CN112054823A - 一种低轨卫星通信切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低轨卫星通信切换方法，属于卫星通信领域。该方法通过测量卫星发射的导频信号的信号强度，用户终端判断是否进行切换，并通过导频信号的来源确定进行星间切换或者进行波束间切换以及切换过程的整个信令传输。其中该方法还包括：源卫星向网络控制中心发送切换需求报告，所述切换需求报告用于将用户终端的会话从所述源卫星切换至所述目的卫星；网络控制中心接收来自所述目的卫星的切换请求回复报告，所述切换请求回复报告用于指示所述目的卫星存在空闲信道的发射频率和接收频率。采用本发明，能够实现用户设备在低轨卫星通信系统下的平滑切换，保障通信的顺利进行。

Description

一种低轨卫星通信切换方法

技术领域

本发明属于卫星通信领域，涉及用户终端(UE)与低轨卫星进行切换的方法。

背景技术

低轨卫星通信系统作为未来无线通信的发展潮流，近几年来，多家公司正在大力发展卫星互联网星座，通过打造由LEO卫星组成的卫星星座，为全球提供互联网接入服务。

由于LEO单颗卫星移动速度快、覆盖面小等特点，要保障地面通信的稳定性，卫星间的切换是必不可少的。切换包括软切换(Soft Handover，SH)和硬切换(Hard Handover，HH)。在软切换中，如果一个移动终端配备了多个网络接口，它可以使用其中一个接口在切换期间通过新的网络访问点获得连接，同时仍然继续使用旧的接口。而在硬切换中，则是先中断旧的通信链路的切换方式，即先断后通，在整个切换过程中移动台只能使用一个无线信道。与地面通信网络不同，由于低轨卫星通信系统的功率较大且信道资源紧张，因此不适宜采用对UE设备要求过高和占用信道较多的软切换策略。

在低轨卫星通信系统中，切换又分为波束切换和星间切换，波束切换又称为蜂窝切换或者星内切换，是指同一颗卫星覆盖区域内，链路在相邻波束间的切换；而星间切换又称为卫星切换，是指一个链路在相邻卫星间的切换。

现有的低轨卫星通信切换方法大多采用的硬切换或者软切换，无法实现快速且不间断的软硬无缝切换。因此，亟需一种新的低轨卫星通信切换方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低轨卫星通信切换方法，实现用户终端与卫星持续不断的通信，并使得切换时延足够小。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低轨卫星通信切换方法，通过测量卫星发射的导频信号的信号强度(RSRP)，UE判断是否进行切换，并通过导频信号的来源确定进行星间切换或者进行波束间切换。该方案还包括星间切换和波束间切换的整个信令传输过程。

具体的，星间切换，具体包括以下步骤：

S1：源卫星向网络控制中心发送切换需求报告，请求将用户终端的会话从源卫星切换至目的卫星；

S2：目的卫星接收来自网络控制中心的切换请求报告，并发送切换请求回复报告；

S3：网络控制中心通过源卫星向用户终端发送切换命令报告，用户终端将自身的数据信道的发射频率和接收频率改为对应信道的接收频率和发射频率；然后，用户终端向目的卫星发送切换确认报告，

S4：目的卫星接收来自用户终端的切换确认报告，确认当前目的卫星与用户终端的连接状态；然后，目的卫星向网络控制中心发送切换通知报告，指示目的卫星已和用户终端连接；此时，网络控制中心向源卫星发送资源释放报告，清除用户终端在源卫星所占资源。

进一步，星间切换中，所述切换需求报告包括切换需求报告的标识和对应的指示信息；所述切换请求回复报告包括切换请求回复报告的标识和对应的参数信息；所述切换命令报告包括切换命令报告的标识和对应的指示信息；所述切换确认报告包括切换确认的会话的标识和会话对应的指示信息。

更进一步，所述参数信息包括存在空闲信道的信道号及发射频率和接收频率。

具体的，波束切换，具体包括以下步骤：

S1：源波束向卫星中央处理器发送切换需求报告，请求将用户终端的会话从源波束切换至目的波束；

S2：目的波束接收来自卫星中央处理器的频率询问报告，指示目的波束对应的频率信息；然后，目的波束向卫星中央处理器发送频率回复报告消息，回复目的波束的频率信息；

S3：卫星中央处理器通过源波束向用户终端发送切换命令报告，将用户终端的会话从源波束切换至目的波束；然后，用户终端将自身的数据信道的发射频率和接收频率改为对应信道的接收频率和发射频率；此时，用户终端向目的波束发送切换确认报告；

