CN111371486B - 基于低轨卫星的波束切换的方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低轨卫星的波束切换的方法、系统、设备及存储介质，方法应用于卫星终端中，包括：获取低轨卫星的星历信息；根据星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻；在目标时刻切换至所述目标波束；选择目标波束的信号质量最强的最强邻波束；切换至最强邻波束。本发明根据卫星终端的位置信息与星历信息灵活配置切换参数，使波束更易成为目标波束，根据切换时刻将波束切换至目标波束，提高了切换的准确率，在目标波束下选取并驻留在最强邻波束也进提高了切换的准确率以及在最强波束预留时间，减少多普勒频移造成链路捕获与跟踪的困难，提高波束切换的效率，从而增加了卫星终端的搜网效率。

Description

基于低轨卫星的波束切换的方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及通讯技术领域，特别涉及一种基于低轨卫星的波束切换的方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

传统的高轨卫星系统，大多为同步卫星，由于其相对于地面始终静止，高轨卫星上固定多波束天线的覆盖也是固定的，类似于地面的蜂窝通信系统。在高轨卫星系统下，波束切换的频繁度较少，针对移动通信终端可参照地面技术实施波束切换，因此针对波束切换的相关技术大多以终端位置移动为主要参考准则。

而低轨卫星一般为非静止轨道卫星，其相对于地面是运动的且姿态随时间变化，其多波束天线在地面的覆盖波位也会随之移动和旋转，由于其运动速度较快，地面通信终端会频繁切换波束。随着卫星的移动，它的每个波束所覆盖的地理位置区域一直在变化。而现有卫星通信终端中的技术无法预测运动轨迹与相对速度的快速变化，将导致三维角速度快速变化和多普勒频移造成链路捕获与跟踪的困难，降低卫星通信系统的性能，影响终端进行波束切换的效率以及准确率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中在低轨卫星系统中卫星终端的波束切换速度慢、效率不高及切换不准确的缺陷，提供一种基于低轨卫星的波束切换的方法、系统、设备及存储介质。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种基于低轨卫星的波束切换方法，所述波束切换方法应用于卫星终端中，所述波束切换方法包括：

获取低轨卫星的星历信息，所述星历信息包括所述低轨卫星的序列号、数据期号、轨道偏心率、轨道倾角变化率、场半轴平方根及平均角速度校正值；

根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻；

在所述目标时刻切换至所述目标波束；

选择所述目标波束的信号质量最强的最强邻波束；

切换至所述最强邻波束。

较佳地，切换至所述最强邻波束的步骤后还包括：

在所述最强邻波束驻留。

较佳地，根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻的步骤前还包括：

根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留。

较佳地，根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻的步骤包括：

根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束；

计算所述卫星终端至所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

根据所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的目标时刻。

较佳地，根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻的步骤后还包括：

判断是否存在多个目标波束，若是，则分别计算所述卫星终端至每一所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

根据每一所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的若干第一时刻；

在所述若干第一时刻中选取最早的时刻作为目标时刻以及选取所述目标时刻对应的目标波束为将要切换的目标波束。

较佳地，选择所述目标波束的信号质量最强的邻波束的步骤包括：

获取所述目标波束的若干邻波束；

根据小区选择S准则及小区重选R准则在所述若干邻波束中选择信号质量最强的邻波束。

较佳地，根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留的步骤后还包括：

测量所述目标波束的第一波束信号质量值；

根据小区选择S准则及小区重选R准则在所述若干邻波束中选择信号质量最强的邻波束的步骤包括：

测量每一邻波束的第二波束信号质量值及第二波束接收功率值，并在预设持续时间内从若干第二波束中筛选出接收功率值大于0的若干第一邻波束；

从第一邻波束中筛选出第二波束信号质量值大于所述目标波束的第一波束信号质量值的若干第二邻波束；

从若干第二邻波束中选取第二波束信号质量最强的波束作为最强邻波束。

较佳地，在所述最强邻波束驻留的步骤包括：

获取所述最强邻波束的同步位置及系统消息以正确驻留所述最强邻波束。

较佳地，所述卫星终端包括天线，在所述目标时刻切换至所述目标波束的步骤前还包括：

将所述天线的方向调整至对准所述目标波束的邻波束。

本发明还提供了一种基于低轨卫星的波束切换系统，所述波束切换系统应用于卫星终端中，所述波束切换系统包括：星历信息获取模块、目标时刻获取模块、目标波束切换模块、最强邻波选择模块及最强邻波切换模块；

