束切换模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的一种波束切换方法，包括以下步骤：
步骤S1：基本信息确定：确认当前时刻每个波束中的用户数量，并判断用户的业务类型，根据当前用户业务情况分为实时以及非实时用户。
步骤S2：区分热点波束（hot波束）：根据波束中用户数量的相对关系，将波束分为hot波束以及非热点波束（非hot波束）。
确定波束与终端的相对运动方向，对波束沿波束运动方向进行编号（从1到n，n表示此卫星中总波束的数量），并统计当前时刻每个波束中实时用户与非实时用户的数量，n=1,2，...N
hot波束判别准则为：将编号为n的波束中的用户数N1与编号为(n-1)的波束中的用户数N2进行比较，若N1>N2，则波束n为hot波束，否则即为非hot波束。假设编号为i的波束中实时用户与非实时用户的数量分别为ni.1和ni.2，同时假设每个波束中可用子载波数为M。
步骤S3：对所有的hot波束以及非hot波束作如下处理：将当前某个hot波束中的用户归为一簇，切换时优先保证簇内用户只切换波束而不切换子载波。
按波束移动的反方向对各个波束进行扫描，若波束n是hot波束，则对波束(n-1)进行波束内子载波切换。
若波束i为热点波束，且n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2≤M；波束i为n个波束中的任一波束；M表示每个波束中可用子载波数；
ni.1和ni.2分别表示编号为i的波束中实时用户与非实时用户的数量；
n(i-1).1和n(i-1).2分别表示编号为i-1的波束中实时用户与非实时用户的数量；
M表示每个波束中可用子载波数；
将波束（i-1）中的用户切换到与波束i中用户不同的子载波上。
优选地，
若波束i为热点波束，且n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2>M,则根据n(i-1).1、n(i-1).2、ni.1、ni.2和M的具体数量关系确定阻塞的用户，然后进行波束内子载波切换；ni.1和ni.2分别表示编号为i的波束中实时用户与非实时用户的数量；
n(i-1).1和n(i-1).2分别表示编号为i-1的波束中实时用户与非实时用户的数量；
M表示每个波束中可用子载波数。
优选地，若n(i-1).1+ni.1+ni.2≤M，则阻塞掉波束(i-1)中n(i-1).2个非实时业务中的(n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
优选地，若n(i-1).1+ni.1+ni.2>M且n(i-1).1+ni.1≤M，则阻塞掉波束(i-1)中所有的非实时业务和波束i中非实时业务中的(n(i-1).1+ni.1+ni.2-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
优选地，若n(i-1).1+ni.1>M，则阻塞掉波束(i-1)和波束i中所有的非实时业务，并阻塞掉波束i中实时业务中的(n(i-1).1+ni.1-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
优选地，优先阻塞掉靠近波束边缘的用户。
步骤S4：定期重复上述步骤：每隔Ts（用户平均通信时间）时间间隔重复一次上述步骤。
实施例1
如图2所示，此时考虑5个波束的情况，波束从左向右运动。从左向右将波束分别标号为1-5，从波束1到波束5中依次有2、0、5、2、3个用户。
此时波束编号3、5为hot波束，按波束移动的反方向对各个波束进行扫描，波束5是hot波束，则对波束4进行波束内子载波切换。设每个波束都使用相同的资源f1-f5，此时首先对波束4中的用户进行子载波切换，切换到与波束5不同的子载波上。
波束3是hot波束，由于波束3中的五个用户已经占用了全部5个子载波，而波束2中没有用户，因此不需要对波束二进行处理。
按上述过程做完波束内切换后，在用户运动到波束边缘时，对hot波束中的用户只需要切换波束，而不需要切换子载波；对非hot波束中的用户而言，正常进行波束切换即可。
实施例2
如图3所示，此时从波束1到波束5中依次有2、2、4、2、2个用户。
此时波束3为hot波束，按波束移动的反方向对各个波束进行扫描，波束3是hot波束，需要对波束2进行处理。仍设每个波束都使用相同的资源f1-f5，而波束中已有2个用户，4+2>6，需要根据波束2和波束3中用户业务类型进行不同处理。
如图3所示（黑色填充表示实时用户），波束2中一个为实时业务，一个为非实时业务，而波束3中五个用户均为实时业务。此时切断波束2中非实时业务。
