一種應(yīng)用于高速鐵路的移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)自適應(yīng)編碼調(diào)制波束切換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于高速鐵路的移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)制編碼波束切換方法。該方法包括：A.確定各自適應(yīng)調(diào)制編碼方式對應(yīng)的信噪比的參考門限值。根據(jù)當(dāng)前移動寬帶衛(wèi)星信道的信道狀態(tài)信息——接收信噪比，計算其值與對應(yīng)調(diào)制編碼方式的信噪比參考門限值的誤差，根據(jù)誤差的大小對接收端平均信噪比的值進(jìn)行不同程度的修正。根據(jù)修正得到的平均信噪比大小確定對應(yīng)的調(diào)制編碼方式。B.如果修正得到的平均信噪比值小于最低階調(diào)制編碼方式的信噪比參考門限值，則進(jìn)行波束切換操作。該方法在路線相對固定的高速鐵路移動寬帶衛(wèi)星通信環(huán)境下，有效提高系統(tǒng)的傳輸性能，保證系統(tǒng)誤碼率性能，提高系統(tǒng)的吞吐量；同時充分利用波束資源，避免頻繁和不必要的波束切換。
【專利說明】一種應(yīng)用于高速鐵路的移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)自適應(yīng)編碼 調(diào)制波束切換方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信領(lǐng)域。尤其涉及到應(yīng)用于高速鐵路的移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng) 中一種確定自適應(yīng)編碼調(diào)制方式的方法和一種利用自適應(yīng)編碼調(diào)制進(jìn)行移動性波束切換 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國具有世界上最大規(guī)核;的尚速鐵路網(wǎng)，尚速鐵路運營里程約占世界尚鐵運營里 程的46%。高鐵具有移動用戶分布范圍廣、移動速度快、移動路徑具有一定規(guī)律等特點，利 用移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)為高速鐵路用戶提供寬帶通信業(yè)務(wù)，具有波束覆蓋范圍大、建設(shè) 速度快、節(jié)約地面資源、易于廣播和多址通信等優(yōu)勢。由于高鐵的移動速度快，用戶在通信 過程中受到的多普勒頻移的影響較大，而移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信距離相對于地面移 動通信系統(tǒng)較遠(yuǎn)，因此受到多普勒頻移的影響會小很多。同時，地面移動通信蜂窩網(wǎng)覆蓋范 圍較小，高速移動的高鐵會導(dǎo)致用戶通信過程中越區(qū)切換頻繁，交換和控制鏈路負(fù)荷增加， 移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的廣覆蓋性能解決這個問題。移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作在ka頻 段，由透明轉(zhuǎn)發(fā)的高軌道衛(wèi)星（GEO)、地面信關(guān)站和移動用戶構(gòu)成，采用星狀方式組網(wǎng)，為高 速鐵路提供交互式和多播的寬帶多媒體傳輸業(yè)務(wù)。高速鐵路用戶在移動的過程中，降雨等 天氣因素會較大的影響通信質(zhì)量。除雨衰影響外，由于存在山地、樹木、建筑等物體對信號 的遮蔽效應(yīng)，會導(dǎo)致地面移動用戶受陰影衰落的影響。由于GEO衛(wèi)星與地面距離較遠(yuǎn)，高速 鐵路雖然移動速度快，但是相對于系統(tǒng)多普勒頻移較小，補(bǔ)償較容易，因此不考慮多普勒頻 移對系統(tǒng)的影響。自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)能夠根據(jù)當(dāng)前的信道衰落狀態(tài)自適應(yīng)的改變調(diào)制和 編碼的方式，充分利用信道資源，提高系統(tǒng)吞吐量，但是需要根據(jù)不同的信道設(shè)定不同的確 定自適應(yīng)調(diào)制編碼方式（MCS)的策略，以滿足系統(tǒng)目標(biāo)誤碼率需求。本專利基于上述特點， 提出一種確定自適應(yīng)調(diào)制編碼方式（MCS)的方法，保證系統(tǒng)目標(biāo)誤碼率需求，同時提高系 統(tǒng)吞吐量。
[0003] 由于移動用戶分布范圍廣，移動速度快，在衛(wèi)星通行的過程中，當(dāng)一個用戶由當(dāng)前 波束范圍移動到另一個波束范圍時，會存在波束切換的問題。傳統(tǒng)的移動衛(wèi)星波束切換基 于移動用戶的地理位置。每一個波束都有其覆蓋范圍，對波束下用戶的地理位置信息（坐 標(biāo)、仰角等）都有明確規(guī)定。當(dāng)一個移動用戶離開某個波束的覆蓋范圍時，由于地理位置信 息發(fā)生變化，系統(tǒng)根據(jù)其新的地理位置，將用戶波束切換到新的對應(yīng)覆蓋范圍的波束下而 完成波束切換操作。盡管這種方式操作簡單易于實現(xiàn)，但是會存在地理位置定位誤差、波束 切換過早等問題。同時僅以地理位置作為波束切換條件，不能充分利用波束下的信道資源， 降低了資源利用率。為了避免上述問題，本專利針對應(yīng)用于高速鐵路的移動寬帶衛(wèi)星通信 系統(tǒng)，提出了一種應(yīng)用自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)進(jìn)行波束切換的方法，以解決由定位誤差引起 的波束切換不精確、波束切換過早的問題。
