CN113872674A - 低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法与系统 - Google Patents

低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法与系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于低轨卫星通信技术领域，具体公开了一种低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法与系统，在该方法中，终端与源主卫星、源辅卫星以协作通信方式进行业务数据收发，协作的两颗卫星根据到用户的衰减大小动态调整发射功率，终端按照网络配置信息进行功率测量并生成测量报告发送给网络控制器，网络控制器执行切换判决，若需要进行切换，则停止向源主卫星发送数据，继续向源辅卫星发送数据，然后向目标卫星发起终端位置和时频资源配置，为终端在目标卫星分配信道资源。本发明克服了协作卫星与用户距离远近不一的问题，保证用户信号不会被淹没在噪声中，同时缩短了传输延迟，保证卫星快速移动过程中用户无缝切换。

Description

低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法与系统
技术领域
本发明属于低轨卫星通信技术领域，涉及一种低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法与系统。
背景技术
全球低轨卫星移动通信与空间互联网发展如火如荼，我国也将卫星互联网纳入新基建范畴，发展低轨卫星互联网已然上升为国家战略性工程。但低轨卫星相对地面运动速度快、星地距离近，导致卫星与用户间切换频繁，同时低轨宽带通信为提供用户速率，采用高频段、大带宽频段，如Ka频段等，卫星波束窄，使得切换更加频繁，造成系统性能下降。
协作通信技术可以提升系统容量、增大数据传输效率、有效对抗衰落以及降低系统中断概率，提升系统的服务质量和可靠性，在地面移动通信中有着较为成熟的应用。近年来随着卫星通信及5G通信的发展，卫星通信与移动通信融合已经成为技术发展趋势，地面移动通信的技术也更多的引入到了卫星通信中，其中，协作通信技术以其全局的系统性能提升在卫星通信中得到应用，尤其是在大规模星座系统中。但卫星由于快速移动导致了频繁切换，协作场景下切换方法目前研究较少；另外，由于协作卫星相比于地面基站，其到用户距离达到几百公里甚至几千公里，两颗协作卫星到用户距离也是相差甚远，导致协作卫星信号到达用户时，较弱的信号可能淹没在噪声中，无法达到预期协作效果；频繁切换的过程中，协作数据由地面网络传输给协作卫星，远距离导致的传输时延，也会大大降低系统性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法与系统，保证用户信号不会被淹没在噪声中，同时缩短了传输延迟。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，包括如下步骤：
S1，终端与源主卫星、源辅卫星以协作通信方式进行业务数据收发；
S2，终端按照网络提供的配置信息进行测量，并上报源主卫星测量信息，根据测量信息生成测量报告，测量报告通过源主卫星发送给网络控制器；
S3，网络控制器执行切换判决；
若网络控制器判断需要进行切换，则停止向源主卫星发送数据，继续向源辅卫星发送数据，然后向目标卫星发起终端位置和时频资源配置，为终端在目标卫星分配信道资源；
S4，网络控制器向源辅卫星发送重配置信息；
S5，源辅卫星将网络控制器发送的重配置信息发送给终端；
S6，源辅卫星将终端的业务数据转发给目标卫星；
S7，终端收到切换请求后，停止从源主卫星收发数据，继续从源辅卫星收发数据；
S8，终端与目标卫星完成同步与接入；
S9，终端在源辅卫星回复资源重配响应，源辅卫星向网络控制器发送切换响应消息，指示终端切换完成；
S10，网络控制器通知源主卫星删除终端资源，并且开始向目标卫星发送数据；
S11，目标卫星收到网络控制器发送的数据后，向源辅卫星发送停止发送终端业务数据的指令。
本基础方案的工作原理和有益效果在于：针对低轨宽带星座协作通信网络中，卫星快速移动引起的频繁切换，设计切换机制，实现克服协作卫星的远近效应，保证卫星快速移动过程中用户无缝切换，并保障卫星协作不受影响，为大规模星座协作通信奠定基础。
进一步，在协作通信过程中采用具体步骤如下：
源主卫星接收终端上报的测量信息；
源主卫星通过星间链路将测量信息发送给源辅卫星；
源主卫星与源辅卫星根据系统初始配置的功率表及表中的门限值，与测量信息中的功率值进行比较，如果大于门限值，则不做功率调整，如果小于门限值，在按功率表步进进行上调。
