CN109257786A - 一种终端自主的geo卫星移动通信系统多波束切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法，主要涉及卫星移动通信领域中的跨波束切换技术。该方法在移动终端内设置双通道设备，通过合理的软件控制，在波束交叠区域内使双通道设备分别驻留在不同的波束内，并在跨波束时将通信数据在双通道间进行无缝切换传输，实现了高速移动用户频繁跨波束过程中通信连续性和数据传输的完整性。本发明采用了终端双通道、自主切换传输通道的设计，它相对于现有的跨波束切换方法具有不需要系统进行切换控制、用户使用灵活自主、不中断通信和用户无感波束切换的特点，特别适用于GEO多波束卫星系统中实现移动用户的自由移动且保持通信连续性的场合。

Description

一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法

技术领域

本发明属于卫星通信领域，涉及一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法，该方法通过波束交叠区内双通道分波束驻留、业务数据通道间无缝切换的方式，可实现终端自主、系统无感的跨波束切换，特别适用于卫星通信系统中的终端跨波束切换应用。

背景技术

在GEO(地球同步轨道)多波束卫星系统中，高动态移动用户(机载、导弹、临近空间平台等)日益增多。由于运动速度非常快，高速移动用户在运动过程中将频繁发生跨波束切换，因此必须采用有效的波束切换技术，以保证用户自由移动过程中通信的连续性。目前大部分波束切换技术均需要系统进行复杂的移动性管理，并由信关站启动路由优化和波束切换管理来改变信道、辅助用户完成波束切换，这样带来跨波束复杂度高、信令交互频繁等问题，对于某些需要终端自主进行波束切换的场合适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法。

本发明采用的技术方案为：

一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法，应用于机载、弹载等高速移动用户，包括以下步骤：

(1)移动终端设置双传输通道，并在开机入网时通过波束选择使其双通道均驻留在信号强度最大的当前所处波束中，并处于空闲待机状态；

(2)若移动终端有业务通信需求时，则执行步骤(3)；若移动终端无业务通信需求，则其双通道均处于空闲待机状态，当移动终端从当前波束向目标波束移动的过程中，若其双通道检测到当前波束电平开始低于目标波束电平时，则由移动终端控制其双通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中进行驻留，否则双通道均驻留在当前所处的波束中；

(3)移动终端选择卫星信号强度最大且信号质量最好的通道作为业务通道，在当前所处的波束内发起业务申请，并在网络为其分配的专用业务信道上进行业务数据传输；另一个通道则处于空闲待机状态，并不停监测周围波束的信号强度；

(4)移动终端从当前波束向目标波束移动的过程中，若空闲通道检测到当前波束电平开始低于目标波束电平时，则由移动终端控制空闲通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中进行驻留；

(5)移动终端的空闲通道切换到目标波束中驻留后，根据业务通道的业务通信状态，进行业务数据在双通道通信链路间的无缝切换。

其中，步骤(5)具体包括以下步骤：

(501)移动终端的空闲通道切换到目标波束中驻留后，若业务通道的业务通信过程已经结束，则由移动终端控制已处于空闲状态的业务通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中驻留；若业务通道的业务通信过程尚未结束，则将空闲通道作为新的业务通道，由移动终端控制新的业务通道在目标波束中发起业务申请，并将业务数据由原业务通道在当前波束内的专用信道切换到新的业务通道新分配的目标波束内的专用信道上进行传输；

(502)移动终端控制原业务通道向网络发起业务释放请求，释放当前波束内的业务通信资源，并处于空闲状态成为新的空闲通道；

(503)移动终端控制新的空闲通道发起波束重选并切换到信号强度最大的目标波束内驻留。

本发明相比背景技术具有如下优点：

1)本发明大大简化了GEO卫星移动通信系统中的波束切换问题，使得切换过程仅由终端启动并控制执行，而无需网络执行切换控制等工作。

2)本发明无需与信关站交互用户终端位置信息、接收信号强度和信噪比等信道测量信息，通过在设备内设置双通道，采用多波束交叠区双通道分波束驻留、业务数据通道间无缝切换的方式，即可实现终端自主、系统无感、通信不中断的跨波束切换，实现高速移动用户频繁跨波束过程中通信的连续性和数据传输的完整性。

3)本发明结构简单，实现复杂度低，用户使用灵活自主、不中断通信和用户无感波束切换等优点。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1至图2，本发明实施例提供了一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法，所述方法包括以下步骤：

(1)移动终端设备开机入网，通过波束选择，其通道1和通道2均驻留在信号强度最大、当前所处的波束中，并处于空闲待机状态；

本发明实施例中移动终端采用双通道双SIM卡设计，且其双传输通道共用一套天线和射频前端单元。为避免双通道在当前波束1内入网过程中的随机接入信道碰撞，移动终端通过主控软件控制两个通道依次完成网络鉴权和入网操作。