所述星历信息获取模块用于获取低轨卫星的星历信息；

所述目标时刻获取模块用于根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻；

所述目标波束切换模块用于在所述目标时刻切换至所述目标波束；

所述最强邻波选择模块用于选择所述目标波束的信号质量最强的最强邻波束；

所述最强邻波切换模块用于切换至所述最强邻波束。

较佳地，所述波束切换系统还包括最强邻波驻留模块，用于在所述最强邻波束驻留；

所述最强邻波切换模块还用于调用所述最强邻波驻留模块。

较佳地，所述波束切换系统还包括当前波束驻留模块，用于根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留。

较佳地，所述目标时刻获取模块包括：目标波束获取单元、最短距离计算单元及目标时刻预测单元；

所述目标波束获取单元用于根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换至的目标波束；

所述最短距离计算单元用于计算所述卫星终端至所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

所述目标时刻预测单元用于根据所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的目标时刻。

较佳地，所述目标波束获取单元还用于判断是否存在多个目标波束，若是，则调用所述最短距离计算单元，所述最短距离计算单元还用于分别计算所述卫星终端至每一所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

所述目标时刻预测单元用于还用于根据每一所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的若干第一时刻及在所述若干第一时刻中选取最早的时刻作为目标时刻，所述目标波束获取单元还用于选取所述目标时刻对应的目标波束为将要切换的目标波束。

较佳地，所述最强邻波切换模块包括：邻波束获取单元及最强邻波束选择单元；

所述邻波束获取单元用于获取所述目标波束的若干邻波束；

所述最强邻波束选择单元用于根据小区选择S准则及小区重选R准则在所述若干邻波束中选择信号质量最强的邻波束。

较佳地，所述最强邻波切换模块还包括：第一波束测量单元，用于测量所述目标波束的第一波束信号质量值；

所述最强邻波束选择单元包括：第二波束测量子单元、第二邻波束筛选子单元及最强邻波束筛选子单元；

所述第二波束测量子单元用于测量每一邻波束的第二波束信号质量值及第二波束接收功率值，并在预设持续时间内从若干第二波束中筛选出接收功率值大于0的若干第一邻波束；

所述第二邻波束筛选子单元用于从第一邻波束中筛选出第二波束信号质量值大于当前波束的第一波束信号值的若干第二邻波束；

所述最强邻波束筛选子单元用于从若干第二邻波束中选取第二波束信号质量最强的波束作为最强邻波束。

较佳地，所述最强邻波驻留模块还用于获取所述最强邻波束的同步位置及系统消息以正确驻留所述最强邻波束。

较佳地，所述卫星终端包括天线，所述波束切换系统还包括天线调整模块，用于将所述天线的方向调整至对准所述目标波束的邻波束，并调用所述目标波束切换模块。

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的波束切换方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的波束切换方法的步骤。

本发明的积极进步效果在于：本发明根据卫星终端的位置信息与星历信息灵活配置切换参数，使波束更易成为目标波束，本发明根据计算出的切换时刻，将波束切换至目标波束，提高了切换的准确率，在目标波束下，选取并驻留在最强邻波束也进一步提高了切换的准确率以及在最强波束预留时间，减少多普勒频移造成链路捕获与跟踪的困难，提高波束切换的效率，从而增加了卫星终端的搜网效率。

附图说明

图1为本发明实施例1中的基于低轨卫星的波束切换方法的流程图。

图2为本发明实施例1中步骤105的实现方式的流程图。

图3为本发明实施例1中步骤107的实现方式的流程图。

图4为本发明实施例2中步骤103的实现方式的流程图。

图5为本发明实施例2中低轨卫星的波束覆盖示意图。

图6为本发明实施例2中根据低轨卫星的覆盖区域构建的数学模型的示意图。

图7为本发明实施例3中的基于低轨卫星的波束切换方法的部分流程图。

图8为本发明实施例3中低轨卫星的波束覆盖示意图。

图9为本发明实施例3中根据低轨卫星的覆盖区域构建的数学模型的示意图。

图10为本发明实施例4中的基于低轨卫星的波束切换系统的模块示意图。

图11为本发明实施例4中最强邻波切换模块的实现方式的模块示意图。

图12为本发明实施例5中目标时刻获取模块的实现方式的模块示意图。

图13为本发明实施例7中的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

本实施例提供了一种基于低轨卫星的波束切换方法，该波束切换方法应用于卫星终端中，如图1所示，该波束切换方法包括：

步骤101、获取低轨卫星的星历信息。

步骤103、根据星历信息及卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻。

步骤104、在目标时刻切换至目标波束。

步骤105、选择目标波束的信号质量最强的最强邻波束。

步骤106、切换至最强邻波束。

其中，星历信息包括卫星的序列号、卫星数据期号、卫星轨道偏心率、卫星轨道倾角变化率、卫星场半轴平方根、平均角速度校正值等。

本实施例中，接收的波束信号以参考信号为衡量指标，参考信号是低轨卫星系统通信系统中重要组成部分，其中下行参考信号主要作用用于信道状态的测量以及数据解调。针对波束切换过程中，选取RS(参考信号)，即下行参考信号作为测量信号，测量结果以RSRP(参考信号接收功率)进行衡量，参考信号在频域上是有由多个RE(资源粒子)组成，参考信号的测量结果以频带上，承载波束专属参考信号的资源粒子的功率贡献(单位w)的线性平均值为衡量。

