CN115051743A - 跳波束生成方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种跳波束生成方法、装置和电子设备，涉及卫星通信的技术领域，包括获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息；物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；业务帧的跳波束由分组业务驱动，广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间；提取物理帧缓冲队列中每个物理帧的识别信息；基于卫星的姿轨控信息、识别信息和预设位置信息数据库生成每个物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以驱动预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。利用本发明提供的跳波束生成方法承载分组业务，可适配分组业务驱动下业务流的快速变化，提升卫星资源的使用效率。

Description

跳波束生成方法、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及卫星通信的技术领域，尤其是涉及一种跳波束生成方法、装置和电子设备。

背景技术

卫星通信覆盖面广，卫星用户呈现出大分散，小集中的地域特色，为满足卫星用户的分布特色，卫星载荷也越来越多的采用动态点波束技术，在有用户需求时，生成分时服务不同区域可凝视用户的动态点波束。动态点波束可采用时间/频率/空间复用相结合的方式，单波束可同时为多个分散在不同区域的多用户提供服务，便于实现卫星服务能力与用户需求的灵活匹配。在传统的卫星通信系统中，如DVB-S2X/RCS-2都增加了根据用户业务分布实现的规划跳波束功能。

随着互联网业务的飞速发展和普及，分组业务必将成为卫星通信的主要业务，分组业务与传统电路域卫星通信业务相比，最大的特点是业务的流量与用户所使用的服务密切相关，单用户通信流量变化迅速。因此，卫星在基于传统卫星通信系统所设计的规划式跳波束方案传输(承载)分组业务时，由于波束的规划跟不上业务流的变化，所以存在卫星资源利用率较低的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种跳波束生成方法、装置和电子设备，以缓解卫星在基于现有的跳波束生成方法承载分组业务时，存在的卫星资源利用率低的技术问题。

第一方面，本发明提供一种跳波束生成方法，包括：获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息；其中，所述物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；所述业务帧的跳波束由分组业务驱动，所述广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；所述物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间；提取所述物理帧缓冲队列中每个所述物理帧的识别信息；基于所述卫星的姿轨控信息、所述识别信息和预设位置信息数据库生成每个所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

在可选的实施方式中，所述获取物理帧缓冲队列，包括：获取多用户分组业务流队列和广播消息队列；提取所述多用户分组业务流队列中每条业务流的用户标识和业务标识，以及提取所述广播消息队列中每条广播消息的广播标识；基于每条所述业务流的用户标识和业务标识和每条所述广播消息的广播标识对所述多用户分组业务流队列和所述广播消息队列进行排序并封装，得到所述物理帧缓冲队列。

在可选的实施方式中，所述基于所述卫星的姿轨控信息、所述识别信息和预设位置信息数据库生成每个所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，包括：利用所述物理帧的识别信息在所述预设位置信息数据库中匹配所述物理帧对应的用户或预置波位的经纬度信息；基于所述经纬度信息和所述卫星的姿轨控信息确定所述预设相控阵天线的俯仰角调整信息；基于所述俯仰角调整信息生成所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息。

在可选的实施方式中，若所述物理帧缓冲队列中的物理帧的数量超过预设限值，则所述基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束，包括：基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成多个单波束，或者，基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动多个所述预设相控阵天线生成多个单波束，其中，每个单波束均以时分的方式实现多用户业务凝视波束和广播波束。

在可选的实施方式中，所述广播帧和所述业务帧在物理层上相互独立，所述物理层基于OFDM或DFT-S-OFDM技术进行设计。

在可选的实施方式中，所述预设相控阵天线的最小驻留时间为所述相控阵波束指向控制信息的最快更新周期。

第二方面，本发明提供一种跳波束生成装置，包括：获取模块，用于获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息；其中，所述物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；所述业务帧的跳波束由分组业务驱动，所述广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；所述物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间；提取模块，用于提取所述物理帧缓冲队列中每个所述物理帧的识别信息；波控模块，用于基于所述卫星的姿轨控信息、所述识别信息和预设位置信息数据库生成每个所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

在可选的实施方式中，所述获取模块包括：获取单元，用于获取多用户分组业务流队列和广播消息队列；提取单元，用于提取所述多用户分组业务流队列中每条业务流的用户标识和业务标识，以及提取所述广播消息队列中每条广播消息的广播标识；排序封装单元，用于基于每条所述业务流的用户标识和业务标识和每条所述广播消息的广播标识对所述多用户分组业务流队列和所述广播消息队列进行排序并封装，得到所述物理帧缓冲队列。

