CN112910541B - 一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，包括以下步骤：步骤1：在卫星用户侧设置至少1个业务波束和至少1个信令波束，空闲状态下，用户驻留在信令波束，在信令波束接收系统广播和监听寻呼；用户进入连接态后转入业务波束，由业务波束实现业务数据的传输；步骤2：将卫星的服务区域划分为M个业务波位和N个信令波位，M>＝N，其中，M的取值依据卫星用户侧链路的信噪比，保证连接态用户的业务传输速率满足要求；N的取值依据卫星服务区域的过顶时间，保证用户的波束切换和重选不会过于频繁。本发明能够提高系统的资源利用率，提高业务传输速率，实现对卫星服务区域的全覆盖，减少波束切换和重选次数。

Description

一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法
技术领域
本发明涉及卫星移动通信领域，具体涉及一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法。
背景技术
地面移动通信系统经过2G、3G和4G的蓬勃发展，目前全球服务的用户数已超过80亿，但受制于技术和经济等因素，只覆盖了约20％的陆地面积。卫星移动通信系统可以解决地面移动通信解决不了的偏远、海洋、荒漠、极地等地区的通信问题，成为地面移动通信系统的有益补充。目前3GPP设立了非地面网络(NTN)工作组，研究在5G NR的技术体制上进行优化，支持卫星移动通信。可以通俗理解就是将地面基站搬到空中的卫星平台，从而构建地面和空中一体的宽带通信网络。
卫星移动通信系统相对地面移动通信系统存在较大的差异性。比如：地面系统中连接态用户和业务的分布相对比较均匀，而卫星移动通信系统中连接态用户和业务的分布不均匀，甚至比较集中，需要提高系统的资源利用率，最大化系统的业务传输速率。此外，卫星移动通信系统为功率受限系统，需要提高功率集中度或天线增益，提高连接态用户的业务传输速率。
另一方面，空闲态用户需要在任何位置随时发起随机接入或接收寻呼，需要实现对卫星服务区域的全覆盖。此外，由于波束的覆盖区域跟随卫星的运动而不断移动，当用户已不在原波束的覆盖区域时，需要切换或重选到新的波束，需要减少用户的波束切换和重选次数，降低信令资源开销。
为了解决上述两方面之间的矛盾，在卫星移动通信系统中，需要对卫星用户侧的波束进行优化设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，用以解决现有卫星移动通信系统存在实现提高系统的资源利用率、提高用户的业务传输速率，与实现对卫星服务区域的全覆盖、减少用户的波束切换和重选次数之间的矛盾的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，包括以下步骤：
步骤1：在卫星用户侧设置至少1个业务波束和至少1个信令波束，空闲状态下，用户驻留在信令波束，在信令波束接收系统广播和监听寻呼；用户进入连接态后转入业务波束，由业务波束实现业务数据的传输；
步骤2：将卫星的服务区域划分为M个业务波位和N个信令波位，M>＝N,其中，M的取值依据卫星用户侧链路的信噪比，保证连接态用户的业务传输速率满足要求；N的取值依据卫星服务区域的过顶时间，保证用户的波束切换和重选不会过于频繁。
进一步地，作为优选技术方案，所述业务波束和信令波束之间采用频分的方式进行隔离，业务波束和信令波束分别采用不同的载波频率。
进一步地，作为优选技术方案，所述业务波束在一个业务波位驻留的时间为K×m，m为业务波束在一个业务波位驻留的最小时间单位，m的取值依据卫星天线波束切换的时间、信号帧的格式；所述业务波束采用按需调度的工作模式，K的取值依据该业务波位中的连接态用户数或所需传输的业务量。
进一步地，作为优选技术方案，K的值可取0,1,2……，当该业务波位中没有连接态用户时，K＝0，业务波束不在该业务波位驻留；该业务波位中的连接态用户数越多或所需传输的业务量越大，K的取值越大，业务波束在该业务波位驻留的时间越长；当只有该业务波位中存在连接态用户时，K取无穷大，业务波束一直在该业务波位驻留。
进一步地，作为优选技术方案，所述信令波束在一个信令波位驻留的时间为n，n的取值依据传输一条信令所需的时间、信号帧的格式，所述信令波束采用轮询扫描的工作模式，对所有的N个信令波位完成一轮轮询扫描的周期为N×n。
