CN115119299A - 一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置 - Google Patents

一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN115119299A
CN115119299A CN202211037024.5A CN202211037024A CN115119299A CN 115119299 A CN115119299 A CN 115119299A CN 202211037024 A CN202211037024 A CN 202211037024A CN 115119299 A CN115119299 A CN 115119299A
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
signal
gateway station
satellite
gfr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202211037024.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115119299B (zh
Inventor
肖跃
王永兵
朱礼勇
刘凡
王鑫
柳敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cec Defense Technology Co ltd
Original Assignee
Cec Defense Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cec Defense Technology Co ltd filed Critical Cec Defense Technology Co ltd
Priority to CN202211037024.5A priority Critical patent/CN115119299B/zh
Publication of CN115119299A publication Critical patent/CN115119299A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115119299B publication Critical patent/CN115119299B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/0035—Synchronisation arrangements detecting errors in frequency or phase
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
    • H04B7/18539—Arrangements for managing radio, resources, i.e. for establishing or releasing a connection
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W56/00—Synchronisation arrangements
    • H04W56/0055—Synchronisation arrangements determining timing error of reception due to propagation delay
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置，该方法为：A信关站自发自收两个同步信号，确定A信关站发送和接收信号的帧边界；B信关站先接收A发送的GFR信号，通过自发自收GFR信号得到星地传输时延，调整B信关站发送信号帧边界，完成多信关站之间的定时同步；A、B信关站分别自发自收两个同步信号，补偿频率偏差，实现多信关站之间的频率同步。同步装置包括系统同步单元和时钟频率分发单元，通过星地环路完成星地一体化时频同步，产生精确的定时同步信号和频率信号，并通过时钟频率分发单元为信关站接入网设备提供定时和频率参考。本发明不依赖其他授时系统，具有同步时间短、同步精度高、设备容易实现的特点。

Description

一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置。
背景技术
卫星移动通信系统组成如图1所示。系统包括通信卫星、运控分系统、应用分系统三部分。通信卫星由平台和有效载荷两部分组成，卫星用户天线采用多波束天线技术，形成上百个固定点波束。运控分系统是系统管理控制中心，完成对卫星监视、转发器控制和应用系统的管理，业务测控站完成对卫星的遥测遥控、载波监视等功能。应用系统由分布在卫星覆盖范围内的各类终端、多个信关站等组成。
将卫星移动通信系统中的卫星和多个信关站构成“一张网”，实现通信业务在卫星覆盖范围内自动漫游，增加系统用户容量，提升系统恶劣环境下的通信能力。在联合组网条件下，多个信关站间可以实现业务动态分担或能力备份，提升系统整体使用效能，多信关站间的时间和频率同步是多站联合组网的前提条件。
卫星通信系统地面段包含同时工作的多个信关站，馈电波束可以同时覆盖系统部署的多个信关站，要求多个信关站的发送信号在卫星载荷馈电接收天线处帧对齐，同时保证不同信关站通过卫星转发器发送的频率为标称频率。
