CN110996329A - 在地空覆盖中增强lte fdd系统接入距离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法，包括：步骤1：沿航空器的航线部署基站天线；步骤2：在航空器的接收终端CPE中预置Site Map信息；步骤3：进行下行的时隙同步和帧同步，并确定PCI；检测该小区的广播信道BCH收听小区上行随机接入的参数配置；步骤4：计算出基站到航空器的接收终端CPE的距离；步骤5：航空器的接收终端CPE根据计算出的基站到航空器的接收终端CPE的距离L进行判断；步骤6：根据大于100km的距离量计算时间提前量τ；步骤7：收到eNodeB回复的RAR消息；步骤8：实现航空器的网络覆盖。本发明所述方法通过在终端侧引入定制化的功能，突破3GPP规范PRACH覆盖半径的限制，增加了接入覆盖能力。

Description

在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法
技术领域
本发明属于移动通信系统技术领域，涉及飞机及地面之间的通信传输，具体涉及一种在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法。
背景技术
随着移动通信技术的迅猛发展，移动宽带业务也渗透到人们生活的方方面面。目前只有民航客机上还没实现用户高速上网，是移动宽带业务最后的沙漠。虽然有机载卫星的解决方案，但性能和成本都无法满意。
例如，中国专利申请号为CN201110233850.2的专利文献公开了一种为飞机提供高速地空宽带数据通信的方法，包括：
沿着预先定义的空中航线安装多个按LTE无线空口协议进行无线发射和接收的LTE地面基站，使相互邻接的LTE地面基站之间具有重叠通信覆盖区域；
在飞机上安装LTE通信终端，所述LTE通信终端按LTE无线空口协议进行无线发射和接收，以便与所述地面基站建立高速数双向据通信链路；
其中，所述飞机外表面上装有上多个飞机射频天线，所述多个飞机射频天线经由互连线缆连接所述LTE通信终端；
其中，每个地面基站装有相同极化的射频天线，所述相同极化的射频天线是全向天线或具有一定波束宽带的定向天线，LTE通信终端使用所述多个飞机射频天线接收地面基站发射的射频信号，以及向地面基站发射射频信号；
其中，所述LTE通信终端是与地面基站建立中继双向数据链路的LTE机载终端，所述机载终端包括：
射频模块，用来把利用所述多个飞机射频天线接收的来自地面基站的射频信号变换成基带信号，以及将本机的基带信号转换成射频信号后经由所述飞机射频天线发送给地面基站；
协议处理模块，用来处理来自所述射频模块的基带信号并生成业务数据，以及将本机业务数据处理成基带信号发送给所述射频模块。
由于现有3GPP标准的LTE支持4种接入格式(Format)0～3，所支持的最大小区半径如下表所示，
表1各PRACH format格式对应的小区覆盖半径
Figure BDA0002288651960000021
LTE FDD支持的覆盖半径最大的是格式(Format)3，也只有100km左右，无法满足地空通信系统的需求。
由于LTE接入范围的限制，上述技术方案，无法实现更远范围的接入半径。
基于现有技术中存在如上的技术问题，本发明人结合多年的研究经验，提出一种在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法。
发明内容
本发明提供一种在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法，通过在终端侧引入定制化的功能，突破3GPP规范PRACH覆盖半径的限制，增加了接入覆盖能力。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法，包括：
步骤1：沿航空器的航线部署基站天线；
步骤2：在航空器的接收终端(CPE)中预置Site Map信息；
步骤3：航空器进入一小区后，检查LTE网络下行的主同步信道(PSS)和辅同步信道(SSS)进行下行的时隙同步和帧同步，并确定PCI；检测小区的广播信道(BCH)收听小区上行随机接入的参数配置；
步骤4：根据Site Map和PCI确定对应小区的经纬度和天线的海拔高度，结合航空器的接收终端CPE当前位置的经纬度和海拔高度，计算出基站到航空器的接收终端CPE的距离；
步骤5：航空器的接收终端CPE根据计算出的基站到航空器的接收终端CPE的距离L进行判断，判断距离L小于等于100km，则根据上行接入流程进接入，判断距离L大于100km，进入步骤6；
步骤6：根据大于100km的距离量计算时间提前量τ：
