一种卫星移动通信系统心跳消息的实现系统及方法技术方案

一种卫星移动通信系统心跳消息的实现系统及方法，系统包括地面控制中心和用户机，地面控制中心为用户机配置入站心跳消息对应的控制参数，并根据接收到的心跳消息计算用户地理位置，发射功率调整量，以及更新用户机状态，然后将配置的心跳消息控制参数和/或根据心跳消息计算的用户位置和/或发射功率调整量结果发送给用户机；用户机接收地面控制中心配置的心跳消息控制参数，并根据心跳消息发送单元指示，发送心跳消息。通过用户机发送入站心跳消息，地面控制中心可快速、实时地获得用户位置，发射功率和状态信息；并且在保证一定的功率控制准确度的同时降低心跳信令的开销；同时，由于心跳消息位长很短，有利于增强用户机电池寿命和续航能力。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星移动通信系统心跳消息的实现系统及方法
本专利技术涉及卫星移动通信
，更具体而言，涉及卫星移动通信的心跳消息的实现方法。
技术介绍
卫星移动通信系统主要由空间段、地面控制中心和用户段组成，空间段由包含若干颗卫星的卫星星座组成，这些卫星(出站转发器、入站转发器)转发由地面中心站发出的出站信号和用户机发出的入站信号。地面控制中心完成用户信号收发测量和信息收发处理，并对整个系统的运行进行管理控制。用户段是指带有卫星信号收发功能的用户机终端，接收来自地面控制中心的数据业务以及控制消息，并根据自身业务需求以及出站的控制信令发送入站消息，实现定位、定时、短报文通信等功能。在卫星通信领域中，用户机的发射功率很重要，功率控制的准确度将影响到以下两方面需求：1.达到服务质量(QualityofService)所需的足够的每比特发送能量；2.最小化对系统其他用户的干扰以及最大化用户设备电池寿命/续航的要求。为实现这一目的，用户设备发射功率控制必须自适应无线传播信道特征，包括路径损耗，阴影衰落，快速衰落，以及其他用户设备的干扰。目前通信系统常采用闭环功率控制方法对用户设备发射功率进行控制。上行闭环功率控制方法：闭环功率控制需要网络侧和用户共同完成。闭环功率控制过程存在一个反馈控制环路，网络层设备接收到来自用户设备的平均载噪比(C/N)means,ul，并与要求的载噪比(C/N)threshold,ul进行比较，给出用户设备需要提高或降低发射功率的命令。具体地，若(C/N)means,ul<(C/N)threshold,ul,网络侧向用户设备发送将发射功率增大一个步长值的功率控制命令，用户设备接收到该命令后，将自身的发射功率增大一个步长值；反之，网络侧设备向用户设备发送将发射功率值减少一个步长值的功率控制命令，用户设备接收到该命令后，将自身的发射功率减少一个步长值。网络侧和用户按照这个规律循环往复。闭环功率控制能较好地自适应信道变化，但需要用户设备较频繁地发送消息，网络侧设备接收并测量用户设备发送的信号质量后，再将功率调整命令反馈给用户设备，这样才能实时地跟踪上信道的变化，但这一定程度上增加了用户设备的信令开销。另外现役北斗一期RDSS卫星通信系统的入站信号由3部分组成：同步头，勤务段和数据段。其中同步头上调制已知的导频序列，用于中心站对入站信号进行捕获和跟踪；勤务段上调制本次入站消息的控制信令，用于辅助后续数据段的电文解调；数据段承载本次入站信息的具体服务内容，数据段位长可变。由此可见，无论消息类型，每次入站消息都需要携带完整的勤务段。这对于某些需要频繁发送的入站消息而言，其勤务段携带的冗余信息过多，造成用户设备电池寿命/续航能力下降，入站容量下降。
技术实现思路
