[发明专利]一种适于高通量卫星通信的信关站抗雨衰切换方法及装置

说明书

本发明公开了一种适于高通量卫星通信的信关站抗雨衰切换方法及装置，方法包括各信关站跟踪接收机电平值获取、各信关站雨衰值计算和预测、将所有信关站按照雨衰预测值的排序、主用信关站与备用信关站匹配、通过门限比较确定需要切换的信关站匹配对；装置包括信道预测和切换判决两个模块。本发明针对高通量卫星通信系统中N个主用信关站中一个或多个信关站因为雨衰过大可能导致链路中断需要切换至P个备用信关站的问题，采用基于雨衰预测值排序的多信关站传输分集切换方案，所有信关站均提前对信道进行预测，按照预测的雨衰值对信关站排序后进行门限判决，使信关站在馈电链路发生中断之前完成切换，从而保证业务传输的稳定性。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，涉及一种高通量卫星通信时信关站抗雨衰的切换方法及装置。

背景技术

截止2019年，全球在轨的Ka频段高通量卫星(HTS)已超过65颗，单颗最大容量已达300Gbps(Viasat-2)。下一代甚高通量卫星(VHTS)已经在研制过程中，将采用Q/V频段作为馈电链路的使用频率，并将Ka频段完全分配给用户链路使用，这样馈电链路和用户链路都可以得到更多的带宽资源，单颗卫星的系统容量将达到1Tbps，从而大大降低单位带宽成本，增强卫星宽带互联网接入的竞争力。但是，VHTS系统面临的最大问题是V频段馈电链路雨衰过大，中降雨区(如北京)达到99.9％的可用度雨衰大于40dB@50GHz。当前的Ka频段高通量卫星通信系统，若信关站建设于强降雨区(如广州)，达到99.9％的可用度雨衰大于30dB@29GHz。在单站情况下，馈电链路若想达到99.9％的可用度，单纯采用上行功率控制(UPC)和自适应编码调制(ACM)技术无法补偿如此高的链路雨衰。

N+P信关站分集(Gateway Diversity)接收技术是高通量卫星通信场景下信关站抗雨衰的一种较好的手段。N+P信关站分集接收技术的核心思想是设计N个主用信关站，P个备用信关站，同一时刻，用户只和其中之一的信关站相连接。信关站之间彼此通过地面光纤网络连接。当N个主用信关站中任意P个经历强降雨出现链路中断时，由P个备用信关站接替它们工作。

在分集接收的场景下，目前采用的信关站切换策略之一是基于信噪比排序的匹配切换法，具体是由网络运行控制中心(NOCC)获取所有主用和备用信关站前向链路的信噪比(SNR)，并进行降序排列，信噪比高的备用站匹配信噪比低的主用站，当主用站的信噪比低于门限且备用信关站的信噪比高于门限时才进行切换。该方法在工程实现上的局限性在于主、备用信关站无法同时准确获取信噪比(因为馈电波束在信关站切换前仅指向主用信关站，备用信关站无法接收到业务信号)，信噪比难以准确测量。另一种切换策略是通过比较信关站馈电链路信道雨衰预测值与链路余量进行切换，但已有的信道雨衰预测算法，如极值法、均值法、自适应取样窗口法等，存在对降雨强度的剧烈变化反应灵敏度不高或者雨衰预测值相对真实值滞后问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对高通量卫星通信系统N个主用信关站中一个或多个信关站因为雨衰过大可能导致链路中断需要切换至P个备用信关站的应用场景，提供了一种信关站抗雨衰切换方法及装置，通过简单、实用的切换，可以有效解决因为现有信关站切换方法中信噪比难以准确测量或者信道雨衰难以准确预测造成的工程化实现困难的问题。

本发明的技术解决方案是：一种适于高通量卫星通信的信关站抗雨衰切换方法，包括如下步骤：

步骤1，获取在过去[t-W,t]时间段内各信关站跟踪接收机电平值，用向量记为H_j(t)＝[h_j(t-W)，…h_j(t)]，其中j为信关站编号，取值从1到N+P，N为主用信关站的数量，P为备用信关站的数量，W为取样时间窗口；

步骤2，利用步骤1的结果，计算得到各信关站在过去[t-W,t]时间段内的雨衰值向量I_j(t)；

步骤3，利用步骤2的结果，预测各信关站在t+T时刻的雨衰值T为信道预测时间窗口；