为了增加在最强波束的预留时间、进一步提高切换的稳定性，可选的，在步骤106后还可以包括步骤107、在最强邻波束驻留。

为了克服搜到邻波束的情况下对当前波束的频繁切换的缺陷，可选的，本实施例中，在步骤103之前还可以包括步骤102、根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留。

本实施例中，为了提高卫星终端切换最强邻波束的准确性，可选的，如图2所示，步骤105通过下述具体步骤来实现：

步骤1051、获取目标波束的若干邻波束。

步骤1052、测量每一邻波束的第二波束信号质量值及第二波束接收功率值。

步骤1053、在预设持续时间内从若干第二波束中筛选出接收功率值大于0的若干第一邻波束。

步骤1054、从若干第一邻波束中筛选出第二波束信号质量值大于目标波束的第一波束信号值的若干第二邻波束。

步骤1055、从若干第二邻波束中选取第二波束信号质量最强的波束作为最强邻波束。

其中，在步骤1053中，若未存在满足小区选择S准则及小区重选R准则的邻波束，则继续驻留原波束，即返回步骤102。

本实施例中，为了正确在最强波束进行驻留，可选的，如图3所示，步骤107具体包括：

步骤1071、获取最强邻波束的同步位置。

步骤1072、根据同步位置获取最强邻波束下的系统消息。

步骤1073、根据系统消息在最强邻波束驻留。

其中，系统消息是波束携带的系统的信息，系统消息可分为MIB(MasterInformation Block)(管理信息块)和多个SIB(System Information Block)(系统信息块)，每个系统信息包含了与某个功能相关的一系列参数集合(如波束的载波间隔，波束的带宽指示，系统帧号，波束是否允许终端接入等)。获取这些信息之后才进行波束驻留。

本实施例中，为了在获取到目标切换时刻后提高对邻波束的测量效率，可选的，在步骤103后还可以包括步骤：将卫星终端的天线的方向(或者角度)调整至对准所述目标波束的邻波束以控制天线在接下来对邻波束进行测量及给天线有足够的时间来做测量前的准备。

本实施例中，出现的小区选择S准则其定义如下：

波束搜索中的卫星终端Srxlev(接收波束功率)>0dB且波束搜索中接收的Squal(信号质量)>0dB。

Srxlev＝Qrxlevmeas–(qRxLevMin+qRxLevMinOffset)-pCompensationSqual＝Qqualmeas–(qQualMin+qQualMinOffset)

其中，Qrxlevmeas为测量波束参考信号的RSRP值。

qRxLevMin为最低接收电平该参数表示波束最低接收电平，增加某波束的该值，使该波束更难成为适当波束，UE(用户设备)选择该波束的难度增加，反之亦然。该参数的取值应使得被选定的波束能够提供基础类业务的信号质量要求。

qRxLevMinOffset为最低接收电平偏置该参数表示波束最低接收电平偏置。增加某波束的该值，使得该波束更容易成为适合波束，选择该波束的难度减小，反之亦然。

pCompensation＝max(pMax–puMax,0)(dB)用于惩罚达不到波束最大功率的UE，pMax(波束允许UE的最大上行发射功率)、puMax(UE能力支撑的最大上行发射功率)。

pCompensation的取值存在下述三种情况：

1)当UE最大允许发射功率小于等于UE能力支持最大发射功率时，pCompensation＝0；

2)当UE最大允许发射功率大于UE能力支持最大发射功率时。pCompensation＝UE最大允许发射功率-UE能力支持最大发射功率。

3)UE最大允许发射功率：本小区允许UE的最大发射功率UePowerMax，应用于小区选择准则的判决，用于计算功率补偿值。如果该参数不配置，则UE的最大发射功率由UE自己的能力决定。

