CN111083754A - 一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法，属于卫星通信领域。对于非空闲态的终端，网络侧根据终端发生小区切换的频率抖动偏差，设定终端跟踪区域信息上报的周期；对于空闲态的终端，终端根据小区重选的频率抖动偏差选择合适的TA更新周期。终端发生小区切换/重选频率抖动偏差越大，对应的跟踪区域上报周期就越短，反之亦然。网络侧根据终端最近一次上报的跟踪区域信息可得到小区信息、结合星历信息和工作计划，就可以计算出用户的跟踪区。对于低轨卫星通信系统中小区频繁切换问题，该发明能够有效避免跟踪区域上报过程造成的信令风暴，同时明显降低该过程造成的空口开销。

Description

一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维 护方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法。

技术背景

随着无线通信事业的发展，人们可通过终端在地面移动网络覆盖范围下进行通信，但是地面移动网络的覆盖范围有限，在远洋、沙漠和一些偏远地区建站困难，信号难以覆盖。实现通信服务全球、无缝覆盖已成为目前无线通信领域的主要目标方向。低轨卫星通信系统提供了更加灵活和覆盖性能更优的选择。以低轨卫星通信系统中的卫星移动通信系统为例，卫星移动通信系统可以实现全球无缝覆盖，解决地面网的盲区覆盖问题或稀有用户密度区域的基本通信问题，同时在出现自然灾害或热点地区，弥补了地面通信覆盖范围的不足。

低轨卫星由于轨道高度低，因此星地传输时延较小且路径损耗较少，通过使用多个卫星组成星座就能覆盖整个地球。借助星上多波束天线的使用，在地面形成多个重叠的蜂窝状服务小区，小区内的用户可以接入至少一颗卫星来获得通信服务。由于围绕地球高速旋转运动的低轨卫星对某一区域只能实现有限面积，有限时间的非连续覆盖。此外，当终端穿越相邻波束覆盖区的边界时，用户无法继续从当前波束获得服务，需要被动转移到新的波束覆盖区。对于低轨卫星，终端发生波束切换的时间在秒级，发生星间切换的时间在分钟级。

寻呼消息是无线通信网络中，网络寻找被叫方的手段。如果终端一直与基站保持连接状态，系统时刻知道终端的状态就无需寻呼。如果终端一直处于空闲状态，就需要终端周期或者事件性的上报跟踪区域更新消息，以通知网络侧终端所处的小区。在地面移动通信网络中，为了在优化网络信令开销，采用的策略是将整个网络覆盖区域划分成互不重叠的跟踪区(TA)。如图1所示，其中，每个跟踪区由至少一个蜂窝小区组成，每个小区只能属于一个TA。当用户移动到某一小区时就会被分配到相应的TA。用户从一个TA移动另一个TA并且这个新的TA不在终端的TA列表中时会进行跟踪区位置更新，并将当前位置上报给核心网络的移动性管理实体。用户在TA内移动时不需要进行位置更新操作。当网络寻呼产生时，核心网络会发送寻呼当前所属TA内的所有蜂窝小区。

低轨卫星通信场景下，由于低轨卫星的快速移动，造成整个网络中所有用户存在频繁的小区切换。而TA是和小区存在一定的对应关系。如果将TA设置成对应非常多个小区，终端的TA变化较慢，能够减少TA更新的频率，但是当需要发送寻呼时，寻呼消息会在TA所对应的所有小区中发送，这样会浪费宝贵的空口资源；如果将TA设置成对应合理的小区数，终端所在TA变化较快，终端就需要发起频繁的TA更新过程，以保证网络侧的正常寻呼。在低轨卫星通信系统下，这必然会造成如下问题：

1.TA过大，会造成寻呼消息空口开销大；

2.合理的TA大小，会造成频繁的TA更新，会给核心网带来信令风暴，增加终端的耗电和空口开销。

发明内容

不同于地面移动通信网络，在低轨卫星通信系统中，切换场景有规律，可判定。因此对于由小区切换引起的终端跟踪区域更新的流程是可以优化的。在地面5G方案的基础上，提出一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法。根据终端发生小区切换或重选的频率抖动偏差，设定终端跟踪区域信息上报的周期。终端发生小区切换或重选频率抖动偏差越大，对应的跟踪区域上报周期就越短，反之亦然。网络侧根据星历和工作计划，再结合终端最近一次上报信息中携带的小区信息，就可以计算出用户的跟踪区，因此可以省去跟踪区域上报的过程。

如图2所示，本发明是采用的技术方案为一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法，该方法包括：

步骤1：对于非空闲态用户，由网络侧统计终端的历史小区切换频率抖动偏差；对于空闲态的用户，由终端自行统计小区重选频率抖动偏差；

步骤2：根据历史的切换或重选频率抖动偏差，设置合适的跟踪区更新周期：切换或重选频率抖动偏差为[0,5]毫秒时，不设置更新周期；切换或重选频率抖动偏差为(5,40]毫秒时，更新周期为16分钟；切换或重选频率抖动偏差为(40,80]毫秒时，更新周期为8分钟；切换或重选频率抖动偏差为(80,120]毫秒时，更新周期为4分钟；切换或重选频率抖动偏差大于120毫秒时，更新周期为2分钟；

步骤3：终端根据设定的上报周期，定时上报跟踪区域信息；

步骤4：网络侧根据终端上报的最近一次的跟踪区信息，结合星历信息和工作计划，计算出当前终端的所在的小区，进行寻呼；如果寻呼失败，再扩大寻呼区域进行寻呼。

本发明提出的一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法，可复用地面移动通信网络下TA更新的流程，同时在网络侧采用一定的技术手段，从而消解由于终端频繁切换小区带来的影响。相对于现技术具有以下的有益效果：

