CN113645687A - 一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法，通过用户终端和地面站协同交互，对用户的时间进行同步，包括如下步骤：步骤1，地面站下发系统广播信息；步骤2，用户终端根据系统广播信息完成时间粗同步；步骤3，用户终端与地面站交互消息，通过反馈环路不断校正时间误差，完成时间精同步；步骤4，地面站判断时间同步误差是否小于门限值，若小于门限值，则完成时间同步，否则返回步骤3。本发明通过设计了一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法，解决用户在捷变波束通信系统中的时间同步问题。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法。
背景技术
随着卫星网络的发展，基于卫星网络的应用越来越普遍。卫星网络作为地面网络的重要补充，可为边、散、远的用户提供互联网接入、应急通信等服务。目前大多数卫星通信网络采用固定波束覆盖地表的方式提供服务，即无论当前波束覆盖范围内有无用户通信需求，卫星均以一定的功率发射信号。在这种情况下，若当前波束覆盖范围内并无用户通信需求，卫星发射的功率将被浪费掉，并且固定波束覆盖的方式不能适配不同区域用户业务分布的时变特性，从而不能有效地利用卫星的功率、频率等资源。
随着星载相控阵技术的快速发展，通过相控阵捷变波束提供通信服务，为提升卫星资源利用率提供了一种可行途径。捷变波束将突破传统固定波束覆盖的方式，可根据用户的业务需求按需调度波束提供服务，在有需要的地方调度波束服务，无用户的地方不提供波束照射。因此，具有服务效率高，使用灵活等优点。
在传统通信中大多采用多载波时分多址(MF-TDMA)的方式，即通过不同的时隙区分不同的用户业务，每个用户在各自独立的时隙里发送信号，这样在地面接收端不存在同一时刻叠加多个用户信号情况。因此需要解决的一个重要问题是用户的时间同步问题，即保证不同的用户信号到达地面站的时间按照预先的时隙规划，彼此时间不能交叠串扰。在传统固定波束覆盖的通信系统中，用户和地面站双向不断交互同步消息和时间校正信息，从而逐渐获得时间的精同步。然而在捷变波束通信系统中，捷变波束导致的波束不连续覆盖给信息的双向交互带来了困难，例如：用户终端自身位置精度、收发双方处理时延误差、晶振漂移等因素，会导致多个用户之间的时间不能精确同步。因此，如何设计一种应用于捷变波束卫星通信系统中的多用户时间同步方法，成为通信网络中亟待解决的问题。
发明内容
针对现有捷变波束通信系统中，捷变波束导致的波束不连续覆盖给信息的双向交互带来的问题，本发明提供一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法，以解决用户在捷变波束通信系统中的时间同步问题。
第一方面，本发明保护一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法，通过用户终端和地面站协同交互，对用户的时间进行同步，包括如下步骤：
步骤1，地面站下发系统广播信息；
进一步地，所述系统广播信息中包含系统基本时间和系统时间基准偏差。
其中，所述系统基本时间按照整秒取值；所述系统时间基准偏差为当前波束覆盖时间与整秒之间的差值。
步骤2，用户终端根据系统广播信息完成时间粗同步；
进一步地，所述时间粗同步具体为：用户终端解析系统广播消息获得系统准确时间，并根据系统准确时间校准本地时间，完成时间粗同步。
步骤3，用户终端与地面站交互消息，通过反馈环路不断校正时间误差，完成时间精同步。
进一步地，所述步骤3中具体包括如下步骤：
步骤3.1，多个用户随机延迟发送同步消息，该同步消息的持续时间不超过当前捷变波束帧边界；
进一步地，所述同步消息包含随机延迟时间信息。
其中，所述随机延迟时间信息为捷变波束帧边界与返向信令实际发送之间的时间差。
步骤3.2，地面站收到同步消息后根据信号的实际到达时间、随机延迟信息和捷变波束帧边界时间，计算获得时间同步误差，形成校正信息表发给用户终端；
步骤3.3，用户终端根据校正信息表调整自身的时间。
步骤4，地面站判断时间同步误差是否小于门限值，若小于门限值，则完成时间同步，否则返回步骤3。
第二方面，本发明保护一种基于捷变点波束的多用户时间同步装置，包括：处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器。
其中，所述处理器被配置成执行上述第一方面的基于捷变点波束的多用户时间同步方法。
第三方面，本发明保护一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述第一方面的基于捷变点波束的多用户时间同步方法。
本发明有益效果：1、本发明设计了一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法，解决用户在捷变波束通信系统中的时间同步问题；2、本发明具有服务效率高、使用灵活的优点并且能够有效的利用卫星资源，减少资源的浪费。
附图说明
图1为实施例1中基于捷变点波束的多用户时间同步方法的流程图；
图2为实施例1中广播消息中时间信息示意图；
图3为实施例1中时间精同步交互框图；
图4为实施例1中时间精同步时序示意图。
