專利名稱：一種用于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星選擇接入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星選擇接入裝置，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星選擇接入裝置研究是現(xiàn)在和未來(lái)衛(wèi)星通信發(fā)展的重要方向。在低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中低軌衛(wèi)星的數(shù)目比較多，多星覆蓋率也相對(duì)較高。比如全球星系統(tǒng)，雙星覆蓋率超過(guò)80%，雙星以上的覆蓋率也超過(guò)50%。一個(gè)用戶被多顆衛(wèi)星同時(shí)覆蓋，怎樣從當(dāng)前覆蓋的多顆衛(wèi)星中選擇適當(dāng)?shù)男l(wèi)星進(jìn)行接入，這是衛(wèi)星選擇接入裝置在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。同時(shí)，由于低軌衛(wèi)星和用戶終端之間的高速運(yùn)動(dòng)，使得部分呼叫會(huì)越過(guò)衛(wèi)星的覆蓋邊界，在這種情況下，需要將這部分呼叫切換至相鄰的具有空閑信道上繼續(xù)服務(wù)，這同樣也是衛(wèi)星選擇接入裝置在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題?；谝陨蟽蓚€(gè)方面，低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的接入裝置主要有:(I)最短距離接入裝置。這種裝置使用戶從當(dāng)前覆蓋的多顆衛(wèi)星當(dāng)中選擇距離最短的衛(wèi)星進(jìn)行接入。該裝置雖然比較簡(jiǎn)單，但其不足之處在于因?yàn)闆]有利用LEO衛(wèi)星系統(tǒng)星座運(yùn)行規(guī)律的先驗(yàn)知識(shí)，不能有效的降低切換請(qǐng)求到達(dá)率。(2)最長(zhǎng)覆蓋時(shí)間接入裝置。這種裝置使用戶從當(dāng)前覆蓋的多顆衛(wèi)星當(dāng)中選擇覆蓋時(shí)間最長(zhǎng)的衛(wèi)星進(jìn)行接入。該裝置采用的思想能夠最大限度的降低切換次數(shù)，不僅可以減少由切換引起的系統(tǒng)開銷，而且獲得很低的切換請(qǐng)求到達(dá)率。(3)負(fù)載均衡接入裝置。用戶在選擇衛(wèi)星進(jìn)行接入的時(shí)候，重點(diǎn)考慮衛(wèi)星的負(fù)載狀況。因此，這種裝置可以使用戶選擇空閑信道數(shù)最多的衛(wèi)星進(jìn)行接入。這樣可以使整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)具有均勻的業(yè)務(wù)分布，避免部分衛(wèi)星過(guò)載。
(4)綜合加權(quán)接入裝置。這是目前應(yīng)用最廣的衛(wèi)星選擇接入裝置。此類裝置在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮仰角、衛(wèi)星覆蓋時(shí)間以及衛(wèi)星空閑信道數(shù)狀況，因此相對(duì)比較復(fù)雜。采取加權(quán)的設(shè)計(jì)思想，可以靈活調(diào)整加權(quán)系數(shù)使系統(tǒng)的接入性能進(jìn)一步優(yōu)化。但該裝置的不足之處在于僅僅從仰角方面來(lái)考慮無(wú)線鏈路的通信質(zhì)量狀況。雖然在理論上盡可能選擇仰角大的衛(wèi)星接入，但在實(shí)際情況中無(wú)線鏈路陰影效應(yīng)等的影響，空間集合上仰角大的衛(wèi)星并不一定能提供最好的通信質(zhì)量，而且仰角趨近于最小時(shí)，信道將出現(xiàn)嚴(yán)重惡化，這在實(shí)際中也是很難接受的。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星選擇接入裝置，其考慮了綜合加權(quán)接入裝置的不足，在盡量不增加成本的前提下，既能充分保證接入時(shí)基本的通信質(zhì)量狀況，有效降低強(qiáng)制中斷率以及呼叫阻塞率，又能使空間的通信業(yè)務(wù)趨于平衡，防止衛(wèi)星過(guò)載。本實(shí)用新型包括覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊及目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊，衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，衛(wèi)星空閑信道數(shù)檢測(cè)模塊及衛(wèi)星接收信噪比檢測(cè)模塊；覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊；目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊。本實(shí)用新型原理:(1)覆蓋用戶衛(wèi)星集合計(jì)算模塊。該模塊用于計(jì)算當(dāng)前覆蓋用戶的衛(wèi)星集合，也即有多少顆衛(wèi)星同時(shí)覆蓋用戶。(2)衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊。該模塊通過(guò)衛(wèi)星與地球的覆蓋關(guān)系，計(jì)算出衛(wèi)星集合中每顆衛(wèi)星對(duì)用戶的覆蓋時(shí)間。(3)衛(wèi)星空閑信道數(shù)、接收信號(hào)信噪比監(jiān)測(cè)模塊。該模塊中會(huì)設(shè)計(jì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)控制中心，它的功能就是維護(hù)星座網(wǎng)內(nèi)所有用戶的位置信息和管理全局的衛(wèi)星信道資源，支持信噪比監(jiān)測(cè)。通過(guò)該模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前衛(wèi)星當(dāng)中的空閑信道數(shù)以及衛(wèi)星接收信號(hào)的信噪比情況。如果監(jiān)測(cè)到衛(wèi)星沒有空閑信道數(shù)則放棄，則在余下的衛(wèi)星中繼續(xù)檢測(cè)并計(jì)算空閑信道的個(gè)數(shù)。同時(shí)設(shè)定接入的門限值，如果所選衛(wèi)星的信噪比達(dá)到門限值要求，則允許接入，反之，則在余下的衛(wèi)星中繼續(xù)選擇并對(duì)其信噪比進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。(4)目標(biāo)函數(shù)計(jì)算比較模塊。該模塊是一個(gè)計(jì)算模塊，它包含一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算公式，能夠?qū)⒁陨蠝y(cè)得的衛(wèi)星覆蓋時(shí)間、衛(wèi)星空閑信道數(shù)以及接收信號(hào)的信噪比以加權(quán)的方式進(jìn)行綜合計(jì)算，并對(duì)計(jì)算得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，選擇目標(biāo)函數(shù)值最大的衛(wèi)星進(jìn)行接入。本實(shí)用新型有益的效果:(1)本實(shí)用新型能夠保證用戶接入衛(wèi)星時(shí)基本的鏈路通信質(zhì)量狀況；(2)本實(shí)用新型能有效的降低切換次數(shù)，減小由切換引起的系統(tǒng)開銷，獲得很低的切換失敗率；(3)本實(shí)用新型使整個(gè)空間的通信業(yè)務(wù)趨于均衡，避免呼叫繁忙的衛(wèi)星過(guò)載:(4)本實(shí)用新型可以獲得更低的新呼叫阻塞率以及強(qiáng)制中斷率；(5)加權(quán)系數(shù)可以靈活的進(jìn)行調(diào)整使整個(gè)系統(tǒng)的接入性能達(dá)到更優(yōu)。

圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖圖2本實(shí)用新型的原理流程圖
具體實(shí)施方式
圖1所示:覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊及目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊，衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，衛(wèi)星空閑信道數(shù)檢測(cè)模塊及衛(wèi)星接收信噪比檢測(cè)模塊；覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊；目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊。目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊通過(guò)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的值，選擇目標(biāo)函數(shù)值最大的衛(wèi)星進(jìn)行接入。覆蓋用戶衛(wèi)星集合計(jì)算模塊用于計(jì)算當(dāng)前覆蓋用戶的衛(wèi)星集合，也即有多少顆衛(wèi)星同時(shí)覆蓋用戶。衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊通過(guò)衛(wèi)星與地球的覆蓋關(guān)系，計(jì)算出衛(wèi)星集合中每顆衛(wèi)星對(duì)用戶的覆蓋時(shí)間。衛(wèi)星空閑信道數(shù)、接收信號(hào)信噪比監(jiān)測(cè)模塊會(huì)設(shè)計(jì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)控制中心，它的功能就是維護(hù)星座網(wǎng)內(nèi)所有用戶的位置信息和管理全局的衛(wèi)星信道資源，支持信噪比監(jiān)測(cè)。通過(guò)該模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前衛(wèi)星當(dāng)中的空閑信道數(shù)以及衛(wèi)星接收信號(hào)的信噪比情況。如果監(jiān)測(cè)到衛(wèi)星沒有空閑信道數(shù)則放棄，則在余下的衛(wèi)星中繼續(xù)檢測(cè)并計(jì)算空閑信道的個(gè)數(shù)。