專利名稱：一種用于低軌衛星通信網絡的衛星選擇接入裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于低軌衛星通信網絡的衛星選擇接入裝置，屬于無線通信技術領域。
背景技術：
基于低軌衛星通信網絡的衛星選擇接入裝置研究是現在和未來衛星通信發展的重要方向。在低軌衛星通信網絡中低軌衛星的數目比較多，多星覆蓋率也相對較高。比如全球星系統，雙星覆蓋率超過80%，雙星以上的覆蓋率也超過50%。一個用戶被多顆衛星同時覆蓋，怎樣從當前覆蓋的多顆衛星中選擇適當的衛星進行接入，這是衛星選擇接入裝置在設計時需要考慮的問題。同時，由于低軌衛星和用戶終端之間的高速運動，使得部分呼叫會越過衛星的覆蓋邊界，在這種情況下，需要將這部分呼叫切換至相鄰的具有空閑信道上繼續服務，這同樣也是衛星選擇接入裝置在設計時需要考慮的問題。基于以上兩個方面，低軌衛星通信網絡的接入裝置主要有:(I)最短距離接入裝置。這種裝置使用戶從當前覆蓋的多顆衛星當中選擇距離最短的衛星進行接入。該裝置雖然比較簡單，但其不足之處在于因為沒有利用LEO衛星系統星座運行規律的先驗知識，不能有效的降低切換請求到達率。(2)最長覆蓋時間接入裝置。這種裝置使用戶從當前覆蓋的多顆衛星當中選擇覆蓋時間最長的衛星進行接入。該裝置采用的思想能夠最大限度的降低切換次數，不僅可以減少由切換引起的系統開銷，而且獲得很低的切換請求到達率。(3)負載均衡接入裝置。用戶在選擇衛星進行接入的時候，重點考慮衛星的負載狀況。因此，這種裝置可以使用戶選擇空閑信道數最多的衛星進行接入。這樣可以使整個通信網絡具有均勻的業務分布，避免部分衛星過載。
(4)綜合加權接入裝置。這是目前應用最廣的衛星選擇接入裝置。此類裝置在設計時需要考慮仰角、衛星覆蓋時間以及衛星空閑信道數狀況，因此相對比較復雜。采取加權的設計思想，可以靈活調整加權系數使系統的接入性能進一步優化。但該裝置的不足之處在于僅僅從仰角方面來考慮無線鏈路的通信質量狀況。雖然在理論上盡可能選擇仰角大的衛星接入，但在實際情況中無線鏈路陰影效應等的影響，空間集合上仰角大的衛星并不一定能提供最好的通信質量，而且仰角趨近于最小時，信道將出現嚴重惡化，這在實際中也是很難接受的。
發明內容為了克服上述的不足，本實用新型的目的在于提供一種用于低軌衛星通信網絡的衛星選擇接入裝置，其考慮了綜合加權接入裝置的不足，在盡量不增加成本的前提下，既能充分保證接入時基本的通信質量狀況，有效降低強制中斷率以及呼叫阻塞率，又能使空間的通信業務趨于平衡，防止衛星過載。本實用新型包括覆蓋用戶的衛星集合計算模塊及目標函數計算模塊，衛星覆蓋時間計算模塊，衛星空閑信道數檢測模塊及衛星接收信噪比檢測模塊；覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊；目標函數計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，目標函數計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，目標函數計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊。本實用新型原理:(1)覆蓋用戶衛星集合計算模塊。該模塊用于計算當前覆蓋用戶的衛星集合，也即有多少顆衛星同時覆蓋用戶。(2)衛星覆蓋時間計算模塊。該模塊通過衛星與地球的覆蓋關系，計算出衛星集合中每顆衛星對用戶的覆蓋時間。(3)衛星空閑信道數、接收信號信噪比監測模塊。該模塊中會設計衛星網絡控制中心，它的功能就是維護星座網內所有用戶的位置信息和管理全局的衛星信道資源，支持信噪比監測。通過該模塊可以實時監測當前衛星當中的空閑信道數以及衛星接收信號的信噪比情況。如果監測到衛星沒有空閑信道數則放棄，則在余下的衛星中繼續檢測并計算空閑信道的個數。同時設定接入的門限值，如果所選衛星的信噪比達到門限值要求，則允許接入，反之，則在余下的衛星中繼續選擇并對其信噪比進行實時監測。(4)目標函數計算比較模塊。該模塊是一個計算模塊，它包含一個目標函數的計算公式，能夠將以上測得的衛星覆蓋時間、衛星空閑信道數以及接收信號的信噪比以加權的方式進行綜合計算，并對計算得結果進行對比，選擇目標函數值最大的衛星進行接入。本實用新型有益的效果:(1)本實用新型能夠保證用戶接入衛星時基本的鏈路通信質量狀況；(2)本實用新型能有效的降低切換次數，減小由切換引起的系統開銷，獲得很低的切換失敗率；(3)本實用新型使整個空間的通信業務趨于均衡，避免呼叫繁忙的衛星過載:(4)本實用新型可以獲得更低的新呼叫阻塞率以及強制中斷率；(5)加權系數可以靈活的進行調整使整個系統的接入性能達到更優。
圖1本實用新型的結構框圖圖2本實用新型的原理流程圖
具體實施方式