第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述实施方式中任一项所述的方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行前述实施方式中任一项所述的方法。

本发明提供的跳波束生成方法，包括：获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息；其中，物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；业务帧的跳波束由分组业务驱动，广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间；提取物理帧缓冲队列中每个物理帧的识别信息；基于卫星的姿轨控信息、识别信息和预设位置信息数据库生成每个物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

本发明所提供的跳波束生成方法中，物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间，业务帧的跳波束由分组业务驱动，广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动，基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线可生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。因此，卫星在利用本发明提供的跳波束生成方法承载分组业务时，跳波束的最小控制时隙可按相控阵的最小驻留时间进行，满足突发传输的要求，并且能匹配卫星与用户相对位置变化的需求，适配在分组业务驱动下业务流的快速变化，从而提升了卫星资源的使用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种跳波束生成方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种由单波束实现时分多用户业务凝视波束和时分广播波束的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种单相控阵单波束实现时分多用户业务凝视波束和时分广播波束的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种单相控阵多波束扩充波束实现的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种时频资源块的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种广播、业务的物理层设计示意图；

图7为本发明实施例提供的一种跳波束生成装置的功能模块图；

图8为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

随着互联网业务的飞速发展和普及，分组业务必将成为卫星通信的主要业务，分组业务与传统电路域卫星通信业务相比，最大的特点是业务的流量与用户所使用的服务密切相关，单用户通信流量变化迅速。因此，卫星在基于传统卫星通信系统所设计的规划式跳波束方案传输(承载)分组业务时，由于波束的规划跟不上业务流的变化，所以导致卫星资源利用率较低。有鉴于此，本发明实施例提供了一种跳波束生成方法，用以缓解上文中所涉及的技术问题。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种跳波束生成方法的流程图，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤S102，获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息。

本发明实施例中，物理帧缓冲队列为物理层成帧模块对接收到的每条业务流和广播消息按照预先设计的物理层帧格式进行封装后得到的物理帧所组成的队列，对业务流进行封装后即得到业务帧，对广播消息进行封装后即得到广播帧。也即，物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；并且，业务帧的跳波束由分组业务驱动，广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间。

具体的，在用相控阵天线进行不同方向的信号发送或接收时，相控阵天线需要进行波束控制指向的调整，相控阵天线的最小驻留时间就是相控阵指向调整所需的最小时间，也即，相控阵在一个方位停留的最小时间，反映的是相控阵调整的敏捷性。

物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间，也即，物理层帧长设计的约束条件是预设相控阵天线的最小驻留时间，物理帧的最小时隙以相控阵最小驻留时间为约束，与传统规划式跳波束帧长相比，本发明实施例能提供的最小时隙更短，因此，更容易满足用户突发传输的要求。

广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动，也即，广播帧采用扫描式跳波束，在本发明实施例中，系统的广播消息以预置波位轮询的方式发送，因此，可以满足卫星和终端在地理区域分布的变化的需求。业务帧的跳波束由分组业务驱动，且广播帧和业务帧均以最小物理帧长为单位进行调度，因此，本发明实施例是以最短的物理帧为颗粒度，能够更好地适配在分组业务驱动下业务流的快速变化。

卫星的姿轨控信息是由卫星在轨自行测量得到，主要是轨道位置和姿态指向(通俗地讲就是卫星的天线法线方向指向地球地心的偏差)，卫星的姿轨控信息确定了卫星的实时位置和天线的法线方向。

步骤S104，提取物理帧缓冲队列中每个物理帧的识别信息。

通过上文中的描述可知，物理帧缓冲队列中的物理帧划分为两类，一类是业务帧，一类是广播帧，业务帧的接收对象为指定的用户终端，因此，业务帧的识别信息为指定的用户终端的用户标识，用户标识是指卫星系统分配给每个用户终端的序列号/编号。广播帧的广播对象为预置波位，因此，广播帧的识别信息为相应的预置波位的波位标识，也即，预置波位的序列号/编号。

步骤S106，基于卫星的姿轨控信息、识别信息和预设位置信息数据库生成每个物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

