CN102938931A - 大范围非同步上行接入方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于地空通信中的大范围非同步上行接入方法及装置，所述方法包括：将LTE系统的上行PRACH信道在时间上相邻的多个数据符号上的PRACH信道上的数据打掉；打掉相应带宽上的数据的方法为基站在做上行资源分配的时候将被打掉的RBs全空出来，且这些被空出来的RBs不分配给任何上行用户使用；基站在接收的时候以一定的步长滑窗取数据来做多个并行上行PRACH信道的检测，然站将多个并行PRACH信道检测的结果进行合并输出。通过本发明的方法，可以在不对LTE终端做任何修改的条件下，仅通过配置基站的上行信道资源分配参数和基站上行PRACH接收算法从而能够实现对超过100公里以上的用户实现大范围的覆盖。

Description

大范围非同步上行接入方法及装置
技术领域
本发明涉及无线宽带地空通信领域和航空信息管理领域，特别涉及实现大范围非同步上行接入方法及装置。
背景技术
LTE系统集成了很多的先进技术，具有很多的优点，目前以LTE为代表的4G技术是各国下一代地面无线通信系统的主流选择。LTE的一个鲜明特点是能够实现大范围的通信，最远支持长达100km的覆盖。这种大范围的覆盖能力有许多潜在的应用。给飞行中的飞机提供不间断的IFEC(飞行中的娱乐与通信)服务，就是一种机上通信服务的热点。目前美国的Aircell公司通过使用EVDO，来实现对空的覆盖。实际上，由于LTE的设计特点，也可以直接用于地空通信的覆盖，而且能够实现更高吞吐以及更高频谱效率的传输。
地面通信时，路径衰减因子通常为距离的3～4次方，而上行接入时，则为接近于自由空间衰减的2次方模型。LTE系统设计的最远100公里的覆盖，按地面3次方的衰减模型来进行功率折算，则可以对应覆盖到空中3162公里。而空中的基于地面覆盖的地空数据通信系统，通常最大的距离为400km左右。也就是说，如果将LTE直接用于地空通信系统，从系统设计的最大功率的覆盖范围来讲，足以满足地空通信覆盖的要求。
然而，由于LTE系统是为地面蜂窝移动通信系统的应用而设计的。直接应用于空中更大覆盖范围、更高移动速度、更少用户的场景，将有很多方面需要优化甚至修改。其中的一个关键问题就是，LTE设计的上行PRACH信道能够支持的最远覆盖距离为100km，而地空通信则需要至少可以覆盖到200-400公里，这个覆盖范围超过了目前LTE系统的支持能力，需要做相应的修改。当然以最大100km范围的覆盖同样可以支持地空通信，但是其代价是需要建站时把地面基站建得更密，成本将会更高。如按完全覆盖特定空域来计算，100公里的覆盖对应于最远200公里覆盖时成本的4倍、最远300公里覆盖时成本的9倍，最远400公里覆盖时成本的16倍。增加地面基站数的另一个现实的挑战是，在地面建站点越多，需要的站址越多，而这种地空通信系统通常需要沿航线布设，实际中航线所在的位置通常会跨越偏远山区、大城市、甚至海边，如果要在这些地方布设更密的基站将会带来工程、经济、社会、环境等诸多方面的约束和挑战。而各大覆盖范围的基站除了减少成本之外，在部署基站的时候选择也将更加灵活。
另一个方面，由于LTE系统已经是国际IMT-A技术标准，目前已经具有了成熟的产品。因此实现地空通信的超过100公里的覆盖，最好在现有产品的基础上进行，即尽可能少地修改现有产品，最好能够只通过修改部分产品的软件参数配置即可实现。这样对使用LTE产品实现地空通信的成本减少有重要的作用。
因此使用LTE系统实现地空通信的覆盖，如何在现有LTE系统空口协议与现有货架产品的基础上做尽可能少的修改，从而实现超过100公里范围的地空通信覆盖，为本发明需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现地空宽带通信的系统及方法，用来在利用LTE系统实现超过LTE系统协议所定义的最大覆盖范围的地空通信条件下，实现非同步上行接入。
根据本发明第一方面，提供了一种大范围非同步地空通信的方法，包括以下步骤：