对于卫星通信系统，为了提高入站消息的通信效率以及入站容量，降低非数据业务的信令开销是有必要的。本专利技术为卫星通信系统提供一种卫星移动通信系统心跳消息的实现系统及方法，地面控制中心根据接收到的心跳消息能实时且快速地实现用户机的闭环功率控制，粗定位和状态监测。本专利技术的技术方案是：一种卫星移动通信系统心跳消息的实现系统，其特征在于，包括地面控制中心和用户机，地面控制中心用于为用户机配置入站心跳消息对应的控制参数，并根据接收到的心跳消息计算用户地理位置，发射功率调整量，以及更新用户机状态，然后将配置的心跳消息控制参数和/或根据心跳消息计算的用户位置和/或发射功率调整量结果发送给所述用户机；用户机用于接收地面控制中心配置的心跳消息控制参数，并根据所述心跳消息发送单元指示，发送心跳消息。其中，所述地面控制中心包括入站心跳消息接收单元、心跳消息控制信令配置单元、心跳消息处理单元和控制参数发送单元；入站心跳消息接收单元用于接收用户机发送的心跳信号；心跳消息控制信令配置单元用于为用户机配置心跳信号对应的控制参数；心跳消息处理单元用于通过对心跳消息进行处理，获得用户机位置，发射功率调整量以及卫星链路状态信息；控制参数发送单元用于将心跳消息控制信令配置单元和心跳消息处理单元的结果通知给用户机；所述用户机包括出站信号测量单元，出站心跳消息控制信令接收单元，心跳消息定时器单元和入站消息发送单元；出站信号测量单元用于测量接收到的下行信号功率电平和/或信号质量；出站心跳消息控制信令接收单元用于解析地面中心站下发的入站心跳消息的控制信令；心跳消息定时器单元用于设定心跳消息发送周期和发送时刻；入站消息发送单元用于发送心跳消息，同时将发送时刻反馈给心跳消息定时器单元。基于上述卫星移动通信系统心跳消息的实现系统，本专利技术还提供一种卫星移动通信系统心跳消息的实现方法，具体为：用户机周期性地和/或由事件触发地发送心跳消息，所述心跳消息包含同步头和勤务段，且勤务段的有效信息包含用户地址和/或锁定出站波束号；地面控制中心接收到用户机发送的心跳消息后，对心跳消息进行有源定位，从而获得用户机的地理位置；或者地面控制中心通过计算心跳信号质量，得到用户机发射功率的调整量，并决定是否将功率调整量反馈给相应用户机，从而实现用户机发射功率的闭环功率控制；或者地面控制中心通过心跳消息快速获得当前用户机的卫星链路状态。本专利技术中，所述心跳消息包含同步头和勤务段，同步头用于地面中心站对入站心跳信号进行捕获和跟踪，勤务段电文包含用户地址和服务波束，所述用户地址用于指示用户的身份，所述服务波束用于用户机有源定位。本专利技术中，用户机由事件触发地发送心跳消息是指当用户机的心跳消息定时器单元超时或服务波束发生切换时，用户机发送心跳消息，使地面控制中心可更新用户机位置，发射功率和卫星链路状态信息；当用户机的心跳消息定时器单元没有超时且服务波束没有发生切换时，用户机不发送心跳消息。本专利技术中，用户机的心跳消息定时器单元重启的方法是：用户机每发送一次入站消息，就重启心跳消息定时器单元，入站消息包括心跳消息和非心跳消息；当心跳消息定时器单元超时时，用户机发送一个心跳消息，并重启心跳消息定时器单元；或者用户机每发送一次心跳消息，就重启心跳消息定时器单元。本专利技术中，用户机的心跳消息定时器单元时长的配置方法是：地面控制中心根据实时的在线用户数目以及入站流量来配置心跳消息定时器单元的时长，并定期地通过出站链路将更新的心跳消息定时器单元时长广播给所有用户机；或者地面控制中心定期向所有用户广播当前系统入站流量或入站负荷情况，用户机根据预先设置好的系统入站流量或负荷情况和心跳消息定时器时长的对应关系，确定当前心跳消息定时器的时长。本专利技术中，用户机的出站信号测量单元实时接收和测量各个出站波束的信号平均功率水平〈Pi〉和信号质量，信号质量用载噪比〈CNRi〉或信噪比〈SNRi〉来表示；若用户机接收到的信号质量最好的出站波束与当前服务波束的信号质量相比，高于规定的阈值，即满足下式：〈SNR非服务波束,i〉-〈SNR服务波束〉＞Threshold那么当前服务波束将切换到新的信号质量最好的出站波束上。