CN101854713A - 一种卫星cdma系统及其中反向链路的同步方法 - Google Patents

Abstract

一种卫星CDMA系统及其中反向链路的同步方法，包括：终端与卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向卫星端发送接入前缀，卫星端收到接入前缀后，与自身比较计算出需要提前量或滞后量数值，并通过捕获指示信道反馈给终端，终端根据检测到相应的捕获指示获得提前量或滞后量数值后，建立与卫星端反向链路初步同步；卫星端根据间断检测终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端，终端根据获得的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，使终端与卫星端保持所设定的同步精度的上行同步。应用本发明，解决了当前系统的反向链路采用的异步CDMA模式中存在反向链路上的交叉干扰较大问题。

Description

一种卫星CDMA系统及其中反向链路的同步方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统，特别地涉及一种卫星CDMA系统及其中反向链路的同步方法。

背景技术

GEO(同步)卫星移动通信系统的发展始于上世纪90年代，从技术上看，卫星通信系统的技术始终紧密跟踪地面移动通信技术的发展：第一代卫星通信系统采用了和地面一代通信系统相同的FDMA(频分多址接入)技术，如MSAT；目前在轨的大量卫星通信系统属于第二代卫星通信系统，大都与地面的二代通信系统类似，采用了TDMA(时分多址接入)技术；值得注意的是，CDMA方式在2008年以后发射的卫星通信系统中得到较为广泛的应用。

基于CDMA的卫星通信系统相比较而言具有软容量、软切换、统计复用和高频谱效率等优势。在使用中，有两种主要类型或模式的CDMA通信信号处理，异步CDMA和同步正交CDMA。

在卫星到终端的链路中，由于所有信号从卫星发出，发送到不同终端的信号可以同步到达接收机，彼此的码相位同相，那么，由于交叉相关接近于零，可以受到较小的交叉干扰。然而，对于反向链路上终端发送到卫星的信号，采用异步CDMA模式，由于发送自不同终端的信号的不同传播延时和路径，它们异步地到达卫星，会对彼此造成较大的干扰。

由此可见，卫星CDMA通信系统反向链路当前采用的异步CDMA模式中存在反向链路上的交叉干扰较大的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种卫星CDMA系统及其中反向链路的同步方法，解决了当前卫星CDMA通信系统的反向链路采用的异步CDMA模式中存在反向链路上的交叉干扰较大的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种卫星CDMA系统中反向链路的同步方法，包括：

终端与卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向卫星端发送接入前缀，卫星端收到该接入前缀后，与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给终端，终端根据检测到相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与卫星端反向链路的初步同步；

卫星端根据间断检测终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端，终端根据获得的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，使终端与卫星端保持所设定的同步精度的上行同步。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端与卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向卫星端发送接入前缀，卫星端收到该接入前缀后，与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给终端，终端根据检测到相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与卫星端反向链路的初步同步，具体分为以下步骤：

所述终端与卫星端完成下行同步后，终端从可用的上行随机接入信道PRACH子信道中随机选择一子信道和一接入时隙，设定PRACH子信道的初始功率电平，通过选择的所述接入时隙向卫星端发送接入前缀；

所述卫星端根据接收到的所述接入前缀，与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量数值，并通过捕获指示信道发送给终端；

所述终端根据检测到相应的所述捕获指示，获得其中相应的提前量或滞后量数值，并与所述接入时隙进行计算，得到保证帧同步的发送时刻；终端建立与卫星端反向链路的初步同步。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端是通过解调下行捕获指示信道AICH，检测是否收到所述卫星端返回的相应的捕获指示。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端若通过解调AICH，判断若没有收到所述卫星端返回的相应的捕获指示，则该终端等待一段时间后，以一定步长增加接入前缀的发射功率，并在下一个可用的接入时隙中向卫星端重新发送接入前缀。

进一步地，上述方法还可包括，所述卫星端根据间断检测终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端，终端根据获得的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，使终端与卫星端保持所设定的同步精度的上行同步，具体分为以下步骤：

所述终端向所述卫星端发送上行专用物理信道，其中所述上行专用物理信道中包含时分导频；

所述卫星端从收到的所述时分导频中恢复出所述终端的帧定时，并与基准帧定时进行对比，得出该终端的帧定时的提前量或滞后量数值，并将得到的该终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给该终端；