进一步地，作为优选技术方案，用户在信令过程中尽可能早地向系统上报用户的位置信息，系统依据用户所在的业务波位，进行业务波束资源的调度，并将业务波束的调度信息尽可能早地通知给用户，使得尽可能少的信令消息在信令波束中传输。
进一步地，作为优选技术方案，所述信令波束分为接收波束和发送波束，所述接收波束和所述发射波束均采用轮询扫描的工作模式，且接收波束和发送波束扫描同一个信令波位的时间间隔一定的时间，该时间间隔大于接收和发送一条信令所需的处理时间。
进一步地，作为优选技术方案，信令波束轮询扫描过程中，系统周期性的向用户提供卫星的星历信息，用户依据星历信息，对卫星的位置和速度进行准确的预测，用户依据预测值，计算多普勒频偏和路径时延的变化值，并对上下行信号进行频率和定时预补偿。
进一步地，作为优选技术方案，星历信息基于卫星轨道拟合模型，星历信息包括星历参考时间t0和卫星轨道拟合系数X0、Y0、Z0、VX0、VY0、VZ0、VX1、VY1、VZ1、VX2、VY2、VZ2，卫星的星历信息在系统广播中传输；
用户依据星历信息，在以星历参考时间t0为中心的一定的时间范围内，对卫星的位置和速度进行准确的预测：
Figure BDA0002906610570000041
Figure BDA0002906610570000042
Figure BDA0002906610570000043
其中X、Y、Z为卫星的位置在参考坐标系中三个维度的分量，t为预测时间相对于参考时间t0的归化时间；
用户依据卫星位置和速度的预测值，对多普勒频偏fd和路径时延td的变化值进行计算：
Figure BDA0002906610570000044
Figure BDA0002906610570000045
其中c为光速，V为卫星与用户之间的相对速度，θ为卫星与用户之间的夹角，L为卫星与用户之间的路径距离，fs为信令波束的载波频率。
进一步地，作为优选技术方案，在卫星用户侧设置多个业务波束，多个波束之间采用空分的方式进行隔离，不同的业务波束分别驻留在不同的业务波位；在卫星用户侧设置多个信令波束，多个信令波束之间采用空分的方式进行隔离，不同的信令波束分别扫描不同的信令波位。
本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：
(1)本发明通过在卫星用户侧设置业务波束和信令波束，业务波束和信令波束之间采用频分的方式进行隔离，空闲状态下，用户驻留在信令波束，在信令波束接收系统广播和监听寻呼，用户进入连接态后转入业务波束，由业务波束实现业务数据的传输，这样既实现了提高系统的资源利用率的目的，同时又满足了对卫星服务区域的全覆盖，很好地解决了现有方式存在的矛盾问题。
(2)本发明通过对业务波束采用相对于信令波束而言的窄波束，提高了卫星用户侧链路的信噪比，同时也提高了连接态用户的业务传输速率；而通过对信令波束采用相对业务波束而言的宽波束，减少了用户的波束切换和重选次数，降低了切换和重选所需的信令资源开销。
(3)本发明通过对业务波束采用按需调度的工作模式，提高了系统的资源利用率，使系统的业务传输速率得到了最大化；而对信令波束采用轮询扫描的工作模式，实现了对卫星服务区域的全覆盖，保证了空闲态用户能够在任何位置随时发起随机接入或接收寻呼。
(4)本发明通过使用户在信令过程中尽可能早地向系统上报用户的位置信息，系统依据用户所在的业务波位，进行业务波束资源的调度，并将业务波束的调度信息尽可能早地通知给用户，使得尽可能少的信令消息在信令波束中传输，减少了用户完成一次信令过程的时长。
(5)本发明通过将信令波束分为接收波束和发送波束，两者扫描同一个信令波位的时间间隔一定的时间，进一步减少了用户完成一次信令过程的时长。
(6)本发明通过系统周期性的向用户提供卫星的星历信息，用户基于星历信息预测卫星的位置和速度，保证了信令波束轮询扫描过程中的频率和定时同步。
附图说明
图1为卫星用户侧的业务波束和信令波束示意图；
图2为下行信号帧格式示意图；
图3为上行信号帧格式示意图；
图4为注册信令过程示意图；
图5为会话建立信令过程示意图；
图6为波束切换信令过程示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例