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详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，地面站下发系统广播信息；
具体地，如图2所示，所述系统广播信息中包含系统基本时间和系统时间基准偏差，所述系统基本时间按照整秒取值，如0秒，1秒，2秒，如此累计下去，直到59秒后重新清零；所述系统时间基准偏差按照毫秒取值，为当前波束覆盖时间与整秒之间的偏差。
步骤2，用户终端根据系统广播信息完成时间粗同步，通过时间粗同步减少后续时间精同步地校正时间，节约卫星资源。
具体地，所述步骤2中时间粗同步为：用户终端接收广播信息并解析出广播信息中的系统基本时间和系统时间偏差，获得系统准确时间，并根据系统时间获得基本时间同步。
步骤3，用户终端与地面站交互消息，如图3所示，通过反馈环路不断校正时间误差，完成时间精同步，以解决由于用户终端自身位置精度、收发双方处理时延误差、晶振漂移等因素导致地时间不同步问题。
具体地，如图4所示，所述步骤3进行时间精同步具体过程为：首先，用户终端在识别波束边界后，当波束覆盖到自身所在位置时，随机延迟发送同步消息，其中，用户发送消息的持续时间不超过当前捷变波束帧边界。同步消息中包含随机延迟时间信息Δt，其中，所述随机延迟时间信息Δt为捷变波束帧边界与返向信令实际发送之间的时间差。然后，地面站收到来自用户终端的同步消息，记录信号实际到达时间t_actual，并解析获得随机延迟时间信息Δt，再根据系统规划的捷变波束的帧边界时间t0，计算得出期望信号到达时间t_expect＝t0+Δt，根据实际到达时间和期望到达时间计算时间校正信息t_cor＝t_expect-t_actual，通过反馈信道(前向链路信令)将校正信息表发给用终端用户。最后，用户终端根据校正信息表调整自身的时间。
步骤4，重复上述步骤3，地面站在交互过程中不断判断校正信息t_cor是否小于误差门限，若小于门限则时间达到精同步要求循环，否则继续执行闭环时间同步操作。
实施例2
与实施例1中一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法相对应，本发明实施例提供一种基于捷变点波束的多用户时间同步装置，包括：处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器。
其中，所述处理器被配置成执行上述第一方面的基于捷变点波束的多用户时间同步方法。
实施例3
本实施例提供一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述实施例1中的方法。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于捷变点波束的多用户时间同步方法，通过用户终端和地面站协同交互，对用户的时间进行同步，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，地面站下发系统广播信息；
步骤2，用户终端根据系统广播信息完成时间粗同步；
步骤3，用户终端与地面站交互消息，通过反馈环路不断校正时间误差，完成时间精同步；
步骤4，地面站判断时间同步误差是否小于门限值，若小于门限值，则完成时间同步，否则返回步骤3。
2.根据权利要求1所述的基于捷变点波束的多用户时间同步方法，其特征在于，所述步骤1中，所述系统广播信息中包括系统基本时间和系统时间基准偏差。
3.根据权利要求2所述的基于捷变点波束的多用户时间同步方法，其特征在于，所述系统基本时间按照整秒取值；所述系统时间基准偏差按照毫秒取值，为当前波束覆盖时间与整秒之间的差值。
4.根据权利要求1所述的基于捷变点波束的多用户时间同步方法，其特征在于，所述时间粗同步具体为：用户终端解析系统广播消息获得系统准确时间，并根据系统准确时间校准本地时间，完成时间粗同步。
5.根据权利要求1所述的基于捷变点波束的多用户时间同步方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3.1，多个用户随机延迟发送同步消息，该同步消息的持续时间不超过当前捷变波束帧边界；
步骤3.2，地面站收到同步消息后根据信号的实际到达时间、随机延迟信息和捷变波束帧边界时间，计算获得时间同步误差，形成校正信息表发给用户终端；
步骤3.3，用户终端根据校正信息表调整自身的时间。
6.根据权利要求5所述的基于捷变点波束的多用户时间同步方法，其特征在于，所述同步消息包含随机延迟时间信息，其中，所述随机延迟时间信息为捷变波束帧边界与返向信令实际发送之间的时间差。
7.一种基于捷变点波束的多用户时间同步装置，其特征在于，包括：处理器，用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置成执行权利要求1-6任意一项所述基于捷变点波束的多用户时间同步方法。
8.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-6任意一项所述基于捷变点波束的多用户时间同步方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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