所述终端根据所述卫星端反馈的帧定时的提前量或滞后量数值的信息进行发射调整，使该终端与该卫星端保持所设定的同步精度的上行同步。

进一步地，上述方法还可包括，所述PRACH信道包括前缀、消息和保护间隔三个部分，完成终端的呼叫接入过程，每8帧有5个接入时隙，每时隙间隔61440码片，每个PRACH接入前缀部分长是16384码片，由长度为32码片的特征码重复512次形成；PRACH的消息部分包括并行传送的数据和控制信息；PRACH的消息部分长度为36864码片，接入时隙的其余部分为8192码片长的保护间隔。

进一步地，上述方法还可包括，所述AICH信道是与所述PRACH信道相配合，用来指示卫星端接收到的随机接入信道的特征标记序列，同时，将接入时隙与卫星基准比较得出的提前或滞后值反馈给终端；其中，AICH包括5个连续接入时隙的重复序列，每个接入时隙的长度为61440码片，接入时隙由3部分组成，捕获指示部分长为16384码片，反馈的提前滞后值部分为36864码片，其余部分为Tx off部分，长为8192码片。

进一步地，上述方法还可包括，所述上行专用物理信道包括UL-DPCCH和UL-DPDCH，通过扩频码区分，分别在I支路和Q支路中传送；其中所述UL-DPCCH承载专用物理信道的控制信息，所述UL-DPDCH承载专用物理信道的数据信息；该上行专用物理信道的每帧长为10ms，UL-DPCCH和UL-DPDCH中一个时隙部分的长是2560码片。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端向所述卫星端发送的上行扰码，其中在同一波束内，设置每一个终端分配相同的扰码，用不同的正交扩频码来区分不同的终端。

本发明还提供了一种卫星CDMA系统，包括：终端和卫星端，其中，

所述终端，用于与所述卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向该卫星端发送接入前缀，根据检测到所述卫星端发送的相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与该卫星端反向链路的初步同步；向所述卫星端发送上行扰码的到达时刻，根据获得的所述卫星端发送的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，与卫星端保持所设定的同步精度的上行同步；

所述卫星端，用于收到所述终端发送的所述接入前缀后计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给该终端；根据间断检测所述终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端。

与现有技术相比，应用本发明，经过同步建立和同步保持两个同步过程，可以有效实现反向链路的同步正交CDMA，减小反向链路上的交叉干扰，提高了系统容量和获取更高的频谱效率，实现结构通用而且简单，能满足GEO卫星CDMA系统反向链路同步正交CDMA模式所需的同步精度要求。

附图说明

图1是本发明中捕获指示信道的时隙结构的示意图；

图2是本发明中随机接入的发射结构的示意图；

图3是本发明中PRACH信道消息部分帧结构的示意图；

图4是本发明中上行专用物理信道帧结构的示意图；

图5是本发明中反向链路扩频加扰过程的示意图；

图6是本发明中卫星CDMA通信系统中反向链路的同步过程的流程图；

图7是本发明中UE与卫星端进行反向链路的同步建立的流程图；

图8是本发明中UE与卫星端进行反向链路的同步保持的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的主要构思在于：卫星CDMA通信系统(包括终端与卫星端)反向链路的同步过程具体分为同步建立和同步保持，首先终端(UE)与卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向卫星端发送接入前缀，卫星端收到该接入前缀后与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给终端，终端根据检测到相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与卫星端反向链路的初步同步；卫星端根据间断检测终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端，终端根据获得的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环细调，使终端与卫星端始终保持所设定的同步精度的上行同步。

本发明完成上述卫星CDMA通信系统(包括终端与卫星端)反向链路的同步过程，需要进行如下的设计和过程：

一、进行相关信道的设计：

为实现GEO卫星CDMA系统反向链路的同步至少需要如下信道：下行捕获指示信道(AICH)、上行随机接入信道(PRACH)和上行专用物理信道(包含时分导频)，(值得注意的是，尽管实现上行同步过程中首先要获得下行同步，但是本发明不涉及实现下行同步所需要的信道)，下面对上述所需信道分别进行设计：

1、下行捕获指示信道(AICH)

下行捕获指示信道与上行随机接入信道相配合，用来指示卫星端接收到的随机接入信道的特征标记序列，同时，将接入时隙与卫星基准比较得出的提前或滞后值反馈给终端。其时隙结构如图1所示，AICH包括5个连续接入时隙的重复序列，每个接入时隙的长度为61440码片(chips)，接入时隙由3部分组成，捕获指示部分长为16384码片(chips)，反馈的提前滞后值部分为36864码片(chips)，其余部分为Tx off部分，长为8192码片(chips)。

