一种降低卫星通信系统切换时延的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星通信技术领域，涉及一种降低卫星通信系统切换时延的方法，特 别涉及地球同步轨道卫星同一信关站中点波束之间的切换方法。
【背景技术】
[0002] 随着高速公路、高速铁路的快速发展，以及飞机的普及，当前移动终端具有分布范 围广、移动速度快、移动路径规律性强等特点，然而目前无线移动通信系统很难满足相关性 能要求，因此利用移动卫星通信系统为高速移动终端提供通信业务，具有波束覆盖范围大、 建设速度快、节约地面资源、易于广播和多址通信等优势。移动卫星通信系统，例如高轨道 静止卫星系统（GEO，GeostationaryEarthOrbit)，由多点波束构成，每个波束构成一个小 区，可以覆盖几百公里的距离，因此波束之间的切换不会太频繁。利用移动卫星通信系统的 广覆盖特点，可以在很大程度上减少多普勒频移对高速移动终端影响。
[0003]GE0移动卫星通信系统，由透明转发的高轨道卫星、地面信关站和移动用户构成， 采用星状方式组网，为高速移动终端提供通信业务。GE0移动卫星通信系统由地球同步轨道 卫星、卫星控制中心、一系列信关站以及大量用户终端（即移动地球站）组成。在GE0移动 卫星通信系统中，波束中心功率值最大，波束功率值向波束边沿按照一定规律的下降。当高 速移动终端远离波束中心向相临波束移动时，本波束信号强度和信号质量逐渐降低而临波 束信号强度和信号质量逐渐增强，当达到一定的程度时，将进行波束之间的切换。
[0004] 传统的切换算法是根据导频信号的强度来判断是否要进行切换，只有当来自源波 束小区的信号强度和信号质量低于目标小区一定值时，才进行波束之间的切换。由于GE0 卫星移动通信系统具有波束覆盖大、信号传输时延长、星上资源受限等特点，传统切换算法 往往不能满足GE0卫星中真实环境实时性要求。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降低卫星通信系统切换时延的方法，该方 法充分考虑了卫星通信系统终端定位特点，而且考虑了数字地图以及导航信息；不但大幅 降低卫星波束切换的时延，而且可以降低切换的乒乓效应。
[0006]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]-种降低卫星通信系统切换时延的方法，在本方法中，利用卫星通信系统移动终 端位置信息，结合历史测量信息获取切换位置区域；根据导航路径，对可能跨越切换位置区 域进行预判；结合数字地图获得当前移动终端的速度矢量，当移动终端当前位置行驶至切 换位置区域时间小于某门限值时，完成预切换，最后通过测量进行切换确认。
[0008] 进一步，该方法具体包括以下步骤：
[0009] 步骤一：获取切换位置区域；所述切换位置区域是相邻波束之间，当移动终端从 一个波束向另一个波束移动时，可以进行切换的位置区域；
[0010] 步骤二：规划导航路径；当移动终端计划从A地到B地时，需要在数字地图上进行 交通线路规划以寻找最佳路径，一旦路径规划完成，即可判决该路径是否与步骤一中的数 字地图切换位置区域有重合区域，若存在重合区域，执行下面的步骤；
[0011] 步骤三：确定移动终端速度矢量：在数字地图上，在一定时间间隔t内（例如定位 周期时间），用户由位置A(XdYuZJ运动到位置B(X2,Y2,Z2)，则用户的速度为：
[0013] 步骤四：切换判决：移动终端从位置P0到位置P1需要时间小于某个门限△t时， 即可启动切换过程，即：
_其中V表示为移动终端速度矢量f在道路方向上的分量，D 为位置P0与位置P1之间的距离。
[0014] 进一步，在步骤一中，采用以下方法获取切换位置区域：跟踪移动终端切换历史信 息，读取GMR-1卫星系统GBCH(GPSBroadcastControlCHannel)信道中的位置信息，并在 数字地图上显示为切换位置区域；或者，跟踪移动终端切换历史信息，利用GMR-1卫星系统 移动终端GPS位置信息，在数字地图上显示为切换位置区域；或者，在GMR-1卫星移动通信 系统波束规划和测试过程中，利用高精度移动终端GPS位置信息，并在数字地图上显示为 切换位置区域。
[0015] 进一步，在步骤一中，采用以下方法获取切换位置区域：在数字地图交通道路网 中，跟踪移动终端切换历史信息，采用北斗卫星定位系统高精度定位信息，并在数字地图交 通道路上显示切换位置区域。
[0016] 进一步，在步骤四中，切换判决标准还包括：邻波束信号质量是否大于本波束信号 质量的加权值，BP，
[0017] LQI邻彡a .LQI本
[0018] 其中，LQI表示波束信号链路质量，α表示加权系数，取值范围为0-1，若上式成 立，则启动切换过程。
[0019] 进一步，在步骤四中，切换判决标准还包括：移动终端与信关站之间距离是否大于 某门限值，ΒΡ:
[0020] MS_BS_DIST彡β·DMax
[0021] 其中，MS_BS_DIST表示移动终端与信关站之间距离，β表示加权系数，取值范围 为0-1，DMax表示最大允许的距离门限值，若上式成立，则启动切换过程。
[0022] 进一步，在步骤四中，切换判决标准还包括：邻波束信号电平是否大于本波束信号 电平的加权值，即，
[0023]RSSI邻彡γ·RSSI本
[0024] 其中，RSSI表示波束信号电平，γ表示加权系数，取值范围为0-1，若上式成立，则 启动切换过程。
[0025] 本发明的有益效果在于：本发明所述方法不仅可以大幅降低卫星波束切换的时 延，而且可以降低切换的乒乓效应。
【附图说明】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0027] 图1为本发明中切换流程图；
[0028] 图2为本发明中切换位置区域示意图；
[0029] 图3为本发明中GMR-1系统组成示意图；
[0030] 图4为本发明中GMR-1波束切换示意图；
[0031] 图5为本发明中接收机位置示意图。
【具体实施方式】
[0032] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0033] 图1为本发明中切换流程图，如图所示，本发明所述方法包括以下步骤：步骤一： 获取切换位置区域；步骤二：规划导航路径；步骤三：确定移动终端速度矢量；步骤四：切 换判决。
[0034] 如图3所示为GMR-1系统组成示意图。该系统由地球同步轨道卫星、卫星控制中 心、一系列信关站以及大量用户终端组成。一个信关站包括一个或多个信关收发子系统和 一个或多个信关站控制器以及多个移动交换中心。一个信关站控制一个或几个波束，当用 户移动到波束边缘时，当前的波束如果不能满足通信的需求时，需要从服务波束切换到目 标波束，类似于地面蜂窝网的越区切换。GMR-1卫星波束切换的场景如图2所示。
[0035] 为了测得切换的区域，可以采用GPS卫星所发送的定位信号，跟踪并标记移动终 端切换历史信息，测得在某一区域范围内所有切换历史，以此可知该区域是两个波束的重 叠区域，标记该区域并在数字地图交通道路上显示切换位置区域。
[0036]GPS卫星所发送的定位信号，包含了移动终端坐标位置、速度、方向等各项状态参 数和各项姿态参数。利用该信息，在地心地固坐标系中，计算卫星位置坐标为：
[0037] Xk=