CN115665883A - 低轨卫星的随机接入方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

低轨卫星的随机接入方法、装置、设备及可读存储介质 Download PDF

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CN115665883A CN202210972713.9A CN202210972713A CN115665883A CN 115665883 A CN115665883 A CN 115665883A CN 202210972713 A CN202210972713 A CN 202210972713A CN 115665883 A CN115665883 A CN 115665883A
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李倩
刘善伍
樊闯
宋树森
马长链
付艳艳
罗建松
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Abstract

本公开实施例公开了一种低轨卫星的随机接入方法、装置、设备及可读存储介质，所述方法包括：获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定；在目标时刻向所述目标低轨卫星发送当前地面终端的随机接入导频，其中，所述目标时刻为分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻。该技术方案相当于将低轨卫星拉近到地面基站的位置，从而可以缩短随机接入导频的长度，降低随机接入导频的信令开销，提高了PRACH信道的频谱利用率。

Description

低轨卫星的随机接入方法、装置、设备及可读存储介质
技术领域
本公开涉及卫星通信技术领域，具体涉及低轨卫星的随机接入方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
在一些欠发达国家和地区，移动通信服务仍然无法在短期有效触达，一种替代方案是利用卫星通信系统提供无线接入服务。相较于地球同步卫星轨道(the geostationaryorbit，GEO)的限制导致系统容量受限，服务区域无法覆盖到高纬度地区，中低轨道(LowEarth orbit，LEO)卫星离地球表面更近，能够提供相比GEO更多的通信容量，而且通过组建LEO星座的方式，也克服了LEO无法与地球保持相对静止的缺陷以实现全球覆盖。卫星通信系统与地面蜂窝系统的区别之一是，卫星与地面终端之间存在较大的传输时延，传输时延过大会增加随机接入导频的信令开销，尤其是在随机接入导频需要周期性的配置到上行帧内的情况下，因此，在卫星随机接入过程中如何减少随机接入导频的信令开销是当前需要解决的技术问题之一。
发明内容
为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种低轨卫星的随机接入方法、装置、设备及可读存储介质。
第一方面，本公开实施例中提供了一种低轨卫星的随机接入方法，包括：
获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定；
在目标时刻向所述目标低轨卫星发送随机接入导频，其中，所述目标时刻为分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻。
可选地，所述时间提前量为所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
可选地，所述获取时间提前量，包括：
从所述目标低轨卫星接收所述时间提前量；或者，
获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及所述波束最大仰角，并基于所述轨道高度以及所述波束最大仰角计算得到所述时间提前量；或者，
确定当前所在的组，所述组通过将所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内的地面终端进行划分得到；获取所在组的时间提前量，其中所述时间提前量基于所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角确定。
可选地，所述获取所述当前地面终端所在组的时间提前量，包括：
获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
可选地，所述组根据小区内的地面终端所在地理位置划分得到；或者所述组通过将所述目标低轨卫星的波束按照预定角度划分后，将所述预定角度覆盖的区域内的地面终端划分为一个组的方式得到。
可选地，所述时间提前量的长度为一个帧的倍数。
可选地，还包括：接收随机接入的配置信息，其中所述配置信息包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、随机接入信道占用上行帧的时间、频率位置。
可选地，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP，其中，TCP≥PDmax-PDmin；PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到目标低轨卫星的最小往返时延。
可选地，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；
TSEQS≥PDmax-PDmin。
第二方面，本公开实施例中提供了一种低轨卫星的随机接入方法，包括：
基于当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量；
向所覆盖的卫星小区内的地面终端发送随机接入的配置信息，其中，所述配置信息用于指示在分配给所述地面终端的随机接入信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后发送所述地面终端的随机接入导频。
可选地，所述时间提前量为目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
可选地，所述基于当前低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量，包括：将当前所覆盖的小区内的地面终端划分为一个或多个组；基于所述轨道高度以及所述组的波束最大仰角为组内的地面终端确定所述组的时间提前量。