针对单星下多信关站同步，现有技术主要有两种方法：一种方法是卫星向地面多个信关站发送同步信号，各个信关站基于接收的帧定时向卫星发送帧同步信号，计算信关站发送帧边界提前量；另外一种方法是地面多个信关站定时和频率均同步到卫星导航系统（例如北斗卫星导航系统）的时间和频率上。采用卫星发送信号的方法增加卫星载荷的设计复杂度，增加了卫星负载，实现成本较大；采用卫星导航系统授时同步的方法，使得卫星移动通信系统不具有独立性，系统顽存性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同步时间短、同步精度高、设备容易实现且成本低的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，每个信关站都配有系统同步单元SSU，每个SSU都配有一个铷钟源，利用卫星透明转发器，A信关站先自发自收PSS信号和GFR信号，确定A信关站发送和接收信号的定时帧边界；B信关站首先接收A信关站发送的GFR信号，B信关站然后通过自发自收GFR信号测算B信关站与卫星之间的链路延迟，调整B信关站发送信号的帧边界，完成B信关站与A信关站的定时同步；A信关站和B信关站分别通过自发自收PSS信号、GFR信号，计算PSS信号、GFR信号相对于标称频率的频差，并补偿频率偏差，实现同一个卫星下多个信关站之间的频率同步；其中GFR表示信关站帧参考信号，PSS表示负载同步信号。
一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步装置，包括系统同步单元和时钟频率分发单元，系统同步单元通过星地环路完成星地一体化时频同步，产生定时同步信号和频率信号，并通过时钟频率分发单元为信关站接入网多路设备提供定时和频率参考；
系统同步单元SSU通过星地环路自发自收两条无线链路同步信号PSS和GFR，通过闭环解调两条环路信号，完成频偏、定时信号的校正，输出发送信号帧边界TXSOF、接收信号帧边界RXSOF、发送链路帧号TxFN、接收链路帧号RxFN、归一化的卫星载荷频率漂移
Figure 415498DEST_PATH_IMAGE001
、归一化的多普勒频率偏移率
Figure 419227DEST_PATH_IMAGE002
；
时钟频率分发单元将SSU产生的收发定时脉冲和帧号通过多级分发设备分发至通信子系统各设备中，为整个系统提供统一基准，向线性接口切换单元LISU、信关站收发台GTS设备提供参考源，使信关站设备实现同步。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）利用卫星透明转发器，信关站自发自收同步信号完成星地同步和多信关站同步，不需要卫星向多个信关站主动发送同步信号，系统容易实现，同时降低了卫星载荷的设计复杂度，减小了卫星负载；（2）不依赖于卫星导航授时系统，同步于本地时钟源的1pps上，系统具有独立性、健壮性和顽存性；（3）采用窄带低速信号进行系统同步，同步时间短，设备容易实现，同步精度高；（4）采用馈电链路进行定时和频率校正，只使用馈电波束，不受卫星用户链路波束覆盖区域的限制。
附图说明
图1是卫星移动通信系统的组成图。
图2是多信关站时间频率同步示意图。
图3是多信关站时间同步时序图。
图4是多信关站时间频率同步流程图。
图5是系统时频同步设备组成框架示意图。
图6是系统同步单元SSU设备组成示意图。
具体实施方式
本发明一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，每个信关站都配有系统同步单元SSU，每个SSU都配有一个铷钟源，利用卫星透明转发器，A信关站先自发自收PSS信号和GFR信号，确定A信关站发送和接收信号的定时帧边界；B信关站首先接收A信关站发送的GFR信号，B信关站然后通过自发自收GFR信号测算B信关站与卫星之间的链路延迟，调整B信关站发送信号的帧边界，完成B信关站与A信关站的定时同步；A信关站和B信关站分别通过自发自收PSS信号、GFR信号，计算PSS信号、GFR信号相对于标称频率的频差，并补偿频率偏差，实现同一个卫星下多个信关站之间的频率同步；其中GFR（Gateway FrameReference）表示信关站帧参考信号，PSS（Payload Synchronization Signal）表示负载同步信号。
作为一种具体示例，所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，具体步骤如下：
步骤1，A信关站SSU选取频率
Figure 594993DEST_PATH_IMAGE003
发送PSS信号，A信关站SSU接收经卫星透明转发器转发下来的PSS信号；
步骤2，A信关站SSU将接收PSS信号的帧边界，作为A信关站发送信号的帧边界，A信关站SSU输出发送帧边界TXSOF_A，并输出发送帧号TxFN，并将此边界TXSOF_A作为GFR信号的发送帧边界，A信关站SSU选取频率
Figure 582541DEST_PATH_IMAGE004
发送GFR信号；
步骤3，A信关站SSU接收经卫星透明转发器转发下来的GFR信号，将接收到的GFR信号帧边界作为A信关站接收帧边界，A信关站SSU输出接收帧边界RXSOF_A，并输出接收帧号RxFN；
步骤4，B信关站接收A信关站发出经卫星转发下来的GFR信号，以此GFR信号的帧边界作为B信关站自身发送信号的帧边界，选取频率
Figure 883814DEST_PATH_IMAGE005
发送GFR信号；
步骤5，B信关站接收自己发送经卫星透明转发器转发下来的GFR信号，B信关站SSU解调GFR信号，计算B信关站与卫星之间的时延n；
步骤6，B信关站将步骤4中所述的B信关站自身发送信号帧边界提前n时刻，按照原来频率
Figure 273207DEST_PATH_IMAGE005
发送GFR信号，B信关站SSU输出发送帧边界TXSOF_B，并输出发送帧号TxFN，并选取频率
