CN114630428A - 基于5g fdd的卫星通信系统中的波束扫描管理方法 - Google Patents

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CN114630428A CN202011469745.4A CN202011469745A CN114630428A CN 114630428 A CN114630428 A CN 114630428A CN 202011469745 A CN202011469745 A CN 202011469745A CN 114630428 A CN114630428 A CN 114630428A
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付晓
金星
吴明
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Abstract

本申请实施例提出一种基于5G FDD的卫星通信系统中的点波束扫描管理方法，包括：上下行波束同时轮询扫描覆盖相同的波位，所述上下行波束轮询扫描覆盖的所有波位配置为一个小区；每个小区同时对应下行波束和上行波束各一个，均传输控制信令和业务数据，上行波束时间滞后于下行波束；所述下行波束在不同波位上发送不同的SSB，在同一个波位上发送相同的SSB。本申请可以满足星地之间远距离高时延传输的需求，在采用模拟和数字混合波束赋形的卫星系统下可大幅提高波束的资源利用率，还可以大幅降低5G卫星通信系统的信道开销和接入时延。

Description

基于5G FDD的卫星通信系统中的波束扫描管理方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种一种基于5G FDD的卫星通信系统中的波束扫描管理方法。
背景技术
传统卫星通信采用固定点波束的方式进行地面覆盖，这种方法实现较简单，但由于地面业务的不均衡性，这种固定点波束覆盖的方式不可避免的导致空频资源的浪费。如何将传统地面无线通信技术应用到卫星通信领域，从而实现天、空、地、海一体化通信，已经成为当前无线通信的热点技术。
越来越多的行业组织提出将5G的多波束技术应用于卫星网络，通过波束赋形技术形成更窄波束，窄波束具有赋形增益高，同时可以根据地面业务负载分布情况灵活调整波束驻留时长的优点。灵活多波束带来好处的同时，也引入一些问题，地面终端怎样快速可靠地接入星上基站就是其中之一。
发明内容
针对上述问题，本申请实施例提出一种基于5G FDD的卫星通信系统中的点波束扫描管理方法，包括：上下行波束轮询扫描覆盖相同的波位，所述上下行波束轮询扫描覆盖的所有波位配置为一个小区；每个小区同时对应下行波束和上行波束各一个，均传输控制信令和业务数据，上行波束时间滞后于下行波束；所述下行波束在不同波位上发送不同的SSB，在同一个波位上发送相同的SSB。
进一步的，还包括：所述SSB在一个无线帧内重复发送，承载在多个不同时隙中的固定相同位置，和/或不同频域子载波上。
进一步的，还包括：所述无线帧长为10ms，由10个1ms子帧组成，子载波间隔为120kHz，每个1ms子帧由8个0.125ms的时隙，每个0.125ms时隙包含14个符号。
进一步的，还包括：子载波间隔为120kHz时，64个SSB对应于波束轮询覆盖扫描的64个波位，所述波束在每个波位上驻留时间为4ms～5ms。
更进一步的，所述SSB信息在一个无线帧内重复发送具体为：在一个无线帧的前半帧重复发送，承载在至少2个0.125ms时隙中的固定相同位置，和/或承载在不同的120kHz子载波上。
进一步的，还包括：所述无线帧长为10ms，由10个1ms子帧组成，子载波间隔为30kHz，所述1ms子帧由2个0.5ms的时隙构成。
进一步的，还包括：基站层3通过参数ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSB配置N个SSB关联一个PRACH occasion，和每个SSB在每个有效PRACHoccasion上基于竞争的前导码数。
进一步的，还包括：终端在波束扫描到的波位下进行SSB同步和SIB解析，获取其中配置的PRACH与该波位下SSB的SFN帧号偏移值、PRACH频域位置及可用PRACH信道信息；在该SSB波位对应的上行波束所在的时频位置上发送随机接入前导码消息，启动随机接入过程。
更进一步的，所述PRACH：与该波位下SSB的SFN帧号偏移值满足星上基站与地面终端间远距离传输需求搜索，和/或，连续或离散分布在一个无线帧内的任何一个或多个时隙上，由基站系统根据SSB的配置参数、终端上行同步的能力要求进行配置。
进一步的，波位号与SSB的编号一一绑定，星上基站根据终端发送的随机接入前导码的索引，间接确定所述终端所在波位。
本申请的实施例提出的点波束扫描管理方法可以满足星地之间远距离高时延传输的需求，在采用模拟和数字混合波束赋形的卫星系统下可大幅提高波束的资源利用率，还可以大幅降低5G卫星通信系统的信道开销和接入时延。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中灵活点波束覆盖示意图；