如图1所示，图中连接态用户所在的小圆圈区域表示该小圆圈内包含若干的连接态用户，而大圆圈区域中除开小圆圈区域的部分则表示包含若干的空闲态用户，本实施例所述的一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，包括以下步骤：
步骤1：在卫星用户侧设置至少1个业务波束和至少1个信令波束，空闲状态下，用户驻留在信令波束，在信令波束接收系统广播和监听寻呼；用户进入连接态后转入业务波束，由业务波束实现业务数据的传输；
步骤2：将卫星的服务区域划分为M个业务波位和N个信令波位，M>＝N，其中，M的取值依据卫星用户侧链路的信噪比，保证连接态用户的业务传输速率满足要求；N的取值依据卫星服务区域的过顶时间，保证用户的波束切换和重选不会过于频繁。
本实施例中，M>＝N，即业务波位数大于信令波位数，业务波束采用窄波束，信令波束采用宽波束，这里所谓的窄波束、宽波束，是相对而言的，业务波束相对于信令波束而言就属于窄波束，信令波束相对于业务波束而言就属于宽波束。一方面，对于卫星系统作为功率受限系统来说，当业务波束采用窄波束后，能够提高功率集中度或天线增益，提高用户侧链路的信噪比，从而提高连接态用户的业务传输速率；另一方面，由于波束的覆盖区域跟随卫星的运动而不断移动，当用户已不在原波束的覆盖区域时，需要切换或重选到新的波束，当信令波束采用宽波束后，能够减少用户的波束切换和重选次数，减少信令资源开销。
具体地，本实施例中，业务波束和信令波束之间采用频分的方式进行隔离，业务波束和信令波束分别采用不同的载波频率。
本实施例中，业务波束在一个业务波位驻留的时间为K×m，m为业务波束在一个业务波位驻留的最小时间单位，m的取值依据卫星天线波束切换的时间、信号帧的格式，业务波束采用按需调度的工作模式，K的取值依据该业务波位中的连接态用户数或所需传输的业务量，K的值可取0,1,2……，当该业务波位中没有连接态用户时，K＝0，业务波束不在该业务波位驻留；该业务波位中的连接态用户数越多或所需传输的业务量越大，K的取值越大，业务波束在该业务波位驻留的时间越长；特别的，当只有该业务波位中存在连接态用户时，K取无穷大，业务波束一直在该业务波位驻留。
本实施例中，信令波束在一个信令波位驻留的时间为n，n的取值依据传输一条信令所需的时间、信号帧的格式，信令波束采用轮询扫描的工作模式，对所有的N个信令波位完成一轮轮询扫描的周期为N×n。
考虑到传输一条信令的间隔时间为N×n，为了减少用户完成一次信令过程的时长，将尽可能少的信令在信令波束中传输，同时为了保证系统获知用户所在的业务波位，用户在信令过程中尽可能早地向系统上报用户的位置信息，系统依据用户所在的业务波位，进行业务波束资源的调度，并将业务波束的调度信息尽可能早地通知给用户，这样信令过程中的其它信令均可以在业务波束中传输。前述“尽可能早”指的是：在信令过程中通过尽可能靠前的信令上报和通知，例如在本实施例中，用户在第2条上行信令中向系统上报位置信息，系统将调度信息在第2条下行信令通知给用户。
考虑到信令的传输存在下行和上行交替的规律，为了进一步减少用户完成一次信令过程的时长，将信令波束分为接收波束和发送波束，接收波束和所述发射波束均采用轮询扫描的工作模式，两者对所有的N个信令波位完成一轮轮询扫描的周期仍为N×n，且接收波束和发送波束扫描同一个信令波位的时间间隔一定的时间，该时间间隔大于接收和发送一条信令所需的处理时间，这样传输一条信令的间隔时间可以减少为N×n/2。
考虑到在信令波束轮询扫描的过程中，卫星运动导致的多普勒频偏和路径时延变化较大，为了保证用户的频率和定时同步，可使系统周期性的向用户提供卫星的星历信息，用户依据星历信息，对卫星的位置和速度进行准确的预测，用户依据预测值，计算多普勒频偏和路径时延的变化值，并对上下行信号进行频率和定时预补偿，从而保证在信令波束轮询扫描过程中的频率和定时同步。
具体地，星历信息基于卫星轨道拟合模型，星历信息包括星历参考时间t0和卫星轨道拟合系数X0、Y0、Z0、VX0、VY0、VZ0、VX1、VY1、VZ1、VX2、VY2、VZ2，卫星的星历信息在系统广播中传输；
用户依据星历信息，在以星历参考时间t0为中心的一定的时间范围内，这里的一定的时间范围优选0-2小时，不包含0，对卫星的位置和速度进行准确的预测：
Figure BDA0002906610570000091
Figure BDA0002906610570000092
Figure BDA0002906610570000093
