CN107528628B - 卫星通信系统的信号同步方法、装置和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卫星通信系统的信号同步方法、装置和系统，其是获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延和卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据两者的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端，由通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整，由于LTE下行传输通道是“地面信关站‑卫星‑通信终端”，通信终端的TtT上行传输通道是“通信终端‑卫星”，调整之后对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的，满足TtT与LTE传输模式的信号同步要求，并且无需对TtT物理层进行改动，在实现信号同步的同时降低了卫通系统设计的复杂性。

Description

卫星通信系统的信号同步方法、装置和系统
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是涉及一种卫星通信系统的信号同步方法、装置和系统。
背景技术
基于地球同步轨道卫星的移动通信系统(以下简称卫通系统)，具有地面移动通信系统不可比拟的广覆盖特性，但是远高于地面移动通信系统的传播时延也给系统设计带来了诸多挑战。特别是实时性要求高的话音业务，卫通系统的设计需要考虑尽可能减少卫通信道长时延对话音业务的负面影响。
卫通系统中各无线节点依靠卫星中继进行通信，为降低话音时延，使用终端到终端(Terminal to Terminal，TtT)单跳中继模式，即通信终端(user equipment，UE)间通信由卫星直接予以转发，而不是转发至地面信关站(SeNB)。由于卫星在直接转发信号的模式中不具备调制解调功能，无法通过信号处理的方式识别卫通系统的LTE(Long TermEvolution，长期演进)传输和TtT传输的不同数据，可以通过FDM(Frequency DivisionMultiplexing，频分多路复用)或TDM(Time Division Multiplexing，时分多路复用)方式实现TtT与LTE传输的时频资源复用与解复用，因此需要对TtT与LTE传输模式进行信号同步，才能进行正常转发TtT信号。
目前，针对TtT单跳中继模式的信号同步一般都需要进行TtT物理层的改动，增加了卫通系统设计的复杂性。
发明内容
基于此，有必要针对传统的TtT单跳中继模式的信号同步方式增加了卫通系统设计的复杂性的问题，提供一种卫星通信系统的信号同步方法、装置和系统。
一种卫星通信系统的信号同步方法，包括以下步骤：
获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端；其中，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。
一种卫星通信系统的信号同步系统，包括：
时延获取单元，用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
调整传输单元，用于根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端；其中，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。
根据上述本发明的卫星通信系统的信号同步方法和系统，其是获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延和卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据两者的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端，由通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。由于LTE下行传输通道是“地面信关站-卫星-通信终端”，通信终端的TtT上行传输通道是“通信终端-卫星”，调整之后对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的，满足TtT与LTE传输模式的信号同步要求，并且无需对TtT物理层进行改动，在实现信号同步的同时降低了卫通系统设计的复杂性。
一种卫星通信系统的信号同步方法，包括以下步骤：
接收经卫星转发的时序调整值，其中，地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，并将时序调整值传输至卫星；馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整。
一种卫星通信系统的信号同步系统，包括：
数据接收单元，用于接收经卫星转发的时序调整值，其中，地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，并将时序调整值传输至卫星；馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
时序调整单元，用于根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整。
根据上述本发明的卫星通信系统的信号同步方法和系统，其是接收经卫星转发的时序调整值，根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整，其中时序调整值是通过地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延和卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据两者的差值获取的；由于LTE下行传输通道是“地面信关站-卫星-通信终端”，通信终端的TtT上行传输通道是“通信终端-卫星”，调整之后对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的，满足TtT与LTE传输模式的信号同步要求，并且无需对TtT物理层进行改动，在实现信号同步的同时降低了卫通系统设计的复杂性。
