一种多波束卫星移动通信系统位置更新方法

本发明涉及卫星移动通信技术，具体涉及一种多波束卫星移动通信系统位置更新方法。

位置管理技术是卫星移动通信系统中网络移动性管理的关键技术，影响着整个系统的性能和运行开销。位置管理由位置更新和系统寻呼两个进程组成。当移动地面站穿越不同波束覆盖区域或进入注册区域时，通过位置更新向系统报告自己的位置，使系统能够跟踪用户位置的动态变化；当有呼叫到达时，系统则通过寻呼获取用户的当前位置信息，以使系统能够将呼叫传递给移动用户。

在位置管理技术中，位置更新和系统寻呼是一对相关矛盾的设计：位置更新开销的增加将带来系统寻呼开销的减少(位置更新次数的增多将使系统具有更为精确和实时的用户位置信息，从而减少了呼叫到达时进行寻呼的波束数，带来寻呼开销的降低)，而较少的位置更新开销将导致系统寻呼开销的增大(位置更新次数减少时，位置注册开销降低，但从而使系统获得较少的用户实时位置信息，便需要增加发送寻呼的区域，从而增加了寻呼开销)。因此，如何通过位置管理，在保证位置更新及时的条件下提高寻呼效率，实现两种系统性能需求和总体开销的平衡，是卫星移动通信系统需要解决的重要问题。

中国专利CN11049693提出了一种卫星移动通信网络、系统、周期性位置更新时长的计算及更新方法，通过计算地面移动站最短行程所需时间确定位置更新时长，提高了资源利用率，但是该方法未考虑地面移动站的速率特性和移动路径的无标度特性，对位置更新开销的降低程度有限。

为提高用户位置掌握精度，降低位置更新和用户寻呼开销，避免乒乓效应，本发明公开了一种多波束卫星移动通信系统位置更新方法，其步骤包括，

S1，定义多波束卫星移动通信系统的波束集合为B，移动用户的集合为Z；

S2，在t时刻，第k个移动用户zk∈Z向多波束卫星移动通信系统发起位置更新信道申请：移动用户zk通过卫星随机接入信道向多波束卫星移动通信系统发送信道申请请求，在请求信息中注明申请信道建立理由为位置更新，随后zk开始监听卫星广播控制信道，以等待网络端的信道分配信息；

S3，多波束卫星移动通信系统在收到来自移动用户zk的信道申请信息后，立即发送分配信道信息向移动用户zk，分配用于发送位置更新的信道；

S4，当移动用户zk接收到来自多波束卫星移动通信系统的分配信道信息后，在分配信道信息中给定的信道上向多波束卫星移动通信系统发出位置更新请求信息，信息内容包括移动用户zk的身份标识、移动用户zk所属终端类型、移动用户zk所在波束bi∈B和移动用户zk的经纬度坐标bi∈B表示波束集合B中的第i个波束；

S5，多波束卫星移动通信系统收到移动用户zk的位置更新请求信息后，根据身份标识对移动用户zk进行鉴权，并向移动用户zk回复位置更新接受信息；

S6，多波束卫星移动通信系统根据移动用户zk的终端类型，对移动用户zk的速率特性进行建模，预测后续过程中zk的移动速率；

S7，设置离开波束bi的路径集合，计算各路径的吸引度和选择概率，计算zk重新发送信道申请信息的时间间隔并告知移动用户zk；

S8，移动用户zk在上报位置更新信息后，继续移动，直至时刻，转至步骤S2，再次发送信道申请信息；若在时刻前，zk触发了主动更新程序的触发条件，则转至步骤S2，发送信道申请信息，并忽略当前重新发送信道申请信息的时间间隔

本发明的有益效果为：

1、本发明基于离开路径的吸引度估计和移动用户的速率预测计算位置更新时间间隔，充分考虑了终端和波束覆盖区域的特性，避免了静态位置更新策略中的乒乓效应和固定时间周期更新中的冗余开销，实现了灵活的位置动态更新，且方法简单；

2、本发明将时间间隔更新和主动更新相结合，全面考虑各种可能出现的位置变换情况，避免了多次寻呼追踪用户的情况，有效降低了系统寻呼开销。

图1所示为本发明位置更新方法流程图。

为了更好的了解本发明内容，这里给出一个实施例。

如图1所示，本发明公开了一种多波束卫星移动通信系统位置更新方法，主要包括以下步骤：

S1，定义多波束卫星移动通信系统的波束集合为B，移动用户的集合为Z；

S2，在t时刻，第k个移动用户zk∈Z向多波束卫星移动通信系统发起位置更新信道申请：移动用户zk通过卫星随机接入信道向多波束卫星移动通信系统发送信道申请请求，在请求信息中注明申请信道建立理由为位置更新，随后zk开始监听卫星广播控制信道，以等待网络端的信道分配信息；

