1、衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)用戶切換討論論文關(guān)鍵詞：低軌道衛(wèi)星;通信系統(tǒng);切換管理論文摘要：低軌道le衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)是衛(wèi)星間隔 地面5001500k，運(yùn)行周期24小時的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。銥系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)及系統(tǒng)是地軌道衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)開展最快的范例。le衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)具有廣闊的開展前景1le衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)的特點(diǎn)低軌le衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)與中軌e和靜止軌道ge衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)比擬，具有以下特點(diǎn)：1.1由于具有更小的信號衰減和更低的傳播時延，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)更有利于實(shí)現(xiàn)個人全球通信。le系統(tǒng)的途徑傳輸損耗通常比ge低幾非常貝，所需發(fā)射功率是ge的1/200-1/2000，傳播時延僅為ge的1/71/50，這對

2、于實(shí)現(xiàn)終端手持化和到達(dá)話音通信所需要的延時要求是非常有利的。1.2蜂窩通信、多址、點(diǎn)波束、頻率復(fù)用等技術(shù)的開展為le衛(wèi)星挪動通信提供了技術(shù)保障。1.3由于地面挪動終端對衛(wèi)星的仰角較大，天線波束不易受到地面反射的影響，可防止多徑衰落。1.4它在假設(shè)干個軌道平面上布置多個衛(wèi)星，由星間通信鏈路將多個軌道平面上的衛(wèi)星聯(lián)接起來。整個星座如同構(gòu)造上連成一體的大型平臺，在地球外表形成蜂窩狀效勞小區(qū)，效勞區(qū)用戶至少被一個衛(wèi)星覆蓋，用戶可隨時接入系統(tǒng)。1.5由于衛(wèi)星的高速運(yùn)動和衛(wèi)星數(shù)目多，也帶來了多普勒頻移嚴(yán)重和星間切換控制復(fù)雜等問題。但不管怎樣，低軌衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)的上述特點(diǎn)對于支持實(shí)現(xiàn)個人通信是有宏大吸引力

3、的。2le衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換的一般過程低軌衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星的高速運(yùn)動，使得它的波束覆蓋區(qū)也跟著挪動，而波束覆蓋區(qū)的挪動速度遠(yuǎn)大于用戶的運(yùn)動速度，因此，在le衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)中，切換主要是由于衛(wèi)星波束挪動引起的。對于衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)中的呼叫切換，通常經(jīng)歷這樣一個過程：2.1用戶周期測量當(dāng)前使用波束和鄰近波束的導(dǎo)頻信號或播送信道的信號強(qiáng)度的變化，以便確定它是否正在穿越相鄰波束之間的邊界或者處于相鄰波束的重疊區(qū)內(nèi)。2.2假設(shè)用戶進(jìn)入相鄰波束的重疊區(qū)，到達(dá)切換觸發(fā)的條件，將開場啟動切換過程。用戶中止利用當(dāng)前波束進(jìn)展通信，等待分配信道利用新波束進(jìn)展通信。2.3切換過程開場后，需要在新到達(dá)波

4、束中為該用戶按照一定的信道分配算法進(jìn)展信道分配，并在原先波束中釋放使用的信道；假如采用了波束內(nèi)切換或信道重安排，那么原先波束還須按照呼叫完畢后的信道重安排算法進(jìn)展波束內(nèi)的信道優(yōu)化分配，進(jìn)展必要的波束內(nèi)分配。分配完成后，將數(shù)據(jù)流從舊鏈路轉(zhuǎn)移到新鏈路上來，完成切換。3le衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換的種類低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換可分為以下類型：3.1同一信關(guān)站和衛(wèi)星的不同波束之間的切換目的波束和現(xiàn)用波束在同一信關(guān)站和同一衛(wèi)星內(nèi)，該切換涉及兩個波束的信道分配和修改同一信關(guān)站(不采用星上交換)或衛(wèi)星(采用星上交換)的交換路由表。3.2同一信關(guān)站不同衛(wèi)星之間的切換目的波束與現(xiàn)用波束不在同一顆衛(wèi)星內(nèi)、但在同一個信

5、關(guān)站范圍內(nèi)，它涉及兩顆衛(wèi)星的信道分配；對于采用星上交換的體制，需要改變兩顆衛(wèi)星星上交換路由表；對于衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)的體制，需要修改信關(guān)站交換路由表。3.3不同信關(guān)站同一衛(wèi)星的波束間的切換目的波束和現(xiàn)用波束屬于同一顆衛(wèi)星，但屬于不同的信關(guān)站，它涉及兩個信關(guān)站之間的切換，包括信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費(fèi)等，對于采用星上交換的衛(wèi)星還需要改變其交換路由表。3.4不同信關(guān)站不同衛(wèi)星之間的切換目的波束和先用波束屬于不同的衛(wèi)星且屬于不同的信關(guān)站，它涉及兩個信關(guān)站和兩顆衛(wèi)星之間的切換，信關(guān)站涉及信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費(fèi)等問題，對于采用星上交換的衛(wèi)星需要改變其交換路由表。4le衛(wèi)星通