本实施例中，出现的小区重选R准则其定义如下：

空闲态下选择最优小区进行驻留，由UE控制，无信令交互。

根据服务小区和邻小区测量结果，计算服务波束的Rs(服务波束接收质量值)值和邻波束的Rn，Rn在此处的具体含义为邻波束接收质量值，分别定义为：

Rs＝Qmeas,s+Qhyst

Rn＝Qmeas,n-Qoffset

其中，

Qmeas,s为对服务波束，也就是当前波束测量的RSRP值

Qmeas,n为对邻波束测量的RSRP值

Qhyst为波束重选迟滞值

Qoffset为两个波束接收质量要求的差值

对邻波束的Rn值从大到小进行排序，符合重选的目标波束需要满足以下条件：

·邻小区满足卫星波束选择准则；

·持续TReselection(某一预设时间)时间内，邻小区满足Rn>Rs；

·用户在当前服务小区的驻留时间必须超过1秒；

·存在多个满足以上条件的小区，则选择Rn值最高的波束作为目标重选波束。

本实施例中的波束切换方法一方面通过小区选择S准则、小区重选R准则提供了波束切换中的判决条件，提高卫星终端在当前最强波束以及向目标波束切换的准确性，增加了在最强波束预留时间；另一方面，卫星终端根据自身位置信息与星历信息，发起波束切换策略，进而减少多普勒频移造成链路捕获与跟踪的困难，提高波束切换的效率以及准确率。

实施例2

本实施例提供了一种基于低轨卫星的波束切换方法，本实施例是对实施例1的进一步改进，如图4所示，步骤103包括：

步骤1031、根据星历信息及卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束。

步骤1032、计算卫星终端至目标波束覆盖范围下的最短距离。

步骤1033、根据最短距离与低轨卫星的飞行速度预测发生切换的目标时刻。

图5示出了本实施例中低轨卫星的波束覆盖示意图，本实施例中的低轨卫星系统包括若干低轨卫星10，某一低轨卫星10的波束覆盖范围为波束覆盖范围11、波束覆盖范围12……波束覆盖范围13，另一低轨卫星10的波束覆盖范围为波束覆盖范围14……波束覆盖范围15。

图6示出了本实施例中根据低轨卫星的覆盖区域构建的数学模型的示意图，其中，标记11为当前波束覆盖范围、标记12为目标波束覆盖范围，当前波束覆盖范围11与目标波束覆盖范围12中间相交的区域为切换区域，在该数学模型坐标系中，卫星终端16根据星历信息以最近的目标波束覆盖范围12的中心位置为原点，X轴为卫星的速度方向，Y轴为与卫星速度的垂直方向。卫星终端16根据自身位置信息(x1,y1)在该数学模型中求出卫星终端16至目标波束覆盖范围12的最短距离d，结合低轨卫星的运行速度与最短距离d确定切换目标区域边缘的执行时间，本发明中可以通过公式t＝d/v来计算该执行时间，其中t代表切换至目标区域覆盖范围下的最短距离d的执行时间，v代表卫星终端的运行速度。而在执行时刻t之前可以进行启动异频测量准备(如调整卫星终端的天线的方向、角度)，应当理解，卫星终端移动速度与低轨卫星移动速度相比可忽略。

本实施例中卫星终端根据自身位置信息与星历信息，判断卫星终端本身处于多波束覆盖区域，根据卫星终端的速度方向及目标波束的位置构建数学模型，从而可以预测计算目标波束以及当前波束的覆盖区域关系，再结合自身的速度矢量，发起波束切换策略，不但提高了目标波束切换的效率也提高了目标波束切换的准确性。

实施例3

本实施例提供了一种基于低轨卫星的波束切换方法，本实施例是对实施例2的进一步改进，如图7所示，步骤103后还包括：

步骤301、判断是否存在多个目标波束，若是，则执行步骤302，若否，则执行步骤104。

步骤302、分别计算所述卫星终端至每一所述目标波束覆盖范围下的最短距离。

步骤303、根据每一所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的若干第一时刻。

步骤304、在所述若干第一时刻中选取最早的时刻作为目标时刻以及选取所述目标时刻对应的目标波束为将要切换的目标波束。

图8示出了本实施例中低轨卫星的波束覆盖示意图，本实施例中的低轨卫星系统包括位于第一轨道的低轨卫星10-1及10-2，位于第二轨道的低轨卫星20-1及20-2，低轨卫星10-1的波束覆盖范围为波束覆盖范围11、波束覆盖范围12……波束覆盖范围13，低轨卫星10-2的波束覆盖范围为波束覆盖范围14……波束15覆盖范围，低轨卫星20-1的波束覆盖范围为波束覆盖范围21、波束覆盖范围22……波束覆盖范围23，低轨卫星20-2的波束覆盖范围为波束23覆盖范围……波束24覆盖范围。

