[发明专利]一种低轨卫星通信系统中基于星历的多属性联合切换方法

权利要求书

1.一种低轨卫星通信系统中基于星历的多属性联合切换方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：切换测量，确定参数指标体系，收集各卫星的负载、星历信息，同时地面移动用户开始测量各卫星的参考信号的接收强度和质量；

步骤二：切换判决，当地面移动用户处于卫星覆盖重叠区域时，需要实时测量卫星负载、参考信号强度和质量，并根据相应的切换触发条件判决是否需要进行切换；

步骤三：目标卫星选择，根据地面移动用户接收到的相邻卫星的负载、对移动用户的覆盖时间以及信号强度、信号质量作为输入变量，通过距离标准差离法计算各个输入变量的权值，再基于TOPSIS法选择最优的切换目标，作为地面移动用户的切换对象；

步骤四：切换执行，移动用户断开与源卫星的通信链路，释放与其相关的系统资源，并与目标卫星建立通信链路，将用户面的数据从源卫星迁移到目标卫星上；

步骤五：判断切换后的源卫星与目标卫星上是否存在过载情况，若存在，继续执行切换和负载迁移过程；

步骤六：测量源卫星与目标卫星的参考信号强度并判断是否满足切换触发条件，若满足条件，继续执行切换过程；若不满足，则切换结束；达到降低卫星通信过程中的切换失败率以及掉话率，提高通讯质量的目的。

2.如权利要求1所述的一种低轨卫星通信系统中基于星历的多属性联合切换方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

地面移动用户接收到相邻卫星的信号强度(RSRP)计算方法如式：

P_r＝P_t-L_r(d)-L_s(d)-L_f(d)-L_ra(d) (1)

其中，P_r为地面移动终端接收到的信号强度，用功率表示；P_t为相邻卫星的发射功率；L_r(d)为信号从卫星传播到地面移动终端的路径损耗；L_s(d)为阴影衰落；L_f(d)为快衰落；L_ra(d)为雨衰；d为低轨卫星到地面移动终端的直线距离。

接收参考信号质量(RSRQ)的计算方法如式：

其中N为RSSI的测量带宽中的资源块RB的数量；RSSI是接收信号的强度指示，包括有用信号和干扰信号。

3.如权利要求1所述的一种低轨卫星通信系统中基于星历的多属性联合切换方法，其特征在于：步骤二实现方法为，

地面信关站通过信令交互向移动用户发送卫星负载情况和卫星星历；通过星历，结合HPOP方法，计算卫星速度矢量和星下点位置，再根据几何关系计算卫星对移动用户的覆盖时间。

确定功率门限参数来判定源卫星与目标卫星的RSRP是否满足切换触发条件，确定时间迟滞参数用于判断RSRP与RSRQ满足切换触发条件的持续时间是否足够。三个参数的设定均是为了防止过早切换而产生乒乓效应以及过晚切换而导致的无线链路失效；

M_t≥M_s+Hyst_p (3)

其中M_t为移动用户接收目标卫星RSRP，M_s移动用户接收源卫星的RSRP，Hyst_p为功率迟滞门限；

RSRQ_j-RSRQ_i＞Hyst_q (4)

其中RSRQ_j为移动用户接收目标卫星RSRQ，RSRQ_i移动用户接收源卫星的RSRQ，Hyst_q为质量迟滞门限。

4.如权利要求1所述的一种低轨卫星通信系统中基于星历的多属性联合切换方法，其特征在于：步骤三实现方法为，

步骤3.1：通过标准差离法计算各个输入变量的权值，假设待切换目标卫星有N个，对移动用户接收到的相邻卫星的信号强度、信号质量指标以及相邻卫星对终端的覆盖时间指标进行指标正向化处理，卫星的负载指标进行指标负向化处理，同时，为了消除不同指标量纲差异的影响，需要根据以下公式做标准化处理：

其中，b_i，j表示第j颗相邻低轨卫星的第i个输入变量进行标准化处理后的值，X_i，j表示第j颗相邻低轨卫星的第i个输入变量指标的值，X_i，min表示第i种输入变量指标中的最小值，X_i，max表示第i种输入变量指标中的最大值，i＝1，2，3，4，j＝1，2，3，…，N；

步骤3.2：分别计算输入变量指标的均值

其中，N为待切换目标卫星的个数。

步骤3.3：计算输入变量的标准差σ_i：

其中，为步骤3.2中计算的输入变量指标的均值；

步骤3.4：计算输入变量指标的权重w_i：

其中，σ_i为步骤3.3中计算得到的输入变量指标的标准差；

步骤3.5：采用优劣解距离法计算卫星切换最优目标，通过以下公式计算输入变量指标加权后的值V_i，j：

V_i，j＝w_i·b_i，j (9)

步骤3.6：计算所有相邻卫星中每颗低轨卫星相应参数与最优值和最劣值的欧拉距离：

其中，D_max，j表示相邻低轨卫星相应参数与最优值的欧拉距离，D_min，j表示相邻低轨卫星相应参数与最劣值的欧拉距离，V_i，j表示与第j颗卫星相关的第i个参数测量指标，V_i，max表示移动用户接收到邻区列表中N颗低轨卫星的第i个参数测量指标的最优值，V_i，min为移动用户接收到邻区列表中N颗低轨卫星的第i个参数测量指标的最劣值；

步骤3.7：根据上式计算邻区列表中各相邻卫星与最优值的相对距离L_j：

其中，D_max，j和D_min，j分别为公式中计算得到的相邻低轨卫星相应参数的最优值与最劣值的相对欧拉距离；

步骤3.8：从待切换的邻区列表中选取与最优值相对距离L_j最小的卫星作为系统切换的目标卫星。