[0004] 移動寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的波束中心功率值最大，功率值向遠(yuǎn)離波束中心方向呈滿足一 定規(guī)律（如滿足高斯分布）的下降趨勢。當(dāng)高速鐵路移動到離波束中心一定的距離，功率 值下降導(dǎo)致接收端信噪比下降到誤碼率高于目標(biāo)誤碼率要求時，如果采用基于地理位置的 波束切換策略，此時位置已經(jīng)到了波束邊緣，需要進(jìn)行波束切換。如果采用自適應(yīng)調(diào)制編碼 技術(shù)進(jìn)行波束切換管理，此時可以采用低階自適應(yīng)MCS使系統(tǒng)誤碼率滿足目標(biāo)誤碼率需求 而不需要進(jìn)行波束切換。當(dāng)用戶繼續(xù)向遠(yuǎn)離波束中心方向移動，至最低階的MCS下的誤碼 率仍不能滿足系統(tǒng)目標(biāo)誤碼率需求時，系統(tǒng)進(jìn)行波束切換。因此應(yīng)用自適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù) 進(jìn)行波束切換的策略能充分利用波束下的信道資源，避免波束切換不精確和切換過早的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本專利根據(jù)高速鐵路在移動寬帶衛(wèi)星通信中的信道的特點，提出一種確定自適應(yīng) MCS的方法。該方法主要步驟為：確定各自適應(yīng)MCS對應(yīng)的信噪比的參考門限值；周期性地 檢測移動寬帶衛(wèi)星通信信道特征，計算當(dāng)前信道狀態(tài)下接收信號的平均信噪比小于對應(yīng)的 MCS的信噪比參考門限值的概率；根據(jù)概率的大小對平均信噪比進(jìn)行適當(dāng)修正，確定最終 的MCS。
[0006] 本專利提出基于自適應(yīng)編碼調(diào)制方式切換的移動性波束切換方法。高速鐵路向遠(yuǎn) 離波束中心方向移動，當(dāng)接收端誤碼率大于系統(tǒng)目標(biāo)誤碼率時，自適應(yīng)MCS向低階切換；高 速鐵路繼續(xù)移動，當(dāng)自適應(yīng)MCS切換到了最低階，接收端誤碼率仍大于系統(tǒng)目標(biāo)誤碼率時， 系統(tǒng)進(jìn)行波束切換。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1利用自適應(yīng)編碼調(diào)制進(jìn)行波束切換的方法流程圖

【具體實施方式】
[0008] 在移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，用戶通過GEO衛(wèi)星與信關(guān)站進(jìn)行通信時，會受到雨 衰、陰影衰落的影響。如果系統(tǒng)采用較高階的MCS，系統(tǒng)可以獲得較高的吞吐量，但是抗信道 衰落能力較差，當(dāng)雨衰、陰影衰落較強(qiáng)時，系統(tǒng)誤碼率達(dá)不到目標(biāo)誤碼率要求；如果采用較 低階的MCS，系統(tǒng)的抗信道衰落能力較強(qiáng)，但是系統(tǒng)吞吐量較低，造成了信道資源浪費。自 適應(yīng)調(diào)制編碼技術(shù)可以根據(jù)當(dāng)前信道的狀態(tài)自適應(yīng)地改變系統(tǒng)的MCS，是系統(tǒng)在滿足目標(biāo) 誤碼率要求的同時，充分利用信道資源，提高系統(tǒng)吞吐量。本專利提供了一種確定MCS的方 法，其步驟如下：
[0009] (1)確定系統(tǒng)所用的n種MCS的信噪比參考門限值。通過n種MCS在高斯信道下 的SNR-BER曲線，選取誤碼率小于系統(tǒng)要求的目標(biāo)誤碼率的點對應(yīng)的SNR值作為各MCS的 信噪比參考門限值I\，T2，…，Tn。
[0010] (2)周期性檢測信道狀態(tài)。根據(jù)接收端對各子載波/時隙的信道衰落的估計值 hph2，…，hk，計算接收端的平均信噪比：

【權(quán)利要求】
1. 本專利提出一種確定自適應(yīng)調(diào)制編碼狀態(tài)的方法，該方法主要包括： A. 確定各自適應(yīng)調(diào)制編碼方式對應(yīng)的信噪比的參考口限值； B. 根據(jù)移動寬帶衛(wèi)星通信信道衰落的估計值，計算當(dāng)前信道狀態(tài)下接收信號的平均信 噪比； C. 計算接收信號的平均信噪比與對應(yīng)的調(diào)制編碼方式的信噪比參考口限值的誤差 值； D. 根據(jù)誤差值的大小對平均信噪比進(jìn)行適當(dāng)修正，確定最終的調(diào)制編碼方式。 該方法能利用自適應(yīng)調(diào)制編碼使移動寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)充分利用信道資源，獲得較高 的吞吐量，同時對信噪比進(jìn)行適當(dāng)修正，保證了系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，滿足系統(tǒng)的誤碼率需求。
2. 本專利基于高速鐵路的應(yīng)用背景，提出一種基于自適應(yīng)調(diào)制編碼切換的移動寬帶衛(wèi) 星通信系統(tǒng)移動性波束切換策略。當(dāng)平均信噪比小于對應(yīng)調(diào)制編碼方式的信噪比口限值 時，系統(tǒng)選擇較低階的調(diào)制編碼方式；當(dāng)平均信噪比小于最低階的調(diào)制編碼方式的信噪比 口限值時，系統(tǒng)進(jìn)行波束切換。 該策略應(yīng)用于高速鐵路中，能充分利用波束下的信道資源，同時提高全網(wǎng)的資源利用 率，減少不必要的波束切換。
【文檔編號】H04B7/08GK104468032SQ201410612232
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】忻向軍, 張琦, 田清華, 劉乃金, 曹桂興, 陳東, 陳天雙 申請人:北京郵電大學(xué)