图9示出了本实施例中根据低轨卫星的覆盖区域构建的数学模型的示意图，本实施例中，根据该数学模型确定多个目标波束覆盖位置与当前波束覆盖范围相对位置关系、卫星终端与低轨卫星的目标波束覆盖范围11及12位置关系。其中，标记11为当前波束覆盖范围，标记12为第一目标波束覆盖范围，当前波束覆盖范围11与第一目标波束覆盖范围12中间相交的区域为第一切换区域，标记21为第二目标波束覆盖范围，当前波束覆盖范围11与第二目标波束覆盖范围21中间相交的区域为第二切换区域，在数学模型坐标系中，终端根据星历处理单元的星历信息以第一目标波束覆盖范围12的中心位置为第一原点，以X轴为卫星的速度方向，Y轴为卫星速度的切向方向构建第一坐标系，以第二目标波束覆盖范围21的中心位置为原点，以X轴为卫星的速度方向，Y轴为卫星速度的切向方向构建第二坐标系。终端根据自身位置信息(x1,y1)在数学模型中求出自身至第一目标波束覆盖范围12的最短距离d以及第二目标波束覆盖范围21的最短距离d’，再根据卫星的运行速度，确定第一目标波束切换执行时刻t1及第二目标波束切换执行时刻t2。若t1晚于t2，则在t2时刻前，进行启动目标波束覆盖范围21的异频测量准备(做出天线调整)，且选择t2作为目标执行时刻。若t1早于t2，则在t1时刻前，进行启动目标波束覆盖范围12的异频测量准备。

本实施例可以在存在多个目标波束的情况下选择最有的目标切换波束，从而进一步提高了波束切换的效率及准确性。

实施例4

本实施例提供了一种基于低轨卫星的波束切换系统，该波束切换方法应用于卫星终端中，如图10所示，该波束切换系统包括：星历信息获取模块401、目标时刻获取模块402、目标波束切换模块403、最强邻波选择模块404及最强邻波切换模块405。

星历信息获取模块401用于获取低轨卫星的星历信息，所述星历信息包括所述低轨卫星的序列号，所述低轨卫星的数据期号及所述低轨卫星的轨道偏心率处理信息。

目标时刻获模块402用于根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻。

目标波束切换模块403用于在所述目标时刻切换至所述目标波束。

最强邻波选择模块404用于选择所述目标波束的信号质量最强的最强邻波束。

最强邻波切换模块405用于切换至所述最强邻波束。

本实施例中，接收的波束信号以参考信号为衡量指标，参考信号是低轨卫星系统通信系统中重要组成部分，其中下行参考信号主要作用用于信道状态的测量以及数据解调。针对波束切换过程中，选取RS(参考信号)，即下行参考信号作为测量信号，测量结果以RSRP(参考信号接收功率)进行衡量，参考信号在频域上是有由多个RE(资源粒子)组成，参考信号的测量结果以频带上，承载波束专属参考信号的资源粒子的功率贡献(单位w)的线性平均值为衡量。

为了增加在最强波束的预留时间、进一步提高切换的稳定性，可选的，本实施例中的波束切换系统还包括最强邻波驻留模块406，用于在所述最强邻波束驻留，最强邻波切换模块405还用于调用最强邻波驻留模块406。

为了克服搜到邻波束的情况下对当前波束的频繁切换的缺陷，可选的，本实施例中，还包括当前波束驻留模块400，用于根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留，当前波束驻留模块400还用于调用目标时刻获模块402。

本实施例中，为了提高卫星终端切换目标最强邻波束的准确性，可选的，如图11所示，最强邻波切换模块405包括：邻波束获取单元4051及最强邻波束选择单元4052。

邻波束获取单元4051用于获取所述目标波束的若干邻波束。

最强邻波束选择单元4052用于根据小区选择S准则及小区重选R准则在所述若干邻波束中选择信号质量最强的邻波束。

具体的，最强邻波切换模块405还包括第一波束测量单元4053，用于测量所述当前波束的第一波束信号质量值。

最强邻波束选择单元4052包括：第二波束测量子单元40521、第二邻波束筛选子单元40522及最强邻波束筛选子单元40523。

第二波束测量子单元40521用于测量每一邻波束的第二波束信号质量值及第二波束接收功率值并在预设持续时间内从若干第二波束中筛选出接收功率值大于0的若干第一邻波束。

第二邻波束筛选子单元40522用于从若干第一邻波束中筛选出第二波束信号质量值大于目标波束的第一波束信号值的若干第二邻波束。

最强邻波束筛选子单元40523用于从若干第二邻波束中选取第二波束信号质量最强的波束作为最强邻波束。

其中，若第二波束测量子单元40521未测量到满足小区选择S准则及小区重选R准则的邻波束，则继续驻留原波束，即调用当前波束驻留模块400。

本实施例中，为了正确在最强波束进行驻留，可选的，最强波束驻留模块406具体用于获取最强邻波束的同步位置、根据同步位置获取最强邻波束下的系统消息并根据系统消息在最强邻波束驻留。

