CN112235031A - 一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例公开了一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法，其特征在于，包括：S10、用户站自主推算当前自身所在波位编号；S30、用户站在业务申请信息中附带波位编号和波位持续的有效时间上报给卫星基站；S50、卫星基站根据所述用户站所在波位编号和波位持续的有效时间统一调度波束资源进行波束投射服务。该方法一方面能够降低卫星计算压力，另一方面能够降低空口传输压力，用户站无需实时上报自己的位置信息，能够有效降低卫星基站的计算压力、及空口传输压力，从而实现高效的波束指向调度，提高了资源分配响应时间。

Description

一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法
技术领域
本发明涉及低轨卫星通信领域，更具体的，涉及一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法、模块、存储模块和计算机设备。
背景技术
低轨卫星通信系统用户分布具有小规模聚集性的特点、且分布的随机性较强，一般为非均匀覆盖。传统低轨通信卫星采用若干个固定波束持续对地覆盖、与用户分布区域无关，从而导致无用户的区域也同样获得卫星的能量覆盖，反而在通信带宽需求更大的用户比较集中的区域，会因为多用户共享有限的资源导致用户体验下降，降低系统资源使用效率。另外，卫星通信终端直接面向用户，应适应低成本和小型化的市场需求，以最小的口径来满足用户期望的最大带宽，终端的小口径意味着星载用户天线需有较高的增益，天线高增益意味着波束角度变窄。为了解决卫星覆盖范围与系统效率之间的矛盾、以及卫星覆盖范围与天线增益之间的矛盾，跳波束通信体制应运而生。跳波束通信体制采用星载多波束相控阵天线，星上形成几个点波束，按照地面用户资源使用需求及星上资源使用情况，实现对波束在时域、频域、空域的多维灵活调度，即在正确的时间调度正确的波束服务于正确的用户，而不造成干扰。
发明内容
本发明第一个实施例提供一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法，包括：
S10、用户站自主推算当前自身所在波位编号；
S30、用户站在业务申请信息中附带波位编号和波位持续的有效时间上报给卫星基站；
S50、卫星基站根据所述用户站所在波位编号和波位持续的有效时间统一调度波束资源进行波束投射服务。
在一个具体的实施例中，在所述S10之前的步骤还包括：
根据卫星覆盖范围及星上点波束参数特性，将卫星覆盖区域在地面上的投影按照相控阵天线波位进行排布划分，并将划分的波位进行编号；
根据星上点波束角度信息和所述确定的波位排布信息，以星下点为参考点，计算卫星覆盖区域在地面上的投影内所有波位相对于参考点的角度和距离，并以矢量表的形式存储在用户站。
在一个具体实施例中，所述S10包括：
S101、用户站获得自身的位置信息及系统时间信息，同时接收广播星历信息，通过基带解析并提取出星历；
S103、用户站基于初始星历进行轨道递推；
S105、以当前卫星星下点位置作为参考点，用户站根据自身位置信息、卫星轨道信息以及系统时间信息实时计算出自身相对参考点的角度和距离，通过存储的矢量表映射到当前所处的波位编号。
在一个具体实施例中，所述卫星基站是一个波束单元处理实体，对于星上处理转发载荷，卫星基站位于星上，为通信载荷的一部分；对于透明转发载荷，卫星基站位于地面信关站。
本发明的第二个实施例提供一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度模块，其特征在于，包括：用户站和卫星基站，其中，
用户站，用于自主推算当前自身所在波位编号；
用户站在业务申请信息中附带波位编号和波位持续的有效时间上报给卫星基站；
卫星基站，用于根据所述用户站所在波位编号和波位持续的有效时间统一调度波束资源进行波束投射服务。
在一个具体实施例中，所述用户站包括计算单元，用于用户站获得自身的位置信息及系统时间信息，同时接收广播星历信息，通过基带解析并提取出星历；基于初始星历进行轨道递推；以当前卫星星下点位置作为参考点，用户站根据自身位置信息、卫星轨道信息以及系统时间信息实时计算出自身相对参考点的角度和距离，通过存储的矢量表映射到当前所处的波位编号。
本发明的第三个实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一个实施例所述的方法。
本发明的第四个实施例提供一种计算设备，包括处理器，其特征在于，所述处理器执行程序时实现如第一个实施例所述的方法。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法，采用用户站主动发现并上报在当前卫星所处的波位信息的方法，通过信令信道上报给卫星基站，由卫星基站根据用户需求及当前波束资源使用情况合理调度波束。一方面能够降低卫星计算压力，避免了卫星基站集中式计算用户所处波位的过程，将压力分散至各个用户站，由用户站进行波位编号计算，每个用户站仅需计算自己所在的波位编号即可，压力较小，基本不增加用户站的计算复杂度；另一方面能够降低空口传输压力，用户站无需实时上报自己的位置信息，能够有效降低卫星基站的计算压力、及空口传输压力，从而实现高效的波束指向调度，提高了资源分配响应时间，