同時(shí)設(shè)定接入的門限值，如果所選衛(wèi)星的信噪比達(dá)到門限值要求，則允許接入，反之，則在余下的衛(wèi)星中繼續(xù)選擇并對(duì)其信噪比進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目標(biāo)函數(shù)計(jì)算比較模塊是一個(gè)計(jì)算模塊，它包含一個(gè)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算公式，能夠?qū)⒁陨蠝y(cè)得的衛(wèi)星覆蓋時(shí)間、衛(wèi)星空閑信道數(shù)以及接收信號(hào)的信噪比以加權(quán)的方式進(jìn)行綜合計(jì)算，并對(duì)計(jì)算得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，選擇目標(biāo)函數(shù)值最大的衛(wèi)星進(jìn)行接入。根據(jù)實(shí)際需求選取適當(dāng)?shù)募訖?quán)系數(shù)，通過(guò)覆蓋用戶衛(wèi)星集合計(jì)算模塊計(jì)算出覆蓋用戶的衛(wèi)星的集合，利用衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊、衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊、接收信號(hào)信噪比監(jiān)測(cè)模塊分別獲得覆蓋時(shí)間、衛(wèi)星空閑信道數(shù)、接收信號(hào)的信噪比，最后通過(guò)目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊，選擇目標(biāo)函數(shù)值最大的衛(wèi)星進(jìn)行接入。具體操作為:第一步:根據(jù)不同的業(yè)務(wù)區(qū)域和不同的業(yè)務(wù)時(shí)段選取不同的加權(quán)系數(shù)，在這里設(shè)定加權(quán)系數(shù)均為1.[0017]第二步:計(jì)算出覆蓋用戶的衛(wèi)星集合設(shè)星座系統(tǒng)軌道傾角為i，軌道高度為h, Se為衛(wèi)星的星下點(diǎn)，M是地面用戶節(jié)點(diǎn)，星下點(diǎn)是指衛(wèi)星與地心連線與地球表面的交點(diǎn)，α是衛(wèi)星對(duì)地面的最大覆蓋地心角，β是衛(wèi)星的最大半視角，則某時(shí)刻衛(wèi)星對(duì)地面的覆蓋區(qū)是以衛(wèi)星與地心O的連線為軸線、半徑等于地球半徑R、球面角等于2 α的球帽區(qū)。設(shè)衛(wèi)星在任一時(shí)刻t(t>0)的星下點(diǎn)經(jīng)度緯度Us, IlO,地面用戶M的經(jīng)緯度為Uni, ￥m),則用戶與地心O、星下點(diǎn)S的地心角Y滿足:cos Y =sin ￥ssin ￥m+cos ￥scos ￥mcos ( λ s- λ m |),如果衛(wèi)星和用戶的地心角Y滿足位于區(qū)間[0，α ]的條件，則地面用戶能被衛(wèi)星觀測(cè)即該衛(wèi)星覆蓋用戶Μ，該條件為:cos Y ^ cos α，也即 sin ￥ssin ￥m+cos ￥scos ￥mcos ( As-Aj) ^ cos α。因此，只要衛(wèi)星滿足上述條件就認(rèn)為是覆蓋用戶的衛(wèi)星。第三步:計(jì)算出覆蓋用戶的衛(wèi)星集合后，對(duì)集合S中的衛(wèi)星分別計(jì)算出剩余覆蓋時(shí)間T.。用戶與到衛(wèi)星星下點(diǎn)的地心角Y可以計(jì)算為:
權(quán)利要求1.一種用于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星選擇接入裝置，包括覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊及目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊，衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，衛(wèi)星空閑信道數(shù)檢測(cè)模塊及衛(wèi)星接收信噪比檢測(cè)模塊，其特征在于:覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊；目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于低軌衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星選擇接入裝置，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型的覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，覆蓋用戶的衛(wèi)星集合計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊；目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星覆蓋時(shí)間計(jì)算模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星空閑信道數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，目標(biāo)函數(shù)計(jì)算模塊連接衛(wèi)星接收信噪比監(jiān)測(cè)模塊。
文檔編號(hào)H04B7/185GK202918292SQ20122052063
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者別玉霞, 劉海燕, 魏德賓, 焦棟 申請(qǐng)人:大連大學(xué)