CN113825237A - 一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，包括如下步骤：步骤1，对卫星覆盖区域以交叠方式规划接入M个波束泊位；步骤2，卫星以超帧时间T为单位进行一次下行信令波束资源调度，超帧由N个帧组成，每个帧时长T1为波束在一个泊位驻留的时间；其中，所述帧分为轮询广播帧、按需广播帧和前向应答帧，帧的数量N取为2*M，对超帧内的帧编号为1、2、3、……、2*M；步骤3，超帧内系统调度轮询广播帧、按需广播帧、前向应答帧，完成用户接入。本发明设计的方法，实现了用户的高效接入，同时能够避免由于用户移动和波束调度带来的用户接入失败。

Description

一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法。
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。在传统卫星通信系统中，卫星的波束指向和覆盖范围都是固定不变的，卫星只能服务固定覆盖区域内的用户。但是，用户的接入过程比较简单，用户和卫星只需按照固定的接入流程在相应的时频资源上传输或反馈接入信息即可。然而，在实际卫星通信场景中，用户分布是不均匀的，用户的业务需求具有时变特性，不同区域、不同时间的用户对通信需求千变万化，传统固定式覆盖的卫星通信系统无法适应用户的时空变化，会存在资源利用效率不高的问题。
为了应对用户空、时、业务等多维度的变化需求，灵活性更高的相控阵卫星近年来得到了大力发展。相控阵卫星波束具有可达范围大、增益高、可灵活捷变的优点，可根据用户的需求，灵活调整波束指向和覆盖范围，进行波束资源、时频资源动态调度，极大提升了卫星系统的使用效能。然而，由于相控阵卫星覆盖范围的不确定性，导致其接入过程相对复杂，接入波束需要通过不断跳变来覆盖卫星的可达区域，传统固定式覆盖的卫星通信系统的接入方式不再适用。同时，由于用户类型不同、优先级不同、业务需求不同和接入进程不同，导致用户的接入效率较低。因此，在卫星通信中，如何设计一种高效的接入帧格式以支撑用户的高效接入，成为通信网络中亟待解决的问题。
发明内容
针对现有相控阵卫星通信系统中，用户的接入不够高效的问题，本发明提供一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，以实现用户的高效接入。
本发明保护一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，包括如下步骤：
步骤1，对卫星覆盖区域以交叠方式规划接入M个波束泊位；
进一步地，所述步骤1具体为：首先根据卫星服务用户的最大运动速度v和超帧时间T，计算出超帧时间内用户可能移动的最大距离L＝v*T；然后，根据3分贝波束边缘向波束中心移动的距离L，获得波束增益相对中心点的衰减值R分贝和R分贝的覆盖范围，波束以R分贝交叠规划M个泊位，泊位编号为1、2、3、……、M。
其中，所述波束增益相对中心点的衰减值根据卫星天线设计，卫星和目标的距离确定。
步骤2，卫星以超帧时间T为单位进行一次下行信令波束资源调度，超帧由N个帧组成，每个帧时长T1为波束在一个泊位驻留的时间；
其中，所述帧分为轮询广播帧、按需广播帧和前向应答帧，帧的数量N取为2*M，对超帧内的帧编号为1、2、3、……、2*M；轮询广播帧通过逐个泊位轮询实现对覆盖区域的全覆盖，按需广播帧通过先验信息进行按需调度，前向应答帧内包括对返向的应答和广播信息；
进一步地，所述先验消息包括用户分布、特殊需求。
步骤3，超帧内系统调度轮询广播帧、按需广播帧、前向应答帧，完成用户接入。
进一步地，所述步骤3具体为：奇数帧分配给按需广播帧，根据先验信息进行分配，若全部按需广播帧分配后，奇数帧资源还有剩余，则将剩余的奇数帧资源按顺序分配给前向应答帧，分配给前向应答帧后，若资源还有剩余，则将剩余的资源按照顺序分配给轮询广播帧；偶数帧分配给前向应答帧和轮询广播帧，若没有前向应答帧的分配需求，则轮询广播帧按照偶数帧编号除以2的顺序对相应的泊位进行轮询，若有前向应答帧分配需求，把前向应答帧相应泊位编号乘以2作为帧编号，替换相应的轮询广播帧。通过上述的资源分配方式，使得资源分配具有灵活性。
本发明有益效果：1、本发明设计了一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，实现了用户的高效接入，同时能够避免由于用户移动和波束调度带来的用户接入失败；2、本发明设计的方法能够满足接入信令无缝覆盖、按需覆盖以及前向应答的需求。
附图说明
图1为一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法的流程图；
图2为实施例1中波束无缝覆盖示意图；
图3为实施例1中波束交叠电平示意图；
图4为实施例1中超帧组成示意图。
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。
步骤1，如图2所示，对卫星覆盖区域以交叠方式规划接入M＝16个波束泊位，实现对覆盖区域的无缝覆盖，避免由于用户移动和波束调度带来的用户接入失败。
具体地，所述步骤1具体为：首先，假设卫星服务用户的最大运动速度v＝9.8km/s和超帧时间T＝32ms，计算出超帧时间内用户可能移动的最大距离L＝v*T＝294.4m；然后，根据3分贝波束边缘向波束中心移动的距离294.4m，获得波束增益相对中心点的衰减值R分贝和R分贝的覆盖范围，假设R＝2.9分贝，参见图3。波束以2.9分贝交叠规划16个泊位，泊位编号为1、2、3、……、16。
步骤2，卫星以超帧时间T＝N*T1＝32ms为单位进行一次下行信令波束资源调度，超帧由N＝2*16＝32个帧组成，每个帧时长T1＝1ms为波束在一个泊位驻留的时间；其中，所述帧分为轮询广播帧、按需广播帧和前向应答帧，帧的数量N取为2*16，对超帧内的帧编号为1、2、3、……、32，参见图4；轮询广播帧通过逐个泊位轮询实现对覆盖区域的全覆盖，按需广播帧通过用户分布、特殊需求等先验信息进行按需调度，前向应答帧内包括对返向的应答和广播信息。
步骤3，超帧内系统调度轮询广播帧、按需广播帧、前向应答帧，使得同时满足无缝覆盖、按需覆盖和前向应答三种需求。
具体地，假设系统中不同需求的用户所在的泊位如表1所示，按需用户分布在泊位1、4、7、13内，需要全部奇数帧资源服务；需前向应答的用户分布在泊位3、5、8、15内，需轮询广播的用户分布在1-16的所有泊位内。
表1
Figure BDA0003245932400000031
针对表1分布的用户，超帧内系统调度规则为：1、3、5、7、…31的奇数帧分配给按需广播帧，按照用户需求在泊位1、4、7、13内广播消息；2、4、6、8、…32偶数帧分配给前向应答帧和轮询广播帧，其服务的泊位号分别为1、2、3、4、…16，先将所有的偶数帧类型定义为轮询广播帧，由于本次调度有需要前向应答的用户，分别泊位在3、5、8、15内，则把帧6、10、16、30对应的帧类型替换为前向应答帧，即按照表2进行调度。
表2
帧序号 帧类型 泊位号 帧序号 帧类型 泊位号
帧1 按需广播帧 1 帧17 按需广播帧 1
帧2 轮询广播帧 1 帧18 轮询广播帧 9
帧3 按需广播帧 4 帧19 按需广播帧 4
帧4 轮询广播帧 2 帧20 轮询广播帧 10
帧5 按需广播帧 7 帧21 按需广播帧 7
帧6 前向应答帧 3 帧22 轮询广播帧 11
帧7 按需广播帧 13 帧23 按需广播帧 13
帧8 轮询广播帧 4 帧24 轮询广播帧 12
帧9 按需广播帧 1 帧25 按需广播帧 1
帧10 前向应答帧 5 帧26 轮询广播帧 13
帧11 按需广播帧 4 帧27 按需广播帧 4
帧12 轮询广播帧 6 帧28 轮询广播帧 14
帧13 按需广播帧 7 帧29 按需广播帧 7
帧14 轮询广播帧 7 帧30 前向应答帧 15
帧15 按需广播帧 13 帧31 按需广播帧 13
帧16 前向应答帧 8 帧32 轮询广播帧 16
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 (4)

