(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711167658.1
(22)申请日 2017.11.21
(71)申请人 西安空间无线电技术研究所
地址 710100 陕西省西安市长安区西街150
号
(72)发明人 毋丹芳 何婧 李加洪 马伟
范继
(74)专利代理机构 中国航天科技专利中心
11009
代理人 马全亮
(51)Int.Cl.
H04W 72/12(2009.01)
H04L 5/00(2006.01)
(54)发明名称
及调度方法
(57)摘要
一种面向跳波束的波位资源弹性调度系统
及调度方法，波位指的是跳波束在特定指向上在
地球表面的覆盖区，可用性受制于分配时隙。波
位资源弹性调度系统，包括：资源管理器、处理
器、波束控制器、发射天线和接收天线，资源管理
器根据业务接入申请信令完成波位资源弹性调
度过程，发送指令给位于接收天线和发送天线内
部的波束控制器，控制跳波束的跳变时序；发送
调度信息给处理器，保障发送数据与波位的同步
配合。波位资源弹性调度方法，即资源管理器的
处理与控制操作流程，主要包括弹性波位的确
定、资源优化分配和跳变控制三个步骤。本发明
可变性，可有效提升跳波束资源利用率和灵活抗
干扰能力。权利要求书3页 说明书9页 附图3页CN 107949066 A 2018.04.20
C N 107949066
A
1.一种面向跳波束的波位资源弹性调度系统，其特征在于包括：资源管理器、处理器、发射波束控制器、接收波束控制器、发射天线和接收天线；
资源管理器接收外部输入的业务接入申请信令后，进行波位资源调度，生成控制指令，分别发送给位于接收天线和发送天线内部的接收波束控制器和发射波束控制器，控制跳波束的跳变时序；资源管理器还发送数据调度信息给处理器，处理器对接收到的信号依次进行解调、解码和信息发送处理，令发送数据与波位同步。
2.根据权利要求1所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度系统，其特征在于：所述的业务接入申请信令，指的是卫星通信系统中的用户希望获得资源的申请信令。
3.一种基于权利要求1所述调度系统实现的面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于步骤如下：
(1)资源管理器接收跳波束覆盖区域内用户的业务接入申请信令；
(2)确定最佳匹配波位；
(3)在所述最佳匹配波位下，分配时间频率资源；
(4)根据时间频率资源的分配结果，控制跳波束的跳变时序，实现波位资源的弹性调度。
4.根据权利要求3所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于：所述步骤(2)确定最佳匹配波位具体为：
(2.1)根据收到的业务接入申请信令，获取用户终端类型、位置以及业务需求信息；
(2.2)根据获取的终端类型，结合资源管理器中预设的终端－波位映射表，确定该用户终端支持的波位等级范围；
(2.3)根据所述终端支持的波位等级范围，确定最大载波信息速率，判断是否满足用户提出的业务接入需求，不满足则结束退出，满足则进入步骤
(2.4)；
(2.4)根据用户位置信息查询该用户所属的波位大区LA i(j)，其中，i标识波位划分的等级，j标识该波位所属的大区编号；
(2.5)在到的波位大区内查最佳匹配波位。
5.根据权利要求4所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于：所述的终端－波位映射表如下所示：
其中，以K标识预规划的波位等级数，规划的波位等级，即L1,…,L K；L1表示等级为1的波位，即最小波位；L n则表示等级为n的波位，n≤K；V m1,n表示终端类型为m1时，波位等级为n时的载波信息速率。
6.根据权利要求4所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于：所述的波位大区定义如下：
对跳波束指向范围内的地表区域进行多等级位置区划分，最大的位置区命名为波位大区，波位大区进一步划分为多个子节点波位，以K标识划分的波位大区数目，P标识划分的波位等级数目；P＝1时，层级为1，跳波束指向范围内的地表区域由LA1(1)～LA1(K)共K个大区组成，不存在子节点波位；以M标识子
节点波位成员数目，P≥2时，则LA i(j)包含了LA i－1(j, 1)，LA i－1(j,2)，…，LA i－1(j,M)子节点波位。
7.根据权利要求4所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于：所述步骤(2.5)在到的波位大区内查最佳匹配波位具体为：
(a)基于树形结构进行查，波位大区为根节点，它的下一级位置区为大区的分支，下一级位置区再分为更低等级的位置区，每个节点都有其位置范围，无分支节点，则为叶子节点；
(b)将用户位置值与大区分支节点的位置范围进行比对，若在范围内，且该分支节点可再分，继续向下查，直至叶子节点，到的叶子节点对应的波位就是最佳匹配波位；若不在范围内，则按顺序查与当前节点并列的其他分支节点，如果查完与当前节点并列的所有分支节点，仍未到最佳匹配波位，则将所述当前分支节点的上一级波位确定为最佳匹配波位；如果在当前节点并列的其他分支节点中到了位置范围与用户位置相匹配的节点，则继续向下查。
