CN104735738B - 一种gmr‑1卫星移动通信系统中的切换方法 - Google Patents
一种gmr‑1卫星移动通信系统中的切换方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种GMR‑1卫星移动通信系统中的切换方法，属于卫星通信技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一：移动终端测量广播信号的强度RSRP和当前链路的服务质量RSRQ，把测量结果发送给卫星；步骤二：中继卫星接收到信号之后进行透明转发，将相关信令转发给信关站；步骤三：信关站控制中心对信令进行分析从而判定移动用户是否需要进行切换。与现有的卫星点波束切换方法相比，本方法综合考虑当前的链路质量和网络资源，一方面能够合理地触发切换的发生，降低网络的平均时延和切换失败率，另一方面符合了卫星资源珍贵的特点，有效的节约卫星的网络资源。
Description
技术领域
本发明属于卫星通信技术领域，特别是卫星移动通信网络中的波束切换方法领域，涉及一种GMR-1卫星移动通信系统中的切换方法。
背景技术
近年来地面移动通信技术得到了广泛的发展，然而由于经济条件和技术等客观条件的约束和限制，地面无线网只能覆盖到有限的区域，对于广大农村和边远地带等业务量稀少的地区，如果选择用地面蜂窝网来覆盖既不经济也不实际。卫星移动通信作为卫星通信和移动通信相结合的一个产物，是地面移动通信网的补充，也是个人通信系统的重要组成部分。
GEO(GeostationaryEarth Orbit)Mobile Radio interface为地球同步轨道移动无线接口，是利用地球同步轨道卫星来进行提供服务的。该系统是地面上GSM蜂窝系统的扩展，不仅能够提供与GSM相似的服务，比如：声音、数据、点对点短信服务等业务，还有介于固定用户与移动用户之间的补充服务。
GEO卫星相对于地面是静止的，然而由于用户具有一定的移动性，当用户移动到波束边缘的时候，势必会产生波束之间的切换。由于广大边远及紧急救援地区地面蜂窝网所提供的服务受限，卫星通信作为一个重要的方面被广泛应用，然而能否保证良好的切换服务对于这些用户来说极其重要，因此研究地球静止轨道卫星波束之间的切换具有重要的意义。
卫星点波束之间的切换越来越引起人们的广泛关注，近些年来，致力于地球静止轨道卫星波束切换算法的主要研究成果有：(1)动态切换算法(参见文献：SongL,LiuA,MaY.Adaptive handoff algorithm for multi-beam GEO mobile satellitesystem.IEEE International Conference,2008:1947-1951.):该算法首先估计接收端导频信号的强度和移动终端速度，然后根据这些数据对测量时平均窗口的长度和滞后余量的大小来进行动态地调整。与传统的固定滞后余量的切换算法相比，该算法不仅能够有效地减少切换的时延，避免不必要的切换，对移动终端还具有较好的适应性。(2)跨系统间基于决策的切换算法(HongT C,Kang K S,Ahn D S,et al.Inter-System Handover Analysisin Integrated Terrestrial and GEO Satellite Communication Networks forSeamless Mobility.The 9th International Conference,2007,1:717-721.):提出了一种陆地和GEO卫星系统之间的切换算法，该算法主要是针对切换判决来实现的，通过设置绝对门限值，并且改变滞后余量来决定是否要进行系统间的切换。该算法在一定程度上能够避免不必要的系统间切换，以适用卫星系统和蜂窝系统之间的系统间越区切换决策。
