CN115765827A - 高通量卫星通信点波束无缝切换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法及系统，移动终端定时获取当前位置信息并将位置信息入境给网管，终端入境采用双通道芯片，两通道连接一个FPGA，多个信关站之间采用STP同步方式；在考虑迟滞余量的情况下，网管根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。本发明，通过将终端入境采用双通道芯片，原通道信息回收，目标通道继续接收，无需重新登陆流程，以减少切换前后系统同步时间，确保切换时用户无业务中断感知，达到无缝切换的目的。

Description

高通量卫星通信点波束无缝切换方法及系统

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法及系统。

背景技术

卫星通信中，ANOVO系统是航天恒星自主研发，能支持大规模组网的卫星通信系统，该系统填补国内在相关通信领域应用的空白，完善我国的宽带网络体系，促进卫星宽带应用。VSAT卫星通信系统是基于DVB新协议簇的、具有完全自主知识产权的卫星通信系统，能够向用户提供宽带互联网接入、IP电话、数字视频会议、远程教学等多项服务。随着VSAT技术的快速发展，目前国外已有很多系统实现了将地面网络的通信范围应用到航空、海事、铁路等移动通信场景的扩展，其中主要代表系统有Hughes设计的HX系统、Jupiter系统和Gilat公司设计的SkgEdgeII系统等，这些系统均支持终端在多波束间的移动通信。

现有技术中，波束切换仍存在短暂通信中断的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法及系统，达到了波束无缝切换，切换时业务无中断的目的。

为实现上述发明目的，本发明提供一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法，包括：

步骤S10、移动终端定时获取当前位置信息并将位置信息入境给网管，终端入境采用双通道芯片，两通道连接一个FPGA，多个信关站之间采用STP同步方式；

步骤S20、在考虑迟滞余量的情况下，网管根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；

步骤S30、在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；

步骤S40、在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S20中，具体包括：

步骤S201、对比所述移动终端接收到的源波束的信噪比与预设信噪比阈值的大小；

步骤S202、在源波束的信噪比小于预设信噪比阈值时，确认进行波束切换。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S20中，还包括：

步骤S203、判断所述移动终端是否在多个信关站的重叠区，若否，则执行步骤S204,若是，则执行步骤S205；

步骤S204、移动终端根据内部地图和载波资源进行自动查找波束；

步骤S205、移动终端目标通道进行另外波束轮询锁定，查找最优波束。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S30中，具体包括：

步骤S301、在确定进行波束切换后，网管做出切换核准判定并做好下发切换指示的准备；

步骤S302、网管通知网络控制单元为移动终端准备无线资源，并通知移动性代理模块远端站位置已变更；

步骤S303、移动性代理模块完成出境业务切换准备。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S40中，在网络控制单元接收到网管发送的切换指示后，网络控制单元向移动终端下发目标波束详细资源信息。

根据本发明的一个方面，所述目标波束详细资源信息至少包括频点、符号速率、极化、卫星经度、滚降、波束ID、出境超帧信息、登陆ID、组ID信息。

根据本发明的一个方面，在所述步骤S40中，所述移动终端在接收到目标波束详细资源信息后，根据目标波束详细资源信息进行切换、同步、登陆流程。

根据本发明的一个方面，在所述源波束的波束模型中引入切换余量，所述切换余量根据波束范围内的EIRP值确定。

根据本发明的一个方面，还包括：

步骤S50、在完成波束切换后，向网管发送切换指示反馈。

本发明的另一目的在于一种高通量卫星通信点波束无缝切换系统，应用于上述技术方案中任一项所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法,包括：