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出根据本发明的一个实施例的一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法流程图。
图2示出根据本发明的一个实施例的波束调度流程图。
图3示出根据本发明的一个实施例的波位分布示意图。
图4示出根据本发明的一个实施例的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法，包括：
预先在外部完成准备步骤：
1、根据卫星覆盖范围及星上点波束参数特性，将卫星覆盖区域在地面上的投影按照相控阵天线波位进行排布划分，并将划分的波位进行编号。
如图2所示为坐标原点为波束发射点，X轴为方位方向(x>0方位角为正，x<0方位角为负)，Y轴为俯仰方向(y>0俯仰角为正，y<0俯仰角为负)的卫星覆盖区域在地面上的投影内的波位分布示意图，图2中为示例性的波位排布及编号示意，本发明对波位排布方式和编号方式不作限制。
2、根据星上点波束角度信息、上述确定的波位排布信息，以星下点为参考点，计算卫星覆盖区域在地面上的投影内所有波位相对于参考点的角度和距离，并以矢量表的形式存储在用户站本地。
波束调度方法步骤：
S10、用户站自主推算自身所在波位编号。
所示S10具体包括：
S101、用户站获得自身的位置信息和系统时间信息，同时接收广播星历信息，通过基带解析并提取出星历；
S103、用户站基于初始星历进行轨道递推；
S105、以当前卫星星下点位置作为参考点，用户站根据自身位置信息、卫星轨道信息、以及系统时间信息实时计算出自身相对参考点的角度和距离，通过存储的矢量表映射到当前所处的波位编号。
S30、用户站在业务申请信息中附带波位编号和波位持续的有效时间上报给卫星基站；
因为随着星地相对运动，用户站所处的波位也会发生变化，持续的有效时间就是指某一个波位覆盖的用户站的时间段。
S50、卫星基站根据所述用户站所在波位编号和波位持续的有效时间统一调度波束资源进行波束投射服务。
所述卫星基站是一个波束单元处理实体，对于星上处理转发载荷，卫星基站位于星上，为通信载荷的一部分；对于透明转发载荷，卫星基站位于地面信关站。卫星用户侧采用多波束智能相控阵天线，同时形成多个对地点波束，通过卫星基站控制，每个点波束可在卫星覆盖区域内任意波位驻留，实现对卫星整个覆盖区域内随机分布的用户提供服务。
一个示例中，如图3所示，在用户站装订好预先确定的波位排布划分信息和位置矢量映射表，用户站开机后，用户终端导航接收机首先获得自身的位置信息和系统时间信息，用户站的广播接收通道通过广播接收天线接收卫星广播星历无线传输信号，通过基带解析并提取出星历，调制解调器接收星历，基于初始星历进行轨道递推；以当前卫星星下点位置作为参考点，用户站根据自身相对参考点的位置，实时计算出自身相对于参考点的矢量信息，查询存储的矢量表映射到当前所处的波位，用户站通过业务通信天线实时上报所在的波位编号和波位持续有效时间给卫星基站，卫星基站根据用户站上报的信息和当前波束资源情况统一调度，完成波束分配，卫星调用波束指向该用户站的波位实施例2
一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度模块，包括：用户站和卫星基站，其中，
用户站，用于自主推算当前自身所在波位编号；
用户站在业务申请信息中附带波位编号和波位持续的有效时间上报给卫星基站；
卫星基站，用于根据所述用户站所在波位编号和波位持续的有效时间统一调度波束资源进行波束投射服务。
所述用户站包括计算单元，用于用户站获得自身的位置信息和系统时间信息，同时接收广播星历信息，通过基带解析并提取出星历；基于初始星历进行轨道递推；以当前卫星星下点位置作为参考点，用户站根据自身位置信息、卫星轨道信息以及系统时间信息实时计算出自身相对参考点的角度和距离，通过存储的矢量表映射到当前所处的波位编号。
本领域技术人员可以理解，本实施例中的装置还可以实现实施例1中所述的其它方法步骤，在此不再赘述。
实施例3
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例1所述的方法。
在实际应用中，所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本发明提出一种跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法，通过用户站自主计算获得当前距离参考点的位置矢量信息，并上报给卫星基站，由卫星基站根据用户站分布情况进行波束调度，能够有效减轻卫星基站计算压力、提高波束调度效率。
实施例4
如图4所示，本发明的另一个实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。图3显示的计算机设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图4所示，计算机设备12以通用计算设备的形式表现。计算机设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元16)的总线18。
