本發(fā)明涉及寬帶衛(wèi)星通信導(dǎo)航領(lǐng)域，特別涉及一種基于ta分組的lte衛(wèi)星上行鏈路同步方法。

背景技術(shù)：

隨著無線通信的發(fā)展，要實現(xiàn)全球通信系統(tǒng)的無縫覆蓋，地面通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)的體制融合是一個必然趨勢。目前地面lte系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模商用，實現(xiàn)lte系統(tǒng)在衛(wèi)星通信上的適用性，這對天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)融合、提高目前衛(wèi)星通信的數(shù)據(jù)傳輸率和頻譜利用率有重要意義。

在lte系統(tǒng)中，上行傳輸?shù)囊粋€重要特征是不同ue在時頻上正交多址接入(orthogonalmultipleaccess)，即來自同一小區(qū)的不同ue的上行傳輸之間互不干擾。為了保證上行傳輸?shù)恼恍?，避免小區(qū)內(nèi)(intra-cell)干擾，enodeb要求來自同一子幀但不同頻域資源(不同的rb)的不同ue的信號到達(dá)enodeb的時間基本上是對齊的。enodeb只要在cp(cyclicprefix)范圍內(nèi)接收到ue所發(fā)送的上行數(shù)據(jù)，就能夠正確地解碼上行數(shù)據(jù)，因此，上行同步要求來自同一子幀的不同ue的信號到達(dá)enodeb的時間都落在cp之內(nèi)。為了保證接收側(cè)(enodeb側(cè))的時間同步，lte提出了上行定時提前ta(uplinktimingadvance)的機制。定時提前量與小區(qū)半徑有關(guān)。

由于衛(wèi)星通信中波束半徑一般遠(yuǎn)大于地面移動通信的小區(qū)半徑，導(dǎo)致波束內(nèi)用戶之間的最大往返時延差較大，使得目前地面lte系統(tǒng)中的ta提前量不能直接適用于衛(wèi)星通信中。目前地面lte標(biāo)準(zhǔn)中的提前量ta為0～0.67ms，但衛(wèi)星波束中不同用戶的往返時延差較大，可達(dá)幾毫秒，所以是必須對ta提前量方案作出適用性改進(jìn)。目前的改進(jìn)方案并沒有保持現(xiàn)有l(wèi)te中ta提前量范圍的不變性，導(dǎo)致影響了衛(wèi)星通信與lte系統(tǒng)融合的最大共性，而且不能針對衛(wèi)星通信的大時延特性做出一定得改進(jìn)，使得實時性更好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：為實現(xiàn)lte系統(tǒng)在衛(wèi)星通信上的適用性，針對上行鏈路同步提供一種ta提前量分組的設(shè)計方法，該方法可以充分保證lte在衛(wèi)星通信中和地面現(xiàn)行商用lte系統(tǒng)的共性，無需修改協(xié)議中關(guān)于ta的提前量范圍。同時保證了定時提前量在一個較小的范圍，提高了衛(wèi)星通信的有效性和實時性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于定時提前量分組的lte適用于衛(wèi)星上行鏈路的同步設(shè)計方法，其包括以下步驟，

一種基于定時提前量分組的lte衛(wèi)星上行鏈路同步方法，包括以下步驟，

步驟一:根據(jù)lte協(xié)議中隨機前導(dǎo)碼的產(chǎn)生規(guī)則預(yù)設(shè)生成隨機前導(dǎo)碼，用戶端ue發(fā)射包含該隨機前導(dǎo)碼的信號；該預(yù)設(shè)生成隨機前導(dǎo)碼可以是根據(jù)lte協(xié)議中隨機前導(dǎo)碼的產(chǎn)生規(guī)則產(chǎn)生，也可以自定義產(chǎn)生。

步驟二：衛(wèi)星根據(jù)接收到的隨機前導(dǎo)碼計算出各用戶端ue到衛(wèi)星的鏈路傳輸往返時延；

步驟三：根據(jù)地面lte系統(tǒng)中定時提前量(timingadvance，ta)的設(shè)置范圍，在這個范圍內(nèi)選擇一個合理值l，該l值應(yīng)該盡可能的接近定時提前量范圍內(nèi)的最大值從而使后面分成的組數(shù)盡可能少，根據(jù)各個用戶端ue到衛(wèi)星的往返時延將各個用戶端ue分為至少兩個用戶組；

