TWI504167B - Method and device for realizing initial synchronization in satellite communication system - Google Patents

Method and device for realizing initial synchronization in satellite communication system Download PDF

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TWI504167B TW102101302A TW102101302A TWI504167B TW I504167 B TWI504167 B TW I504167B TW 102101302 A TW102101302 A TW 102101302A TW 102101302 A TW102101302 A TW 102101302A TW I504167 B TWI504167 B TW I504167B
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Description

衛星通信系統中實現初始同步的方法及裝置
本發明是關於通信領域，特別是關於一種衛星通信系統中實現初始同步的方法及裝置。
移動通信系統通常可以分為地面移動通信系統以及衛星通信系統，其中，衛星通信系統需要衛星作為中轉器收發信號，因此具有地面移動通信系統所沒有的一些特徵，例如，時延大、頻率偏移大等等，這些因素都會影響系統的性能，尤其會影響系統的同步性，從而對通信品質造成嚴重威脅。
通常，在一個呼叫開始時，都需要進行初始同步，包括初始的定時同步和初始的頻率同步，其中，初始的定時同步可以保證不同的用戶信號同時到達網路側，進而保證可靠的解調性能，而初始的頻率同步主要是校正頻率偏移的過程，因為信號都是以一定頻率發射及接收的，當由於用戶移動等因素造成頻率偏移時，同樣會對用戶的通信品質造成嚴重影響。
然而，現有技術下的初始同步過程不能滿足衛星通信系統中大時頻、大頻率偏移的要求，因此，會對系統的整體性能造成嚴重影響。
本發明實施例提供一種基於SCDMA實現初始同步的方法及裝置，用以提高衛星通信系統的服務性能。
本發明實施例提供的具體技術方案如下： 一種衛星通信系統中實現初始同步的方法，包括：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本終端的時延差；終端獲取網路側廣播消息中攜帶的隨機接入通道RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率；終端採用該發射頻率在該RACH上發送隨機接入信號，其中，終端根據該時延差對該隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步，以及採用該都卜勒頻率對該隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步。
一種衛星通信系統中實現初始同步的裝置，包括：第一處理單元，用於獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本裝置的時延差；第二處理單元，用於獲取網路側廣播消息中攜帶的隨機接入通道RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率；通信單元，用於採用該發射頻率在該RACH上發送隨機接入信號，其中，該通信單元根據該時延差對該隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步，以及採用該都卜勒頻率對該隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步。
本發明實施例中，終端根據網路側廣播消息攜帶的系統經緯度(例如：以地心為原點，赤道為參考面的空間位置資訊，用x,y,z標記)相關配置資訊確定本終端的時延差，以及根據網路側廣播消息獲得RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率，接著，終端採用上述發射頻率在RACH上發送隨機接入信號，其中，終端根據本終端的時延差對隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步，以及採用上述都卜勒頻率對隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步。這樣，便可以在滿足衛星通信系統大時延、大頻度偏移量的前提下，令終端快速準確地完成與衛星通信系統間的同步過程，從而順利接入衛星通信系統，保證了接入的成功率，進而有效地提升了衛星通信系統的整體性能。
20‧‧‧第一處理單元
21‧‧‧第二處理單元
22‧‧‧通信單元
第1圖為本發明實施例中在衛星通信系統中實現初始同步的流程圖；第2圖為本發明實施例中終端的功能結構示意圖。
為了實現衛星通信系統的準確同步，本發明實施例中，基於頻分雙工-同步碼分多址接入(Frequency Division Duplex-Synchronous Code Division Multiple Access，FDD-SCDMA)來實現衛星通信系統的同步。衛星通信的一個顯著特徵就是時延大，因此，本發明實施例中，在進行初始同步時，要盡可能快速地實現定時同步和頻率同步，以保證同步的有效性以及接入成功率。