A、各机载终端根据基站发送的随机接入信道PRACH扩展指令，生成扩展PRACH；
B、各机载终端通过向基站发送所述扩展PRACH，进行随机接入；
C、基站对各机载终端发送的扩展PRACH进行PRACH检测，以确定各上行接入机载终端的信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送上行发射时间调整指令；
D、各机载终端根据基站发送的所述上行发射时间调整指令，调整发射的时间位置，从而实现上行定时同步。
其中，所述步骤A包括：
A1、基站在进行各机载终端上行资源分配时，向小区内的所有机载终端发送在PRACH的保护间隔GT之后的一段时间不使用OFDM符号的PRACH扩展指令；
A2、各机载终端根据所述PRACH扩展指令，在所述PRACH保护间隔GT后形成与所述一段时间相对应的空区，得到所述GT+空区的扩展保护间隔GT’，从而生成扩展PRACH；
其中，所述PRACH扩展指令是基站通过下行PDCCH信道进行上行用户资源分配时，将PRACH信道后面相邻的OFDM符号上PRACH信道所在频域上的资源预留出来的方式实现的。
其中，所述不使用的OFDM符号的数量与基站需要扩展的覆盖半径成正比。
其中，所述各机载终端通过以下方式之一向基站发送所述扩展PRACH：
B1、时分多址方式；
B2、频分多址方式；
B3、码分多址方式。
其中，所述步骤C包括：
C1、从上行基带样点数据中滤出扩展PRACH对应的基带数据；
C2、从扩展PRACH的CP后面开始的数据位置取出序列长度加上扩展后GP’长度的数据；
C3、以不大于CP的长度为步长用多个并行的峰值检测单元做滑窗，对整个数据进行并行峰值检测；
C4、根据滑窗的大小以及峰值的位置计算、检测出峰值位置与峰值大小；
C5、根据输出的峰值大小与位置确认上行接入机载终端的扩展PRACH信道以及对应的发射时延值，，并根据所述发射时延值生成并发送含有时延调整值TA的上行发射时间调整指令。
所述步骤D包括：
D1、各机载终端从所述上行发射时间调整指令中提取所述TA；
D2、各机载终端按所述TA值调整发送时间，实现上行发射同步。
根据本发明的第二方面，提供了一种大范围非同步上行接入的装置，包括：
安装在各飞机上的各LTE机载终端，按LTE无线空口协议实现无线发射和接收，并且根据LTE基站发送的随机接入信道PRACH扩展指令，生成扩展PRACH，以便通过向基站发送所述扩展PRACH，进行随机接入；
设置在地面上的LTE基站，按LTE无线空口协议实现无线发射和接收。
其中，基站对各机载终端发送的扩展PRACH进行PRACH检测，以确定各上行接入机载终端的信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送上行发射时间调整指令；以及
各机载终端根据基站发送的所述上行发射时间调整指令，调整发射的时间位置，从而实现上行定时同步。
本发明的所述LTE基站包括：
基站发射机，在对各机载终端上行资源分配时，向小区内的所有机载终端发送在PRACH的保护间隔GT之后的一段时间不使用OFDM符号的PRACH扩展指令，并发送所述上行发射时间调整指令；
基站接收机，用于按扩展的PRACH进行PRACH的检测。
其中，所述LTE基站接收机包括：
定时器，用于确定进行扩展PRACH处理的数据位置值；
PRACH滤波单元，用于把收到的上行宽带样点数据变成更窄带的经过滤波后的PRACH数据；
多个峰值检测单元，用于对PRACH信道滤波单元输出的数据进行峰值检测，以获得对应的PRACH信道号以及上行发射延时值；
滑窗位置存储器，用于记录多个并行PRACH处理单元的滑窗间隔；
峰值处理单元，用于对多个峰值检测单元输出的峰值进行合并与处理，以最终输出有效的峰值位置与强度。
其中，所述的LTE机载终端包括：
机载终端接收机，接收所述基站发射极发送的PRACH扩展指令和所述上行发射时间调整指令；