一种卫星通信系统的信号同步装置，包括卫星和地面信关站；
地面信关站用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
地面信关站根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端；其中，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。
一种卫星通信系统的信号同步装置，包括卫星、地面信关站和通信终端；
地面信关站用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
地面信关站根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端；
通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。
根据上述本发明的卫星通信系统的信号同步装置，其是利用地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据两者的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整，由于LTE下行传输通道是“地面信关站-卫星-通信终端”，通信终端的TtT上行传输通道是“通信终端-卫星”，调整之后对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的，满足TtT与LTE传输模式的信号同步要求，并且无需对TtT物理层进行改动，在实现信号同步的同时降低了卫通系统设计的复杂性。
附图说明
图1为其中一个实施例的卫星通信系统的信号同步方法的流程示意图；
图2为其中一个实施例的卫星通信系统的信号同步系统的结构示意图；
图3为其中一个实施例的卫星通信系统的信号同步方法的流程示意图；
图4为其中一个实施例的卫星通信系统的信号同步系统的结构示意图；
图5为其中一个实施例的卫星通信系统的信号同步系统的结构示意图；
图6为其中一个实施例的卫星通信系统的信号同步装置的结构示意图；
图7为其中一个实施例的卫星通信系统的信号同步装置的结构示意图；
图8为其中一个具体实施例的双跳模式-卫星透明转发示意图；
图9为其中一个具体实施例的单跳模式-卫星透明转发示意图；
图10为其中一个具体实施例的LTE和TtT模式切换示意图；
图11为其中一个具体实施例的馈电链路和用户链路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
参见图1所示，为本发明一个实施例的卫星通信系统的信号同步方法的流程示意图。该实施例中的卫星通信系统的信号同步方法，包括以下步骤：
步骤S110：获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
在本步骤中，传输时延只与链路两端节点所在位置相关，即第一传输时延只与地面信关站和卫星所在的位置相关，第二传输时延只与卫星和通信终端所在的位置相关；
步骤S120：根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端；其中，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整；
在本步骤中，时序调整值是通过卫星转发至通信终端的；
在本实施例中，获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延和卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据两者的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端，由通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。由于LTE下行传输通道是“地面信关站-卫星-通信终端”，通信终端的TtT上行传输通道是“通信终端-卫星”，调整之后对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的，满足TtT与LTE传输模式的信号同步要求，并且无需对TtT物理层进行改动，在实现信号同步的同时降低了卫通系统设计的复杂性。
需要说明的是，TtT单跳中继模式中，一个通信终端的信号通过卫星接收后透明转发给另一个通信终端，而TtT模式本质上是多个波束内的通信终端以共享无冲突的模式共享TtT时频资源，因此只要保证通信终端在TtT上行传输与LTE下行传输在卫星接收机端的同步，就可以实现卫星对通信终端的透明转发。
可选的，为了实现通信双端的即时通信，通信终端可以是主叫通信终端和/或被叫通信终端。
具体的，时序调整值大于零时，表明第二传输时延大于第一传输时延，为了实现TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界对齐，通信终端需要根据时序调整值对信号发射时序进行提前调整，使TtT上行传输信号提前发射；时序调整值小于零时，表明第二传输时延小于第一传输时延，为了实现TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界对齐，通信终端需要根据时序调整值对信号发射时序进行滞后调整，使TtT上行传输信号滞后发射。
在其中一个实施例中，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延的步骤包括以下步骤：
记录地面信关站发送下行子帧的第一时刻值，其中，通信终端在接收到经卫星转发的下行子帧时，以下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；
记录地面信关站接收经卫星转发的前导符号的第二时刻值，根据第一时刻值、第二时刻值和第一传输时延获取第二传输时延。