图2为本申请实施例中的无线帧、子帧和时隙配置示意图；
图3为本申请实施例中点波束中SSB和PRACH在时域的分布示意图；
图4为本申请实施例中点波束中随机接入流程消息和所用时间统计示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。
本申请的一个实施例提出一种基于5G FDD的卫星通信系统中的点波束扫描管理方法，包括：上下行波束轮询扫描覆盖相同的波位，所述上下行波束轮询扫描覆盖的所有波位配置为一个小区；每个小区同时对应下行波束和上行波束各一个，均传输控制信令和业务数据，上行波束时间滞后于下行波束；所述下行波束在不同波位上发送不同的SSB，在同一个波位上发送相同的SSB。灵活点波束覆盖示意图请参见图1
在一个可选实施例中，还包括：所述SSB在一个无线帧内重复发送，承载在多个不同时隙中的固定相同位置，和/或多个不同频域子载波上。
在一个可选实施例中，还包括：所述无线帧长为10ms，由10个1ms子帧组成，子载波间隔为120kHz，每个1ms子帧由8个0.125ms的时隙，每个0.125ms时隙划为14个符号。
在一个可选实施例中，还包括：子载波间隔为120kHz时，64个SSB对应于波束轮询覆盖扫描的64个波位，所述波束在每个波位上驻留时间为4ms～5ms。
在一个可选实施例中，所述SSB信息在一个无线帧内重复发送具体为：在一个无线帧的前半帧重复发送，承载在至少2个0.125ms时隙中的固定相同位置，和/或承载在不同的120kHz子载波上。
在一个可选实施例中，还包括：所述无线帧长为10ms，由10个1ms子帧组成，子载波间隔为30kHz，所述1ms子帧由2个0.5ms的时隙构成。
在一个可选实施例中，还包括：基站层3通过参数ssb-perRACH-OccasionAndCB–PreamblesPerSSB配置N个SSB关联一个PRACH occasion，和每个SSB在每个有效PRACHoccasion上基于竞争的前导码数。
在一个可选实施例中，还包括：终端在波束扫描到的波位下进行SSB同步和SIB解析，获取其中配置的PRACH与该波位下SSB的SFN帧号偏移值、PRACH频域位置及可用PRACH信道信息；在该SSB波位对应的上行波束所在的时频位置上发送随机接入前导码消息，启动随机接入过程。
在一个可选实施例中，所述PRACH：与该波位下SSB的SFN帧号偏移值满足星上基站与地面终端间远距离传输需求搜索，和/或，连续或离散分布在一个无线帧内的任何一个或多个时隙上，由基站系统根据SSB的配置参数、终端上行同步的能力要求进行配置。
在一个可选实施例中，波位号与SSB的编号一一绑定，星上基站根据终端发送的随机接入前导码的索引，间接确定所述终端所在波位。
以上实施例中的无线帧、子帧和时隙配置示意图请参见图2；点波束中SSB和PRACH在时域的分布示意图请参见图3。
本申请的实施例提出的点波束扫描管理方法可以满足星地之间远距离高时延传输的需求，在采用模拟和数字混合波束赋型的卫星系统下可大幅提高波束的资源利用率，还可以大幅降低5G卫星通信系统的信道开销和接入时延。
实施例
本实施例中，点波束不再不区分控制波束和业务波束，每一个波束都可用于下行同步、随机接入、关键系统信息广播、寻呼、切换和数据业务等。每个波束配置为一个独立的小区，各个点波束的工作频段、波束指向随时间变化的关系相互独立、互不影响，点波束宽度、增益、扫描范围相同。每一个小区同时对应下行、上行波束各一个；考虑到终端到星上基站的双向时延上行波束滞后下行波束时间≥20ms，上下行波束对同一波位进行覆盖扫描。下行波束在不同波位上发送不同的SSB，在同一个波位上发送相同的SSB。
系统无线帧为10ms，由10个1ms子帧组成，子载波间隔为120kHz，每个1ms子帧由8个0.125ms的时隙，每个0.125ms时隙划为14个符号；请参考图2。
对于子载波间隔为120KHz的SSB Index最大数目为64，本实施例根据SSB Index的数目，规划每个波束覆盖64个波位，在每个波位上驻留的时长为4～5ms，波位号与SSBIndex一一对应。考虑到终端接收SSB的准确性，一个波位下对SSB在一个无线帧内的前半帧内进行重复传输，承载在两个不同的0.125ms时隙中的固定相同位置，请参考图3。
基站层3通过参数ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSB配置层1参数N(L1参数：SSB-per-rach-occasion)个SSB关联一个PRACH occasion(频域)，和每个SSB在每个有效PRACH occasion上基于竞争的preamble数。在本实施例中，配置一个SSB Index关联8个PRACH occasion，即在同一个波位下，基于竞争方式的随机接入，同时接入8个终端用户。波位对应的SSB信道的中心频点和带宽可配置，最小信道带宽不低于30MHz；PRACH信道的中心频点和带宽在对应SSB信道中进行配置，最小信道带宽不低于30MHz。
