一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法、装置及系统与流程

[0001]
本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法、装置及系统。


背景技术：

[0002]
随着移动通信技术的发展，广覆盖、大容量、高带宽的需求不断增长，卫星通信具备覆盖范围广、不受地理条件限制、不受自然灾害影响、系统可用带宽较高、容量较大、扩展性强等优势，特别是高通量(hts—high throughput satellite)卫星、低轨宽带卫星，目前是卫星通信领域的研究热点。传统的宽波束卫星很难满足大容量、高带宽的要求，多波束、波束数字成形技术的发展使得多点波束的通信卫星得到了广泛应用，hts卫星、低轨通信卫星通过多波束、频率复用可以极大的提高系统容量。未来卫星通信对移动终端(包括机载、铁路、车载、船载等)的支持是必然趋势，终端移动的过程中需要在不同的服务卫星波束下进行切换，合理有效利用星上资源的同时保证业务的连续性与通信质量。
[0003]
硬切换策略实施相对简单，对地面设备的技术要求低，但切换过程中会发生通信的暂时中断，移动终端与源波束断开连接后重新接入新的服务波束。地面移动通信(lte、5g)有较为成熟的小区切换技术，终端测量上报邻区信息，基站进行测量判决，指示终端发起切换，切换过程中需要终端同时完成多个邻区的测量与上报，对终端硬件以及空口的资源要求较高。
[0004]
但是，目前还没有针对卫星通信的成熟的波束切换技术。


技术实现要素：

[0005]
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法、装置及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006]
一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法，应用于网络控制中心，包括：
[0007]
s1、接收卫星终端的上报消息，其中，所述上报消息包括终端当前的位置信息pos、服务波束信号功率强度p0；
[0008]
s2、判断所述上报消息中服务波束信号功率强度小于预设强度阈值p
thres
时，则获取该服务波束的邻波束信息；
[0009]
s3、查询每个邻波束对应的pm矩阵，根据每个pm矩阵获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值p
i
(i∈1
…
n)，n为邻波束的个数；
[0010]
s4、按照功率大小对每个功率强度标定值p
i
进行排序，按照排序后的结果遍历邻波束；
[0011]
s5、当判断邻波束满足预设切换条件时，则将该邻波束设置为切换候选波束；
[0012]
s6、判断切换候选波束大于预设时长条件时，选择功率强度标定值p
i
最大的波束作为切换目标；
[0013]
s7、在所述切换目标波束下为卫星终端分配通信资源，以通过切换信令指示卫星
终端发起切换操作。
[0014]
在一个具体实施方式中，所述预设切换条件为p0+q
thres
<p
i
，其中，p0为服务波束信号功率强度，p
i
为邻波束功率强度标定值，q
thres
为波束选择强度阈值。
[0015]
在一个具体实施方式中，所述上报消息为周期性触发消息或事件性触发消息。
[0016]
在一个具体实施方式中，所述步骤s3包括：
[0017]
s301、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端偏离基准方向的角度θ，其中，θ按照一定的粒度划分，选取最接近的方向角度；
[0018]
s302、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端距离波束中心的距离d，其中，d按照一定的粒度划分，选取最接近的距离；
[0019]
s303、根据(θ，d)查询pm矩阵，获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值；
[0020]
其中，该pm矩阵包括卫星波束下该(θ，d)对应的落地功率值，第一维下标θ，表示终端位置与基准方向的偏离角度，第二维下标d表示标定点离波束中心的距离，θ和d的设置粒度根据波束的覆盖范围、波束落地功率在地面的起伏波动程度、ncc内存大小及处理能力确定。
[0021]
在一个具体实施方式中，所述步骤s3包括：
[0022]
s311、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端距离波束中心的距离d，其中，d按照一定的粒度划分，选取最接近的距离；
[0023]
s312、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端偏离基准方向的角度θ，其中，θ按照一定的粒度划分，选取最接近的方向角度；
[0024]
s313、根据(d，θ)查询pm矩阵，获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值；
[0025]
其中，该pm矩阵包括卫星波束下该(d，θ)对应的落地功率值，第一维下标d，表示终端位置与基准方向的偏离角度，第二维下标θ表示标定点离波束中心的距离，θ和d的设置粒度根据波束的覆盖范围、波束落地功率在地面的起伏波动程度、ncc内存大小及处理能力确定。