Figure 885454DEST_PATH_IMAGE006
发送PSS信号；
步骤7，B信关站SSU接收发送帧边界调整之后的GFR信号，将接收到的GFR信号帧边界作为接收帧边界，B信关站SSU输出接收帧边界RXSOF_B，并输出接收帧号RxFN；
步骤8，为实现卫星发送频率与系统标称频率一致，A信关站SSU设备分别计算接收信号PSS、GFR相对于标称频率的频差
Figure 297981DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 388296DEST_PATH_IMAGE008
；
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和为A信关站SSU设备利用校准环路信号PSS、GFR解调器检测出的频差，表示实际接收频率与标称接收频率之间的偏差；
步骤9，计算相对于A信关站的归一化多普勒频率偏移，并计算相对于A信关站的归一化卫星载荷频率漂移；
步骤10，校正A信关站的发送频率；
步骤11，按照步骤8和步骤9的方式，计算卫星相对于B信关站的归一化的卫星载荷频率漂移和归一化的多普勒频率偏移，校正B信关站的发送频率。
作为一种具体示例，所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法中，步骤9具体如下：
计算相对于A信关站的归一化多普勒频率偏移：
Figure 694513DEST_PATH_IMAGE010
计算相对于A信关站的归一化卫星载荷频率漂移：
Figure 477661DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 439801DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 71158DEST_PATH_IMAGE013
为A信关站已知PSS环路信号收发标称频率；
Figure 372826DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 61297DEST_PATH_IMAGE015
为A信关站已知GFR环路信号收发标称频率；
Figure 245153DEST_PATH_IMAGE016
表示卫星透明转发器的频差，
Figure 942851DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 161343DEST_PATH_IMAGE018
为A信关站归一化的卫星载荷频率漂移；
Figure 20714DEST_PATH_IMAGE019
为A信关站归一化的多普勒频率偏移；
Figure 895129DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 865359DEST_PATH_IMAGE021
表示GFR信号标称发送频率与PSS信号标称发送频率的间隔频率，对于卫星透明转发器，两个环路信号标称发送频率差与标称接收频率差一样。
作为一种具体示例，所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法中，步骤10中校正A信关站的发送频率为：
Figure 206866DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 237139DEST_PATH_IMAGE023
表示A信关站接收信号的标称频率、
Figure 395588DEST_PATH_IMAGE024
表示校正之后A信关站实际要发送信号的频率。
作为一种具体示例，所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，步骤11中计算卫星相对于信关站B的归一化的卫星载荷频率漂移和归一化的多普勒频率偏移，具体如下：
Figure 169509DEST_PATH_IMAGE025
Figure 565855DEST_PATH_IMAGE026
校正B信关站发送信号的频率为：
Figure 767030DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 147195DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 724807DEST_PATH_IMAGE029
为B信关站已知PSS环路信号收发标称频率；
Figure 775327DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 412982DEST_PATH_IMAGE031
为B信关站已知GFR环路信号收发标称频率；
Figure 280444DEST_PATH_IMAGE032
表示卫星透明转发器的频差，
Figure 396168DEST_PATH_IMAGE033
；
Figure 501527DEST_PATH_IMAGE034
为B信关站归一化的卫星载荷频率漂移；
Figure 44504DEST_PATH_IMAGE035
为B信关站归一化的多普勒频率偏移。
Figure 930420DEST_PATH_IMAGE036
表示B信关站接收信号的标称频率；
Figure 584255DEST_PATH_IMAGE037
表示校正之后B信关站实际要发送信号的频率。
作为一种具体示例，所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，信号PSS和信号GFR采用相同的帧格式，两个信号通过使用不同的独特字和频率进行区分，其中PSS信号的发送频率为6.725GHz，GFR信号的发送频率为6.755GHz，符号速率为9.6ksps，采用BPSK调制方式，信号帧长为60ms，成形系数为1。
