波束切换方法及相关设备与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种波束切换方法及相关设备。

背景技术：

对于低轨卫星通信系统而言，随着低轨卫星的移动，它的每个波束所覆盖的地理位置区域一直在变化，加上低轨卫星的运动速度较快，地面的卫星通信终端会频繁切换波束。对于连接态的卫星通信终端如何快速、准确在波束间切换，将是决定终端业务的连续性以及用户体验的重要因素。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种波束切换方法及相关设备，可以快速且准确地进行波束切换。

第一方面，本发明实施例提供了一种波束切换方法，所述方法应用于低轨卫星系统，所述系统包括低轨卫星、信关站和卫星终端，所述方法包括：

卫星终端位于波束切换区域时，获取覆盖到所述卫星终端的目标波束的至少两个切换指标，所述切换指标用于评价波束切换的优先级；

根据所述切换指标和对应的指标权重进行加权运算得到所述目标波束的波束得分，所述指标权重为根据主观赋权法确定得到的；

将所述波束得分最高的目标波束确定为最优波束；

控制所述卫星终端切换到所述最优波束。

可选地，所述方法还包括：

接收所述卫星终端发送的终端位置信息和终端速度信息；

根据所述终端位置信息、所述终端速度信息、卫星星历、低轨卫星的卫星速度信息确定所述卫星终端是否进入波束切换区域。

可选地，所述至少两个切换指标包括波束距离、可视时长、目标波束的网络时延、目标波束的链路丢包率中的至少两个；其中，所述波束距离为所述卫星终端与所述目标波束的波束覆盖区域边缘之间的距离，所述可视时长为所述卫星终端在所述目标波束下的驻留时间。

可选地，根据所述主观赋权法确定所述指标权重，包括：

对于所述至少两个切换指标中的每个切换指标，分别确定该切换指标相对于剩余的每个切换指标的重要度赋值，所述重要度赋值为两个切换指标在波束切换优先级评价中的重要程度的标度；

根据所述重要度赋值建立判断矩阵；

根据所述判断矩阵确定每个切换指标的指标权重。

可选地，所述控制所述卫星终端切换到所述最优波束，包括：

发送波束测量配置信息给所述卫星终端，所述波束测量配置信息包括所述最优波束的波束id、所述最优波束的波束频率信息和所述最优波束对应的低轨卫星的卫星位置信息，以使所述卫星终端根据所述波束测量配置信息获取所述最优波束的波束信号质量；

接收所述卫星终端发送的所述波束信号质量；

所述波束信号质量大于或等于信号质量阈值时，为所述卫星终端的接入分配空口资源和业务承载资源，并向所述卫星终端发送接入所述最优波束的波束小区所需要的信息，以使所述卫星终端根据所述接入所述最优波束的波束小区所需要的信息完成所述最优波束的切换。

第二方面，本发明实施例提供了一种波束切换装置，应用于低轨卫星系统的信关站，所述系统还包括低轨卫星和卫星终端，所述波束切换装置包括：

获取模块，用于卫星终端位于波束切换区域时，获取覆盖到所述卫星终端的目标波束的至少两个切换指标，所述切换指标用于评价波束切换的优先级；

得分获取模块，用于根据所述切换指标和对应的指标权重进行加权运算得到所述目标波束的波束得分，所述指标权重为根据主观赋权法确定得到的；

第一确定模块，用于将所述波束得分最高的目标波束确定为最优波束；

切换模块，用于控制所述卫星终端切换到所述最优波束。

可选地，所述装置还包括：

接收模块，用于接收所述卫星终端发送的终端位置信息和终端速度信息；

第二确定模块，用于根据所述终端位置信息、所述终端速度信息、卫星星历、低轨卫星的卫星速度信息确定所述卫星终端是否进入波束切换区域。

可选地，所述至少两个切换指标包括波束距离、可视时长、目标波束的网络时延、目标波束的链路丢包率中的至少两个；其中，所述波束距离为所述卫星终端与所述目标波束的波束覆盖区域边缘之间的距离，所述可视时长为所述卫星终端在所述目标波束下的驻留时间。

第三方面，本发明实施例提供了一种信关站，包括：处理器和存储器；

所述处理器和存储器相连，其中，所述存储器用于存储程序代码，所述处理器用于调用所述程序代码，以执行如第一方面所述的波束切换方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时，执行如第一方面所述的波束切换方法。