信息接收模块，用于接收移动终端定时获取的当前位置信息；

判断模块，用于在考虑迟滞余量的情况下，根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；

信息发送模块，用于在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；

波束切换模块，在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。

本发明的一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法及系统，移动终端定时获取当前位置信息并将位置信息入境给网管，终端入境采用双通道芯片，两通道连接一个FPGA，多个信关站之间采用STP同步方式；在考虑迟滞余量的情况下，网管根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换，通过将终端入境采用双通道芯片，两通道连接一个FPGA，由网管统一进行移动性终端切换管理，采用自动波束切换算法，防止乒乓切换，源信关站能提前发送资源配置信息，终端入境另一通道快速锁定切换资源，移动终端采取在线实时切换方式，前向双通道锁定方式，无需重新登陆流程，原通道接收切换信息，目标通道进行对星锁定接收目标广播信息，原通道信息回收，目标通道继续接收，无需重新登陆流程，以减少切换前后系统同步时间，确保切换时用户无业务中断感知，达到无缝切换的目的。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换方法的流程图；

图2示意性表示根据本发明的另一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换方法的示意图；

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换方法的同一信关站下不同波束间的切换流程示意图；

图4示意性表示根据本发明的一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换方法的不同信关站间的波束切换流程示意图；

图5示意性表示根据本发明的一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换方法的源波束扩展示意图；

图6示意性表示根据本发明的一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换方法的波束切换影响因子示意图；

图7示意性表示根据本发明的一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换方法的流程图；

图8示意性表示根据本发明的一种实施方式的高通量卫星通信点波束无缝切换系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

结合图1至图8所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法，包括：

步骤S10、移动终端定时获取当前位置信息并将位置信息入境给网管，终端入境采用双通道芯片，两通道连接一个FPGA，多个信关站之间采用STP同步方式；

步骤S20、在考虑迟滞余量的情况下，网管根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；

步骤S30、在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；

步骤S40、在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。

在该实施例中，通过将终端入境采用双通道芯片，两通道连接一个FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)，由网管统一进行移动性终端切换管理，采用自动波束切换算法，防止乒乓切换，源信关站能提前发送资源配置信息，终端入境另一通道快速锁定切换资源，移动终端采取在线实时切换方式，前向双通道锁定方式，无需重新登陆流程，原通道接收切换信息，目标通道进行对星锁定接收目标广播信息，原通道信息回收，目标通道继续接收，无需重新登陆流程，以减少切换前后系统同步时间，确保切换时用户无业务中断感知，达到无缝切换的目的。

具体地说，波束切换过程首先由移动终端发起，由移动终端定时获取当前位置信息并将位置信息入境给网管，网管比对存储在其内部的地图信息粗判定是否切换，切换算法考虑迟滞余量，如判断达到切换门限，网管中集成了地图服务器并存储目标波束信息，在做出切换核准判定后做好下发切换指示的准备，进而网管通知网络控制单元准备波束切换，在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。

进一步地，本发明采取信令发送控制方式进行可靠传输，为防止移动终端未接收到切换信息引起丢星情况，移动终端内部也集成了系统地图和载波信息，在初始登陆和长时间未锁定登陆的状态下，移动终端也可以搜索本地地图资源进行系统登陆同步。

更重要的是，采用一个FPGA，FPGA内部实现和信关站同步，在进行波束切换时，无需重新前向同步，减少切换时间，进一步地实现业务快速联通的无缝切换目的。

其中，双通道芯片可以是STID135芯片。

在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤S20中，具体包括：

步骤S201、对比所述移动终端接收到的源波束的信噪比与预设信噪比阈值的大小；

步骤S202、在源波束的信噪比小于预设信噪比阈值时，确认进行波束切换。

在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤S20中，还包括：

步骤S203、判断所述移动终端是否在多个信关站的重叠区，若否，则执行步骤S204,若是，则执行步骤S205；

步骤S204、移动终端根据内部地图和载波资源进行自动查找波束；

步骤S205、移动终端目标通道进行另外波束轮询锁定，查找最优波束。

在该实施例中，移动终端接收信噪比低于预设信噪比阈值(初始设置为3dB)，在信关站无需切换的情况下，则终端根据内部地图和载波资源进行自动查找波束，如在重叠区内，需要进行信关站更换，移动终端目标通道进行另外波束轮询锁定，查找最优波束，进行切换。此处理也可以作为网管不能及时对终端进行波束切换，可能导致终端失联，终端主动发起的异常处理操作过程。此处理还可以作为移动终端初始上电时进行波束查找的过程。