本专利技术中，地面控制中心接收到用户机发送的心跳消息后采用RDSS定位方法获得用户机的地理位置，具体步骤为：步骤101：地面控制中心接收到用户机经不同卫星i转发入站的多份相同的心跳消息，并测量各入站心跳消息到达的时间TRx，i，从而计算出发射出站信号到收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星移动通信系统心跳消息的实现系统，其特征在于，包括地面控制中心和用户机，地面控制中心用于为用户机配置入站心跳消息对应的控制参数，并根据接收到的心跳消息计算用户地理位置，发射功率调整量以及更新用户机状态，然后将配置的心跳消息控制参数和/或根据心跳消息计算的用户位置和/或发射功率调整量结果发送给所述用户机；用户机用于接收地面控制中心配置的心跳消息控制参数，并根据所述心跳消息发送单元指示，发送心跳消息。

【技术特征摘要】
1.一种卫星移动通信系统心跳消息的实现系统，其特征在于，包括地面控制中心和用户机，地面控制中心用于为用户机配置入站心跳消息对应的控制参数，并根据接收到的心跳消息计算用户地理位置，发射功率调整量以及更新用户机状态，然后将配置的心跳消息控制参数和/或根据心跳消息计算的用户位置和/或发射功率调整量结果发送给所述用户机；用户机用于接收地面控制中心配置的心跳消息控制参数，并根据所述心跳消息控制参数，发送心跳消息；所述地面控制中心包括入站心跳消息接收单元、心跳消息控制信令配置单元、心跳消息处理单元和控制参数发送单元；入站心跳消息接收单元用于接收用户机发送的心跳信号；心跳消息控制信令配置单元用于为用户机配置心跳信号对应的控制参数；心跳消息处理单元用于通过对心跳消息进行处理，获得用户机位置，发射功率调整量以及卫星链路状态信息；控制参数发送单元用于将心跳消息控制信令配置单元和心跳消息处理单元的结果通知给用户机；所述用户机包括出站信号质量测量单元，出站心跳消息控制信令接收单元，心跳消息定时器单元和入站信号发送单元；出站信号质量测量单元用于测量接收到的下行信号功率电平和/或信号质量；出站心跳消息控制信令接收单元用于解析地面中心站下发的入站心跳消息的控制信令；心跳消息定时器单元用于设定心跳消息发送周期和发送时刻；入站信号发送单元用于发送心跳消息，同时将发送时刻反馈给心跳消息定时器单元。2.一种卫星移动通信系统心跳消息的实现方法，其特征在于：用户机周期性地和/或由事件触发地发送心跳消息，所述心跳消息包含同步头和勤务段，且勤务段的有效信息包含用户地址和/或锁定出站波束号；地面控制中心接收到用户机发送的心跳消息后，对心跳消息进行有源定位，从而获得用户机的地理位置，方法如下：步骤101：地面控制中心接收到用户机经不同卫星i转发入站的多份相同的心跳消息，并测量各入站心跳消息到达的时间TRx，i，从而计算出发射出站信号到收到用户机响应其出站信号所需的空间传播时延ΔTi：收-发时间差ΔTi＝地面控制中心接收到用户机入站信号时间TRx，i–地面控制中心出站消息发射时间TTx步骤102：地面控制中心按以下公式计算出用户位置：其中(X控制中心,Y控制中心,Z控制中心)为地面控制中心的位置坐标；(Xi,Yi,Zi)为卫星i的位置坐标，X0,Y0,Z0)为用户机出站服务波束所属的卫星位置坐标；(X用户机,Y用户机,Z用户机)为待求的用户机位置坐标；或者地面控制中心通过计算心跳信号质量，得到用户机发射功率的调整量，并决定是否将功率调整量反馈给相应用户机，从而实现用户机发射功率的闭环功率控制；或者地面控制中心通过心跳消息快速获得当前用户机的卫星链路状态。3.根据权利要求2所述的卫星移动通信系统心跳消息的实现方法，其特征在于：所述心跳消息包含同步头和勤务段，同步头用于地面中心站对入站心跳信号进行捕获和跟踪，勤务段电文包含用户地址和服务波束，所述用户地址用于指示用户的身份，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏映雪，李井源，黄龙，黄新明，周蓉，刘小汇，伍微，刘瀛翔，雍玲，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43