一種波束切換方法

2023-07-06 18:57:26

一種波束切換方法
【專利摘要】本發明公開了一種波束切換方法，包括步驟：S1、確認當前時刻每個波束中的用戶數量，並判斷用戶的業務類型屬於實時用戶或是非實時用戶；S2、根據波束中用戶數量的相對關係，將波束分為hot波束以及非hot波束；S3、對所有的hot波束作如下處理：將當前某個hot波束中的用戶歸為一簇，切換時優先保證簇內用戶只切換波束而不切換子載波；S4、定期重複上述步驟。本發明的波束切換方法，定期對劃分出的hot波束進行波束內切換，以達到波束間切換時最小化需要切換子載波的數目的目的同時兼顧了系統的整體性能以及實時業務，有效地提升了波束切換的效率。
【專利說明】一種波束切換方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線衛星通信【技術領域】，特別是涉及一種波束切換方法。
【背景技術】
[0002]隨著陸地蜂窩3G技術商用的逐漸成熟，4G技術也有望在近期投入使用。而為了 彌補陸地蜂窩系統覆蓋範圍的問題而引入的衛星通信系統中的3G技術也日漸成熟，跟陸 地蜂窩系統相對應的下一代移動衛星通信系統也成為了研究熱點。下一代移動衛星通信 旨在提高更廣泛類型的服務、更高的傳輸速率，其主要特點為集合了 4G中的關鍵技術:正 交頻分多址(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)以及多輸入多輸出 (Multiple-1nput Multiple-Out-put, MIM0)。但是新的4G技術跟衛星通信系統相結合產 生了不同於陸地蜂窩系統的特點。
[0003]由於點波束覆蓋範圍小，並且衛星在高速移動，波束切換時LEO衛星系統中最常 見的切換。在切換過程中，如果在下一個波束中沒有新鏈路或信道，那麼當前的呼叫就應該 丟棄或者阻塞。再次，選擇合適的資源管理(信道分配)策略，可以保證切換期間信道的可用 性。因此，信道分配策略和切換保證技術是管理切換請求的主要問題。
[0004]為了解決點波束切換問題，已經提出了幾種切換方法。可以根據下面兩個準則對 點波束切換方式進行分類:信道分配策略和切換保證。其中，基於信道分配策略的分類:各 種信道分配技術可用於分配信道給某個呼叫。切換請求對於下一個小區也可以看作是一 個轉移的呼叫，需要分配一個信道。基於信道分配策略，切換技術可以分成如下三種:基 於固定信道分配(FCA)的切換、基於動態信道分配(DCA)的切換、基於自適應動態信道分 配(IDCA)的切換；基於切換保證技術，切換可以分為！Guaranteed Handover schemes, GH、 Guaranteed Prioritized Handover schemes。
[0005]然而新一代衛星通信技術採用了 OFDM技術，這使得每個波束中可用資源集合完 全相同，本專利即利用這一點對傳統波束切換技術進行了改進，提高了切換效率，降低了系 統的複雜度。

【發明內容】

[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發明要解決的技術問題是:如何提供一種新的波束切換方法，以克服下一代移 動衛星通信系統中波束切換失敗的問題。
[0008](二)技術方案
[0009]為解決上述問題，本發明提供一種波束切換方法，包括步驟:S1、確認當前時刻每 個波束中的用戶數量，並將用戶按照業務類型分為實時用戶和非實時用戶；
[0010]S2、根據波束中用戶數量的相對關係，將波束分為熱點波束和非熱點波束；
[0011]S3、對熱點波束作如下處理:將當前某個熱點波束中的用戶歸為一簇，切換時優先 保證簇內用戶只切換波束而不切換子載波；[0012]S4、根據預定周期重複上述步驟。
[0013]優選地，步驟S2具體包括:
[0014]確定波束與終端的相對運動方向，對波束沿波束運動方向按從I到n進行編號， n=l, 2，...N，並統計當前時刻每個波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0015]其中，n表示衛星中總波束的數量，
[0016]其中，熱點波束判別準則為:將編號為n的波束中的用戶數N1與編號為(n-1)的波束中的用戶數隊進行比較，若N1M2，則波束n為熱點波束，否則為非熱點波束。