S4：目的波束接收来自用户终端的切换确认报告，确认当前波束与用户终端的连接状态；然后，卫星中央处理器向源波束发送资源释放报告，清除用户终端在源波束所占资源。

进一步，波束切换中，所述切换需求报告包括切换需求报告的标识和对应的指示信息；所述切换命令报告包括切换命令报告的标识和对应的指示信息；所述切换确认报告包括切换确认的会话的标识和会话对应的指示信息。

进一步，步骤S2中，所述频率信息包括目的波束存在的空闲信道的发射频率和接收频率。

本发明的有益效果在于：本发明在低轨卫星通信系统中，基于测量的信号强度进行硬切换，具体是用户终端通过测量由卫星发来的导频信号的信号强度进行切换。本发明提出了星间切换和波束间切换及其切换过程中的消息格式。本发明方法能够实现用户终端设备在低轨卫星通信系统下的平滑切换，保障通信的顺利进行。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1是星间切换的流程示意图；

图2是波束间切换的流程示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1～图2，当用户终端接收到来自已接入波束和其他波束的导频信号时，若接入信号的信号强度小于其他波束的强度时，用户终端会向当前接入卫星发送请求切换的消息包。当前接入卫星通过消息包中目的波束的消息判断目的波束是否属于本卫星，如不属于本卫星，则进行星间切换，否则进行波束间切换。

如图1所示，星间切换的切换流程，具体步骤如下：

1)卫星A和卫星B周期性的向UE发送导频信息，在导频信息中写入发出本导频的波束号和卫星号。UE通过测量此导频信号的RSRP值对卫星A和卫星B的信号强度大小进行比较。

2)当UE检测到卫星B的导频信号RSRP值大于当前接入卫星A的导频时，会向卫星A发出测量报告，报告中含有UE的ID号和卫星B的卫星号。

3)卫星A生成切换需求报告(HANDOVER_REQURIED)并向网络控制中心(NCC)发送，报告中包含UE的ID及卫星B的卫星号。切换需求报告消息的格式如表1所示。

表1切换需求报告消息的格式

4)NCC收到卫星A的报告后，会生成切换请求报告(HANDOVER_REQUEST)并向卫星B发送，报告中含有UE的ID，要求卫星B进行资源预留。切换请求报告消息的格式如表2所示。

表2切换请求报告消息的格式

5)卫星B收到NCC发来的消息后，会检测当前波束是否存在空闲信道，如果存在，则将此信道用UE的ID号进行锁定，同时获取此信道的发射频率和接收频率，并写入到切换请求回复报告(HANDOVER_REQUEST_ACK)中，向NCC进行发送。请求回复报告消息的格式如表3所示。

表3请求回复报告消息的格式

6)NCC获取到卫星B的回复后，会生成切换命令报告(HANDOVER_COMMAND)，在报告中写入卫星B波束的信道的发射频率和接收频率，并向卫星A发送。切换命令报告消息的格式如表4所示。

表4切换命令报告消息的格式

7)卫星A收到报告后，将此报告通过UE当前接入的波束转发给UE。

8)UE收到该报告后，将自身的发射频率和接收频率分别改为报告中信道的接收频率和发射频率，并向卫星B发送切换确认报告(HANDOVER_COMFIRM)，在报告中写入自身的ID号。切换确认报告消息的格式如表5所示。

表5切换确认报告消息的格式

9)卫星B收到报告后，如果确认报告中UE与预留信道中UE的ID一致，则允许UE进行接入，并会向NCC发送切换通知报告(HANDOVER_NOTIFY)。切换通知报告消息的格式如表6所示。

表6切换通知报告消息的格式

10)当NCC接到卫星B发来的通知报告后，会向卫星A发送资源释放报告(RELEASE_RESOURCES)，在报告中写入UE的ID，要求卫星A释放UE所占的资源。资源释放报告消息的格式如表7所示。

表7资源释放报告消息的格式

如图2所示，波束间切换的切换流程，具体步骤如下：

1)卫星的波束A和波束B周期性的向UE发送导频信息，在导频信息中写入发出本导频的波束号和卫星号。UE通过测量此导频信号的RSRP值对波束A和波束B的信号强度大小进行比较。

