ＬＥＯ衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)用戶切換探討

1、衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)用戶切換討論論文關鍵詞：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：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、于實現(xiàn)終端手持化和到達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、點波束、頻率復用等技術的開展為le衛(wèi)星挪動通信提供了技術保障。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)星的高速運動和衛(wèi)星數(shù)目多，也帶來了多普勒頻移嚴重和星間切換控制復雜等問題。但不管怎樣，低軌衛(wèi)星挪動通信系統(tǒng)的上述特點對于支持實現(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)的挪動速度遠大于用戶的運動速度，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用戶周期測量當前使用波束和鄰近波束的導頻信號或播送信道的信號強度的變化，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假設用戶進入相鄰波束的重疊區(qū)，到達切換觸發(fā)的條件，將開場啟動切換過程。用戶中止利用當前波束進展通信，等待分配信道利用新波束進展通信。2.3切換過程開場后，需要在新到達波

4、束中為該用戶按照一定的信道分配算法進展信道分配，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展波束內(nèi)的信道優(yōu)化分配，進展必要的波束內(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)星透明轉發(fā)的體制，需要修改信關站交換路由表。3.3不同信關站同一衛(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，但屬于不同的信關站，它涉及兩個信關站之間的切換，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站，它涉及兩個信關站和兩顆衛(wèi)星之間的切換，信關站涉及信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費等問題，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，設計出合適于本系統(tǒng)的切換目的衛(wèi)星選擇方案至關重要。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)星準那么、最強信號準那么、最長可視時間準那么、最多可用信道數(shù)準那么、覆蓋時間與仰角加權準那么及最小跳數(shù)切換準那么。其中，最近衛(wèi)星準那么認為間隔 用戶終端最近仰角最大的衛(wèi)星可以提供很好的效勞質量qs，可從純幾何上對其性能進展分析，也稱為最大仰角準那么。采用該準那么時，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。該準那么

7、實現(xiàn)簡單，但一般不會在實際系統(tǒng)中采用，因為它既沒有考慮無線信號在空中的傳播條件，也沒有考慮網(wǎng)絡的運行狀況。最強信號準那么是終端在任何時候選擇可以接收到最強信號的衛(wèi)星。擁有足夠高的信號強度是無線通信的一個根本條件，可以認為最強信號衛(wèi)星準那么可以提供較好的效勞質量。最長可視時間準那么又稱為最大覆蓋時間準那么。按照這個策略，用戶將利用星座系統(tǒng)運行的先驗知識，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。該準那么基于對最小化系統(tǒng)的切換懇求到達率考慮，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)務量趨于均勻分布，防止因某個衛(wèi)星節(jié)點超負荷而失效，從而影響到整個系統(tǒng)性能。應用這個準那么時，不管衛(wèi)星的詳細位置，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)切換準那么那么應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。在詳細實現(xiàn)過程中，通信雙方周期性檢測其可見衛(wèi)星中是否有比當前通信途徑的跳數(shù)更少的途徑，假如存在那么進展切換，否那么繼續(xù)使用當前衛(wèi)星進展通信。當然，假如通信雙方的當前衛(wèi)星出現(xiàn)低于最小仰角或信噪比時，也需要進展切換。假定衛(wèi)星系統(tǒng)使

9、用準靜態(tài)路由算法，路由表項中帶有衛(wèi)星到衛(wèi)星的路由跳數(shù)，而且其路由信息隨著網(wǎng)絡拓撲變化由系統(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，重路由結合擴展路由，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。重路由與擴展路由結合：切換后首先進展路由擴展，再進展路由優(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。即并不對所有擴展后的路由進展優(yōu)化，而是以概率p，對一局部路由進展優(yōu)化，一局部仍保持原擴展路由。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)星中是否有比當前通信途徑的跳數(shù)更少的途徑，假如存在那么進展切換，否那么繼續(xù)使