[0017]優選地，步驟S3具體包括:
[0018]按波束移動的反方向對各個波束進行掃描，若波束n為熱點波束，則對波束(1-1) 進行波束內子載波切換。
[0019]優選地，
[0020]若波束i為熱點波束，且nm+nnfnu+n^ ( M ;波束i為n個波束中的任一波束…表示每個波束中可用子載波數；
[0021]nL!和Ii1.2分別表不編號為i的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0022]nm和分別表不編號為i_l的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0023]M表示每個波束中可用子載波數；
[0024]將波束(1-1)中的用戶切換到與波束i中用戶不同的子載波上。
[0025]優選地,若波束i為熱點波束,且i+nn Jn1-AniJM,則根據n(i_D.」]!_)』、 2和M的具體數量關係確定阻塞的用戶，然後進行波束內子載波切換；n1.:和Il1.2分別
表示編號為i的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0026]nm和分別表不編號為i_l的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0027]M表示每個波束中可用子載波數。
[0028]優選地，若IinJUni 2 < M，則阻塞掉波束(i_l)中n(i_1) 2個非實時業務中的 (na-D.!+Hl2-M)個，然後對波束(1-1)進行波束內子載波切換。
[0029]優選地』若化卜⑴+^+叫^且!!"」+]^ ( M，則阻塞掉波束(1-1)中所有的非實時業務和波束i中非實時業務中的(nm+nu+nu-M)個，然後對波束(i_l)進行波束內子載波切換。
[0030]優選地，若nm+nJM，則阻塞掉波束(i_l)和波束i中所有的非實時業務，並阻塞掉波束i中實時業務中的(nm+nu-M)個，然後對波束(i_l)進行波束內子載波切換。
[0031]優選地，優先阻塞掉靠近波束邊緣的用戶。
[0032]優選地，每隔Ts時間間隔重複一次上述步驟，其中，Ts為用戶平均通信時間。
[0033](三)有益效果
[0034]本發明的波束切換方法，定期對劃分出的hot波束進行波束內切換，以達到波束間切換時最小化需要切換子載波的數目的目的。 同時兼顧了系統的整體性能以及實時業務，有效地提升了波束切換的效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為依照本發明實施例的波束切換方法方法流程示意圖；
[0036]圖2為依照本發明實施例1的hot波束以及待處理的非hot波束不需要切斷用戶時的波束切換模型示意圖；
[0037]圖3為依照本發明實施例2的hot波束以及待處理的非hot波束需要切斷用戶時的波束切換模型示意圖；
[0038]圖4為依照本發明實施例3的hot波束以及待處理的非hot波束需要切斷用戶時的波束切換模型示意圖；
[0039]圖5為依照本發明實施例4的hot波束以及待處理的非hot波束需要切斷用戶時的波束切換模型示意圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0041]如圖1所示，本發明的一種波束切換方法，包括以下步驟:
[0042]步驟S1:基本信息確定:確認當前時刻每個波束中的用戶數量，並判斷用戶的業務類型，根據當前用戶業務情況分為實時以及非實時用戶。
[0043]步驟S2:區分熱 點波束(hot波束):根據波束中用戶數量的相對關係，將波束分為 hot波束以及非熱點波束(非hot波束)。
[0044]確定波束與終端的相對運動方向，對波束沿波束運動方向進行編號(從I到n，n 表示此衛星中總波束的數量)，並統計當前時刻每個波束中實時用戶與非實時用戶的數量， n=l，2,...N
[0045]hot波束判別準則為:將編號為n的波束中的用戶數N1與編號為(n_l)的波束中的用戶數N2進行比較，若N1M2,則波束n為hot波束，否則即為非hot波束。假設編號為i 的波束中實時用戶與非實時用戶的數量分別為，同時假設每個波束中可用子載波數為M。