1.避免频繁的TA更新造成的信令风暴；

2.减小TA更新造成的空口开销；

3.节约终端的耗电量。

附图说明

图1为蜂窝小区及TA划分示意图。

图2为终端寻呼处理流程示意图。

图3为行人场景下寻呼流程示意图。

图4为无人机场景下寻呼流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

本发明提出的一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法。以下分别以行人和无人机场景下的TA更新流程为例，详述该发明方法。

实施例1：

如图3所示，行人场景下，本发明采用的技术方案步骤如下：

步骤1：终端开机后，发起入网流程。网络侧获取到终端所处的小区CellId_a。

步骤2：如果终端处于非空闲态，网络侧统计终端历史的小区切换频率，发现终端的切换频率基本上在9410毫秒发生一次波束小区切换。而9410毫秒为低轨卫星高度1175千米，终端静止时，仅由卫星移动导致的波束切换的典型时长。计算出终端的切换频率抖动偏差为0。网络侧就可推测出该终端基本上处于一个静止的状态。查表1可知，对于这种等同于静止态的终端，不需要进行周期的跟踪区域信息上报。如果终端处于空闲态，终端根据历史的小区重选频率，若进行小区重选的频率在9410毫秒左右，计算出抖动偏差为0，则不需要进行周期TA更新。

对于低轨卫星通信系统，一个波束小区的覆盖面积大概在1191*62平方公里。假设行人的移动速度是5公里每小时，那么如果仅仅考虑终端的移动性的话，需要12个多小时才会移动出小区范围。而由于低轨卫星(高1175km)的快速移动，导致9410毫秒左右就会导致终端移动出波束小区的覆盖范围。因此用户的移动性基本可以忽略。

步骤3：当需要发起对终端的寻呼时，通知寻呼小区计算模块计算用来发送寻呼消息的波束小区CellId_p。

步骤4：网络侧寻呼小区计算模块根据星历信息和信关站的天线工作计划，以及终端初始入网时附着的波束小区，计算出寻呼应该发送到的波束小区CellId_p。

步骤5：当需要发起对终端的寻呼时，根据计算出来的波束小区CellId_p即可将寻呼信息发送到具体的波束小区。如果寻呼失败，再扩大寻呼的范围继续寻呼。

实施例2：

如图4所示，无人机场景下，本发明是采用的技术方案步骤如下：

步骤1：终端开机后，发起入网流程。网络侧可以获取到终端初始入网时所处的小区CellId_a。

步骤2：如果终端处于非空闲态，网络侧统计终端历史的小区切换频率，发现终端的切换频率为9500毫秒。计算出抖动偏差为90毫秒，查表1，在这种场景下，建议TA更新周期为4分钟一次。如果无人机终端处于空闲态，终端根据历史的小区重选频率，若进行小区重选的频率在9500毫秒左右，计算出抖动偏差为90毫秒，则TA更新周期为4分钟一次。

对于低轨卫星通信系统，一个波束小区的覆盖面积大概在1191*62平方公里。假设无人机的移动速度是300公里每小时，那么如果仅仅考虑终端的移动性的话，仅需12分钟左右就会移动出小区范围。而由于卫星的快速移动，导致9410豪秒左右就会导致终端移动出波束小区的覆盖范围。虽然相对于卫星的移动性，用户移动性的影响比较小。但是在这种场景下，网络侧需要给终端配置上报周期，周期性的上报TA，以保证寻呼消息能够准确的发送到需要寻呼的小区。

步骤3：终端按照配置的上报周期，周期的上报跟踪区域信息。

步骤4：当需要发起对终端的寻呼时，通知寻呼小区计算模块计算用来发送寻呼消息的波束小区CellId_p。

步骤5：网络侧寻呼小区计算模块根据星历信息和信关站的天线工作计划，以及终端最新上报的所在的波束小区，当有寻呼需要时，计算出寻呼应该发送到的波束小区CellId_p。

步骤6：当需要发起对终端的寻呼时，根据计算出来的波束小区CellId_p即可将寻呼信息发送到具体的波束小区。如果寻呼失败，再扩大寻呼的范围继续寻呼。

通过本发明方案，相比于直接采用地面移动通信下的跟踪区更新流程，可避免频繁的TA更新造成的信令风暴，减小TA更新造成的空口开销，同时降低频繁TA带来的终端耗电。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

表1终端小区切换频率和TA更新周期关系表

切换频率抖动偏差	TA更新周期
		[0,5]毫秒	+∞分钟
(5,40]毫秒	16分钟
		(40,80]毫秒	8分钟
(80,120]毫秒	4分钟
		>120毫秒	2分钟

Claims (1)

1.一种低轨卫星通信系统下与小区切换无关的终端跟踪区域维护方法，该方法包括：

步骤1：对于非空闲态用户，由网络侧统计终端的历史小区切换频率抖动偏差；对于空闲态的用户，由终端自行统计小区重选频率抖动偏差；

步骤2：根据历史的切换或重选频率抖动偏差，设置合适的跟踪区更新周期：切换或重选频率抖动偏差为[0,5]毫秒时，不设置更新周期；切换或重选频率抖动偏差为(5,40]毫秒时，更新周期为16分钟；切换或重选频率抖动偏差为(40,80]毫秒时，更新周期为8分钟；切换或重选频率抖动偏差为(80,120]毫秒时，更新周期为4分钟；切换或重选频率抖动偏差大于120毫秒时，更新周期为2分钟；

步骤3：终端根据设定的上报周期，定时上报跟踪区域信息；

步骤4：网络侧根据终端上报的最近一次的跟踪区信息，结合星历信息和工作计划，计算出当前终端的所在的小区，进行寻呼；如果寻呼失败，再扩大寻呼区域进行寻呼。

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