S3，多波束卫星移动通信系统在收到来自移动用户zk的信道申请信息后，立即发送分配信道信息向移动用户zk，分配用于发送位置更新的信道；

S4，当移动用户zk接收到来自多波束卫星移动通信系统的分配信道信息后，在分配信道信息中给定的信道上向多波束卫星移动通信系统发出位置更新请求信息，信息内容包括移动用户zk的身份标识、移动用户zk所属终端类型、移动用户zk所在波束bi∈B和移动用户zk的经纬度坐标bi∈B表示波束集合B中的第i个波束；

S5，多波束卫星移动通信系统收到移动用户zk的位置更新请求信息后，根据身份标识对移动用户zk进行鉴权，并向移动用户zk回复位置更新接受信息；

S6，多波束卫星移动通信系统根据移动用户zk的终端类型，对移动用户zk的速率特性进行建模，预测后续过程中zk的移动速率；

采用Gauss-Markov模型对移动用户的速率特性建模，得到其速率特性模型为：

其中，vt是t时刻后移动用户的预测速率，vt-1是移动用户在前一次发送位置更新信道申请时的移动速率，α表示移动速度的稳定因子，μ是vt的渐变平均值，σ2是vt的方差，ωt-1是稳态零均值高斯过程变量；根据速率特性模型，得到t时刻后移动用户的预测速率；

S7，设置离开波束bi的路径集合，计算各路径的吸引度和选择概率，计算zk重新发送信道申请信息的时间间隔并告知移动用户zk；

所述的步骤S7，其具体步骤包括，

S71，多波束卫星移动通信系统系统根据波束bi覆盖范围内地理环境属性、道路交通特性和zk的终端类型，设置多条离开波束bi的路径，记为路径集合R；

S72，计算路径集合R中的各路径对于移动用户zk的吸引度，第m条路径rm∈R对于移动用户zk的吸引度的计算公式为：

其中，B(zl,rm)表示一个Bernoulli变量，当移动用户zl移向或停留在路径rm上时，B＝1，否则，B＝0，为移动用户zk所在位置到路径rm的距离；

S73，计算移动用户zk选择路径rm的选择概率，对于移动用户zk，在所有可能的路径中选择rm的选择概率P(rm,zk)的计算公式为：

其中，rm,rn∈R,zk∈Z，分别为路径rm、rn对移动用户zk的吸引度；

S74，多波束卫星移动通信系统从路径集合R中，选取对于移动用户zk来说具有最大选择概率的路径计算移动用户zk从当前位置沿该路径移动至波束bi边沿的路径长度

S75，根据路径长度和预测速率vt计算zk重新上报的时间间隔并将该时间间隔告知zk；

S8，移动用户zk在上报位置更新信息后，继续移动，直至时刻，转至步骤S2，再次发送信道申请信息；若在时刻前，zk触发了主动更新程序的触发条件，则转至步骤S2，发送信道申请信息，并忽略当前重新发送信道申请信息的时间间隔

主动更新程序的触发条件包括跨多波束触发和跨波束被叫触发；

所述的跨多波束触发，其具体是，对于位于波束bi的移动用户zk，其在移动到波束bi的边界并开始收到来自第j个波束bj所覆盖区域的标识码时，zk在缓存中记录第j个波束bj所覆盖区域的标识码并继续移动，其中波束bj表示与波束bi来自同一个多波束卫星、覆盖区域相邻并有部分重叠的波束，但移动用户zk并不发起位置更新申请，若zk继续移动并开始接收到第f个波束波束bf所覆盖区域的标识码时，zk将主动向多波束卫星移动通信系统上报位置更新信息，其中波束bf表示与波束bj来自同一个多波束卫星、覆盖区域相邻并有部分重叠的波束；

所述的跨波束被叫触发，其具体是，位于波束bi的移动用户zk，离开波束bi进入了第j个波束bj所覆盖区域，且未满足跨多波束触发条件，此时，若zk被卫星移动通信系统中的其他移动用户呼叫，多波束卫星移动通信系统将按照zk在t时刻登记的信息在波束bi中发送带有zk身份标识的寻呼请求信息，并等待zk响应，多波束卫星移动通信系统在未收到zk的响应后，将在波束bi周围相邻的若干个波束内同时进行寻呼，当多波束卫星移动通信系统在收到zk的响应后，zk将主动向系统上报其位置更新信息。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。