一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法。方法为：首先信关站接收终端发送的切换指标，存储该终端已发送的指标；然后信关站判断终端是否已位于波束切换临界区内，计算终端当前位置与各临近波束中心点的距离、当前位置与当前波束中心点的距离，判断是否存在更小距离，是则进行波束切换；否则计算下一次上报时该终端的位置，若该预测位置仍在当前波束的覆盖范围内，且不位于切换临界区内，则无需切换；否则信关站计算预测的终端位置与各波束中心点的距离，判断是否存在更小距离，是则计算终端进入该波束的时间，通知终端进行切换的时间；否则无需切换。本发明专利技术解决了终端移动过程中波束切换的问题，提高了波束切换的精准程度。换的精准程度。换的精准程度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信
，特别是一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法。

技术介绍

[0002]在卫星通信系统中，由于卫星和终端的移动性，当卫星和终端都处于运动中时，终端可能会移出当前波束，穿越到其他的临近波束中。为了保持终端的通信质量，需要在终端穿越波束边界时进行波束或卫星间的切换。切换是卫星移动通信系统中重要的设计部分，一般情况下，不同的卫星通信系统场景，选择的切换算法是不一样的，切换算法的好坏和切换判决策略的正确与否，直接影响到系统的通信性能。根据卫星通信系统场景的不同，以及切换前后终端的位置，终端是否由同一信关站服务，终端是否由同一卫星服务，终端是否在同一波束覆盖之下，一般有四种不同的切换方式：第一种是同一卫星不同波束之间的切换；第二种是同一信关站不同卫星间的切换；第三种是不同信关站同一卫星间的切换；第四种是不同信关站不同卫星间的切换。由于卫星和移动终端之间相对高速运动，终端用户需要在卫星之间不断切换以获得不间断的通信服务。切换算法的性能将直接影响用户的通话质量。
[0003]切换技术保证了服务的连续性，但又给整个系统带来了更大的开销。在无线资源受限的卫星移动通信系统中，由于卫星带宽资源昂贵、链接请求用户终端越来越多，不必要的切换会造成系统资源浪费，因此，如何根据使用场景选择合适的切换策略是目前亟待解决的问题。
[0004]专利技术专利CN202011124839.8公开了一种基于多维度的卫星波束切换方法和系统，基于多维度指标进行卫星波束切换。该专利技术所采用的技术方案为：监测当前卫星终端的待切换指标信息，待切换指标信息包括当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临近波束的位置坐标；根据所属待切换指标信息得到切换门限最大值，以当前信关站判断所属切换门限最大值满足预设条件时，对卫星进行波束切换。该专利技术采用基于模糊逻辑系统的判决算法，模糊逻辑系统的输入参数是多维度的，且通过分时主动测量方法获取原波束和临近波束之间的位置坐标，模糊逻辑系统的输出参数不是一个单一值，可通过测量多个临近波束的相关参数获取到多个切换门限值，并从中得到切换门限的最大值，该最大值作为不同波束之间切换的判断依据，这样可以准确获取需要切换的目标波束。然而，该专利技术依然存在以下问题：(1)终端只获取了当前时刻原波束接收信号强度、各临近波束的接收信号强度、信道质量、各临近波束可用资源、各临近波束的位置坐标，并未获取终端本身的位置信息、航向、航速；(2)终端的运动轨迹并非是一成不变的直线，而很可能是曲线，没有从运动的角度进行波束切换的选择；(3)终端的计算能力相对来说比较弱，计算切换门限所需时间较长，但是终端的移动速度可能很快，在这种情况下，信关站接收到终端发送的切换门限时，距离终端采样时的情况就有了很大的误差，影响波束切换的实时性和准确性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，以解决终端移动过程中波束切换的问题，减小终端计算时间带来的误差，提高波束切换的精准程度。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、信关站接收终端发送的切换指标，存储该终端已发送的指标；
[0008]步骤2、信关站判断当前波束的信号强度是否低于切换阈值，或者终端是否已位于当前波束切换临界区内：是则进入步骤3；否则通知终端无需切换；
[0009]步骤3、信关站计算终端当前位置与各临近波束中心点的距离、当前位置与当前波束中心点的距离，判断是否存在更小距离波束，且该更小距离波束的信号强度高于当前波束的信号强度：是则通知终端进行切换，目标波束为该更小距离波束中的最小距离波束，切换时机为立刻；否则进入步骤4；
[0010]步骤4、信关站根据当前航向、航速、历史轨迹，计算下一次上报时终端的预测位置：若该预测位置仍在当前波束覆盖范围内，且不位于当前波束切换临界区内，则通知终端无需切换；否则进入步骤5；
[0011]步骤5、信关站计算终端的预测位置与各波束中心点的距离，判断预测位置与当前波束中心点的距离是否最小：是则通知终端无需切换；否则根据航速航向计算终端进入距离最小波束的时间，通知终端切换至该距离最小波束。
[0012]一种基于位置预测的多维度卫星波束切换装置，包括：
[0013]信关站接收存储模块，用于接收终端发送的切换指标，存储该终端已发送的指标；
[0014]信关站第一判断模块，用于判断当前波束的信号强度是否低于切换阈值，或者终端是否已位于当前波束切换临界区内：是则进入信关站第二判断模块；否则通知终端无需切换；
[0015]信关站第二判断模块，用于计算终端当前位置与各临近波束中心点的距离、当前位置与当前波束中心点的距离，判断是否存在更小距离波束，且该更小距离波束的信号强度高于当前波束的信号强度：是则通知终端进行切换，目标波束为该更小距离波束中的最小距离波束，切换时机为立刻；否则进入信关站第三判断模块；
