CN101854729A - 一种卫星通信系统的随机接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星通信系统的随机接入方法，包括：终端根据下行信道测量设定接入帧的接入前缀和接入消息的初始发射功率后，向卫星通信系统发射接入前缀和接入消息；其中，所述接入前缀的长度设置为大于4096码片；终端若在预设时间内收到所述卫星通信系统发送的AICH的捕获指示，则完成接入所述卫星通信系统。应用本发明，对ALOHA接入的接入帧和接入时隙进行了设计，通过接入时隙的新设计，增大了接入前缀和接入消息的扩频增益，增加了GEO卫星环境下对抗大时延差的保护间隔，从而提高了用户接入的首次捕获概率和总接入的成功概率；同时降低了用户的接入功率，减小了多用户之间的干扰。

Description

一种卫星通信系统的随机接入方法

技术领域

本发明涉及无线通信系统，特别地涉及一种卫星通信系统的随机接入方法。

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：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。

针对卫星通信移动通信系统的多址接入问题，欧洲标准的S-UMTS协议中仍然使用了与地面UMTS系统中相同的时隙ALOHA方式(ALOHA协议是由美国夏威夷大学开发的一种网络协议，处于OSI模型中的数据链路层，属于随机存取协议)，其中每个接入时隙的长度为5120码片(1.333333毫秒)，保护间隔为1024码片(0.266666毫秒)。而对于一个波束覆盖半径为325公里的GEO卫星通信移动通信系统而言，波束下用户的最大时延差为2.16毫秒，需要的保护间隔为8192码片，远远高于S-UMTS系统中设计的保护间隔。因此当前的接入方法，存在GEO卫星通信环境下用户的首次接入概率较低并且接入时间性能较低的问题。

由此可见，当前需要一种新的技术方案来适用于GEO卫星通信移动通信系统的多址接入ALOHA方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种卫星通信系统的随机接入方法，解决了当前接入方法中存在GEO卫星通信环境下用户的首次接入概率较低且接入时间性能较低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种卫星通信系统的随机接入方法，包括：

终端根据下行信道测量设定接入帧的接入前缀和接入消息的初始发射功率后，向卫星通信系统发射接入前缀和接入消息；其中，所述接入前缀的长度设置为大于4096码片；

所述终端若在预设时间内收到所述卫星通信系统发送的下行捕获指示信道AICH的捕获指示，则完成接入所述卫星通信系统。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端判断若在预设时间内未接收到所述卫星通信系统发送的AICH的捕获指示，则随机选择下一个接入时隙向所述卫星通信系统重发接入前缀和接入消息。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端向卫星通信系统发射接入前缀和接入消息前，还包括：所述终端设定所述接入帧的长度为80毫秒，并将所述接入帧划分为5个接入时隙。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端向卫星通信系统发射接入前缀和接入消息前，还包括：所述终端设定所述接入前缀的时隙的长度为16毫秒/61440码片。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端向卫星通信系统发射的所述接入前缀码为正交可变扩频因子码，其个数为大于等于32个。

进一步地，上述方法还可包括，所述接入前缀的长度为大于等于16384码片。

进一步地，上述方法还可包括，所述接入前缀的重复次数为大于等于512。

进一步地，上述方法还可包括，所述接入消息的扩频比为大于等于512，扩频增益达到或超过27dB。

进一步地，上述方法还可包括，所述终端是在下一个接入时隙的起始位置向所述卫星通信系统同时发射接入前缀和接入消息。

与现有技术相比，应用本发明，对ALOHA接入的接入帧和接入时隙进行了设计，通过接入时隙的新设计，增大了接入前缀和接入消息的扩频增益，增加了GEO卫星环境下对抗大时延差的保护间隔，从而提高了用户接入的首次捕获概率和总接入的成功概率；同时降低了用户的接入功率，减小了多用户之间的干扰。

