CN114501603A - 卫星通信***的时间同步方法、装置和*** - Google Patents
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Abstract
本申请的实施例提出一种卫星通信***时间同步方法,包括:终端侧,获取星上基站的上下行时间偏移Toffset;接收星上基站的下行消息,根据全球导航卫星***GNSS定时和星历信息,确定与所述星上基站的距离,推算传播时延;结合所述Toffset和传播时延确定上行发送时机。星上基站侧,发送下行消息,在上下行时间偏移Toffset之后接收上行消息。本发明通过引入上行和下行时间偏移,来确保基站侧在发送下行消息后Toffset时刻即可接收终端上行消息,从而降低***接入时延和业务时延,节省波束开销;同时终端的上行信号能按时到达卫星端,从而实现多波束灵活覆盖场景的上下行时间同步。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天领域,尤其涉及卫星通信***的时间同步方法、装置和***。
背景技术
如何将传统地面无线通信技术应用到卫星通信领域,从而实现天、空、地、海一体化通信,已经成为当前无线通信的热点技术,传统卫星通信采用固定点波束的方式进行地面覆盖,这种方法实现较简单,但由于地面业务的不均衡性,这种固定点波束覆盖的方式,不可避免的导致空频资源的浪费,请参考图1。因此越来越多的行业组织提出将5G的多波束技术应用于卫星网络,通过波束赋形技术形成更窄波束,窄波束具有赋形增益高,同时可以根据地面业务负载分布情况灵活调整波束驻留时长的优点,请参考图2。
灵活多波束带来好处的同时,也引入一些问题,地面终端与星上基站如何进行时间同步就是之一。对于地面5G,基站上下行帧边界是对齐的,因此终端可以随时发送上行信号至基站。对于卫星通信***,波束每次切换驻留位置,上下行波束均会切换至另一位置,如何保证终端上行信号按时可靠到达卫星端需要时间同步方案来保证。
对于卫星多波束灵活覆盖来说,当服务波束切换至另一个位置,相应的上下行天线覆盖均会转移至新位置,原覆盖位置的终端发送的上行信号将无法到达卫星,请参考图3。地面5G小区范围相对较小,可以通过基站控制下的终端上行时间提前方案确保多终端上行信号按时到达基站端。相比于地面5G***,卫星与终端距离更远,传输时延更大,因此需要恰当的方法进行多波束灵活覆盖场景上下行时间同步,从而保证PRACH以及后续上行信号按时到达卫星端。
发明内容
针对上述问题,本申请的实施例提出一种卫星通信***时间同步方法,该方法用于地面终端侧,包括:获取星上基站的上下行时间偏移Toffset;接收星上基站的下行消息,根据全球导航卫星***GNSS定时和星历信息,确定与所述星上基站的距离,推算传播时延;结合所述Toffset和传播时延确定上行发送时机。
进一步的,所述Toffset预设在地面终端本地;或者从所述星上基站获取,携带在所述星上基站的广播消息SIB中。
进一步的,所述下行消息为SSB和SIB,所述上行发送时机为PRACH的发送时机。更进一步的,所述SSB和SIB由星上基站在同一时间间隔上下发。
进一步的,所述下行消息为上行授权消息UL Grant,所述上行发送时机为PUSCH的发送时机。
基于相同的构思,本申请的实施例还提出一种卫星通信***的时间同步方法,该方法用于星上基站侧,包括:发送下行消息,在上下行时间偏移Toffset之后,接收上行消息。
进一步的,发送的下行消息包括SSB和SIB,在Toffset之后接收的上行消息为PRACH消息。更进一步的,所述SSB和SIB在同一时间间隔上发送。
进一步的,所述下行消息为上行授权消息UL Grant,在Toffset之后接收的上行消息为PUSCH消息。
基于相同的构思,本申请的实施例还提出一种实现上述方法的终端装置,包括:接收模块,用于获取星上基站的上下行时间偏移Toffset;计算模块1,用于在接收星上基站的下行消息后,根据全球导航卫星***GNSS定时和星历信息,确定与所述星上基站的距离,推算传播时延;计算模块2,用于结合接收模块获取的所述Toffset和计算模块1确定的传播时延,确定上行发送时机。
进一步的,所述Toffset预设在所述接收模块中;或者由所述接收模块从星上基站获取,携带在所述星上基站的广播消息SIB中。
进一步的,所述下行消息为SSB和SIB,所述计算模块2确定的所述上行发送时机为PRACH的发送时机;和/或,所述下行消息为上行授权消息UL Grant,所述计算模块2确定的所述上行发送时机为PUSCH的发送时机。
基于相同的构思,本申请的实施例还提出一种实现上述方法的星上基站装置,包括:发送模块,用于发送下行消息;接收模块,用于发送模块发送之后的时间偏移Toffset之后,接收上行消息。
进一步的,所述发送模块发送的下行消息为SSB和SIB,在Toffset之后,所述接收模块接收PRACH上行消息;和/或,所述发送模块发送的下行消息为上行授权消息UL Grant,在Toffset之后,所述接收模块接收PUSCH上行消息。更进一步的,所述SSB和SIB由所述发送模块在同一时间间隔上发送。
最后,本申请的实施例还提出一种实现卫星通信***的时间同步的***,包括如上所述的终端装置,和如上所述的星上基站装置。