[0026]
本发明同时提供了一种基于信号落地功率标定值的波束切换装置，包括：
[0027]
消息接收模块，用于接收卫星终端的上报消息，其中，所述上报消息包括终端当前的位置信息pos、服务波束信号功率强度p0；
[0028]
邻波束信息获取模块，用于判断所述上报消息中服务波束信号功率强度小于预设强度阈值p
thres
时，则获取该服务波束的邻波束信息；
[0029]
功率强度标定值获取模块，用于查询每个邻波束对应的pm矩阵，根据每个pm矩阵获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值p
i
(i∈1
…
n)，n为邻波束的个数；
[0030]
排序模块，用于按照功率大小对每个功率强度标定值p
i
进行排序，按照排序后的结果遍历邻波束；
[0031]
切换候选波束筛选模块，用于当判断邻波束满足预设切换条件时，则将该邻波束设置为切换候选波束；
[0032]
切换目标确定模块，用于判断切换候选波束大于预设时长条件时，选择功率强度标定值p
i
最大的波束作为切换目标；
[0033]
资源分配模块，用于在所述切换目标波束下为卫星终端分配通信资源，以通过切换信令指示卫星终端发起切换操作。
[0034]
在一个具体实施方式中，所述预设切换条件为p0+q
thres
<p
i
，其中，p0为服务波束信号功率强度，p
i
为邻波束功率强度标定值，q
thres
为波束选择强度阈值。
[0035]
在一个具体实施方式中，所述上报消息为周期性触发消息或事件性触发消息。
[0036]
在一个具体实施方式中，所述功率强度标定值获取模块包括：
[0037]
偏离角度计算单元，用于根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端偏离基准方向的角度θ，其中，θ按照一定的粒度划分，选取最接近的方向角度；
[0038]
偏离距离计算单元，用于根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端距离波束中心的距离d，其中，d按照一定的粒度划分，选取最接近的距离；
[0039]
功率强度标定值计算单元，用于根据(θ，d)查询pm矩阵，获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值。
[0040]
本发明同时提供了一种基于信号落地功率标定值的波束切换系统，包括网络控制中心和卫星终端，所述网络控制中心对所述卫星终端进行服务波束切换时，执行如上述任一项所述方法的步骤。
[0041]
本发明的有益效果：
[0042]
本发明的基于信号落地功率标定值的波束切换系统在终端波束切换过程中综合考虑了服务波束的功率测量值以及邻波束的功率标定值，切换过程中引入了对邻波束功率值的考量，但不需要终端支持邻波束测量功能，不增加硬件复杂度的同时改善了卫星通信终端的切换性能，不支持多通道测量的终端也可以在ncc(网络控制中心)的控制下切换到合适的目标波束。
[0043]
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0044]
图1是本发明实施例提供的一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法流程示意图；
[0045]
图2是本发明实施例提供的一种卫星波束地面功率标定点分布示意图；
[0046]
图3是本发明实施例提供的另一种卫星波束地面功率标定点分布示意图；
[0047]
图4是本发明实施例提供的一种基于信号落地功率标定值的波束切换装置模块框图；
[0048]
图5是本发明实施例提供的一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法波束切换判决与切换触发过程流程图。
具体实施方式
[0049]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0050]
实施例一
[0051]
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法流程示意图，应用于网络控制中心，包括：
[0052]
s1、接收卫星终端的上报消息，其中，所述上报消息包括终端当前的位置信息pos、服务波束信号功率强度p0；
[0053]
s2、判断所述上报消息中服务波束信号功率强度小于预设强度阈值p
thres
时，则获取该服务波束的邻波束信息；
[0054]
s3、查询每个邻波束对应的pm矩阵，根据每个pm矩阵获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值p
i
(i∈1
…
n)，n为邻波束的个数；
[0055]
s4、按照功率大小对每个功率强度标定值p
i
进行排序，按照排序后的结果遍历邻波束；
[0056]
s5、当判断邻波束满足预设切换条件时，则将该邻波束设置为切换候选波束；
[0057]
s6、判断切换候选波束大于预设时长条件时，选择功率强度标定值p
i
最大的波束作为切换目标；
[0058]
s7、在所述切换目标波束下为卫星终端分配通信资源，以通过切换信令指示卫星终端发起切换操作。
[0059]
在一个具体实施方式中，所述预设切换条件为p0+q