下面結合附圖對本發明優選的實施方式進行詳細說明。
參閱第1圖所示，本發明實施例中，在衛星通信系統內實現初始同步的詳細流程如下：
步驟100：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的系統偏移量相關配置參數，並根據該系統偏移量相關配置參數確定隨機接入通道(Random Access Channel，RACH)的發送位置(即資源位置)。
通常情況下，RACH的資源位置是確定的，可以由系統預先分配好，但是RACH的發送位置卻並非固定的。一般來說，對於RACH都存在一個接收窗的概念，即只要在接收窗範圍內接收到就可以了，初始定時同步的目的就是保證終端發送的RACH落在網路側的RACH接收窗內。
本發明實施例中，網路側廣播消息中攜帶的系統偏移量相關參數至少包含以下內容(僅為舉例，不限於此)：幀偏移量(FRAME_OFFSET)：所謂FRAME_OFFSET即是指在點波束中心下行幀和上行幀之間的偏移量，用於保證衛星上行接收和下行發送的幀範本一致；幀時隙偏移量(FRAME_TS_OFFSET)：所謂FRAME_TS_OFFSET即是指在點波束中心下行幀和上行幀之間的時隙偏移量，用於保證衛星上行接收和下行發送的時隙範本一致； 隨機接入通道時隙偏移量(RACH_TS_OFFSET)：所謂RACH_TS_OFFSET即是指在同一幀內，RACH發送時隙相對廣播通道(BCH Broadcast Channel，BCH)發送時隙的偏移量；廣播通道時隙偏移量(BCH_TS_OFFSET)：所謂BCH_TS_OFFSET即是指BCH發送時隙相對幀中第一個時隙的偏移量。
根據上述各系統偏移量配置相關參數，終端即可以確定RACH的發送位置，具體的：RACH的發送時間=BCH的接收時間+RACH_TS_OFFSET+(FRAME_OFFSET+FRAME_TS_OFFSET)-雙向時延估計，其中雙向時延估計=單向時延估計*2。
另一方面，若終端採用與網路側約定的方式確定RACH的發送位置，如，默認RACH佔用一特定的發送位置，則終端也可以不執行步驟100，本實施例中，僅為舉例。
步驟110：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本終端的時延差(即下行單向時延差)。
本實施例中，步驟110可以採用以下兩種執行方式(僅為舉例，不限於此)：第一種方式為：首先，終端獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊，服務點波束中心點位置(波束的中心點是指波束在地球表面投影的中心點)資訊，以及與服務點波束相鄰的N個點波束的中心點位置資訊，N為偶數，例如，N=6；接著，終端將上述N個點波束分為兩兩一組，並結合每一組點波束對應的中心點位置資訊和衛星位置資訊計算本終端的初始位置資訊，以及將各組的計算結果取平均值，該平均值即是最終獲得的本終端的位置資訊，具體的：終端位置=(Σ xi+Σ yi+Σ zi)/N，i=1...N，xi、yi、zi分別代表該N個點波束中第i個點波束的中心點的x，y，z座標。
最後，終端根據自身的位置資訊和服務點波束中心點位置資訊，計算本終端與服務點波束之間的時延差，具體的：單向時延差等於=終端與衛星的距離差*sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2+(z1-z2)^2)/光速。x1、y1、z1代表終端的位置座標，x2、y2、z2代表衛星的位置座標。sqrt代表取平方根。
第二種方式為：首先，終端獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊和服務點波束中心點位置資訊。
接著，採用全球定位系統(Global Positioning System，GPS)確定本終端的位置資訊。
最後，終端根據自身的位置資訊和服務點波束中心點位置資訊，計算本終端與服務點波束之間的時延差。
步驟120：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率，也稱dF0頻率資訊。
步驟130：終端採用上述發射頻率在RACH的發送位置發送隨機接入信號，其中，終端根據已獲知的時延差對該隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步(也稱粗同步)，以及採用已獲知的都卜勒頻率對隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步。
在步驟130中，完成初始定時同步是為了使得RACH上發送的隨機接入信號不超出RACH的通道接收窗，從而保證衛星信號的品質，而完成初始頻率同步是為了衛星信號能夠正確解調。
在完成初始定時同步和初始頻率同步後，終端便可以成功接入衛星通信系統。那麼，在後續過程中，終端可以通過前向接入通道(Forward Access Channel，FACH)接收網路側回饋的由網路側測量的終端相對服務點波束的雙倍時延差(即上下行雙向時延差)，該雙倍時延差可以用於在後續流程中實現業務通道的定時同步；另一方面，在後續過程中，終端也可以通過FACH接收網路側回饋的由網路側測量的終端相對服務點波束的頻率偏差校準參數，該頻率偏差校準參數可以用於在後續流程中實現業務通道的頻率同步。