其中，系统消息是波束携带的系统的信息，系统消息可分为MIB和多个SIB，每个系统信息包含了与某个功能相关的一系列参数集合(如波束的载波间隔，波束的带宽指示，系统帧号，波束是否允许终端接入等)。获取这些信息之后才进行波束驻留。

本实施例中卫星终端包括天线，为了在获取到目标切换时刻后提高对邻波束的测量效率，可选的，该波束切换系统还包括天线调整模块407，用于将所述天线的方向调整至对准所述目标波束的邻波束，并调用目标波束切换模块404以控制天线在接下来对邻波束进行测量及给天线有足够的时间来做测量前的准备。

本实施例中出现的小区选择S准则及小区重选R准则与实施例1-实施例3中的小区选择S准则及小区重选R准则的定义一致，这里便不再赘述。

本实施例中的波束切换系统一方面通过小区选择S准则、小区重选R准则提供了波束切换中的判决条件，提高卫星终端在当前最强波束以及向目标波束切换的准确性，增加了在最强波束预留时间；另一方面，卫星终端根据自身位置信息与星历信息，发起波束切换策略，进而减少多普勒频移造成链路捕获与跟踪的困难，提高波束切换的效率以及准确率。

实施例5

本实施例提供了一种基于低轨卫星的波束切换系统，本实施例是对实施例4的进一步改进，如图12所示，目标时刻获取模块402包括：目标波束获取单元4021、最短距离计算单元4022及目标时刻预测单元4023。

目标波束获取单元4021用于根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换至的目标波束。

最短距离计算单元4022用于计算所述卫星终端至所述目标波束覆盖范围下的最短距离。

目标时刻预测单元4023用于根据所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的目标时刻。

图5示出了本实施例中低轨卫星的波束覆盖示意图，本实施例中的低轨卫星系统包括若干低轨卫星10，某一低轨卫星10的波束覆盖范围为波束覆盖范围11、波束覆盖范围12……波束覆盖范围13，另一低轨卫星10的波束覆盖范围为波束覆盖范围14……波束覆盖范围15。

图6示出了本实施例中根据低轨卫星的覆盖区域构建的数学模型的示意图，其中，标记11为当前波束覆盖范围、标记12为目标波束覆盖范围，当前波束覆盖范围11与目标波束覆盖范围12中间相交的区域为切换区域，在该数学模型坐标系中，卫星终端16根据星历信息以最近的目标波束覆盖范围12的中心位置为原点，X轴为卫星的速度方向，Y轴为与卫星速度的垂直方向。卫星终端16根据自身位置信息(x1,y1)在该数学模型中求出卫星终端16至目标波束覆盖范围12的最短距离d，结合低轨卫星的运行速度与最短距离d确定切换目标区域边缘的执行时间，本发明中可以通过公式t＝d/v来计算该执行时间，其中t代表切换至目标区域覆盖范围下的最短距离d的执行时间，v代表卫星终端的运行速度。而在执行时刻t之前可以进行启动异频测量准备(如调整卫星终端的天线的方向、角度)，应当理解，卫星终端移动速度与低轨卫星移动速度相比可忽略。

本实施例中卫星终端根据自身位置信息与星历信息，判断卫星终端本身处于多波束覆盖区域，根据卫星终端的速度方向及目标波束的位置构建数学模型，从而可以预测计算目标波束以及当前波束的覆盖区域关系，再结合自身的速度矢量，发起波束切换策略，不但提高了目标波束切换的效率也提高了目标波束切换的准确性。

实施例6

本实施例提供了一种基于低轨卫星的波束切换系统，本实施例是对实施例5的进一步改进，本实施例中，目标波束获取单元4021还用于判断是否存在多个目标波束，若是，则调用最短距离计算单元4022，若否，则调用最强邻波选择模块404，最短距离计算单元4022还用于分别计算所述卫星终端至每一所述目标波束覆盖范围下的最短距离。

目标时刻预测单元4023用于还用于根据每一所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的若干第一时刻及在所述若干第一时刻中选取最早的时刻作为目标时刻，目标波束获取单元4021还用于选取所述目标时刻对应的目标波束为将要切换的目标波束。