如图1所示，高通量卫星通信点波束无缝切换方法图，移动终端、信关站、网络管理以及当前卫星通信系统网络接入，以实现移动终端无缝切换后系统通信连接。

飞机作为移动终端，在波束1至波束2区域飞行，W1、W2、W3和P1、P2、P3对应波束1和波束2EIRP(Effective Isotropic Radiated Power，有效全向辐射功率)，波束中心信号强度最强，如图2所示。

同一信关站下不同波束间的切换流程如图3所示，信关站在另外一个波束给终端分配TDMA时隙或者载波资源。

不同信关站间的切换流程如图4所示，网管给目标信关站发送切换命令，目标信关站进行TDMA时隙或者载波资源分配，源信关站给终端发送切换指令。

如下图6所示，为波束切换影响因子，在进行切换设计时应进行完备考虑，分为直接影响因子、间接影响因子和环境影响因子。

直接影响因子至少包括：接收频点、接收符号速率、本振、极化和发射频点；间接影响因子至少包括：网管地图精度、ACU锁定时间和经纬度上报周期；环境影响因子至少包括：信噪比和飞行速度。

在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤S30中，具体包括：

步骤S301、在确定进行波束切换后，网管做出切换核准判定并做好下发切换指示的准备；

步骤S302、网管通知网络控制单元为移动终端准备无线资源，并通知移动性代理模块远端站位置已变更；

步骤S303、移动性代理模块完成出境业务切换准备。

其中，移动性代理模块与加速功能部署在同一服务器中，加速设备串联进系统。

在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤S40中，在网络控制单元接收到网管发送的切换指示后，网络控制单元向移动终端下发目标波束详细资源信息。

在本发明的一个实施例中，优选地，所述目标波束详细资源信息至少包括频点、符号速率、极化、卫星经度、滚降、波束ID、出境超帧信息、登陆ID、组ID信息。

在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤S40中，所述移动终端在接收到目标波束详细资源信息后，根据目标波束详细资源信息进行切换、同步、登陆流程。

在本发明的一个实施例中，优选地，在所述源波束的波束模型中引入切换余量，所述切换余量根据波束范围内的EIRP值确定，有利于避免乒乓切换的情况并提高切换成功率。

在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：

步骤S50、在完成波束切换后，向网管发送切换指示反馈。

如图8所示，根据本发明的另一种实施方式，本发明的一种高通量卫星通信点波束无缝切换系统，应用于上述实施方式中任一项的高通量卫星通信点波束无缝切换方法,包括：

信息接收模块，用于接收移动终端定时获取的当前位置信息；

判断模块，用于在考虑迟滞余量的情况下，根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；

信息发送模块，用于在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；

波束切换模块，在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。

在该实施例中，高通量卫星通信点波束无缝切换系统基于ANOVO卫星通信系统，参与切换组成包括：终端ACU单元、移动终端、网管、网控波束切换模块等，终端ACU单元将位置信息发送给移动终端，移动终端定期给网管上报，网管的信息接收模块在接到上述位置信息后，进行位置、功率等计算，通过判断模块判断是否进行波束切换，利用信息发送模块给网络控制单元下发切换信息，网络控制单元将切换极化、终端入境载波资源、以及终端出境资源信息发送给移动终端，移动终端通过波束切换模块进行切换、同步、登陆流程。

根据本发明的再一种实施方式，本发明的一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施方式中任一项的高通量卫星通信点波束无缝切换方法。