基於上述實施例，參閱第2圖所示，本發明實施例中，終端包括第一處理單元20、第二處理單元21和通信單元22，其中：第一處理單元20，用於獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本裝置的時延差；第二處理單元21，用於獲取網路側廣播消息中攜帶的RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率；通信單元22，用於採用該發射頻率在RACH上發送隨機接入信號，其中，通信單元22根據已獲知的時延差對隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步，以及採用已獲知的都卜勒頻率對該隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步。
進一步的，該通信單元22還用於：在該第一處理單元和該第二處理單元確定該時延差和該都卜勒頻率之前，獲取網路側廣播消息中攜帶的系統偏移量相關配置參數，並根據該系統偏移量相關配置參數確定該RACH的發送位置。
進一步的，該通信單元22用於：獲取網路側廣播消息中攜帶的幀偏移量、幀時隙偏移量、隨機接入通道時隙偏移量和廣播通道時隙偏移量，根據獲取到的資訊確定該RACH的發送位置。
進一步的，該第一處理單元20用於：獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊、服務點波束中心點位置資訊、與服務點波束相鄰的N個點波束的中心點位置資訊，N為偶數；將該N個點波束分為兩兩一組，並結合每一組點波束對應的中心點位置資訊和衛星位置資訊計算本終端的初始位置資訊，以及將各組的計算結果取平均值，並將該平均值作為本裝置的位置資訊；根據獲得的位置資訊和該服務點中心點位置資訊，計算本裝置與服務點波束之間的時延差。
進一步的，該第一處理單元20用於：獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊和服務點波束 中心點位置資訊；根據該衛星位置資訊，採用全球定位系統GPS確定本裝置的位置資訊；根據獲得的位置資訊和該服務點波束中心點位置資訊，計算本裝置與服務點波束之間的時延差。
進一步的，該通信單元22還用於：在完成初始定時同步和初始頻率同步後，通過前向接入通道FACH接收網路側回饋的本裝置相對服務點波束的雙倍時延差，並採用該雙倍時延差在後續流程中實現業務通道的定時同步，以及通過FACH接收網路側回饋的本裝置相對服務點波束的頻率偏差校準參數，並採用該頻率偏差校準參數在後續流程中實現業務通道的頻率同步。
本發明實施例中，終端根據網路側廣播消息攜帶的系統經緯度相關配置資訊本終端的時延差，以及根據網路側廣播消息獲得RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率，接著，終端採用上述發射頻率在RACH上發送隨機接入信號，其中，終端根據本終端的時延差對隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步，以及採用上述都卜勒頻率對隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步。這樣，便可以在滿足衛星通信系統大時延、大頻度偏移量的前提下，令終端快速準確地完成與衛星通信系統間的同步過程，從而順利接入衛星通信系統，保證了接入的成功率，進而有效地提升了衛星通信系統的整體性能。
本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有電腦可用程式碼的電腦可用存儲介質(包括但不限於磁盤記憶體、CD-ROM、光學記憶體等)上實施的電腦程式產品的形式。
本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的 流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用電腦、專用電腦、嵌入式處理機或其他可編程資料處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過電腦或其他可編程資料處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導電腦或其他可編程資料處理設備以特定方式工作的電腦可讀記憶體中，使得存儲在該電腦可讀記憶體中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到電腦或其他可編程資料處理設備上，使得在電腦或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生電腦實現的處理，從而在電腦或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附請求項意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明請求項及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
20‧‧‧第一處理單元
21‧‧‧第二處理單元
