一种基于时间辅助的随机接入方法

摘要

本发明公开了一种基于时间辅助的随机接入方法,属于卫星通信领域。该方法基于时间辅助进行信关站和终端之间的时间同步；信关站将下行广播帧的本地发送时刻T0信息填充到下行广播帧中；终端接收经过卫星转发后的下行广播帧，提取出T0，记录下行广播帧的本地接收时刻T1；终端计算出随机接入的时间提前量为TA＝2(T1-T0)；终端以定时提前的方式向卫星发送上行随机接入序列，从而实现接入阶段各终端之间的上行同步。在卫星通信系统随机接入过程中信道开销小，复杂度低的优点。

权利要求

1.一种基于时间辅助的随机接入方法,该方法为:信关站和终端基于时间辅助进行本地时间的同步；信关站将下行广播帧的本地发送时刻T0信息填充到下行广播帧中；终端接收经过卫星转发后的下行广播帧，提取出T0，记录下行广播帧的本地接收时刻T1；终端计算出随机接入的时间提前量为TA＝2(T1-T0)；终端以定时提前的方式向卫星发送上行随机接入序列，从而实现接入阶段各终端之间的上行同步。

2.如权利要求1所述的一种基于时间辅助的随机接入方法,该方法的具体方法为:步骤1：信关站和终端分别基于导航授时更新本地时间，从而实现信关站和终端之间的本地时间同步；

步骤2：信关站发送下行广播，下行广播帧中填充有基于导航授时获得的下行广播帧发送时刻TDOWN；

步骤3：终端接收到下行广播帧后，解析出下行广播帧中包含的TDOWN信息，并记录基于导航授时的下行广播帧本地接收时刻TUE；

步骤4：终端根据TDOWN和TUE计算出下行传输时延TDELAY：TDELAY＝TUE-TDOWN

终端计算时间提前量TA：

TA＝2TDELAY

步骤5：终端根据计算得到的时间提前量，以定时提前的方式发送随机接入序列，开始随机接入。

3.如权利要求1所述的一种基于时间辅助的随机接入方法,其特征在于所述信关站和终端基于时间辅助进行本地时间的同步的方法为：导航授时、网络授时或探测帧对比。

说明书

一种基于时间辅助的随机接入方法

技术领域

[0001] 本发明属于卫星通信领域，具体涉及到一种基于时间辅助的随机接入方法。技术背景

[0002] 通信技术不断进步，卫星移动通信具有很多优于地面通信网络的特点，正广泛地引起业界的关注，多数公司和通信组织都认为卫星和地面网络基础设施的融合具有巨大的市场潜力。卫星提供无线接入可帮助促进在未服务或欠服务地区推出通信业务，以弥补地面网络的覆盖空缺，为用户设备或移动平台(例如汽车、飞机、轮船、高铁等)提供服务连续性来增强可靠性。

[0003] 卫星包括低地球轨道(LEO)，中地球轨道(MEO)，地球静止轨道(GEO)或高椭圆轨道(HEO)中的航天飞行器。LEO卫星运行在距离地面500km～1500km的轨道上，而GEO卫星的轨道距地面更是高达36000km，当卫星天线下倾角较小时终端与卫星的距离还会远远超过这个数值。一般用绝对RTT(Round-Trip Time)和相对RTT来表示卫星传输的往返时延，其中绝对RTT指的是信号在卫星和终端间传输所需的往返时间，相对RTT指的是在卫星覆盖范围内的最大往返时间与最小往返时间之差。如图1所示，在一个波束小区中，距离卫星最近的终端具有最小的传输时延，也是波束小区内的公共时延，距离卫星最远的终端具有最大的传播时延。对于LEO卫星来说，典型的绝对RTT可以达到40ms左右，而相对RTT达到4ms左右。与基于地面基础设施的移动通信系统不同的是，卫星距离地面较远，传输时延较大。由于卫星单个波束覆盖的区域远远大于地面蜂窝通信系统中的一个小区范围，卫星移动通信系统相对地面移动通信系统具有传输时延差大的特点。

[0004] 在卫星通信系统中，最主要的问题是保持各终端上行链路的正交性，也就是发送信号的频率和时间同步。和地面通信系统一致，在卫星通信系统中，随机接入过程是指在终端与网络进行通信之前，终端调整自身的发送帧时序和网络上行帧对齐，建立上行同步的过程。传输时延过大会增加终端随机接入过程的时间开销。以LTE系统上行PRACH(Physical Random Access Channel，物理随机接入信道)为例，如图2所示，其时间开销包括前导Preamble和保护间隔(记为TGT)，其中Preamble包括OFDM的CP(Cyclic Prefix，循环前缀)时间(记为TCP)、ZC序列时间(记为TSEQ)。如图2所示，按照现有的设计准则，需要满足以下关系：

[0005] TCP>RTT+τd，TSEQ>RTT+τd，TGT>RTT

[0006] 其中，τd是信道最大时延扩展。可以看出，即使不考虑τd，物理随机接入信道的总体时间开销TRACH也要至少要预留RTT的3倍，无论是采用绝对RTT还是相对RTT，随机接入过程都需要很大的物理信道开销。

