CN113708876B - 低轨卫星tdma通信系统的前向链路时间同步方法 - Google Patents

低轨卫星tdma通信系统的前向链路时间同步方法 Download PDF

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Abstract

一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，包括：主站周期地采集本地NCR信息，并计算所述NCR信息的循环冗余校验值；根据NCR同步周期和主站侧NCR时间与星历时间的映射关系，换算发送每组NCR同步参考数据的星历时间；将所述NCR信息、所述循环冗余校验值和所述星历时间组成一组NCR同步参考数据，通过前向链路广播给处于同一TDMA系统中的所有端站，以使端站：周期地接收并解析所述NCR同步参考数据，并在解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确时，立刻计算端站本地NCR计数器的更新值，并以此更新值进行端站NCR计数器的更新。既适用于时延抖动很小的场景，又适用于时延抖动较大的场景。

Description

低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法
技术领域
本发明涉及TDMA卫星通信系统的时间同步技术，尤其涉及一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法。
背景技术
TDMA系统是一种基于时分多址技术的多用户通信系统。在TDMA卫星通信系统中，主站对返向链路的各种时隙进行规划，并为每个入网的端站分配专用时隙进行数据传输。不同端站则根据时隙规划分时共享同一个物理信道。因此，所有端站都需要建立与主站一致的计时系统，以便于准确识别主站规划的时隙及其范围，以及恰当选择返向突发的发送时间，以使返向突发在期望的时间到达期望的时隙。这就是TDMA系统的全网时间同步。全网时间同步包含两个部分：前向链路时间同步和返向链路时间同步。前向链路时间同步的作用是实现网络时钟参考(NCR)同步，即建立端站计时系统与主站计时系统之间的映射关系，进而达到端站通过本地计时系统识别主站时隙位置的目的。而返向链路时间同步的作用是实现返向突发的到达时间(ToA)同步，即端站准确估计出返向突发的发送时间，并在此时间发送返向突发，以使其准确地落入目标时隙。
对于时延抖动很小的场景，前向链路时间同步的常规方法是：首先，在主站和端站中均设置一个NCR计数器，并以相同的频率进行记数。然后，主站周期地广播自身的NCR信息，且所有端站也周期地接收主站广播的NCR信息。当正确解析出主站的NCR信息后，端站用此NCR值直接更新本地NCR记数器的值，以达到与主站时间同步的目的(如图1所示)。采用上述方法进行前向链路时间同步后，端站的计时速度将与主站保持一致，仅在计时基准上相差一个固定偏移量。这个时间基准偏差可以在前向链路时间同步过程中进行补偿，也可以在返向链路时间同步过程中进行补偿。
然而，对于存在较大时延抖动的场景，例如低轨卫星TDMA通信系统，上述方法的同步结果将出现很大的偏差，进而导致返向链路的时隙间干扰。如果要克服这些偏差的负面影响，就需要设置很大的时隙保护间隔，而该措施又会导致整个返向链路的用户容量大幅下降。因此，需要设计能够对抗较大时延抖动的前向链路时间同步方法。
发明内容
主要针对上述相关现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，既适用于时延抖动很小的场景，又适用于时延抖动较大的场景，均能达到较为理想的前向链路时间同步效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术：
一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，应用于处于TDMA卫星通信系统中的主站，包括步骤：
主站周期地采集本地NCR信息，并计算所述NCR信息的循环冗余校验值；
根据NCR同步周期和预先建立的主站侧NCR时间与星历时间的映射关系，换算发送每组NCR同步参考数据的星历时间；
将所述NCR信息、所述循环冗余校验值、所述星历时间组成一组NCR同步参考数据，通过前向链路广播给处于同一TDMA卫星通信系统中的所有端站，以使端站：
周期地接收并解析所述NCR同步参考数据，并在解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确时，立刻计算端站本地NCR计数器的更新值，并以此更新值进行端站NCR计数器的更新。
进一步，所述主站侧的NCR时间是主站侧设置的NCR计数器的计数值。
一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，应用于处于TDMA卫星通信系统中的端站，包括步骤：
