[发明专利]一种低轨卫星通信系统的信道切换方法

说明书

本发明属于卫星移动通信领域，提供了一种低轨卫星通信系统的信道切换方法。该方法包括：在卫星的各波束中预留切换专用信道；预留的信道数动态变化，若波束中切换呼叫拥塞概率增加，增加切换专用的预留信道，若波束中原始呼叫拥塞率增加，减少切换专用的预留信道，保持切换拥塞概率和原始呼叫拥塞概率成比例；原始呼叫发起前，在目标波束中预留所需的切换专用信道；预留成功后，可在当前波束下接入呼叫。其有益效果是：在保证正在进行的呼叫不会发生切换失败的同时，也保证了原始呼叫和切换呼叫之间的公平性，卫星能够自适应根据用户流量变化调整信道。

技术领域

本发明属于卫星通信领域，具体为低轨卫星通信系统的信道切换方法。

背景技术

在卫星移动通信系统中，处于卫星覆盖区内的所有地球站都能访问卫星，但是由于通信卫星的频率和功率资源比较宝贵，这些资源都是由系统中的所有用户共享，因此，必须要控制地球站对卫星的访问，这就是信道分配方式研究的问题。

卫星通常配备多波束天线，卫星的一个波束覆盖区就相当于地面系统中的一个蜂窝小区，只是卫星波束覆盖区的直径在几百至几千公里，要远大于地面蜂窝小区的直径。由于卫星和用户都可能是移动的，在用户的通信过程中很可能会发生用户从一个波束覆盖区进入另一个波束覆盖区的情形。为确保通信不中断，系统必须能在该用户穿过相邻波束覆盖区边界时，自动为其在新的波束中分配一条信道并完成响应的接续控制，然后收回在原来波束中使用的信道和停止接续控制，这就是切换需要研究的问题。

切换和信道分配是紧密结合的两个问题，所谓信道分配是在用户发起呼叫时需要系统为其初始分配一个信道的过程，通常只涉及到一个波束；而在用户通信过程中，由于原先分配的信道无法再使用而需要系统为其重新分配一条信道并收回原先分配的信道的过程称为切换，通常涉及到两个或多个波束。可见，信道分配是切换的基础，但切换不仅仅涉及信道切换，还涉及接续控制等其他一些内容。

不同的系统使用不同的策略来处理切换请求。大致分为无优先权策略和优先权策略两大类。优先权切换策略可分为切换排队策略和信道预留策略。

无优先权方案不区分新增连接和切换连接，只要有足够的资源，发出请求的连接就可以得到服务。这种方案没有体现切换连接的优先级高于新增连接的优先级，所以一般不被采用。

对于切换排队策略，它也不能保证强迫中断的概率为零，而且其性能受卫星速度、重叠区域的大小、呼叫到达率以及信号传播条件的影响。当卫星速度太高，呼叫到达率很高或者重叠区域相对很小，则将会导致比较大的切换阻塞率，切换排队策略的性能改善不大。

传统保护信道方案在切换呼叫阻塞率和呼叫服务等级上具有很大的优势，它所采用的信道锁定机制虽比较简便，但是由于被锁定的信道仅能被占有者使用，当占有者当前不传送信息时，其他用户仍不能使用该信道，这样信道利用率就很低，同时，保护信道用户持有的过度优先权使原始呼叫阻塞率很高。

发明内容

针对保护信道方案对切换用户赋予过度优先权，导致原始呼叫和切换呼叫用户公平性不能保证的问题，提出了一个公平性的动态信道预留方案。

具体步骤如下：

步骤一，设定信道切换的场景，建立低轨卫星通信系统的模型。假设低轨卫星是具有多个点波束的通信系统，每个波束下的信道数、业务类型一致，每个波束下的用户发起原始呼叫和切换呼叫的到达服从泊松分布，相应的到达时间间隔服从到达率为λ_n和λ_h的负指数分布。原始呼叫和切换呼叫在每个波束内的信道占用时间服从负指数分布。每个波束分割成A和B两个区域，区域A是远离小区切换边界的区域，区域B是靠近小区切换边界的区域。

步骤二，在卫星的各波束中为将信道分为切换专用信道和公用信道两部分，设每个波束的信道数为C，专用信道的阈值设为CH，0到CH之间的信道被切换呼叫用户占用，CH到C之间的信道被原始呼叫用户和切换呼叫用户竞争占用。