[0016]信关站第三判断模块，用于根据当前航向、航速、历史轨迹，计算下一次上报时终端的预测位置：若该预测位置仍在当前波束覆盖范围内，且不位于当前波束切换临界区内，则通知终端无需切换；否则进入信关站第四判断模块；
[0017]信关站第四判断模块，用于计算终端的预测位置与各波束中心点的距离，判断预测位置与当前波束中心点的距离是否最小：是则通知终端无需切换；否则根据航速航向计算终端进入距离最小波束的时间，通知终端切换至该距离最小波束。
[0018]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本方法能够解决终端移动过程中波束切换的问题；(2)根据终端的位置信息、航向、航速、历史轨迹、原波束信号强度、原波束位置信息、临近波束位置信息、临近波束信号强度等数据进行综合考虑切换的目的波束、切换时机，减小终端计算时间带来的误差，提高波束切换的精准程度。
附图说明
[0019]图1是本专利技术一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法的流程示意图。
具体实施方式
[0020]本专利技术一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，包括以下步骤：
[0021]步骤1、信关站接收终端发送的切换指标，存储该终端已发送的指标；
[0022]步骤2、信关站判断当前波束的信号强度是否低于切换阈值，或者终端是否已位于当前波束切换临界区内：是则进入步骤3；否则通知终端无需切换；
[0023]步骤3、信关站计算终端当前位置与各临近波束中心点的距离、当前位置与当前波束中心点的距离，判断是否存在更小距离波束，且该更小距离波束的信号强度高于当前波束的信号强度：是则通知终端进行切换，目标波束为该更小距离波束中的最小距离波束，切换时机为立刻；否则进入步骤4；
[0024]步骤4、信关站根据当前航向、航速、历史轨迹，计算下一次上报时终端的预测位置：若该预测位置仍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、信关站接收终端发送的切换指标，存储该终端已发送的指标；步骤2、信关站判断当前波束的信号强度是否低于切换阈值，或者终端是否已位于当前波束切换临界区内：是则进入步骤3；否则通知终端无需切换；步骤3、信关站计算终端当前位置与各临近波束中心点的距离、当前位置与当前波束中心点的距离，判断是否存在更小距离波束，且该更小距离波束的信号强度高于当前波束的信号强度：是则通知终端进行切换，目标波束为该更小距离波束中的最小距离波束，切换时机为立刻；否则进入步骤4；步骤4、信关站根据当前航向、航速、历史轨迹，计算下一次上报时终端的预测位置：若该预测位置仍在当前波束覆盖范围内，且不位于当前波束切换临界区内，则通知终端无需切换；否则进入步骤5；步骤5、信关站计算终端的预测位置与各波束中心点的距离，判断预测位置与当前波束中心点的距离是否最小：是则通知终端无需切换；否则根据航速航向计算终端进入距离最小波束的时间，通知终端切换至该距离最小波束。2.根据权利要求1所述的基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，其特征在于，步骤1所述的信关站接收终端发送的切换指标，存储该终端已发送的指标，具体如下：步骤1.1、信关站存储各波束位置信息；步骤1.2、将各波束位置信息使用等积圆柱投影法转换为平面坐标系，并计算切换临界区；步骤1.3、信关站将各波束点以平面坐标表示；步骤1.4、信关站接收并存储终端上报的切换指标。3.根据权利要求2所述的基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，其特征在于，步骤1.1所述的信关站存储各波束位置信息，具体如下：信关站存储各波束位置信息：点P以经度θ1、纬度表示：波束中心C表示为：波束边界Vertexs以顶点的组表示：Vertexs＝{P1,P2,
…
,P
n
}波束Beam以边界和中心点表示：Beam＝{Vertexs,C}。4.根据权利要求2所述的基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，其特征在于，步骤1.2所述的将各波束位置信息使用等积圆柱投影法转换为平面坐标系，并计算切换临界区，具体如下：设置临近切换距离dis；对于波束覆盖边界多边形：Vertexs＝{P1,P2,
…
,P
n
}
求每条边的表达式：y＝ax+b其中，x、y分别表示x、y坐标轴；其中，x、y分别表示x、y坐标轴；(x
n
,y
n
)、(x
n+1
,y
n+1
)分别表示第n、n+1个坐标点；计算位于多边形内部且与边的距离为dis的临界线表达式：y＝cx+d其中：c＝a计算相邻两条临界线的交点q(x,y)，其中：计算相邻两条临界线的交点q(x,y)，其中：则临界区记录为顶点为临界点的多边形与波束覆盖多边形围成的带状区域：V
p
＝{q1,q2,
…
,q
n
}。5.根据权利要求2所述的基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，其特征在于，步骤1.3所述的信关站将各波束点以平面坐标表示，具体如下：点以平面坐标表示：R＝{x,y}波束中心表示为：M＝{x,y}波束边界以顶点的组表示：V＝{R1,R2,
…
,R
n
}波束以边界和中心点表示：Beam＝{V,M}。6.根据权利要求2所述的基于位置预测的多维度卫星波束切换方法，其特征在于，步骤1.4所述的信关站接收并存储终端上报的切换指标，具体如下：信关站接收终端上报的切换指标T：T＝{Pos,Dir,Spe,CN
c
,CNs
n
}其中Pos为终端当前的经纬度，Dir为终端当前航向，Spe为终端当前航速，CN
c
为终端当前所在波束的信号强度，CNs

【专利技术属性】
技术研发人员：赵克胜，邱春荣，严英姿，李娟娟，张宇航，
申请(专利权)人：南京熊猫汉达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：