具体的，预设位置信息数据库中存储了所有接入卫星通信系统的用户终端的位置信息以及各个预置波位的位置信息，以上位置信息是指在地面的经纬度信息，并且，用户终端的位置信息由相应的用户标识作为索引，预置波位的位置信息由相应的波位标识为索引，因此，在获取到每个物理帧的识别信息之后，结合预设位置信息数据库即可确定出每个物理帧的接收对象在地面的经纬度信息。

而相控阵波束指向控制信息是以卫星为参考，对预设相控阵天线的波束指向(也即，以天线的法线方向为参考的俯仰角)进行控制的控制信号。所以在已知卫星的姿轨控信息和物理帧的接收对象在地面的经纬度信息的情况下，即可计算出每个物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息。待发送的物理帧和相控阵波束指向控制信息同步到达预设相控阵天线，就可以完成定向数据的发送。本发明实施例提供的方法可以完成以最小时隙为单位的波束指向控制，每个时隙波束指向的调整都是针对相关用户/预置波位的实际位置进行，因此可形成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

为了便于理解，图2为本发明实施例提供的一种由单波束实现时分多用户业务凝视波束和时分广播波束的示意图，在本发明实施例中，用户的业务凝视波束和分时扫描的广播波束是独立控制的(图2中用一个实线卫星和一个虚线卫星表示)，单波束的发送内容包含不同时隙多用户的业务和广播消息，并且根据物理帧发送时隙的属性标志，可同步完成波束指向控制。例如，如果时隙X用于用户A的业务传输，那么在时间与时隙X匹配的情况下，波束指向用户A；如果时隙Y用于广播消息的传输，那么在时间与时隙Y匹配的情况下，波束指向某一预置波位。

本发明所提供的跳波束生成方法中，物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间，业务帧的跳波束由分组业务驱动，广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动，基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线可生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。因此，卫星在利用本发明提供的跳波束生成方法承载分组业务时，跳波束的最小控制时隙可按相控阵的最小驻留时间进行，满足突发传输的要求，并且能匹配卫星与用户相对位置变化的需求，适配在分组业务驱动下业务流的快速变化，从而提升了卫星资源的使用效率。

在一个可选的实施方式中，上述步骤S102中，获取物理帧缓冲队列，具体包括如下步骤：

步骤S1021，获取多用户分组业务流队列和广播消息队列。

步骤S1022，提取多用户分组业务流队列中每条业务流的用户标识和业务标识，以及提取广播消息队列中每条广播消息的广播标识。

步骤S1023，基于每条业务流的用户标识和业务标识和每条广播消息的广播标识对多用户分组业务流队列和广播消息队列进行排序并封装，得到物理帧缓冲队列。

分组域与传统的电路域应用不同，在分组业务中，用户的业务流量是随用户的应用而不断变化的，在多用户多业务的分组传输中，为提高通信资源的利用效率和保障高优先级用户和业务的QoS，分组业务应按优先级进行处理。而本发明实施例中的广播消息以预置波位轮询的方式发送，为了确保广播消息能够顺利的发出，因此，应将广播帧按照指定的优先级插入业务帧队列中。一般地，广播消息的优先级应该低于业务的最高优先级，但高于业务的最低优先级。

具体的，为了确定出待发送的物理帧缓冲队列，在获取到多用户分组业务流队列和广播消息队列之后，首先提取每条业务流的用户标识和业务标识，以及每条广播消息的广播标识，上述用户标识、业务标识和广播标识遵循预设优先级排序规则，用户可以根据实际需求进行配置，本发明实施例不对其进行具体限定。例如，可以选择为所有的用户标识、业务标识和广播标识预设相应的权重，因此，每条业务流即可通过其用户标识和业务标识加权计算出自身的优先级数据，每条广播消息也可根据广播标识确定自身的优先级数据，最后根据所有的广播消息的优先级数据和所有业务流的优先级数据对业务流和广播消息按照优先级进行降序排序，然后再按设计的物理层帧格式封装形成物理帧，即可得到物理帧缓冲队列。也就是说，物理帧缓冲队列中排名越靠前的待发送物理帧，其优先级越高。

在一些实施例中，还可以为所有的用户标识和广播标识设置预设优先级顺序，例如，用户A的所有业务流的优先级高于用户B的所有业务流，用户B的所有业务流的优先级高于广播消息1，广播消息1的优先级高于用户C的所有业务流，用户C的所有业务流的优先级高于广播消息2，以此类推，按照优先级依次封装之后，得到优先级由高到低的物理帧缓冲队列。

