CN112311446A - 一种基于多维度的卫星波束切换方法和系统 - Google Patents

一种基于多维度的卫星波束切换方法和系统 Download PDF

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CN112311446A CN202011124839.8A CN202011124839A CN112311446A CN 112311446 A CN112311446 A CN 112311446A CN 202011124839 A CN202011124839 A CN 202011124839A CN 112311446 A CN112311446 A CN 112311446A
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Abstract

本发明公开了一种基于多维度的卫星波束切换方法，应用于卫星终端，包括：监测当前卫星终端的待切换指标信息，其中，所述待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临波束的位置坐标；根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值，以当信关站判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。应用于信关站，包括：接收卫星终端发送的待切换指标信息和切换门限最大值；判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对所述移动终端执行卫星波束切换，其中所述切换门限最大值是由待切换指标信息计算得到的。本发明能够减小因波束切换造成过多的网络开销，提升切换效率及通信质量。

Description

一种基于多维度的卫星波束切换方法和系统
技术领域
本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种基于多维度的卫星波束切换方法和系统。
背景技术
在卫星通信系统中，由于卫星和终端的移动性，当卫星和终端都处于运动中时，终端可能会移出当前波束，穿越到其他的临近波束中。为了保持终端的通信质量，需要在终端穿越波束边界时进行波束或卫星间的切换。切换是卫星移动通信系统中重要的设计部分，一般情况下，不同的卫星通信系统场景，选择的切换算法是不一样的，切换算法的好坏和切换判决策略的正确与否，直接影响到系统的通信性能。根据卫星通信系统场景的不同，以及切换前后终端的位置，终端是否由同一信关站服务，终端是否由同一卫星服务，终端是否在同一波束覆盖之下，一般有四种不同的切换方式：第一种是同一卫星不同波束之间的切换；第二种是同一信关站不同卫星间的切换；第三种是不同信关站同一卫星间的切换；第四种是不同信关站不同卫星间的切换。由于卫星和移动终端之间相对高速运动，终端用户需要在卫星之间不断切换以获得不间断的通信服务。切换算法的性能将直接影响用户的通话质量。
切换技术保证了服务的连续性，但又给整个系统带来了更大的开销。在无线资源受限的卫星移动通信系统中，由于卫星带宽资源昂贵、链接请求用户终端越来越多，不必要的切换会造成系统资源浪费，因此，如何根据使用场景选择合适的切换策略是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于多维度的卫星波束切换方法和系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于多维度的卫星波束切换方法，应用于卫星终端，包括：
监测当前卫星终端的待切换指标信息，其中，所述待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临波束的位置坐标；
根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值，以当信关站判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。
在一个具体实施方式中，根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值包括：
依次将采集的若干待切换指标信息输入到预先设置的模糊逻辑系统以得到若干切换门限；
选取所述若干切换门限中的最大值作为切换门限最大值，其中，所述模糊逻辑系统中的模糊规则由各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源和各临波束的位置坐标确定。
本发明还提供了一种基于多维度的卫星波束切换方法，应用于信关站，包括：
接收卫星终端发送的待切换指标信息和切换门限最大值；
判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对所述移动终端执行卫星波束切换，其中所述切换门限最大值是由待切换指标信息计算得到的。
在一个具体实施方式中，在判断所述切换门限最大值满足预设条件之后，还包括：
判断是否满足预设切换触发时间要求，若是，则对所述移动终端执行卫星波束切换；
若否，则控制时间计数器累加。
在一个具体实施方式中，判断所述切换门限最大值不满足预设条件时，对所述移动终端不执行卫星波束切换，且控制时间计数器清零。
本发明同时提供了一种基于多维度的卫星波束切换系统，应用于卫星终端，包括：
切换指标信息监测单元，用于监测当前卫星终端的待切换指标信息，其中，所述待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临波束的位置坐标；
切换门限计算单元，用于根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值，以当信关站判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。
在一个具体实施方式中，切换门限计算单元具体用于：依次将采集的若干待切换指标信息输入到预先设置的模糊逻辑系统以得到若干切换门限；选取所述若干切换门限中的最大值作为切换门限最大值；其中，所述模糊逻辑系统中的模糊规则由各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源和各临波束的位置坐标确定。
