一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法及装置，移动终端根据接收服务卫星信号强度，判决切换触发时刻，随后，再根据接收的卫星星历参数，预测低轨卫星的星下点位置，根据预测的星下点位置计算切换触发时刻的覆盖卫星集合，将移动终端与覆盖卫星集合内各卫星所有波束的波束特征点集合比较，得到邻区列表。移动终端计算邻区列表内每一个波束的可视时间，筛除可视时间小于波束可视时间阈值的波束，选择筛除后的邻区列表中切换权值最大的波束作为目标波束，最后将切换至目标波束的请求发送至源波束。该方法具有提升波束小区切换可靠性，降低乒乓切换概率，减少系统控制信令数目，提升网络效率的特点。

A cell switching method and device of LEO satellite constellation system based on ephemeris information

【技术实现步骤摘要】
一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法及装置
本专利技术是一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法及装置，属于移动通信系统中移动性管理领域。
技术介绍
低轨卫星通信系统具有低时延、高带宽利用率和移动终端低功耗等特点，是未来移动通信技术的发展方向之一。但同时，由于LEO系统卫星轨道高度低，卫星相对地球高速运动，导致通信连接频繁地在卫星间或波束间发生切换，大大增加了系统控制信令的开销，并使得掉话率和通话中止概率显著提升。因此，移动性管理技术是低轨卫星通信系统的研究重点与热点。目前，对低轨卫星通信系统切换技术的研究主要包括了网络层切换的研究和链路层切换的研究。网络层切换的研究主要是利用移动IP(MobileIP，MIP)技术对移动终端IP进行管理，链路层切换的研究主要是探讨不同切换准则对移动终端掉话率、呼叫阻塞率、网络利用率等指标的影响。根据切换波束与源波束卫星归属，链路层切换可以分为卫星间切换和波束间切换。卫星间切换指移动终端从一个卫星覆盖区域切换到另一个卫星的覆盖范围，波束间切换指移动终端在同一颗卫星的不同波束间进行切换。对低轨卫星通信系统，波束间切换的频繁性要求切换准则的设计需要着重考虑避免“乒乓切换”的出现。目前，低轨卫星通信系统链路层切换的常见准则包括了最强信号准则、最长可视时间准则、最大仰角准则以及最小负载准则。对这些准则的研究通常以理想蜂窝状波束为基础进行，较少考虑到实际系统的需求以及实现的可行性。因此，本专利技术提出一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法及其装置。>
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题为：本专利技术针对低轨卫星通信系统的切换准则进行研究，提出一种基于星历轨迹预测的切换方法及其装置，对接收的广播星历信息进行预测，结合移动终端的地理位置信息，计算切换触发时刻的邻区列表，并根据波束可视时间与接收信号强度从邻区列表筛选最佳接入波束，从而降低了移动终端切换的频率，减少了“乒乓切换”的发生概率，提升了系统整体的网络利用率。本专利技术的技术解决方案为：本专利技术采用的技术方案为：一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法，步骤如下：(1)移动终端接收当前时刻t的当前服务小区的信号，判断接收的当前服务小区的信号强度是否小于任意一个相邻服务小区的信号强度测量阈值Pthresh1，若是则继续执行步骤(2)；否则，当前服务小区不需要切换；(2)移动终端接收时刻t的广播星历信息，根据时刻t的广播星历信息中时刻t的服务卫星位置，确定时刻t的星下点位置，根据时刻t的星下点位置，计算移动终端到服务卫星星下点距离dTH(t)；(3)移动终端根据移动终端到服务卫星星下点距离dTH(t)，计算服务卫星的星下半张角及运动方向偏角μ(t)，并根据服务卫星的星下半张角及运动方向偏角μ(t)，计算理想接收信号功率sideal(t)；判断sideal(t)是否小于等于设置的理想通信门限值，若是，则继续执行步骤(4)，否则，时刻t增加间隔Δt后的值赋给t，替换步骤(2)中的t并返回步骤(2)；(4)移动终端根据时刻t的卫星位置，计算该移动终端的覆盖卫星集内所有波束的临界功率，将临界功率与步骤(3)理想接收信号功率sideal(t)比较，若大于等于，则将该临界功率对应的波束放到移动终端的邻区列表中，否则，舍弃该临界功率对应的波束；(5)移动终端同时对当前服务小区的信号与邻区列表内波束的信号强度进行测量，判断当前服务小区接收信号强度是否小于设置的切换触发阈值Pthresh2，若小于，则继续执行步骤(6)，否则，当前服务小区不需要切换；(6)逐个计算邻区列表内的各波束对应的移动终端的波束可视时间；(7)移动终端筛除邻区列表中小于设定的波束可视时间阈值tthresh的可视时间对应的波束，若筛除后的邻区列表为空，则将设定的波束可视时间阈值tthresh的大小减半，重新对原邻区列表进行筛除，直到邻区列表不为空；(8)计算筛除后的邻区列表中所有波束的波束切换权值，选择邻区列表中具有最大波束切换权值的波束作为目标波束，将当前波束切换至目标波束。优选的，所述步骤(1)中，服务小区的接收信号强度Pmeas(t)的计算公式为：其中，N是采样窗口的长度，Δt是测量的间隔，αn是不同采样时刻接收功率的权值，P(t-nΔt)代表t-nΔt时刻的实际接收功率；优选的，星下点位置(sj,sw)的计算公式为：其中，(xr,yr,zr)是低轨卫星在地心惯性坐标系下的坐标，GAST表示当前时刻的格林尼治恒星时，在数值上等于格林尼治平恒星时GMST，GMST的计算公式为：其中，参数C4、C5的值分别为一个太阳日所包含的秒数以及太阳日与恒星日的转换系数，参数UT的计算公式为：UT＝mod(JD+0.5,1)[公式4]其中，JD表示当天对应的儒略日，计算公式为：其中，参数Y、M、D表示当天对应的年份、月份和日期，GMST0代表世界时0点时的格林尼治平恒星时，计算公式为：GMST0＝C0+C1T+C2T2-C3T3[公式6]其中，参数C0、C1、C2和C3的值分别为24110.54841、8640184.812866、0.093104和6.2*10-6，T＝(JD-2451545.0-UT)/36525.0。优选的，终端-星下点距离的计算公式为：其中，(uj,uw)表示移动终端当前的位置，(sj,sw)代表星下点当前的位置，RE代表地球半径。星下半张角计算公式为：其中，dTH(t)代表t时刻的终端-星下点距离，RE代表地球半径，h代表轨道高度。运动方向偏角计算公式为：其中，RE代表地球半径，参量dTQ(t)计算公式为：参量dHQ(t)计算公式为：优选的，理想接收信号功率的计算公式为：sideal(t)＝10logδ2-Lr(t)[公式12]其中，δ代表t时刻的信号场值，计算公式为：δ＝H(u,v)[公式13]其中，δ＝H(u,v)代表与移动终端对应的星上天线的UV坐标系坐标-场值映射关系。Lr(t)为信号相对路损，计算公式为：其中，RE代表地球半径，h代表轨道高度，代表t时刻的星下半张角。波束可视的条件为：sideal(t)>sthresh[公式15]其中，sthresh代表波束可视临界功率值，其计算公式为：sthresh＝sguarantee+soff[公式16]其中，sguarantee是保障移动终端通信的最小相对接收功率，由链路预算确定。soff代表移动终端因信号衰落产生的强度下降值，其计算公式为：其中，Pideal(thandover)代表切换触发时刻thandover的理想接收功率，Pmeas(thandover)代表切换触发时刻的实际测量信号强度值。优选的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法，其特征在于步骤如下：/n(1)移动终端接收当前时刻t的当前服务小区的信号，判断接收的当前服务小区的信号强度是否小于任意一个相邻服务小区的信号强度测量阈值P