圖1所示:覆蓋用戶的衛星集合計算模塊及目標函數計算模塊，衛星覆蓋時間計算模塊，衛星空閑信道數檢測模塊及衛星接收信噪比檢測模塊；覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊；目標函數計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，目標函數計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，目標函數計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊。目標函數計算模塊通過計算目標函數的值，選擇目標函數值最大的衛星進行接入。覆蓋用戶衛星集合計算模塊用于計算當前覆蓋用戶的衛星集合，也即有多少顆衛星同時覆蓋用戶。衛星覆蓋時間計算模塊通過衛星與地球的覆蓋關系，計算出衛星集合中每顆衛星對用戶的覆蓋時間。衛星空閑信道數、接收信號信噪比監測模塊會設計衛星網絡控制中心，它的功能就是維護星座網內所有用戶的位置信息和管理全局的衛星信道資源，支持信噪比監測。通過該模塊可以實時監測當前衛星當中的空閑信道數以及衛星接收信號的信噪比情況。如果監測到衛星沒有空閑信道數則放棄，則在余下的衛星中繼續檢測并計算空閑信道的個數。同時設定接入的門限值，如果所選衛星的信噪比達到門限值要求，則允許接入，反之，則在余下的衛星中繼續選擇并對其信噪比進行實時監測。目標函數計算比較模塊是一個計算模塊，它包含一個目標函數的計算公式，能夠將以上測得的衛星覆蓋時間、衛星空閑信道數以及接收信號的信噪比以加權的方式進行綜合計算，并對計算得結果進行對比，選擇目標函數值最大的衛星進行接入。根據實際需求選取適當的加權系數，通過覆蓋用戶衛星集合計算模塊計算出覆蓋用戶的衛星的集合，利用衛星覆蓋時間計算模塊、衛星空閑信道數監測模塊、接收信號信噪比監測模塊分別獲得覆蓋時間、衛星空閑信道數、接收信號的信噪比，最后通過目標函數計算模塊，選擇目標函數值最大的衛星進行接入。具體操作為:第一步:根據不同的業務區域和不同的業務時段選取不同的加權系數，在這里設定加權系數均為1.[0017]第二步:計算出覆蓋用戶的衛星集合設星座系統軌道傾角為i，軌道高度為h, Se為衛星的星下點，M是地面用戶節點，星下點是指衛星與地心連線與地球表面的交點，α是衛星對地面的最大覆蓋地心角，β是衛星的最大半視角，則某時刻衛星對地面的覆蓋區是以衛星與地心O的連線為軸線、半徑等于地球半徑R、球面角等于2 α的球帽區。設衛星在任一時刻t(t>0)的星下點經度緯度Us, IlO,地面用戶M的經緯度為Uni, ￥m),則用戶與地心O、星下點S的地心角Y滿足:cos Y =sin ￥ssin ￥m+cos ￥scos ￥mcos ( λ s- λ m |),如果衛星和用戶的地心角Y滿足位于區間[0，α ]的條件，則地面用戶能被衛星觀測即該衛星覆蓋用戶Μ，該條件為:cos Y ^ cos α，也即 sin ￥ssin ￥m+cos ￥scos ￥mcos ( As-Aj) ^ cos α。因此，只要衛星滿足上述條件就認為是覆蓋用戶的衛星。第三步:計算出覆蓋用戶的衛星集合后，對集合S中的衛星分別計算出剩余覆蓋時間T.。用戶與到衛星星下點的地心角Y可以計算為:
權利要求1.一種用于低軌衛星通信網絡的衛星選擇接入裝置，包括覆蓋用戶的衛星集合計算模塊及目標函數計算模塊，衛星覆蓋時間計算模塊，衛星空閑信道數檢測模塊及衛星接收信噪比檢測模塊，其特征在于:覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊；目標函數計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，目標函數計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，目標函數計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種用于低軌衛星通信網絡的衛星選擇接入裝置，屬于無線通信技術領域。本實用新型的覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，覆蓋用戶的衛星集合計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊；目標函數計算模塊連接衛星覆蓋時間計算模塊，目標函數計算模塊連接衛星空閑信道數監測模塊，目標函數計算模塊連接衛星接收信噪比監測模塊。
文檔編號H04B7/185GK202918292SQ20122052063
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者別玉霞, 劉海燕, 魏德賓, 焦棟 申請人:大連大學