步驟四：衛(wèi)星分別對不同用戶組發(fā)射相應(yīng)的ta調(diào)整信息；

步驟五：各用戶組中的用戶根據(jù)接收到的ta調(diào)整信息決定信息上行發(fā)送時間。包括，是否進(jìn)行上行鏈路傳輸與何時進(jìn)行上行鏈路傳輸，從而使衛(wèi)星接收端對不同分組之間進(jìn)行時分處理、同一組的不同用戶同步達(dá)到衛(wèi)星接收端同時處理。

進(jìn)一步的，用戶段根據(jù)衛(wèi)星軌道高度產(chǎn)生隨機前導(dǎo)碼，衛(wèi)星根據(jù)接收到的隨機前導(dǎo)碼計算出各個用戶端ue到衛(wèi)星的鏈路傳輸往返時延。

進(jìn)一步的，所述設(shè)定值l由地面lte系統(tǒng)ta提前量的設(shè)置范圍和衛(wèi)星波束內(nèi)所有接入用戶的最大往返時延差決定；其取值范圍為0ms<l≤0.67ms。

此處需使分組后的組數(shù)盡可能少、每組中的用戶數(shù)盡可能均勻。所以l可以隨著衛(wèi)星軌道高度，衛(wèi)星波束大小和衛(wèi)星仰角等因素做適應(yīng)性變化。

進(jìn)一步的，將各個用戶端ue分為不同用戶組的方法為：獲取單一衛(wèi)星波束內(nèi)各個用戶端ue到衛(wèi)星的最大傳輸往返時延ta，獲取該衛(wèi)星波束內(nèi)各個用戶端ue到衛(wèi)星的最小往返時延tb，計算該衛(wèi)星波束內(nèi)的所有用戶端ue的最大往返時延差δt＝ta-tb；

按照公式將該衛(wèi)星波束內(nèi)各個用戶端ue分為n個用戶組；每個用戶組內(nèi)的用戶端ue之間的往返時延都小于或等于l；則可以把所有用戶按相對于b處最小往返時延的用戶時延差分成n組，分別為[0,l*1],(l*1,l*2]......(l*(n-1),l*n]。可以看出，在每組中的用戶時延差都在0ms<l≤0.67ms之間，滿足現(xiàn)有l(wèi)te標(biāo)準(zhǔn)中的提前量ta為0～0.67ms，所以衛(wèi)星波束中的用戶可以按組來實現(xiàn)上行鏈路同步通信。

進(jìn)一步的，各個用戶組根據(jù)衛(wèi)星的資源調(diào)度分配決定本組內(nèi)各個用戶端ue的信號上行發(fā)射之間，使得不同用戶組發(fā)出的信號到達(dá)衛(wèi)星的時間不同；從而衛(wèi)星可以分時處理不同分組的用戶數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，同一用戶組中，各個用戶端ue根據(jù)ta調(diào)整信息調(diào)整自身信息上行發(fā)送時間，使得本組內(nèi)所有用戶端ue發(fā)送的信息到達(dá)衛(wèi)星的時間相同。

而使得本組內(nèi)所有用戶端ue發(fā)送的信息到達(dá)衛(wèi)星的時間相同的方法按照如下步驟進(jìn)行：

(2-1)用戶組中的任一地面終端ue設(shè)定為第一地面終端，確定該第一地面終端自身所處波束信息和自身位置信息；

(2-2)接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)頻信號，獲取最新時刻的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定當(dāng)前時刻的衛(wèi)星位置信息和波束中心位置信息；

(2-3)根據(jù)第一地面終端自身位置信息與衛(wèi)星位置信息、波束中心位置信息，計算第一地面終端自身與衛(wèi)星，波束中心與衛(wèi)星的距離，獲取第一地面終端自身到衛(wèi)星的信號傳播所需第一時間與波束中心到衛(wèi)星的信號傳播所需第二時間的時延差；

(2-4)相對于位于波束中心位置處的第二地面終端，第一地面終端提前該時延差的時長發(fā)送上行信號；通過對地面終端發(fā)射上行信號進(jìn)行定時調(diào)整；

(2-5)同一用戶組中各個地面終端均按照步驟(2-1)至(2-4)進(jìn)行處理，從而使得同一用戶組中的各個地面終端發(fā)射的信號同時到達(dá)衛(wèi)星，實現(xiàn)衛(wèi)星接收端定時同步。