1.一种跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，对卫星覆盖区域以交叠方式规划接入M个波束泊位；
步骤2，卫星以超帧时间T为单位进行一次下行信令波束资源调度，超帧由N个帧组成，每个帧时长T1为波束在一个泊位驻留的时间；
其中，所述帧分为轮询广播帧、按需广播帧和前向应答帧，帧的数量N取为2*M，对超帧内的帧编号为1、2、3、……、2*M；轮询广播帧通过逐个泊位轮询实现对覆盖区域的全覆盖，按需广播帧通过先验信息进行按需调度，前向应答帧内包括对返向的应答和广播信息；
步骤3，超帧内系统调度轮询广播帧、按需广播帧、前向应答帧，完成用户接入。
2.根据权利要求1所述的跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，其特征在于，所述步骤1具体为：首先根据卫星服务用户的最大运动速度v和超帧时间T，计算出超帧时间内用户可能移动的最大距离L＝v*T；然后，根据3分贝波束边缘向波束中心移动的距离L，获得波束增益相对中心点的衰减值R分贝和R分贝的覆盖范围，波束以R分贝交叠规划M个泊位，泊位编号为1、2、3、……、M；
其中，所述波束增益相对中心点的衰减值根据卫星天线设计，卫星和目标的距离确定。
3.根据权利要求1所述的跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，其特征在于，所述步骤3具体为：奇数帧分配给按需广播帧，根据先验信息进行分配，若全部按需广播帧分配后，奇数帧资源还有剩余，则将剩余的奇数帧资源按顺序分配给前向应答帧，分配给前向应答帧后，若资源还有剩余，则将剩余的资源按照顺序分配给轮询广播帧；偶数帧分配给前向应答帧和轮询广播帧，若没有前向应答帧的分配需求，则轮询广播帧按照偶数帧编号除以2的顺序对相应的泊位进行轮询，若有前向应答帧分配需求，把前向应答帧相应泊位编号乘以2作为帧编号，替换相应的轮询广播帧。
4.根据权利要求2或3所述的跳波束场景下卫星网络接入帧格式方法，其特征在于，所述先验消息包括用户分布、特殊需求。
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