针对低轨宽带协作通信中，两颗协作卫星与用户距离动态变化，远距离卫星由于衰减大，卫星信号到达用户时信号较小，甚至淹没于噪声中的情况，进行动态调整发射功率，协作卫星与卫星边缘处功率阈值比较，动态增加发射功率，保证用户接收功率有效，保障分集接收性能。
进一步，功率表如下：
Figure BDA0003284369890000041
其中，PThre门限值为卫星边缘波束计算所得的功率值，Pmax为最大功率值，Pmin为最小功率值。
利用功率表进行发射功率调整，操作简单，利于使用。
进一步，所述源主卫星接收终端上报的测量信息包括源主卫星功率、源辅卫星功率及其他相邻卫星功率。
获取相应卫星的功率信息，以便后续进行功率调整。
进一步，所述测量报告包括源卫星、邻卫星的功率，及终端的地理信息。
根据测量报告，进行后续切换操作。
进一步，所述重配置信息包括主卫星指示、目标卫星ID及为终端分配的时频资源信息。
源辅卫星配置为主卫星后，可与用户之间收发控制数据。
进一步，步骤S5包括：
源辅卫星将网络控制器发送的终端业务数据通过星间链路发送给目标卫星，同时指示目标卫星为辅卫星。
通过星间链路传输用户协作数据，相比地面传输，降低时延，最大程度降低切换导致协作性能的损失。
进一步，步骤S11包括：
目标卫星收到与源辅卫星一致的终端业务数据，在终端完成接入后，向用户发送业务数据，系统继续以协作方式为用户服务；
目标卫星接收到网络控制器发送的用户业务数据后，同时通知源辅卫星停止发送用户数据。
切换时调整协作主卫星，保证用户控制不间断。
本发明还提供一种卫星通信系统，包括终端、源主卫星、源辅卫星和目标卫星，所述卫星系统利用本发明所述的方法，进行协作通信及切换。
利用该卫星通信系统，协作的两颗卫星根据到用户的衰减大小动态调整发射功率，克服与用户距离远近不一问题，保证用户信号不会被淹没在噪声中，保证协作的有效性，利于使用。
附图说明
图1是本发明低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法的流程示意图；
图2是本发明卫星通信系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，本发明针对低轨宽带星座协作通信网络中，卫星快速移动引起的频繁切换，公开了一种低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，为大规模星座协作通信奠定基础。图1中，Packet Date为打包传送方式，Measure Report为用户测量报告，RadioReconfig为重新配置信息，Radio Reconfig Complete为重新配置信息完成。包括如下步骤：
S1，终端与源主卫星、源辅卫星以协作通信方式进行业务数据收发。源主卫星与源辅卫星协作为用户提供服务，当其中一颗协作卫星距用户较远，衰减较大，到达用户的功率值较小，甚至淹没在噪声中，为使用户达到更加分集接收效果，调整卫星发射功率。协作通信方式具体步骤如下：
源主卫星接收终端上报的测量信息；
源主卫星通过星间链路将测量信息发送给源辅卫星；
源主卫星与源辅卫星根据系统初始配置的功率表及表中的门限值，与测量信息中的功率值进行比较，如果大于门限值，则不做功率调整，如果小于门限值，在按功率表步进进行上调。功率表如下：
Figure BDA0003284369890000071
其中，PThre门限值为卫星边缘波束计算所得的功率值，Pmax为最大功率值，Pmin为最小功率值，卫星调整功率步进为0.5。
S2，终端按照网络提供的配置信息进行测量，并上报源主卫星测量信息，根据测量信息生成测量报告，测量报告通过源主卫星发送给网络控制器。源主卫星接收终端上报的测量信息包括源主卫星功率、源辅卫星功率及其他相邻卫星功率，测量报告包括源卫星、邻卫星的功率，及终端(UE)的地理信息。
S3，网络控制器执行切换判决(切换主要是由于卫星波束移动引起的，用户周期测量当前使用波束和邻近波束的导频信号或广播信道的信号强度的变化，以便确定它是否正在穿越相邻波束之间的边界或者处于相邻波束的重叠区内；若用户进入相邻波束的重叠区，达到切换触发的条件，将开始启动切换过程)；
若网络控制器判断需要进行切换，则停止向源主卫星发送数据，继续向源辅卫星发送数据，然后向目标卫星发起终端位置和时频资源配置，为终端在目标卫星分配信道资源。
S4，网络控制器向源辅卫星发送重配置信息，重配置信息包括主卫星指示、目标卫星ID及为终端分配的时频资源信息。
S5，源辅卫星将网络控制器发送的重配置信息发送给终端，源辅卫星将网络控制器发送的终端业务数据通过星间链路发送给目标卫星，同时指示目标卫星为辅卫星，相比于通过地面网络控制器发送，缩短了传输延迟，降低了切换对协作的影响。
