波束切换方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种波束切换方法及装置，涉及卫星通信的技术领域，该方法包括：当通信终端位于多个波束的覆盖区域内时，分别确定多个波束与卫星的第一相对位置关系、通信终端与卫星的第二相对位置关系；根据第一相对位置关系及第二相对位置关系，分别计算通信终端与多个波束之间的相对位置关系矢量；确定通信终端相对于卫星的切向速度矢量；分别计算切向速度矢量与相对位置关系矢量之间的夹角，并选择最小的夹角对应的波束接入。本发明专利技术可以通过考虑卫星和通信终端的相对运动情况，选择合适的波束接入，从而增加波束驻留时间，减少切换次数。

Beam switching method and device

The invention provides a beam switching method and device, which relates to the technical field of satellite communication. The method includes: when the communication terminal is located in the coverage area of multiple beams, the first relative position relationship between multiple beams and satellite, the second relative position relationship between communication terminal and satellite are determined respectively; and according to the first relative position relationship and the second relative position relationship, the first relative position relationship and the second relative position relationship are calculated separately. The relative position relationship vectors between communication terminals and multiple beams are calculated; the tangential velocity vectors of communication terminals relative to satellites are determined; the angles between the tangential velocity vectors and the relative position relationship vectors are calculated respectively, and the beam access corresponding to the minimum angle is selected. By considering the relative motion of satellite and communication terminal, the invention can select appropriate beam access, thereby increasing the beam dwell time and reducing the switching times.

【技术实现步骤摘要】
波束切换方法及装置
本专利技术涉及卫星通信
，尤其是涉及一种波束切换方法及装置。
技术介绍
对于地球静止卫星而言，由于其相对于地面始终静止，其星上固定多波束天线的覆盖也是固定的，类似于地面的蜂窝通信系统。针对移动通信终端可参照地面技术实施波束切换。将固定多波束天线应用到非静止轨道卫星通信系统上，由于非静止轨道卫星相对于地面是运动的，且姿态随时间变化，其多波束天线在地面的覆盖波位也会随之移动和旋转。尤其对于低轨卫星，由于其运动速度较快，地面通信终端会频繁切换波束。对于固定多波束的卫星系统，地面通信终端在波束切换时往往位于多重覆盖区域，有多个可选波束。通常情况下地面通信终端都会选择离波束中心较近的波束接入，可能会出现短暂接入某波束的情况，使得波束切换次数增加。为了提升卫星通信系统的性能，增加通信终端在单个波束中的驻留时间，减少波束切换次数有着重要的研究意义，而目前，尚未提出较优方案。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种波束切换方法及装置，以增加通信终端在单个波束中的驻留时间，减少波束切换次数。第一方面，本专利技术实施例提供了一种波束切换方法，该方法包括：当通信终端位于多个波束的覆盖范围内时，分别确定多个波束与卫星的第一相对位置关系、通信终端与卫星的第二相对位置关系；根据第一相对位置关系及第二相对位置关系，分别计算通信终端与多个波束之间的相对位置关系矢量；确定通信终端相对于卫星的切向速度矢量；分别计算切向速度矢量与相对位置关系矢量之间的夹角，并选择最小的夹角对应的波束接入。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，分别确定多个波束与卫星的第一相对位置关系、通信终端与卫星的第二相对位置关系的步骤，包括：建立卫星坐标系；卫星坐标系以卫星的质心为原点，Z轴指向地心，X轴为卫星的速度方向，Y轴方向根据Z轴和X轴的方向确定；根据俯仰角和方位角分别确定多个波束与卫星的第一相对位置关系、确定通信终端与卫星的第二相对位置关系；俯仰角为波束或通信终端与Z轴夹角的余角，方位角为波束或通信终端在X轴和Y轴所在平面上的投影与X轴的夹角。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据第一相对位置关系及第二相对位置关系，分别计算通信终端与多个波束之间的相对位置关系矢量的步骤，包括：根据以下公式分别计算通信终端与多个波束之间的相对位置关系矢量：其中，为通信终端与波束i之间的相对位置关系矢量，Eli为波束的波束中心的俯仰角，Azi为波束的波束中心的方位角，El(tk)为在tk时刻通信终端的俯仰角，Az(tk)为在tk时刻通信终端的方位角。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，确定通信终端相对于卫星的切向速度矢量的步骤，包括：根据卫星和通信终端当前时刻的速度计算通信终端相对卫星的相对运动速度；将相对运动速度在通信终端和卫星连线上的切向分量作为通信终端相对于卫星的切向速度矢量。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，确定通信终端相对于卫星的切向速度矢量的步骤，包括：根据当前时刻之前的多个时刻点通信终端与卫星的相对位置关系计算得到通信终端相对于卫星的切向速度矢量。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，分别计算切向速度矢量与相对位置关系矢量之间的夹角，并选择最小的夹角对应的波束接入的步骤，包括：根据以下公式计算夹角：其中，为切向速度矢量与相对位置关系矢量之间的夹角，为通信终端与波束i之间的相对位置关系矢量，为在tk时刻通信终端相对于卫星的切向速度矢量；选择最小的夹角对应的波束接入。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，当通信终端位于多个波束的覆盖范围内时，分别确定多个波束与卫星的第一相对位置关系、确定通信终端与卫星的第二相对位置关系的步骤之前，还包括：获取当前时刻的第一相对位置关系和第二相对位置关系；根据第一相对位置关系和第二相对位置关系计算通信终端与波束的波束中心的角距；角距用于描述通信终端与波束的波束中心之间的相对位置关系；根据角距和波束的形状和张角判断通信终端是否在上一时刻接入的波束的覆盖范围内：如果是，不发生波束切换，仍接入波束；如果否，根据覆盖通信终端的波束个数确定波束切换方法。结合第一方面及其第六种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，根据第一相对位置关系和所di(tk)第二相对位置关系计算通信终端与波束的波束中心的角距的步骤，包括：根据以下公式计算角距：其中，di(tk)为在tk时刻通信终端与波束i的角距。第二方面，本专利技术实施例还提供一种波束切换装置，包括：位置关系模块，用于当通信终端位于多个波束的覆盖范围内时，分别确定多个波束与卫星的第一相对位置关系、通信终端与卫星的第二相对位置关系；相对位置关系矢量模块，用于根据第一相对位置关系及第二相对位置关系，分别计算通信终端与多个波束之间的相对位置关系矢量；切向速度矢量模块，用于确定通信终端相对于卫星的切向速度矢量；切换模块，分别用于计算切向速度矢量与相对位置关系矢量之间的夹角，并选择最小的夹角对应的波束接入。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该装置还包括判断模块，用于：获取当前时刻的第一相对位置关系和第二相对位置关系；根据第一相对位置关系和第二相对位置关系计算通信终端与波束的角距；角距用于描述通信终端与波束之间的相对位置关系；根据角距和波束的形状和张角判断通信终端是否在上一时刻接入的波束的覆盖范围内：如果是，不发生波束切换，仍接入波束；如果否，根据覆盖通信终端的波束个数确定波束切换方法。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供了一种波束切换方法及装置，当通信终端进入到多个被多个波束覆盖的范围内时，通过分别计算覆盖通信终端的各个波束与卫星的第一相对位置关系、通信终端与卫星的第二相对位置关系来得到通信终端与各个波束之间的相对位置关系矢量，通过计算切向速度矢量及切向速度矢量与各个相对位置关系矢量之间的夹角，最终，选择最小的夹角对应的波束接入。本专利技术可以通过考虑卫星和通信终端的相对运动情况，选择合适的波束接入，从而增加波束驻留时间，减少切换次数。本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的波束切换方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的波束切换方法的波束中心位置描述示意图；图3为本专利技术实施例提供的波束切换方法的波束切换示意图；图4为本专利技术实施例提供的波束切换方法的考虑通信终端运动方向与波束中心指向平行度的波束切换策略流程图；图5为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波束切换方法，其特征在于，包括：当通信终端位于多个波束的覆盖范围内时，分别确定多个所述波束与卫星的第一相对位置关系、所述通信终端与所述卫星的第二相对位置关系；根据所述第一相对位置关系及所述第二相对位置关系，分别计算所述通信终端与多个所述波束之间的相对位置关系矢量；确定所述通信终端相对于所述卫星的切向速度矢量；分别计算所述切向速度矢量与所述相对位置关系矢量之间的夹角，并选择最小的所述夹角对应的波束接入。

