论文研究-基于MES节点位置的GEO卫星切换算法设计 .pdf

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基于MES节点位置的GEO卫星切换算法设计,黄俊伟,闫闯,简要介绍了地球同步轨道(geostationary earth oribit,简写GEO)卫星的特点,通过分析卫星波束大提出了一种基于移动终端(mobile earth station��
山国武技记文在 距离区 图距离敏感区示意图 方向角获取 终端的方向角信息可以通过两个连续的顺序点的位置信息通过向量公式计算得到 如在时刻,移动终端位置坐标为 时刻 位置坐标为 通过两点纵坐标与横坐标差之比的反正切得到其值: 驻留时间获取 图波束枣标示意图 由于星通信系统中的波束役盖面积很大,因此,移动终端在波束内的驻留时间 一般都相对较长。当波束的驻留时间达到一定的门限,就公触发波束切换。移动终端在服务 波束和临近波束的驻留时间可以通过位置信息进行计算。 如图所示:波束的中心丛标为,移动终端节点的坐标为,该节点离波束 中心的距离为 +,终端的移动方向和终端与波束中心的连线的夹角为a,终端 离波束边缘的距离为。其夹角根据余弦公式计算得 服务波束的驻留时间即为/。 当移动终端在波束的驻留吋间逐渐减少,表明移动终端正在远离波束中心。其切挨的可 能性就变髙,当移动终端仼波束的驻留时间逐渐堦加,切换触发的可能性就变小。随着终端 速度的增加,接收的导频信号强度变得不稳定,多普勒频移变大,接收的误码率也增加,将 影响通信的质量。当高速移动终端在波朿重叠区时,应该提高切换速度,减少切换延迟,避 免通信的中断,使切換策略最优化,来提高通信系统的切换性能 山国武技记文在 切换流程 具体的切换流程如图: 开始 测量报告 获取 位置信息 /是否进 入距离 敏感区 汁算负载信 获取信 计算速度信 息 息 是否满 足判决 准则 执行切换 结末 图切换流程图 、获取位置信息:卫星通信系统里面有位置获取部分,经常是基于或者北斗系统 在我们的切换策略中,一旦移动终端移动了一定的距离或者周期性位賀定时器超时,移动终 端就会上报位置吏新信息当栘动到∫多波束覆盖区,如果测量到网络的信息满足切换判决, 就开始执行切换。在上星通信系统中,终端的波束参数是从位置报告中得到的。其结 构如下: 消息内容 这个 信元里面存在关于位置相关的经纬度信息。 进行距离判决:判断终端节点位置是否满足距离判决条件:如果满足此算法距离判 决条件,执行下一步,如果不满足,返回上一步继续进行服务波束的测量。 山国武技记文在 根据接收信号强度)差值信息、负载信息和速度信息进行综合判决,当服务 波束的信号强度降低到·定阀值,临近波束的信号强度上升到·定阀值,并且临近波束的信 号强度和服务波束的信号强度之差达到切换阀值,即进行切换。其中的切换阀值不能太髙, 也不能太低,太低可能产生不必要的切换,产生乒乓效应;太高可能使得切换不及时导致数 据包丢失,甚至产生掉话。因此,取值要取一个折中。卫星通信系统的切换判决不一定切换 到接收信号强度最高的网络,但却是切换到最适合的网络。此切换判决算法还要考虑网络的 负毂信息。当移动终端的速度很高时,切换触发的敏感性要升高 仿真 卫星信道模型 卫星在传播中有三种信道状态:、完仝无阻挡传播:、轻微物阻挡传播:、完全 阻挡传播。卫星通信系统中,无线电采用无阻挡的方式进行传播。即发射方和接收方 之闩不存在仼何的阻挡物,这种传播方式称为视距传播。其多波束通信图如图所示。 馒电链路 用户链路 图多波束卫星通信图 相反,如果发射方和接收方之间存在阻挡物就称为非视距传播。在大尺度衰落情况下, 自由空冋损耗模型可以用卜式表示 () 其中,表示信号发射机与信号接收机之问的距离();发射天线的增益:接 收天线的增益;λ为发射波长;为信号传播环境无关的系统损耗系数;为路径损耗指数; 为参考距离;。衣示高斯随机变量,其均值为,标准差为a。系统损耗系数衣示实 际硬件系统中的总体衰耗或损耗,包括传输线损耗等。 衣示系统硬件没有损耗,这里 取 对于覆盖人的卫星波束,设置为 为接收信号功率,为发射信号功率。 山国武技记文在 表仿真参数 波束直径卫星高度发射天线接收天线 发射功率卫星载波终端速度 增益 增益 频率 仿真结果 扫对延迟改普 图切换延时改善 随着移动速度的增加,相对于传统算法,切換延迟改善率逐渐増加。当移动终端 的速度较低时,切换延迟几乎和传统算法差不多。当速度增加时,移动终端在波束内 的驻留时间变化很快,这时减少系统的切换门限,使切换延迟减少。切换延时改善如图 所示。 随着业务量的增加,基于 节点位置的改进算法改善性能越好。当业务量为 时,其切换失败率改善」近两倍多。原因是改进的算法考虑了临近波束的负载信 息,使得接收信号强度高的临近波束不一定是切换目标波東,使得由于网络负载而产生的切 换失败减少。其切换失败率比较如图所示。 基于位置改进的算法 ·—传统算法 到达业务量 图切换失败率比较 从图可以看出基」节点位置信息的切换算法的平均切换次数相对于传统算法的 平均切换次数有了很大降低。基于位置信恳的卫星通信切换平均次数在次左右,基于传统 的切换算法的切换次薮在次左右。可以看出该算法其切换性能有了·定的提∫ 山国武技记文在 基于位置信息改进算法 一传统算法 甘 +求车丰 仿真次数 图平均切换次数对比 结论 本篇文章提出了基于节点位置的卫星切换算法,综合考虑的位置信息、 速度信息、负载信息对切换判决进行处理。相对于传统的算法,减少了没有必要的切换次数, 切换目的性增强,切换性能大幅提升。该算法降低了呼叫的切换阻塞率,减少了切换失败率, 提高了信道的利用率,又优化了网络性能。由于卫星高度很高,会产生比较大的传输 时延,下一步将要考虑如何减少切换的传达时间和执行时间。 参考文献 罗弘维低軏卫星系统切换与信道分配技术研究大连:大连大学 魏魏郭庆 区域覆盖卫星移动通信系统及其关键技术通信技术 杨巧丽陆锐敏马刈非 多波束卫星通信网络关键技术研究通信技术 喻香移动卫星通信网络切换抆术研究武汉:华中科技大学 宋莉刘爱军田晓钟奚国中 卫星移动通信系统的动态切换算法系统仿真学报 程远征基于位置信恳的和网络切换算法研究科技创新导报 付彬空天信息网络切换自适应算法研究武汉:华中科技大学 孙博基于位置信息的异枃网终垂直切换算法研宄镇江:江苏人学 无线通信技术及 实现韩赵勇洙等著;孙锴,黄威译一北京:电子工业 出版社

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