作为一种具体示例，所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，信号PSS和信号GFR均采用独特字加半帧号HFN比特的帧结构，由两段组成，每段独特字长度为256bit，每段数据长度为32bit，数据bit用来承载信关站当前的帧号。
作为一种具体示例，所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，每个SSU都配有一个频率准确度优于1E-12，频率稳定度优于1E-11/s的铷钟源。
本发明一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步装置，包括系统同步单元和时钟频率分发单元，系统同步单元通过星地环路完成星地一体化时频同步，产生定时同步信号和稳定的频率信号，并通过时钟频率分发单元为信关站接入网多路设备提供定时和频率参考；
系统同步单元SSU通过星地环路自发自收两条无线链路同步信号PSS和GFR，通过闭环解调两条环路信号，完成频偏、定时信号的校正，输出发送信号帧边界TXSOF、接收信号帧边界RXSOF、发送链路帧号TxFN、接收链路帧号RxFN、归一化的卫星载荷频率漂移
Figure 340859DEST_PATH_IMAGE038
、归一化的多普勒频率偏移率
Figure 45948DEST_PATH_IMAGE039
；
时钟频率分发单元将SSU产生的收发定时脉冲和帧号通过多级分发设备分发至通信子系统各设备中，为整个系统提供统一基准，向线性接口切换单元LISU、信关站收发台GTS设备提供参考源，使信关站设备实现同步。
作为一种具体示例，系统同步单元SSU包括调制解调板、接口板、CPU板、电源板、时钟板，其中：
调制解调板有2个发送通道，3个接收通道，完成PSS和GFR数字基带信号处理；
电源板提供交流220V到直流12V、5V电压转换；
时钟板完成10M源时钟信号本地晶振和外部输入源的自动切换，给其他模块提供10M时钟源；
CPU板完成硬件控制和管理、组播信号生成；
接口板包括两个帧号、帧边界输出接口，接口为RS422；还包括两个千兆以太网接口，1个发组播信号，1个接OSS；1路主备同步接口用于主、被设备信号交互，接口为RS422；1路RS232调试口。
以下结合附图对本发明实施例进行详细说明，以下所说明的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明在卫星不发送同步信号，并且不依赖卫星导航系统的情况下，通过星地环路自发自收两条无线链路信号，完成星地一体化时频同步。B信关站先接收A信关站发送的GFR信号，来测算B信关站与卫星之间的链路延迟，调整其上行的发送信号的帧边界，完成与A信关站的定时同步；然后分别计算接收信号PSS（Payload Synchronization Signal）、GFR（Gateway Frame Reference）相对于标称频率的频差，补偿频率偏移，实现多个信关站之间的时间和频率同步。通过系统同步单元产生精确的定时同步信号和稳定的频率信号，并通过时钟频率分发单元为信关站接入网多路设备提供定时和频率参考。
PSS和GFR信号是以60ms为帧长的调制信号，信号帧中包含系统帧号，帧号以超高帧（313344）循环，系统帧号为0~313343。整个信关站内部所有子系统的时钟和帧边界定时都是从SSU分发出去的。每个信关站都配有一个SSU，每个SSU都配有一个精度足够高的铷时钟。SSU维护卫星载荷频率漂移和多普勒频移偏移。SSU维护绝对的超高帧号。
结合图2、图3、图4，本实施例一种卫星移动通信系统多信关站间的时间频率同步方法，包括以下步骤：
步骤1，A信关站SSU选取频率
Figure 888002DEST_PATH_IMAGE040
发送A_TX_PSS信号，A_TX_PSS信号经卫星透明转发器转发，SSU解调A_RX_PSS信号；
步骤2，A信关站根据接收信号RX_PSS的帧边界，选取频率
Figure 611107DEST_PATH_IMAGE041
发送A_TX_GFR信号，图3中A_TX_GFR_sat表示A信关站GFR信号到达卫星的时刻图，SSU输出发送帧边界TXSOF_A和帧号TxFN；
步骤3，A_TX_GFR信号经卫星透明转发器转发，A信关站SSU设备解调，将接收到的A_RX_GFR信号帧边界作为A信关站的接收帧边界，SSU输出接收帧边界RXSOF_A和帧号RxFN；
步骤4，同一卫星下馈电波束可以同时覆盖两个信关站，B信关站可以接收到A信关站发送的信号。
B信关站接收A信关站发送的GFR信号，SSU设备解调A_RX_GFR，以A_RX_GFR信号的帧边界为起始时刻，选取频率
Figure 487796DEST_PATH_IMAGE042
发送B_TX_GFR信号；
步骤5，B信关站SSU接收B_RX_GFR信号，解调B_RX_GFR信号，计算与卫星之间的时延n；
步骤6，将B_TX_GFR信号的帧边界提前n时刻，按照原来频率
Figure 372576DEST_PATH_IMAGE042
发送B_TX_GFR_n信号，SSU输出发送帧边界TXSOF_B和帧号TxFN，并选取频率
Figure 701926DEST_PATH_IMAGE043
发送PSS信号；
步骤7，B_TX_GFR_n信号经卫星透明转发器转发，B信关站SSU解调B_RX_GFR_n信号，将接收到的GFR信号帧边界作为接收帧边界，B信关站SSU输出接收帧边界RXSOF_B和帧号RxFN；
步骤8，频率同步的目的是实现卫星发送频率与系统标称频率一致。
