基于星历追踪的星地融合网络切换方法技术

本发明专利技术提出一种基于星历追踪的星地融合网络切换方法，包括：周期性获取卫星和UE的经纬度；卫星获取卫星未来的坐标；卫星获取卫星自身信号强度、最长服务时间及剩余可用信道数；找到最合适的卫星，作为待切换卫星；卫星根据UE和卫星的坐标得出UE所处的波束，存入卫星所在波束的待切换列表中；卫星计算卫星与UE的接收信号功率RSRP；判断是否符合切换条件；将符合切换要求的卫星保存UE属性中，等待切换；等到下一个切换周期，UE从属性中获取卫星和波束，完成切换。所述方法能够满足用户在卫星和地面基站之间的无缝切换，降低切换的实时复杂度，提高网络运行效率。提高网络运行效率。提高网络运行效率。

【技术实现步骤摘要】
基于星历追踪的星地融合网络切换方法


[0001]本专利技术涉及卫星地面融合网络
，具体涉及基于星历追踪的星地融合网络切换方法。

技术介绍

[0002]随着当今用户需求的不断增长，移动通信网络技术也在高速发展，云计算、智慧城市等各种应用和技术的发展，大量的数据流量给当今网络带来了前所未有的压力，而卫星通信网络可以为全球个人移动用户提供通信服务。其中，低轨卫星(LEO)具有传输时延低、覆盖范围广、通信损耗低等优势，因此LEO更适用于为用户提供实时交互的多媒体服务。
[0003]移动性管理作为卫星通信网络中一个重要的子课题正在被广泛研究，而切换又是其中的一个重要研究点，由于卫星相对于地面具有高速的移动速率，地面用户需要不停地切换卫星，实时地选择合适的卫星为自己提供服务，如何保证卫星与终端进行无缝切换，持续为终端用户提供服务，是目前移动性管理的一个重要问题。
[0004]目前的切换方式分为两种：单属性切换和多属性切换，单属性切换的决策目标主要包括信号强度、距离、服务时间、剩余可用信道等，多属性切换是通过一些数学方法将多个决策目标整合起来，共同决定切换结果，单属性切换算法考虑因素较为单一，对切换情况的考虑有限，无法应对一些复杂的切换情况，而目前的多属性切换算法主要是实时性的算法，在触发切换条件之后才会发送导频，获取卫星与用户信息，如果算法较为复杂则会严重影响切换性能。
[0005]为了解决上述存在的问题，能够考虑多个属性的同时提高切换成功率降低算法复杂度，本专利技术提出了一种基于星历追踪的星地融合网络切换算法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种基于星历追踪的星地融合网络切换方法。
[0007]本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种基于星历追踪的星地融合网络切换方法，包括：
[0009]步骤1，地面CU控制中心通过TT&C测控装置周期性获取卫星和UE的经纬度；
[0010]步骤2，卫星利用星下点轨迹公式，通过卫星自身的倾斜角、升交角赤经、近地点幅角、真近地点的信息来获取卫星未来的坐标；
[0011]步骤3，卫星获取卫星自身信号强度、最长服务时间及剩余可用信道数；
[0012]步骤4，用户根据卫星自身信号强度、最长服务时间及剩余可用信道数，通过熵值法和TOPSIS法找到最合适的卫星，将其存入卫星列表中，作为待切换卫星；
[0013]步骤5，卫星根据UE和卫星的坐标得出UE所处的波束，存入卫星所在波束的待切换列表中；
[0014]步骤6，卫星计算卫星与UE的接收信号功率RSRP；
[0015]步骤7，用户通过卫星计算得到的RSRP信息，与门限值Qin和Qout进行比较，判断卫
星是否符合切换条件，当RSRP大于门限值Qin时，即满足切换条件，进入步骤8，当RSRP小于门限值Qin值时，判断在一段限定时间内是否小于Qout值，若大于则可以重新进行步骤5，若RSRP小于Qout值，则切换失败，终止切换；
[0016]步骤8，将符合切换要求的卫星保存UE属性中，等待切换；
[0017]步骤9，等到下一个切换周期，UE从属性中获取卫星和波束，完成切换。
[0018]进一步地，步骤3中，在获取待切换卫星时，通过熵值法和TOPSIS法来进行建模，对信号强度、最长服务时间及剩余可用信道数三个属性进行处理，获得相对接近度最接近的卫星对象；
[0019]信号强度的计算如公式1
‑
1所示：
[0020]P
C
＝P
serving
‑
BS
×
G
pathloss
×
G
antenna
……
(1
‑
1)；
[0021]其中，P
serving
‑
BS
为当前为用户提供服务的卫星的功率，G
pathloss