附图说明

图1是本发明的接入帧的示意图；

图2是本发明的接入消息的帧结构的示意图；

图3是本发明的UE进行随机接入请求的发送策略的示意图；

图4为本发明中UE的随机接入ALOHA方式的实例的示意图。

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。

本发明的实施条件是针对GEO卫星信道，适用于ITU-R M.1225协议中的卫星莱斯信道设计。

本发明中采用的信道带宽为5MHz，码片速率为3.84MHz(当然本发明不限于此，任何可以达到本发明要求的信道条件都适用)。

值得注意的是，本发明中卫星通信系统可以为卫星CDMA通信系统，任何适用于本发明的卫星通信系统都可以使用本方法。

本发明提出的随机接入ALOHA方式包括以下内容：

图1是接入帧的示意图：其中，每个接入帧的长度为80毫秒，包括跨越8个10毫秒/38400码片的无线帧，每个接入帧包含5个接入时隙，每个接入时隙的长度为16毫秒/61440码片。

其中，每个接入前缀码长度为32，接入前缀重复次数可以为大于等于512；每个保护时间间隔为8192码片；每个接入消息的扩频因子可以为大于等于512(扩频增益为27dB)。

i)PRACH(上行随机接入信道)接入前缀

a)接入前缀的时隙格式：针对卫星通信具有时延大和用户少的特性，本发明对保护间隔进行新形式的优化设计。

S-UMTS系统中，保护间隔为1024码片，保护距离为79.8公里。在卫星波束覆盖半径为325公里的情况下，一个波束下用户的最大时延差为2.16毫秒，需要的保护间隔为8192码片。满足保护间隔的接入时隙长度为：

61440码片＝32*512+36864+8192码片；

需要占据12个S-UMTS协议下的接入时隙，意味着相应的一个接入帧的接入时隙个数减少为5个，这对于系统设计用户容量较小的GEO卫星通信系统来说是适用的。

b)接入前缀的长度：增加接入前缀的长度，以提高首次接入的概率。接入前缀的长度设置为大于4096码片且提高了接入前缀码的重复次数：接入前缀的长度由4096码片提高到16384码片或更多，接入前缀码的重复次数扩展为512，可获得额外的增益为3dB，提高了用户首次接入的概率，有效改善功率攀升对系统上行容量的影响。

c)特征码：接入前缀码采用正交OVSF码(正交可变扩频因子码)，接入前缀码的个数扩展为大于等于32个，提高对接入用户的识别能力和接收增益(综合接入前缀长度来计算，并采用相关检测)，同时也降低了同时隙接入用户的碰撞概率。由下面描述的方式产生32个正交码作为特征码：

C_ch，1，0＝1

$\left[\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{2,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{2,1}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\\ C_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}& {-C}_{\mathrm{ch},\mathrm{1,0}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& 1\\ 1& -1\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},0}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},1}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},2}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},3}\\ .\\ .\\ .\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},2^{(n+1)}-2}\\ C_{\mathrm{ch},2^{(n+1)},2^{(n+1)}-1}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{\mathrm{ch},2^n,0}& C_{\mathrm{ch},2^n,0}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,0}& {-C}_{\mathrm{ch},2^n,0}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,1}& C_{\mathrm{ch},2^n,1}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,1}& {-C}_{\mathrm{ch},2^n,1}\\ .& \\ .& \\ .& \\ C_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}& C_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}\\ C_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}& {-C}_{\mathrm{ch},2^n,2^n-1}\end{array}\right]$

ii)如图2所示，描述了接入消息的帧结构：

接入消息的扩频因子采用512，相对于S-UMTS系统的256扩频因子，增益提高3dB。控制部分时隙格式的变化使得每时隙的导频段变长，可增加控制信道的检测概率。

一个接入消息包括9个时隙，每个时隙的长度为4096码片；

一个接入消息的数据部分为8bits，一个接入消息的控制部分中导频部分为6bits，一个接入消息的控制部分中传输格式指示部分为2bits。

3)UE(终端/用户)进行随机接入请求的发送策略(如图3所示)