其中X、Y、Z为卫星的位置在参考坐标系中三个维度的分量，t为预测时间相对于参考时间t0的归化时间；
用户依据卫星位置和速度的预测值，对多普勒频偏fd和路径时延td的变化值进行计算：
Figure BDA0002906610570000094
Figure BDA0002906610570000095
其中c为光速，V为卫星与用户之间的相对速度，θ为卫星与用户之间的夹角，L为卫星与用户之间的路径距离，fs为信令波束的载波频率。
为了进一步提高系统的业务传输速率，本实施例可在卫星用户侧设置多个业务波束，多个波束之间采用空分的方式进行隔离，不同的业务波束分别驻留在不同的业务波位。
为了进一步减少用户完成一次信令过程的时长，本实施例可在卫星用户侧设置多个信令波束，多个信令波束之间采用空分的方式进行隔离，不同的信令波束分别扫描不同的信令波位。
下面，结合实例对本发明进行详细说明，具体如下：
卫星用户侧包含业务波束和信令波束两种波束，空闲态下用户驻留在信令波束，在信令波束接收系统广播和监听寻呼，用户进入连接态后转入业务波束，由业务波束实现业务数据的传输。业务波束和信令波束之间采用频分的方式进行隔离，业务波束和信令波束分别采用不同的载波频率fu和fs。
卫星的服务区域范围约为1200×1200km，将卫星的服务区域划分为1200个业务波位，业务波束采用相对于信令波束而言更窄的波束，这样可以提高卫星功率集中度或天线增益，依据卫星用户侧的链路预算，链路信噪比优于8dB，可实现的传输频谱效率为2bps/Hz，可以保证连接态用户的业务传输速率满足要求。
将卫星的服务区域划分为180个信令波位，信令波束采用相对于业务波束而言更宽的波束。由于波束的覆盖区域跟随卫星的运动而不断移动，当用户已不在原波束的覆盖区域时，需要切换或重选到新的波束，依据卫星的运动速度约为7.5km/s，卫星服务区域的过顶时间约为160s，信令波束的覆盖区域的过顶时间约为12s，可以保证用户的波束切换和重选不会过于频繁。
卫星用户侧包含4个业务波束和2个信令波束，4个业务波束之间采用空分的方式进行隔离，4个业务波束分别驻留在300个不同的业务波位，2个信令波束之间采用空分的方式进行隔离，2个信令波束分别轮询扫描90个不同的信令波位。
业务波束在一个业务波位驻留的时间为K×1ms，业务波束在一个业务波位驻留的最小时间单位为1ms，依据卫星天线波束切换的时间为1us，可以保证业务波束在一个业务波位驻留的最小时间远大于卫星天线波束切换的时间。业务波束信号帧的格式采用类似5GNR标准的帧格式，1个子帧的时间长度为1ms，即业务波束在一个业务波位驻留的最小时间单位为1个子帧，1个子帧又包含2个时隙，1个时隙的时间长度为0.5ms。
业务波束采用按需调度的工作模式，K(K＝0,1,2,…)的取值主要依据该业务波位中连接态的用户数、或所需传输的业务量。简单的，4个业务波束分别驻留在300个不同的业务波位，对于第i(i＝1,2,3,4)个业务波束，其在第j(j＝1,2,3,…,300)个业务波位驻留的时间Ki,j等于第j个业务波位中的连接态用户数Si,j：
Ki,j＝Si,j
当第j个业务波位中没有连接态用户时，Ki,j＝0，业务波束不在该业务波位驻留；第j个业务波位中的连接态用户数越多，Ki,j的取值越大，业务波束在该业务波位驻留的时间越长；特别的，当只有第j个业务波位中存在连接态用户时，Ki,j取无穷大，业务波束一直在该业务波位驻留。
信令波束在一个信令波位驻留的时间为2ms，信令波束信号帧的格式采用类似5GNR标准的帧格式，1个子帧的时间长度为1ms，即信令波束在一个信令波位驻留的时间为2个子帧，1个子帧又包含2个时隙，1个时隙的时间长度为0.5ms。
信令波束采用轮询扫描的工作模式，2个信令波束分别轮询扫描90个不同的信令波位，对所有的180个信令波位完成一轮轮询扫描的周期为180ms。
考虑到传输一条信令的间隔时间为180ms，为了减少用户完成一次信令过程(例如：注册、会话建立、切换等)的时长，将尽可能少的信令在信令波束中传输。具体的，在信令波束中传输的下行信令仅包括：同步序列(SSB)、系统广播(SIB1)、寻呼(Paging)、随机接入响应(RAR)、连接建立(RRC Setup)，在信令波束中传输的上行信令仅包括：随机接入(Preamble)、连接建立请求(RRC SR)。