在一些实施例中，参考图3，还可以是先将所有业务流按照优先级顺序进行排序，然后封装成业务帧，得到优先级由高到低的业务帧队列，最后再将广播帧按照指定的优先级插入上述业务帧队列，从而得到物理帧缓冲队列。

在一个可选的实施方式中，上述步骤S106，基于卫星的姿轨控信息、识别信息和预设位置信息数据库生成每个物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，具体包括如下步骤：

步骤S1061，利用物理帧的识别信息在预设位置信息数据库中匹配物理帧对应的用户或预置波位的经纬度信息。

步骤S1062，基于经纬度信息和卫星的姿轨控信息确定预设相控阵天线的俯仰角调整信息。

步骤S1063，基于俯仰角调整信息生成物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息。

具体的，在分组业务驱动的跳波束模式下，物理层拿到待发送的物理帧之后，就能够获取到该物理帧的识别信息，并将这个识别信息发送给用户与波束指向匹配器(或者称为波控单元)，地面也会将在线用户的用户标识和位置信息，以及预置波位的波位标识和位置信息上报卫星通信系统，构建预设位置信息数据库，用户与波束指向匹配器利用物理帧的识别信息在预设位置信息数据库中进行检索，即可匹配出物理帧对应的用户或预置波位的经纬度信息，再进一步结合卫星平台给出的姿轨控信息，就能计算出预设相控阵天线的俯仰角调整信息，进而将其作为物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息。

在一个可选的实施方式中，若物理帧缓冲队列中的物理帧的数量超过预设限值，则表明系统容量不足，可采用增加波束数量的方式进行扩容，上述步骤S106，基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束，具体包括如下内容：

基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线生成多个单波束，或者，基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动多个预设相控阵天线生成多个单波束，其中，每个单波束均以时分的方式实现多用户业务凝视波束和广播波束。

具体的，当物理帧缓冲队列中的物理帧的数量超过预设限值时，一个波束的容量不足以承载多用户分组业务，此时可以通过成倍的扩充波束的数量，以达到扩容的目的，在本发明实施例中，可选择单相控阵多波束或多相控阵多波束。图4是本发明实施例提供的单相控阵多波束扩充波束实现的示意图。如果选择单相控阵多波束的方式进行扩容，那么就需要基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线生成多个单波束；如果选择多相控阵多波束的方式进行扩容，那么就需要基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动多个预设相控阵天线生成多个单波束。也即，将图4中的相控阵天线替换为相控阵天线组即可实现多相控阵多波束。

在一个可选的实施方式中，预设相控阵天线的最小驻留时间为相控阵波束指向控制信息的最快更新周期。

随着技术的发展，卫星信道的带宽越来越宽，要将资源的颗粒度做小，就要尽可能的减少物理帧的持续时间长度，具体体现为时频资源平面上的时频资源块的时间长度，图5示出了时频资源块的示意图。要能够精确匹配用户分组业务流的快速变化，物理帧的持续时间长度越短越好。在本发明实施例中，物理层帧长设计的约束条件是相控阵天线的最小驻留时间，最小驻留时间为相控阵波束指向控制信息的最快更新周期，可选地，相控阵波束指向控制信息的最快更新周期为30us，也即，最小帧长为30us，比传统的DVB-S2X跳波束帧长缩短了2个数量级以上，因此在进行多用户分组业务传输时，效率可提升约20％。本发明实施例不对相控阵波束指向控制信息的最快更新周期进行具体的限定，用户可以根据实际需求进行设置。

在一个可选的实施方式中，广播帧和业务帧在物理层上相互独立，物理层基于OFDM或DFT-S-OFDM技术进行设计。

发送广播波束的目的是为了告知未接入的地面卫星终端当前卫星的服务范围，在跳波束的卫星通信系统中，采用对星下服务区划分预置波位，采用对预置波位进行扫描的方式实现。广播跳波束扫描整个服务区的周期，取决于NGSO(Non-GeoStationary Orbit，非对地静止轨道)卫星的运动速度，一般来讲在秒数量级。业务凝视波束可按最小驻留时间在多个用户之间进行波束指向的时分切换，最小驻留时间可以达到几十微秒的数量级。由于分时的广播扫描波束和业务驱动的凝视波束控制方式不同(广播波束是周期性扫描的，而业务是靠分组业务驱动的，但两者的最小颗粒度都是最小驻留时间)，因此必须将广播跳波束和业务凝视波束进行分离，物理层设计也应该满足这种要求，广播、业务的物理层设计示意图如图6所示。