根据本发明的又一种实施方式，本发明的一种终端，包括：存储器和处理器，存储中保存有计算机程序；其中，

处理器被配置为执行存储器中的计算机程序；

计算机程序被处理器执行时实现上述实施方式中任一项的高通量卫星通信点波束无缝切换方法。

本发明一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法，具体特性如下：

a.支持单星单站，单星多站，多星多站等各种切换场景；

b.支持Ka/Ku不同频段波束的切换；

c.支持船载，机载，车载，高铁等多种移动终端；

d.网管支持系统波束覆盖信息导入和处理，覆盖区域展示，远端站轨迹显示等功能；

e.波束切换过程中可实现业务连续不中断；

f.系统支持任意载波覆盖地区终端接入认证；

g.切换过程支持无线资源负载均衡及QoS一致性策略保障；

h.在多个波束重叠区域，如果资源均可用，则优先选择信号质量好的波束进行切换；

i.采用防止乒乓切换技术；

j.针对特定终端或VNO内所有终端可支持预定义的波束切换策略，可依据预先知道的轨迹，预先定义切换策略；

k.移动终端支持业务缓存、业务传输优化功能，可较大提升用户业务体验。

l.移动终端内存储地图信息，视网络规模其地图信息可为不完整版，支持在线实时更新地图信息。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，包括：

步骤S10、移动终端定时获取当前位置信息并将位置信息入境给网管，终端入境采用双通道芯片，两通道连接一个FPGA，多个信关站之间采用STP同步方式；

步骤S20、在考虑迟滞余量的情况下，网管根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；

步骤S30、在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；

步骤S40、在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。

2.根据权利要求1所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，在所述步骤S20中，具体包括：

步骤S201、对比所述移动终端接收到的源波束的信噪比与预设信噪比阈值的大小；

步骤S202、在源波束的信噪比小于预设信噪比阈值时，确认进行波束切换。

3.根据权利要求2所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，在所述步骤S20中，还包括：

步骤S203、判断所述移动终端是否在多个信关站的重叠区，若否，则执行步骤S204,若是，则执行步骤S205；

步骤S204、移动终端根据内部地图和载波资源进行自动查找波束；

步骤S205、移动终端目标通道进行另外波束轮询锁定，查找最优波束。

4.根据权利要求3所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，在所述步骤S30中，具体包括：

步骤S301、在确定进行波束切换后，网管做出切换核准判定并做好下发切换指示的准备；

步骤S302、网管通知网络控制单元为移动终端准备无线资源，并通知移动性代理模块远端站位置已变更；

步骤S303、移动性代理模块完成出境业务切换准备。

5.根据权利要求1所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，在所述步骤S40中，在网络控制单元接收到网管发送的切换指示后，网络控制单元向移动终端下发目标波束详细资源信息。

6.根据权利要求5所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，所述目标波束详细资源信息至少包括频点、符号速率、极化、卫星经度、滚降、波束ID、出境超帧信息、登陆ID、组ID信息。

7.根据权利要求6所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，在所述步骤S40中，所述移动终端在接收到目标波束详细资源信息后，根据目标波束详细资源信息进行切换、同步、登陆流程。

8.根据权利要求2所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，在所述源波束的波束模型中引入切换余量，所述切换余量根据波束范围内的EIRP值确定。

9.根据权利要求1所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，其特征在于，还包括：

步骤S50、在完成波束切换后，向网管发送切换指示反馈。

10.一种高通量卫星通信点波束无缝切换系统，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述的高通量卫星通信点波束无缝切换方法，包括：

信息接收模块，用于接收移动终端定时获取的当前位置信息；

判断模块，用于在考虑迟滞余量的情况下，根据移动终端的位置信息判定是否进行波束切换；

信息发送模块，用于在确定进行波束切换后，网管通知网络控制单元准备波束切换；

波束切换模块，在网络控制单元完成资源负载均衡后通知网管，网管发送切换指示，完成波束切换。

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