8.根据权利要求3所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于：所述步骤(3)在所述最佳匹配波位下，分配时间、频率资源，具体为：
(a)通过资源分配算法，判断最佳匹配波位L best下是否可以分配到满足业务接入需求的时间、频率资源，如果资源分配成功，则进入步骤(4)；如果分配失败，则回溯至当前波位所属的上一等级波位L best+1；
(b)判断波位L best+1下是否在该终端支持的波位等级范围内，如果在，再次调用资源分
配算法，判断是否可以分配到满足业务接入需求的时间、频率资源，资源分配成功，则进入步骤(4)，资源分配失败，则继续回溯至波位L best+2；如果不在该终端支持的波位等级范围内，则跳出回溯过程；
(c)以此类推，直至回溯的波位等级不在该终端支持的波位等级范围内，跳出回溯过程；
(d)遍历完该终端支持的所有波位等级，仍未分配到满足业务接入需求的资源，则在跳波束指向范围内的地表区域内执行波位资源合并后，再次重复上述步骤(a)～步骤(c)，判断是否资源分配成功，若成功，则进入步骤(4)，若失败则结束退出。
9.根据权利要求8所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于：所述波位资源合并具体包括如下步骤：
(a)查看跳波束时隙跳变控制序列，建立已激活波位与时隙的对应列表，所述的已激活波位是指分配有时隙供跳波束驻留的波位；
(b)从最低等级波位开始，整理出具有同一个上一级波位的波位集合；判断集合数目是否为空，是则合并失败，退出；否则执行下一个步骤；
(c)依次查询波位集合中的通信记录，读取通信终端类型和通信业务速率，将有通信终端类型不支持上一级波位的波位排除出集合，统计各波位内通信业务的速率需求；判断满足条件的集合数目是否为空，是，合并失败退出；否，执行下一个步骤；
(d)计算波位集合内任两个波位合并后的时隙、载波频率资源，可否满足合并前这两个波位内通信终端的业务需求，满足则执行下一个步骤；不满足则继续判断，直至遍历完所有符合条件的波位集合，结束退出；
(e)波位合并，为通信终端在新波位下分配资源，记录合并后的资源分配结果、更新资源维护数据，并发送资源调配信令给对应的通信终端。
10.根据权利要求3所述的一种面向跳波束的波位资源弹性调度方法，其特征在于：所述步骤(4)根据时间频率资源分配结果，控制跳波束的跳变时序，具体为：
(a)资源管理器更新波位跳变时序，发送指令给波束控制器；
(b)资源管理器更新用户数据与时隙映射表，发送指令给处理器。
一种面向跳波束的波位资源弹性调度系统及调度方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种面向跳波束的波位资源弹性调度系统及调度方法，属于卫星通信资源管理领域。
背景技术
[0002]采用跳波束技术可满足视场范围区内任意点的高增益覆盖需求，已成为卫星通信系统支持大区域内业务终端动态分布、灵活通信、提升系统抗干扰能力的载荷必要配置。鉴于跳波束的波位资源与用户位置分布密切相关，因此，研究面向跳波束的波位资源调度机制，具有极其重要的意义。
[0003]相控阵跳波束在系统频段资源有限、星上处理资源有限的情况下，解决容量小但地理位置相对分散的区域通信问题，其特点如下：
[0004]1)用较小的载荷代价实现大的区域覆盖；波束跳变灵活，自由度高；
[0005]2)星上的EIPR和G/T值比较高，可支持高速业务/小终端通信；
[0006]3)根据用户需求支持同一个波束在多波位间的时分复用；
[0007]4)支持对多个用户的连续跟踪服务能力。
[0008]通用的波位资源划分方法是，在同一个系统中，跳波束波位的形状、大小是相同的，并在保障通
信区域内按系统规划排布，由资源管理器根据用户的业务接入申请进行资源分配调度，分配到时隙的波位处于“激活”状态，即波位内的用户获得了可用时隙、频率资源。已知跳波束应用中，都是基于固定的波位规划确定跳波束数目，再根据业务接入申请在这种前提条件下进行资源调度，如SpaceWay3卫星下行24个跳波束对应784个波位。
[0009]在国外多个卫星通信系统中应用了跳波束技术，概述如下：
[0010]1)ACTS卫星：利用基带处理器(BBP)和两簇跳变点波束，波束宽度0.3°，以均匀增益覆盖夏威夷、阿拉斯加和整个半球，按用户的申请运作，对服务需求做出响应。基带处理器(BBP)方式中，用来控制两簇跳变指向的波束之间的TDMA业务，每帧1728时隙，只有需要访问的那些波束才被激活，即提供按需分配多址(DAMA)信道，从而使卫星资源得到最大利用。
[0011]2)MILSTAR卫星：低速载荷配置有5个接收/1个发射跳波束，每个跳波束天线通过37个呈六边形分布的波位覆盖对地视场，天线瞬时波束只有一个，可以在37个波位上以跳波束的方式进行切换。
[0012]3)SpaceWay3卫星：星上处理转发，上行配置112个接收波束，下行配置24个发射跳波束，可在784个波位之间以时隙为间隔进行跳变；每个发射跳波束配置1个高速TDM载波，载波最高有效信息速率为440Mbps。每个发射跳波束都有输出队列缓存，根据数据包的优先级进行排队，资源管理器对多个优先级队列进行调度，复用成一条下行高速TDM信息流，并根据每个时隙中突发的目的地址在不同波位间
进行跳变。
[0013]4)WINDS卫星：可实现2个独立可控移动点波束，每个波束可跳变8个区域，实现时分多址(TDMA)的通信模式。
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