在本实施例中，通信终端所处的地理位置不同会造成用户链路的传输时延不同，并且由于通信终端的移动性，进一步影响用户链路的传输时延，使用户链路的传输时延是时变的，因此可以采用发送下行子帧，接收通信终端发送的前导符号的方式，通过记录发送下行子帧的第一时刻值和接收前导符号的第二时刻值来计算信号传输时延，结合第一传输时延，可以准确获取第二传输时延。
需要说明的是，由于地面信关站一般采用集中部署的方式，卫星部署于地球静止轨道，卫星和地面信关站的相对位置可认为是固定不变的，对应单向传输时延也是不变的，即第一传输时延是定值，其值可以在地面信关站初始调试时进行测试，并记录在地面信关站中。
可选的，第二传输时延包括通信终端所在的波束(蜂窝小区)的平均传输时延Tb-cell以及不同通信终端因地理位置分布不同而引入的传输时延之差tUE，平均传输时延Tb-cell仅与波束设置相关，可设为固定常数，传输时延之差tUE是时变的，卫星在轨道上的微小位置扰动造成的时延抖动也可以归为tUE变化的一部分，tUE自身取值可正可负。
在其中一个实施例中，根据第一时刻值、第二时刻值和第一传输时延获取第二传输时延的步骤包括以下步骤：
根据tTA＝TRA+2×(Tf+Tb)计算第二传输时延，式中，tTA表示第二时刻值，TRA表示第一时刻值，Tf表示第一传输时延、Tb表示第二传输时延。
在本实施例中，采用发送下行子帧，接收通信终端发送的前导符号的方式，通过记录发送下行子帧的第一时刻值TRA和接收前导符号的第二时刻值tTA计算的是信号传输时延，即2×(Tf+Tb)，根据获取的第一传输时延Tf可以获取第二传输时延Tb，利用上述公式可以简单快速地得到第二传输时延。
在其中一个实施例中，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延的步骤之前包括以下步骤：
发送物理下行控制信道调度命令；其中，通信终端接收经卫星转发的物理下行控制信道调度命令，根据物理下行控制信道调度命令将通信终端的信号发射时序的预置调整值置零。
在本实施例中，由于通信终端在正常情况下可以设置信号发射时序的预置调整值，在预置调整值改变时，第二传输时延又会发生变化，因此，可以发送物理下行控制信道调度命令，通信终端根据物理下行控制信道调度命令可以将信号发射时序的预置调整值置零，如此可以保证获取第二传输时延时没有信号发射时序的预置调整值的影响，使获取的第二传输时延更加准确。
在其中一个实施例中，发送物理下行控制信道调度命令的步骤包括以下步骤：
检测通信终端是否发起TtT传输同步请求，若是，发送物理下行控制信道调度命令。
在本实施例中，可将通信终端发起TtT传输同步请求作为触发条件，发送物理下行控制信道调度命令，无需时刻对通信终端的信号发射时序进行调整，节省资源消耗。
需要说明的是，TtT与LTE传输模式进行信号同步后，通信终端处于上行同步状态，随着信号的传输过程的推移，通信终端可能进入失步状态，影响TtT单跳中继模式的信号的正常传输，此时可以对其状态进行再次检测，在通信终端处于TtT上行传输失步状态时，可以发起TtT传输同步请求，发送物理下行控制信道调度命令至卫星，通信终端接收经卫星转发的物理下行控制信道调度命令，根据物理下行控制信道调度命令调整信号发射时序。如此可以在通信过程中保证TtT单跳中继模式的信号的正常传输，避免通信终端出现失步状态。
TtT上行传输失步状态可以根据时序调整量的变化来检测，也可以通过传输信号的干扰状态来检测；物理下行控制信道调度命令可以是经通信终端在其波束内的临时标识加扰的物理下行控制信道调度命令，便于通信终端识别和响应。
在其中一个实施例中，将时序调整值传输至通信终端的步骤包括以下步骤：
对时序调整值对预设子帧长度值进行求余，获得整除值和余数值；
根据整除值调度TtT上行传输占用的子帧资源，将余数值传输至通信终端，其中，通信终端根据余数值对信号发射时序进行调整。
在本实施例中，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整，实质上是调整通信终端发送的TtT上行传输信号占用的子帧资源，信号的时序是以子帧的形式体现的，当时序调整值超过预设的子帧长度时，相对于通信终端来说，时序调整值过大，不利于通信终端对信号的处理，因此，可以对时序调整值对预设子帧长度值进行求余，只将余数值发送给通信终端，整除值直接用于调度TtT上行传输占用的子帧资源，如此可以既能保证通信终端的信号发射时序的调整，又能避免调整值过大，便于通信终端的信号处理。
可选的，设定子帧长度为1ms，时序调整值为2.5ms，相应的整除值为2，余数值为0.5ms，0.5ms对应的信号发送至通信终端，根据整除值2调度TtT上行传输占用的子帧资源，TtT上行传输占用的子帧与LTE下行传输占用的子帧边界对齐，若调度之前TtT上行传输占用的子帧为5号子帧，则调度之后TtT上行传输占用的子帧为3号子帧，通信终端以0.5ms对信号发射时序进行调整，最终在卫星的接收机上通信终端的TtT上行传输信号的时序调整值为2.5ms。
根据上述卫星通信系统的信号同步方法，本发明还提供一种卫星通信系统的信号同步系统，以下就本发明的卫星通信系统的信号同步系统的实施例进行详细说明。
参见图2所示，为本发明一个实施例的卫星通信系统的信号同步系统的结构示意图。该实施例中的卫星通信系统的信号同步系统包括：
时延获取单元210，用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
调整传输单元220，用于根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端；其中，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。
在其中一个实施例中，时延获取单元210记录地面信关站发送下行子帧的第一时刻值，其中，通信终端在接收到经卫星转发的下行子帧时，以下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；
时延获取单元210记录地面信关站接收经卫星转发的前导符号的第二时刻值，根据第一时刻值、第二时刻值和第一传输时延获取第二传输时延。
在其中一个实施例中，时延获取单元210根据tTA＝TRA+2×(Tf+Tb)计算第二传输时延，式中，tTA表示第二时刻值，TRA表示第一时刻值，Tf表示第一传输时延、Tb表示第二传输时延。
在其中一个实施例中，时延获取单元210发送物理下行控制信道调度命令；其中，通信终端接收经卫星转发的物理下行控制信道调度命令，根据物理下行控制信道调度命令将通信终端的信号发射时序的预置调整值置零。
在其中一个实施例中，时延获取单元210检测通信终端是否发起TtT传输同步请求，若是，发送物理下行控制信道调度命令。
在其中一个实施例中，调整传输单元220对时序调整值对预设子帧长度值进行求余，获得整除值和余数值；根据整除值调度TtT上行传输占用的子帧资源，将余数值传输至通信终端，其中，通信终端根据余数值对信号发射时序进行调整。
本发明的卫星通信系统的信号同步系统与本发明的卫星通信系统的信号同步方法一一对应，在上述卫星通信系统的信号同步方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于卫星通信系统的信号同步系统的实施例中。
根据上述卫星通信系统的信号同步方法，本发明还提供另一种卫星通信系统的信号同步方法，以下就本发明的另一种卫星通信系统的信号同步方法的实施例进行详细说明。
参见图3所示，为本发明一个实施例的卫星通信系统的信号同步方法的流程示意图。该实施例中的卫星通信系统的信号同步方法，包括以下步骤：
步骤S310：接收经卫星转发的时序调整值，其中，地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，并将时序调整值传输至卫星；馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
在本步骤中，传输时延只与链路两端节点所在位置相关，即第一传输时延只与地面信关站和卫星所在的位置相关，第二传输时延只与卫星和通信终端所在的位置相关；
步骤S320：根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整。
在本实施例中，接收经卫星转发的时序调整值，根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整，其中时序调整值是通过地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延和卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据两者的差值获取的；由于LTE下行传输通道是“地面信关站-卫星-通信终端”，通信终端的TtT上行传输通道是“通信终端-卫星”，调整之后对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的，满足TtT与LTE传输模式的信号同步要求，并且无需对TtT物理层进行改动，在实现信号同步的同时降低了卫通系统设计的复杂性。
需要说明的是，TtT单跳中继模式中，一个通信终端的信号通过卫星接收后透明转发给另一个通信终端，而TtT模式本质上是多个波束内的通信终端以共享无冲突的模式共享TtT时频资源，因此只要保证通信终端在TtT上行传输与LTE下行传输在卫星接收机端的同步，就可以实现卫星对通信终端的透明转发。
可选的，为了实现通信双端的即时通信，通信终端可以是主叫通信终端和/或被叫通信终端。
具体的，时序调整值大于零时，表明第二传输时延大于第一传输时延，为了实现TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界对齐，需要根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行提前调整，使TtT上行传输信号提前发射；时序调整值小于零时，表明第二传输时延小于第一传输时延，为了实现TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界对齐，需要根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行滞后调整，使TtT上行传输信号滞后发射。
在其中一个实施例中，接收经卫星转发的时序调整值的步骤之前还包括以下步骤：
在接收到经卫星转发的下行子帧时，以下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；其中，地面信关站发送下行子帧至卫星，并记录发送下行子帧的第一时刻值，记录接收到经卫星转发的前导符号的第二时刻值，根据第一时刻值、第二时刻值和第一传输时延获取第二传输时延。
在本实施例中，通信终端所处的地理位置不同会造成用户链路的传输时延不同，并且由于通信终端的移动性，进一步影响用户链路的传输时延，使用户链路的传输时延是时变的，因此可以采用接收经卫星转发的下行子帧，以下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号的方式；地面信关站发送下行子帧，接收通信终端发送的经卫星转发的前导符号，通过记录发送下行子帧的第一时刻值和接收前导符号的第二时刻值来计算信号传输时延，结合第一传输时延，可以准确获取第二传输时延。
需要说明的是，由于地面信关站一般采用集中部署的方式，卫星部署于地球静止轨道，卫星和地面信关站的相对位置可认为是固定不变的，对应单向传输时延也是不变的，即第一传输时延是定值，其值可以在地面信关站初始调试时进行测试，并记录在地面信关站中。
可选的，第二传输时延包括通信终端所在的波束(蜂窝小区)的平均传输时延Tb-cell以及不同通信终端因地理位置分布不同而引入的传输时延之差tUE，平均传输时延Tb-cell仅与波束设置相关，可设为固定常数，传输时延之差tUE是时变的，卫星在轨道上的微小位置扰动造成的时延抖动也可以归为tUE变化的一部分，tUE自身取值可正可负。
在其中一个实施例中，在接收到经卫星转发的下行子帧之前还包括以下步骤：
发起TtT传输同步请求至卫星，接收经卫星转发的物理下行控制信道调度命令，根据物理下行控制信道调度命令将通信终端的信号发射时序的提前量置零；其中，卫星将TtT传输同步请求转发至地面信关站，地面信关站发送物理下行控制信道调度命令至卫星。
在本实施例中，可将通信终端发起TtT传输同步请求作为触发条件，发送物理下行控制信道调度命令，无需时刻对通信终端的信号发射时序进行调整，节省资源消耗。由于通信终端在正常情况下可以设置信号发射时序的预置调整值，在预置调整值改变时，第二传输时延又会发生变化，因此，可以发送物理下行控制信道调度命令，通信终端根据物理下行控制信道调度命令可以将信号发射时序的预置调整值置零，如此可以保证获取第二传输时延时没有信号发射时序的预置调整值的影响，使获取的第二传输时延更加准确。
TtT与LTE传输模式进行信号同步后，通信终端处于上行同步状态，随着信号的传输过程的推移，通信终端可能进入失步状态，影响TtT单跳中继模式的信号的正常传输，此时可以对其状态进行再次检测，在通信终端处于TtT上行传输失步状态时，可以发起TtT传输同步请求，发送物理下行控制信道调度命令至卫星，通信终端接收经卫星转发的物理下行控制信道调度命令，根据物理下行控制信道调度命令调整信号发射时序。如此可以在通信过程中保证TtT单跳中继模式的信号的正常传输，避免通信终端出现失步状态。
TtT上行传输失步状态可以根据时序调整量的变化来检测，也可以通过传输信号的干扰状态来检测；物理下行控制信道调度命令可以是经通信终端在其波束内的临时标识加扰的物理下行控制信道调度命令，便于通信终端识别和响应。
在其中一个实施例中，接收经卫星转发的时序调整值的步骤包括以下步骤：
接收经卫星转发的余数值，其中，地面信关站对时序调整值对预设子帧长度值进行求余，获得整除值和余数值，根据整除值调度TtT上行传输占用的子帧资源，发送余数值；
根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整的步骤包括以下步骤：
根据余数值对通信终端的信号发射时序进行调整。
在本实施例中，根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整，实质上是调整通信终端发送的TtT上行传输信号占用的子帧资源，信号是以子帧的形式体现的，当时序调整值超过预设的子帧长度时，相对于通信终端来说，时序调整值过大，不利于通信终端对信号的处理，因此，可以对时序调整值对预设子帧长度值进行求余，只将余数值发送给通信终端，整除值直接用于调度TtT上行传输占用的子帧资源，如此可以既能保证通信终端的信号发射时序的调整，又能避免调整值过大，便于通信终端的信号处理。
可选的，设定子帧长度为1ms，时序调整值为2.5ms，相应的整除值为2，余数值为0.5ms，0.5ms对应的信号发送至通信终端，根据整除值2调度TtT上行传输占用的子帧资源，TtT上行传输占用的子帧与LTE下行传输占用的子帧边界对齐，若调度之前TtT上行传输占用的子帧为5号子帧，则调度之后TtT上行传输占用的子帧为3号子帧，以0.5ms对信号发射时序进行调整，最终在卫星的接收机上通信终端的TtT上行传输信号的时序调整值为2.5ms。
根据上述卫星通信系统的信号同步方法，本发明还提供一种卫星通信系统的信号同步系统，以下就本发明的卫星通信系统的信号同步系统的实施例进行详细说明。
参见图4所示，为本发明一个实施例的卫星通信系统的信号同步系统的结构示意图。该实施例中的卫星通信系统的信号同步系统包括：
数据接收单元410，用于接收经卫星转发的时序调整值，其中，地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，并将时序调整值传输至卫星；馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，用户链路是卫星与通信终端之间的无线通信链路；
时序调整单元420，用于根据时序调整值对通信终端的信号发射时序进行调整。
在其中一个实施例中，如图5所示，卫星通信系统的信号同步系统还包括数据发送单元430，用于在接收到经卫星转发的下行子帧时，以下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；其中，地面信关站发送下行子帧至卫星，并记录发送下行子帧的第一时刻值，记录接收到经卫星转发的前导符号的第二时刻值，根据第一时刻值、第二时刻值和第一传输时延获取第二传输时延。
在其中一个实施例中，数据接收单元410发起TtT传输同步请求至卫星，接收经卫星转发的物理下行控制信道调度命令，根据物理下行控制信道调度命令将通信终端的信号发射时序的提前量置零；其中，卫星将TtT传输同步请求转发至地面信关站，地面信关站发送物理下行控制信道调度命令至卫星。
在其中一个实施例中，数据接收单元410接收经卫星转发的余数值，其中，地面信关站对时序调整值对预设子帧长度值进行求余，获得整除值和余数值，根据整除值调度TtT上行传输占用的子帧资源，发送余数值；
时序调整单元420根据余数值对通信终端的信号发射时序进行调整。
本发明的卫星通信系统的信号同步系统与本发明的卫星通信系统的信号同步方法一一对应，在上述卫星通信系统的信号同步方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于卫星通信系统的信号同步系统的实施例中。
根据上述卫星通信系统的信号同步方法，本发明还提供另一种卫星通信系统的信号同步装置，以下就本发明的另一种卫星通信系统的信号同步装置的实施例进行详细说明。
参见图6所示，为本发明一个实施例的卫星通信系统的信号同步装置的结构示意图。该实施例中的卫星通信系统的信号同步装置，包括卫星510和地面信关站520；
地面信关站520用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站520与卫星510之间的无线通信链路，用户链路是卫星510与通信终端之间的无线通信链路；
地面信关站520根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端；其中，通信终端根据时序调整值对信号发射时序进行调整。
在其中一个实施例中，地面信关站520记录地面信关站520发送下行子帧的第一时刻值，通信终端在接收到经卫星转发的下行子帧时，以下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；
地面信关站520记录地面信关站520接收经卫星510转发的前导符号的第二时刻值，根据第一时刻值、第二时刻值和第一传输时延获取第二传输时延。
在其中一个实施例中，地面信关站520根据tTA＝TRA+2×(Tf+Tb)计算第二传输时延，式中，tTA表示第二时刻值，TRA表示第一时刻值，Tf表示第一传输时延、Tb表示第二传输时延。
在其中一个实施例中，地面信关站520发送物理下行控制信道调度命令；其中，通信终端接收经卫星510转发的物理下行控制信道调度命令，根据物理下行控制信道调度命令将通信终端的信号发射时序的预置调整值置零。
在其中一个实施例中，地面信关站520检测通信终端是否发起TtT传输同步请求，若是，发送物理下行控制信道调度命令。
在其中一个实施例中，地面信关站520对时序调整值对预设子帧长度值进行求余，获得整除值和余数值；根据整除值调度TtT上行传输占用的子帧资源，将余数值传输至通信终端，通信终端根据余数值对信号发射时序进行调整。
在另一个实施例中，如图7所示，卫星通信系统的信号同步装置包括卫星510、地面信关站520和通信终端530；
地面信关站520用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，馈电链路是地面信关站520与卫星510之间的无线通信链路，用户链路是卫星510与通信终端530之间的无线通信链路；
地面信关站520根据第二传输时延和第一传输时延的差值获取时序调整值，将时序调整值传输至通信终端530；
通信终端530根据时序调整值对信号发射时序进行调整。
在一个具体的实施例中，本发明的方案可以应用在卫星透明中继转发的终端单跳直通TtT技术方案中。
卫通系统一般包括卫星、核心网、地面信关站和移动终端(通信终端的一种)组成，如图8所示，其中卫星对来自地面的移动终端和地面信关站的无线通信信号做移频-放大透明转发，即物理层中继方式。
双跳模式：移动终端的信号通过卫星接收后透明转发给地面的卫星接入点，地面的卫星接入点再和卫星核心网相连，如图8所示。
单跳模式：移动终端的信号通过卫星接收后透明转发给地面另一个移动终端，移动终端间的TtT通信信号无需经过地面信关站和核心网的处理，如图9所示。
卫通系统中各无线节点依靠卫星中继进行通信，为降低话音时延，使用终端到终端(Terminal to Terminal，TtT)单跳中继模式，即地面终端(user equipment，UE)间通信由卫星直接予以转发，而不是转发至地面信关站(SeNB)。
具体说明TtT技术的益处。以地球同步轨道通信卫星为例，卫星距离地面的距离约为36000km，地面移动终端与卫星之间的无线信号单向传播时延约为270ms，因此即使忽略LTE模式中SeNB和EPC(卫通核心网)对于UE数据的处理时延，TtT模式仍然可减少约135×2＝270ms的时延，可显著改善实时业务的用户体验。
卫通系统既需要支持同一波束(蜂窝小区)内的TtT业务(即Intra-beam TtTService)，也需要支持不同波束之间的TtT业务(即Inter-beam TtT Service)。
对于UE而言，需要以TDD的方式在LTE模式与TtT模式之间进行切换，如图10所示。SeNB为需要执行TtT传输的UE UE特定(UE-specific)的周期性TtT操作时隙(TtTOperation Gap)，UE在该时隙暂停与SeNB之间的通信，切换至TtT子频段完成TtT通信。
卫星透明转发模式中卫星不具备调制解调能力，无法通过信号处理方式识别LTE传输和TtT传输的不同数据，因此需要通过FDM或TDM方式实现TtT与LTE传输的时频资源复用与解复用。
进一步地，考虑到卫星不具备“缓存-转发”功能，从卫星的射频交换矩阵的角度看，全部参与TtT传输的波束应是子帧边界对齐的，否则可能会造成不同波束间TtT射频信号无法即时转发。
从上述方案的描述中可见，TtT模式本质上是多个波束内的UE以共享无冲突的模式共享TtT时频资源。因此需要保证多个波束内的UE的TtT传输是同步的。
根据卫星射频交换矩阵的工作方式，要保证多个波束内的UE的TtT传输同步，具体要求可分别从时域和频域来描述：
1、时域同步
(1)对于UE多址接入，从卫星射频交换矩阵的接收端口看，不同波束内的UE的TtT传输在时域必须是边界对齐的；否则，TtT的传输之间，以及TtT传输与LTE传输之间就会产生ISI(符号间干扰)；尤其是当卫星射频交换矩阵需要进行时域的切换操作时，会截断TtT或LTE传输信号；
(2)对于采用时分方式在LTE模式和TtT模式之间进行切换的终端而言，必须保证TtT传输与LTE传输在时域是边界对齐的；否则TtT传输与LTE传输之间就会产生ISI(符号间干扰)；
2、频域同步
UE与卫星之间也要保证TtT传输的频域同步；否则对于接收方UE而言，TtT信号的一部分频带会受到不必要的衰减，同时还会产生ICI信道间干扰。
3、分析结论
由于UE TtT物理层复用SC-FDMA的设计，以LTE TTI和SC-FDMA符号作为基本的时域计量单位，UE发起TtT业务之前需要接入到SeNB，即已经完成时频同步，并且UE与卫星之间没有类似PRACH的时频同步机制。
因此，TtT物理层同步需求需要在SeNB与UE的同步基础上予以实现。综合考虑，可以通过如下两点予以保证：
1、LTE的上行与下行子帧是边界对齐的；
2、对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的。
根据卫通系统的部署特点，如图11所示，可将SeNB与卫星之间的双向无线通信链路定义为馈电链路，使用的频段标记为f1，卫星与UE之间的双向无线通信链路定义为用户链路，使用的频段标记为f2。因为卫通系统采用LTE-FDD技术体制，因此馈电链路和用户链路均通过FDD方式实现双工通信，即前向(后向)信道中使用f1DL/f1UL(f2DL/f2UL)两个频点分别进行下行/上行传输。
1、馈电链路的传输时延
(1)SeNB采取集中部署的方式，卫星部署于地球静止轨道，即卫星与地面SeNB的相对位置可近似认为是固定不变的，对应单向传输时延记为Tf；
(2)卫星在轨道上会有微小的位置扰动，由此而造成的时延抖动的对应处理，参见后文描述。
2、用户链路的传输时延
(1)由于UE地理位置不同，不同UE的用户链路传输时延不同，并且由于UE的移动性，该时延是时变的，记为Tb；
(2)Tb可进一步分解为Tb_cell+tUE，其中Tb_cell是该小区的平均传输时延，tUE是不同UE因地理分布不同而引入的传输时延之差，前者仅与波束设置相关，可设为固定常数；后者则为时变的。进一步地，可将卫星位置扰动引入的时延变化归为tUE变化的一部分。tUE自身取值可正可负。
3、同步问题规整
对于TtT传输同步需求而言，其需要满足如下条件：
(1)定义LTE传输第n个子帧(n＜10)的绝对时间为T0，定义UE触发TtT第n个传输的绝对时间为t0；
对于卫星的射频交换矩阵，这实际意味着SeNB将主叫UE所在波束的第n个上行子帧以及被叫UE所在波束的第n个下行子帧分配为TtT TTI(TTI，transmission timeinterval传输时间间隔)，作为TtT业务的一个单向通道；
TtT TTI与LTE TTI是边界对齐的；
此处序号n是指TtT TTI的序号按照与其对齐的LTE TTI序号一致。
(2)前述条件则可以表示为：T0+Tf＝t0+Tb；
(3)定义TtT传输的TA值(Timing Advance，即发射时序提前量，本发明中TA并不需要保证总是大于0的，小于0表示需要滞后发射信号)为tTA_TtT，由前述变量定义可知：tTA_TtT＝T0-t0＝Tb-Tf
(4)显然，tTA_TtT是时变的；
(5)求解tTA_TtT的关键是求出Tb，求解得到tTA_TtT后，终端通过调整其发射时序提前量tTA_TtT，就能达到上述目标，可以保证对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的。
4、Tb的测量与计算
参考LTE的初始随机接入过程，系统可完成Tb的测量与计算。
UE在初始随机接入过程(Initial Random Access Procedure)过程中应用的TAValue＝＝0；
SeNB可以在UE发起TtT传输同步请求时，发送指定调度命令至UE，UE接收指定调度命令后，将TA Value置零。
假定SeNB在TRA发出的下行子帧的边界被UE作为Initial RA过程的下行同步参考，则SeNB收到Initial RA Preamble的时刻可以描述为：
tTA＝TTA+2×(Tf+Tb)
假定Tf和TTA已知，SeNB通过测量tTA可以得到Tb值。
根据LTE规范，SeNB需要检测接入UE的上行同步状态，如果认为UE已经处于上行失步状态，则可以利用经UE C-RNTI加扰的PDCCH调度命令通知UE发起一次初始随机接入过程，该过程可由SeNB根据UE的TA变化情况予以触发。可见该过程可以借鉴，用于SeNB获取Tb。
在本方案中，SeNB可以根据TtT传输同步请求来触发指定调度命令，UE根据指定调度命令将TA Value置零，之后SeNB通过上述方式获取Tb值。
以上分析表明，尽管UE不能通过随机接入过程获取与卫星的同步，但可以依靠初始随机接入模式使SeNB获取相关测量值后，依靠来指令调整实现TtT同步。
5、UE TtT传输时隙的调度设计
(1)Tb-Tf可能大于1ms，超过了1ms的子帧长度，而调度是以1ms子帧长度为单位对齐的。因此需要对tTA_TtT进行如下分解：
Figure BDA0001422819390000191
(2)即从SeNB角度看，TtT的上行实际占用的子帧资源是n-n′
(3)在n-n′子帧，UE应用的TA value是ε
TtT传输的双方UE可以依据此方式分别进行调度，可以保证满足前述的TtT物理层同步要求，即：对于卫星的接收机而言，TtT上行传输与LTE下行传输的子帧边界是对齐的。
当TtT传输是单向传输时，可以在主叫移动终端应用本发明的方案。
应用本发明的方案可以满足TtT与LTE传输模式的信号同步要求，并且无需对TtT物理层进行改动，在实现信号同步的同时降低了卫通系统设计的复杂性。
TtT物理层同步是实现TtT物理层传输的关键技术之一。TtT模式本质上是多个波束内的UE以共享无冲突的模式共享TtT时频资源，因此需要保证多个波束内的UE的TtT传输是同步进行的，避免多个UE的传输信号之间的干扰。通过TtT模式，系统允许终端之间通过卫星直接进行通信，对于未应用TtT的系统，可减少约135×2＝270ms的时延，显著改善实时业务的用户体验。
上述“第一”、“第二”等序数词只是为了区分所描述的对象，并不是对所描述对象的限定。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。所述的程序可以存储于可读取存储介质中。该程序在执行时，包括上述方法所述的步骤。所述的存储介质，包括：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种卫星通信系统的信号同步方法，应用于卫星通信中的TtT通信，其特征在于，包括以下步骤：
获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，所述馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，所述用户链路是所述卫星与通信终端之间的无线通信链路；
根据所述第二传输时延和所述第一传输时延的差值获取时序调整值，将所述时序调整值传输至所述通信终端；其中，所述通信终端根据所述时序调整值对信号发射时序进行调整；
所述获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延的步骤包括以下步骤：
记录所述地面信关站发送下行子帧的第一时刻值，其中，所述通信终端在接收到经所述卫星转发的所述下行子帧时，以所述下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；
记录所述地面信关站接收经所述卫星转发的所述前导符号的第二时刻值，根据所述第一时刻值、所述第二时刻值和所述第一传输时延获取所述第二传输时延。
2.根据权利要求1所述的卫星通信系统的信号同步方法，其特征在于，所述根据所述第一时刻值、所述第二时刻值和所述第一传输时延获取所述第二传输时延的步骤包括以下步骤：
根据tTA＝TRA+2×(Tf+Tb)计算所述第二传输时延，式中，所述tTA表示所述第二时刻值，所述TRA表示所述第一时刻值，所述Tf表示所述第一传输时延、所述Tb表示所述第二传输时延。
3.根据权利要求1所述的卫星通信系统的信号同步方法，其特征在于，所述获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延的步骤之前包括以下步骤：
发送物理下行控制信道调度命令；其中，所述通信终端接收经所述卫星转发的所述物理下行控制信道调度命令，根据所述物理下行控制信道调度命令将所述通信终端的信号发射时序的预置调整值置零。
4.根据权利要求3所述的卫星通信系统的信号同步方法，其特征在于，所述发送物理下行控制信道调度命令的步骤包括以下步骤：
检测所述通信终端是否发起TtT传输同步请求，若是，发送所述物理下行控制信道调度命令。
5.根据权利要求1所述的卫星通信系统的信号同步方法，其特征在于，所述将所述时序调整值传输至所述通信终端的步骤包括以下步骤：
对所述时序调整值对预设子帧长度值进行求余，获得整除值和余数值；
根据所述整除值调度TtT上行传输占用的子帧资源，将所述余数值传输至所述通信终端，其中，所述通信终端根据所述余数值对信号发射时序进行调整。
6.一种卫星通信系统的信号同步方法，应用于卫星通信中的TtT通信，其特征在于，包括以下步骤：
接收经卫星转发的时序调整值，其中，地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据所述第二传输时延和所述第一传输时延的差值获取时序调整值，并将所述时序调整值传输至所述卫星并转发；所述馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，所述用户链路是所述卫星与通信终端之间的无线通信链路；
根据所述时序调整值对所述通信终端的信号发射时序进行调整；
所述接收经卫星转发的时序调整值的步骤之前还包括以下步骤：
在接收到经所述卫星转发的下行子帧时，以所述下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；其中，所述地面信关站发送所述下行子帧至所述卫星，并记录发送下行子帧的第一时刻值，记录接收到经所述卫星转发的所述前导符号的第二时刻值，根据所述第一时刻值、所述第二时刻值和所述第一传输时延获取所述第二传输时延。
7.根据权利要求6所述的卫星通信系统的信号同步方法，其特征在于，在接收到经所述卫星转发的下行子帧之前还包括以下步骤：
发起TtT传输同步请求至所述卫星，接收经所述卫星转发的物理下行控制信道调度命令，根据所述物理下行控制信道调度命令将所述通信终端的信号发射时序的提前量置零；其中，所述卫星将所述TtT传输同步请求转发至所述地面信关站，所述地面信关站发送所述物理下行控制信道调度命令至所述卫星。
8.根据权利要求6所述的卫星通信系统的信号同步方法，其特征在于，所述接收经卫星转发的时序调整值的步骤包括以下步骤：
接收经所述卫星转发的余数值，其中，所述地面信关站对所述时序调整值对预设子帧长度值进行求余，获得整除值和余数值，根据所述整除值调度TtT上行传输占用的子帧资源，发送所述余数值；
所述根据所述时序调整值对所述通信终端的信号发射时序进行调整的步骤包括以下步骤：
根据所述余数值对所述通信终端的信号发射时序进行调整。
9.一种卫星通信系统的信号同步装置，应用于卫星通信中的TtT通信，其特征在于，包括卫星和地面信关站；
所述地面信关站用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，所述馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，所述用户链路是所述卫星与通信终端之间的无线通信链路；
所述地面信关站根据所述第二传输时延和所述第一传输时延的差值获取时序调整值，将所述时序调整值传输至所述通信终端；其中，所述通信终端根据所述时序调整值对信号发射时序进行调整；
所述地面信关站记录所述地面信关站发送下行子帧的第一时刻值，所述通信终端在接收到经所述卫星转发的下行子帧时，以下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；
所述地面信关站记录所述地面信关站接收经所述卫星转发的前导符号的第二时刻值，根据所述第一时刻值、所述第二时刻值和所述第一传输时延获取所述第二传输时延。
10.一种卫星通信系统的信号同步系统，应用于卫星通信中的TtT通信，其特征在于，包括：
时延获取单元，用于获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延；其中，所述馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，所述用户链路是所述卫星与通信终端之间的无线通信链路；
调整传输单元，用于根据所述第二传输时延和所述第一传输时延的差值获取时序调整值，将所述时序调整值传输至所述通信终端；其中，所述通信终端根据所述时序调整值对信号发射时序进行调整；
所述时延获取单元还用于记录所述地面信关站发送下行子帧的第一时刻值，其中，所述通信终端在接收到经所述卫星转发的所述下行子帧时，以所述下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；
所述时延获取单元还用于记录所述地面信关站接收经所述卫星转发的所述前导符号的第二时刻值，根据所述第一时刻值、所述第二时刻值和所述第一传输时延获取所述第二传输时延。
11.一种卫星通信系统的信号同步系统，应用于卫星通信中的TtT通信，其特征在于，包括：
数据接收单元，用于接收经卫星转发的时序调整值，其中，地面信关站获取卫星通信系统的馈电链路的第一传输时延，获取卫星通信系统的用户链路的第二传输时延，根据所述第二传输时延和所述第一传输时延的差值获取时序调整值，并将所述时序调整值传输至所述卫星并转发；所述馈电链路是地面信关站与卫星之间的无线通信链路，所述用户链路是所述卫星与通信终端之间的无线通信链路；
时序调整单元，用于根据所述时序调整值对所述通信终端的信号发射时序进行调整；
数据发送单元，用于在接收到经所述卫星转发的下行子帧时，以所述下行子帧的边界为同步参考，发送前导符号；其中，所述地面信关站发送所述下行子帧至所述卫星，并记录发送所述下行子帧的第一时刻值，记录接收到经所述卫星转发的所述前导符号的第二时刻值，根据所述第一时刻值、所述第二时刻值和所述第一传输时延获取所述第二传输时延。
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