6、信系統(tǒng)中用戶切換目的衛(wèi)星的選擇準(zhǔn)那么在低軌衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)的切換控制中，切換的目的衛(wèi)星的選擇策略對切換的最終性能也有著直接的影響。因此，根據(jù)系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)出合適于本系統(tǒng)的切換目的衛(wèi)星選擇方案至關(guān)重要。目前，低軌衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)中的切換目的衛(wèi)星選擇策略主要有以下幾種：最近衛(wèi)星準(zhǔn)那么、最強(qiáng)信號準(zhǔn)那么、最長可視時間準(zhǔn)那么、最多可用信道數(shù)準(zhǔn)那么、覆蓋時間與仰角加權(quán)準(zhǔn)那么及最小跳數(shù)切換準(zhǔn)那么。其中，最近衛(wèi)星準(zhǔn)那么認(rèn)為間隔 用戶終端最近仰角最大的衛(wèi)星可以提供很好的效勞質(zhì)量qs，可從純幾何上對其性能進(jìn)展分析，也稱為最大仰角準(zhǔn)那么。采用該準(zhǔn)那么時，用戶終端在任何時候都選擇可以為其提供最大仰角的衛(wèi)星。該準(zhǔn)那么

7、實(shí)現(xiàn)簡單，但一般不會在實(shí)際系統(tǒng)中采用，因?yàn)樗葲]有考慮無線信號在空中的傳播條件，也沒有考慮網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。最強(qiáng)信號準(zhǔn)那么是終端在任何時候選擇可以接收到最強(qiáng)信號的衛(wèi)星。擁有足夠高的信號強(qiáng)度是無線通信的一個根本條件，可以認(rèn)為最強(qiáng)信號衛(wèi)星準(zhǔn)那么可以提供較好的效勞質(zhì)量。最長可視時間準(zhǔn)那么又稱為最大覆蓋時間準(zhǔn)那么。按照這個策略，用戶將利用星座系統(tǒng)運(yùn)行的先驗(yàn)知識，始終選擇具有最大效勞時間的衛(wèi)星作為其切換的目的衛(wèi)星。該準(zhǔn)那么基于對最小化系統(tǒng)的切換懇求到達(dá)率考慮，延長了切換后呼叫一直被某個衛(wèi)星效勞的時間，從而可獲得較低的被迫中斷概率。最多可用信道數(shù)準(zhǔn)那么為：用戶選擇具有最多可用信道數(shù)的衛(wèi)星為它提供效勞。該準(zhǔn)那

8、么出于對整個系統(tǒng)信道資源利用率考慮，以使衛(wèi)星系統(tǒng)中每個衛(wèi)星所承載的業(yè)務(wù)量趨于均勻分布，防止因某個衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)超負(fù)荷而失效，從而影響到整個系統(tǒng)性能。應(yīng)用這個準(zhǔn)那么時，不管衛(wèi)星的詳細(xì)位置，新呼叫和切換呼叫會經(jīng)歷一樣的阻塞率或被迫中斷概率，從而可以防止出現(xiàn)某個衛(wèi)星超載的情況。最小跳數(shù)切換準(zhǔn)那么那么應(yīng)用于具有星上路由的情況，策略要求用戶在任何時候都選擇可以為其提供最少跳數(shù)途徑的衛(wèi)星。在詳細(xì)實(shí)現(xiàn)過程中，通信雙方周期性檢測其可見衛(wèi)星中是否有比當(dāng)前通信途徑的跳數(shù)更少的途徑，假如存在那么進(jìn)展切換，否那么繼續(xù)使用當(dāng)前衛(wèi)星進(jìn)展通信。當(dāng)然，假如通信雙方的當(dāng)前衛(wèi)星出現(xiàn)低于最小仰角或信噪比時，也需要進(jìn)展切換。假定衛(wèi)星系統(tǒng)使

9、用準(zhǔn)靜態(tài)路由算法，路由表項(xiàng)中帶有衛(wèi)星到衛(wèi)星的路由跳數(shù)，而且其路由信息隨著網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓上到y(tǒng)自動刷新。5低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換與路由在切換時，由于效勞衛(wèi)星的改變，對于采用星上交換和星上路由的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，原有路由也需要被重新建立。重建路由有以下幾種方案：全路由重建，局部路由重建，重路由結(jié)合擴(kuò)展路由，動態(tài)概率優(yōu)化路由，最小跳數(shù)路由。其中全路由重建衛(wèi)星切換方案：原有路由完全被新路由代替，該方案得到的新路由仍然是最優(yōu)化途徑，但其處理時延比擬大。局部路由重建衛(wèi)星切換方案：當(dāng)切換發(fā)生時，原有路由被局部保存，只有變化局部被更新，該方案處理時延比擬小，但新生成的路由可能不是最優(yōu)化途徑。重路由與擴(kuò)展路由結(jié)合：切換后首先進(jìn)展路由擴(kuò)展，再進(jìn)展路由優(yōu)化。以降低延時，但信令開銷增大。動態(tài)概率優(yōu)化路由：全路由重建節(jié)約帶寬，但是擴(kuò)大了信令資源，需要選擇適宜的優(yōu)化概率p，在帶寬和信令資源之間折中。即并不對所有擴(kuò)展后的路由進(jìn)展優(yōu)化，而是以概率p，對一局部路由進(jìn)展優(yōu)化，一局部仍保持原擴(kuò)展路由。最小跳數(shù)路由策略：用戶在任何時候都選擇可以為其提供最少跳數(shù)途徑的衛(wèi)星。通信雙方周期性檢測其可見衛(wèi)星中是否有比當(dāng)前通信途徑的跳數(shù)更少的途徑，假如存在那么進(jìn)展切換，否那么繼續(xù)使