thres
<p
i
，其中，p0为服务波束信号功率强度，p
i
为邻波束功率强度标定值，q
thres
为波束选择强度阈值。需要说明的是，q
thres
的设定主要和卫星波束的大小、功率分布有关系，再具体实施时，可根据卫星波束及功率参数选择合适的q
thres
。
[0060]
在一个具体实施方式中，所述上报消息为周期性触发消息或事件性触发消息。
[0061]
在一个具体实施方式中，所述步骤s3包括：
[0062]
s301、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端偏离基准方向的角度θ，其中，θ按照一定的粒度划分，选取最接近的方向角度；
[0063]
s302、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端距离波束中心的距离d，其中，d按照一定的粒度划分，选取最接近的距离；
[0064]
s303、根据(θ，d)查询pm矩阵，获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值。
[0065]
在该方案中，功率标定形式如图2，例如是圆形、椭圆形、多边形波束覆盖区域功率标定位置分布情况，图2中的各点代表了需要标定功率值的位置点，一个波束下所有标定点的功率值信息在ncc本地以二维的数据结构pm(powermatrix)矩阵的形式保存，第一维下标θ，表示终端位置与基准方向的偏离角度，第二维下标d表示标定点离波束中心的距离。
[0066]
在一个具体实施方式中，所述步骤s3包括：
[0067]
s311、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端距离波束中心的距离d，其中，d按照一定的粒度划分，选取最接近的距离；
[0068]
s312、根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端偏离基准方向的角度θ，其中，θ按照一定的粒度划分，选取最接近的方向角度；
[0069]
s313、根据(d，θ)查询pm矩阵，获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值。
[0070]
在该方案中，功率标定形式如图3，ncc本地仍以二维的数据结构pm(powermatrix)矩阵的形式保存，与第一种功率标定形式不同，第一维下标d表示标定点离波束中心的距离，第二维下标θ，表示终端位置与基准方向的偏离角度。
[0071]
上述两种功率值标定形式中θ和d的设置粒度可以根据波束的覆盖范围、波束落地功率在地面的起伏波动程度、ncc内存大小及处理能力等决定，可以是静态的，也可以是周期性或指令触发式动态生成的。如第一种标定形式θ按照5
°
的间隔设置，d按照10的间隔进行设置。再如第二种标定形式，d按照20的间隔进行设置，针对不同的d，θ按照不同的间隔进
行设置，d越大，θ越小。pm矩阵所有的功率信息在地面进行计算标定，按需进行更新。上述仅对圆形、椭圆形、正六边形波束覆盖区的标定形式进行了示意，其它任何形状的波束覆盖区都可以采用类似的方法进行标定。
[0072]
本发明的基于信号落地功率标定值的波束切换系统在终端波束切换过程中综合考虑了服务波束的功率测量值以及邻波束的功率标定值，切换过程中引入了对邻波束功率值的考量，但不需要终端支持邻波束测量功能，不增加硬件复杂度的同时改善了卫星通信终端的切换性能，不支持多通道测量的终端也可以在ncc(网络控制中心)的控制下切换到合适的目标波束。
[0073]
实施例二
[0074]
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种基于信号落地功率标定值的波束切换装置模块框图，包括：
[0075]
消息接收模块1，用于接收卫星终端的上报消息，其中，所述上报消息包括终端当前的位置信息pos、服务波束信号功率强度p0；
[0076]
邻波束信息获取模块2，用于判断所述上报消息中服务波束信号功率强度小于预设强度阈值p
thres
时，则获取该服务波束的邻波束信息；
[0077]
功率强度标定值获取模块3，用于查询每个邻波束对应的pm矩阵，根据每个pm矩阵获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值p
i
(i∈1
…
n)，n为邻波束的个数；
[0078]
排序模块4，用于按照功率大小对每个功率强度标定值p
i
进行排序，按照排序后的结果遍历邻波束；
[0079]
切换候选波束筛选模块5，用于当判断邻波束满足预设切换条件时，则将该邻波束设置为切换候选波束；
[0080]
切换目标确定模块6，用于判断切换候选波束大于预设时长条件时，选择功率强度标定值p
i
最大的波束作为切换目标；
[0081]
资源分配模块7，用于在所述切换目标波束下为卫星终端分配通信资源，以通过切换信令指示卫星终端发起切换操作。
[0082]
在一个具体实施方式中，所述预设切换条件为p0+q
thres
<p
i
，其中，p0为服务波束信号功率强度，p
i
为邻波束功率强度标定值，q
thres
为波束选择强度阈值。
[0083]
在一个具体实施方式中，所述上报消息为周期性触发消息或事件性触发消息。
[0084]
在一个具体实施方式中，所述功率强度标定值获取模块3包括：
[0085]