根据前面步骤所述每个信关站都发送了PPS和GFR信号。在同一个卫星转发器转发下，已知发送信号的标称频率，根据透明转发器发收频率的映射关系，可以得到接收信号的标称频率。根据信关站SSU设备解调PSS和GFR信号，得到两个信号的接收频率与标称频率的频差。
频率频移主要是由于卫星相对信关站站运动，和卫星载荷时钟漂移引起的。因此，PSS和GFR信号接收频率与标称频率的频差可以表示为：
Figure 166405DEST_PATH_IMAGE044
Figure 897601DEST_PATH_IMAGE045
其中，
Figure 956211DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure 772857DEST_PATH_IMAGE047
为SSU设备利用校准环路信号PSS、GFR解调器检测出的频差，表示实际接收频率与标称接收频率之间的偏差；
Figure 103345DEST_PATH_IMAGE048
和
Figure 689047DEST_PATH_IMAGE049
为已知PSS环路信号收发标称频率；
Figure 118891DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 422834DEST_PATH_IMAGE051
为已知GFR环路信号收发标称频率；
Figure 291432DEST_PATH_IMAGE016
表示卫星透明转发器的频差，
Figure 731641DEST_PATH_IMAGE017
；
Figure 394704DEST_PATH_IMAGE018
为归一化的卫星载荷频率漂移；
Figure 923292DEST_PATH_IMAGE019
为归一化的多普勒频率偏移。
步骤9，解步骤8中的方程组，得到相对于A信关站的归一化多普勒频率偏移：
Figure 533265DEST_PATH_IMAGE052
其中，
Figure 827980DEST_PATH_IMAGE020
Figure 661944DEST_PATH_IMAGE021
表示GFR信号标称发送频率与PSS信号标称发送频率的间隔频率，对于卫星载荷转发器，两个环路信号标称发送频率差与标称接收频率差一样。
计算相对于A信关站的归一化多普勒频率偏移：
Figure 471637DEST_PATH_IMAGE011
步骤10，根据步骤8描述的频差公式，A信关站发送信号经卫星转发器转发后发送，信关站发送信号频率与卫星标称发送频率（地面设备标称接收频率）之间的关系，用以下公式表示：
Figure 416460DEST_PATH_IMAGE053
其中，
Figure 831260DEST_PATH_IMAGE023
表示卫星标称发送频率，
Figure 39388DEST_PATH_IMAGE024
表示校正之后的馈电链路的发送频率。
在已知标称接收频率，得到A信关站馈电链路的发送频率为：
Figure 542569DEST_PATH_IMAGE022
步骤11，重复上述步骤8和步骤9，计算卫星对于信关站B的归一化的卫星载荷频率漂移和归一化的多普勒频率偏移，校正B信关站馈电链路的发送频率。
Figure 291082DEST_PATH_IMAGE025
Figure 560389DEST_PATH_IMAGE026
Figure 1735DEST_PATH_IMAGE027
至此，实现同一卫星下A信关站和B信关站之间的时间和频率同步。
结合图5、图6，本实施例提供一种信关站系统时频同步装置，主要由系统同步单元和时钟频率分发单元组成，主要功能是通过星地环路完成星地一体化时频同步，产生精确的定时同步信号和稳定的频率信号，并通过时钟频率分发单元为信关站接入网多路设备提供定时和频率参考。
系统同步单元SSU通过星地环路自发自收两条无线链路同步信号PSS和GFR，通过闭环解调两条环路信号，完成频偏、定时信号的校正，输出发送信号帧边界TXSOF、接收信号帧边界RXSOF、发送链路帧号TxFN、接收链路帧号RxFN、归一化的卫星载荷频率漂移
Figure 192545DEST_PATH_IMAGE038
、归一化的多普勒频率偏移率
Figure 479170DEST_PATH_IMAGE039
。
系统同步单元SSU包括调制解调板、接口板、CPU板、电源板、时钟板。调制解调板有2个发送通道，3个接收通道，完成PSS和GFR数字基带信号处理。电源板提供交流220V到直流12V、5V电压转换。时钟板完成10M源时钟信号本地晶振和外部输入源的自动切换，给其他模块提供10M时钟源。CPU板完成硬件控制和管理、组播信号生成等。对外接口包括两个帧号帧边界输出接口，接口为RS422；还包括两个千兆以太网接口，1个发组播信号，1个接OSS；1路主备同步接口用于主、被设备信号交互，接口为RS422；1路RS232调试口。
时钟频率分发单元将SSU产生的收发定时脉冲和帧号通过多级分发设备分发至通信子系统各设备中，为整个系统提供统一基准，向LISU、GTS设备提供参考源，使信关站设备实现精确的同步。
综上所述，本发明利用卫星透明转发器完成星地同步和多信关站之间同步，降低卫星载荷的设计复杂度，系统容易实现；使用馈电波束完成多信关站间的同步，不受卫星用户链路波束覆盖区域的限制；同步装置具有独立性、健壮性和顽存性，不依赖其他系统；通过本发明设计的同步信号，具有同步时间短，同步精度高，设备容易实现的特点。

Claims (10)