本发明同时提供了一种基于多维度的卫星波束切换系统，应用于信关站，包括：
信息接收单元，用于接收卫星终端发送的待切换指标信息和切换门限最大值；
切换判决单元，用于判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对所述移动终端执行卫星波束切换，其中所述切换门限最大值是由待切换指标信息计算得到的。
在一个具体实施方式中，还包括计时判断单元，用于判断是否满足预设切换触发时间要求，若是，则对所述移动终端执行卫星波束切换；
若否，则控制时间计数器累加。
在一个具体实施方式中，所述计时判断单元还用于判断所述切换门限最大值不满足预设条件时，控制时间计数器清零。
本发明的有益效果：
1、本发明的基于多维度的卫星波束切换方法采用基于模糊逻辑系统的判决算法，模糊逻辑系统的输入参数是多维度的，且通过分时主动测量法获取原波束和邻近波束之间的位置坐标；模糊逻辑系统的输出参数不是一个单一值，可通过测量多个临近波束的相关参数获取到多个切换门限值，并从中得到切换门限值的最大值，该最大值作为不同波束之间切换的判决依据。这样可准确获取需要切换的目标波束，而且选择的目标波束的可用资源也是最佳的，减小因波束切换造成过多的网络开销，使卫星波束切换的效率及通信质量得到有效提升；
2、本发明的基于多维度的卫星波束切换方法中，波束切换与否由切换触发时间、当前波束接收信号强度、目标波束接收信号强度和切换判决门限值最大值决定。此方法的切换门限值不是通过一次判决算法就确定的，而是从计算得到的不同的切换门限值中获取最大值作为切换门限值。同时该方法通过设置原波束和目标波束信号强度的动态可调性与切换门限值的最大值及切换触发时间，能够有效避免切换过程中的乒乓效应及减少切换的次数，从而节省切换资源。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换方法卫星终端流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换方法S2步骤示意图；
图3(a)-(e)是本发明实施例提供的模糊逻辑系统的输入输出参数隶属度函数图；
图4是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换方法信关站流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换方法的波束切换触发时间和切换判决门限示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换系统模块框图；
图7是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换系统场景图；
图8为本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换系统完整流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换方法卫星终端流程图，该方法包括：
S1、监测当前卫星终端的待切换指标信息，其中所述待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临波束的位置坐标；
当前时刻原波束接收信号强度RSSI和各临近波束的接收信号强度P指的是卫星终端接收到的当前时刻原波束和各临近波束下行链路信号的强度。
信道质量指示CQI，卫星向卫星终端反馈的信道的质量，当卫星终端所在原波束的接收信号强度比较高时，说明此时的信道质量较好，可以不进行波束的切换；当卫星终端所在原波束的接收信号强度值相对较低时，说明此时的信道质量相对较差，可以切换到另一个信道质量比较好的波束中。
临近波束可用资源R，指的是不同的点波束所能服务的终端数是有限制的，终端在波束切换的过程中获取临近波束的可用资源。
临波束的位置坐标D，指的是终端当前所在波束中心位置距离临近波束中心位置的距离。一般的，临波束的位置坐标D通过分时主动测量法得到，在进行波束切换时，一般选择距离原波束中心位置比较近，而且波束可用资源比较多的临近波束。
S2、根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值，以当信关站判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。
其中，请参见图2，步骤S2具体包括：
S21、依次将采集的若干待切换指标信息输入到预先设置的模糊逻辑系统以得到若干切换门限TH；
S22、选取所述若干切换门限TH中的最大值作为切换门限最大值THmax，其中，所述模糊逻辑系统中的模糊规则由各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源和各临波束的位置坐标确定。
在本实施例中，以当前时刻移动终端在相邻波束下的接收信号强度指示P、信道质量指示C、临近波束可用资源R和临波束的位置坐标D作为输入条件，切换门限TH作为输出结果对模糊逻辑系统进行举例。
例如，每个输入变量P、C、R和D分别具有低、中、高三个级别的模糊集，请参见图3(a)-(e)，例如，根据不同的应用场景，可以设置不同的C1、C2、C3来构成信道质量指示模糊集，设置不同的P1、P2、P3来构成接收信号强度指示模糊集，设置不同的D1、D2、D3来构成临波束的位置坐标模糊集，设置不同的R1、R2、R3来构成临近波束可用资源模糊集。
由于本实施例中包括4个变量，每个变量均有低、中、高三种类型，因此共有34＝81条模糊规则，每条规则对应一个切换门限的输出值，其中切换门限的输出也包括低、中、高三种类型，具体的，通过设置不同的TH1、TH2、TH3来构成切换门限模糊集。
例如，在设计推理规则时，以接收信号强度的重要性最高，根据卫星波束切换的基本知识，设计模糊逻辑控制规则的原则是：移动终端测量得到的临波束接收信号强度指示比较高，移动终端所在原波束信道质量指示比较低，移动终端临波束可用资源比较高，移动终端距离临波束的位置比较近，由此规则即可得到判决门限值TH，且若判决门限值TH为最大时，则移动终端考虑执行临近波束的切换。因此可得到以接收信号强度指示P、信道质量指示C、临波束可用资源R和临波束位置坐标D为输入参数的模糊逻辑控制规则为：