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(ISA)总线，微通道体系结构(MAC)总线，增强型ISA总线、视频电子标准协会(VESA)局域总线以及外围组件互连(PCI)总线。
计算机设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(RAM)30和/或高速缓存存储器32。计算机设备12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图4未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图4中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如CD-ROM，DVD-ROM或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42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。程序模块42通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
计算机设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该计算机设备12交互的设备通信，和/或与使得该计算机设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口22进行。并且，计算机设备12还可以通过网络适配器20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。如图4所示，网络适配器20通过总线18与计算机设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图4中未示出，可以结合计算机设备12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、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
处理器单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例1所述的方法。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种基于跳波束通信体制的低轨卫星波束调度方法，其特征在于，包括：
S10、用户站自主推算当前自身所在波位编号；
S30、用户站在业务申请信息中附带波位编号和波位持续的有效时间上报给卫星基站；
S50、卫星基站根据所述用户站所在波位编号和波位持续的有效时间统一调度波束资源进行波束投射服务。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S10之前的步骤还包括：
根据卫星覆盖范围及星上点波束参数特性，将卫星覆盖区域在地面上的投影按照相控阵天线波位进行排布划分，并将划分的波位进行编号；
根据星上点波束角度信息和所述确定的波位排布信息，以星下点为参考点，计算卫星覆盖区域在地面上的投影内所有波位相对于参考点的角度和距离，并以矢量表的形式存储在用户站。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S10包括：
S101、用户站获得自身的位置信息及系统时间信息，同时接收广播星历信息，通过基带解析并提取出星历；
S103、用户站基于初始星历进行轨道递推；
S105、以当前卫星星下点位置作为参考点，用户站根据自身位置信息、卫星轨道信息以及系统时间信息实时计算出自身相对参考点的角度和距离，通过存储的矢量表映射到当前所处的波位编号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星基站是一个波束单元处理实体，对于星上处理转发载荷，卫星基站位于星上，为通信载荷的一部分；对于透明转发载荷，卫星基站位于地面信关站。
5.一种应用权利要求1所述方法的波束调度模块，其特征在于，包括：用户站和卫星基站，其中，
用户站，用于自主推算自身所在波位编号；
用户站在业务申请信息中附带波位编号和波位持续的有效时间上报给卫星基站；
卫星基站，用于根据所述用户站所在波位编号和波位持续的有效时间统一调度波束资源进行波束投射服务。
6.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述用户站包括计算单元，用于用户站获得自身的位置信息和系统时间信息，同时接收广播星历信息，通过基带解析并提取出星历；基于初始星历进行轨道递推；以当前卫星星下点位置作为参考点，用户站根据自身位置信息、卫星轨道信息以及系统时间信息实时计算出自身相对参考点的角度和距离，通过存储的矢量表映射到当前所处的波位编号。
7.一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，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
8.一种计算设备，包括处理器，其特征在于，所述处理器执行程序时实现如权利要求1-4中任一项所述的方法。
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