基于上述设计，基于所述点波束SSB和PRACH的随机接入过程包括：搜索一定时长t1，接收该波位下的SSB(为了下行同步的准确性，SSB有重复传输)；在解析SSB基础上完成同步和MIB、SIB1解析，获取其中配置的PRACH上行波束与该SSB下行波束的SFN帧号偏移值、PRACH频域位置及可用PRACH信道信息；在与该SSB下行波束对应的PRACH上行波束所在的时频位置上发送随机接入消息Msg1；在所述SSB下行波束上接收竞争解决消息；其中，所述PRACH波束与该SSB波束的SFN帧号偏移值满足星上基站与地面终端间远距离传输需求。因为波位号与SSB的编号一一绑定，所以星上基站根据终端发送的随机接入前导码的索引，可以间接确定所述终端所在波位，从而进行更有效的波束赋形。
上述随机接入过程消息和所用时间请参考图4。根据SSB的序列号与波位号一一对应(子载波间隔为120KHz时，SSB Index为64，对应64个波位号)，点波束在每个波位上驻留时间为5ms，点波束轮询64个波位的周期为T为320ms。上行波束滞后于下行波束20ms间隔，已经把上行信令的空口时延考虑进来，UE根据本地与卫星的距离估算空中传输时延，提前发送上行消息，那么在随机接入中，主要统计下行时延(T2+T4，当卫星距离地面1200Km时，星地时延空口为4ms，那么T2+T4等于8ms)；根据图4所示随机接入的消息流程，随机接入完毕所需总的时间为3*T+T2+T4等于968ms。
本实施例不区分控制波束和业务波束，在一个波束上同时进行信令和业务，支持灵活配置、频域解耦，满足星地之间远距离传输的需求；在采用模拟和数字混合波束赋形的系统下可大幅提高业务波束的资源利用率；还可以大幅降低卫星通信的控制信道开销和接入时延。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于5G FDD的卫星通信系统中的点波束扫描管理方法，其特征在于，包括：
上下行波束轮询扫描覆盖相同的波位，所述上下行波束轮询扫描覆盖的所有波位配置为一个小区；
每个小区同时对应下行波束和上行波束各一个，均传输控制信令和业务数据，上行波束时间滞后于下行波束；
所述下行波束在不同波位上发送不同的SSB，在同一个波位上发送相同的SSB。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述SSB在一个无线帧内重复发送，承载在多个不同时隙中的固定相同位置，和/或多个频域子载波上。
3.根据权利要1或2所述的方法，其特征在于，还包括：所述无线帧长为10ms，由10个1ms子帧组成，子载波间隔为120kHz，每个1ms子帧由8个0.125ms的时隙，每个0.125ms时隙包含14个符号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：子载波间隔为120kHz时，64个SSB对应于波束轮询覆盖扫描的64个波位，所述波束在每个波位上驻留时间为4ms～5ms。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述SSB信息在一个无线帧内重复发送具体为：在一个无线帧的前半帧重复发送，承载在至少2个0.125ms时隙中的固定相同位置，和/或承载在不同的120kHz子载波上。
6.根据权利要1或2所述的方法，其特征在于，还包括：所述无线帧长为10ms，由10个1ms子帧组成，子载波间隔为30kHz，所述1ms子帧由2个0.5ms的时隙构成。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
基站层3通过参数ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSB配置N个SSB关联一个PRACH occasion，和每个SSB在每个有效PRACH occasion上基于竞争的前导码数。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：
终端在波束扫描到的波位下进行SSB同步和SIB解析，获取其中配置的PRACH与该波位下SSB的SFN帧号偏移值、PRACH频域位置及可用PRACH信道信息；
在该SSB波位对应的上行波束所在的时频位置上发送随机接入前导码消息，启动随机接入过程。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述PRACH：
与该波位下SSB的SFN帧号偏移值满足星上基站与地面终端间远距离传输需求搜索，和/或，
连续或离散分布在一个无线帧内的任何一个或多个时隙上，由基站系统根据SSB的配置参数、终端上行同步的能力要求进行配置。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，波位号与SSB的编号一一绑定，星上基站根据终端发送的随机接入前导码的索引，间接确定所述终端所在波位。
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CN116886169A (zh) * 2023-08-10 2023-10-13 四川创智联恒科技有限公司 一种卫星终端判断波位的方法及系统

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