根据图6可知，广播时隙和业务时隙的最小时长都是由相控阵天线的最小驻留时间决定，本发明实施例为30us。广播时隙由同步头同步信息SS和承载广播业务的广播信息BS构成，广播时隙相控阵天线的波束指向由待扫描的预置波位决定。当单波束承载多用户业务流时，如图6所示，所有的业务流按照优先级顺序进行了排序，不同用户占用的时间长度代表该用户业务流量，通过队列中持续业务时隙的数量来匹配用户业务流的变化，也就是说，如果遇到业务流大的用户，就连续的给该用户多分几个业务时隙。每个业务时隙的相控阵天线指向由该用户的位置决定，按最小业务时隙进行凝视刷新，形成单波束对多用户的时分凝视。

进一步的，本发明实施例中的物理层采用OFDMA(Orthogonal FrequencyDivision Multiple Access，正交频分多址)，或DFT-S-OFDM(Discrete FourierTransform-Spread OFDM，离散傅里叶变换扩频的正交频分复用多址接入技术)后，按照图4所示的方式，利用多波束扩容时不同频率的多波束可使用连续的频谱进行覆盖，具有较高的频谱使用效率。具体的，在进行多波束扩容的应用场景中，对同一个区域，不同波束之间需要进行频分复用。采用传统的频分复用方式，不同波束之间需要留出频率保护间隔。当物理层采用OFDMA或DFT-S-OFDM技术实现时，可以不留频率保护间隔，因此，频谱效率比传统的频分复用更高。

综上所述，利用本发明实施例提供的跳波束生成方法可以做到上下行仅用一个波束即可实现多用户时分凝视和广播信道及接入信道的扫描，从而极大的简化了卫星通信载荷设计，单波束设计有利于提高卫星载荷的功率效率。在用户容量增加后，可通过增加波束的方式，增加系统容量。采用OFDMA或DFT-S-OFDM的设计，多波束可使用连续的频谱进行覆盖，具有较高的频谱使用效率。跳波束的最小控制时隙按相控阵的最小驻留时间进行，业务波束的跳变时间比传统的跳波束提高了2个数量级，由于资源块的独立可控和最小化，在承载分组业务时，可更好的适配业务的变化，整体可提升资源使用效率约20％。业务波束和广播波束独立控制，针对用户优先级和业务优先级的QoS易于实现，广播和接入扫描周期可配，能适应不同轨道高度的卫星通信系统设计。业务波束的时分凝视，可避免单星覆盖区内的切换，链路预算可按波束中心点进行，比传统的设计方式提高约3dB。

实施例二

本发明实施例还提供了一种跳波束生成装置，该跳波束生成装置主要用于执行上述实施例一所提供的跳波束生成方法，以下对本发明实施例提供的跳波束生成装置做具体介绍。

图7是本发明实施例提供的一种跳波束生成装置的功能模块图，如图7所示，该装置主要包括：获取模块10，提取模块20，波控模块30，其中：

获取模块10，用于获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息；其中，物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；业务帧的跳波束由分组业务驱动，广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间。

提取模块20，用于提取物理帧缓冲队列中每个物理帧的识别信息。

波控模块30，用于基于卫星的姿轨控信息、识别信息和预设位置信息数据库生成每个物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

本发明提供的跳波束生成装置所应用的方法中，物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间，业务帧的跳波束由分组业务驱动，广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动，基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线可生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。因此，卫星在利用本发明提供的跳波束生成装置承载分组业务时，跳波束的最小控制时隙可按相控阵的最小驻留时间进行，满足突发传输的要求，并且能匹配卫星与用户相对位置变化的需求，适配在分组业务驱动下业务流的快速变化，从而提升了卫星资源的使用效率。