【技术特征摘要】
1.一种基于星历信息的低轨卫星星座系统小区切换方法，其特征在于步骤如下：
(1)移动终端接收当前时刻t的当前服务小区的信号，判断接收的当前服务小区的信号强度是否小于任意一个相邻服务小区的信号强度测量阈值Pthresh1，若是则继续执行步骤(2)；否则，当前服务小区不需要切换；
(2)移动终端接收时刻t的广播星历信息，根据时刻t的广播星历信息中时刻t的服务卫星位置，确定时刻t的星下点位置，根据时刻t的星下点位置，计算移动终端到服务卫星星下点距离dTH(t)；
(3)移动终端根据移动终端到服务卫星星下点距离dTH(t)，计算服务卫星的星下半张角及运动方向偏角μ(t)，并根据服务卫星的星下半张角及运动方向偏角μ(t)，计算理想接收信号功率sideal(t)；判断sideal(t)是否小于等于设置的理想通信门限值，若是，则继续执行步骤(4)，否则，时刻t增加间隔Δt后的值赋给t，替换步骤(2)中的t并返回步骤(2)；
(4)移动终端根据时刻t的卫星位置，计算该移动终端的覆盖卫星集内所有波束的临界功率，将临界功率与步骤(3)理想接收信号功率sideal(t)比较，若大于等于，则将该临界功率对应的波束放到移动终端的邻区列表中，否则，舍弃该临界功率对应的波束；
(5)移动终端同时对当前服务小区的信号与邻区列表内波束的信号强度进行测量，判断当前服务小区接收信号强度是否小于设置的切换触发阈值Pthresh2，若小于，则继续执行步骤(6)，否则，当前服务小区不需要切换；
(6)逐个计算邻区列表内的各波束对应的移动终端的波束可视时间；
(7)移动终端筛除邻区列表中小于设定的波束可视时间阈值tthresh的可视时间对应的波束，若筛除后的邻区列表为空，则将设定的波束可视时间阈值tthresh的大小减半，重新对原邻区列表进行筛除，直到邻区列表不为空；
(8)计算筛除后的邻区列表中所有波束的波束切换权值，选择邻区列表中具有最大波束切换权值的波束作为目标波束，将当前波束切换至目标波束。


2.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统中基于星历轨迹预测的切换方法，其特征在于，服务小区的接收信号强度Pmeas(t)的计算公式为：



其中，N是采样窗口的长度，Δt是测量的间隔，αn是不同采样时刻接收功率的权值，P(t-nΔt)代表t-nΔt时刻的实际接收功率。


3.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统中基于星历轨迹预测的切换方法，其特征在于，星下点位置(sj,sw)的计算公式为：



其中，(xr,yr,zr)是低轨卫星在地心惯性坐标系下的坐标，GAST表示当前时刻的格林尼治恒星时，在数值上近似等于格林尼治平恒星时GMST，其计算公式为：



其中，参数C4、C5的值分别为一个太阳日所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田洲，刘岩，惠蕾放，孙汉汶，赵雨，毛一丁，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61