按上述过程做完波束内切换后，在用户运动到波束边缘时，对hot波束中的用户只需要切换波束，而不需要切换子载波；对非hot波束中的用户而言，正常进行波束切换即可。
实施例3
如图4所示（黑色填充表示实时用户），此时于实施例2不同之处为：波束2中的两个用户均为实时业务，而波束3中有一个非实时业务，此时只需要切断波束3中的非实时业务即可，其余步骤不变。
实施例4
如图5所示，此时于实施例2不同之处为：波束2和波束3中的所有用户均为实时业务，此时只需要切断波束2和波束3中离各自波束中心最远的用户即可，其余步骤不变。
通过结合附图对本发明具体实施例的描述，本发明的其它方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种波束切换方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、确认当前时刻每个波束中的用户数量，并将用户按照业务类型分为实时用户和非实时用户；
S2、根据波束中用户数量的相对关系，将波束分为热点波束和非热点波束；
S3、对热点波束作如下处理：将当前某个热点波束中的用户归为一簇，切换时优先保证簇内用户只切换波束而不切换子载波；
S4、根据预定周期重复上述步骤。
2.根据权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
确定波束与终端的相对运动方向，对波束沿波束运动方向按从1到n进行编号，n=1,2，...N，并统计当前时刻每个波束中实时用户与非实时用户的数量；
其中，n表示卫星中总波束的数量，
其中，热点波束判别准则为：将编号为n的波束中的用户数N1与编号为(n-1)的波束中的用户数N2进行比较，若N1>N2，则波束n为热点波束，否则为非热点波束。
3.根据权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
按波束移动的反方向对各个波束进行扫描，若波束n为热点波束，则对波束（i-1）进行波束内子载波切换。
4.如权利要求3所述的波束切换方法，其特征在于，若波束i为热点波束，且n(i-1).1+n(i-2).2+ni.1+ni.2≤M；波束i为n个波束中的任一波束；M表示每个波束中可用子载波数；ni,1和ni,2分别表示编号为i的波束中实时用户与非实时用户的数量；
n(i-1).1和n(i-1).2分别表示编号为i-1的波束中实时用户与非实时用户的数量；
M表示每个波束中可用子载波数；
将波束（i-1）中的用户切换到与波束i中用户不同的子载波上。
5.如权利要求3所述的波束切换方法，其特征在于，若波束i为热点波束，且n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2>M,则根据n(i-1).1、n(i-1).2、ni.1、ni.2和M的具体数量关系确定阻塞的用户，然后进行波束内子载波切换；ni.1和ni.2分别表示编号为i的波束中实时用户与非实时用户的数量；
n(i-1).1和n(i-1).2分别表示编号为i-1的波束中实时用户与非实时用户的数量；
M表示每个波束中可用子载波数。
6.如权利要求5所述的波束切换方法，其特征在于，若n(i-1).1+ni.1+ni.2≤M，则阻塞掉波束(i-1)中n(i-1).2个非实时业务中的(n(i-1).1+n(i-1).2+ni.1+ni.2-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
7.如权利要求5所述的波束切换方法，其特征在于，若n(i-1)+ni.1+ni.2>M且n(i-1).1+ni.1≤M，则阻塞掉波束(i-1)中所有的非实时业务和波束i中非实时业务中的(n(i-1).1+ni.1+ni.2-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
8.如权利要求5所述的波束切换方法，其特征在于，若n(i-1).1+ni.1>M，则阻塞掉波束(i-1)和波束i中所有的非实时业务，并阻塞掉波束i中实时业务中的(n(i-1).1+ni.1-M)个，然后对波束(i-1)进行波束内子载波切换。
9.如权利要求6、7、8任一项所述的波束切换方法，其特征在于，优先阻塞掉靠近波束边缘的用户。
10.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，每隔Ts时间间隔重复一次上述步骤，其中，Ts为用户平均通信时间。
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| CN103607233B (zh) | 2017-05-17 |
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