本发明实施例中，卫星终端位于波束切换区域时，先获取覆盖到卫星终端的目标波束的至少两个切换指标，切换指标用于评价波束切换的优先级；根据切换指标和对应的指标权重进行加权运算得到目标波束的波束得分，指标权重为根据主观赋权法确定得到的；将波束得分最高的目标波束确定为最优波束；控制卫星终端从当前波束切换到最优波束，完成最优波束的切换；其中，利用至少两个切换指标，结合主观赋权法确定的指标权重获得每个目标波束的波束得分，可以快速又准确地确定卫星终端进行切换的最优波束，提高波束切换的效率，保证卫星终端业务的连续性，提升卫星终端的用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种波束切换区域的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种波束切换方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种波束切换装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种信关站的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

应当理解，本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

现有技术中，低轨卫星通信系统中，随着低轨卫星的移动，它的每个波束所覆盖的地理位置区域一直在变化，加上低轨卫星的运动速度较快，地面的卫星通信终端会频繁切换波束。对于连接态的卫星通信终端如何快速、准确在波束间切换，将是决定终端业务的连续性以及用户体验的重要因素。为此本申请提供一种波束切换方法，可以快速又准确地进行波束切换，保证卫星通信终端的业务连续性，有效提升用户体验。

本文中，低轨卫星系统包括低轨卫星、信关站和卫星终端，其中，卫星终端可以是手机、平板电脑等终端设备。另外，对于某一卫星终端而言，参考图1，图1是本发明实施例提供的一种波束切换区域的示意图；其波束切换区域是指卫星终端当前的服务波束的波束覆盖区域(如图1中的101)与其他波束的波束覆盖区域(如图1中的102和103)的交集区域(如图1中的阴影区域a和b)。特别地，其他波束可以是与服务波束来自同一低轨卫星，其他波束与服务波束也可以分别来自不同的低轨卫星。换句话说，本申请实施例中所指的波束切换，包括从同一低轨卫星的一个波束切换到另一个波束，也包括一个低轨卫星的一个波束切换到另一个低轨卫星的一个波束下。

请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种波束切换方法的流程示意图；波束切换方法应用于低轨卫星系统中的信关站，方法包括：

201、卫星终端位于波束切换区域时，获取覆盖到卫星终端的目标波束的至少两个切换指标，切换指标用于评价波束切换的优先级；

具体地，检测到卫星终端位于波束切换区域时，开始获取覆盖到该卫星终端的所有目标波束的至少两个切换指标，其中，切换指标用于评价波束切换的优先级。利用至少两个切换指标，可以确定上述所有目标波束的切换优先级顺序。

202、根据切换指标和对应的指标权重进行加权运算得到目标波束的波束得分，指标权重为根据主观赋权法确定得到的；

具体地，根据主观赋权法确定每个切换指标的指标权重，所有切换指标的指标权重之和为一。根据切换指标及其对应的指标权重进行加权运算，可以得到每个目标波束的波束得分。例如，以获取目标波束的四个切换指标：q1、q2、q3和q4为例，主观赋权法确定的指标权重分别为：0.1、0.5、0.2、0.2，则波束得分为d＝0.1*q1+0.5*q2+0.2*q3+0.2*q4。

203、将波束得分最高的目标波束确定为最优波束；

具体地，将覆盖卫星终端的所有目标波束中，波束得分最高的目标波束确定为最优波束。

204、控制卫星终端切换到最优波束。

具体地，信关站控制卫星终端切换到最优波束。

利用图2的方法，通过利用至少两个切换指标，结合主观赋权法确定的指标权重获得每个目标波束的波束得分，可以快速又准确地确定卫星终端进行切换的最优波束，提高波束切换的效率，保证卫星终端业务的连续性，提升卫星终端的用户体验。