1.一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，每个信关站都配有系统同步单元SSU，每个SSU都配有一个铷钟源，利用卫星透明转发器，A信关站先自发自收PSS信号和GFR信号，确定A信关站发送和接收信号的定时帧边界；B信关站首先接收A信关站发送的GFR信号，B信关站然后通过自发自收GFR信号测算B信关站与卫星之间的链路延迟，调整B信关站发送信号的帧边界，完成B信关站与A信关站的定时同步；A信关站和B信关站分别通过自发自收PSS信号、GFR信号，计算PSS信号、GFR信号相对于标称频率的频差，并补偿频率偏差，实现同一个卫星下多个信关站之间的频率同步；其中GFR表示信关站帧参考信号，PSS表示负载同步信号。
2.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，A信关站SSU选取频率
Figure 283956DEST_PATH_IMAGE001
发送PSS信号，A信关站SSU接收经卫星透明转发器转发下来的PSS信号；
步骤2，A信关站SSU将接收PSS信号的帧边界，作为A信关站发送信号的帧边界，A信关站SSU输出发送帧边界TXSOF_A，并输出发送帧号TxFN，并将帧边界TXSOF_A作为GFR信号的发送帧边界，A信关站SSU选取频率
Figure 127147DEST_PATH_IMAGE002
发送GFR信号；
步骤3，A信关站SSU接收经卫星透明转发器转发下来的GFR信号，将接收到的GFR信号帧边界作为A信关站接收帧边界，A信关站SSU输出接收帧边界RXSOF_A，并输出接收帧号RxFN；
步骤4，B信关站接收A信关站发出经卫星转发下来的GFR信号，以此GFR信号的帧边界作为B信关站自身发送信号的帧边界，选取频率
Figure 378000DEST_PATH_IMAGE003
发送GFR信号；
步骤5，B信关站接收自己发送经卫星透明转发器转发下来的GFR信号，B信关站SSU解调GFR信号，计算B信关站与卫星之间的时延n；
步骤6，B信关站将步骤4中所述的B信关站自身发送信号帧边界提前n时刻，按照原来频率
Figure 546813DEST_PATH_IMAGE003
发送GFR信号，B信关站SSU输出发送帧边界TXSOF_B，并输出发送帧号TxFN，并选取频率
Figure 679854DEST_PATH_IMAGE004
发送PSS信号；
步骤7，B信关站SSU接收发送帧边界调整之后的GFR信号，将接收到的GFR信号帧边界作为接收帧边界，B信关站SSU输出接收帧边界RXSOF_B，并输出接收帧号RxFN；
步骤8，为实现卫星发送频率与系统标称频率一致，A信关站SSU设备分别计算接收信号PSS、GFR相对于标称频率的频差
Figure 795578DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 900937DEST_PATH_IMAGE006
；
步骤9，计算相对于A信关站的归一化多普勒频率偏移，并计算相对于A信关站的归一化卫星载荷频率漂移；
步骤10，校正A信关站的发送频率；
步骤11，按照步骤8和步骤9的方式，计算卫星相对于B信关站的归一化的卫星载荷频率漂移和归一化的多普勒频率偏移，校正B信关站的发送频率。
3.根据权利要求2所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，所述步骤9，具体如下：
计算相对于A信关站的归一化多普勒频率偏移：
Figure 443914DEST_PATH_IMAGE007
计算相对于A信关站的归一化卫星载荷频率漂移：
Figure 801601DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 721016DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 477619DEST_PATH_IMAGE010
为A信关站已知PSS环路信号收发标称频率；
Figure 988235DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 95868DEST_PATH_IMAGE012
为A信关站已知GFR环路信号收发标称频率；
Figure 553395DEST_PATH_IMAGE013
表示卫星透明转发器的频差，
Figure 164504DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 314863DEST_PATH_IMAGE015
为A信关站归一化的卫星载荷频率漂移；
Figure 647143DEST_PATH_IMAGE016
为A信关站归一化的多普勒频率偏移；
Figure 642781DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure 108397DEST_PATH_IMAGE018
表示GFR信号标称发送频率与PSS信号标称发送频率的间隔频率，对于卫星透明转发器，两个环路信号标称发送频率差与标称接收频率差一样。
4.根据权利要求3所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，步骤10中，校正A信关站的发送频率为：
Figure 429657DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 246303DEST_PATH_IMAGE020
表示A信关站接收信号的标称频率、
Figure 311211DEST_PATH_IMAGE021
表示校正之后A信关站实际要发送信号的频率。
5.根据权利要求4所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，步骤11中，计算卫星相对于B信关站的归一化的卫星载荷频率漂移和归一化的多普勒频率偏移，具体如下：