偏离角度计算单元，用于根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端偏离基准方向的角度θ，其中，θ按照一定的粒度划分，选取最接近的方向角度；
[0086]
偏离距离计算单元，用于根据当前上报的终端位置与波束中心位置，计算终端距离波束中心的距离d，其中，d按照一定的粒度划分，选取最接近的距离；
[0087]
功率强度标定值计算单元，用于根据(θ，d)查询pm矩阵，获取该波束下终端对应位置的功率强度标定值。
[0088]
本发明同时提供了一种基于信号落地功率标定值的波束切换系统，包括网络控制中心和卫星终端，所述网络控制中心对所述卫星终端进行服务波束切换时，执行如上述实施例一方法的步骤。
[0089]
实施例三
[0090]
本发明在实施时，主要包括以下四个大步骤：
[0091]
(1)卫星波束在地面投影功率分布值标定。
[0092]
卫星波束投入使用前需要对波束覆盖范围内的各点落地功率进行评估标定，按照图2或图3所示的分布方式进行标定，得到波束覆盖范围内的功率分布矩阵pm。pm的时效性可以根据系统的需求进行设置，pm矩阵周期性或者按照指令要求进行重新标定。
[0093]
(2)终端接入卫星网络，周期上报位置信息及服务波束功率信息
[0094]
波束投入使用后，卫星终端通过该波束接入卫星网络，ncc通过指令给终端分配通信资源，同时指示终端周期性上报位置信息，以及对应服务波束下的功率强度信息。终端收到ncc的指令，后续周期性上报当前的位置信息，以及服务波束功率测量值。
[0095]
(3)ncc根据终端上报的信息，完成切换判决。
[0096]
ncc内部软件收到终端周期性的上报信息，记录终端上报的位置及功率，查询终端当前服务波束的相邻波束，通过查询各邻波束pm矩阵，获取终端在该邻波束下对应位置的功率强度标定值，根据当前上报的服务波束功率强度，以及邻波束的功率强度标定值进行切换判决。为了防止乒乓效应，服务波束功率强度增加一定的余量q
thres
，邻波束的功率强度标定值连续多个周期都好于服务波束，则触发波束切换过程，选定目标波束，ncc在目标波束为终端重新分配通信资源，下发信令指示终端进行切换到。
[0097]
(4)终端在ncc的指示下完成切换。
[0098]
终端收到ncc的指令，按照指令指示切换到对应的目标波束，在新的波束下继续完成后续业务。
[0099]
在具体的实施场景中，请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种基于信号落地功率标定值的波束切换方法波束切换判决与切换触发过程流程图。
[0100]
步骤1、ncc收到终端上报消息，保存终端上报的位置p
os
、服务波束强度p0；
[0101]
步骤2、判断上报消息中服务波束信号功率强度是否小于预设强度阈值p
thres
，若否，则结束切换，若是，则执行步骤3；
[0102]
步骤3、ncc通过当前服务波束获取所有的邻波束信息；
[0103]
步骤4、逐个查询邻波束的pm矩阵，获取邻波束下的功率强度标定值p
i
(i∈1
…
n)；
[0104]
步骤5、按照功率强度标定值p
i
(i∈1
…
n)对邻波束进行排序；
[0105]
步骤6、按照排序后的结果，遍历邻波束i＝1
…
n；
[0106]
步骤7、判断i是否小于或等于n，若是，则执行步骤8，若否，则执行步骤11；
[0107]
步骤8、判断功率强度标定值p
i
(i∈1
…
n)是否大于服务波束强度p0和之和，若是，则执行步骤9；若否，则执行步骤10；
[0108]
步骤9、将该波束设置为切换候选波束，累计该波束满足切换时长条件的时间，对i进行+1操作后返回执行步骤7；
[0109]
步骤10、将该波束设置为非候选波束，清除已累计该波束满足切换时长条件的时间，对i进行+1操作后返回执行步骤7；
[0110]
步骤11、判断是否存在波束累计时长大于预设时长t
acc
，若否，则结束切换，若是，则执行步骤步骤12；
[0111]
步骤12、触发切换过程，ncc选择累计时长满足t
acc
且功率p
i
最大的波束作为切换目标；
[0112]
步骤13、ncc在目标波束下为终端重新分配通信资源，通过信令终端发起切换。
[0113]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
[0114]
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
[0115]
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“系统”。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过internet或其它有线或无线电信系统。
[0116]
本申请是参照本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0117]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0118]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0119]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。