端站周期地接收处于同一TDMA卫星通信系统中的主站通过前向链路广播的NCR同步参考数据；其中，所述NCR同步参考数据包括所述主站周期地采集的本地NCR信息、根据所述NCR信息计算的循环冗余校验值、以及根据NCR同步周期和主站侧NCR时间与星历时间的映射关系换算出的主站发送每组NCR同步参考数据的星历时间；
对接收的NCR同步参考数据进行解析，并在解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确时，立刻计算端站本地NCR计数器的更新值，并以此更新值进行端站NCR计数器的更新。
一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，包括步骤：
主站周期地采集本地NCR信息，并计算所述NCR信息的循环冗余校验值；
主站根据NCR同步周期和预先建立的主站侧NCR时间与星历时间的映射关系，换算发送每组NCR同步参考数据的星历时间；
主站将所述NCR信息、所述循环冗余校验值、所述星历时间组成一组NCR同步参考数据，通过前向链路广播给处于同一TDMA卫星通信系统中的所有端站；
端站周期地接收并解析所述NCR同步参考数据，并在解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确时，立刻计算端站本地NCR计数器的更新值，并以此更新值进行端站NCR计数器的更新。
进一步，计算端站本地NCR计数器的更新值，包括步骤：
端站解析出第一个正确的NCR信息NCRHUB[0]后，用NCRHUB[0]直接更新本地NCR计数器的值，即
Figure BDA0003226641850000041
然后，估算出NCRHUB[0]的前向链路传输时延τFL[0]；
端站解析出第n(n≥1)个正确的NCR信息NCRHUB[n]后，立刻采集此时的本地NCR计数器值NCRRCST[n]，并估算出NCRHUB[n]的前向链路传输时延τFL[n]；
计算NCRHUB[n]的实际到达时间的偏差：
Figure BDA0003226641850000042
其中，NCRmax表示NCR计数器的最大取值；
计算NCRHUB[n]的前向链路传输时延相对于NCRHUB[0]的前向链路传输时延的变化量，得
ΔτFL[n]＝τFL[0]-τFL[n]，
并换算出ΔτFL[n]对应的NCR计数值
Figure BDA0003226641850000045
计算端站本地NCR计数器的修正值，得
Figure BDA0003226641850000043
其中，ΔNCRε表示从解析出正确的NCR信息到执行更新操作之间的处理时延ε对应的NCR计数值；
计算端站本地NCR计数器的更新值，得
Figure BDA0003226641850000044
进一步，NCRHUB[n]的实际到达时间的偏差是指当端站正确解析出NCRHUB[n]时，本地NCR计数器的值与期望到达时间NCRHUB[n]的值的偏差。
本发明有益效果在于：既适用于时延抖动很小的场景，又适用于时延抖动较大的场景；应用于时延抖动较大的场景能够显著地减少同步偏差，达到较为理想的前向链路时间同步效果。
附图说明
本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。
图1为时延抖动很小的场景中前向链路时间同步的现有技术方法的示意图。
图2为本申请实施例的所述方法中端站侧处理方法应用于前向链路传输时延逐渐减小场景的示意图。
图3为本申请实施例的所述方法中端站侧处理方法应用于前向链路传输时延逐渐增大场景的示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，该方法由主站侧处理方法和端站侧处理方法两部分组成，下面分别进行描述：
主站侧处理方法：
1、在主站侧，设置一个NCR计数器，并以固定频率进行计数。主站NCR计数器的值是主站侧的NCR时间，同时也是整个TDMA卫星通信系统的时钟参考基准。
2、在主站侧，建立NCR时间与星历时间的映射关系。
3、主站针对每个本地采集的NCR信息(即主站NCR计数器的值)，都计算一个循环冗余校验值。
4、主站根据NCR同步周期计算出发送每组NCR同步参考数据的NCR时间(此处的发送时间特指信息离开主站发射天线的时间)，并根据主站侧NCR时间与星历时间的映射关系换算出相应的星历时间。
5、主站周期地采集本地NCR信息，计算NCR信息的循环冗余校验值以及发送上述信息的星历时间，并将三者组成一组NCR同步参考数据，通过前向链路广播给处于同一TDMA卫星通信系统中的所有端站。
端站侧处理方法：
1、在端站侧，设置一个NCR计数器，并以与主站NCR计数器相同的频率进行计数。端站NCR计数器的值是端站侧的NCR时间。
2、端站周期地接收并解析主站广播的NCR同步参考数据。如果端站解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确的，则保留，用于计算本地NCR计数器的更新值；反之，则丢弃。
