CN113747472A - 一种大面积覆盖下的随机接入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大面积覆盖下的随机接入方法，它涉及卫星移动通信领域中随机接入信号的发送处理及基站侧接收检测。方法包括：将长时延卫星通信系统中的小区按传输时延差大小分为多个区域块；随机接入时终端发送的随机接入前导序列仍采用地面移动通信系统中的序列结构；接收端设置多个检测窗口完成对接入终端的识别和定时提前量的估计。本发明针对卫星通信系统，解决了长时延等特点造成的随机接入用户检测错误及用户传输时延估计错误的问题。

Description

一种大面积覆盖下的随机接入方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种大面积覆盖下的随机接入方法。
背景技术
随机接入是地面移动通信系统中用户终端与基站无线网络建立连接的初始步骤，也是切换与上行同步的关键步骤。地面移动通信系统中，随机接入前导信号采用具有优良恒模零自相关特性的ZC序列，随机接入前导格式如图1所示。基站通过对前导序列的检测完成对发起随机接入请求用户的识别和定时提前量的估计。
地面移动通信系统中随机接入检测利用往返传输时延小于CP长度的特点，通过在基站侧检测接收信号功率时延谱峰值出现的位置可估计出用户的定时提前值。
与地面移动通信系统相比，如图2所示的卫星移动通信系统具有长时延等特点。由于卫星波束覆盖半径较大，同一小区内的用户终端之间具有较大传输时延差，如在卫星轨道高度为1100km、波束覆盖半径为570km的系统中，小区内用户终端之间存在的最大传输时延差可能达到7ms左右，远远大于接入序列CP的长度，若继续采用地面移动通信系统中的随机接入检测方法将可能检测不到接收信号功率时延谱的峰值，导致接入失败。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对卫星通信系统，在不改变原地面移动通信系统随机接入序列结构的前提下，提供一种大面积覆盖下的随机接入方法，通过随机接入过程中移动终端对发送信号的处理及卫星基站的检测处理，克服卫星通信中长时延等特点造成的随机接入用户检测错误及用户传输时延估计错误的问题，从而提高系统的接入率。
为解决上述问题，本发明提供了一种大面积覆盖下的随机接入方法，包括步骤：
(1)在长时延卫星通信系统中将小区按传输时延差大小分为多个区域块；
(2)终端采用地面移动通信系统中的序列结构发送随机接入前导序列，在PRACH上将随机接入前导序列发射至基站；
(3)基站用一个接收机和每个持续时间不小于随机接入前导序列中SEQ长度的多个检测窗口，测得往返时延差，并确定当前检测到的接入终端；
(4)基站在PDCCH/PDSCH上向终端发送随机接入响应，所述随机接入响应包括上行资源分配、定时提前信息以及终端所在区域块信息，定时提前信息根据往返时延差确定；
(5)终端根据随机接入响应中的定时提前信息获得上行同步，并在基站为其分配的PUSCH上发送上行链路调度信息，该上行链路调度信息包含用户标识、终端所在区域块信息和竞争请求信息；
(6)基站接收上行链路调度信息后在PDSCH上向终端发送连接建立消息，该信息携带成功解调的上行链路调度信息的拷贝；
(7)终端将基站发送的上行链路调度信息与自身发送的上行链路调度信息进行比较，两者相同则成功建立连接。
进一步的，步骤(2)中终端在PRACH上将随机接入前导序列发射至基站的最小发送周期确定方式为：
根据传播环境确定一个小区内的最大传输时延差，根据最大传输时延差确定PRACH时隙长度，即随机接入前导序列的最小发送周期。
进一步的，步骤(3)中确定当前检测到的接入终端，具体实现方式为：
根据相关检测峰值位于的检测区域和对应的根序列号确定当前接入的终端。
进一步的，步骤(3)中测得往返时延差的具体方式为：
根据相关检测峰值位于第几个检测窗口及在检测窗口中的位置，并结合星历和定位信息测得往返时延差；当接收到的随机接入前导序列横跨两个检测窗口时，如果在相邻的两个检测窗口中各检测到一个对应同一个根序列且超过检测门限的相关峰值，则使用小序号检测窗口中的峰值位置进行往返时延差的估计。
进一步的，步骤(3)中确定当前检测到的接入终端，具体实现方式为：
相同区域块中的终端通过随机接入前导序列根序列号进行区分，不同区域块中的终端通过检测区域的位置进行区分。
本发明的有益效果是：
1、本发明用户终端进行随机接入时仍采用地面移动通信系统中的随机接入前导序列结构，具有良好兼容性。
2、本发明基站侧通过设置多个检测窗可以解决卫星通信系统传输时延大导致的随机接入检测错误的问题。
3、本发明除了传统的通过序列区分用户，还增加了空间域维度对用户进行区分，增加了随机接入的灵活度，同时降低多个终端发起接入时的碰撞概率。
附图说明
图1是随机接入前导序列结构示意图；
图2是卫星移动通信小区蜂窝覆盖示意图；
图3是卫星移动通信系统小区传输时延示意图；
图4是本发明的小区内区域块划分示意图；
图5是本发明随机接入信号检测示意图；
图6是本发明随机接入流程示意图；
图7是本发明随机接入前导序列的实例图。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施例对本发明的技术方案进行描述。
图3为卫星移动通信系统中一个小区内不同终端的传输时延示意图，将往返传输时延差定义为终端传输时延与本小区内最小传输时延的差值的2倍。
接入流程如图6所示，本发明具体步骤如下：
(1)在长时延卫星通信系统中将小区按传输时延差大小分为多个区域块；例如在图2所示的卫星通信系统中，卫星轨道高度1100km，小区半径570km，小区内最大往返时延差为7.2ms，可以按时延差值4ms将小区划分为2个区域块。区域块划分如图4所示。假设每个区域块内共5个检测窗口，每个检测窗口长0.8ms。当某用户时延差为5.7ms时，可以在区域2的第3个检测窗口中检测到相关峰，且相关峰位置相对于该检测窗口具有0.1ms偏移，因此可确定该用户的往返时延差为4+(3-1)×0.8+0.1＝5.7ms。
(2)随机接入时终端发送的随机接入前导序列仍采用地面移动通信系统中的序列结构，如LTE或5G标准中的Format 0格式随机接入序列，如图7所示，包括循环前缀CP、序列SEQ和保护间隔GT三部分，持续时间分别为103.13μs、800μs和96.87μs。由于最大往返时延差为7.2ms，同时考虑到小区最大时延扩展，可将PRACH时隙长度设置为10ms。
终端在PRACH上将随机接入前导序列发射至基站的最小发送周期确定方式为：根据传播环境确定一个小区内的最大传输时延差，根据最大传输时延差确定PRACH时隙长度，即随机接入前导序列的最小发送周期。
(3)接收端用一个接收机和每个持续时间不小于随机接入序列中SEQ长度的多个检测窗口，测得往返时延差，并确定当前接入的终端。往返时延差的计算已在步骤1)中给出示例。接入终端的识别首先可根据检测窗口的位置进行区分，例如相关峰落在检测窗口5～10，则可初步确定为区域2的终端。由于同一区域块内的终端终端通过ZC根序列进行区分，所以根据检测算法的正交性可以唯一确定接入的终端。检测区域和根序列号共同决定接入终端。相同检测区域内的用户根序列号不同，根序列号相同的用户位于不同检测区域内。随机接入信号检测示意图如图5所示。
(4)基站在PDCCH/PDSCH上向终端发送随机接入响应，所述随机接入响应包括上行资源分配、定时提前信息以及终端所在区域块信息，定时提前信息根据往返时延差确定；
(5)终端根据随机接入响应中的定时提前信息获得上行同步，并在基站为其分配的PUSCH上发送上行链路调度信息，该上行链路调度信息包含用户标识、终端所在区域块信息和竞争请求信息；
(6)基站接收上行链路调度信息后在PDSCH上向终端发送连接建立消息，该信息携带成功解调的上行链路调度信息的拷贝；
(7)终端将基站发送的上行链路调度信息与自身发送的上行链路调度信息进行比较，两者相同则成功建立连接。
完成本发明大面积覆盖下的随机接入。

