[发明专利]一种基于用户位置的低轨卫星波束关闭方法

说明书

本发明涉及一种基于用户位置的低轨卫星波束关闭方法，属于通信技术领域。该方法包括：卫星通过获取用户和卫星星下点的经纬度坐标信息确定覆盖用户的波束号；提出一种动态的波束关闭策略，卫星根据网络中的用户覆盖情况，选择关闭部分网络中重叠覆盖的波束。本发明结合低轨卫星通信系统的特性提出适用于低轨卫星通信系统的波束关闭方法，在保证覆盖服务用户的情况下节省大量波束资源且减少用户波束间切换次数。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于用户位置的低轨卫星波束关闭方法。

背景技术

与蜂窝网络中的固定基站所不同的是，蜂窝网络小区可以自适应地调整覆盖范围，而卫星波束是处于动态变化的且并不能自适应地调整覆盖范围，因此现有的基站关闭策略并不适用于动态的卫星场景中。

在低轨卫星通信场景中，高纬度地区和低纬度地区情况有明显差异，为保证低纬度地区的全覆盖，所有波束在低纬度地区均为开启状态，当卫星向高纬度地区移动时波束开始逐渐出现重叠覆盖，纬度越高的地区波束密度越大。可基于卫星通信所具有的运行轨道固定、可预测波束覆盖位置及波束的密度与纬度位置相关等特点，提出适用于卫星通信场景的波束关闭方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于用户位置的低轨卫星波束关闭方法。结合低轨卫星通信系统的特性提出适用于低轨卫星通信系统的波束关闭方法，在保证覆盖服务用户的情况下节省大量波束资源且减少用户波束间切换次数。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种确定覆盖用户卫星波束的方法，包括以下步骤：

步骤一：以卫星为坐标原点，以卫星运行方向作X轴，以由卫星指向地球球心方向作Z轴，根据左手定则确定Y轴，建立起卫星本体坐标系；

步骤二：以卫星本体坐标系为参考，定义卫星点波束B的空间指向v＝{α_b,β_b}，其中，α_b为方位角，β_b为俯仰角；

步骤三：计算在卫星本体坐标系下卫星S指向终端U的方向u＝{α_u,β_u}，其中，α_u为终端相对于卫星运行方向的方位角，β_u为终端仰角；

步骤四：进一步转换为空间向量，通过计算获得空间向量对应的OXYZ表示，即v＝{x_b,y_b,z_b}与u＝{x_u,y_u,z_u}；

步骤五：根据空间角度关系计算得到波束指向与卫星终端指向的空间夹角θ'；

步骤六：通过判断空间夹角θ'与波束天线的波束宽度角θ_w的大小确定用户是否被点波束B覆盖。

一种基于用户位置的低轨卫星波束关闭方法，包括以下步骤：

步骤一：建立问题模型，本波束关闭方案的研究目标是在保证服务用户被波束覆盖的前提下，尽可能关闭网络中的重叠波束，并使得网络中服务波束数量X最小化，具体描述如下：

其中，定义用户与波束相关的覆盖因子表示在k时刻用户U_j被波束B_i覆盖的情况。

步骤二：对于可关闭波束集合的求解，具体算法如下：