2、上行随机接入信道(PRACH)

上行随机接入信道包括前缀、消息和保护间隔三个部分，完成终端的呼叫接入过程。每8帧有5个接入时隙，每时隙间隔61440码片，每个PRACH接入前缀部分长是16384码片，由长度为32码片的特征码重复512次形成。PRACH的消息部分包括并行传送的数据和控制信息。PRACH的消息部分长度为36864码片，接入时隙的其余部分为8192码片长的保护间隔。随机接入的发射结构如图2所示，其接入消息部分的结构如图3所示。

3、上行专用物理信道(包含时分导频)

上行专用物理信道分为：UL-DPCCH和UL-DPDCH，通过扩频码区分，分别在I支路和Q支路中传送。UL-DPCCH承载专用物理信道的控制信息，UL-DPDCH承载专用物理信道的数据信息。上行专用物理信道帧结构如图4所示，每帧长为10ms，UL-DPCCH和UL-DPDCH中一个时隙部分的长是2560码片。

二、为实现反向链路同步正交CDMA所进行的扩频加扰设计：

在同一波束内，设置每一个终端分配相同的扰码(用来区分波束)，用不同的正交扩频码来区分不同的终端。其扩频加扰过程如图5所示。

本发明的卫星CDMA系统，包括：终端和卫星端，其中，

所述终端，用于与所述卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向该卫星端发送接入前缀，根据检测到所述卫星端发送的相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与该卫星端反向链路的初步同步；向所述卫星端发送上行扰码的到达时刻，根据获得的所述卫星端发送的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，与卫星端始终保持所设定的同步精度的上行同步；

所述卫星端，用于收到所述终端发送的所述接入前缀后计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给该终端；根据间断检测所述终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端。

如图6所示，卫星CDMA通信系统(包括终端与卫星端)反向链路的同步过程，具体包括以下步骤：

步骤10：UE与卫星端进行反向链路的同步建立，如图7所示，包括：

步骤7110、终端(UE)获得下行同步；

步骤7120、UE取得可用的PRACH子信道及其扰码和特征符号，从可用的PRACH子信道中随机选择一子信道和一接入时隙；

步骤7130、UE设定PRACH的初始功率电平，通过选择的所述接入时隙向卫星端发送接入前缀；卫星端根据接收到的所述接入前缀，与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量数值，并通过捕获指示信道发送给UE；

其中，UE设定PRACH子信道的初始功率电平前，UE可以测量下行链路的功率电平。

其中，由于开环功控的不准确性，UE设定PRACH子信道的初始功率电平的设定值具有一定的余量。

步骤7140、UE通过解调AICH，判断是否收到卫星端返回的相应的捕获指示，如果是，则执行步骤7160，否则，执行步骤7150；

步骤7150、UE等待一段时间(可以是550ms)后，以一定步长(1dB的倍数)增加接入前缀的发射功率，并在下一个可用的接入时隙中向卫星端重新发送接入前缀，执行步骤7140；

步骤7160、UE根据检测到相应的所述捕获指示，获得其中相应的提前量或滞后量数值，并与所述接入时隙进行计算，得到保证帧同步的发送时刻；

步骤7170、UE建立与卫星端反向链路的初步同步。

UE与卫星端反向链路的同步建立完成。

步骤20：UE与卫星端进行反向链路的同步保持，如图8所示，包括：

步骤8210、UE向卫星端发送上行专用物理信道，其中，所述上行专用物理信道中包含时分导频；

步骤8220、卫星端从时分导频中恢复出上行每个终端的帧定时，并与基准帧定时进行对比，得出每个终端的帧定时的提前量或滞后量数值，并将得到的每个终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端；

步骤8230、终端根据卫星端反馈的帧定时的提前量或滞后量数值的信息进行发射调整，使终端与卫星端始终保持所设定的同步精度。

UE与卫星端反向链路的同步保持完成。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种卫星CDMA系统中反向链路的同步方法，其特征在于，包括：

终端与卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向卫星端发送接入前缀，卫星端收到该接入前缀后，与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给终端，终端根据检测到相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与卫星端反向链路的初步同步；

卫星端根据间断检测终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端，终端根据获得的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，使终端与卫星端保持所设定的同步精度的上行同步。

2.如权利要求1所述的同步方法，其特征在于，

所述终端与卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向卫星端发送接入前缀，卫星端收到该接入前缀后，与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给终端，终端根据检测到相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与卫星端反向链路的初步同步，具体分为以下步骤：