3、端站更新本地NCR计数器的时机是：一旦解析到正确的NCR信息后，立刻计算本地NCR计数器的更新值，并进行更新。
4、端站计算本地NCR计数器更新值的具体方法如下：
4.1、当端站解析出第一个正确的NCR信息(命名为NCRHUB[0])后，用NCRHUB[0]直接更新本地NCR计数器的值，即
Figure BDA0003226641850000061
然后，估算出NCRHUB[0]的前向链路传输时延τFL[0]。
4.2、当端站解析出第n(n≥1)个正确的NCR信息NCRHUB[n]后，立刻采集此时的本地NCR计数器值NCRRCST[n]，并估算出NCRHUB[n]的前向链路传输时延τFL[n]。
4.3、计算NCRHUB[n]的实际到达时间(当端站正确解析出NCRHUB[n]时，本地NCR计数器的值)与期望到达时间(NCRHUB[n]的值)的偏差，具体方法如下：
Figure BDA0003226641850000071
其中，NCRmax表示NCR计数器的最大取值。
4.4、计算NCRHUB[n]的前向链路传输时延相对于NCRHUB[0]的前向链路传输时延的变化量，得
ΔτFL[n]＝τFL[0]-τFL[n],
并换算出ΔτFL[n]对应的NCR计数值
Figure BDA0003226641850000074
4.5、计算端站本地NCR计数器的修正值，得
Figure BDA0003226641850000072
其中，ΔNCRε表示从解析出正确的NCR信息到执行更新操作之间的处理时延ε对应的NCR计数值。
4.6、计算端站本地NCR计数器的更新值，得
Figure BDA0003226641850000073
图2是本申请实施例所述方法中端站侧处理方法的示意图，其代表的场景是前向链路的传输时延逐渐减小，主站NCR同步参考数据的实际到达时间早于期望到达时间。在本图中，ΔNCRLO是由于端站与主站二者本振频率的微小差异而引入的端站与主站的NCR计数值差异，本发明所述方法的核心就是估计ΔNCRLO。
图3是本申请实施例所述方法中端站侧处理方法的示意图，其代表的场景是前向链路的传输时延逐渐增大，主站NCR同步参考数据的实际到达时间晚于期望到达时间。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，应用于处于所述TDMA卫星通信系统中的主站，其特征在于，包括步骤：
主站周期地采集本地NCR信息，并计算所述NCR信息的循环冗余校验值；
根据NCR同步周期和预先建立的主站侧NCR时间与星历时间的映射关系，换算发送每组NCR同步参考数据的星历时间；
将所述NCR信息、所述循环冗余校验值、所述星历时间组成一组NCR同步参考数据，通过前向链路广播给处于同一TDMA卫星通信系统中的所有端站，以使端站：
周期地接收并解析所述NCR同步参考数据，并在解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确时，立刻计算端站本地NCR计数器的更新值，并以此更新值进行端站NCR计数器的更新；
其中，计算端站本地NCR计数器的更新值，包括步骤：
当端站解析出第一个正确的NCR信息NCRHUB[0]后，用NCRHUB[0]直接更新本地NCR计数器的值，即
Figure FDA0004109771720000011
然后，估算出NCRHUB[0]的前向链路传输时延τFL[0]；
当端站解析出第n(n≥1)个正确的NCR信息NCRHUB[n]后，立刻采集此时的本地NCR计数器值NCRRCST[n]，并估算出NCRHUB[n]的前向链路传输时延τFL[n]；
计算NCRHUB[n]的实际到达时间的偏差：
Figure FDA0004109771720000012
其中，NCRmax表示NCR计数器的最大取值；
计算NCRHUB[n]的前向链路传输时延相对于NCRHUB[0]的前向链路传输时延的变化量，得
ΔτFL[n]＝τFL[0]-τFL[n]，
并换算出ΔτFL[n]对应的NCR计数值
Figure FDA0004109771720000021
计算端站本地NCR计数器的修正值，得
Figure FDA0004109771720000022
其中，ΔNCRε表示从解析出正确的NCR信息到执行更新操作之间的处理时延ε对应的NCR计数值；
计算端站本地NCR计数器的更新值，得
Figure FDA0004109771720000023
2.根据权利要求1所述的透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，其特征在于，所述主站侧的NCR时间是主站侧设置的NCR计数器的计数值。
3.根据权利要求1所述的透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，其特征在于，NCRHUB[n]的实际到达时间的偏差是指当端站正确解析出NCRHUB[n]时，本地NCR计数器的值与期望到达时间NCRHUB[n]的值的偏差。