本发明实施例提出的方法、装置和***,改变了传统5G***基站端上下行时间对齐的做法,通过引入上行和下行时间偏移,来确保终端的上行信号能按时到达卫星端,从而实现多波束灵活覆盖场景的上下行时间同步。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中传统固定卫星波束覆盖示意图;
图2为现有技术改进的灵活多波束覆盖示意图;
图3为现有技术改进的灵活多波束切换驻留位置示意图;
图4为本申请实施例1多终端与卫星间距离示意图;
图5为本申请实施例1提出的初始接入流程;
图6为本申请实施例1提出的不同地面终端初始接入时间示意图;
图7为本申请实施例2提出的不同地面终端上行业务传输时间示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例;需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本申请的实施例提出一种卫星通信***时间同步方法和装置,包括:
终端侧:
获取星上基站的上下行时间偏移T;该时间偏移T可以预设在地面终端本地,也可以从星上基站获取,例如携带广播消息SIB中,通过解析SIB获得;
接收星上基站的下行消息,根据全球导航卫星***GNSS定时和星历信息,确定与所述星上基站的距离,推算传播时延;
结合上述的时间偏移和传播时延确定上行发送时机。
星上基站侧:
发送下行消息,在时间偏移T之后,接收上行消息。
本申请改变了传统5G***基站端上下行时间对齐的做法,通过引入上行和下行时间偏移将星上基站***的上下行时间错开,从而确保终端的上行信号能按时到达卫星端,同时使服务波束的一次驻留中完成下行发送和上行接收,降低了***时延。上述方案可以应用于所有终端上行信号传输,包括初始接入PRACH以及后续上行信号传输,如PUSCH。下面将对初始接入和后续信号传输场景进行分别描述。
实施例1:初始接入场景
考虑到不同卫星***轨道高度的不同,卫星与地面终端的距离也会不同,这导致卫星与终端之间的传输时延差异,多终端与卫星间距离示意请参考图4。为了灵活应对这种差异,在***广播消息SIB中引入一个新的控制信息:上下行时间偏移,记为Toffset,以毫秒为单位。
采用本申请的初始接入流程图请参见图5,包括:
星上基站:周期性发送SSB和***消息SIB;为了缩短接入时间,本实施例中将SSB与SIB在同一时间间隔进行发送。
地面终端:开机后持续搜索,直到基站发送SSB和***消息至该终端所在的驻留位置,它成功接收到SSB完成下行同步,读取SIB中的Toffset信息;根据全球导航卫星***GNSS和星历信息确定自身与星上基站的距离,从而推算信号传播时延,结合Toffset和传输时延确定PRACH的发送时机;待时机到达发送PRACH。
在卫星通信***中,即使同一驻留位置内,不同地面终端与卫星之间距离也不相同,因此不同终端与卫星之间的信号传播时延也不同。本实施例中,各地面终端在收到SSB/SIB后,会根据GNSS定时与星历信息估算其与卫星之间的距离,然后计算发送PRACH的延迟,这样可以保证不同终端发送的PRACH在同一时刻到达卫星,不会错过卫星针对该驻留位置的上行接收时间,不同地面终端初始接入时间示意图请参考图6。
星上基站:发送SSB和SIB之后,根据Toffset信息确定PRACH接收时机,待时机来临接收PRACH;然后发送RAR应答消息给地面终端。
本实施例的优点在于,终端在收到SSB/SIB后的Toffset时刻即可发送上行PRACH。否则,要么需要卫星端额外的服务波束来接收PRACH,要么需要终端等卫星遍历全部驻留位置后再次访问它所在驻留位置时才能发送PRACH,大大增加了接入时延。
实施例2:上行业务场景
根据现有5G标准,上行PUSCH业务传输需要基站先发送授权UL Grant给终端,然后终端根据授权中指示的资源位置发送PUSCH,UE接收到UL Grant到其发送PUSCH之间需要有固定延迟。本发明提出的方法使得在卫星通信***中可继续使用5G标准的UL Grant机制,但终端收到UL Grant后,还需经过一段延迟才发送PUSCH信号,从而保证不同终端发送的PUSCH信号同时到达卫星。本实施例中不同地面终端上行业务传输时间示意图请参见图7。采用本方案后的上行业务流程包括:
星上基站:发送UL Grant;
地面终端:接收UL Grant后,根据GNSS和星历信息确定自身与卫星间的距离,推算信号传播时延,结合Toffset和传播时延确定PUSCH发送时机;待时间来临开始发送;
星上基站:根据Toffset信息,确定PUSCH接收时机;待时机到来开始接收。
本实施例的的优势在于,卫星的服务波束可以仅通过一次驻留位置访问即可将终端的上行PUSCH信息接收完毕,若不采用该方案,卫星的服务波束需要再次访问该驻留位置以接收PUSCH信息。
基于相同的构思,本申请的实施例还提出一种实现上述方法的终端装置,包括:接收模块,用于获取星上基站的上下行时间偏移Toffset;计算模块1,用于在接收星上基站的下行消息后,根据全球导航卫星***GNSS定时和星历信息,确定与所述星上基站的距离,推算传播时延;计算模块2,用于结合接收模块获取的所述Toffset和计算模块1确定的传播时延,确定上行发送时机。