所述终端与卫星端完成下行同步后，终端从可用的上行随机接入信道PRACH子信道中随机选择一子信道和一接入时隙，设定PRACH子信道的初始功率电平，通过选择的所述接入时隙向卫星端发送接入前缀；

所述卫星端根据接收到的所述接入前缀，与自身基准相比较计算出需要的提前量或滞后量数值，并通过捕获指示信道发送给终端；

所述终端根据检测到相应的所述捕获指示，获得其中相应的提前量或滞后量数值，并与所述接入时隙进行计算，得到保证帧同步的发送时刻；终端建立与卫星端反向链路的初步同步。

3.如权利要求2所述的同步方法，其特征在于，

所述终端是通过解调下行捕获指示信道AICH，检测是否收到所述卫星端返回的相应的捕获指示。

4.如权利要求3所述的同步方法，其特征在于，

所述终端若通过解调AICH，判断若没有收到所述卫星端返回的相应的捕获指示，则该终端等待一段时间后，以一定步长增加接入前缀的发射功率，并在下一个可用的接入时隙中向卫星端重新发送接入前缀。

5.如权利要求1所述的同步方法，其特征在于，

所述卫星端根据间断检测终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端，终端根据获得的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，使终端与卫星端保持所设定的同步精度的上行同步，具体分为以下步骤：

所述终端向所述卫星端发送上行专用物理信道，其中所述上行专用物理信道中包含时分导频；

所述卫星端从收到的所述时分导频中恢复出所述终端的帧定时，并与基准帧定时进行对比，得出该终端的帧定时的提前量或滞后量数值，并将得到的该终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给该终端；

所述终端根据所述卫星端反馈的帧定时的提前量或滞后量数值的信息进行发射调整，使该终端与该卫星端保持所设定的同步精度的上行同步。

6.如权利要求2所述的同步方法，其特征在于，

所述PRACH信道包括前缀、消息和保护间隔三个部分，完成终端的呼叫接入过程，每8帧有5个接入时隙，每时隙间隔61440码片，每个PRACH接入前缀部分长是16384码片，由长度为32码片的特征码重复512次形成；PRACH的消息部分包括并行传送的数据和控制信息；PRACH的消息部分长度为36864码片，接入时隙的其余部分为8192码片长的保护间隔。

7.如权利要求3所述的同步方法，其特征在于，

所述AICH信道是与所述PRACH信道相配合，用来指示卫星端接收到的随机接入信道的特征标记序列，同时，将接入时隙与卫星基准比较得出的提前或滞后值反馈给终端；其中，AICH包括5个连续接入时隙的重复序列，每个接入时隙的长度为61440码片，接入时隙由3部分组成，捕获指示部分长为16384码片，反馈的提前滞后值部分为36864码片，其余部分为Tx off部分，长为8192码片。

8.如权利要求5所述的同步方法，其特征在于，

所述上行专用物理信道包括UL-DPCCH和UL-DPDCH，通过扩频码区分，分别在I支路和Q支路中传送；其中所述UL-DPCCH承载专用物理信道的控制信息，所述UL-DPDCH承载专用物理信道的数据信息；该上行专用物理信道的每帧长为10ms，UL-DPCCH和UL-DPDCH中一个时隙部分的长是2560码片。

9.如权利要求1所述的同步方法，其特征在于，

所述终端向所述卫星端发送的上行扰码，其中在同一波束内，设置每一个终端分配相同的扰码，用不同的正交扩频码来区分不同的终端。

10.一种卫星CDMA系统，其特征在于，

包括：终端和卫星端，其中，

所述终端，用于与所述卫星端完成下行同步后，在一可用的接入时隙向该卫星端发送接入前缀，根据检测到所述卫星端发送的相应的捕获指示获得提前量或滞后量的数值后，建立与该卫星端反向链路的初步同步；向所述卫星端发送上行扰码的到达时刻，根据获得的所述卫星端发送的帧定时的提前量或滞后量数值对发送时刻进行闭环调节，与卫星端保持所设定的同步精度的上行同步；

所述卫星端，用于收到所述终端发送的所述接入前缀后计算出需要的提前量或滞后量的数值，并通过捕获指示信道反馈给该终端；根据间断检测所述终端发送的上行扰码的到达时刻，将终端的帧定时的提前量或滞后量数值的信息反馈给终端。

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