图8示出了本实施例中低轨卫星的波束覆盖示意图，本实施例中的低轨卫星系统包括位于第一轨道的低轨卫星10-1及10-2，位于第二轨道的低轨卫星20-1及20-2，低轨卫星10-1的波束覆盖范围为波束覆盖范围11、波束覆盖范围12……波束覆盖范围13，低轨卫星10-2的波束覆盖范围为波束覆盖范围14……波束15覆盖范围，低轨卫星20-1的波束覆盖范围为波束覆盖范围21、波束覆盖范围22……波束覆盖范围23，低轨卫星20-2的波束覆盖范围为波束23覆盖范围……波束24覆盖范围。

图9示出了本实施例中根据低轨卫星的覆盖区域构建的数学模型的示意图，本实施例中，根据该数学模型确定多个目标波束覆盖位置与当前波束覆盖范围相对位置关系、卫星终端与低轨卫星的目标波束覆盖范围11及12位置关系。其中，标记11为当前波束覆盖范围，标记12为第一目标波束覆盖范围，当前波束覆盖范围11与第一目标波束覆盖范围12中间相交的区域为第一切换区域，标记21为第二目标波束覆盖范围，当前波束覆盖范围11与第二目标波束覆盖范围21中间相交的区域为第二切换区域，在数学模型坐标系中，终端根据星历处理单元的星历信息以第一目标波束覆盖范围12的中心位置为第一原点，以X轴为卫星的速度方向，Y轴为卫星速度的切向方向构建第一坐标系，以第二目标波束覆盖范围21的中心位置为原点，以X轴为卫星的速度方向，Y轴为卫星速度的切向方向构建第二坐标系。终端根据自身位置信息(x1,y1)在数学模型中求出自身至第一目标波束覆盖范围12的最短距离d以及第二目标波束覆盖范围21的最短距离d’，再根据卫星的运行速度，确定第一目标波束切换执行时刻t1及第二目标波束切换执行时刻t2。若t1晚于t2，则在t2时刻前，进行启动目标波束覆盖范围21的异频测量准备(做出天线调整)，且选择t2作为目标执行时刻。若t1早于t2，则在t1时刻前，进行启动目标波束覆盖范围12的异频测量准备。

本实施例可以在存在多个目标波束的情况下选择最有的目标切换波束，从而进一步提高了波束切换的效率及准确性。

实施例7

本实施例提供一种电子设备，电子设备可以通过计算设备的形式表现(例如可以为服务器设备)，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中处理器执行计算机程序时可以实现实施例1-实施例3中任意一波束切换方法。

图13示出了本实施例的硬件结构示意图，如图13所示，电子设备9具体包括：

至少一个处理器91、至少一个存储器92以及用于连接不同系统组件(包括处理器91和存储器92)的总线93，其中：

总线93包括数据总线、地址总线和控制总线。

存储器92包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)921和/或高速缓存存储器922，还可以进一步包括只读存储器(ROM)923。

存储器92还包括具有一组(至少一个)程序模块924的程序/实用工具925，这样的程序模块924包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

处理器91通过运行存储在存储器92中的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如本发明实施例1-实施例3中任意一波束切换方法。

电子设备9进一步可以与一个或多个外部设备94(例如键盘、指向设备等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口95进行。并且，电子设备9还可以通过网络适配器96与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器96通过总线93与电子设备9的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备9使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID(磁盘阵列)系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了电子设备的若干单元/模块或子单元/模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多单元/模块的特征和功能可以在一个单元/模块中具体化。反之，上文描述的一个单元/模块的特征和功能可以进一步划分为由多个单元/模块来具体化。

实施例8

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现实施例1-实施例3中任意一波束切换方法的步骤。

其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。

在可能的实施方式中，本发明还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现实施例1-实施例3中任意一波束切换方法的步骤。

其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种基于低轨卫星的波束切换方法，其特征在于，所述波束切换方法应用于卫星终端中，所述波束切换方法包括：

获取低轨卫星的星历信息；

根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻；

在所述目标时刻切换至所述目标波束；

选择所述目标波束的信号质量最强的最强邻波束；

切换至所述最强邻波束；

根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻的步骤前还包括：

根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留；

选择所述目标波束的信号质量最强的邻波束的步骤包括：

获取所述目标波束的若干邻波束；

根据小区选择S准则及小区重选R准则在所述若干邻波束中选择信号质量最强的邻波束；

根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留的步骤后还包括：

测量所述目标波束的第一波束信号质量值；

根据小区选择S准则及小区重选R准则在所述若干邻波束中选择信号质量最强的邻波束的步骤包括：

测量每一邻波束的第二波束信号质量值及第二波束接收功率值，并在预设持续时间内从若干第二波束中筛选出接收功率值大于0的若干第一邻波束；

从若干第一邻波束中筛选出第二波束信号质量值大于所述目标波束的第一波束信号质量值的若干第二邻波束；

从若干第二邻波束中选取第二波束信号质量最强的波束作为最强邻波束。

2.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，切换至所述最强邻波束的步骤后还包括：

在所述最强邻波束驻留。

3.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻的步骤包括：

根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束；

计算所述卫星终端至所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

根据所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的目标时刻。

4.如权利要求3所述的波束切换方法，其特征在于，

根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻的步骤后还包括：

判断是否存在多个目标波束，若是，则分别计算所述卫星终端至每一所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

