CN113644967B - 一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，包括如下步骤：步骤1，卫星系统设计N个前向信令波束和M个返向信令波束，前向信令波束支持S档速率，返向信令波束支持Q档速率；步骤2，用户终端开机后，计算其支持的最高前向信令速率档，并按照预置参数接收广播信息，启动前向接收定时器；步骤3，在前向接收定时器规定的时间内用户终端收到广播信息，根据广播信息，确定返向信令速率以及接入时间；步骤4，用户终端发送返向接入请求，启动返向重传定时器；步骤5，在返向重传定时器规定时间内用户终端接收系统应答信息。本发明根据网络用户的不同能力等级，设计了一种高效地接入卫星网络机制，提升不同能力用户的接入效能。

Description

一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法。
背景技术
随着卫星网络的发展，基于卫星网络的应用越来越普遍。卫星网络作为地面网络的重要补充，可为边、散、远的用户提供互联网接入、应急通信等服务。在传统的多波束卫星通信系统中，一般采用固定波束覆盖的方式服务地表用户。用户的网络接入过程相对简单，卫星通过固定覆盖的广播信号即可实现与用户终端的接入信令交互。然而，卫星下行的广播信号通常为了满足最小能力用户的正确接收，下行广播信号速率通常是固定不变，并且速率较低。
在卫星通信场景中，用户分布是不均匀的，用户的业务需求具有时变特性。在卫星通信系统中，不同用户的通信服务类型和业务需求多样，时空分布不均，不同区域、不同时间的用户对通信需求千变万化，这些都对卫星通信网络的调度服务能力和资源的全面利用提出了更高的要求。在传统固定波束覆盖的方式将会导致资源利用率低，通信应用场景受限，且网络整体不够灵活，不能满足通信业务对灵活性和变异性的要求。
随着相控阵技术的发展，采用捷变点波束提供服务是多波束卫星系统中的一种能够有效、灵活利用卫星资源的技术。其核心思想是：星上接入波束不是固定的，根据用户能力等级按需驱动波束。卫星接入信令分为前向接入信令和返向接入信令，其中前向接入信令为地面站到卫星到用户终端的接入信令，返向接入信令为用户到卫星到地面站的信令。卫星的多个前向信令波束通过一定的扫描策略实现对服务区域的前向覆盖，多个返向信令波束也通过一定的扫描策略实现对服务区域的返向覆盖。卫星网络服务不同用户站型，其不同用户站型能力大小不同，相控阵多波束可以承载多速率接入信令，针对高能力等级用户可以使用高速率接入信令服务，针对能力相对较低的用户可以使用低速率接入信令波束服务。然而，现有技术中，不同能力等级用户接入卫星网络效能较差。因此，如何设计一种多波束多速率场景下用户终端的高效接入卫星网络机制，成为通信网络中亟待解决的问题。
发明内容
针对现有捷变波束通信系统中，不同能力等级用户接入问题，本发明提供一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，以提升不同能力用户的接入效能。
第一方面，本发明保护一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，包括如下步骤：
步骤1，卫星系统设计N个前向信令波束和M个返向信令波束，每个前向信令波束支持S档速率，每个返向信令波束支持Q档速率；
步骤2，用户终端开机后，计算自身支持的最高前向信令速率档，并按照预置参数接收广播信息，启动前向接收定时器；
其中，前向接收定时器的定时时间为T0。
进一步地，所述最高前向信令速率档计算过程为：用户终端根据已知的卫星信令波束EIRP值和终端G/T值，通过链路计算确定其支持的最高前向信令速率档。
步骤3，若在前向接收定时器规定的时间T0内用户终端收到广播信息，根据广播信息，确定返向信令速率以及接入时间，若在前向接收定时器规定的时间T0内用户终端未收到广播信息，则用户终端将前向接收定时器归零，降低前向信令速率档后继续搜索广播信号，直至成功接收解析广播信号；
进一步地，所述确定返向信令速率具体方式为：用户终端根据广播信息中当前系统支持的返向信令速率，结合用户终端EIRP值、卫星G/T值以及前向链路系统余量，计算确定返向信令速率。
进一步地，所述确定反向信令接入时间具体方式为：用户终端根据广播信息中返向信令波束跳变图案，确定返向接入信令发送时间。
进一步地，所述降低前向信令速率档具体方式为：用户终端根据预置的卫星系统前向信令速率档参数，从其支持的最高前向信令速率逐级降档，直至成功接收解析广播信号。
步骤4，用户终端发送返向接入请求，启动返向重传定时器；
其中，返向重传定时器定时时间为T1。
步骤5，若在返向重传定时器规定时间T1内用户终端未收到系统应答信息，则重传返向请求信令，达到最大重传次数P后，逐档降低返向接入信令速率，直至成功收到应答信令。
第二方面，本发明保护一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星装置，包括：处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器。
其中，所述处理器被配置成执行上述第一方面的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法。
第三方面，本发明保护一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述第一方面的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法。
本发明有益效果：1、本发明根据网络用户的不同能力等级，设计了一种高效地接入卫星网络机制，提升不同能力用户地接入效能；2、能够有效的利用卫星资源，减少资源的浪费；3、本发明通过对高能力用户提供对应的接入速率，相比较传统卫星系统信令接入速率固定地情况，减少了返向随机接入的碰撞概率。
附图说明
图1为一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法的流程图；
图2为实施例1中广播消息中时间信息示意图；
图3为实施例1中时间精同步交互框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
本实例以一个具体场景为例，对本发明技术方案(如图1所示)进行具体阐述。