τ＝(L-100km)/(3×105km/s)……(1)，
航空器的接收终端CPE在随机接入发送前导序列Preamble时，在标准时间点提前τ时间发送；
步骤7：航空器的接收终端CPE发送了前导序列preamble之后，CPE在发送preamble子帧+3个子帧的时间打开随机接入响应(RAR)时间窗，监听基站发射的下行公共控制信道(PDCCH)，收到eNodeB回复的RAR消息；
步骤8：航空器的接收终端CPE和基站之间的Preamble和RAR都正常接收后，CPE就实现了上行同步，实现航空器的网络覆盖。
进一步地，步骤2中，Site Map包含沿航空器的航线的每个小区的物理ID(PCI)、对应小区位置的经纬度和基站天线安装的海拔高度。
进一步地，步骤4中，设接收终端的位置A的坐标为(LatA，LonA)，基站天线的位置B的坐标为(LatB，LonB)，地球的半径为R，hA是飞机飞行的海拔高度，hB是基站天线安装的海拔高度，定义A点到B点直线距离为L，计算A点和B点与地心连线的夹角θ：
Figure BDA0002288651960000031
则A点到B点的距离L为：
Figure BDA0002288651960000032
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：
本发明所述的在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法，在不对3GPP规范定义的LTE FDD的PRACH信道帧结构和随机接入时许进行改动的情况下，将原来100km的最大允许接入范围进行了扩展，能够支持200km以上距离的上行接入，解决了LTE FDD系统应用于ATG的技术障碍。
附图说明
图1为本实施例中LTE FDD上行随机接入信令流程的示意图；
图2为本实施例中在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法流程图；
图3为本实施例中RAR检测窗开始时间示意图；
图4为本实施例中基站天线到接收终端距离计算的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
在航空器的接收终端CPE中事先存储ATG地面网络每个小区的经纬度和小区ID(PCI)信息，在本实施例中，称之为Site Map，由于航空器的接收终端CPE时刻可以获得自己实时位置的经纬度信息，当CPE准备和某个小区进行上行随机接入时，根据CPE此时的经纬度和准备接入小区的经纬度计算出到小区的距离，当距离小于100km，则进行正常的随机接入流程，如图1所示，首先用户设备UE，在本实施例中就是航空器的接收终端CPE处于和基站eNodeB的非同步状态，UE根据广播消息选择一个可用的随机接入的前导序列Preamble发给基站，基站收到后就会发给UE一个随机接入响应RAR，UE收到RAR后，通过上行公共控制信道PUCCH向基站发送建立无线资源控制RRC连接的请求，这条信令是随机接入过程中UE和基站交互的第三条消息，也被称之为消息3(msg3)。此时UE通过自动混合重传HARQ的收到确认/非确认(ACK/NACK)消息来判断基站是否正确接收了msg3，如果没有收到ACK消息，UE会重新发送，基站收到msg3后，会通过下行公共控制信道DPCCH回一个RRC连接已建立的消息msg4，UE正确接收msg4后，向基站发送一个RRC连接建立完成的消息，此时上行随机接入过程完成，UE处在和基站无线连接状态；当距离大于100km时，根据计算超过100km的距离这算出对应的时间量τ，CPE在随机接入时，在标准的接入时刻提前τ发出随机接入前导序列Preamble，这样即使CPE在100km以外的区域发出Preamble，仍然能够在和100km范围内的UE一样正常到达基站，基站收到Preamble后会在下行控制信道PDCCH中发射随机接入响应RAR(Random Access Response)信号，此时，由于机载CPE距离基站较远，如果按照标准的RAR检测时间窗(RAResponse window)内收不到基站的下行相应信号，因此，需要根据计算的出的时间量τ，把RAR检测时间窗向后延迟，就能够接收到基站发出的RAR信号。后续就能够按照正常的接入流程发送Meg3和Meg4，完成随机接入和上行同步。
如图2所示，在本实施例中，具体的增强LTE FDD系统接入距离的方法，包括：
步骤1：沿航空器的航线部署基站天线；
步骤2：在航空器的接收终端(CPE)中预置Site Map信息，其中，Site Map包含，沿航空器的航线的每个小区的物理ID(PCI)、对应小区位置的经纬度和基站天线安装的海拔高度；