机载终端发射机，根据所述PRACH扩展指令在所述PRACH保护间隔GT后形成与所述一段时间相对应的空区，得到所述GT+空区的扩展保护间隔GT’，从而生成并发送扩展PRACH；以及按所述TA值调整发送时间，实现上行发射同步。
相对于现有技术，本发明的技术效果是：可以通过LTE空中接口协议实现超过LTE空中接口协议所定义的最大100公里的地空覆盖，并且本发明的方法与装置不需要对LTE终端收、发机做任何修改，对LTE地面基站发射机仅需要通过上层软件协议配置上行用户的资源分配，而LTE地面基站接收机也只需要相应的修改上行PRACH信道的检测过程。本发明以尽可能小的代价使用现成的LTE货架产品实现了大范围地空通信的覆盖。具有良好的社会经济效益。
附图说明
图1是本发明地面站离不同距离的飞机用户的通信示意图；
图2a是LTE PRACH的信道结构示意图；
图2b是LTE PRACH的信道参数示意图；
图3a是现有LTE的上行接入的示意图；
图3b是显示本发明的“打掉”LTE PRACH后面的部分OFDM符号上的频域数据，实现扩展PRACH的示意图；
图3c是显示本发明的利用扩展PRACH进行多PRACH滑窗并行检测的示意图；
图4是本发明的非同步上行接入流程图；
图5是本发明的基站发射机、基站接收机、机载终端收发机的通信框图；
图6是本发明的基站接收机上行PRACH检测流程图；
图7是本发明的基站接收机上行PRACH信道检测装置框图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施方式。
图1显示了本发明地面基站离不同距离的飞机机载终端的通信情况，如图1所示，地面基站2同时与空中3架装有LTE空中接口技术标准的发射接收机的机载终端进行通信。其中机载终端UE1靠近地面基站，UE2距地面基站的距离是现有LTE空中接口技术所规定的能够达到最大的覆盖距离，UE3距地面基站的距离为超过LTE空中接口协议覆盖距离的最大距离。按LTE空中接口协议3GPP 36.211所定义，LTE前导格式3使用的序列与循环前缀CP最长，其CP长度为684.38us，对应的最远覆盖距离为：dmax＝(Tcp-Td)*c/2，其中Tcp为CP的长度Td为最大时延扩展值，c为光速。当使用的CP长度为普通(Normal)CP时(5.2us)，dmax＝101.88公里；当使用的CP长度为扩展普通(Extended)CP时(16.67us)，dmax＝100.16公里。总之，不论认为最大时延扩展是5.2us还是16.67us，按LTE空口接口协议，通信最大的覆盖距离约为100公里。LTE空中接口协议设计的时候主要面向地面陆地移动通信，100公里的覆盖，对地面移动通信而言是足够的，然而如果直接将LTE空口接口协议应用地空通信应用，就会遇到飞机上LTE机载终端飞行距离超过100公里的情况。
也就是说，如果UE距离地面基站200公里时，直接使用LTE空中接口技术标准协议不能够实现正常的通信。而要实现更远距离的覆盖，需要解决的问题是离基站不同距离的机载终端接入基站网络的上行PRACH(物理随机接入信道)的问题，尤其是需要解决超过小区半径的机载终端用户接入地面网络基的问题。
为了进一步说清楚现有技术问题与本发明的关键点，下面结合图2a～图2b和图3a～图3c来做进一步说明。
附图2a显示了LTE上行PRACH的结构，LTE的PRACH的子载波间隔在前导格式0到3时为1.25kHz，在格式前导4时为7.5kHz，PRACH总共占用带宽为6个资源块(RBs)共1.08MHz的带宽。LTE总共有4种不同的前导格式，各种前导格式的CP长度(TCP)，序列长度(TSEQ)以及保护间隔长度(TGT)所占用的样点数(Ts)以及对应的时间长度(us)分别列在图2b。其中前导格式4仅用于TDD(时分双工)，剩下的GT长度依TDD的配置而不同，前导格式0-3用于FDD。
