[发明专利]基于GMR-1的低轨卫星窄带通信系统切换方法

说明书

本发明公开了一种基于GMR‑1的低轨卫星窄带通信系统切换方法，该方法在随路信道上传输同步、位置、切换控制信令，具体为：在业务信道传输数据的同时，随路传输同步控制信令内容，用于对用户上行信号的时频偏实时调整；在业务信道传输数据的同时，随路传输终端位置信息，实现基于用户位置信息的业务切换控制；在业务信道传输数据的同时，随路传输切换控制命令，用于业务通信中的切换。当终端在同一卫星不同波束或不同信道之间切换时实现同步切换流程，当终端在不同卫星之间切换时实现异步切换流程。本发明满足了低轨卫星通信系统快速切换的要求。

技术领域

本发明涉及低轨窄带通信系统技术领域，特别是一种基于GMR-1的低轨卫星窄带通信系统切换方法。

背景技术

低轨窄带卫星通信系统是通过低轨星座进行信号转发的卫星通信系统，与宽带卫星通信系统不同，它用户链路主要工作在L、S频段，可支持小型化便携式终端。目前世界上已经建设完成的低轨星座卫星通信系统主要有Iridium、GlobalStar等，我国主要有虹云、鸿雁等系统。一般来说，低轨星座卫星通信系统由低轨星座、信关站、用户终端等三部分组成，如图1所示，(1)低轨星座：低轨星座由若干颗分布同一高度不同轨道上的LEO卫星构成，每颗卫星通过多波束实现用户链路频谱资源的高效利用，星座内的所有卫星通过星间链路互联起来，卫星负责维护它们自身之间的星间链路、与信关站和系统控制段之间的馈电链路，如图2所示。(2)信关站：信关站作为低轨星座卫星通信系统的重要组成部分，完成卫星载荷的管理和低轨星座卫星通信系统的业务处理、网络管理、运营管理、业务结算等功能，同时负责低轨星座卫星通信系统与PSTN、PLMN等地面系统的互联互通。(3)用户终端：用户终端由分布在低轨星座波束覆盖范围内的各种手持、便携、车载等各型终端组成，终端是用户接入低轨星座卫星通信系统的门户和应用平台，用于建立用户与卫星间的数据传输链路，每个终端具备在波束间、卫星间、信关站间的切换能力，能够为用户提供持续不断的业务服务。

为了评估馈电链路信号的动态特性，利用STK构建铱星星座卫星系统模拟场景，以北京某地为参考电，仿真该电接收信号的动态特征。1)信号的频率动态特性：从仿真图3、图4可知，用户链路信号多普勒高达50KHz，信号变化率为0.45kHz/s，相对于低轨窄带采用的信号带宽来看，信号具有高动态特性。2)信号的时延特性：由于星座卫星相对地面高速运动，在引入用户链路信号频率动态特性的同时，也造成了用户链路传播时延的变化，图5给出了卫星和信关站可见时馈电链路时延变化的仿真图。从仿真图可知，由于星座卫星相对信关站运动引入的馈电链路传播距离的变化，用户链路传播时延在2.6～8.6ms范围内规律变化，经估算最大的时间变化率为0.025ms/s。从对用户链路的时延和频率变化情况分析来看，在终端通话过程中，需要不断的调整终端的上行定时和频率，以保证与网络侧同步。

GMR-1是ETSI制定的面向窄带GSO卫星移动通信标准，其工作频段为L/S。该标准派生自3GPP系列地面数字蜂窝标准GSM，并支持接入GSM/UMTS核心网络。ACeS、SkyTerra、TerreStar和Thuraya均使用了GMR-1系列标准。GMR-1系统由卫星、地球移动站MES(MobileEarth Station)、信关站GS(Gateway Station)和卫星操作中心SOC(satellite operationcenter)等元素组成，在移动用户与固定用户之间，GMR-1系统提供GSM基础业务如语音、数据传输、传真、点对点短消息业务，以及小区广播短消息业务和增值业务。通过公共和私人交换电信网络如公共电话交换网(PSTN)，公共陆地移动网(PLMN)，GMR-1系统可以实现世界范围内的互联，图6所示给出了GMR-1系统的元素组成图。GMR-1定义了三种业务信道及配套的专用控制信道，如表1所示。专用控制信道不仅用于业务建立、释放等业务管控信令传输，也可用于业务过程中时频偏调整、切换、业务控制等信令传输，在业务通信过程中，FACCH通过抢占业务信道的时隙资源来实现，往往对业务传输有一定的影响，SACCH通过业务信道随路来实现，速率较低，在GMR-1标准中，SACCH编码后的比特通过20帧连续的业务信道来传输。

表1 GMR-1业务信道及专用控制信道定义