[發明專利]一種低軌衛星通信系統中基于星歷的多屬性聯合切換方法

在審

• 申請號: 202210233998.4
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114614881A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 曾鳴;張浩;費澤松;唐清清
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種低軌衛星通信系統中基于星歷的多屬性聯合切換方法，其特征在于：包括如下步驟，

步驟一：切換測量，確定參數指標體系，收集各衛星的負載、星歷信息，同時地面移動用戶開始測量各衛星的參考信號的接收強度和質量；

步驟二：切換判決，當地面移動用戶處于衛星覆蓋重疊區域時，需要實時測量衛星負載、參考信號強度和質量，并根據相應的切換觸發條件判決是否需要進行切換；

步驟三：目標衛星選擇，根據地面移動用戶接收到的相鄰衛星的負載、對移動用戶的覆蓋時間以及信號強度、信號質量作為輸入變量，通過距離標準差離法計算各個輸入變量的權值，再基于TOPSIS法選擇最優的切換目標，作為地面移動用戶的切換對象；

步驟四：切換執行，移動用戶斷開與源衛星的通信鏈路，釋放與其相關的系統資源，并與目標衛星建立通信鏈路，將用戶面的數據從源衛星遷移到目標衛星上；

步驟五：判斷切換后的源衛星與目標衛星上是否存在過載情況，若存在，繼續執行切換和負載遷移過程；

步驟六：測量源衛星與目標衛星的參考信號強度并判斷是否滿足切換觸發條件，若滿足條件，繼續執行切換過程；若不滿足，則切換結束；達到降低衛星通信過程中的切換失敗率以及掉話率，提高通訊質量的目的。

2.如權利要求1所述的一種低軌衛星通信系統中基于星歷的多屬性聯合切換方法，其特征在于：步驟一實現方法為，

地面移動用戶接收到相鄰衛星的信號強度(RSRP)計算方法如式：

P_r＝P_t-L_r(d)-L_s(d)-L_f(d)-L_ra(d) (1)

其中，P_r為地面移動終端接收到的信號強度，用功率表示；P_t為相鄰衛星的發射功率；L_r(d)為信號從衛星傳播到地面移動終端的路徑損耗；L_s(d)為陰影衰落；L_f(d)為快衰落；L_ra(d)為雨衰；d為低軌衛星到地面移動終端的直線距離。

接收參考信號質量(RSRQ)的計算方法如式：

其中N為RSSI的測量帶寬中的資源塊RB的數量；RSSI是接收信號的強度指示，包括有用信號和干擾信號。

3.如權利要求1所述的一種低軌衛星通信系統中基于星歷的多屬性聯合切換方法，其特征在于：步驟二實現方法為，

地面信關站通過信令交互向移動用戶發送衛星負載情況和衛星星歷；通過星歷，結合HPOP方法，計算衛星速度矢量和星下點位置，再根據幾何關系計算衛星對移動用戶的覆蓋時間。

確定功率門限參數來判定源衛星與目標衛星的RSRP是否滿足切換觸發條件，確定時間遲滯參數用于判斷RSRP與RSRQ滿足切換觸發條件的持續時間是否足夠。三個參數的設定均是為了防止過早切換而產生乒乓效應以及過晚切換而導致的無線鏈路失效；

M_t≥M_s+Hyst_p (3)

其中M_t為移動用戶接收目標衛星RSRP，M_s移動用戶接收源衛星的RSRP，Hyst_p為功率遲滯門限；

RSRQ_j-RSRQ_i＞Hyst_q (4)

其中RSRQ_j為移動用戶接收目標衛星RSRQ，RSRQ_i移動用戶接收源衛星的RSRQ，Hyst_q為質量遲滯門限。

4.如權利要求1所述的一種低軌衛星通信系統中基于星歷的多屬性聯合切換方法，其特征在于：步驟三實現方法為，

步驟3.1：通過標準差離法計算各個輸入變量的權值，假設待切換目標衛星有N個，對移動用戶接收到的相鄰衛星的信號強度、信號質量指標以及相鄰衛星對終端的覆蓋時間指標進行指標正向化處理，衛星的負載指標進行指標負向化處理，同時，為了消除不同指標量綱差異的影響，需要根據以下公式做標準化處理：

其中，b_i，j表示第j顆相鄰低軌衛星的第i個輸入變量進行標準化處理后的值，X_i，j表示第j顆相鄰低軌衛星的第i個輸入變量指標的值，X_i，min表示第i種輸入變量指標中的最小值，X_i，max表示第i種輸入變量指標中的最大值，i＝1，2，3，4，j＝1，2，3，…，N；

步驟3.2：分別計算輸入變量指標的均值

其中，N為待切換目標衛星的個數。

步驟3.3：計算輸入變量的標準差σ_i：

其中，為步驟3.2中計算的輸入變量指標的均值；

步驟3.4：計算輸入變量指標的權重w_i：

其中，σ_i為步驟3.3中計算得到的輸入變量指標的標準差；

步驟3.5：采用優劣解距離法計算衛星切換最優目標，通過以下公式計算輸入變量指標加權后的值V_i，j：

V_i，j＝w_i·b_i，j (9)

步驟3.6：計算所有相鄰衛星中每顆低軌衛星相應參數與最優值和最劣值的歐拉距離：

其中，D_max，j表示相鄰低軌衛星相應參數與最優值的歐拉距離，D_min，j表示相鄰低軌衛星相應參數與最劣值的歐拉距離，V_i，j表示與第j顆衛星相關的第i個參數測量指標，V_i，max表示移動用戶接收到鄰區列表中N顆低軌衛星的第i個參數測量指標的最優值，V_i，min為移動用戶接收到鄰區列表中N顆低軌衛星的第i個參數測量指標的最劣值；

步驟3.7：根據上式計算鄰區列表中各相鄰衛星與最優值的相對距離L_j：

其中，D_max，j和D_min，j分別為公式中計算得到的相鄰低軌衛星相應參數的最優值與最劣值的相對歐拉距離；

步驟3.8：從待切換的鄰區列表中選取與最優值相對距離L_j最小的衛星作為系統切換的目標衛星。