(2)若移动终端有业务通信需求时，则执行步骤(3)；若移动终端无业务通信需求，则其双通道均处于空闲待机状态，当移动终端从当前波束向目标波束移动的过程中，若其双通道检测到当前波束电平开始低于目标波束电平时，则由移动终端控制其双通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中进行驻留，否则双通道均驻留在当前所处的波束中；

(3)若移动终端有业务通信需求时，则选择卫星信号强度最大、信号质量最好的通道作为业务通道，并在其当前所在的波束内发起业务申请，随后在网络为其分配的专用业务信道上进行业务数据传输；而另一个通道则成为空闲通道，依旧处于空闲待机状态，并不停监测周围波束的信号强度。本发明实施例中移动终端内的双通道均驻留在当前波束1中，其距离波束1中心点的距离相同，且共用天线和射频前端单元，因此双通道所接收到的卫星信号强度相同，移动终端可以选择任意一个通道发起业务通信。具体操作时，由移动终端在当前波束1中利用通道1和地面终端的通道1建立专用通信链路进行业务通信，其中移动终端的通道1工作在网络为其分配的f1业务信道上，地面终端的通道1则工作在f1'业务信道上，通过地面信关站的转接处理，可实现移动终端和地面终端间的双向业务数据传输。同时，移动终端和地面终端的通道2均处于空闲待机状态，不断接收并比较周围点波束的广播信号电平强度，准备在终端跨波束时发起波束重选操作。

(4)移动终端从当前波束向目标波束移动的过程中，若其空闲通道检测到当前波束电平高于目标波束，则空闲通道继续驻留在当前波束中；若移动过程中空闲通道检测到当前波束电平开始低于目标波束时，则由移动终端控制空闲通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中进行驻留。

本发明实施例中移动终端从当前波束1向目标波束2移动的过程中，波束1的信号强度会逐渐降低而波束2的信号强度则逐渐增强。当移动终端移动至A点处，就开始进入当前波束1和目标波束2的交叠区域，在到达B点位置之前，波束1的信号强度都大于波束2，因此移动终端的通道1和通道2均驻留在波束1中，其中通道1处于业务通信状态，而通道2则处于空闲状态。在B点位置，通道2检测到波束1和波束2的信号强度相等，此后波束1的信号强度开始低于波束2，因此，可在B点位置处由移动终端控制通道2发起波束重选操作，将通道2由波束1切换到目标波束2中进行驻留待机。该波束重选过程一般可在60秒内完成。

(5)移动终端的空闲通道切换到目标波束中驻留后，根据业务通道的业务通信状态，进行业务数据在双通道通信链路间的无缝切换。具体为：

(501)移动终端的空闲通道切换到目标波束中驻留后，若业务通道的业务通信过程已经结束，则由移动终端控制已处于空闲状态的业务通道发起波束重选，将其由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中驻留，使得双通道均驻留在目标波束中并处于空闲待机状态；若其业务通道的业务通信过程尚未结束，则由移动终端控制其空闲通道在目标波束中发起业务申请，并通过软件控制，将业务数据由业务通道在当前波束内的专用信道，切换到空闲通道新分配的目标波束内的专用信道上进行传输，从而以业务通道切换的方式实现了终端移动过程中通信连续性和业务数据的完整性。

本发明实施例中若移动终端通道1的业务通信过程尚未结束，则由移动终端控制其通道2在波束2内向地面终端的通道2发起业务申请，在获得网络为其分配的业务信道资源f2和f2'后，移动终端和地面终端通过双方的通道2建立起业务通信链路。此时，通过合理的软件控制，移动终端将待传送的下一包业务数据由通道1在波束1内的业务载波f1信道切换到通道2在波束2内新分配的f2业务信道上进行传输，而地面终端则将其通道1接收的来自移动终端通道1、以及通道2接收到的来自移动终端通道2的业务数据进行拼接处理，形成连续的数据流，由此完成终端跨波束过程中业务信道的自动切换，实现通信的连续性和业务数据的完整性。

本发明实施例中移动终端可以通过软件控制，在波束1和波束2交叠区内B点和C点之间的区域范围内进行业务通道切换；若在该交叠区域内未完成切换，而在波束1边界外几十公里内的D点附近完成，在此期间通信也可正常进行，因为一般的卫星通信系统都会预留5～7dB的链路余量，同时波束中心点到波束边缘处的卫星信号强度下降不超过3dB，因此，从C点到D点的这段距离信号衰减很小，其链路余量可以保证移动终端通信的正常进行。

(502)移动终端控制其原业务通道向网络发起业务释放请求，释放网络为其分配的当前波束内的业务通信资源，并处于空闲状态成为空闲通道；

本发明实施例中移动终端控制通道1在其所驻留的波束1内向网络发起业务释放请求，释放网络为其分配的业务载波f1，并处于待机状态成为空闲信道，通道2则承担业务通信功能而成为业务通道。