可选地，所述基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角为组内的所述地面终端确定本组的时间提前量，包括：获取所述当前低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
可选地，所述时间提前量的长度为一个帧的倍数。
可选地，所述配置信息还包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、所述随机接入信道资源的起始时刻以及频率位置。
可选地，还包括：基于所述配置信息在分配给所述地面终端的所述随机接入信道资源接收所述随机接入导频。
可选地，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP；
其中，TCP≥PDmax-PDmin；PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到目标低轨卫星的最小往返时延。
可选地，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；
TSEQS≥PDmax-PDmin。
第三方面，本公开实施例提供了一种低轨卫星的随机接入装置，包括：
获取模块，被配置为获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定；
第一发送模块，被配置为在目标时刻向所述目标低轨卫星发送当前地面终端的随机接入导频，其中，所述目标时刻为分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻。
可选地，所述获取模块中获取时间提前量的部分被配置为：从所述目标低轨卫星接收所述时间提前量；或者，
所述获取模块包括：第一获取单元，被配置为获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及所述波束最大仰角；计算单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述波束最大仰角计算得到所述时间提前量；或者，
所述获取模块包括：第一确定单元，被配置为确定当前所在的组，所述组通过将所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内的地面终端进行划分得到；第二获取单元，被配置为获取所在组的时间提前量，其中所述时间提前量基于所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角确定。
进一步地，所述第二获取单元包括：第一获取子单元，被配置为获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；第一计算子单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
可选地，所述组根据小区内的地面终端所在地理位置划分得到；或者所述组通过将所述目标低轨卫星的波束按照预定角度划分后，将所述预定角度覆盖的区域内的地面终端划分为一个组的方式得到。
可选地，还包括：第一接收模块，被配置为接收随机接入的配置信息，其中所述配置信息包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、随机接入信道占用上行帧的时间、频率位置。
可选地，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP；
其中，TCP≥PDmax-PDmin；PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。
可选地，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；
TSEQS≥PDmax-PDmin。
第四方面，本公开实施例中提供了一种低轨卫星的随机接入装置，包括：
确定模块，被配置为基于当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量；
第二发送模块，被配置为向所覆盖的卫星小区内的地面终端发送随机接入的配置信息，其中，所述配置信息用于指示在分配给所述地面终端的随机接入信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后发送所述地面终端的随机接入导频。
可选地，所述确定模块包括：划分单元，被配置为将当前所覆盖的小区内的地面终端划分为一个或多个组；第二确定单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述组的波束最大仰角为组内的地面终端确定所述组的时间提前量。
可选地，所述第二确定单元包括：第二获取子单元，被配置为获取所述当前低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；第二计算子单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
可选地，所述配置信息还包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、所述随机接入信道资源的起始时刻以及频率位置。
可选地，还包括：第二接收模块，被配置为基于所述配置信息在分配给所述地面终端的所述随机接入信道资源接收所述随机接入导频。
可选地，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP；
其中，TCP≥PDmax-PDmin；PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。
可选地，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；
TSEQS≥PDmax-PDmin。
第五方面，本公开实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现第一方面或第二方面所述的方法步骤。
第六方面，本公开实施例中提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令被处理器执行时实现如第一方面或第二方面所述的方法。
本公开实施例提供的低轨卫星的随机接入方法，首先获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定，然后在分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻，向目标低轨卫星发送当前地面终端的随机接入导频，相当于将低轨卫星拉近到地面基站的位置，从而可以缩短随机接入导频的长度，降低随机接入导频的信令开销，提高了PRACH信道的频谱利用率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。在附图中：
图1示出根据本公开的实施例的低轨卫星星座的示意图；
图2示出根据本公开的实施例的卫星系统架构示意图；
图3示出本公开实施例适用的应用场景；
图4示出现有技术中的随机接入前导格式；
图5示出对比现有技术和本公开方法下终端103A、103B发送随机接入导频的示意图；
图6示出对比现有技术和本公开方法下终端103A、103B发送的随机接入导频到达时间的示意图；
图7示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入方法的流程图；
图8示出根据本公开的实施例的步骤S701获取时间偏移量的流程图；
图9示出卫星小区内的地面终端划分为组的示意图；
图10示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入方法的流程图；
图11示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入装置的结构框图；
图12示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入装置的结构框图；
图13示出适于用来实现根据本公开实施例的低轨卫星的随机接入方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。
为了使读者方便理解本申请实施例，首先对本申请实施例中使用的部分术语进行解释说明，可以理解，以下术语用于帮助读者更好的理解本申请的应用场景及技术方案，使读者能够通过术语解释快速理解方案中的技术特征，术语解释并不会对技术特征构成绝对限定。
1)地面终端：也称终端、终端设备、用户设备(user equipment，UE)、移动台、移动终端等，可以是手机、平板电脑、带无线收发功能的电脑、虚拟现实终端、增强现实终端等终端设备。
2)PRACH：Physical Random Access Channel，物理随机接入信道。用户通过PRACH信道发送随机接入前导码，开始尝试接入网络与网络建立信令连接。
3)随机接入前导码：也称随机接入前导、随机接入前导序列、随机接入导频、前导码，本公开不做区分。前导码包括三部分：循环前缀(Cyclic Prefix,CP)、序列部分(Sequence)、保护间隔(Guard Time，GT)。需要注意的是，随机接入前导序列不应与上述提到的序列部分(Sequence)混淆。
4)波束：指由卫星天线发射出来的电磁波在地球表面上形成的形状，其形状由发射天线确定。一个卫星小区包含至少一个卫星波束，在某些情况下，一个卫星波束或者多个卫星波束的集合也可以认为是一个小区的概念。
5)星历：是指在GPS测量中，天体运行随时间而变的精确位置或轨迹表，它是时间的函数。卫星星历可以确定飞行体的时间、位置、速度等运行状态等。
卫星通信系统与地面蜂窝系统的区别之一是，卫星与地面终端之间存在较大的传输时延，传输时延过大会增加随机接入导频的信令开销，尤其是在随机接入导频需要周期性的配置到上行帧内的情况下，因此，在卫星随机接入过程中如何减少随机接入导频的信令开销是当前需要解决的技术问题之一。
为至少部分地解决发明人发现的现有技术中的问题而提出本公开。
图1示出根据本公开的实施例的低轨卫星星座的示意图。如图1所示，低轨卫星星座以Walker Polar星座为例，该星座由多个轨道101-A组成，每个轨道上运行着多个低轨卫星101，轨道在南北极点附近交汇。低轨卫星通过通信链路向地面一个区域内提供无线接入服务。其中单个卫星相对地面保持移动，因此其通信链路覆盖的区域随时间改变而改变。
图2示出根据本公开的实施例的卫星系统架构示意图。如图2所示，卫星系统主要包括：低轨卫星101、低轨卫星102、地面终端103和地面信关站104。低轨卫星101可与地面终端103通过服务链路进行双向通信。低轨卫星101、低轨卫星102之间通过星间链路进行通信，其中单个低轨卫星相对地面保持移动，其通信链路覆盖的区域随时间改变而改变，因此，在一些时刻可由低轨卫星101为地面终端103提供无线接入服务，另一些时刻则由低轨卫星102来提供。地面信关站104可与低轨卫星101之间通过馈电链路进行双向通信。地面信关站104提供低轨卫星101、低轨卫星102的遥测控服务，对低轨卫星星载计算机进行通信和控制，实现温度管理、姿态调整、定位等低轨卫星运行的服务。地面信关站104还与地面网络连接，并能够与Intemet、公共交换电话网络(Public Switched Telephone Network，PSTN)进行通讯。其中，低轨卫星101与地面终端103和地面信关站104的通信链路载频可以是KA、KU、V波段的无线信号，低轨卫星101通过相控阵天线阵列实现的波束成形向地面发送和接收无线信号。
应该理解，图2中的低轨卫星、地面终端、地面信关站的数目仅仅是示意性的。根据需要，可以具有任意数目的低轨卫星、地面终端、地面信关站。
本公开实施例适用的应用场景如图3所示，图中根据地面终端距离低轨卫星101的距离，示出了卫星小区内与低轨卫星101距离最近的地面终端103A以及与低轨卫星101距离最远的地面终端103B，以下简称终端103A、103B。其中，θs低轨卫星101的轨道高度记为D，为低轨卫星101与终端103A的仰角，即波束最大仰角，d1为二者之间的距离，可知d1＝D/sinθs，低轨卫星101与终端103A之间的传输时延记为TP1，可知TP1＝D/c*sinθs，c为中空光速；
Figure BDA0003797355980000091
为低轨卫星101与终端103B的仰角，即波束最小仰角，d2为二者之间的距离，低轨卫星101与终端103B之间的传输时延记为TP2，可知
Figure BDA0003797355980000092
下面说明图3所示场景下卫星通信系统随机接入导频的信令开销，随机接入导频的信令开销记为TRA，TRA为随机接入导频占用PRACH信道时域资源的整数个上行帧的长度。
以长期演进(Long Term Evolution，LTE)系统为例，随机接入导频在时域上由CP持续时间(记为TCP)、序列部分持续时间(记为TSEQ)以及保护间隔持续时间(记为TGT)组成。按照现有的设计准则，TSEQ需要满足基站能够无混淆的接收到序列部分，TSEQ的取值还需要满足能够保障小区中心和小区边缘的终端信号之间不产生干扰，如图4所示，小区边缘的终端相比小区中心的终端信号要延迟一个双向时延，因此一个等于该时延的保护间隔是需要被设置在小区中心终端信号的尾部，即TGT与TCP相当，因此，需要满足如下关系：
Figure BDA0003797355980000093
并且
Figure BDA0003797355980000094
其中，R为小区半径、c为真空光速，2R/c为小区边缘的终端信号到达基站的双向时延，τmax为信道最大时延；
基于以上计算，如果在一个低轨卫星系统中使用该随机接入信道设计，则无法满足各项设计要求。例如一个低轨卫星轨道高度为500km，在一个常规的仰角30度的情况下。R此时计算得出为R＝500/sin30°＝1000km。低轨卫星的信道τmax较小，按照ITU信道模型为250ns。此时TSEQ需要最少6.6ms的长度。进一步，通过上述公式TCP也需要最小6.6ms。由此可以得到一个能够满足低轨卫星随机接入导频的最小长度TRA为3TsEQ≈20ms。这个长度对于随机接入导频而言信令开销过高。
图5示出对比现有技术和本公开方法下终端103A、103B发送随机接入导频的示意图；图6示出对比现有技术和本公开方法下终端103A、103B发送的随机接入导频到达时间的示意图。
图5左侧部分为现有技术中发送随机接入导频流程，在低轨卫星101侧，上行帧(图中未示出)与下行帧是对齐的，卫星小区内的终端103A、103B接收低轨卫星101发送的下行帧，基于下行帧的边界确定上行帧的边界，并在发送上行帧的起始时刻发送随机接入导频，随机接入导频到达卫星侧的时间参见图6左侧部分所示，终端103A侧CP头部与卫星侧上行帧#M的间隔为PDmin，取值等于卫星101与终端103A信号传输的双向往返时延2TP1，终端103B侧CP头部与卫星侧上行帧#M的间隔为PDmax，取值等于卫星101与终端103B信号传输的双向往返时延2TP2。由于所有卫星小区内地面终端发送的随机接入导频到达卫星侧都会大于或等于PDmin，表示上行帧#M的部分时间内将永远不会出现任何地面终端的信号，这意味着可以通过进一步优化随机接入信道设计和传输方法来降低随机接入导频的信令开销，提高频谱利用率。
图7示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入方法的流程图。如图7所示，所述低轨卫星的随机接入方法应用于地面终端侧，包括步骤S701-S702。
在步骤S701中，获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定。
在步骤S702中，在目标时刻向所述目标低轨卫星发送当前地面终端的随机接入导频，其中，所述目标时刻为分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻。
本公开提出的低轨卫星的随机接入方法，分配给随机接入导频的信道资源的起始时刻提前了时间提前量，例如图5右侧部分所示，Tofffset表示时间提前量，根据目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定。Tofffset的最大取值可以为卫星与波束覆盖的卫星小区内距离卫星最近的终端之间信号传输的2倍时延即PDmin，则随机接入导频到达卫星侧的时间参见图6右侧部分所示。此时，终端103A侧CP头部与为卫星侧上行帧#M对齐，终端103B侧CP头部与卫星侧上行帧#M的时间间隙为PDmax-PDmin，对比图4可以得知PDmax-PDmin等效于一个地面小区边缘处终端随机接入信号的双向时延。
根据LTE系统随机接入导频格式的设计准则，适用于卫星通信系统的所述随机接入导频包括：循环前缀TCP和/或前导码序列TSEQS(以与LTE系统中TSEQ区分)；
其中，
TCP≥PDmax-PDmin
TSEQS≥PDmax-PDmin
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。以
Figure BDA0003797355980000111
为30度，θs为60度，轨道高度为500km为例，则计算得出TSEQS＝2.8ms，TRA最小值3TSEQS≈9ms，可见使用本公开提出的方法发送随机接入导频，随机接入导频的信令开销TRA从20ms下降到9ms，取得了接近一倍的降低。
需要说明的是，PDmin为卫星小区内所有终端的最小往返时延，由于低轨卫星的轨道相对固定，其波束指向是通过机械或数字方式生成的可控波束，因此低轨卫星在当前时刻的D和θs是已知的。如果低轨卫星为固定波束的低成本卫星，则θs始终保持不变。因此，卫星小区内所有终端可以选择不大于PDmin的一个时间提前量，并在分配给地面终端的随机接入信道资源起始时刻前按照选定的时间提前量发送随机接入导频，实现减少信令开销的目的。可以理解，所述时间提前量为所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延，即选取PDmin作为时间提前量，更加有利于减少信令开销。这样卫星侧接收到随机接入导频后，经过相关计算确定定时提前(Timing Advance，TA)值，然后终端就可以根据TA值获得上行同步，具体参见现有技术，本公开在此不予赘述。
本公开提供的低轨卫星的随机接入方法，首先获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定，然后分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻，向目标低轨卫星发送当前地面终端的随机接入导频，相当于将低轨卫星拉近到地面基站的位置，从而可以缩短随机接入导频的长度，降低随机接入导频的信令开销，提高了PRACH信道的频谱利用率。
根据本公开的实施例，步骤S701中获取时间提前量包括：
从所述目标低轨卫星接收所述时间提前量。
在本公开方式中，目标低轨卫星可以在下行帧内同步块的同步信号或广播信号内指示PDmin，同步和广播信号可以是主同步信号PSS、辅助同步信号SSS、物理广播信道PBCH、最小系统信息MIB、剩余最小系统信息SIB等。终端接收同步块所携带的信息，根据同步信号确定下行帧的边界，并根据下行帧确定上行帧的边界，然后在分配给随机接入导频的信道资源的起始时刻提前了时间提前量处，发射随机接入导频。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：
接收随机接入的配置信息，其中所述配置信息包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、随机接入信道占用上行帧的时间、频率位置。上述配置信息可以从下行帧内同步块的同步信号或广播信号中获取。
根据本公开的实施例，步骤S701中获取时间提前量包括：
获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及所述波束最大仰角；
基于所述轨道高度以及所述波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
在本公开方式中，可以根据卫星星历数据确定轨道高度，再结合波束角度确定地面终端与卫星之间的位置；也可以通过全球定位系统GNSS获得地面终端的位置，并根据卫星星历数据获得目标低轨卫星的位置，进而计算出两者的相对位置；再或者地面终端通过监听低轨卫星连续发送的同步信号，并对两者之间的距离进行估计，然后将二者的相对位置除以光速即可得到时间提前量。
根据本公开的实施例，所述时间偏移量的长度为一个帧的倍数，即Toffset＝round(PDmin/TTI)。其中，TTI为传输时间间隔(Transmission Time Interval)。
图8示出根据本公开的实施例的步骤S701获取时间偏移量的流程图。如图8所示，所述步骤S701获取时间偏移量，包括步骤S801-S802。
在步骤S801中，确定所述当前地面终端所在的组；所述组通过将所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内的地面终端进行划分得到；
在步骤S802中，获取所述当前地面终端所在组的时间提前量，其中，所述时间提前量基于所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角确定。
本公开实施例的一些技术细节可以参见图7示出的实施例部分，在此不予赘述。与上述图7示出的实施例不同的是，卫星小区内的地面终端根据波束覆盖区域划分为多个组，每组内的波束最大仰角不同，而目标低轨卫星的轨道高度保持不变，从而为每组确定一个组内的时间提前量，同一组的地面终端可以提前组内的时间提前量来发送随机接入导频。
考虑到由于
Figure BDA0003797355980000131
与θs之间的差值越大，那么随机接入导频所带来的信令开销TRA也会越大，因此通过将波束覆盖区域划分为多个组，为每组确定一个组内的时间提前量，则每组内的地面终端就可以根据组内地面终端与卫星的仰角
Figure BDA0003797355980000132
与θs来确定适用于该组的随机接入导频格式，同时由于组内的
Figure BDA0003797355980000133
与θs之间的差值小于未分组前波束对应的角度差值，每组内地面终端可以采用长度更短的随机接入导频，从而进一步减少了信令开销。
根据本公开的实施例，所述组根据小区内的地面终端所在地理位置划分得到；或者所述组通过将所述目标低轨卫星的波束按照预定角度划分后，将所述预定角度覆盖的区域内的地面终端划分为一个组的方式得到；也可以采用其他方式划分组，本公开对此不做限制。
如图9所示，波束平均每10度覆盖的卫星小区内被划分成一个组，例如图中示出的组1、组2和组3，组1使用Toffset1的时间提前量发送随机接入导频，组2使用Toffset2、组3使用Toffset3，依次类推。
以轨道高度为500km为例，各组的随机接入导频的信令开销TRA以及随机接入导频格式，汇总如下表所示：
Figure BDA0003797355980000134
上表中，组1内地面终端使用Toffset1＝PDmin＝3.8ms的时间提前量，而此时
Figure BDA0003797355980000135
为50度、θs为60度。计算得到TSEQS＝0.5ms，TRA为3TSEQS＝1.5ms，取整为2ms，这与最初计算的20ms相比下降了9倍。此外，不同的组还可以配置独立的PREACH信道上行帧资源，以避免由于定位误差带来的互干扰。
根据本公开的实施例，步骤S802中获取所述当前地面终端所在组的时间提前量，包括：
获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；
基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
根据本公开的实施例，所述时间偏移量的长度为一个帧的倍数。
图10示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入方法的流程图。如图10所示，所述低轨卫星的随机接入方法应用于目标低轨卫星侧，包括步骤S1001-S1002。
在步骤S1001中，基于当前低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量；
在步骤S1002中，向所述当前低轨卫星所覆盖的卫星小区内的地面终端发送随机接入的配置信息，其中，所述配置信息用于指示在分配给所述地面终端的随机接入信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间偏移量后，发送所述地面终端的随机接入导频。
本公开实施例的一些技术细节可以参见图7、图8示出的实施例部分，在此不予赘述。
根据本公开的实施例，所述时间提前量为所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
根据本公开的实施例，步骤S1001所述基于当前低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量，包括：
将所述当前低轨卫星的波束所覆盖的小区内的地面终端划分为一个或多个组；
基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角为组内的所述地面终端确定本组的时间提前量。
根据本公开的实施例，步骤S1001所述基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角为组内的所述地面终端确定本组的时间偏移量，包括：
获取所述当前低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；
基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
根据本公开的实施例，所述时间偏移量的长度为一个帧的倍数。
根据本公开的实施例，所述配置信息还包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、所述随机接入信道资源的起始时刻以及频率位置。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：
基于所述配置信息在分配给所述地面终端的所述随机接入信道资源接收所述随机接入导频。
根据本公开的实施例，所述随机接入导频格式包括：循环前缀TCP；
其中，TCP≥PDmax-PDmin；
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。
根据本公开的实施例，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；
TSEQS≥PDmax-PDmin。
图11示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入装置的结构框图。其中，该装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。如图11所示，所述低轨卫星的随机接入装置1100包括获取模块1101和第一发送模块1102。
获取模块1101，被配置为获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定；
第一发送模块1102，被配置为在目标时刻向所述目标低轨卫星发送当前地面终端的随机接入导频，其中，所述目标时刻为分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻。
根据本公开的实施例，所述时间提前量为所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
根据本公开的实施例，所述获取模块1101中获取时间提前量的部分被配置为：
从所述目标低轨卫星接收所述时间提前量。
根据本公开的实施例，所述获取模块1101包括：
第一获取单元，被配置为获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及所述波束最大仰角；
第一计算单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
根据本公开的实施例，所述获取模块包括：
第一确定单元，被配置为确定所述当前地面终端所在的组；所述组通过将所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内的地面终端进行划分得到；
第二获取单元，被配置为获取所述当前地面终端所在组的时间提前量，其中，所述时间提前量基于所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角确定。
根据本公开的实施例，所述第二获取单元包括：
第一获取子单元，被配置为获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；
第一计算子单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
根据本公开的实施例，所述组根据小区内的地面终端所在地理位置划分得到；或者
所述组通过将所述目标低轨卫星的波束按照预定角度划分后，将所述预定角度覆盖的区域内的地面终端划分为一个组的方式得到。
根据本公开的实施例，所述时间提前量的长度为一个帧的倍数。
根据本公开的实施例，所述装置还包括：
第一接收模块，被配置为接收随机接入的配置信息，其中所述配置信息包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、随机接入信道占用上行帧的时间、频率位置。
可选地，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP；
其中，TCP≥PDmax-PDmin；
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。
根据本公开的实施例，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；
TSEQS≥PDmax-PDmin。
图12示出根据本公开的实施例的低轨卫星的随机接入装置的结构框图。其中，该装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。如图12所示，所述低轨卫星的随机接入装置1200包括：确定模块1201和第二发送模块1202：
确定模块1201，被配置为基于当前低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量；
第二发送模块1202，被配置为向所述当前低轨卫星所覆盖的卫星小区内的地面终端发送随机接入的配置信息，其中，所述配置信息用于指示在分配给所述地面终端的随机接入信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后，发送所述地面终端的随机接入导频。
根据本公开的实施例，所述时间提前量为所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
根据本公开的实施例，所述确定模块1201包括：
划分单元，被配置为将所述当前低轨卫星的波束所覆盖的小区内的地面终端划分为一个或多个组；
第二确定单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角为组内的所述地面终端确定本组的时间提前量。
根据本公开的实施例，所述第二确定单元包括：
第二获取子单元，被配置为获取所述当前低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；
第二计算子单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
根据本公开的实施例，所述时间提前量的长度为一个帧的倍数。
根据本公开的实施例，所述配置信息还包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、所述随机接入信道资源的起始时刻以及频率位置。
根据本公开的实施例，所述装置还包括：
第二接收模块，被配置为基于所述配置信息在分配给所述地面终端的所述随机接入信道资源接收所述随机接入导频。
根据本公开的实施例，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP；
其中，
TCP≥PDmax-PDmin；
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。
根据本公开的实施例，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；
TSEQS≥PDmax-PDmin。
图13示出适于用来实现根据本公开实施例的低轨卫星的随机接入方法的电子设备的结构示意图。
如图13所示，电子设备1300包括处理单元(CPU)1301，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1302中的程序或者从存储部分1308加载到随机访问存储器(RAM)1303中的程序而执行上述实施例中的各种处理。在RAM1303中，还电子设备1300操作所需的各种程序和数据。CPU1301、ROM1302以及RAM1303通过总线1304彼此相连。输入/输出(I/O)接口1305也连接至总线1304。
以下部件连接至I/O接口1305：包括键盘、鼠标等的输入部分1306；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分1307；包括硬盘等的存储部分1308；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1309。通信部分1309经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1310也根据需要连接至I/O接口1305。可拆卸介质1311，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1310上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1308。其中，所述处理单元1301可实现为CPU、GPU、TPU、FPGA、NPU等处理单元。
特别地，根据本公开的实施例，上文描述的方法可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包含用于执行上述方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1309从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1311被安装。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本公开实施例中所涉及到的单元或模块可以通过软件的方式实现，也可以通过可编程硬件的方式来实现。所描述的单元或模块也可以设置在处理器中，这些单元或模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或模块本身的限定。
作为另一方面，本公开还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中电子设备或计算机系统中所包含的计算机可读存储介质；也可以是单独存在，未装配入设备中的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质存储有一个或者一个以上程序，所述程序被一个或者一个以上的处理器用来执行描述于本公开的方法。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (32)

1.一种低轨卫星的随机接入方法，其特征在于，包括：
获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定；
在目标时刻向所述目标低轨卫星发送随机接入导频，其中，所述目标时刻为分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间提前量为所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取时间提前量，包括：
从所述目标低轨卫星接收所述时间提前量；
或者，
获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及所述波束最大仰角，并基于所述轨道高度以及所述波束最大仰角计算得到所述时间提前量；
或者，
确定当前所在的组，所述组通过将所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内的地面终端进行划分得到；获取所在组的时间提前量，其中所述时间提前量基于所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所在组的时间提前量，包括：
获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；
基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述组根据小区内的地面终端所在地理位置划分得到；
或者，
通过将所述目标低轨卫星的波束按照预定角度划分后，将所述预定角度覆盖的区域内的地面终端划分为一个组的方式得到。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于，还包括：
接收随机接入的配置信息，其中所述配置信息包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、随机接入信道占用上行帧的时间、频率位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP，其中，TCP≥PDmax-PDmin；
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；TSEQS≥PDmax-PDmin。
9.一种低轨卫星的随机接入方法，其特征在于，包括：
基于当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量；
向所覆盖的卫星小区内的地面终端发送随机接入的配置信息，其中，所述配置信息用于指示在分配给所述地面终端的随机接入信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后发送所述地面终端的随机接入导频。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述时间提前量为目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量，包括：
将当前所覆盖的小区内的地面终端划分为一个或多个组；
基于所述轨道高度以及所述组的波束最大仰角为组内的地面终端确定所述组的时间提前量。