在一个可能的实施例中，方法还包括：

s1、接收卫星终端发送的终端位置信息和终端速度信息；

具体地，在进行波束切换之前，需要先确定卫星终端是否进入波束切换区域，即确定卫星终端是否位于波束切换区域。卫星终端定时或不定时向信关站发送自身的位置信息和速度信息，即终端位置信息和终端速度信息。

s2、根据终端位置信息、终端速度信息、卫星星历、低轨卫星的卫星速度信息确定卫星终端是否进入波束切换区域。

具体地，低轨卫星定时或不定时向信关站发送自身的位置信息和速度信息，即卫星位置信息和卫星速度信息。信关站根据低轨卫星的卫星星历可以确定每个低轨卫星的波束覆盖范围，根据终端位置信息可以确定对应的波束切换区域，再根据终端速度信息和卫星速度信息可以判断该卫星终端是否进入波束切换区域。

在一个可能的实施例中，信关站对覆盖卫星终端的所有目标波束进行监听，以获取至少两个切换指标，其中，至少两个切换指标包括波束距离、可视时长、目标波束的网络时延、目标波束的链路丢包率中的至少两个；其中，波束距离为卫星终端与目标波束的波束覆盖区域边缘之间的距离，可视时长为卫星终端在目标波束下的驻留时间。本发明实施例中，以获取上述四个切换指标为例进行说明。

对于波束距离，低轨卫星系统中，在低纬度地区的重叠覆盖度比较低，因此，波束距离在所有切换指标中重要性的程度更高；而在中高纬度地区切换，由于中高纬度地区的多重叠覆盖度较高，对于中高纬度地区，波束距离的重要性程度相比低纬度地区较低。

对于可视时长，信关站可以根据卫星终端的终端速度信息和终端方位角信息进行预测，得到每个目标波束的可视时长，具体的预测方法可以参考现有的预测方法，不再赘述。

对于网络时延，由于信关站到低轨卫星的馈电链路，以及用户的卫星终端到卫星的用户链路，相对地面系统来说传输不同波束下的传输时延差距较大。

对于链路丢包率，其用来衡量目标波束下信道的网络链路质量，其值越小，链路性能越好。

在一个可能的实施例中，步骤202中，根据主观赋权法确定指标权重，包括：

s3、对于至少两个切换指标中的每个切换指标，分别确定该切换指标相对于剩余的每个切换指标的重要度赋值，重要度赋值为两个切换指标在波束切换优先级评价中的重要程度的标度；

具体地，可以根据低轨卫星系统模型，在仿真系统中进行波束切换模拟，以确定所有的重要度赋值的经验值，将该经验值作为切换指标的重要度赋值；也可以采用其他可以确定重要度赋值的方法，不做限定。iij为指标ii与指标ij的重要性比较结果，其取值范围定义为{a，b，c，d}，其中a<b<c<d为仿真系统中得出的参考值，分别表示指标ii与指标ij的重要程度由轻到重。以信关站获取波束距离、可视时长、网络时延、链路丢包率四个切换指标为例，通过仿真模拟，可以确定波束距离相对于可视时长的重要度赋值为i12，波束距离相对于网络时延的重要度赋值为i13，波束距离相对于链路丢包率的重要度赋值为i14；对于可视时长、网络时延、链路丢包率同样可以确定得到重要度赋值：i21、i23、i24、i31、i32、i34、i41、i42、i43。

s4、根据重要度赋值建立判断矩阵；

具体地，根据步骤s3中的重要度赋值可以建立判断矩阵，例如：

s5、根据判断矩阵确定每个切换指标的指标权重。

具体地，根据判断矩阵可以确定每个切换指标的指标权重，所有切换指标的指标权重之和为一。例如，根据判断矩阵i确定得到波束距离、可视时长、网络时延、链路丢包率的指标权重分别为0.5、0.2、0.1和0.2。

在一个可能的实施例中，步骤204包括：

2041、发送波束测量配置信息给卫星终端，波束测量配置信息包括最优波束的波束id、最优波束的波束频率信息和最优波束对应的低轨卫星的卫星位置信息，以使卫星终端根据波束测量配置信息获取最优波束的波束信号质量；

具体地，卫星位置信息用于卫星终端的天线单元计算和调整波束指向。另外，信关站还会下发根据卫星速度信息和终端速度信息预测的波束切换位置给卫星终端，卫星终端在收到波束测量配置信息后，在预测的波束切换位置启动波束信号质量测量，给其天线单元配置最优波束的波束频率信息和卫星位置信息，以获得最优波束的波束信号质量。其中，波束信号质量可以是rssi(receivedsignalstrengthindication接收的信号强度指示)，也可以是rsrp(referencesignalreceivingpower，参考信号接收功率)等。卫星终端将获得的波束信号质量上报给信关站。