2)当UE检测到波束B的导频信号RSRP值大于当前接入波束A的导频时，会向波束A发出测量报告，报告中含有UE的ID号和波束B的波束号。

3)波束A生成切换需求报告(HANDOVER_REQURIED)并向本卫星的中央处理器发送，报告中包含UE的ID及波束B的波束号。

4)中央处理器收到波束A的报告后，会生频率询问报告(INF_FREQUENCY_ACK)并向波束B发送，报告中含有UE的ID，要求波束B进行资源预留。频率询问报告消息的格式如表8所示。

表8频率询问报告消息的格式

5)波束B收到中央处理器发来的消息后，会检测当前波束是否存在空闲信道，如果存在，则将此信道用UE的ID号进行锁定，同时获取此信道的发射频率和接收频率，并写入到频率回复报告(INF_FREQUENCY_REPLY)中，向中央处理器进行发送。频率回复报告消息的格式如表9所示。

表9频率回复报告消息的格式

6)中央处理器获取到波束B的回复后，会生成切换命令报告(HANDOVER_COMMAND)，在报告中写入波束B波束的信道的发射频率和接收频率，并向波束A发送。

7)波束A收到报告后，将此报告转发给UE。

8)UE收到该报告后，将自身的发射频率和接收频率分别改为报告中信道的接收频率和发射频率，并向波束B发送切换确认报告(HANDOVER_COMFIRM)，在报告中写入自身的ID号。

9)波束B收到报告后，如果确认报告中UE与预留信道中UE的ID一致，则允许UE进行接入，并将此报告转发给中央处理器。

10)当中央处理器接到波束B发来的通知报告后，会向波束A发送资源释放报告(RELEASE_RESOURCES)，在报告中写入UE的ID，要求波束A释放UE所占的资源。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种低轨卫星通信切换方法，其特征在于，该通信切换方法包括星间切换，具体包括以下步骤：

S1：源卫星向网络控制中心发送切换需求报告，请求将用户终端的会话从源卫星切换至目的卫星；

S2：目的卫星接收来自网络控制中心的切换请求报告，并发送切换请求回复报告；

S3：网络控制中心通过源卫星向用户终端发送切换命令报告，用户终端将自身的数据信道的发射频率和接收频率改为对应信道的接收频率和发射频率；然后，用户终端向目的卫星发送切换确认报告，

S4：目的卫星接收来自用户终端的切换确认报告，确认当前目的卫星与用户终端的连接状态；然后，目的卫星向网络控制中心发送切换通知报告，指示目的卫星已和用户终端连接；此时，网络控制中心向源卫星发送资源释放报告，清除用户终端在源卫星所占资源。

2.根据权利要求1所述的低轨卫星通信切换方法，其特征在于：所述切换需求报告包括切换需求报告的标识和对应的指示信息；所述切换请求回复报告包括切换请求回复报告的标识和对应的参数信息；所述切换命令报告包括切换命令报告的标识和对应的指示信息；所述切换确认报告包括切换确认的会话的标识和会话对应的指示信息。

3.根据权利要求2所述的低轨卫星通信切换方法，其特征在于：所述参数信息包括存在空闲信道的信道号及发射频率和接收频率。

4.一种低轨卫星通信切换方法，其特征在于，该通信切换方法包括波束切换，具体包括以下步骤：

S1：源波束向卫星中央处理器发送切换需求报告，请求将用户终端的会话从源波束切换至目的波束；

S2：目的波束接收来自卫星中央处理器的频率询问报告，指示目的波束对应的频率信息；然后，目的波束向卫星中央处理器发送频率回复报告消息，回复目的波束的频率信息；

S3：卫星中央处理器通过源波束向用户终端发送切换命令报告，将用户终端的会话从源波束切换至目的波束；然后，用户终端将自身的数据信道的发射频率和接收频率改为对应信道的接收频率和发射频率；此时，用户终端向目的波束发送切换确认报告；

S4：目的波束接收来自用户终端的切换确认报告，确认当前波束与用户终端的连接状态；然后，卫星中央处理器向源波束发送资源释放报告，清除用户终端在源波束所占资源。

5.根据权利要求4所述的低轨卫星通信切换方法，其特征在于：所述切换需求报告包括切换需求报告的标识和对应的指示信息；所述切换命令报告包括切换命令报告的标识和对应的指示信息；所述切换确认报告包括切换确认的会话的标识和会话对应的指示信息。

6.根据权利要求4所述的低轨卫星通信切换方法，其特征在于：步骤S2中，所述频率信息包括目的波束存在的空闲信道的发射频率和接收频率。

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