图3a显示了现有技术上行同步的过程。其中UE1靠近BS，可以认为BS发出的下行信号UE1到延时近似为0，BS到下行UE2的延时对应约为LTE设计的小区半径100公里，BS到下行UE3的延时为300公里。在基站接收机侧，现有技术的处理方式为：取出PRACH信道CP长度后长为TSEQ的数据，与本地PRACH序列做相关，从而检测PRACH信道的峰值即可。按现有技术，对图3a的三个不同距离的用户做接收处理时，接收到的数据如图3a所示。UE1由于靠近基站，因此在基站接收机可以完整地取到整个PRACH CP后的完整数据部分；而UE2由于在小区边缘，因此能够取到包括CP以及PRACH的CP后的数据部分，由于CP部分即为PRACH后面循环移位过来的数据，因此在100公里目前设计的小区边缘的用户的PRACH数据也可以被地面基站BS完整地接收到。而离基站相距300公里的小区UE3，按现有技术，只能够收到一部分PRACH信道的数据，此时按现有技术无法对超过LTE空中接口标准协议定义的100公里小区外的终端用户做有效地检测。换言之，按现有技术UE3无法通过空中接口接入到现在的LTE地面基站BS。
图3b显示了本发明可以解决上述问题的扩展PRACH的形成过程。首先，将每个用户数据在PRACH信道最后保护间隔GT后面的部分数据OFDM符号上的频域数据“打掉”，“打掉”OFDM数据的数量与地面基站最远覆盖距离成正比，使得地面基站能够完整地接收最远的机载终端的PRACH。打掉OFDM数据后，GT的长度扩展为GT’。同时需要将基站接收机侧的接收窗口从原来的TSEQ长度，扩大到TSEQ长度+最远用户对应的往返时延长度。这里的GT’的长度为扩展前PRACH信道的保护间隔GT和后面需要打掉的数据部分的长度，如图3b所示。
举例来说，若小区覆盖半径扩展为300公里，则扩展长度为：dT＝2*Dmax/C-GT。这里Dmax为最大小区半径300公里，C为光速，2表示对应在300公里传输上的往返时间，GT为LTE协议中定义的当前配置下的保护间隔。以配置3为例有dT＝2*300e3/3e8-715.63us＝1284.37us。因此本例中，需要打掉1个LTE的子帧(长1000us)和下一个LTE子帧中第1个时隙上的前4个normal CP或Extended CP的OFDM符号。
这里所说的“打掉”数据是指如图3b所标注的“打掉部分”的数据。也就是说，将PRACH后面的保护间隔GT后面相邻的OFDM符号对应PRACH信道频域部分的子载波预留出来，不分给任何上行用户使用(其效果就相当将PRACH信道后面OFDM符号对应PRACH信道的频域部分被“空出来”或被“打掉”)。由于在LTE空中接口协议中，小区内所有上行用户的带宽都是通过基站侧在下行发送的指令中进行分配的，因此，只需要基站在分配上行各个用户的数据带宽时，将PRACH信道后面的OFDM符号上对应PRACH信道的频域子载波不分配给任何一个上行用户使用，就可以实现上述的PRACH信道的“扩展”。即所述PRACH扩展指令，是基站通过下行PDCCH信道进行上行用户资源分配时，将PRACH信道后面相邻的OFDM符号上PRACH信道所在频域上的资源预留出来的方式实现的。
虽然PRACH信道通过上述方法“被扩展”了，但是终端机载用户是不知道这种扩展存在的，因此，终端机载仍可以按照LTE协议原定义的多址方式来发送PRACH信道，但这种发送的实际效果是发送的被扩展的PRACH信道。
LTE协议原定义的多载方式包括时分多址，频分多址，码分多址。时分多址是指上行PRACH信道出现的位置可以是一个无线帧中的不同的位置，如FDD LTE中使用参数PRACH参数配置3时，PRACH的配置索引可以是47到63；TDD使用参数PRACH参数配置3时，PRACH的配置索引可以是40到47。这些不同的配置索引指标了PRACH信道在一个无线帧中出现的时域位置。频分多址是指，PRACH在域频上可以占用整个带宽上不同位置的信号。如20MHz的系统带宽，PRACH的1.08MHz的信道可以出现在20MHz的不同位置，从而实现频分多址。至于码分多址，LTE的PRACH信道使用的是ZC序列，配置3使用的是长为839的ZC序列，ZC序列可以通过选择不同的根序列号生成不同的序列，通过选择同一个根序列的不同循环移位，以便得到不同的ZC序列。ZC序列的生成方法为：