2042、接收卫星终端发送的波束信号质量；

具体地，信关站接收卫星终端发送的波束信号质量，并根据信号质量阈值进行判断处理。其中，信号质量阈值用来确定最优的波束切换位置(或波束切换时间点)，信号质量阈值的具体数值可以根据需要进行设置。

2043、波束信号质量大于或等于信号质量阈值时，为卫星终端的接入分配空口资源和业务承载资源，并向卫星终端发送接入最优波束的波束小区所需要的信息，以使卫星终端根据接入最优波束的波束小区所需要的信息完成最优波束的切换。

具体地，当最优波束的波束信号质量大于信号质量阈值时，表明到达最优的波束切换位置(或切换时间点)，可以进行波束切换，此时，信关站为卫星终端的接入分配空口资源和业务承载资源，并通过服务波束下发接入最优波束的波束小区所需要的参数信息(波束小区的载波频率和功率等)至卫星终端，卫星终端接收到参数信息后，进行波束切换，切换至最优波束，与最优波束完成上行同步。

而当最优波束的波束信号质量小于信号质量阈值时，表明未到达最优的波束切换位置(或切换时间点)，此时，信关站继续等待卫星终端上报其测量的波束信号质量。

本发明实施例的波束切换方法，通过选取多个切换指标，通过主观赋权法确定每个切换指标的指标权重，结合切换指标和指标权重确定目标波束的优先级，以选取最优波束进行切换，多切换指标和主观赋权进行最优波束的决策，确保了波束切换决策的准确性、及时性，提升卫星终端用户体验，提高波束切换的效率，保证卫星终端业务的连续性。适用于低轨卫星下各纬度，各类型场景下的卫星终端进行波束切换的决策。

基于上述波束切换方法实施例的描述，本发明实施例还公开了一种波束切换装置，波束切换装置应用于低轨卫星系统的信关站，低轨卫星系统还包括低轨卫星和卫星终端。参考图3，图3是本发明实施例提供的一种波束切换装置的结构示意图，波束切换装置包括：

获取模块301，用于卫星终端位于波束切换区域时，获取覆盖到卫星终端的目标波束的至少两个切换指标，切换指标用于评价波束切换的优先级；

得分获取模块302，用于根据切换指标和对应的指标权重进行加权运算得到目标波束的波束得分，指标权重为根据主观赋权法确定得到的；

第一确定模块303，用于将波束得分最高的目标波束确定为最优波束；

切换模块304，用于控制卫星终端切换到最优波束。

本发明实施例的波束切换装置，利用至少两个切换指标，结合主观赋权法确定的指标权重获得每个目标波束的波束得分，可以快速又准确地确定卫星终端进行切换的最优波束，提高波束切换的效率，保证卫星终端业务的连续性，提升卫星终端的用户体验。

在一个可能的实施例中，装置还包括：

接收模块，用于接收卫星终端发送的终端位置信息和终端速度信息；

第二确定模块，用于根据终端位置信息、终端速度信息、卫星星历、低轨卫星的卫星速度信息确定卫星终端是否进入波束切换区域。

在一个可能的实施例中，至少两个切换指标包括波束距离、可视时长、目标波束的网络时延、目标波束的链路丢包率中的至少两个；其中，波束距离为卫星终端与目标波束的波束覆盖区域边缘之间的距离，可视时长为卫星终端在目标波束下的驻留时间。

在一个可能的实施例中，根据主观赋权法确定指标权重，包括：

对于至少两个切换指标中的每个切换指标，分别确定该切换指标相对于剩余的每个切换指标的重要度赋值，重要度赋值为两个切换指标在波束切换优先级评价中的重要程度的标度；

根据重要度赋值建立判断矩阵；

根据判断矩阵确定每个切换指标的指标权重。

在一个可能的实施例中，切换模块包括：

第一子模块，用于发送波束测量配置信息给卫星终端，波束测量配置信息包括最优波束的波束id、最优波束的波束频率信息和最优波束对应的低轨卫星的卫星位置信息，以使卫星终端根据波束测量配置信息获取最优波束的波束信号质量；