22‧‧‧通信單元

Claims (8)

  1. 一種衛星通信系統中實現初始同步的方法，其特徵在於，包括：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本終端的時延差；終端獲取網路側廣播消息中攜帶的隨機接入通道RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率；終端採用該發射頻率在該RACH上發送隨機接入信號，其中，終端根據該時延差對該隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步，以及採用該都卜勒頻率對該隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步；其中，終端獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本終端的時延差，包括：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊、服務點波束中心點位置資訊、與服務點波束相鄰的N個點波束的中心點位置資訊，N為偶數；終端將該N個點波束分為兩兩一組，並結合每一組點波束對應的中心點位置資訊和衛星位置經緯度資訊計算本終端的初始位置資訊，以及將各組的計算結果取平均值，並將該平均值作為本終端的位置資訊；終端根據獲得的位置資訊和該服務點中心點位置資訊，計算本終端與服務點波束之間的時延差；或者其中，終端獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本終端的時延差，包括：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊和服務點波束中心點位置資訊；終端根據該衛星位置資訊，採用全球定位系統GPS確定本終端的位置資訊；終端根據獲得的位置資訊和該服務點波束中心點位置資訊，計算本終端與服務點波束之間的時延差。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，終端在確定該時延差和該都卜勒頻率 之前，執行以下操作：終端獲取網路側廣播消息中攜帶的系統偏移量相關配置參數，並根據該系統偏移量相關配置參數確定該RACH的發送位置。
  3. 如請求項2所述的方法，其中，該系統偏移量相關配置參數包括：幀偏移量、幀時隙偏移量、隨機接入通道時隙偏移量和廣播通道時隙偏移量。
  4. 如請求項1至3任一項所述的方法，其中，在完成初始定時同步和初始頻率同步後，終端通過前向接入通道FACH接收網路側回饋的終端相對服務點波束的雙倍時延差，並採用該雙倍時延差在後續流程中實現業務通道的定時同步，以及終端通過FACH接收網路側回饋的終端相對服務點波束的頻率偏差校準參數，並採用該頻率偏差校準參數在後續流程中實現業務通道的頻率同步。
  5. 一種衛星通信系統中實現初始同步的裝置，其特徵在於，包括：第一處理單元，用於獲取網路側廣播消息中攜帶的系統經緯度相關配置資訊，並根據該系統經緯度相關配置資訊確定本裝置的時延差；第二處理單元，用於獲取網路側廣播消息中攜帶的隨機接入通道RACH的發射頻率和服務點波束下行鏈路的都卜勒頻率；通信單元，用於採用該發射頻率在該RACH上發送隨機接入信號，其中，該通信單元根據該時延差對該隨機接入信號進行時延補償，以完成初始定時同步，以及採用該都卜勒頻率對該隨機接入信號的發射頻率進行預補償，以完成初始頻率同步；其中，該第一處理單元用於：獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊、服務點波束中心點位置資訊、與服務點波束相鄰的N個點波束的中心點位置資訊，N為偶數；將該N個點波束分為兩兩一組，並結合每一組點波束對應的中心點位置資訊和衛星位置資訊計算本終端的初始位置資訊，以及將各組的計算結果取平均值，並將該平均值作為本裝置的位置資訊；根據獲得的位置資訊和該服務點中心點位置資訊，計算本裝置與服務點波束之間的時延差； 或者，其中，該第一處理單元用於：獲取網路側廣播消息中攜帶的衛星位置資訊和服務點波束中心點位置資訊；根據該衛星位置資訊，採用全球定位系統GPS確定本裝置的位置資訊；根據獲得的位置資訊和該服務點波束中心點位置資訊，計算本裝置與服務點波束之間的時延差。
  6. 如請求項5所述的裝置，其中，該通信單元還用於：在該第一處理單元和該第二處理單元確定該時延差和該都卜勒頻率之前，獲取網路側廣播消息中攜帶的系統偏移量相關配置參數，並根據該系統偏移量相關配置參數確定該RACH的發送位置。
  7. 如請求項6所述的裝置，其中，該通信單元用於：獲取網路側廣播消息中攜帶的幀偏移量、幀時隙偏移量、隨機接入通道時隙偏移量和廣播通道時隙偏移量，根據獲取到的資訊確定該RACH的發送位置。
  8. 如請求項5至7任一項所述的裝置，其中，該通信單元還用於：在完成初始定時同步和初始頻率同步後，通過前向接入通道FACH接收網路側回饋的本裝置相對服務點波束的雙倍時延差，並採用該雙倍時延差在後續流程中實現業務通道的定時同步，以及通過FACH接收網路側回饋的本裝置相對服務點波束的頻率偏差校準參數，並採用該頻率偏差校準參數在後續流程中實現業務通道的頻率同步。
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