[发明专利]一种支持协同切换的低轨卫星通信系统

说明书

本发明设计了一种支持协同切换的低轨卫星通信系统及其切换方法，属于卫星通信领域。其特点是利用了相控阵天线可快速改变波束指向的特点，通过卫星用户链路与馈电链路协同跳变，实现地面固定虚拟小区子集与信关站固定基带及协议处理类设备(BBU)子集或者集中单元(CU)子集关系绑定，消除透明转发/数字采样转发或者分布式单元(DU)上星模式的卫星移动性对用户切换的影响，可避免卫星切换时虚拟小区用户群切换。相比利用正常的解决群切换问题的算法来保证用户通信连续性，大大较少BBU间或者CU间信令和数据的交换，减少因群切换引起的空口信令开销。

技术领域

本发明属于卫星通信领域，特别是支持协同切换的低轨卫星通信系统。

背景技术

在低轨卫星通信系统中，随着卫星高速运动，卫星相对终端快速运动，卫星用户侧波束对终端的覆盖情况也将频繁变化。因此，解决好低轨卫星场景下用户移动性的相关问题，对系统用户无感体验具有巨大的好处。

低轨卫星通信系统中，与用户终端切换密切相关的主要是卫星星上载荷的模式和用户侧波束覆盖的模式。

目前，低轨卫星通信系统可分为透明转发、数字采样转发、DU上星、BBU上星几种卫星模式。其中，载荷为透明转发模式的卫星，针对接收信号仅作变频处理即进行发送，星上不做其它处理，用户切换主要看卫星波束和信关站的关系是否发生变化；载荷为数字采样转发模式的卫星，针对接收信号进行数字采样，将采样数据重新编码调整生成新的信号再转发给信关站，用户切换情况与透明转发相同；DU上星模式的卫星针对接收的用户信号直接在卫星进行处理，需要CU单元进行处理的信息再发送到信关站进行处理，故用户层3切换主要看卫星波束和信关站的关系是否发生变化，层一切换主要看是否跨不同频率的波束；BBU上星模式的卫星针对接收到的用户信号进行完整的基带及协议处理，用户切换主要与卫星波束覆盖情况相关，与地面信关站无关。

当前，用户波束的覆盖主要有滑动和凝视两种覆盖方式。其中滑动覆盖，用户波束相对卫星固定；凝视覆盖即用户波束在一段时间保持对地覆盖地理范围不变，然后周期性跳变对地覆盖位置。在滑动覆盖模式下，用户切换的周期与波束覆盖范围和卫星波束移动速度相关，其中特别的当卫星载荷为透明转发、数字采样转发、DU上星模式时，卫星跨信关站将发生星下用户群切换问题。在凝视覆盖模式下，用户切换主要受用户移动性影响，在透明转发、数字采样转发、DU上星、BBU上星几种卫星模式下，当凝视波束跳变或者卫星馈电波束跳变时，均存在星下用户群切换问题。

综上，就用户移动性情况而言，最佳的方案是通过设计系统架构使用户切换主要受用户移动性影响，并且避免群切换发生，则整个低轨卫星系统的用户切换无感体验较好。当前，消解卫星移动性对用户终端切换影响较好的方法是卫星对地采用凝视覆盖，但不能避免群切换的出现；针对用户群切换问题主要是采用用户分组、预切换等策略对群切换进行优化，可实现在用户波束覆盖跳变或者卫星馈电链路跳变下的用户无感体验，但需要大量切换信令开销。

发明内容

本发明设计一种支持协同切换的低轨卫星通信系统，利用相控阵波束快速指向的能力，通过卫星用户链路与馈电链路协同跳变，实现地面固定虚拟小区子集与信关站固定BBU子集或者CU子集关系绑定，消除透明转发/数字采样转发模式或者DU上星模式的卫星的移动性对用户切换的影响，避免卫星切换时虚拟小区用户群切换，可满足用户通信连续性的需求。

本发明应用于低轨卫星通信系统，设计信关站通过全空域相控阵与卫星建立馈电链路，地面虚拟小区用户数据通过卫星透明转发/数字采样转发或者星上DU设备处理后，经馈电链路到信关站，送入BBU或者CU进行处理。涉及的信关站、全空域相控阵、馈电链路、BBU、CU、透明转发、数字采样转发、DU上星等专业名词，其解释如下：

信关站：信关站是连接卫星与地面网络的桥梁，通常具备射频、基带处理、路由和数据协议处理的能力。一般建设在地面固定位置，也有少数为车载信关站，其具备机动性。

全空域相控阵：由多平面阵拼接而成的半球形阵，可同时产生多个波束、每个波束指向范围涵盖整个空域。