(503)移动终端控制其空闲通道发起波束重选并切换到信号强度最大的目标波束内驻留。

本发明实施例中移动终端控制其通道1发起波束重选，将其由波束1切换到信号强度最大的波束2内驻留，并监测周围波束信号强度，准备在下一次跨波束时发起波束重选，并和通道2进行业务数据的无缝切换。

本发明设计原理为：

①系统不具备多波束切换控制功能；具体为：在终端远离当前波束中心向目标波束移动的过程中，当前波束信号强度和信号质量逐渐降低而目标波束信号强度和信号质量逐渐增强。当处于当前波束边缘时，其信号质量下降到不足以维持正常通信时，系统不能根据信号质量自动为该终端改变通信信道，并将其业务由原波束转移到目标波束内的可用信道上，从而会导致通信中断。

②移动终端和与其通信的地面终端均设置双传输通道；双通道的基带处理单元和射频通道单元相互独立，可采用相互独立的天线和射频前端单元，或共用一套天线和射频前端单元。而且移动终端在高速移动过程中，其天线均能自动、实时的对准卫星。

③移动终端开机入网后通过波束选择使其双通道均待机驻留在信号强度最好的当前点波束中，当移动终端有业务传输需求时，可根据信号质量选择双通道之中信号最强的传输通道向网络发送业务请求，并在网络为其分配的专用业务信道上进行业务数据传输，另一个通道则处于空闲状态，并执行空闲状态下的点波束选择和重选工作，不断接收并比较周围点波束的广播信号电平强度，以确保移动过程中该通道可以驻留在信号最强的最优点波束中。

④进入两波束交叠区域，移动终端根据接收信号强度控制双通道分别工作在原波束和目标波束下，并通过业务数据在双通道通信链路间的无缝切换，可将正在原波束内通信的用户终端切换到目标波束内，实现了通信的持续性。

当终端移动到当前波束与目标波束交叠区域后，随着当前波束信号强度逐渐降低而目标波束信号强度逐渐增强，当空闲通道检测到当前波束和目标波束的信号强度相等时，终端可控制空闲通道发起波束重选操作，将驻留波束由当前波束切换到目标波束中。然后，在终端控制下，空闲通道向系统发起业务申请并建立业务通信链路，并将正在传输的业务数据以分接形式从业务通道无缝切换到空闲通道上，通过业务通道切换实现了业务通信的连续性。完成业务通道切换后，终端控制原业务通道发起业务结束上报操作，释放系统为其分配的业务通信资源，并处于空闲状态成为空闲通道。随后终端控制该空闲通道发起波束重选工作，将驻留波束由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中，并在目标波束中继续保持入网空闲状态，准备在下一次跨波束时和业务通道进行业务通信功能切换，以保证高速移动用户跨波束过程中不间断的业务通信传输。

Claims (2)

1.一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)移动终端设置双传输通道，并在开机入网时通过波束选择使其双通道均驻留在信号强度最大的当前所处波束中，并处于空闲待机状态；

(2)若移动终端有业务通信需求时，则执行步骤(3)；若移动终端无业务通信需求，则其双通道均处于空闲待机状态，当移动终端从当前波束向目标波束移动的过程中，若其双通道检测到当前波束电平开始低于目标波束电平时，则由移动终端控制其双通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中进行驻留，否则双通道均驻留在当前所处的波束中；

(3)移动终端选择卫星信号强度最大且信号质量最好的通道作为业务通道，在当前所处的波束内发起业务申请，并在网络为其分配的专用业务信道上进行业务数据传输；另一个通道则处于空闲待机状态，并不停监测周围波束的信号强度；

(4)移动终端从当前波束向目标波束移动的过程中，若空闲通道检测到当前波束电平开始低于目标波束电平时，则由移动终端控制空闲通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中进行驻留；

(5)移动终端的空闲通道切换到目标波束中驻留后，根据业务通道的业务通信状态，进行业务数据在双通道通信链路间的无缝切换。

2.根据权利要求1所述的一种终端自主的GEO卫星移动通信系统多波束切换方法，其特征在于步骤(5)具体包括以下步骤：

(501)移动终端的空闲通道切换到目标波束中驻留后，若业务通道的业务通信过程已经结束，则由移动终端控制已处于空闲状态的业务通道发起波束重选，由当前波束切换到信号强度最大的目标波束中驻留；若业务通道的业务通信过程尚未结束，则将空闲通道作为新的业务通道，由移动终端控制新的业务通道在目标波束中发起业务申请，并将业务数据由原业务通道在当前波束内的专用信道切换到新的业务通道新分配的目标波束内的专用信道上进行传输；

(502)移动终端控制原业务通道向网络发起业务释放请求，释放当前波束内的业务通信资源，并处于空闲状态成为新的空闲通道；

(503)移动终端控制新的空闲通道发起波束重选并切换到信号强度最大的目标波束内驻留。