UE的随机接入过程，包括以下步骤：

i)UE发起呼叫时，根据下行信道测量设定所述接入帧的接入前缀和接入消息的初始发射功率，并在下一个接入时隙的起始位置将接入前缀和接入消息同时向卫星通信系统发射出去；

所述终端设定所述接入帧的长度为80毫秒，并将接入帧划分为5个接入时隙。

ii)UE判断若在预设时间内未接收到卫星通信系统发送的下行捕获指示信道(AICH)捕获指示，则随机选择下一个接入时隙重发接入前缀和接入消息；UE若在预设时间内成功接收到卫星通信系统发送的AICH捕获指示，则完成接入卫星通信系统的过程。

下面结合具体实例对本发明作进一步说明。

图4为本发明中UE(终端)的随机接入ALOHA方式的实例，包括以下步骤，

步骤A：UE向卫星通信系统发送接入请求，其中，接入请求发送时刻为T_A；

步骤B：卫星通信系统捕获该UE接入请求，其中，捕获该UE接入请求的时刻为T_B；

步骤C：UE接收到卫星通信系统捕获前缀和接入消息确认，其时刻为T_C；

步骤D：UE超时未接收到接入请求确认并重发接入请求，其时刻为T_D；

步骤E：卫星通信系统捕获该UE重发接入请求，其时刻为T_E；

步骤F：UE接收到重发后的卫星通信系统捕获前缀和接入消息确认，其时刻为T_F。

由于GEO卫星距离地面高度为40000千米，且接入消息由地面信关站处理，从而忽略系统处理时间之后可以计算出以下时间关系：

T_B-T_A＝通信距离/光速＝2*40000/300000秒＝0.2667秒

T_F-T_E＝T_E-T_D＝T_C-T_B＝T_B-T_A

T_F-T_D＝T_C-T_A＝2*(T_B-T_A)＝0.5333秒

本实例中超时时间可以设置为0.6秒。

本发明的随机接入ALOHA方式，相对于S-UMTS系统中的时隙ALOHA方法，由于接入前缀个数、接入前缀长度、接入消息扩频增益和保护间隔的增加，提高了前缀和消息的捕获与正确解码概率，从而提高了首次接入概率和总接入概率性能；由于接入前缀和接入消息同时发送，提高了接入时间性能。

应用本发明的随机接入ALOHA方式，可以明显改善GEO卫星通信环境下用户的首次接入概率和接入时间性能，有效消弱功率攀升和多址干扰的影响。本发明的实际应用中的意义就在于此。

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 (9)

1.一种卫星通信系统的随机接入方法，其特征在于，包括：

终端根据下行信道测量设定接入帧的接入前缀和接入消息的初始发射功率后，向卫星通信系统发射接入前缀和接入消息；其中，所述接入前缀的长度设置为大于4096码片；

所述终端若在预设时间内收到所述卫星通信系统发送的下行捕获指示信道AICH的捕获指示，则完成接入所述卫星通信系统。

2.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

还包括：

所述终端判断若在预设时间内未接收到所述卫星通信系统发送的AICH的捕获指示，则随机选择下一个接入时隙向所述卫星通信系统重发接入前缀和接入消息。

3.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

所述终端向卫星通信系统发射接入前缀和接入消息前，还包括：所述终端设定所述接入帧的长度为80毫秒，并将所述接入帧划分为5个接入时隙。

4.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

所述终端向卫星通信系统发射接入前缀和接入消息前，还包括：所述终端设定所述接入前缀的时隙的长度为16毫秒/61440码片。

5.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

所述终端向卫星通信系统发射的所述接入前缀码为正交可变扩频因子码，其个数为大于等于32个。

6.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

所述接入前缀的长度为大于等于16384码片。

7.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

所述接入前缀的重复次数为大于等于512。

8.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

所述接入消息的扩频比为大于等于512，扩频增益达到或超过27dB。

9.如权利要求1所述的随机接入方法，其特征在于，

所述终端是在下一个接入时隙的起始位置向所述卫星通信系统同时发射接入前缀和接入消息。

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