发明内容

[0007] 为了解决卫星通信系统中随机接入过程带来的物理信道开销过大的问题，本发明提出了一种基于时间辅助的随机接入方法。

[0008] 本发明提出了一种基于时间辅助的随机接入方法，适用于地面终端通过卫星链路进行通信的场景，如图1所示。卫星的每个波束在地面形成一个波束小区，波束小区内的终端通过卫星与信关站进行通信。该方法通过以下步骤实现：信关站和终端基于时间辅助进行本地时间的同步；信关站将下行广播帧的本地发送时刻T0信息填充到下行广播帧中；终端接收经过卫星转发后的下行广播帧，提取出T0，记录下行广播帧的本地接收时刻T1；终端计算出随机接入的时间提前量为TA＝2(T1-T0)；终端以定时提前的方式向卫星发送上行随机接入序列，从而实现接入阶段各终端之间的上行同步。

[0009] 进一步的，所述信关站和终端基于时间辅助进行本地时间的同步的方法为：导航授时、网络授时或探测帧对比。

[0010] 本发明一种基于时间辅助的随机接入方法，相对于现技术具有以下的有益效果：

[0011] (1)本发明基于时间辅助获得随机接入的定时提前量，减少了大传播时延造成的随机接入信道的开销。

[0012] (2)本发明基于时间辅助的方式属于开环方式，在实现本地时间同步的基础上，信关站与终端之间仅需要交互广播帧发送时刻信息，实现复杂度低。

[0013] (3)本发明方法可采用导航授时、网络授时、探测帧对比等方式获得时间同步，从而计算得到时间提前量，不仅适用于卫星通信领域，而且适用于其它传播时延较大的通信场景，工程应用范围广。

附图说明

[0014] 图1是卫星通信系统传输时延示意图。

[0015] 图2是LTE上行PRACH信号示意图。

[0016] 图3是本发明基于时间辅助的随机接入方法实施例示意图。

[0017] 图4是绝对时延补偿方式示意图。

[0018] 图5是相对时延补偿方式示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

[0020] 本发明提出了一种基于时间辅助的随机接入方法，可采用导航授时、网络授时、探测帧对比等方式获得时间同步，在此基础上计算得到定时提前量，并以定时提前的方式发送随机接入序列，开始随机接入。本发明方法适用于卫星通信领域。如图3所示，以采用导航授时方式为例，本发明方法的步骤如下：

[0021] 步骤1：信关站和终端分别基于导航授时更新本地时间，从而实现信关站和终端之间的本地时间同步；

[0022] 步骤2：信关站发送下行广播，下行广播帧中填充有基于导航授时获得的下行广播帧发送时刻TDOWN；

[0023] 步骤3：终端接收到下行广播帧后，解析出下行广播帧中包含的TDOWN信息，并记录基于导航授时的下行广播帧本地接收时刻TUE；

[0024] 步骤4：终端根据TDOWN和TUE计算出下行传输时延TDELAY：

[0025] TDELAY＝TUE-TDOWN

[0026] 终端计算时间提前量TA：

[0027] TA＝2TDELAY

[0028] 步骤5：终端根据计算得到的时间提前量，以定时提前的方式发送随机接入序列，开始随机接入。

[0029] 本发明方法在获得时间提前量后可以采用绝对时延补偿方式。如图4所示，在波束小区内，终端1距离卫星最近，所以通过本发明方法，它的传播时延就是波束小区的最小时延，它的传播时延为TDELAY,1，而终端2的传播时延为TDELAY,2。在基于定时提前的方式进行随机接入序列发送时，终端1的时间提前量为TA,1＝2TDELAY,1；终端2的时间提前量为TA,2＝2TDELAY,2。于是，终端1和终端2的随机接入序列达到信关站时间差不受通信链路上的大传播时延的影响。

[0030] 本发明方法同样适用于相对时延补偿方式。如图5所示，终端1距离卫星最近，它的传播时延就是波束小区的公共时延，它的相对传播时延为TDELAY,1＝0ms；终端2的相对传播时延为TDELAY,2。在基于定时提前的方式进行随机接入序列发送时，通过在下行广播帧中添加公共时延信息，终端1可获得时间提前量为TA,1＝2TDELAY,1＝0ms；终端2可获得时间提前量为TA,2＝2TDELAY,2。

[0031] 按照传统的随机接入序列的设计规则，为了保证波束小区内终端的随机接入序列全部区分开，且随机接入帧的数据不会拖尾至下一子帧，引起符号间干扰，随机接入序列的CP长度TCP和GT长度TGT都需要超过小区内终端间最大往返传输时延差，针对卫星通信系统，小区内终端间往返传输时延差最高可达数毫秒。本发明方法中，终端在发送随机接入序列之前已经对各终端间的传输时延差进行了估计并通过定时提前的方式进行了补充，随机接入序列的CP长度TCP和GT长度TGT的设计不再需要考虑传输时延差，最大可减少数毫秒长度的随机接入信道开销。

[0032] 以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。