一种低轨星座系统快速接入方法与流程

1.本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种低轨星座系统快速接入方法。


背景技术：

2.近年来，卫星通信系统快速发展。其中低轨(low earth orbit,leo)卫星通信系统由于其独特的优越性而占据重要地位。与地面移动通信系统相比，leo卫星通信系统信号覆盖范围更广；与高轨(geo)和中轨(meo)卫星通信系统相比，leo卫星通信系统的组网更加灵活、卫星轨道高度低、星地链路传输时延较小，且可与geo、meo卫星和地面网络共同组成天地一体化通信网络。
3.由于卫星系统能量受限，卫星系统下行链路在发射信号总功率一定时，波束越窄卫星通信能力越强，但这也表示卫星波束的覆盖面积越小，使得卫星通信的优势无法充分发挥。为在不降低卫星通信能力的前提下有效提高卫星波束的等效覆盖面积，将相控阵技术应用到卫星通信系统中，利用相控阵的波束捷变，分时按需覆盖不同区域。
4.图1所示的地面移动通信系统中的接入流程、卫星系统中基站侧发送波束的周期捷变会使终端接入的时间较长，因此需要设计一种适用于低轨星座系统快速接入的过程，降低用户终端初始接入过程的延迟，同时能够节约同步信号开销。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：低轨卫星系统切换频繁、星地链路时延大、切换时延高等特点，影响用户的通信质量，针对上述问题，提出一种低轨星座系统快速接入方法，满足用户终端快速接入的需求。
6.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种低轨星座系统快速接入方法，包括以下步骤：
8.(1)在频域上预先配置一段频带作为终端和基站均已知的同频工作区，当终端需要接入网络时，在已知的同频工作区上发送接入信号至基站；
9.(2)基站在同频工作区上接收终端发送的接入信号，通过检测相关峰值所对应的接入信号确定终端id，根据相关峰值相对于检测窗口的位置偏移量确定时间偏移量δt，根据相关峰值幅度的大小确定发送接入信号的终端当前所处的波束；
10.(3)基站在终端当前所处的波束内以及在同频工作区上向终端发送应答消息，所述应答消息包括终端id、时间偏移量δt以及为终端配置的接收pss的频点；
11.(4)终端在配置的pss频点上接收基站发送的下行pss信号，获得下行同步，从而确定终端的定时位置，并确定终端发送上行业务信号的时刻。
12.进一步的，步骤(3)中确定终端发送上行业务信号的时刻，具体方式为：
13.将接收pss信号与本地时域pss信号进行滑动相关，搜索相关峰值位置，确定接收到下行子帧起始时间与终端发送接入信号的时刻ts之间的差值t0，根据时间偏移量δt和差
值t0计算时间偏移得到下行子帧定时位置为ts+tn，并计算单向传输时延t
delay
＝δt+tn，则终端发送上行业务信号的时刻t＝ts+t
0-2t
delay
。
14.本发明的有益效果是：
15.本发明与地面移动通信系统初始接入流程不同，能够支持基站侧发送波束的非周期捷变，根据需要接入的用户发送接入信号实现快速波束选择，同时也可以省去发送sss信号。
附图说明
16.图1是地面移动通信系统中使用的初始接入过程示意图；
17.图2是本发明提出的快速接入过程示意图；
18.图3是本发明的上下行传输定时对齐示意图。
具体实施方式
19.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，如图2所示，包括步骤如下：
20.(1)首先在频域上预先配置一段频带作为用户终端和基站均已知的同频工作区，当ts时刻用户需要接入网络时，先在该同频工作区上向基站发射接入信号；
21.(2)基站接收同频工作区上的上行接入信号并进行相关检测，由于不同接入信号的正交特性，基站可以通过检测到的相关峰值所对应的接入信号确定用户终端id，根据相关峰值相对于检测窗口的位置偏移量可以确定时间偏移量δt，根据相关峰值幅度的大小能够确定发送该接入信号的终端当前所处的波束i；若检测到的相关峰值与下行子帧定时起始时刻之间的时间偏移为1.5ms，则δt＝1.5ms；
22.(3)基站在波束i的同频工作区向用户终端发送应答消息，包括(2)中确定的终端id、时间偏移量δt以及为终端配置的接收pss的频点；
23.(4)终端在基站为其配置的频点上接收pss信号，通过将接收信号与本地时域pss信号进行滑动相关后搜索到的相关峰值位置，可以得到与时刻ts之间的差值t0，若测得t0＝9.1ms，则根据图3可得由此可以确定下行子帧定时位置为ts+3.8ms，进一步根据时间偏移δt可以确定单向传输时延t
delay
＝δt+tn＝5.3ms，同时能够确定用户发送上行业务信号的时刻t＝ts+t
0-2t
delay
＝t
s-1.5ms。
24.完成本发明低轨星座系统的快速接入过程。


技术特征：
1.一种低轨星座系统快速接入方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在频域上预先配置一段频带作为终端和基站均已知的同频工作区，当终端需要接入网络时，在已知的同频工作区上发送接入信号至基站；(2)基站在同频工作区上接收终端发送的接入信号，通过检测相关峰值所对应的接入信号确定终端id，根据相关峰值相对于检测窗口的位置偏移量确定时间偏移量δt，根据相关峰值幅度的大小确定发送接入信号的终端当前所处的波束；(3)基站在终端当前所处的波束内以及在同频工作区上向终端发送应答消息，所述应答消息包括终端id、时间偏移量δt以及为终端配置的接收pss的频点；(4)终端在配置的pss频点上接收基站发送的下行pss信号，获得下行同步，从而确定终端的定时位置，并确定终端发送上行业务信号的时刻。2.根据权利要求1所述的低轨星座系统快速接入方法，其特征在于，步骤(3)中确定终端发送上行业务信号的时刻，具体方式为：将接收pss信号与本地时域pss信号进行滑动相关，搜索相关峰值位置，确定接收到下行子帧起始时间与终端发送接入信号的时刻t
s
之间的差值t0，根据时间偏移量δt和差值t0计算时间偏移得到下行子帧定时位置为t
s
+t
n
，并计算单向传输时延t
delay
＝δt+t
n
，则终端发送上行业务信号的时刻t＝t
s
+t
0-2t
delay
。

技术总结
本发明涉及卫星通信领域中一种低轨星座系统快速接入方法，步骤包括：终端在同频工作区向基站发送接入信号，基站通过检测相关峰值的位置及大小确定终端所处波束并估计定时提前量；基站在对应波束的同频工作区向终端发送应答消息；终端在应答消息中获取基站为其配置的接收PSS的频点，并在该频点上接收PSS信号，从而获得下行同步，进一步可以确定用户发送上行信号的时刻。本发明针对低轨卫星通信系统，能够满足用户终端快速接入的需求，同时能够节约同步信号开销。约同步信号开销。约同步信号开销。


技术研发人员：王力男 肖永伟 王力权 王涛 王雨晴
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/3/8