Figure BDA0000083367090000081
0≤n≤NZC-1，Nzc为序列的长将u为序列的根序列号。因此，通过上述的选择，即可实现码分多址的上行PRACH信道。
因为基站侧接收机接收窗口长度做了扩展，因此基站侧接收机PRACH信道的检测方法也需要做相应修改。按本发明所述的基站侧PRACH的接收方法，可以参见图3c所示。从基站接收到的数据中取出长为序列长度加上GT’的PRACH窗内数据放入到缓存器中。对这部分数据，按步长为不小于PRACH信道CP长度的方式来做滑窗检测。所述的检测方法如图3c所示，第一段长为PRACH SEQ长度的数据从缓存器开始取，第二段从滑动步长D后面的第1个数据点开始取，同样取出长度为PRACH SEQ的数据。后面各段取的方法类似，不断往后推步长D，取长度PRACH SEQ的数据量。
图4进一步说明了本发明上行接入方法，包括：步骤401，基站通过下行发送的对上行用户资源分配的指派方式来实现对PRACH信道的扩展，即“打掉”相应部分的数据；然后，在步骤402中，机载终端实现按选择的PRACH信道进行上行非同步的随机接入发送；在步骤403中，基站接收机按上述的方法做上行PRACH信道的检测；在步骤404中，基站按估计出来的上行用户接入的定时时延值TA来发送定时时延调整指令；在步骤405中，机载终端按接收到的TA值来调整上行发射的时间窗口，从而实现上行非同步用户接入的定时同步。
也就说是，各机载终端根据基站发送的随机接入信道PRACH扩展指令，生成扩展PRACH；各机载终端通过向基站发送所述扩展PRACH，进行随机接入；基站对各机载终端发送的扩展PRACH进行PRACH检测，以确定各上行接入机载终端的信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送上行发射时间调整指令；各机载终端根据基站发送的所述上行发射时间调整指令，调整发射的时间位置，从而实现上行定时同步。
其中，各机载终端生成扩展PRACH的具体过程为：基站在进行各机载终端上行资源分配时，向小区内的所有机载终端发送在PRACH的保护间隔GT之后的一段时间不使用OFDM符号的PRACH扩展指令；各机载终端根据所述PRACH扩展指令，在所述PRACH保护间隔GT后形成与所述一段时间相对应的空区，得到所述GT+空区的扩展保护间隔GT’，从而生成扩展PRACH。
其中，各机载终端实现上行定时同步的具体过程为：各机载终端从所述上行发射时间调整指令中提取所述TA；各机载终端按所述TA值调整发送时间，实现上行发射同步。
图5显示了本发明的地面基站与机载终端发射和接收部分。基站发射机21用来分配上行小区内用户的上行发送资源，以实现对上行PRACH信道的“扩展”，基站发射机21需要把信道扩展的信息通过基站设备内部的接口告诉基站接收机22，基站接收机22按扩展的PRACH信道情况进行PRACH信道的检测。在基站发射机21分配上行各飞机机载终端使用的上行资源后，已经接入系统的机载终端接收机11收到资源分配指标后，会按指示将PRACH信道后的资源“空出来”，从而达到“扩展PRACH信道的效果”。机载终端发射机12会随机选择一个“被扩展”后的PRACH信道进行发射，发射后的PRACH信道将被基站接收机22检测到。
图6显示了在基站接收机侧进行PRACH信道并行多滑动窗口检测的流程。首先上行基带的宽带样点数据会进入到PRACH检测模块。在步骤601中，基站接收机先滤出包括PRACH信道的更窄带的信号，即从如20MHz的基带信号带宽中滤出1.08MHz的基滤数据信号，滤波出的信号的带宽通常为1.08MHz，2.16MHz等远比20MHz要小的基带信号。然后在步骤602中，将需要检测的SEQ加上GP’长度上的数据缓存下来。在步骤603中，进行如上所述的并行峰值检测。然后在步骤604中将检测出来的峰值进行合并与位置计算。合并是用来处理来自同一个上行接入用户的相同时延信号在多个并行检测单元中出现不同强度的峰值。多个并行单元的这种相同位置不同强度峰值的合并可以增加检测的概率。在步骤605中，将合并后的位置进行检测后输出有效的PRACH信道号和发送时延值。这里所说的检测，就是将所有可能的PRACH峰值与噪声功率门限进行比较，当大于噪声功率门限一定范围的峰值视为有效的峰值，从而做输出处理。