然而以上切换算法存在很多不足：动态切换算法没有考虑到当通信链路质量急剧下降，不能满足无线通信的情况，如果此时再进行切换的信令，既浪费时间也给网络带来很大的负担。由于地震救灾和广大边远地区的网络环境复杂多变，再加上卫星资源的限制，因此这种算法没有很好的适应性。另外，上面提到的两种算法都没有从卫星通信时延大、应避免乒乓切换的实际角度出发。因此，设计一种适用于应急、复杂多变环境下的卫星点波束之间的切换算法，对实际应用有很大的价值。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种GMR-1卫星移动通信系统中的切换方法，该方法根据测量的链路质量判断是否满足无线通信最低的条件；当满足无线通信的条件时，根据所测得的链路质量来动态的调整切换滞后余量，并通过设置切换迟滞来避免乒乓效应的发生。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种GMR-1卫星移动通信系统中的切换方法，包括以下步骤：
步骤一：移动终端测量广播信号的强度RSRP和当前链路的服务质量RSRQ，把测量结果发送给卫星；
步骤二：中继卫星接收到信号之后进行透明转发，将相关信令转发给信关站；
步骤三：信关站控制中心对信令进行分析从而判定移动用户是否需要进行切换；
在步骤三中，首先判断用户当前所处环境的RSRQ的值，判断是否大于最低链路质量门限a，如果否，则不进行切换，如果是，则设定计时器TTT'，判断目标小区信号的强度是否大于源小区一个滞后值h，若是，并且计时器已经结束，则触发切换，否则的话则不进行切换；
在本方法中，确定切换触发条件TTT'参数的时候需要考虑星地之间的距离考虑：
此时迟滞变为：其中R为GEO卫星的半径，C为光速；
在本方法中，根据RSRQ对h值进行动态的调整，当来自源波束小区RSRQ高的时候，采用高的迟滞水平来限制UE切换到其它的波束，当来自源波束小区RSRQ低的时候，采用低的迟滞水平来促使UE切换到一个链路质量较好的相邻波束；
其中rH,rL代表最高的和最低的滞后余量，b和a分别代表最高和最低链路质量门限，K为降低因子；当RSRQ大于等于设定的最好的链路质量b时，h等于rH，因为此时链路质量很好，因此采用较大的滞后余量值来抑制切换；当RSRQ降低到a时，h已降为rL，该值是避免乒乓效应的最低滞后余量；当移动终端的RSRQ从b降低到a的过程中，滞后余量的取值相应的从rH降低到rL；降低因子K代表降低速度的快慢。
本发明的有益效果在于：与现有的卫星点波束切换方法相比，本方法综合考虑当前的链路质量和网络资源，一方面能够合理地触发切换的发生，降低网络的平均时延和切换失败率，另一方面符合了卫星资源珍贵的特点，有效的节约卫星的网络资源。
附图说明
为了使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明中GMR-1系统组成示意图；
图2为本发明中GMR-1波束切换示意图；
图3为A3事件切换触发示意图；
图4为本发明中卫星接入网示意图；
图5为本发明中提出的切换算法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
图1为本发明中GMR-1系统组成示意图，GMR-1卫星的特点在于：GMR-1点波束是几百公里半径的数量级，经由静止地球轨道卫星系统的单向传播延迟是大约270毫秒，路径损耗模型类似于莱斯衰落。此外，因为卫星的频率复用距离大得多，与蜂窝系统相比卫星通信系统中频谱资源受限很多。所以卫星移动通信系统具有波束覆盖范围大、信号传输时延长、星上资源受限等特点。
如图1所示，GMR-1系统由地球同步轨道卫星、卫星控制中心、一系列信关站以及大量用户终端组成，用户终端在GMR-1系统中被称为移动地球站。一个信关站包括一个或多个信关收发子系统和一个或多个信关站控制器以及多个移动交换中心。这些基本上都能在GSM中找到与之相对应的组成部分，因此在某些程度上来说GSM和GMR-1系统是相同的，然而GMR-1又因具有波束覆盖大、信号传输时延长、星上资源受限等特点而与GSM有着很大的区别。
一个信关站控制着一个或几个波束，当用户移动到波束边缘时，当前的波束如果不能满足通信的需求时，需要从服务波束切换到目标波束，类似于地面蜂窝网的越区切换。GMR-1卫星波束切换的场景如图2所示，最外面的粗实线是一个卫星覆盖的范围，虚线是一个信关站控制的范围，细实线是卫星的一个波束的覆盖范围，卫星有很多波束组成。本发明所述方法研究的是同一信关站控制下的不同波束之间的切换。