下行信号帧格式如图2所示，其中第1个时隙传输同步序列(SSB)，第2个时隙传输系统广播(SIB1)，第3个时隙传输寻呼(Paging)，第4个时隙传输下行信令随机接入响应(RAR)或连接建立(RRC Setup)。上行信号帧格式如图3所示，其中第1个和第2个时隙传输上行信令随机接入(Preamble)，第3个和第4个时隙传输上行信令连接建立请求(RRC SR)。
为了保证系统获知用户所在的业务波位，用户在连接建立请求(RRC SR)信令中，向系统上报用户的位置信息，系统依据用户所在的业务波位，进行业务波束资源的调度，并将业务波束的调度信息通过连接建立(RRC Setup)信令通知给用户，这样信令过程中其它的信令均可以在业务波束中传输。
考虑到信令的传输存在下行和上行交替的规律，为了进一步减少用户完成一次信令过程的时长，将信令波束分为接收波束和发送波束，接收波束和发射波束均采用轮询扫描的工作模式，两者对所有的180个信令波位完成一轮轮询扫描的周期仍为180ms，但接收波束和发送波束扫描同一个信令波位的时间间隔90ms的时间，该时间间隔大于接收和发送一条信令所需的处理时间，这样传输一条信令的间隔时间可以减少为90ms。
具体地，注册的信令过程如图4所示，其中，在信令波束中的信令过程仅包括：同步序列(SSB)同步、系统广播(SIB1)接收、随机接入(Preamble)、随机接入响应(RAR)、连接建立请求(RRC SR)、连接建立(RRC Setup)，这样用户完成注册信令过程的时长仅为约1.2s。
会话建立的信令过程如图5所示，其中，在信令波束中的信令过程仅包括：随机接入(Preamble)、随机接入响应(RAR)、连接建立请求(RRC SR)、连接建立(RRC Setup)，这样用户完成会话建立信令过程的时长仅为约0.7s。
波束切换的信令过程如图6所示，其中，在信令波束中的信令过程仅包括：同步序列(SSB)同步、随机接入(Preamble)、随机接入响应(RAR)，这样用户完成波束切换信令过程的时长仅为约0.4s。
考虑到信令波束轮询扫描的周期为180ms，在此过程中卫星以约7.5Km/s的速度高速运动，导致的多普勒频偏变化可达数KHz，路径时延变化可达数us。为了保证用户的频率和定时同步，系统周期性的向用户提供卫星的星历信息。
具体的，星历信息基于卫星轨道拟合模型，星历信息包括星历参考时间t0和卫星轨道拟合系数X0、Y0、Z0、VX0、VY0、VZ0、VX1、VY1、VZ1、VX2、VY2、VZ2。卫星的星历信息在系统广播(SIB1)中传输，每小时更新一次，保证卫星位置的预测误差小于10m，卫星速度的预测误差小于10cm/s。
用户依据星历信息，在以星历参考时间t0为中心的一小时时间范围内，对卫星的位置和速度进行准确的预测：
Figure BDA0002906610570000141
Figure BDA0002906610570000142
Figure BDA0002906610570000143
其中X、Y、Z为卫星的位置在参考坐标系中三个维度的分量，t为预测时间相对于参考时间t0的归化时间。
用户依据卫星位置和速度的预测值，对多普勒频偏fd和路径时延td的变化值进行计算：
Figure BDA0002906610570000144
Figure BDA0002906610570000145
其中c为光速，V为卫星与用户之间的相对速度，θ为卫星与用户之间的夹角，L为卫星与用户之间的路径距离，fs为信令波束的载波频率，均可以通过卫星的位置和速度以及用户的位置和速度计算得到，用户的位置和速度信息通过自身的卫星定位导航装置获知，用户基于多普勒频偏fd和路径时延td的变化值，对上下行信号进行频率和定时预补偿，从而保证在信令波束轮询扫描过程中的频率和定时同步。
本发明通过采用上述方法，既实现了提高系统的资源利用率的目的，同时又满足了对卫星服务区域的全覆盖，通过对业务波束采用相对于信令波束而言的窄波束，提高了卫星用户侧链路的信噪比，同时也提高连接态用户的业务传输速率；而通过对信令波束采用相对业务波束而言的宽波束，减少了用户的波束切换和重选次数，降低了切换和重选所需的信令资源开销；通过对业务波束采用按需调度的工作模式，提高了系统的资源利用率，使系统的业务传输速率得到了最大化；而对信令波束采用轮询扫描的工作模式，实现了对卫星服务区域的全覆盖，保证了空闲态用户能够在任何位置随时发起随机接入或接收寻呼；通过用户在信令过程中尽可能早地向系统上报用户的位置信息，系统依据用户所在的业务波位，进行业务波束资源的调度，并将业务波束的调度信息尽可能早地通知给用户，使得尽可能少的信令在信令波束中传输，减少了用户完成一次信令过程的时长；通过将信令波束分为接收波束和发送波束，两者扫描同一个信令波位的时间间隔一定的时间，进一步减少了用户完成一次信令过程的时长；通过系统周期性的向用户提供卫星的星历信息，用户基于星历信息预测卫星的位置和速度，保证了信令波束轮询扫描过程中的频率和定时同步。