if P is低，and C is低，and R is低，and D is低，then TH is低
if P is低，and C is低，and R is低，and D is中，then TH is低
if P is低，and C is低，and R is低，and D is高，then TH is低
if P is低，and C is低，and R is中，and D is低，then TH is中
if P is低，and C is低，and R is高，and D is中，then TH is低
if P is低，and C is中，and R is低，and D is低，then TH is低
if P is低，and C is高，and R is中，and D is低，then TH is低
if P is低，and C is低，and R is高，and D is低，then TH is中
if P is中，and C is低，and R is低，and D is低，then TH is中
if P is中，and C is低，and R is低，and D is中，then TH is低
if P is中，and C is中，and R is中，and D is低，then TH is中
if P is中，and C is高，and R is高，and D is低，then TH is低
if P is高，and C is低，and R is中，and D is低，then TH is高
if P is高，and C is中，and R is中，and D is中，then TH is中
if P is高，and C is低，and R is高，and D is低，then TH is高
if P is高，and C is中，and R is低，and D is高，then TH is低
根据这些控制规则，可以列出对应的控制规则表如下表1：
表1
Figure BDA0002733257410000081
Figure BDA0002733257410000091
当卫星终端得到切换门限最大值后，可确定切换的目标波束，并将切换门限值THmax发送给信关站用以判决是否执行波束切换，具体的，请参见图4，信关站执行本发明方法时，包括：
S3、接收卫星终端发送的待切换指标信息和切换门限最大值；
S4、判断所述切换门限最大值满足预设条件时，则对所述移动终端执行卫星波束切换，其中所述切换门限最大值是由待切换指标信息计算得到的。
具体的，信关站判断目标波束信号强度与原波束信号强度的差值是否大于切换门限值(例如差值为CH，切换门限值为THmax)，如果差值CH>切换判决门限值THmax，则对所述移动终端执行卫星波束切换。
本发明的基于多维度的卫星波束切换方法采用基于模糊逻辑系统的判决算法，模糊逻辑系统的输入参数是多维度的，且通过分时主动测量法获取原波束和邻近波束之间的位置坐标；模糊逻辑系统的输出参数不是一个单一值，可通过测量多个临近波束的相关参数获取到多个切换门限值，并从中得到切换门限值的最大值，该最大值作为不同波束之间切换的判决依据。这样可准确获取需要切换的目标波束，而且选择的目标波束的可用资源也是最佳的，减小因波束切换造成过多的网络开销，使卫星波束切换的效率及通信质量得到有效提升。
在实际场景中，如果通过一次判决就完成切换时，可能会出现乒乓效应从而浪费切换资源，例如，可能会使得卫星在两个波束之间来回切换。因此，本申请优选的设置一切换触发时间要求，当满足在一个持续的时间段中，多次判断结果均满足差值CH>切换门限值THmax才进行切换。
因此，本实施例在判断所述切换门限最大值满足预设条件之后，还包括：
S5、判断是否满足预设切换触发时间要求，若是，则对所述移动终端执行卫星波束切换；
若否，则控制时间计数器累加。
如果在满足差值CH>切换判决门限值THmax条件下，同时满足预先设定的切换触发时间，则可认为在持续的一段时间内均满足要求，则进行切换；而如果在满足差值CH>切换判决门限值THmax条件下，暂时还不满足时间要求，则记录此次判断，对时间计数器进行累加，从而等待下次判定，直到满足时间要求。可选的，本申请的时间计数器可以为计时器，也可以为计数器，具体根据使用场景而定。
此外，在加入时间计数器后，如果判断所述切换门限最大值不满足预设条件时，则对所述移动终端不执行卫星波束切换，同时还需要控制时间计数器清零，以免影响下一次的计数计时统计。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换方法的波束切换触发时间和切换判决门限示意图，值得一提的是，由于本申请在切换触发时间要求之内进行判断时，均需要先根据相邻波束下的接收信号强度指示P、信道质量指示C、临近波束可用资源R和临波束的位置坐标D来计算切换门限值THmax，因此每次的判断过程均为动态过程，从而使得切换判断更加准确。
该切换触发时间作为触发不同波束切换的依据。当移动终端测量当前所在波束的接收信号强度比较低时，需要再持续一段时间的确认，再决定是否执行切换，通过设置适当的切换触发时间，可有效避免乒乓效应及避免不必要的切换。
实施例二
请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换系统模块框图，应用于卫星终端，包括：
切换指标信息监测单元1，用于监测当前卫星终端的待切换指标信息，其中，所述待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临波束的位置坐标；
切换门限计算单元2，用于根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值，以当信关站判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。
在一个具体实施方式中，切换门限计算单元具体用于：依次将采集的若干待切换指标信息输入到预先设置的模糊逻辑系统以得到若干切换门限；选取所述若干切换门限中的最大值作为切换门限最大值；其中，所述模糊逻辑系统中的模糊规则由各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源和各临波束的位置坐标确定。
