CN107333241A - 基于lte体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及宽带卫星通信导航领域，特别涉及一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法。本发明是一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法，解决了卫星LTE上行定时同步问题，省去了LTE中利用TA（定时提前量）进行接收端定时同步的过程，同时也解决了卫星波束内用户传输时延差大导致的前导序列设计与检测问题，提高了用户接入一次成功率，降低了多普勒频移对上行定时同步的影响，提高了信号传输效率。

Description

基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法
技术领域
本发明涉及宽带卫星通信导航领域，特别涉及一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法。
背景技术
卫星移动通信作为地面蜂窝***的补充和扩展，具有覆盖面积大、通信距离远、通信容量大等一系优点，是实现全球网络无缝隙覆盖的不可缺少的通信方式。现有的卫星移动通信***采用FDMA、TDMA或CDMA多址方式，主要支持文本、语音等较低速率的业务，难以适应视频、图像等多媒体信息的传输。将LTE技术应用于卫星移动通信，可以大大提高数据传输速率、频谱利用率以及小区容量。但是，LTE应用于卫星移动通信***中仍存在较多的关键问题需要研究，例如峰均比控制、多普勒频移消除、用户随机接入等。
基于LTE体制的卫星移动通信中，同一波束内的用户上行定时同步是需要解决的重点问题之一。目前，地面LTE采用随机接入过程中的随机接入信号检测，获得用户到卫星的时延，并将此时延作为定时提前量反馈给用户，然后用户再进行定时调整，从而实现多用户的上行定时同步。但是，卫星移动通信的波束小区范围大于地面蜂窝小区，卫星一个波束内的用户之间传输时延差较大，因此需要对随机接入信号格式等进行重新设计，这种设计一般会增加通信***资源消耗，容易受到多普勒频移影响，以及对用户接入一次成功率要求较高。
发明内容
本发明的目的在于：为进一步简化基于LTE体制的卫星移动通信上行定时同步流程，提出了一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法。
为实现上述目的，本发明提出了一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法，其包括以下步骤，
一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法，包括如下步骤：
(1)第一地面终端获取卫星投射到地面的至少一个波束，自波束中确定自身位置信息；
(2)接收卫星发射的导频信号，获取最新时刻的卫星星历数据，进而确定当前时刻的卫星位置信息和波束中心位置信息；
(3)根据自身位置信息与卫星位置信息、波束中心位置信息，计算第一地面终端与卫星的距离，以及，波束中心与卫星的距离，获取自身到卫星的信号传播所需第一时间与波束中心到卫星的信号传播所需第二时间的时延差；
(4)相对于位于波束中心位置处的第二地面终端，所述第一地面终端提前该时延差的时长发送上行信号；通过对地面终端发射上行信号进行定时调整，使得不同地面终端发射的信号同时到达卫星，实现卫星接收端定时同步。
进一步的，所述卫星的通信体制为LTE。
进一步的，所述步骤(3)中，第一地面终端或波束中心到卫星的距离计算公式为：
式中，d为所求距离；Re为地球的平均半径；r为卫星与地心之间的距离；θ为地球中心角，其计算公式为：
其中，和分别为地面点和卫星的经纬度；所述地面点为第一地面终端位置或波束中心位置。
进一步的，所述时延差计算公式为：
式中，Δτ为所求的时延差；c为光的传播速度；d为第一地面终端到卫星的距离，dr为波束中心位置到卫星的距离。
进一步的，所述位置信息包括经度、纬度和高度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明是一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法，解决了卫星LTE上行定时同步问题，省去了LTE中利用TA(定时提前量)进行接收端定时同步的过程，同时也解决了卫星波束内用户传输时延差大导致的前导序列设计与检测问题，提高了用户接入一次成功率，降低了多普勒频移对上行定时同步的影响，提高了信号传输效率。
附图说明：
图1是本发明方法的流程示意图；
图2是本发明方法的***架构示意图；
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：如图1所示，本实施例提供一种多波束卫星LTE上行发射端定时调整方法，包括以下步骤，
S1：在卫星投射到地面的一个波束中，某个第一地面终端UE通过自身具有的卫星定位功能(如GPS、北斗、伽利略，本实施例以GPS为例)确定自身的位置信息，该位置信息包括但不限于经度、纬度和高度。具体地，所述地面终端是指在所述卫星覆盖波束范围内的用于与所述卫星进行通信的处理装置，所述若干地面终端以改进的LTE接入所述卫星，所述第一地面终端UE是指若干地面终端中的任意一个。
S2：该第一地面终端UE通过接收卫星发射的导频信号，获取最新时刻的卫星星历等数据，进而确定当前时刻的卫星位置信息和波束中心位置信息，位置信息包括经度、纬度和高度；所述导频信号包括卫星星历信息、卫星波束星下点位置信息等，所述地面终端接收导频信号的目的是为了确认所述卫星和第一地面终端UE所在波束的波束中心位置信息。
S3：该第一地面终端UE根据已经获得的位置信息，分别计算该第一地面终端UE与卫星的距离，以及波束中心位置到卫星的距离，进而求得地面终端UE到卫星与波束中心到卫星的信号传播时延差；具体地，卫星到第一地面终端UE到卫星的距离，或者，波束中心到卫星的距离计算公式为：
式中，d为卫星到地面点的距离；Re为地球的平均半径；r为卫星与地心之间的距离；θ为地球中心角，其计算公式为：
其中，和分别为地面点和卫星的经纬度。地面点为地面终端UE或波束中心。
UE相对于波束中心到卫星传输的时延差计算公式为：
式中，Δτ为所求的时延差；c为光的传播速度；d和dr分别为地面终端UE和波束中心与卫星之间的距离，如图2所示。
S4：第一地面终端UE根据步骤S3计算得到的时延差Δτ，相对于位于波束中心位置处的第二地面终端，提前该时延差的时长发送上行信号。具体地，地面终端UE发送上行信号的时刻为t0，则位于波束中心位置处的第二地面终端发送上行信号的时刻为t0+Δτ。通过对地面终端发射上行信号进行定时调整，使得不同地面终端发射的信号同时到达卫星，实现卫星接收端定时同步。