Claims (5)

1.一种大面积覆盖下的随机接入方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在长时延卫星通信系统中将小区按传输时延差大小分为多个区域块；
(2)终端采用地面移动通信系统中的序列结构发送随机接入前导序列，在PRACH上将随机接入前导序列发射至基站；
(3)基站用一个接收机和每个持续时间不小于随机接入前导序列中SEQ长度的多个检测窗口，测得往返时延差，并确定当前检测到的接入终端；
(4)基站在PDCCH/PDSCH上向终端发送随机接入响应，所述随机接入响应包括上行资源分配、定时提前信息以及终端所在区域块信息；其中，定时提前信息根据往返时延差确定；
(5)终端根据随机接入响应中的定时提前信息获得上行同步，并在基站为其分配的PUSCH上发送上行链路调度信息，该上行链路调度信息包含用户标识、终端所在区域块信息和竞争请求信息；
(6)基站接收上行链路调度信息后在PDSCH上向终端发送连接建立消息，该信息携带成功解调的上行链路调度信息的拷贝；
(7)终端将基站发送的上行链路调度信息与自身发送的上行链路调度信息进行比较，两者相同则成功建立连接。
2.根据权利要求1所述的大面积覆盖下的随机接入方法，其特征在于，步骤(2)中终端在PRACH上将随机接入前导序列发射至基站的最小发送周期确定方式为：
根据传播环境确定一个小区内的最大传输时延差，根据最大传输时延差确定PRACH时隙长度，即随机接入前导序列的最小发送周期。
3.根据权利要求1所述的大面积覆盖下的随机接入方法，其特征在于，步骤(3)中确定当前检测到的接入终端，具体实现方式为：
根据相关检测峰值位于的检测区域和对应的根序列号确定当前接入的终端。
4.根据权利要求1所述的大面积覆盖下的随机接入方法，其特征在于，步骤(3)中测得往返时延差的具体方式为：
根据相关检测峰值位于第几个检测窗口及在检测窗口中的位置，并结合星历和定位信息测得往返时延差；当接收到的随机接入前导序列横跨两个检测窗口时，如果在相邻的两个检测窗口中各检测到一个对应同一个根序列且超过检测门限的相关峰值，则使用小序号检测窗口中的峰值位置进行往返时延差的估计。
5.根据权利要求3所述的大面积覆盖下的随机接入方法，其特征在于，步骤(3)中确定当前检测到的接入终端，具体实现方式为：
相同区域块中的终端通过随机接入前导序列根序列号进行区分，不同区域块中的终端通过检测区域的位置进行区分。
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