第二子模块，用于接收卫星终端发送的波束信号质量；

第三子模块，用于波束信号质量大于或等于信号质量阈值时，为卫星终端的接入分配空口资源和业务承载资源，并向卫星终端发送接入最优波束的波束小区所需要的信息，以使卫星终端根据接入最优波束的波束小区所需要的信息完成最优波束的切换。

值得指出的是，其中，波束切换装置的具体功能实现方式可以参见上述波束切换方法的描述，这里不再进行赘述。波束切换装置中的各个单元或模块可以分别或全部合并为一个或若干个另外的单元或模块来构成，或者其中的某个(些)单元或模块还可以再拆分为功能上更小的多个单元或模块来构成，这可以实现同样的操作，而不影响本发明的实施例的技术效果的实现。上述单元或模块是基于逻辑功能划分的，在实际应用中，一个单元(或模块)的功能也可以由多个单元(或模块)来实现，或者多个单元(或模块)的功能由一个单元(或模块)实现。

基于上述方法实施例以及装置实施例的描述，本发明实施例还提供一种信关站。

请参见图4，是本发明实施例提供的一种信关站的结构示意图。如图4所示，上述的波束切换装置可以应用于所述信关站400，所述信关站400可以包括：处理器401，网络接口404和存储器405，此外，所述信关站400还可以包括：用户接口403，和至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口403可以包括显示屏(display)、键盘(keyboard)，可选用户接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口404可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)。存储器405可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器405可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。如图4所示，作为一种计算机存储介质的存储器405中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及设备控制应用程序。

在图4所示的信关站400中，网络接口404可提供网络通讯功能；而用户接口403主要用于为用户提供输入的接口；而处理器401可以用于调用存储器405中存储的设备控制应用程序，以实现：

卫星终端位于波束切换区域时，获取覆盖到卫星终端的目标波束的至少两个切换指标，切换指标用于评价波束切换的优先级；

根据主观赋权法确定至少两个切换指标的指标权重；

根据切换指标和对应的指标权重进行加权运算得到目标波束的波束得分；

将波束得分最高的目标波束确定为最优波束；

控制卫星终端从当前波束切换到最优波束。

在一个可能的实施例中，处理器401还执行以下步骤：

接收卫星终端发送的终端位置信息和终端速度信息；

根据终端位置信息、终端速度信息、卫星星历、低轨卫星的卫星速度信息确定卫星终端是否进入波束切换区域。

在一个可能的实施例中，至少两个切换指标包括波束距离、驻留时间、目标波束的网络时延、目标波束的链路丢包率中的至少两个；其中，波束距离为卫星终端与目标波束的波束覆盖区域边缘之间的距离，驻留时间为卫星终端在目标波束下的驻留时间。

在一个可能的实施例中，根据主观赋权法确定至少两个切换指标的指标权重，包括：

对于至少两个切换指标中的每个切换指标，分别确定该切换指标相对于剩余的每个切换指标的重要度赋值，重要度赋值为两个切换指标在波束切换优先级评价中的重要程度的标度；

根据重要度赋值建立判断矩阵；

根据判断矩阵确定每个切换指标的指标权重。

在一个可能的实施例中，处理器401在执行控制卫星终端从当前波束切换到最优波束时，具体执行以下步骤：

发送波束测量配置信息给卫星终端，波束测量配置信息包括最优波束的波束id、最优波束的波束频率信息和最优波束对应的低轨卫星的卫星位置信息，以使卫星终端根据波束测量配置信息获取最优波束的波束信号质量；

接收卫星终端发送的波束信号质量；

波束信号质量大于信号质量阈值时，为卫星终端的接入分配空口资源和业务承载资源，并向卫星终端发送接入最优波束所需要的信息，以使卫星终端根据接入最优波束所需要的信息完成最优波束的切换。

应当理解，本发明实施例中所描述的信关站400可执行前文所述波束切换方法，也可执行前文所述波束切换装置的描述，在此不再赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。

此外，这里需要指出的是：本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，且所述计算机存储介质中存储有前文提及的波束切换装置所执行的计算机程序，且所述计算机程序包括程序指令，当所述处理器执行所述程序指令时，能够执行前文所述波束切换方法的描述，因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本发明所涉及的计算机存储介质实施例中未披露的技术细节，请参照本发明方法实施例的描述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。