步骤3：航空器进入一小区后，检查LTE网络下行的主同步信道(PSS)和辅同步信道(SSS)进行下行的时隙同步和帧同步，并确定PCI；检测小区的广播信道(BCH)收听小区上行随机接入的参数配置；
步骤4：根据Site Map和PCI确定对应小区的经纬度和天线的海拔高度，结合航空器的接收终端CPE当前位置的经纬度和海拔高度，计算出基站到航空器的接收终端CPE的距离；
步骤5：航空器的接收终端CPE根据计算出的基站到航空器的接收终端CPE的距离L进行判断，判断距离L小于等于100km，则根据上行接入流程进接入，判断距离L大于100km，进入步骤6；
步骤6：根据大于100km的距离量计算时间提前量τ：
τ＝(L-100km)/(3×105km/s)……(1)，
如图3所示，航空器的接收终端CPE在随机接入发送前导序列Preamble时，在标准时间点提前τ时间发送；
步骤7：航空器的接收终端CPE发送了前导序列preamble之后，CPE在发送preamble子帧+3个子帧的时间打开随机接入响应(RAR)时间窗，监听基站发射的下行公共控制信道(PDCCH)，收到eNodeB回复的RAR消息，当距离L大于100km时机载CPE远离基站，基站发送的RAR消息需要更长的时间到达CPE，需要将标准的RAR时间窗起始时间推迟时间量τ打开，就能够确保CPE能够检测到RAR信息；
步骤8：航空器的接收终端CPE和基站之间的Preamble和RAR都正常接收后，CPE就实现了上行同步，实现航空器的网络覆盖。
在本实施例的步骤4中，如图4所示，设接收终端的位置A的坐标为(LatA，LonA)，基站天线的位置B的坐标为(LatB，LonB)，地球的半径为R，hA是飞机飞行的海拔高度，hB是基站天线安装的海拔高度，定义A点到B点直线距离为L，计算A点和B点与地心连线的夹角θ：
Figure BDA0002288651960000051
则A点到B点的距离L为：
Figure BDA0002288651960000061
本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (3)

1.一种在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法，其特征在于，包括：
步骤1：沿航空器的航线部署基站天线；
步骤2：在航空器的接收终端CPE中预置Site Map信息；
步骤3：航空器进入一小区后，检查LTE网络下行的主同步信道PSS和辅同步信道SSS进行下行的时隙同步和帧同步，并确定PCI；检测小区的广播信道BCH收听小区上行随机接入的参数配置；
步骤4：根据Site Map和PCI确定对应小区的经纬度和天线的海拔高度，结合航空器的接收终端CPE当前位置的经纬度和海拔高度，计算出基站到航空器的接收终端CPE的距离；
步骤5：航空器的接收终端CPE根据计算出的基站到航空器的接收终端CPE的距离L进行判断，判断距离L小于等于100km，则根据上行接入流程进接入，判断距离L大于100km，进入步骤6；
步骤6：根据大于100km的距离量计算时间提前量τ：
τ＝(L-100km)/(3×105km/s)……(1)，
其中，航空器的接收终端CPE在随机接入发送前导序列Preamble时，在标准时间点提前τ时间发送；
步骤7：航空器的接收终端CPE发送了前导序列preamble之后，CPE在发送preamble子帧+3个子帧的时间打开随机接入响应RAR时间窗，监听基站发射的下行公共控制信道PDCCH，收到eNodeB回复的RAR消息；
步骤8：航空器的接收终端CPE和基站之间的Preamble和RAR都正常接收后，CPE就实现了上行同步，实现航空器的网络覆盖。
2.根据权利要求1所述的在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法，其特征在于，步骤2中，Site Map包含沿航空器的航线的每个小区的物理ID、对应小区位置的经纬度和基站天线安装的海拔高度。
3.根据权利要求1所述的在地空覆盖中增强LTE FDD系统接入距离的方法，其特征在于，步骤4中，设接收终端的位置A的坐标为(LatA，LonA)，基站天线的位置B的坐标为(LatB，LonB)，地球的半径为R，hA是飞机飞行的海拔高度，hB是基站天线安装的海拔高度，定义A点到B点直线距离为L，计算A点和B点与地心连线的夹角θ：
Figure FDA0002288651950000011
则A点到B点的距离L为：
Figure FDA0002288651950000021
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