Figure 896913DEST_PATH_IMAGE022
Figure 326758DEST_PATH_IMAGE023
校正B信关站发送信号的频率为：
Figure 633630DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 33387DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 676858DEST_PATH_IMAGE026
为B信关站已知PSS环路信号收发标称频率；
Figure 339921DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 865580DEST_PATH_IMAGE028
为B信关站已知GFR环路信号收发标称频率；
Figure 537870DEST_PATH_IMAGE029
表示卫星透明转发器的频差，
Figure 98164DEST_PATH_IMAGE030
；
Figure 666549DEST_PATH_IMAGE031
为B信关站归一化的卫星载荷频率漂移；
Figure 148346DEST_PATH_IMAGE032
为B信关站归一化的多普勒频率偏移；
Figure 107816DEST_PATH_IMAGE033
表示B信关站接收信号的标称频率；
Figure 788196DEST_PATH_IMAGE034
表示校正之后B信关站实际要发送信号的频率。
6.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，信号PSS和信号GFR采用相同的帧格式，两个信号通过使用不同的独特字和频率进行区分，其中PSS信号的发送频率为6.725GHz，GFR信号的发送频率为6.755GHz，符号速率为9.6ksps，采用BPSK调制方式，信号帧长为60ms，成形系数为1。
7.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，信号PSS和信号GFR均采用独特字加半帧号HFN比特的帧结构，由两段组成，每段独特字长度为256bit，每段数据长度为32bit，数据bit用来承载信关站当前的帧号。
8.根据权利要求1所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法，其特征在于，每个SSU都配有一个频率准确度优于1E-12，频率稳定度优于1E-11/s的铷钟源。
9.一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步装置，其特征在于，包括系统同步单元和时钟频率分发单元，系统同步单元通过星地环路完成星地一体化时频同步，产生定时同步信号和频率信号，并通过时钟频率分发单元为信关站接入网多路设备提供定时和频率参考；
系统同步单元SSU通过星地环路自发自收两条无线链路同步信号PSS和GFR，通过闭环解调两条环路信号，完成频偏、定时信号的校正，输出发送信号帧边界TXSOF、接收信号帧边界RXSOF、发送链路帧号TxFN、接收链路帧号RxFN、归一化的卫星载荷频率漂移
Figure 527482DEST_PATH_IMAGE035
、归一化的多普勒频率偏移率
Figure 27734DEST_PATH_IMAGE036
；
时钟频率分发单元将SSU产生的收发定时脉冲和帧号通过多级分发设备分发至信关站通信子系统各设备中，为整个系统提供统一基准，向线性接口切换单元LISU、信关站收发台GTS设备提供参考源，使信关站设备实现同步。
10.根据权利要求9所述的卫星移动通信系统多信关站间的时频同步装置，其特征在于，系统同步单元SSU包括调制解调板、接口板、CPU板、电源板、时钟板，其中：
调制解调板有2个发送通道，3个接收通道，完成PSS和GFR数字基带信号处理；
电源板提供交流220V到直流12V、5V电压转换；
时钟板完成10M源时钟信号本地晶振和外部输入源的自动切换，给其他模块提供10M时钟源；
CPU板完成硬件控制和管理、组播信号生成；
接口板包括两个帧号、帧边界输出接口，接口为RS422；还包括两个千兆以太网接口，1个发组播信号，1个接OSS；1路主备同步接口用于主、被设备信号交互，接口为RS422；1路RS232调试口。
CN202211037024.5A 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置 Active CN115119299B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211037024.5A CN115119299B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211037024.5A CN115119299B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115119299A true CN115119299A (zh) 2022-09-27
CN115119299B CN115119299B (zh) 2022-12-06

Family