Claims (5)

1.一种基于LTE体制的卫星移动通信上行发射端定时调整方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)第一地面终端获取卫星投射到地面的至少一个波束，自波束中确定自身位置信息；
(2)接收卫星发射的导频信号，获取最新时刻的卫星星历数据，进而确定当前时刻的卫星位置信息和波束中心位置信息；
(3)根据自身位置信息与卫星位置信息、波束中心位置信息，计算第一地面终端与卫星的距离以及波束中心与卫星的距离，获取自身到卫星的信号传播所需第一时间与波束中心到卫星的信号传播所需第二时间的时延差；
(4)相对于位于波束中心位置处的第二地面终端，所述第一地面终端提前该时延差的时长发送上行信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星的通信体制为LTE。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，第一地面终端或波束中心到卫星的距离计算公式为：
<mrow> <mi>d</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msubsup> <mi>R</mi> <mi>e</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msup> <mi>r</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>R</mi> <mi>e</mi> </msub> <mi>r</mi> <mi> </mi> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </msqrt> <mo>;</mo> </mrow>
式中，d为所求距离；Re为地球的平均半径；r为卫星与地心之间的距离；θ为地球中心角，其计算公式为：
其中，和分别为地面点和卫星的经纬度；所述地面点为第一地面终端位置或波束中心位置。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述时延差计算公式为：
<mrow> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mi>d</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>|</mo> </mrow> <mi>c</mi> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>
式中，Δτ为所求的时延差；c为光的传播速度；d为第一地面终端到卫星的距离，dr为波束中心位置到卫星的距离。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息包括经度、纬度和高度。
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