進(jìn)一步的，所述衛(wèi)星的通信體制為lte。

進(jìn)一步的，所述步驟(2-3)中，終端ue或波束中心到衛(wèi)星的距離計算公式為：

式中，d為所求距離；re為地球的平均半徑；r為衛(wèi)星與地心之間的距離；θ為地球中心角，其計算公式為：

其中，和分別為地面點和衛(wèi)星的經(jīng)緯度；所述地面點為地面終端ue位置或波束中心位置。

進(jìn)一步的，所述時延差計算公式為：

式中，δτ為所求的時延差；c為光的傳播速度；d為地面終端ue到衛(wèi)星的距離，dr為波束中心位置到衛(wèi)星的距離。

進(jìn)一步的，所述位置信息包括經(jīng)度、緯度和高度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明基于ta提前量分組的lte適用于衛(wèi)星上行鏈路的同步方法，通過根據(jù)用戶鏈路傳輸?shù)耐禃r延差進(jìn)行分組配置ta提前量，避免了修改地面lte協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中ta的設(shè)置范圍，并且通過保證ta提前量在一個較小的范圍，提高了衛(wèi)星通信的有效性和實時性。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖；

圖2是在一個衛(wèi)星波束內(nèi)地面用戶的分布圖。

圖3是實施例中用戶端ue發(fā)送的信息到達(dá)衛(wèi)星的時間相同的流程圖。

圖4是用戶端ue相對于波束中心到衛(wèi)星傳輸?shù)臅r延差計算是相對位置示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明內(nèi)容所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。

實施例1：如圖1所示，一種基于ta提前量分組的lte衛(wèi)星上行鏈路同步方法，包括以下步驟，

s1：根據(jù)lte協(xié)議中隨機前導(dǎo)碼的產(chǎn)生規(guī)則預(yù)設(shè)生成隨機前導(dǎo)碼，用戶端ue發(fā)射包含該隨機前導(dǎo)碼的信號；

s2：衛(wèi)星根據(jù)接收到的隨機前導(dǎo)碼計算出各用戶端ue到衛(wèi)星的鏈路傳輸往返時延；

s3：根據(jù)地面lte系統(tǒng)中定時提前量(timingadvance，ta)的設(shè)置范圍，在這個范圍內(nèi)選擇一個合理值l，該l值應(yīng)該盡可能的接近范圍內(nèi)的最大值從而使后面分成的組數(shù)盡可能少，根據(jù)各個用戶端ue到衛(wèi)星的往返時延將各個用戶端ue分為至少兩個用戶組；

s4：衛(wèi)星分別對不同用戶組發(fā)射相應(yīng)的ta調(diào)整信息；

s5：各用戶組中的用戶根據(jù)接收到的ta調(diào)整信息決定信息上行發(fā)送時間。

是否進(jìn)行上行鏈路傳輸與何時進(jìn)行上行鏈路傳輸，從而使衛(wèi)星接收端對不同分組之間進(jìn)行時分處理、同一組的不同用戶同步達(dá)到衛(wèi)星接收端同時處理。

進(jìn)一步的，用戶端ue根據(jù)衛(wèi)星軌道高度產(chǎn)生隨機前導(dǎo)碼，衛(wèi)星根據(jù)接收到的隨機前導(dǎo)碼計算出各個用戶端ue到衛(wèi)星的鏈路傳輸往返時延。

進(jìn)一步的，所述設(shè)定值l由地面lte系統(tǒng)ta提前量的設(shè)置范圍和衛(wèi)星波束內(nèi)所有接入用戶的最大往返時延差決定；其取值范圍為0ms<l≤0.67ms。需使分組后的組數(shù)盡可能少、每組中的用戶數(shù)盡可能均勻。所以l可以隨著衛(wèi)星軌道高度，衛(wèi)星波束大小和衛(wèi)星仰角等因素做適應(yīng)性變化。

進(jìn)一步的，將各個用戶端ue分為不同用戶組的方法為：獲取單一衛(wèi)星波束內(nèi)各個用戶端ue到衛(wèi)星的最大傳輸往返時延ta，獲取該衛(wèi)星波束內(nèi)各個用戶端ue到衛(wèi)星的最小往返時延tb，計算該衛(wèi)星波束內(nèi)的所有用戶端ue的最大往返時延差δt＝ta-tb；