ID=83335286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211037024.5A Active CN115119299B (zh) 2022-08-29 2022-08-29 一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115119299B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115913342A (zh) * 2023-02-23 2023-04-04 成都星联芯通科技有限公司 数据帧处理方法、装置、本端基站、系统及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107947849A (zh) * 2017-11-21 2018-04-20 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种多信关站同步方法
CN113489529A (zh) * 2021-07-26 2021-10-08 南京熊猫汉达科技有限公司 低轨星座卫星通信系统中站间同步方法
CN113992257A (zh) * 2020-07-27 2022-01-28 大唐移动通信设备有限公司 卫星定时同步方法、装置、设备及存储介质
CN114567367A (zh) * 2022-02-18 2022-05-31 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于广播同步的信关站静默方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107947849A (zh) * 2017-11-21 2018-04-20 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种多信关站同步方法
CN113992257A (zh) * 2020-07-27 2022-01-28 大唐移动通信设备有限公司 卫星定时同步方法、装置、设备及存储介质
CN113489529A (zh) * 2021-07-26 2021-10-08 南京熊猫汉达科技有限公司 低轨星座卫星通信系统中站间同步方法
CN114567367A (zh) * 2022-02-18 2022-05-31 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于广播同步的信关站静默方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115913342A (zh) * 2023-02-23 2023-04-04 成都星联芯通科技有限公司 数据帧处理方法、装置、本端基站、系统及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN115119299B (zh) 2022-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1201050B1 (en) Method and apparatus for sequentially synchronizing a radio network
EP2847921B1 (en) Timing synchronization for networks with radio links
EP3579458B1 (en) System for synchronizing a ground segment to a beam hopping satellite
CA2120528C (en) Simulcast synchronization and equalization system
CN101557255B (zh) 时间同步方法、系统及时间同步通信设备
US8310983B2 (en) Method and apparatus for performing timing synchronization in a wireless communication system
US10785737B2 (en) Technique to align a radio interface frame timing reference in a pool of radio equipment controllers
JPH1075203A (ja) 衛星をベースとするテレコミュニケーションシステムにおいて通信を同期する方法及び装置
CN102469571A (zh) 一种在分布式基站系统中实现时延补偿的方法及系统
CN115119299B (zh) 一种卫星移动通信系统多信关站间的时频同步方法及装置
JP2009049591A (ja) 移動体通信システム
CN113824485B (zh) 传输信号补偿方法、网络侧设备和终端
JP7267117B2 (ja) 無線装置
US20210258906A1 (en) Synchronization signal conversion device
CN113489529B (zh) 低轨星座卫星通信系统中站间同步方法
CN104160758B (zh) 用于在下行链路协调多点传送场景中的节点的频率同步方法
CN219780402U (zh) 一种基于卫星授时的自组网系统
JP2007288508A (ja) ノード間同期方法およびノード装置
JPH04354213A (ja) 静止衛星を利用した移動通信システムにおける同期方式
GB2396272A (en) Maintaining synchronisation between primary communication units by linking the timing of the primary communication system and the hosting system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant