CN110149141A - 基于utc的信号发送定时方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于UTC的信号发送定时方法，包含以下步骤：（1）系统中移动站和控制站均通过UTC同步过程获得UTC时间，（2）控制站根据同步的UTC时间向移动站发送下行信息；（3）移动站检测下行信息，将其同步的UTC时间和检测到的下行时间做差值，该差值为该移动站上行发送的定时量；（4）移动站以其同步的UTC时间为基点，根据估算的定时量提前其上行发送的时间，向控制站发送上行信息。本发明采用上述估算办法得到的上行传输时间，不同移动站调整自身上行定时提前量提前发送上行信号，消除或减小了上行传输到达控制站的路径时延差，使得控制站接收的时间不确定范围有效减小，传输块之间预留的保护间隔时间也相应缩短，提高系统频谱利用效率。

Description

基于UTC的信号发送定时方法
技术领域
本发明涉及通信领域，并且更具体地，涉及一种基于UTC的发送定时方法。
背景技术
UTC是协调世界时的简称，全称是Coordinated Universal Time，也被称为世界统一时间、世界标准时间、国际协调时间。
对于基于UTC时间建立系统时序的无线通信系统来说，如果移动站向控制站发送的上行信号按照系统时序进行，距离控制站较远的移动站发送的上行信号和距离控制站较近的移动站发送的上行信号到达控制站的传播时间不一样。比如移动卫星通信系统中，地面上移动站距离控制站即卫星的差异非常大，因此上行发送信号到达控制站的路径传播时延差异很大，控制站接收上行信号时间不确定度也就很大，造成其接收定时困难。另外，为了避免移动站发送的上行信号泄露到下一个上行信号从而造成干扰，通常在传输块之间加入保护间隔来吸收不同移动站到达控制站的最大路径传播时延差，资源开销很大。
发明内容
本发明提供一种基于UTC的发送定时方法，消除不同移动站的上行信号到达控制站的传播时延差，减小传输块之间插入的保护间隔开销。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种基于UTC（CoordinatedUniversal Time, 世界协调时）的发送定时方法，包含以下步骤：
步骤1、系统中移动站和控制站均通过UTC（Coordinated Universal Time, 世界协调时）同步过程获得UTC时间，控制站根据同步的UTC时间向移动站发送下行信息；
步骤2、移动站检测下行信息，将其同步的UTC时间和检测到的下行信息时间做差值，该差值为该移动站上行发送的定时量；
移动站以其同步的UTC时间为基点，根据估算的定时量提前其上行发送的时间，向控制站发送上行信息。
移动站通过采用基于UTC的上行发送定时提前的方法，将上行路径时延预先补偿掉，因此不同移动站发送上行信号到达控制站的路径时延差被消除。但由于移动站和控制站通过UTC同步过程获得的UTC时间有一定的误差，因此不同移动站发送的上行信号到达控制站存在定时误差，传输块之间需要插入保护间隔至少容纳UTC同步误差导致的定时误差。
进一步地，保护间隔还应容纳因移动站检测控制站发送的下行信息的误差带来的定时误差。又进一步地，保护间隔还应容纳移动站和控制站相对移动带来的定时误差。
有益效果：
本发明提出上行发送基于UTC定时提前的方法，使得不同移动站发送的上行信号到达控制站的路径时延差被消除，从而控制站接收的时间不确定范围有效减小，卫星接收定时更容易。传输块之间插入的保护间隔不再需要容纳上行信道到达控制站的路径时延差，减小了保护间隔的开销，提高了系统资源利用效率。
附图说明
图1为本发明实施例中VDES系统的结构图；
图2为VDE-SAT系统未采用上行发送定时提前时对应的上行传输时延示意图；
图3为理想情况下，本发明所提出的基于UTC的上行发送定时提前示意图；
图4为考虑UTC同步误差情景下，基于本发明提出的基于UTC的上行发送定时提前示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，其示出了本发明一个示例性实施例提供的VDES系统的架构图，该网络环境包含若干个移动站和控制站。其中，VDE-SAT系统控制站为轨道高度为600 km的低轨卫星，移动速度为8 km/s，到地面上移动站的最远路径距离为2830 km，最近路径距离为600km。移动站可以是无线传感器、船舶、VHF频段通信设备以及其它可以接收VDES信号的设备。
请参考图2，其示出了本实施例中VDE-SAT系统不做定时发送的情况下，移动站（图中为传播）发送上行信号到达控制站（图中为卫星）的示意图。具体地，船A和船B分别基于自身同步的UTC时间（假设没有UTC同步误差）向控制站发送上行信号。船A位于距离卫星最远处即相对卫星地平线方向，2830 km的路径距离对应上行信号传播时延~9.4 ms；船B位于距离卫星最近处即星下点方向，600 km的路径距离对应上行信号传播时延2 ms。由于不同上行信号的传播时延，卫星接收时会有7.4 ms的重叠时间，当前解决方案是在上行传输块尾部预留8 ms的保护间隔以保证至少该最大传播时延差在保护范围之内。
请参考图3，为本发明提出的基于UTC的发送定时方法在理想情况下（即假设船和卫星没有UTC同步误差且卫星和船移动带来的时间误差以及船下行检测的时间误差均不考虑）的上行传输示意图。卫星给船A和船B发送下行信息，船A和船B分别计算接收到下行信息的时间和UTC时间的差值为和，该差值为下行单程路径传播时延，船A和船B均将各自计算的差值作为其上行发送定时量。之后，船A相对其同步的UTC时间提前，船B相对其同步的UTC时间提前，分别向控制站发送上行信息。因为船舶计算的定时量就等于单程路径传播时延，也即提前将上行路径传播时延补偿掉，因此控制站均在卫星时间接收到船A和船B的上行信息，传播时延差导致控制站端的接收重叠现象不再出现。在理想情况下，上行传输块之间不需要插入保护间隔。
实际中由于1）系统中移动站和控制站通过UTC同步过程获得的UTC时间有误差，2）卫星和船具有移动性，以及3）船检测下行信息有时间误差，因此不同移动站发送的上行信号到达控制站的时间并不是如图3中的完全在控制站时间对齐，存在上行定时误差，上行传输块之间需要插入保护间隔来容纳上行定时提前误差。
请参考图4，其示出了仅考虑VDES站的UTC同步误差（不考虑相对移动带来的时间误差和船检测下行信息的时间误差）的情景下，采用基于UTC的发送定时方法对应的上行传输示意图。图中卫星同步的UTC时间点迟于实际的UTC时间点，而船同步的UTC时间点早于实际的UTC时间点，因此船根据接收到的下行时间和其自身同步的UTC时间做差值获得的定时提前量大于单程路径传播时延。船基于其自身同步的UTC时间和计算的定时提前量提前进行上行传输，其到达卫星的时间并没有和卫星同步的UTC时间对齐，而是早于卫星同步的UTC时间，产生上行定时误差。应当理解的是，在另一种UTC同步误差的情景下，即卫星同步的UTC时间早于实际的UTC时间点而船同步的UTC时间迟于实际的UTC时间点，采用基于UTC的发送定时方法，上行信号到达卫星的时间会迟于卫星同步的UTC时间。综合这两种情况，UTC同步误差导致的上行定时误差最大为卫星UTC同步误差和船UTC同步误差之和的二倍。
进一步的，卫星和船的移动性导致的定时误差是由于基于UTC的定时发送方法中，船基于下行信息估计出定时量，到船在上行传输块中实施上行定时提前发送，这之间有一个时间差。而卫星和船的移动，特别是卫星，其移动速度为8 km/s，导致在这个时间内，卫星和船之间的距离发生变化，因此下行单程路径传播时延和上行单程路径传播时延之间有差异。例如，在当前VDE-SAT系统的传输结构中，下行到上行的传输时间相隔最多有540个时隙（14秒）。应当理解的是，VDES中一帧时间长为1分钟，一帧包括2250个时隙（slot），每个时隙时间为80/3 ms。忽略船的移动速度，单考虑卫星的移动速度，上下行之间14秒的时间间隔对应的卫星和船之间的路径差导致上行和下行的传播时延相差。
又进一步的，实际中船检测下行信息有误差，导致估算的定时量有误差，从而产生定时误差。假设误差在半个奈奎斯特间隔内，以VDE-SAT系统50 kHz系统带宽配置为例，其对应的有效系统带宽为33.6 kHz，相应的一个奈奎斯特间隔时间为30，则下行检测误差时间可以估计为15。
为容纳以上说明的这些误差导致的定时误差，要求上行传输块尾部预留保护间隔，大小为。以上行传输块长度为1个时隙（约26.67 ms）为例，VDE-SAT系统原来保护间隔8ms对应的保护间隔开销为8ms/26.67ms=30%，采用基于UTC的发送定时方法之后，保护间隔对应的保护间隔开销降为1.53 ms/26.67 ms =6 %。
通过执行本发明提出的基于UTC的发送定时方法，消除控制站接收不同移动站的上行信号的传播时延差。上行传输块预留的保护间隔与UTC同步误差精度、船下行检测精度以及站的移动速度和上下行时隙之间的时间间隔有关。容纳定时误差预留的保护间隔，相比于容纳上行信号传输路径时延差预留的保护间隔有效的缩短了，控制站接收上行信号的时间不确定度减小，控制站接收更容易。
以上所述即是本发明的技术方案，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于UTC的发送定时方法，该方法基于通信系统实现，所述的通信系统包括控制站和移动站，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
（1）所述控制站和所述移动站通过UTC同步过程获取UTC时间，
（2）所述控制站基于同步的UTC时间向所述移动站发送下行信息；
（3）所述移动站检测下行信息，估算接收到的所述下行信息时间与自身同步的UTC时间的差值；
（4）所述移动站以其同步的UTC时间为基点，根据估算的差值定时提前上行发送。
2.根据权利要求1所述的基于UTC的发送定时方法，其特征在于：传输块之间插入保护间隔，所述保护间隔至少容纳控制站和移动站UTC同步误差带来的定时误差。
3.根据权利要求2所述的基于UTC的发送定时方法，其特征在于：所述保护间隔还应容纳所述移动站下行检测误差带来的定时误差。
4.根据权利要求2或3所述的基于UTC的发送定时方法，其特征在于：所述保护间隔还应容纳所述移动站和所述控制站相对移动带来的定时误差。
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