该场景下，同步卫星系统设计N＝2个前向信令波束和M＝2个返向信令波束。每个前向信令波束支持S＝2档速率，分别为2.4Kbps和38.4Kbps；每个返向信令波束支持Q＝2档速率，分别为2.4Kbps和38.4Kbps。前向和返向信令波束传输信息采用的调制方式均为QPSK方式。卫星的接入载荷EIRP＝27dBW，G/T＝-3dB/K。假设系统存在两类用户：高能力等级用户和低能力等级用户，高能力等级用户前向和返向均支持2.4Kbps和38.4Kbps速率接入，低能力等级用户前向和返向均只支持2.4Kbps速率接入。
如图2和图3所示，具体实施过程为：首先，用户终端开机后，计算自身最高前向信令速率档，并按照预置参数接收广播信息，启动前向接收定时器。其中，前向接收定时器的定时时间为T0＝5s。
然后，若在前向接收定时器规定的时间5s内，用户终端收到广播信息，根据广播信息，确定返向信令速率以及接入时间，若在前向接收定时器规定的时间5s内用户终端未收到广播信息，则用户终端将前向接收定时器归零，降低前向信令速率档后继续搜索广播信号，直至成功接收解析广播信号；
具体地，所述确定返向信令速率具体方式为：用户终端根据广播信息中当前系统支持的返向信令速率，结合用户终端EIRP值、卫星G/T值以及前向链路系统余量，计算确定返向信令速率，该场景下，高能力等级用户计算出的支持最高返向信令速率为38.4kbps。
具体地，所述确定反向信令接入时间具体方式为：用户终端根据广播信息中返向信令波束跳变图案，确定返向接入信令发送时间。
具体地，所述降低前向信令速率档具体方式为：用户终端根据已知的卫星信令波束EIRP＝27dBW值和终端G/T＝-3dB/K值，通过链路计算确定其支持的最高前向信令速率档,高能力等级用户通过链路计算后得到其支持的前向最高信令速率为38.4kbps。用户按照38.4kbps的信息速率参数设置进行前向信息接收，并启动前向接收定时器T0。若在5s内用户终端未收到广播信息，则用户终端将前向接收定时器归零，降低速率档至2.4kbps后继续搜索广播信号，直至成功接收解析广播信号。
接着，用户终端发送返向接入请求，启动返向重传定时器；其中，返向重传定时器定时时间为T1＝3s。
最后，若在返向重传定时器规定时间3s内用户终端未收到系统应答信息，则重传返向请求信令，达到最大重传次数P＝5次后，仍没有收到系统应答消息，逐档降低返向接入信令速率至2.4kbps，直至成功收到应答信令。
由于传统卫星系统的信令接入速率固定成一种速率，要同时满足低能力等级用户的需求，因此只能固定成2.4kbps进行服务，即使用户是高能力等级用户，接入效率也无法提升。本实施例高能力等级用户可以通过38.4kbps的速率进行接入，系统广播和接入应答帧时长可以缩短为传统方案的10倍以上，进一步减少了返向随机接入的碰撞概率。因此，本方案针对高能力等级用户接入效率可以提升10倍以上。
实施例2
与实施例1中多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法相对应，本发明实施例提供一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星装置，包括：处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器。
其中，所述处理器被配置成执行上述第一方面的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法。
实施例3
本实施例提供一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述实施例1中的方法。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，卫星系统设计N个前向信令波束和M个返向信令波束，每个前向信令波束支持S档速率，每个返向信令波束支持Q档速率；
步骤2，用户终端开机后，计算自身支持的最高前向信令速率档，并按照预置参数接收广播信息，启动前向接收定时器；
其中，前向接收定时器的定时时间为T0；
步骤3，若在前向接收定时器规定的时间T0内用户终端收到广播信息，根据广播信息，确定返向信令速率以及接入时间，若在前向接收定时器规定的时间T0内用户终端未收到广播信息，则用户终端将前向接收定时器归零，降低前向信令速率档后继续搜索广播信号，直至成功接收解析广播信号；
步骤4，用户终端发送返向接入请求，启动返向重传定时器；
其中，返向重传定时器定时时间为T1；
步骤5，若在返向重传定时器规定时间T1内用户终端未收到系统应答信息，则重传返向请求信令，达到最大重传次数P后，逐档降低返向接入信令速率，直至成功收到应答信令。
2.根据权利要求1所述的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，其特征在于，所述步骤2中支持的最高前向信令速率档计算过程为：用户终端根据已知的卫星信令波束EIRP值和终端G/T值，通过链路计算确定其支持的最高前向信令速率档。
3.根据权利要求1所述的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，其特征在于，所述步骤3中确定返向信令速率具体方式为：用户终端根据广播信息中当前系统支持的返向信令速率，结合用户终端EIRP值、卫星G/T值以及前向链路系统余量，计算确定返向信令速率。
4.根据权利要求3所述的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，其特征在于，所述步骤3中确定反向信令接入时间具体方式为：用户终端根据广播信息中返向信令波束跳变图案，确定返向接入信令发送时间。
5.根据权利要求3所述的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法，其特征在于，所述步骤3中降低前向信令速率档具体方式为：用户终端根据预置的卫星系统前向信令速率档参数，从其支持的最高前向信令速率逐级降档，直至成功接收解析广播信号。
6.一种多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星装置，其特征在于，包括：处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置成执行权利要求1-5任意一项所述的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法。
7.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-5任意一项所述的多波束信令模式下多站型用户终端接入卫星方法。
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