由此可见，上述的地面基站进行PRACH检测的过程可以归纳为以下几个步骤：
从上行基带样点数据中滤出扩展PRACH对应的基带数据；
从扩展PRACH的CP后面开始的数据位置取出序列长度加上扩展后GP’长度的数据；
以不大于CP的长度为步长用多个并行的峰值检测单元做滑窗，对整个数据进行并行峰值检测；
根据滑窗的大小以及峰值的位置计算、检测出峰值位置与峰值大小；
根据输出的峰值大小与位置确认上行接入机载终端的扩展PRACH信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送含有时延调整值TA的上行发射时间调整指令。
图7显示了基站接收机进行PRACH并行多窗滑动检测的装置。进入基站接收机内的数据为上行宽带基带样点数据。定时器71的作用在于用来确定在上行基带数据中，PRACH信道数据开始的位置。如上所述，因为PRACH信道所在的带宽为1.08MHz，而系统的带宽可能宽达20MHz，为了减少PRACH信道的复杂度，PRACH信道滤波单元72将PRACH信号从整个宽带基带信号中滤出更窄带的信号来。滤波的方法可以是使用更大点的FFT，然后取频域数据。如20MHz系统带宽对应2048点FFT，而1.25kHz的PRACH信道时需要做24576点的FFT，这种滤波方法复杂度太高。另一种处理方法是，将20MHz的采样点信号分别进行下采样和低通滤波，以滤出合适的更窄带的基带信号，从而减少了基站接收机的复杂度。总之不论采用何种方法，装置702用来通过滤波的方法得到更窄带的PRACH信号。数据缓存器73用来缓存滤波单元72输出的窄带PRACH信号中经扩展后的PRACH信道的总数据。第一峰值检测单元75-1至第N峰值检测单元75-N用来实现并行的多窗PRACH信道检测。这N个检测单元装置的结构和功能完全相同，只是对不同时延取到的长为SEQ的数据在单元中做检测。检测单元的数量符号
Figure BDA0000083367090000112
表示向下取整，D为滑窗的长度，其值不大于CP的长度。滑窗位置存储器74用来记录每个峰值检测单元的实际滑窗位置值，并将这个值启记录下来，用在峰值处理单元76中实现峰值检测处理。峰值处理单元76的处理包括在不同并行检测单元中出现相同位置不同幅度峰值的合并，以及所有合并后的峰值与噪声功率门限的比较，从而最终确认有效的峰值功率及其位置。峰值处理单元76处理完成后向后面的单元输出处理后的有效的峰值幅度和位置，以便后续的模块做发送和接收的处理。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种大范围非同步上行接入方法，包括以下步骤：
A、各机载终端根据基站发送的随机接入信道PRACH扩展指令，生成扩展PRACH；
B、各机载终端通过向基站发送所述扩展PRACH，进行随机接入；
C、基站对各机载终端发送的扩展PRACH进行PRACH检测，以确定各上行接入机载终端的信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送上行发射时间调整指令；
D、各机载终端根据基站发送的所述上行发射时间调整指令，调整发射的时间位置，从而实现上行定时同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤A包括：
A1、基站在进行各机载终端上行资源分配时，向小区内的所有机载终端发送在PRACH的保护间隔GT之后的一段时间不使用OFDM符号的PRACH扩展指令；
A2、各机载终端根据所述PRACH扩展指令，在所述PRACH保护间隔GT后形成与所述一段时间相对应的空区，得到所述GT+空区的扩展保护间隔GT’，从而生成扩展PRACH；