按照公式將該衛(wèi)星波束內(nèi)各個用戶端ue分為n個用戶組；每個用戶組內(nèi)的用戶端ue之間的往返時延都小于或等于l；則可以把所有用戶按相對于b處最小往返時延的用戶時延差分成n組，分別為[0,l*1],(l*1,l*2]......(l*(n-1),l*n]?？梢钥闯?，在每組中的用戶時延差都在0ms<l≤0.67ms之間，滿足現(xiàn)有l(wèi)te標(biāo)準(zhǔn)中的提前量ta為0～0.67ms，所以衛(wèi)星波束中的用戶可以按組來實現(xiàn)上行鏈路同步通信。

進(jìn)一步的，各個用戶組根據(jù)衛(wèi)星的資源調(diào)度分配決定本組內(nèi)各個用戶端ue的信號上行發(fā)射之間，使得不同用戶組發(fā)出的信號到達(dá)衛(wèi)星的時間不同；從而衛(wèi)星可以分時處理不同分組的用戶數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，同一用戶組中，各個用戶端ue根據(jù)ta調(diào)整信息調(diào)整自身信息上行發(fā)送時間，使得本組內(nèi)所有用戶端ue發(fā)送的信息到達(dá)衛(wèi)星的時間相同。

而使得本組內(nèi)所有用戶端ue發(fā)送的信息到達(dá)衛(wèi)星的時間相同的方法按照如圖3所示步驟進(jìn)行：具體包括，

s21：在衛(wèi)星投射到地面的同一波束中，將某用戶組中的任一地面終端ue設(shè)定為第一地面終端ue，該第一地面終端ue通過自身具有的gps定位功能確定自身的位置信息，該位置信息包括但不限于經(jīng)度、緯度和高度。具體地，所述地面終端是指在所述衛(wèi)星覆蓋波束范圍內(nèi)的用于與所述衛(wèi)星進(jìn)行通信的處理裝置，所述若干地面終端以改進(jìn)的lte接入所述衛(wèi)星，所述第一地面終端ue是指若干地面終端中的任意一個。

s22：該第一地面終端ue通過接收衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)頻信號，獲取最新時刻的衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定當(dāng)前時刻的衛(wèi)星位置信息和波束中心位置信息，位置信息包括經(jīng)度、緯度和高度；所述導(dǎo)頻信號包括衛(wèi)星星歷信息、衛(wèi)星波束星下點位置信息等，所述地面終端接收導(dǎo)頻信號的目的是為了確認(rèn)所述衛(wèi)星和第一地面終端ue所在波束的波束中心位置信息。

s23：該第一地面終端ue根據(jù)已經(jīng)獲得的位置信息，分別計算該第一地面終端與衛(wèi)星的距離，以及波束中心位置到衛(wèi)星的距離，進(jìn)而求得地面終端ue到衛(wèi)星與波束中心到衛(wèi)星的信號傳播時延差；具體地，衛(wèi)星到第一地面終端ue到衛(wèi)星的距離，或者，波束中心到衛(wèi)星的距離計算公式為：

式中，d為衛(wèi)星到地面點的距離；re為地球的平均半徑；r為衛(wèi)星與地心之間的距離；θ為地球中心角，其計算公式為：

其中，和分別為地面點和衛(wèi)星的經(jīng)緯度。地面點為地面終端ue或波束中心。

ue相對于波束中心到衛(wèi)星傳輸?shù)臅r延差計算公式為：

式中，δτ為所求的時延差；c為光的傳播速度；d和dr分別為地面終端ue和波束中心與衛(wèi)星之間的距離，如圖4所示。

s24：第一地面終端ue根據(jù)步驟s23計算得到的時延差δτ，相對于位于波束中心位置處的第二地面終端，提前該時延差的時長發(fā)送上行信號。具體地，地面終端ue發(fā)送上行信號的時刻為t0，則位于波束中心位置處的第二地面終端發(fā)送上行信號的時刻為t0+δτ。通過對地面終端發(fā)射上行信號進(jìn)行定時調(diào)整，使得不同地面終端發(fā)射的信號同時到達(dá)衛(wèi)星，實現(xiàn)衛(wèi)星接收端定時同步。

s25：同一用戶組中各個地面終端均按照步驟(2-1)至(2-4)進(jìn)行處理，從而使得同一用戶組中的各個地面終端發(fā)射的信號同時到達(dá)衛(wèi)星，實現(xiàn)衛(wèi)星接收端定時同步。