可选地，获取模块10包括：

获取单元，用于获取多用户分组业务流队列和广播消息队列。

提取单元，用于提取多用户分组业务流队列中每条业务流的用户标识和业务标识，以及提取广播消息队列中每条广播消息的广播标识。

排序封装单元，用于基于每条业务流的用户标识和业务标识和每条广播消息的广播标识对多用户分组业务流队列和广播消息队列进行排序并封装，得到物理帧缓冲队列。

可选地，波控模块30包括：

匹配单元，用于利用物理帧的识别信息在预设位置信息数据库中匹配物理帧对应的用户或预置波位的经纬度信息。

第一波控单元，用于基于经纬度信息和卫星的姿轨控信息确定预设相控阵天线的俯仰角调整信息。

第二波控单元，用于基于俯仰角调整信息生成物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息。

可选地，若物理帧缓冲队列中的物理帧的数量超过预设限值，则波控模块30还用于：

基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动预设相控阵天线生成多个单波束，或者，基于相控阵波束指向控制信息和物理帧缓冲队列驱动多个预设相控阵天线生成多个单波束，其中，每个单波束均以时分的方式实现多用户业务凝视波束和广播波束。

可选地，广播帧和业务帧在物理层上相互独立，物理层基于OFDM或DFT-S-OFDM技术进行设计。

可选地，预设相控阵天线的最小驻留时间为相控阵波束指向控制信息的最快更新周期。

实施例三

参见图8，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。

处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例所提供的一种跳波束生成方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种跳波束生成方法，其特征在于，包括：

获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息；其中，所述物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；所述业务帧的跳波束由分组业务驱动，所述广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；所述物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间；

提取所述物理帧缓冲队列中每个所述物理帧的识别信息；

基于所述卫星的姿轨控信息、所述识别信息和预设位置信息数据库生成每个所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

2.根据权利要求1所述的跳波束生成方法，其特征在于，所述获取物理帧缓冲队列，包括：

获取多用户分组业务流队列和广播消息队列；

提取所述多用户分组业务流队列中每条业务流的用户标识和业务标识，以及提取所述广播消息队列中每条广播消息的广播标识；

基于每条所述业务流的用户标识和业务标识和每条所述广播消息的广播标识对所述多用户分组业务流队列和所述广播消息队列进行排序并封装，得到所述物理帧缓冲队列。

3.根据权利要求1所述的跳波束生成方法，其特征在于，所述基于所述卫星的姿轨控信息、所述识别信息和预设位置信息数据库生成每个所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，包括：

利用所述物理帧的识别信息在所述预设位置信息数据库中匹配所述物理帧对应的用户或预置波位的经纬度信息；

基于所述经纬度信息和所述卫星的姿轨控信息确定所述预设相控阵天线的俯仰角调整信息；

基于所述俯仰角调整信息生成所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息。

4.根据权利要求1所述的跳波束生成方法，其特征在于，若所述物理帧缓冲队列中的物理帧的数量超过预设限值，则所述基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束，包括：

基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成多个单波束，或者，基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动多个所述预设相控阵天线生成多个单波束，其中，每个单波束均以时分的方式实现多用户业务凝视波束和广播波束。

5.根据权利要求1所述的跳波束生成方法，其特征在于，所述广播帧和所述业务帧在物理层上相互独立，所述物理层基于OFDM或DFT-S-OFDM技术进行设计。

6.根据权利要求5所述的跳波束生成方法，其特征在于，所述预设相控阵天线的最小驻留时间为所述相控阵波束指向控制信息的最快更新周期。

7.一种跳波束生成装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取物理帧缓冲队列和卫星的姿轨控信息；其中，所述物理帧缓冲队列包括：多个业务帧和多个广播帧；所述业务帧的跳波束由分组业务驱动，所述广播帧的跳波束由预设广播扫描周期驱动；所述物理帧缓冲队列中物理帧的最小帧长为预设相控阵天线的最小驻留时间；

提取模块，用于提取所述物理帧缓冲队列中每个所述物理帧的识别信息；

波控模块，用于基于所述卫星的姿轨控信息、所述识别信息和预设位置信息数据库生成每个所述物理帧在发送时隙的相控阵波束指向控制信息，以基于所述相控阵波束指向控制信息和所述物理帧缓冲队列驱动所述预设相控阵天线生成时分多用户业务凝视波束和时分广播波束。

8.根据权利要求7所述的跳波束生成装置，其特征在于，所述获取模块包括：

获取单元，用于获取多用户分组业务流队列和广播消息队列；

提取单元，用于提取所述多用户分组业务流队列中每条业务流的用户标识和业务标识，以及提取所述广播消息队列中每条广播消息的广播标识；

排序封装单元，用于基于每条所述业务流的用户标识和业务标识和每条所述广播消息的广播标识对所述多用户分组业务流队列和所述广播消息队列进行排序并封装，得到所述物理帧缓冲队列。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行权利要求1至6中任一项所述的方法。

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