一种支持卫星馈电链路无损切换的方法与流程

1.本发明属于卫星通信领域，特别是卫星馈电链路无损切换的方法。


背景技术：

2.卫星通信系统中，卫星为用户提供覆盖，用户业务数据最终需要通过信关站落地，建立信关站和卫星点对点传输链路，即馈电链路。卫星在信关站天线覆盖范围内时，可建立卫星到信关站的馈电链路。在低轨卫星系统中，随着卫星移动，将发生卫星跨信关站之间的馈电链路切换。
3.当前低轨卫星系统中主要有三种架构，分别为透明转发/数采转发、du上星、基站上天模式。无论是在哪一种架构下，卫星与地面信关站的馈电连接一直存在。在低轨卫星通信系统中，主要包括语音、视频、互联网数据等业务，在透明转发/数采转发架构下，所有业务数据都必须经过馈电链路进行传输；在du上星模式下，所有业务数据仍然需要经过馈电链路进行传输；在基站上天模式下，由于互联网数据必须与地面internet网络建立连接，故互联网数据需要经过馈电链路进行传输。
4.在低轨卫星中，如果卫星载荷只能与一个信关站建立馈电链路连接，则卫星跨信关站馈电链路切换过程中，必然发生链路中断。在低轨卫星提供宽带通信时，互联网数据需经过馈电链路传输，传输带宽大，没有约定切换协议，导致在卫星跨信关站切换时会遗漏大量数据。
5.在透明转发/数采转发、du上星、基站上天模式三种架构中，前两者虽然馈电链路物理形态上是“卫星-信关站”的点对点传输，但逻辑上是“地面基站/cu-多用户”的点对多点传输；基站上天模式中，卫星用户侧为“基站-多用户”的点对多点通信模式，馈电侧为“卫星-信关站”的点对点数传模式。
6.针对透明转发/数采转发、du上星模式下卫星馈电切换中数据丢失问题，目前针对用户无损切换的流程可较好地解决馈电无损切换问题。针对基站上天模式点对点数传切换过程中数据丢失问题，目前的解决方案是采用网络层的数据重传，避免丢包。但在大量连续数据包丢失的情况下，重传效率降低。需要针对低轨卫星跨信关站馈电切换建立一套支持卫星和信关站之间无损切换的方法，保证互联网数据的高效传输。


技术实现要素：

7.本发明针对基站上天的低轨卫星通信系统中馈电点对点数传对卫星跨信关站馈电链路无损切换的需求，在馈电链路接口中增加辅助无损切换的交互信令、在信关站与信关站接口中增加切换协同信令，实现搭载基站的卫星在跨信关站馈电链路切换中数据无损传输，保证落地业务数据的完整，提升用户体验。
8.本发明技术方案为一种支持卫星馈电链路无损切换的方法，该方法包括：
9.步骤1：运控中心统一规划星座运行计划，确定卫星跨信关站馈电时刻和目标信关站；在馈电切换时刻到达前，原信关站通过与卫星的馈电链路上传目标信关站馈电波束参
数、馈电切换时刻和目标信关站位置，同时通过地面光纤向目标信关站发送卫星载荷馈电波束参数、馈电切换时刻、目标信关站馈电波束指向指定位置信息；
10.步骤2：当运控中心规划的馈电切换时刻到达时，卫星中断馈电数据传输，并缓存下行(卫星到信关站)数据，同时调整卫星馈电波束指向目标信关站位置；原信关站中断馈电数据传输，并缓存上行(信关站到卫星)数据；目标信关站调整馈电波束指向指定位置，如果目标信关站天线为抛物面，则目标信关站天线需在馈电切换时刻到达前，调整馈电波束指向到指定位置；
11.步骤3：卫星通过卫星馈电波束向目标信关站发送信标信号；
12.步骤4：目标信关站接收到信标信号后，进行馈电链路跟踪同步；
13.步骤5：目标信关站跟踪同步上卫星馈电波束后，向卫星持续发送“跟踪同步”消息；
14.步骤6：卫星收到目标信关站发送的“跟踪同步”信息后，向目标信关站发送下行数据；
15.步骤7：目标信关站开始接收卫星下发数据后，向原信关站发送“馈电切换结束”消息；
16.步骤8：在步骤2完成后，原信关站向目标信关站传输sn状态，其中sn状态表示需要转发的数据包的编号情况；
17.步骤9：原信关站向目标信关站传输数据包，目标信关站对数据进行缓存；
18.步骤10：原信关站缓存数据清空后，向目标信关站发送“前传数据转发结束”信息；
19.步骤11：当目标信关站收到“前传数据转发结束”消息后，与卫星通过馈电链路相互发送数据。
20.通过上述低轨卫星馈电链路切换流程信息，可保证基站上天的低轨卫星通信系统中馈电点对点数传对卫星跨信关站馈电链路无损切换。
21.本发明方案虽然通过步骤5、7、8、10增加卫星和信关站馈电链路接口信令，以及信关站和信关站之间接口信令，但开销较小，不影响正常通信情况，通过步骤2馈电链路中断后及时缓存数据以及步骤6、8、9建立数据无损交接协议，增加了数据传输的连续性，实现搭载基站的卫星在跨信关站馈电链路切换中数据无损传输，保证落地业务数据的完整，提升用户体验。
附图说明
22.图1为低轨卫星馈电链路切换场景示意图；
23.图2为低轨卫星馈电链路切换流程信息；
24.图3为实施例低轨卫星馈电链路切换场景示意图；
25.图4为卫星跨信关站a和信关站b馈电切换流程。
具体实施方式
26.基于以下低轨卫星系统，设计卫星馈电链路无损切换方法。
27.如图3所示，卫星载荷搭载bbu(基带处理单元)设备、ims(ip多媒体系统)和upf(用户面网元)服务器，地面信关站与互联网连接。卫星馈电天线采用相控阵天线，同时仅与一
个信关站建立馈电连接，信关站采用全空域相控阵天线。由于ims和upf服务器上星，在卫星与信关站a馈电连接时，信关站与卫星之间主要传输用户互联网业务数据。卫星跨信关站a和信关站b馈电切换流程如图4所示，具体实施流程如下。
28.步骤1：运控中心规划卫星从信关站a馈电切换到信关站b，具体切换时刻为t0。t0时刻之前，信关站a给卫星发送信关站b馈电波束信号频率fg、馈电切换时刻t0和信关站b位置(xb,yb,hb)，同时信关站a通过地面光纤向信关站b发送卫星载荷馈电波束信标频率fs、馈电切换时刻t0、卫星预定位置(xs,ys,hs)等信息；
29.步骤2：t0时刻到达，卫星中断馈电数据传输，并缓存需要下发给信关站a的数据；信关站a中断馈电数据传输，并缓存需要上发给卫星的数据；卫星调整馈电波束指向信关站b位置(xb,yb,hb)；信关站b调整馈电波束指向指定位置(xs,ys,hs)；
30.步骤3：卫星通过卫星馈电波束发送信标信号；
31.步骤4：信关站b搜索信标信号进行馈电链路跟踪同步；
32.步骤5：信关站b跟踪同步上卫星馈电波束后，向卫星持续发送“跟踪同步”消息；
33.步骤6：卫星收到信关站b发送的“跟踪同步”信息后，向信关站b发送下行数据；
34.步骤7：信关站b开始接收卫星下发数据后，向信关站a发送“馈电切换结束”消息；
35.步骤8：在步骤2完成后，信关站a向信关站b传输sn状态，其中sn状态表示需要转发的数据包的编号情况；
36.步骤9：信关站a向信关站b传输数据包，信关站b对数据进行缓存；
37.步骤10：信关站a缓存数据清空后，向信关站b发送“前传数据转发结束”信息；
38.步骤11：当信关站b收到“前传数据转发结束”消息后，与卫星通过馈电链路相互发送数据。
39.若卫星与地面信关站间馈电链路的上行传输速率为1gbps，下行传输速率为500mbps。步骤2中卫星调整馈电波束指向时间约为1us，若卫星高度为600km，地面信关站可以实现仰角10
°
的卫星跟踪接收，则信号空间传播时间约为3ms，地面信关站完成信号捕获的时间约为10ms，卫星完成地面站信号捕获的时间约为10ms。卫星与原信关站断开到与目标信关站建立新的馈电链路期间，若无无损切换机制，则下行数据丢失量为13mb，上行数据丢失量为26mb。
40.通过本发明的无损切方法，在步骤6之前，卫星缓存需要通过馈电链路发给地面站的13mb数据，当步骤6完成建立馈电链路同步后，再下发信关站b，保证下行数据传输的无损；在步骤2之后，信关站a不断将上行数据转交信关站b，信关站b缓存需要上行传输的26mb数据，当步骤11时，将缓存数据上发。在将缓存数据发送中可按需扩展馈电链路传输带宽，不影响后续数据的传输。通过卫星馈电链路无损切换的方法，实现了卫星从信关站a到信关站b跨信关站切换过程中，卫星和地面信关站之间数据无损传输。
41.本发明的支持卫星馈电链路无损切换的方法，为基于物理层和链路层的流程，有效解决基站上天模式下低轨卫星跨信关站馈电链路切换中数据大量丢包的问题，可保障用户业务无感体验；相比通过网络层的数据包丢失后再重传的方法，可缩短包转交时间。