[0046]步驟S3:對所有的hot波束以及非hot波束作如下處理:將當前某個hot波束中的用戶歸為一簇，切換時優先保證簇內用戶只切換波束而不切換子載波。
[0047]按波束移動的反方向對各個波束進行掃描，若波束n是hot波束，則對波束(n-1) 進行波束內子載波切換。
[0048]若波束i為熱點波束，且nm+nnfnu+nu ( M ;波束i為n個波束中的任一波束…表示每個波束中可用子載波數；
[0049]nL!和Ii1.2分別表不編號為i的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0050]和分別表不編號為i_l的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0051]M表示每個波束中可用子載波數；
[0052]將波束(1-1)中的用戶切換到與波束i中用戶不同的子載波上。
[0053]優選地，
[0054]若波束i 為熱點波束，且 Ii(H)Jn(H)Jn1.JniJM,則根據 Ah).丨、11(h).2、nL 丨、nL2 和M的具體數量關係確定阻塞的用戶，然後進行波束內子載波切換；!!"和分別表示編號為i的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0055]nm和分別表不編號為i_l的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；
[0056]M表示每個波束中可用子載波數。[0057]優選地,若nm+nu+nu < M,則阻塞掉波束(i_l)中Iin2個非實時業務中的 (na-D.!+Hl2-M)個，然後對波束(1-1)進行波束內子載波切換。
[0058]優選地，若n(i_D.JUniJM且!^『Jn1.丨(M，則阻塞掉波束(i_l)中所有的非實時業務和波束i中非實時業務中的(nm+nu+nu-M)個，然後對波束(i_l)進行波束內子載波切換。
[0059]優選地，若nm+nJM，則阻塞掉波束(i_l)和波束i中所有的非實時業務，並阻塞掉波束i中實時業務中的(nm+nu-M)個，然後對波束(i_l)進行波束內子載波切換。
[0060]優選地，優先阻塞掉靠近波束邊緣的用戶。
[0061]步驟S4:定期重複上述步驟:每隔Ts (用戶平均通信時間)時間間隔重複一次上述步驟。
[0062]實施例1
[0063]如圖2所示，此時考慮5個波束的情況，波束從左向右運動。從左向右將波束分別標號為1-5，從波束I到波束5中依次有2、0、5、2、3個用戶。
[0064]此時波束編號3、5為hot波束，按波束移動的反方向對各個波束進行掃描，波束5 是hot波束，則對波束4進行波束內子載波切換。設每個波束都使用相同的資源4-&，此時首先對波束4中的用戶進行子載波切換，切換到與波束5不同的子載波上。
[0065]波束3是hot波束，由于波束3中的五個用戶已經佔用了全部5個子載波，而波束 2中沒有用戶，因此不需要對波束二進行處理。
[0066]按上述過程做完波束內切換後，在用戶運動到波束邊緣時，對hot波束中的用戶只需要切換波束，而不需要切換子載波；對非hot波束中的用戶而言，正常進行波束切換即可。
[0067]實施例2
[0068]如圖3所示，此時從波束I到波束5中依次有2、2、4、2、2個用戶。
[0069]此時波束3為hot波束，按波束移動的反方向對各個波束進行掃描，波束3是hot 波束，需要對波束2進行處理。仍設每個波束都使用相同的資源f\_f5，而波束中已有2個用戶，4+2>6，需要根據波束2和波束3中用戶業務類型進行不同處理。
[0070]如圖3所不(黑色填充表不實時用戶),波束2中一個為實時業務,一個為非實時業務，而波束3中五個用戶均為實時業務。此時切斷波束2中非實時業務。
[0071 ] 按上述過程做完波束內切換後，在用戶運動到波束邊緣時，對hot波束中的用戶只需要切換波束，而不需要切換子載波；對非hot波束中的用戶而言，正常進行波束切換即可。
[0072]實施例3
[0073]如圖4所示(黑色填充表示實時用戶)，此時於實施例2不同之處為:波束2中的兩個用戶均為實時業務，而波束3中有一個非實時業務，此時只需要切斷波束3中的非實時業務即可，其餘步驟不變。