S6，源辅卫星将终端的业务数据转发给目标卫星；
S7，终端收到切换请求后，停止从源主卫星收发数据，继续从源辅卫星收发数据；
S8，终端与目标卫星完成同步与接入；
S9，终端在源辅卫星回复资源重配响应，源辅卫星向网络控制器发送切换响应消息，指示终端切换完成；
S10，网络控制器通知源主卫星删除终端资源，并且开始向目标卫星发送数据；
S11，目标卫星收到网络控制器发送的数据后，向源辅卫星发送停止发送终端业务数据的指令。目标卫星收到与源辅卫星一致的终端业务数据，在终端完成接入后，向用户(UE)发送业务数据，系统继续以协作方式为用户服务。目标卫星接收到网络控制器发送的用户业务数据后，同时通知源辅卫星停止发送用户数据。
如图2所示，本发明还提供一种卫星通信系统，包括终端、源主卫星、源辅卫星和目标卫星，卫星系统利用本发明所述的方法，进行协作通信及切换。
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一定指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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，终端与源主卫星、源辅卫星以协作通信方式进行业务数据收发；
S2，终端按照网络配置信息进行测量，并上报源主卫星测量信息，根据测量信息生成测量报告，测量报告通过源主卫星发送给网络控制器；
S3，网络控制器执行切换判决；
若网络控制器判断需要进行切换，则停止向源主卫星发送数据，继续向源辅卫星发送数据，然后向目标卫星发起终端位置和时频资源配置，为终端在目标卫星分配信道资源；
S4，网络控制器向源辅卫星发送重配置信息；
S5，源辅卫星将网络控制器发送的重配置信息发送给终端；
S6，源辅卫星将终端的业务数据转发给目标卫星；
S7，终端收到切换请求后，停止从源主卫星收发数据，继续从源辅卫星收发数据；
S8，终端与目标卫星完成同步与接入；
S9，终端在源辅卫星回复资源重配响应，源辅卫星向网络控制器发送切换响应消息，指示终端切换完成；
S10，网络控制器通知源主卫星删除终端资源，并且开始向目标卫星发送数据；
S11，目标卫星收到网络控制器发送的数据后，向源辅卫星发送停止发送终端业务数据的指令。
2.如权利要求1所述的低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，在协作通信过程中采用具体步骤如下：
源主卫星接收终端上报的测量信息；
源主卫星通过星间链路将测量信息发送给源辅卫星；
源主卫星与源辅卫星根据系统初始配置的功率表及表中的门限值，与测量信息中的功率值进行比较，如果大于门限值，则不做功率调整，如果小于门限值，再按功率表步进进行上调。
3.如权利要求2所述的低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，功率表如下：
Figure FDA0003284369880000021
其中，PThre门限值为卫星边缘波束计算所得的功率值，Pmax为最大功率值，Pmin为最小功率值。
4.如权利要求2所述的低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，所述源主卫星接收终端上报的测量信息包括源主卫星功率、源辅卫星功率及其他相邻卫星功率。
5.如权利要求1所述的低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，所述测量报告包括源卫星、邻卫星的功率，及终端的地理信息。
6.如权利要求1所述的低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，所述重配置信息包括主卫星指示、目标卫星ID及为终端分配的时频资源信息。
7.如权利要求1所述的低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，步骤S5包括：
源辅卫星将网络控制器发送的终端业务数据通过星间链路发送给目标卫星，同时指示目标卫星为辅卫星。
8.如权利要求1所述的低轨宽带卫星系统中协作通信及切换方法，其特征在于，步骤S11包括：目标卫星收到与源辅卫星一致的终端业务数据，在终端完成接入后，向用户发送业务数据，系统继续以协作方式为用户服务；
目标卫星接收到网络控制器发送的用户业务数据后，同时通知源辅卫星停止发送用户数据。
9.一种卫星通信系统，其特征在于，包括终端、源主卫星、源辅卫星和目标卫星，所述卫星系统利用权利要求1-8之一所述的方法，进行协作通信及切换。
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