【技术特征摘要】
1.一种波束切换方法，其特征在于，包括：当通信终端位于多个波束的覆盖范围内时，分别确定多个所述波束与卫星的第一相对位置关系、所述通信终端与所述卫星的第二相对位置关系；根据所述第一相对位置关系及所述第二相对位置关系，分别计算所述通信终端与多个所述波束之间的相对位置关系矢量；确定所述通信终端相对于所述卫星的切向速度矢量；分别计算所述切向速度矢量与所述相对位置关系矢量之间的夹角，并选择最小的所述夹角对应的波束接入。2.根据权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，所述分别确定多个所述波束与卫星的第一相对位置关系、所述通信终端与所述卫星的第二相对位置关系的步骤，包括：建立卫星坐标系；所述卫星坐标系以卫星的质心为原点，Z轴指向地心，X轴为卫星的速度方向，Y轴方向根据所述Z轴和所述X轴的方向确定；根据俯仰角和方位角分别确定多个所述波束与卫星的第一相对位置关系、确定所述通信终端与卫星的第二相对位置关系；所述俯仰角为所述波束或所述通信终端与所述Z轴夹角的余角，所述方位角为所述波束或所述通信终端在所述X轴和所述Y轴所在平面上的投影与所述X轴的夹角。3.根据权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，所述根据所述第一相对位置关系及所述第二相对位置关系，分别计算所述通信终端与多个所述波束之间的相对位置关系矢量的步骤，包括：根据以下公式分别计算所述通信终端与多个所述波束之间的相对位置关系矢量：其中，为通信终端与波束i之间的相对位置关系矢量，Eli为所述波束的波束中心的俯仰角，Azi为所述波束的波束中心的方位角，El(tk)为在tk时刻通信终端的俯仰角，Az(tk)为在tk时刻通信终端的方位角。4.根据权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，所述确定所述通信终端相对于所述卫星的切向速度矢量的步骤，包括：根据卫星和所述通信终端当前时刻的速度计算所述通信终端相对所述卫星的相对运动速度；将所述相对运动速度在所述通信终端和所述卫星连线上的切向分量作为所述通信终端相对于所述卫星的切向速度矢量。5.根据权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，所述确定所述通信终端相对于所述卫星的切向速度矢量的步骤，包括：根据当前时刻之前的多个时刻点所述通信终端与所述卫星的相对位置关系计算得到所述通信终端相对于所述卫星的切向速度矢量。6.根据权利要求1所述的波束切换方法，其特征在于，所述分别计算所述切向速度矢量与所述相对位置关系矢量之间的夹角，并选择最小的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳瑾，李婷，晏坚，匡麟玲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11