根据每一所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的若干第一时刻；

在所述若干第一时刻中选取最早的时刻作为目标时刻以及选取所述目标时刻对应的目标波束为将要切换的目标波束。

5.如权利要求2所述的波束切换方法，其特征在于，在所述最强邻波束驻留的步骤包括：

获取所述最强邻波束的同步位置及系统消息以正确驻留所述最强邻波束。

6.如权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，所述卫星终端包括天线，在所述目标时刻切换至所述目标波束的步骤前还包括：

将所述天线的方向调整至对准所述目标波束的邻波束。

7.一种基于低轨卫星的波束切换系统，其特征在于，所述波束切换系统应用于卫星终端中，所述波束切换系统包括：星历信息获取模块、目标时刻获取模块、目标波束切换模块、最强邻波选择模块及最强邻波切换模块；

所述星历信息获取模块用于获取低轨卫星的星历信息；

所述目标时刻获取模块用于根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换的目标波束及发生切换的目标时刻；

所述目标波束切换模块用于在所述目标时刻切换至所述目标波束；

所述最强邻波选择模块用于选择所述目标波束的信号质量最强的最强邻波束；

所述最强邻波切换模块用于切换至所述最强邻波束；

所述波束切换系统还包括当前波束驻留模块，用于根据小区选择S准则选择当前波束并在所述当前波束驻留；

所述最强邻波切换模块包括：邻波束获取单元及最强邻波束选择单元；

所述邻波束获取单元用于获取所述目标波束的若干邻波束；

所述最强邻波束选择单元用于根据小区选择S准则及小区重选R准则在所述若干邻波束中选择信号质量最强的邻波束；

所述最强邻波切换模块还包括：第一波束测量单元，用于测量所述目标波束的第一波束信号质量值；

所述最强邻波束选择单元包括：第二波束测量子单元、第二邻波束筛选子单元及最强邻波束筛选子单元；

所述第二波束测量子单元用于测量每一邻波束的第二波束信号质量值及第二波束接收功率值，并在预设持续时间内从若干第二波束中筛选出接收功率值大于0的若干第一邻波束；

所述第二邻波束筛选子单元用于从若干第一邻波束中筛选出第二波束信号质量值大于当前波束的第一波束信号值的若干第二邻波束；

所述最强邻波束筛选子单元用于从若干第二邻波束中选取第二波束信号质量最强的波束作为最强邻波束。

8.如权利要求7所述的波束切换系统，其特征在于，所述波束切换系统还包括最强邻波驻留模块，用于在所述最强邻波束驻留；

所述最强邻波切换模块还用于调用所述最强邻波驻留模块。

9.如权利要求7所述的波束切换系统，其特征在于，所述目标时刻获取模块包括：目标波束获取单元、最短距离计算单元及目标时刻预测单元；

所述目标波束获取单元用于根据所述星历信息及所述卫星终端的地理位置信息获取将要切换至的目标波束；

所述最短距离计算单元用于计算所述卫星终端至所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

所述目标时刻预测单元用于根据所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的目标时刻。

10.如权利要求9所述的波束切换系统，其特征在于，所述目标波束获取单元还用于判断是否存在多个目标波束，若是，则调用所述最短距离计算单元，所述最短距离计算单元还用于分别计算所述卫星终端至每一所述目标波束覆盖范围下的最短距离；

所述目标时刻预测单元用于还用于根据每一所述最短距离与所述低轨卫星的飞行速度预测发生切换的若干第一时刻及在所述若干第一时刻中选取最早的时刻作为目标时刻，所述目标波束获取单元还用于选取所述目标时刻对应的目标波束为将要切换的目标波束。

11.如权利要求8所述的波束切换系统，其特征在于，所述最强邻波驻留模块还用于获取所述最强邻波束的同步位置及系统消息以正确驻留所述最强邻波束。

12.如权利要求7所述的波束切换系统，其特征在于，所述卫星终端包括天线，所述波束切换系统还包括天线调整模块，用于将所述天线的方向调整至对准所述目标波束的邻波束，并调用所述目标波束切换模块。

13.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述的波束切换方法。

14.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的波束切换方法的步骤。

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