12.根据权利要求9-11任一所述的方法，其特征在于，所述配置信息还包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、所述随机接入信道资源的起始时刻以及频率位置。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
基于所述配置信息在分配给所述地面终端的所述随机接入信道资源接收所述随机接入导频。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP；
其中，TCP≥PDmax-PDmin；
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到目标低轨卫星的最小往返时延。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；TSEQS≥PDmax-PDmin。
16.一种低轨卫星的随机接入装置，其特征在于，包括：
获取模块，被配置为获取时间提前量，所述时间提前量基于目标低轨卫星在当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定；
第一发送模块，被配置为在目标时刻向所述目标低轨卫星发送当前地面终端的随机接入导频，其中，所述目标时刻为分配给所述随机接入导频的信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后的时刻。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述时间提前量为所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述获取模块中获取时间提前量的部分被配置为：从所述目标低轨卫星接收所述时间提前量；
或者，
所述获取模块包括：第一获取单元，被配置为获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及所述波束最大仰角；计算单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述波束最大仰角计算得到所述时间提前量；
或者，
所述获取模块包括：第一确定单元，被配置为确定当前所在的组，所述组通过将所述目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内的地面终端进行划分得到；第二获取单元，被配置为获取所在组的时间提前量，其中所述时间提前量基于所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角确定。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述第二获取单元包括：
第一获取子单元，被配置为获取所述目标低轨卫星在当前时刻的所述轨道高度以及在本组内的波束最大仰角；
第一计算子单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述本组内的波束最大仰角计算得到所述时间提前量。
20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述组
根据小区内的地面终端所在地理位置划分得到；或者，
通过将所述目标低轨卫星的波束按照预定角度划分后，将所述预定角度覆盖的区域内的地面终端划分为一个组的方式得到。
21.根据权利要求16-20任一所述的装置，其特征在于，还包括：
第一接收模块，被配置为接收随机接入的配置信息，其中所述配置信息包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、随机接入信道占用上行帧的时间、频率位置。
22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP，其中，TCP≥PDmax-PDmin；
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，PDmin为地面终端到所述目标低轨卫星的最小往返时延。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；TSEQS≥PDmax-PDmin。
24.一种低轨卫星的随机接入装置，其特征在于，包括：
确定模块，被配置为基于当前时刻的轨道高度以及波束最大仰角确定时间提前量；
第二发送模块，被配置为向所覆盖的卫星小区内的地面终端发送随机接入的配置信息，其中，所述配置信息用于指示在分配给所述地面终端的随机接入信道资源的起始时刻向前偏移不大于所述时间提前量后发送所述地面终端的随机接入导频。
25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述时间提前量为目标低轨卫星的波束所覆盖的卫星小区内地面终端的最小传输时延。
26.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：
划分单元，被配置为将当前所覆盖的小区内的地面终端划分为一个或多个组；
第二确定单元，被配置为基于所述轨道高度以及所述组的波束最大仰角为组内的地面终端确定所述组的时间提前量。
27.根据权利要求24-26任一所述的装置，其特征在于，所述配置信息还包括以下至少之一：随机接入导频的组成部分、所述随机接入信道资源的起始时刻以及频率位置。
28.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，还包括：
第二接收模块，被配置为基于所述配置信息在分配给所述地面终端的所述随机接入信道资源接收所述随机接入导频。
29.根据权利要求27所述的装置，其特征在于，所述随机接入导频包括：循环前缀TCP，其中，TCP≥PDmax-PDmin；
PDmax为地面终端到所述目标低轨卫星的最大往返时延，Pdmin为地面终端到目标低轨卫星的最小往返时延。
30.根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述随机接入导频还包括：前导码序列TSEQS；TSEQS≥PDmax-PDmin。
31.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行以实现权利要求1-15任一项所述的方法步骤。
32.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该计算机指令被处理器执行时实现权利要求1-15任一项所述的方法步骤。
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