[0074]實施例4
[0075]如圖5所示，此時於實施例2不同之處為:波束2和波束3中的所有用戶均為實時業務，此時只需要切斷波束2和波 束3中離各自波束中心最遠的用戶即可，其餘步驟不變。
[0076]通過結合附圖對本發明具體實施例的描述，本發明的其它方面及特徵對本領域的技術人員而言是顯而易見的。
[0077]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換 也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種波束切換方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟:51、確認當前時刻每個波束中的用戶數量，並將用戶按照業務類型分為實時用戶和非實時用戶；52、根據波束中用戶數量的相對關係，將波束分為熱點波束和非熱點波束；53、對熱點波束作如下處理:將當前某個熱點波束中的用戶歸為一簇，切換時優先保證簇內用戶只切換波束而不切換子載波；54、根據預定周期重複上述步驟。
2.根據權利要求1所述的波束切換方法，其特徵在於，步驟S2具體包括:確定波束與終端的相對運動方向，對波束沿波束運動方向按從I到n進行編號， n=l, 2，...N，並統計當前時刻每個波束中實時用戶與非實時用戶的數量；其中，n表示衛星中總波束的數量，其中，熱點波束判別準則為:將編號為n的波束中的用戶數N1與編號為(n-1)的波束中的用戶數N2進行比較，若N1M2，則波束n為熱點波束，否則為非熱點波束。
3.根據權利要求1所述的波束切換方法，其特徵在於，步驟S3具體包括:按波束移動的反方向對各個波束進行掃描，若波束n為熱點波束，則對波束(i_l)進行波束內子載波切換。
4.如權利要求3所述的波束切換方法，其特徵在於，若波束i為熱點波束，且 na-D.1+na-a.a+n^+n^ ( M ;波束i為n個波束中的任一波束;M表示每個波束中可用子載波數和I^2分別表示編號為i的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；別表示編號為1-1的波束中實時用`戶與非實時用戶的數量；M表示每個波束中可用子載波數；將波束(i_l)中的用戶切換到與波束i中用戶不同的子載波上。
5.如權利要求3所述的波束切換方法，其特徵在於，若波束i為熱點波束，且 n(1-1).1+na-1).2+n1.1+n1.2>M.則根據n(1-；0.Pk2和M的具體數量關係確定阻塞的用戶，然後進行波束內子載波切換講卩和I^2分別表示編號為i的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；n(1-l).1 和 n(1-l).2 分別表示編號為i_l的波束中實時用戶與非實時用戶的數量；M表示每個波束中可用子載波數。
6.如權利要求5所述的波束切換方法,其特徵在於,若n(i_D.Jn1.!+nL2 ^ M,則阻塞掉波束(1-1) *n(i_D.2個非實時業務中的(r^m+nhD.JUk2-M)個，然後對波束(i_l)進行波束內子載波切換。
7.如權利要求5所述的波束切換方法，其特徵在於，若ntD+n1.^n1.2>M且 nnJk1 SM，則阻塞掉波束(1-1)中所有的非實時業務和波束i中非實時業務中的 (na-D.!+H1.!+Hl2-M)個，然後對波束(1-1)進行波束內子載波切換。
8.如權利要求5所述的波束切換方法，其特徵在於，若nnAniJM,則阻塞掉波束 (1-1)和波束i中所有的非實時業務，並阻塞掉波束i中實時業務中的(nm+nu-M)個， 然後對波束(1-1)進行波束內子載波切換。
9.如權利要求6、7、8任一項所述的波束切換方法，其特徵在於，優先阻塞掉靠近波束邊緣的用戶。
10.如權利要求1所述 的波束切換方法，其特徵在於，每隔Ts時間間隔重複一次上述步驟，其中，Ts為用戶平均通信時間。
【文檔編號】H04B7/06GK103607233SQ201310657234
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】崔琪楣, 陶小峰, 郭靈芝, 李左琳, 張平 申請人:北京郵電大學