其中，所述PRACH扩展指令是基站通过下行PDCCH信道进行上行用户资源分配时，将PRACH信道后面相邻的OFDM符号上PRACH信道所在频域上的资源预留出来的方式实现的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述不使用的OFDM符号的数量与基站需要扩展的覆盖半径成正比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述各机载终端通过以下方式之一向基站发送所述扩展PRACH：
B1、时分多址方式；
B2、频分多址方式；
B3、码分多址方式。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述步骤C包括：
C1、从上行基带样点数据中滤出扩展PRACH对应的基带数据；
C2、从扩展PRACH的CP后面开始的数据位置取出序列长度加上扩展后GP’长度的数据；
C3、以不大于CP的长度为步长用多个并行的峰值检测单元做滑窗，对整个数据进行并行峰值检测；
C4、根据滑窗的大小以及峰值的位置计算、检测出峰值位置与峰值大小；
C5、根据输出的峰值大小与位置确认上行接入机载终端的扩展PRACH信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送含有时延调整值TA的上行发射时间调整指令。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤D包括：
D1、各机载终端从所述上行发射时间调整指令中提取所述TA；
D2、各机载终端按所述TA值调整发送时间，实现上行发射同步。
7.一种大范围非同步上行接入装置，包括：
安装在各飞机上的各LTE机载终端，按LTE无线空口协议实现无线发射和接收，并且根据LTE基站发送的随机接入信道PRACH扩展指令，生成扩展PRACH，以便通过向基站发送所述扩展PRACH，进行随机接入；
设置在地面上的LTE基站，按LTE无线空口协议实现无线发射和接收。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，基站对各机载终端发送的扩展PRACH进行PRACH检测，以确定各上行接入机载终端的信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送上行发射时间调整指令；以及
各机载终端根据基站发送的所述上行发射时间调整指令，调整发射的时间位置，从而实现上行定时同步。
9.根据权利要求8所述的装置，所述的LTE基站包括：
基站发射机，在对各机载终端上行资源分配时，向小区内的所有机载终端发送在PRACH的保护间隔GT之后的一段时间不使用OFDM符号的PRACH扩展指令，并发送所述上行发射时间调整指令；
基站接收机，用于按扩展的PRACH进行PRACH的检测。
10.根据权利要求8或9所述的装置，所述的LTE基站接收机包括：
定时器，用于确定进行扩展PRACH处理的数据位置值；
PRACH滤波单元，用于把收到的上行宽带样点数据变成更窄带的经过滤波后的PRACH数据；
多个峰值检测单元，用于对PRACH信道滤波单元输出的数据进行峰值检测，以获得对应的PRACH信道号以及上行发射延时值；
滑窗位置存储器，用于记录多个并行PRACH处理单元的滑窗间隔；
峰值处理单元，用于对多个峰值检测单元输出的峰值进行合并与处理，以最终输出有效的峰值位置与强度。
11.根据权利要求8或9所述的装置，所述的LTE机载终端包括：
机载终端接收机，接收所述基站发射极发送的PRACH扩展指令和所述上行发射时间调整指令；
机载终端发射机，根据所述PRACH扩展指令在所述PRACH保护间隔GT后形成与所述一段时间相对应的空区，得到所述GT+空区的扩展保护间隔GT’，从而生成并发送扩展PRACH；以及按所述TA值调整发送时间，实现上行发射同步。
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