一種降低衛星通信系統切換時延的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于衛星通信技術領域，涉及一種降低衛星通信系統切換時延的方法，特 別涉及地球同步軌道衛星同一信關站中點波束之間的切換方法。
【背景技術】
[0002] 隨著高速公路、高速鐵路的快速發展，以及飛機的普及，當前移動終端具有分布范 圍廣、移動速度快、移動路徑規律性強等特點，然而目前無線移動通信系統很難滿足相關性 能要求，因此利用移動衛星通信系統為高速移動終端提供通信業務，具有波束覆蓋范圍大、 建設速度快、節約地面資源、易于廣播和多址通信等優勢。移動衛星通信系統，例如高軌道 靜止衛星系統（GEO，GeostationaryEarthOrbit)，由多點波束構成，每個波束構成一個小 區，可以覆蓋幾百公里的距離，因此波束之間的切換不會太頻繁。利用移動衛星通信系統的 廣覆蓋特點，可以在很大程度上減少多普勒頻移對高速移動終端影響。
[0003]GE0移動衛星通信系統，由透明轉發的高軌道衛星、地面信關站和移動用戶構成， 采用星狀方式組網，為高速移動終端提供通信業務。GE0移動衛星通信系統由地球同步軌道 衛星、衛星控制中心、一系列信關站以及大量用戶終端（即移動地球站）組成。在GE0移動 衛星通信系統中，波束中心功率值最大，波束功率值向波束邊沿按照一定規律的下降。當高 速移動終端遠離波束中心向相臨波束移動時，本波束信號強度和信號質量逐漸降低而臨波 束信號強度和信號質量逐漸增強，當達到一定的程度時，將進行波束之間的切換。
[0004] 傳統的切換算法是根據導頻信號的強度來判斷是否要進行切換，只有當來自源波 束小區的信號強度和信號質量低于目標小區一定值時，才進行波束之間的切換。由于GE0 衛星移動通信系統具有波束覆蓋大、信號傳輸時延長、星上資源受限等特點，傳統切換算法 往往不能滿足GE0衛星中真實環境實時性要求。
【發明內容】
[0005] 有鑒于此，本發明的目的在于提供一種降低衛星通信系統切換時延的方法，該方 法充分考慮了衛星通信系統終端定位特點，而且考慮了數字地圖以及導航信息；不但大幅 降低衛星波束切換的時延，而且可以降低切換的乒乓效應。
[0006]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：
[0007]-種降低衛星通信系統切換時延的方法，在本方法中，利用衛星通信系統移動終 端位置信息，結合歷史測量信息獲取切換位置區域；根據導航路徑，對可能跨越切換位置區 域進行預判；結合數字地圖獲得當前移動終端的速度矢量，當移動終端當前位置行駛至切 換位置區域時間小于某門限值時，完成預切換，最后通過測量進行切換確認。
[0008] 進一步，該方法具體包括以下步驟：
[0009] 步驟一：獲取切換位置區域；所述切換位置區域是相鄰波束之間，當移動終端從 一個波束向另一個波束移動時，可以進行切換的位置區域；
[0010] 步驟二：規劃導航路徑；當移動終端計劃從A地到B地時，需要在數字地圖上進行 交通線路規劃以尋找最佳路徑，一旦路徑規劃完成，即可判決該路徑是否與步驟一中的數 字地圖切換位置區域有重合區域，若存在重合區域，執行下面的步驟；
[0011] 步驟三：確定移動終端速度矢量：在數字地圖上，在一定時間間隔t內（例如定位 周期時間），用戶由位置A(XdYuZJ運動到位置B(X2,Y2,Z2)，則用戶的速度為：
[0013] 步驟四：切換判決：移動終端從位置P0到位置P1需要時間小于某個門限△t時， 即可啟動切換過程，即：
_其中V表示為移動終端速度矢量f在道路方向上的分量，D 為位置P0與位置P1之間的距離。
[0014] 進一步，在步驟一中，采用以下方法獲取切換位置區域：跟蹤移動終端切換歷史信 息，讀取GMR-1衛星系統GBCH(GPSBroadcastControlCHannel)信道中的位置信息，并在 數字地圖上顯示為切換位置區域；或者，跟蹤移動終端切換歷史信息，利用GMR-1衛星系統 移動終端GPS位置信息，在數字地圖上顯示為切換位置區域；或者，在GMR-1衛星移動通信 系統波束規劃和測試過程中，利用高精度移動終端GPS位置信息，并在數字地圖上顯示為 切換位置區域。
[0015] 進一步，在步驟一中，采用以下方法獲取切換位置區域：在數字地圖交通道路網 中，跟蹤移動終端切換歷史信息，采用北斗衛星定位系統高精度定位信息，并在數字地圖交 通道路上顯示切換位置區域。
[0016] 進一步，在步驟四中，切換判決標準還包括：鄰波束信號質量是否大于本波束信號 質量的加權值，BP，
[0017] LQI鄰彡a .LQI本
[0018] 其中，LQI表示波束信號鏈路質量，α表示加權系數，取值范圍為0-1，若上式成 立，則啟動切換過程。
[0019] 進一步，在步驟四中，切換判決標準還包括：移動終端與信關站之間距離是否大于 某門限值，ΒΡ:
[0020] MS_BS_DIST彡β·DMax
[0021] 其中，MS_BS_DIST表示移動終端與信關站之間距離，β表示加權系數，取值范圍 為0-1，DMax表示最大允許的距離門限值，若上式成立，則啟動切換過程。
[0022] 進一步，在步驟四中，切換判決標準還包括：鄰波束信號電平是否大于本波束信號 電平的加權值，即，
[0023]RSSI鄰彡γ·RSSI本
[0024] 其中，RSSI表示波束信號電平，γ表示加權系數，取值范圍為0-1，若上式成立，則 啟動切換過程。
[0025] 本發明的有益效果在于：本發明所述方法不僅可以大幅降低衛星波束切換的時 延，而且可以降低切換的乒乓效應。
【附圖說明】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行 說明：
[0027] 圖1為本發明中切換流程圖；
[0028] 圖2為本發明中切換位置區域示意圖；
[0029] 圖3為本發明中GMR-1系統組成示意圖；
[0030] 圖4為本發明中GMR-1波束切換示意圖；
[0031] 圖5為本發明中接收機位置示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0033] 圖1為本發明中切換流程圖，如圖所示，本發明所述方法包括以下步驟：步驟一： 獲取切換位置區域；步驟二：規劃導航路徑；步驟三：確定移動終端速度矢量；步驟四：切 換判決。
[0034] 如圖3所示為GMR-1系統組成示意圖。該系統由地球同步軌道衛星、衛星控制中 心、一系列信關站以及大量用戶終端組成。一個信關站包括一個或多個信關收發子系統和 一個或多個信關站控制器以及多個移動交換中心。一個信關站控制一個或幾個波束，當用 戶移動到波束邊緣時，當前的波束如果不能滿足通信的需求時，需要從服務波束切換到目 標波束，類似于地面蜂窩網的越區切換。GMR-1衛星波束切換的場景如圖2所示。
[0035] 為了測得切換的區域，可以采用GPS衛星所發送的定位信號，跟蹤并標記移動終 端切換歷史信息，測得在某一區域范圍內所有切換歷史，以此可知該區域是兩個波束的重 疊區域，標記該區域并在數字地圖交通道路上顯示切換位置區域。
[0036]GPS衛星所發送的定位信號，包含了移動終端坐標位置、速度、方向等各項狀態參 數和各項姿態參數。利用該信息，在地心地固坐標系中，計算衛星位置坐標為：
[0037] Xk=