基于波束业务量的卫星波束覆盖动态调整方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于波束业务量的卫星波束覆盖动态调整方法，特征是根据各个卫星波束覆盖范围内业务量的大小动态调整卫星波束覆盖的模式，在不同波束业务量的情况下，实时调整卫星天线的辐射角度和倾角，在均匀的波束覆盖模式与非均匀的波束覆盖模式之间切换，同时，在新调整的波束间重新分配星上资源。相比现有的目标同样是提升系统吞吐量的卫星波束资源管理方案，采用本发明基于波束业务量的卫星波束覆盖动态调整方法大大降低了计算和实现复杂度，并且在提升系统吞吐量的同时，还能提升不同波束间用户的服务公平性，让卫星资源更有效地被利用。
【专利说明】基于波束业务量的卫星波束覆盖动态调整方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星通信【技术领域】，特别涉及卫星通信系统中基于波束业务量动态调整卫星波束覆盖模式以提升系统吞吐量的方法。
【背景技术】
[0002]由于地球同步卫星系统的巨大覆盖范围和提供的高数据传输速率，地球同步卫星系统是近几年来的研究热门。为了满足对地球的无缝覆盖，卫星波束通常总是均匀地覆盖在地球表面。然而，在不同波束覆盖下的用户数目会由于区域性的繁荣程度差异巨大，例如，在城市中有着密集的用户分户，但是在郊区、海面、沙漠等地区的用户分布非常稀疏。这就意味着，用户稀疏区域使用着与用户密集区域相同的卫星资源，导致了不同区域间用户的服务不公平性和用户稀疏地区卫星资源的浪费。
[0003]《国际电子与电气工程师协会通信选题杂志》(IEEEJ.0n Select Areas.Commun,Volume22, No3, 2004, pp492_500)针对多卫星系统提出了一种业务分配策略，以最大化功率限制下单个波束覆盖范围内可支持的用户业务量。不过该策略只着眼于将星上资源更有效地利用以提高单个卫星小区内的业务量，却忽视了不同波束内用户的服务不公平性的改
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[0004]《国际电子与电气工程师协会无线通信汇刊》(IEEETrans, on Wireless.Commun,Volume4, No6, 2005，pp2983_2993)指出，在总功率限制下，使用越多的波束数目覆盖地面同一个区域，系统的总容量会越大。然而，这一结论不能直接使用，因为如果在地面上不间断地用尽可能多的波束照射，在用户稀疏的区域，会导致严重的资源浪费情况。因此，根据不同波束内的业务量需求，按需分配资源，加强热点地区的服务并且提升不同区域的服务公平性具有重要意义。
[0005]此外，上述研究主要都关注于卫星波束和功率的利用和分配，却忽视了对于卫星而言，其天线辐射模式也是一种可以调整的星上资源；并且，缺乏对在非均匀分布的用户区域上由均匀分布的卫星波束覆盖所导致的服务不公平性问题的研究与解决。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提出一种基于波束业务量的卫星波束覆盖动态调整方法，利用卫星特有的天线辐射模式特性，基于用户分布情况动态地调整卫星波束的覆盖半径和相应功率，以加强热点地区的服务，提升整个系统的吞吐量，并提升不同区域的服务公平性。
[0007]本发明基于波束业务量的卫星波束覆盖动态调整方法，根据各个卫星波束覆盖范围内业务量的大小动态调整卫星波束覆盖的模式，在经过调整后的波束间重新分配卫星的无线资源；其特征在于:初始时为传统的卫星波束覆盖模式，即:卫星波束都大小相等、均匀地覆盖着地面，各个波束间的资源都是均分的；接着卫星在地球上空提供通信服务的同时实时监测覆盖地面的各个波束内的业务量大小和用户的地理位置，若卫星监测到某个波束覆盖范围内部存在业务量密集的地区，且该波束的周围六个波束内的业务量都相对稀疏时，就将这个拥有密集业务量的波束命名为中心业务波束，其周围的六个波束命名为周边波束，并将中心业务波束的福射角减小，针对业务S集的区域进彳丁波束的集中投射，冋时相应增加周边波束的辐射角，扩大周边波束的覆盖区域，以达到卫星波束的无缝覆盖；并且根据业务量的大小，将周边波束内空闲的资源分配给中心业务波束为用户提供服务:在波束调整前，若中心业务波束和六个周边波束的半径都是D，且六个周边波束在地面投影的中心点构成了一个正六边形，经过波束调整，将中心业务波束的半径减小为0.62D，周边波束的半径增加至1.18D，且五个周边波束以中心业务波束为中心，其在地面投影的五个中心点构成了一个正五边形；卫星在为地面用户提供服务的过程中，持续监测各个波束内的业务量和用户的位置；当不再满足中心波束内的业务量密集且周边波束内业务量稀疏的条件时，则将调整后的由一个小中心波束和五个大周边波束的覆盖方式重新恢复为由七个大小相等的波束实现覆盖，且这七个波束重新被分配等量的星上资源；此后，卫星继续实时监控地面的业务量大小和用户地理位置的分布情况，实时地在这两种波束覆盖模式间切换。
[0008]采用上述本发明方法之所以能够提升卫星系统下行吞吐量，是基于以下原理分析: [0009]对于一个地面移动终端X，一个地球同步卫星S和这个终端相应的卫星服务波束Y ;在X与Y之间的自由空间路径衰落可以表示为
[0010]
【权利要求】
1.一种基于波束业务量的卫星波束覆盖动态调整方法，根据各个卫星波束覆盖范围内业务量的大小动态调整卫星波束覆盖的模式，在经过调整后的波束间重新分配卫星的无线资源；其特征在于:初始时为传统的卫星波束覆盖模式，即:卫星波束都大小相等、均匀地覆盖着地面，各个波束间的资源都是均分的；接着卫星在地球上空提供通信服务的同时实时监测覆盖地面的各个波束内的业务量大小和用户的地理位置，若卫星监测到某个波束覆盖范围内部存在业务量密集的地区，且该波束的周围六个波束内的业务量都相对稀疏时，就将这个拥有密集业务量的波束命名为中心业务波束，其周围的六个波束命名为周边波束，并将中心业务波束的福射角减小，针对业务S集的区域进彳丁波束的集中投射，冋时相应增加周边波束的辐射角，扩大周边波束的覆盖区域，以达到卫星波束的无缝覆盖；并且根据业务量的大小，将周边波束内空闲的资源分配给中心业务波束为用户提供服务:在波束调整前，若中心业务波束和六个周边波束的半径都是D，且六个周边波束在地面投影的中心点构成了一个正六边形，经过波束调整，将中心业务波束的半径减小为0.62D，周边波束的半径增加至1.18D，且五个周边波束以中心业务波束为中心，其在地面投影的五个中心点构成了一个正五边形；卫星在为地面用户提供服务的过程中，持续监测各个波束内的业务量和用户的位置；当不再满足中心波束内的业务量密集且周边波束内业务量稀疏的条件时，则将调整后的由一个小中心波束和五个大周边波束的覆盖方式重新恢复为由七个大小相等的波束实现覆盖，且这七个波束重新被分配等量的星上资源；此后，卫星继续实时监控地面的业务量大小和用户地理位置的分布情况，实时地在这两种波束覆盖模式间切换。
【文档编号】H04B7/185GK103595463SQ201310626926
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】张四海, 钱岑, 秦晓卫, 周武旸 申请人:中国科学技术大学