为用户的路径损耗，G
antenna
为卫星天线增益。
[0022]进一步地，步骤3中，G
pathloss
天线增益由公式1
‑
2表示：
[0023][0024]其中，J1(x)是第一类贝塞尔函数，a为天线的圆形孔径半径，k＝2πf/c为波数，f为频率，c为真空中的光速，θ是从天线主波束的孔径视线测量的角度。
[0025]进一步地，步骤3中，G
pathloss
为基本路径损耗，是由自由空间路损、阴影衰落和传播损耗组成，用公式1
‑
3表示：
[0026]PL
b
＝FSPL(l,f0)+SF
……
(1
‑
3)；
[0027]其中，FSPL(l,f0)为自由空间路损，SF为阴影衰落，由正态分布生成的随机数表示，
[0028]FSPL(l,f0)由公式1
‑
4表示：
[0029]FSPL(l,f0)＝32.45+20log
10
(f0)+20log
10
(l)
……
(1
‑
4)；
[0030]其中，l表示间隔距离，f0为频率，由此，能够求出卫星的信号强度值如公式1
‑
5所示：
[0031]r＝P
C
……
(1
‑
5)。
[0032]进一步地，步骤3中，卫星服务时间由公式1
‑
6表示：
[0033][0034]其中，考虑卫星和用户之间的位置关系，通过三角关系计算出卫星能为用户提供最长服务的距离L，然后除以卫星的移动速度v，得出卫星的最长服务时间。
[0035]进一步地，步骤3中，剩余可用信道数表示为公式1
‑
7：
[0036]n＝N0‑
N
u
……
(1
‑
7)；
[0037]根据用户接入卫星的数量，能够得出卫星当前的信道使用数为N
u
，NTN平台中对卫星信道设定为N0。
[0038]进一步地，步骤7中，若无卫星符合切换条件，在用户属性中存入一个空值，表示用
户下一周期无卫星能够提供服务。
[0039]与现有技术相比，本专利技术的优越效果在于：
[0040]本专利技术所述的基于星历追踪的星地融合网络切换方法，通过卫星的星历数据对卫星的位置进行追踪，然后利用熵值法对信号强度、剩余服务时间以及剩余信道容量进行综合考量，提前确定卫星在某一时刻的准确卫星，从而估测出卫星是否能够为用户提供服务，能够满足用户在卫星和地面基站之间的无缝切换，降低切换的实时复杂度，提高网络运行效率。
附图说明
[0041]图1为本专利技术实施例中基于星历追踪的星地融合网络切换方法的流程图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于星历追踪的非地面网络切换方法，其特征在于，包括：步骤1，地面CU控制中心通过TT&C测控装置周期性获取卫星和UE的经纬度；步骤2，卫星利用星下点轨迹公式，通过卫星自身的倾斜角、升交角赤经、近地点幅角、真近地点的信息来获取卫星未来的坐标；步骤3，卫星获取卫星自身信号强度、最长服务时间及剩余可用信道数；步骤4，用户根据卫星自身信号强度、最长服务时间及剩余可用信道数，通过熵值法和TOPSIS法找到最合适的卫星，将其存入卫星列表中，作为待切换卫星；步骤5，卫星根据UE和卫星的坐标得出UE所处的波束，存入卫星所在波束的待切换列表中；步骤6，卫星计算卫星与UE的接收信号功率RSRP；步骤7，用户通过卫星计算得到的RSRP信息，与门限值Qin和Qout进行比较，判断卫星是否符合切换条件，当RSRP大于Qin时，即满足切换条件，进入步骤8，当RSRP小于Qin值时，判断在一段限定时间内是否小于Qout值，若大于则可以重新进行步骤5，若RSRP小于Qout值，则切换失败，终止切换；步骤8，将符合切换要求的卫星保存UE属性中，等待切换；步骤9，等到下一个切换周期，UE从属性中获取卫星和波束，完成切换。2.根据权利要求1所述的基于星历追踪的非地面网络切换方法，其特征在于，步骤3中，在获取待切换卫星时，通过熵值法和TOPSIS法来进行建模，对信号强度、最长服务时间及剩余可用信道数三个属性进行处理，获得相对接近度最接近的卫星对象；信号强度的计算如公式1
‑
1所示：P
C
＝P
serving
‑
BS
×
G
pathloss
×
G
antenna
……
(1
‑
1)；其中，P
serving
‑
BS
为当前为用户提供服务的卫星的功率，G
pathloss
为用户的路径损耗，G
anten...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兴，陈鹏，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：