应用于信关站，包括：
信息接收单元3，用于接收卫星终端发送的待切换指标信息和切换门限最大值；
切换判决单元4，用于判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对所述移动终端执行卫星波束切换，其中所述切换门限最大值是由待切换指标信息计算得到的。
在一个具体实施方式中，还包括计时判断单元，用于判断是否满足预设切换触发时间要求，若是，则对所述移动终端执行卫星波束切换；
若否，则控制时间计数器累加。
在一个具体实施方式中，所述计时判断单元还用于判断所述切换门限最大值不满足预设条件时，控制时间计数器清零。
以本实施例的系统为例，请参见图7和图8，图7是本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换系统场景图，图8为本发明实施例提供的一种基于多维度的卫星波束切换系统完整流程示意图。整体说明本实施例系统的实现过程如下：
S81、卫星终端测量当前各临近波束的接收信号强度指示RSSI，当前信道质量指示CQI，各临近波束可用资源R，通过分时主动测量法得到的各临波束的位置坐标D；
S82、卫星终端基于模糊逻辑的波束切换判决策略，得到模糊逻辑系统输出切换门限值最大值THmax；
S83、信关站计算目标波束接收信号强度指示RSSI与原波束接收信号强度指示RSSI的差值为CH；
S84、信关站判断CH是否大于切换门限值最大值THmax，若否，则不执行切换，同时时间计数器清零，若是，则执行步骤S85；
S85、时间计数器数值加1；
S86、判断时间计数器是否达到系统设定的切换触发时间，若是，则执行切换，若否，则返回步骤S81，继续执行下一次测量。
值得一提的是，本实施例示出的切换判决策略和切换方法是基于同一卫星不同波束之间的切换，但此切换判决策略同样适用于不同信关站不同卫星之间的切换，其他场景的切换依照本实施例的方法即可实现，在此不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于多维度的卫星波束切换方法，应用于卫星终端，其特征在于，包括：
监测当前卫星终端的待切换指标信息，其中，所述待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临波束的位置坐标；
根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值，以当信关站判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。
2.根据权利要求1所述的基于多维度的卫星波束切换方法，其特征在于，根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值包括：
依次将采集的若干待切换指标信息输入到预先设置的模糊逻辑系统以得到若干切换门限；
选取所述若干切换门限中的最大值作为切换门限最大值，其中，所述模糊逻辑系统中的模糊规则由各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源和各临波束的位置坐标确定。
3.一种基于多维度的卫星波束切换方法，应用于信关站，其特征在于，包括：
接收卫星终端发送的待切换指标信息和切换门限最大值；
判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对所述移动终端执行卫星波束切换，其中所述切换门限最大值是由待切换指标信息计算得到的。
4.根据权利要求3所述的基于多维度的卫星波束切换方法，其特征在于，在判断所述切换门限最大值满足预设条件之后，还包括：
判断是否满足预设切换触发时间要求，若是，则对所述移动终端执行卫星波束切换；
若否，则控制时间计数器累加。
5.根据权利要求4所述的基于多维度的卫星波束切换方法，其特征在于，判断所述切换门限最大值不满足预设条件时，对所述移动终端不执行卫星波束切换，且控制时间计数器清零。
6.一种基于多维度的卫星波束切换系统，应用于卫星终端，其特征在于，包括：
切换指标信息监测单元，用于监测当前卫星终端的待切换指标信息，其中，所述待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临波束的位置坐标；
切换门限计算单元，用于根据所述待切换指标信息得到切换门限最大值，以当信关站判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。
7.根据权利要求6所述的基于多维度的卫星波束切换系统，其特征在于，切换门限计算单元具体用于：依次将采集的若干待切换指标信息输入到预先设置的模糊逻辑系统以得到若干切换门限；选取所述若干切换门限中的最大值作为切换门限最大值；其中，所述模糊逻辑系统中的模糊规则由各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源和各临波束的位置坐标确定。
8.一种基于多维度的卫星波束切换系统，应用于信关站，其特征在于，包括：
信息接收单元，用于接收卫星终端发送的待切换指标信息和切换门限最大值；
切换判决单元，用于判断所述切换门限最大值满足预设条件时，对所述移动终端执行卫星波束切换，其中所述切换门限最大值是由待切换指标信息计算得到的。
9.根据权利要求8所述的基于多维度的卫星波束切换系统，其特征在于，还包括计时判断单元，用于判断是否满足预设切换触发时间要求，若是，则对所述移动终端执行卫星波束切换；
若否，则控制时间计数器累加。
10.根据权利要求9所述的基于多维度的卫星波束切换系统，其特征在于，所述计时判断单元还用于判断所述切换门限最大值不满足预设条件时，控制时间计数器清零。
CN202011124839.8A 2020-10-20 2020-10-20 一种基于多维度的卫星波束切换方法和系统 Pending CN112311446A (zh)

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