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在卫星用户侧设置至少1个业务波束和至少1个信令波束，空闲状态下，用户驻留在信令波束，在信令波束接收系统广播和监听寻呼；用户进入连接态后转入业务波束，由业务波束实现业务数据的传输；
步骤2：将卫星的服务区域划分为M个业务波位和N个信令波位，M>＝N,其中，M的取值依据卫星用户侧链路的信噪比，保证连接态用户的业务传输速率满足要求；N的取值依据卫星服务区域的过顶时间，保证用户的波束切换和重选不会过于频繁；
所述业务波束在一个业务波位驻留的时间为K×m，m为业务波束在一个业务波位驻留的最小时间单位，m的取值依据卫星天线波束切换的时间、信号帧的格式；所述业务波束采用按需调度的工作模式，K的取值依据该业务波位中的连接态用户数或所需传输的业务量；
K的值为0,1,2，……，当该业务波位中没有连接态用户时，K＝0，业务波束不在该业务波位驻留；该业务波位中的连接态用户数越多或所需传输的业务量越大，K的取值越大，业务波束在该业务波位驻留的时间越长；当只有该业务波位中存在连接态用户时，K取无穷大，业务波束一直在该业务波位驻留；
所述信令波束在一个信令波位驻留的时间为n，n的取值依据传输一条信令所需的时间、信号帧的格式，所述信令波束采用轮询扫描的工作模式，对所有的N个信令波位完成一轮轮询扫描的周期为N×n。
2.根据权利要求1所述的一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，其特征在于，所述业务波束和信令波束之间采用频分的方式进行隔离，业务波束和信令波束分别采用不同的载波频率。
3.根据权利要求1所述的一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，其特征在于，所述信令波束分为接收波束和发送波束，所述接收波束和所述发送波束均采用轮询扫描的工作模式，且接收波束和发送波束扫描同一个信令波位的时间间隔一定的时间，该时间间隔大于接收和发送一条信令所需的处理时间。
4.根据权利要求1所述的一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，其特征在于，信令波束轮询扫描过程中，系统周期性的向用户提供卫星的星历信息，用户依据星历信息，对卫星的位置和速度进行准确的预测，用户依据预测值，计算多普勒频偏和路径时延的变化值，并对上下行信号进行频率和定时预补偿。
5.根据权利要求4所述的一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，其特征在于，星历信息基于卫星轨道拟合模型，星历信息包括星历参考时间t0和卫星轨道拟合系数X0、Y0、Z0、VX0、VY0、VZ0、VX1、VY1、VZ1、VX2、VY2、VZ2，卫星的星历信息在系统广播中传输；
用户依据星历信息，在以星历参考时间t0为中心的一定的时间范围内，对卫星的位置和速度进行准确的预测：
其中X、Y、Z为卫星的位置在参考坐标系中三个维度的分量，t为预测时间相对于参考时间t0的归化时间；
用户依据卫星位置和速度的预测值，对多普勒频偏fd和路径时延td的变化值进行计算：
其中c为光速，V为卫星与用户之间的相对速度，θ为卫星与用户之间的夹角，L为卫星与用户之间的路径距离，fs为信令波束的载波频率。
6.根据权利要求1所述的一种应用于卫星移动通信系统的卫星用户侧波束设计方法，其特征在于，在卫星用户侧设置多个业务波束，多个波束之间采用空分的方式进行隔离，不同的业务波束分别驻留在不同的业务波位；在卫星用户侧设置多个信令波束，多个信令波束之间采用空分的方式进行隔离，不同的信令波束分别扫描不同的信令波位。
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