图3为A3事件切换触发示意图，切换的触发判决在切换过程中是一个重要的组成部分。在地面蜂窝系统中，切换的触发通常是根据对当前导频信号和链路质量的检测来执行的。与切换性能相关的参数包括切换迟滞参数，触发时间。①切换迟滞参数：如果与另一个小区相连的信号强度比当前小区的好一个迟滞值的话，切换就会被初始化。这个迟滞参数是用来避免乒乓效应的，即为了避免用户在两个小区之间来回切换，从而给网络带来很大的负担。然而，迟滞参数的设定在阻止一些必要的切换的同时也会增加一些切换失败的可能性。应该根据网络的性能和要求来权衡这一点。②触发时间：当使用触发时间后，切换只有在这个时间隙里完全满足触发要求才能进行初始化切换。这个参数能够降低不必要的切换数目，并且有效的避免乒乓效应。但是，也可能因为使切换延迟而造成切换失败。
在卫星移动通信系统中，处于波束边界的用户广播信号的强度具有和地面蜂窝小区相似的特性，只是目前的切换算法大部分只是针对切换门限h，通过设置门限值h来优化切换触发条件，然而由于卫星上资源短缺，不必要的切换会浪费很大的系统资源，所以应尽量减少不必要切换的发生，鉴于此，在本方法中通过设置一定的迟滞参数TTT'实现，从而减小切换失败的数目。由于在卫星系统中星地之间的距离是不可忽略的，如图4所示。因此，在研究切换触发条件TTT参数的时候必须将星地之间的距离考虑其中。这时迟滞变为：
(R为GEO卫星的半径，C为光速)。
然而，偏远的地方或灾区，干扰导致服务质量下降，如果只进行RSRP的测量可能导致频繁的切换，因此为了解决这一问题，在本方法中根据RSRQ对h值进行动态的调整。当来自源波束小区RSRQ高的时候，采用高的迟滞水平来限制UE切换到其它的波束，当来自源波束小区RSRQ低的时候，采用低的迟滞水平来促使UE切换到一个链路质量较好的相邻波束。
其中rH,rL代表最高的和最低的滞后余量，b和a分别代表最高和最低链路质量门限，K是降低因子。当RSRQ大于等于设定的最好的链路质量b时，h等于rH，因为此时链路质量很好，因此采用较大的滞后余量值来抑制切换。当RSRQ降低到a时，h已降为rL，该值是避免乒乓效应的最低滞后余量。当移动终端的RSRQ从b降低到a的过程中，滞后余量的取值相应的从rH降低到rL。降低因子K代表降低速度的快慢。
图5为本发明中提出的切换算法流程图，如图所示，首先移动终端测量广播信号的强度RSRP和当前链路的服务质量RSRQ，把测量结果发送给卫星，中继卫星接收到信号之后进行透明转发，将相关信令转发给信关站，信关站控制中心对信令进行分析从而判定移动用户是否需要进行切换：首先判断一下用户当前所处环境的RSRQ的值，判断是否大于a，如果否，则不进行切换，如果是，则设定计时器TTT'，判断目标小区信号的强度是否大于源小区一个滞后值h，若是，并且计时器已经结束，则触发切换，否则的话则不进行切换。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (1)
1.一种GMR-1卫星移动通信系统中的切换方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：移动终端测量广播信号的强度和当前链路的服务质量，把测量结果发送给卫星；
步骤二：中继卫星接收到信号之后进行透明转发，将相关信令转发给信关站；
步骤三：信关站控制中心对信令进行分析从而判定移动用户是否需要进行切换；
在步骤三中，首先判断用户当前所处环境的的值，判断是否大于最低链路质量门限，如果否，则不进行切换，如果是，则设定计时器，判断目标小区信号的强度是否大于源小区一个滞后值，若是，并且计时器已经结束，则触发切换，否则的话则不进行切换；
在本方法中，确定的时候需要考虑星地之间的距离考虑：
此时迟滞变为：，其中R为GEO卫星的半径，C为光速；表示切换触发条件，表示迟滞参数，
在本方法中，根据对值进行动态的调整，当来自源波束小区高的时候，采用高的迟滞水平来限制UE切换到其它的波束，当来自源波束小区低的时候，采用低的迟滞水平来促使UE切换到一个链路质量较好的相邻波束；
其中,代表最高的和最低的滞后余量，和分别代表最高和最低链路质量门限，为降低因子；当大于等于设定的最好的链路质量时，等于，因为此时链路质量很好，因此采用较大的滞后余量值来抑制切换；当降低到时，已降为，该值是避免乒乓效应的最低滞后余量；当移动终端的从降低到的过程中，滞后余量的取值相应的从降低到；降低因子代表降低速度的快慢。
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