4.一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，应用于处于所述TDMA卫星通信系统中的端站，其特征在于，包括步骤：
端站周期地接收处于同一TDMA卫星通信系统中的主站通过前向链路广播的NCR同步参考数据；其中，所述NCR同步参考数据包括所述主站周期地采集的本地NCR信息、根据所述NCR信息计算的循环冗余校验值、以及根据NCR同步周期和主站侧NCR时间与星历时间的映射关系换算出的主站发送每组NCR同步参考数据的星历时间；
对接收的NCR同步参考数据进行解析，并在解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确时，立刻计算端站本地NCR计数器的更新值，并以此更新值进行端站NCR计数器的更新；
其中，计算端站本地NCR计数器的更新值，包括步骤：
端站解析出第一个正确的NCR信息NCRHUB[0]后，用NCRHUB[0]直接更新本地NCR计数器的值，即
Figure FDA0004109771720000024
然后，估算出NCRHUB[0]的前向链路传输时延τFL[0]；
端站解析出第n(n≥1)个正确的NCR信息NCRHUB[n]后，立刻采集此时的本地NCR计数器值NCRRCST[n]，并估算出NCRHUB[n]的前向链路传输时延τFL[n]；
计算NCRHUB[n]的实际到达时间的偏差：
Figure FDA0004109771720000031
其中，NCRmax表示NCR计数器的最大取值；
计算NCRHUB[n]的前向链路传输时延相对于NCRHUB[0]的前向链路传输时延的变化量，得
ΔτFL[n]＝τFL[0]-τFL[n]，
并换算出ΔτFL[n]对应的NCR计数值
Figure FDA0004109771720000032
计算端站本地NCR计数器的修正值，得
Figure FDA0004109771720000033
其中，ΔNCRε表示从解析出正确的NCR信息到执行更新操作之间的处理时延ε对应的NCR计数值；
计算端站本地NCR计数器的更新值，得
Figure FDA0004109771720000034
5.根据权利要求4所述的透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，其特征在于，所述主站侧的NCR时间是主站侧设置的NCR计数器的计数值。
6.根据权利要求4所述的透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，其特征在于，NCRHUB[n]的实际到达时间的偏差是指当端站正确解析出NCRHUB[n]时，本地NCR计数器的值与期望到达时间NCRHUB[n]的值的偏差。
7.一种透明转发低轨卫星TDMA通信系统的前向链路时间同步方法，其特征在于，包括步骤：
主站周期地采集本地NCR信息，并计算所述NCR信息的循环冗余校验值；
主站根据NCR同步周期和预先建立的主站侧NCR时间与星历时间的映射关系，换算发送每组NCR同步参考数据的星历时间；
主站将所述NCR信息、所述循环冗余校验值、所述星历时间组成一组NCR同步参考数据，通过前向链路广播给处于同一TDMA卫星通信系统中的所有端站；
端站周期地接收并解析所述NCR同步参考数据，并在解析出的NCR信息经过循环冗余校验是正确时，立刻计算端站本地NCR计数器的更新值，并以此更新值进行端站NCR计数器的更新；
其中，计算端站本地NCR计数器的更新值，包括步骤：
端站解析出第一个正确的NCR信息NCRHUB[0]后，用NCRHUB[0]直接更新本地NCR计数器的值，即
Figure FDA0004109771720000041
然后，估算出NCRHUB[0]的前向链路传输时延τFL[0]；
端站解析出第n(n≥1)个正确的NCR信息NCRHUB[n]后，立刻采集此时的本地NCR计数器值NCRRCST[n]，并估算出NCRHUB[n]的前向链路传输时延τFL[n]；
计算NCRHUB[n]的实际到达时间的偏差：
Figure FDA0004109771720000042
其中，NCRmax表示NCR计数器的最大取值；
计算NCRHUB[n]的前向链路传输时延相对于NCRHUB[0]的前向链路传输时延的变化量，得
ΔτFL[n]＝τFL[0]-τFL[n]，
并换算出ΔτFL[n]对应的NCR计数值
Figure FDA0004109771720000043
计算端站本地NCR计数器的修正值，得
Figure FDA0004109771720000051
其中，ΔNCRε表示从解析出正确的NCR信息到执行更新操作之间的处理时延ε对应的NCR计数值；
计算端站本地NCR计数器的更新值，得
Figure FDA0004109771720000052
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