基于相同的构思,本申请的实施例还提出一种实现上述方法的星上基站装置,包括:发送模块,用于发送下行消息;接收模块,用于发送模块发送之后的时间偏移Toffset之后,接收上行消息。进一步的,所述发送模块发送的下行消息为SSB和SIB,在Toffset之后,所述接收模块接收PRACH上行消息;和/或,所述发送模块发送的下行消息为上行授权消息ULGrant,在Toffset之后,所述接收模块接收PUSCH上行消息。更进一步的,所述SSB和SIB由所述发送模块在同一时间间隔上发送。
最后,本申请的实施例还提出一种实现卫星通信***的时间同步的***,包括如上所述的终端装置,和如上所述的星上基站装置。
在本申请上述各实施例中,引入了卫星端上下行固定时间偏移Toffset;将卫星端上下行固定时间偏移Toffset加入***广播消息(SIB);将SSB与SIB在同一时间间隔发送;初始接入过程中,地面终端根据SIB中的Toffset信息计算发送PRACH时机,确保卫星端在发送SSB与SIB后Toffset时刻即可接收PRACH;初始接入后上行业务传输中,地面终端根据Toffset信息计算发送PUSCH时机,确保卫星端在发送UL Grant后Toffset时刻即可接收PUSCH。相对于传统5G时间同步方法,本申请可确保卫星端在发送SSB与SIB后Toffset时刻即可接收PRACH,从而降低接入时延;相对于传统5G时间同步方法,本申请可确保卫星端在发送UL Grant后Toffset时刻即可接收PUSCH,从而降低业务时延,节省业务波束开销。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (16)
1.一种卫星通信***的时间同步方法,所述方法用于地面终端侧,其特征在于,包括:
获取星上基站的上下行时间偏移Toffset;
接收星上基站的下行消息,根据全球导航卫星***GNSS定时和星历信息,确定与所述星上基站的距离,推算传播时延;
结合所述Toffset和传播时延确定上行发送时机。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述Toffset预设在地面终端本地;或者
从所述星上基站获取,携带在所述星上基站的广播消息SIB中。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述下行消息为SSB和SIB,所述上行发送时机为PRACH的发送时机。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述SSB和SIB由星上基站在同一时间间隔上下发。
5.根据权利要求1~4任意一项所述的方法,其特征在于,所述下行消息为上行授权消息UL Grant,所述上行发送时机为PUSCH的发送时机。
6.一种卫星通信***的时间同步方法,所述方法用于星上基站侧,其特征在于,包括:
发送下行消息,在上下行时间偏移Toffset之后,接收上行消息。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,发送的下行消息包括SSB和SIB,在Toffset之后接收的上行消息为PRACH消息。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述SSB和SIB在同一时间间隔上发送。
9.根据权利要求6~8任意一项所述的方法,其特征在于,所述下行消息为上行授权消息UL Grant,在Toffset之后接收的上行消息为PUSCH消息。
10.一种实现权利要求1所述方法的终端装置,其特征在于,包括:
接收模块,用于获取星上基站的上下行时间偏移Toffset;
计算模块1,用于在接收星上基站的下行消息后,根据全球导航卫星***GNSS定时和星历信息,确定与所述星上基站的距离,推算传播时延;
计算模块2,用于结合接收模块获取的所述Toffset和计算模块1确定的传播时延,确定上行发送时机。
11.根据权利要求10所述的终端装置,其特征在于,所述Toffset预设在所述接收模块中;或者由所述接收模块从星上基站获取,携带在所述星上基站的广播消息SIB中。
12.根据权利要求10或11所述的终端装置,其特征在于,所述下行消息为SSB和SIB,所述计算模块2确定的所述上行发送时机为PRACH的发送时机;和/或,
所述下行消息为上行授权消息UL Grant,所述计算模块2确定的所述上行发送时机为PUSCH的发送时机。
13.一种实现权利要求6所述方法的星上基站装置,其特征在于,包括:
发送模块,用于发送下行消息;
接收模块,用于发送模块发送之后的时间偏移Toffset之后,接收上行消息。
14.根据权利要求13所述的星上基站装置,其特征在于,所述发送模块发送的下行消息为SSB和SIB,在Toffset之后,所述接收模块接收PRACH上行消息;和/或,
所述发送模块发送的下行消息为上行授权消息UL Grant,在Toffset之后,所述接收模块接收PUSCH上行消息。
15.根据权利要求14所述的星上基站装置,其特征在于,所述SSB和SIB由所述发送模块在同一时间间隔上发送。
16.一种实现卫星通信***的时间同步的***,其特征在于,包括至少1个如权利要求10~12任一项所述的终端装置,和至少1个如权利要求13~15任意一项所述的星上基站装置。
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