一種低軌衛星通信的上行鏈路準同步時間精確測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及衛星通信領域，尤其涉及一種低軌衛星通信系統中上行鏈路的通信技 術體制，具體地，是一種低軌衛星通信的上行鏈路準同步時間精確測量方法。
【背景技術】
[0002] 隨著科技的不斷發展，時代的不斷進步，人們利用衛星移動通信系統實現了以前 無法辦到的事情，人們利用衛星系統可以進行全球電視直播、全球定位、軍事通訊、商業通 訊等等，進一步地，衛星通信系統按照工作軌道，一般可以分為了 3大類，即低軌道衛星通 信系統、中軌道衛星通信系統、高軌道衛星通信系統。
[0003] 低軌道衛星移動通信系統由衛星星座、關口地球站、系統控制中心、網絡控制中心 和用戶單元等組成。低軌道衛星移動系統的基本組成：在若干個軌道平面上布置多顆衛星， 由通信鏈路將多個軌道平面上的衛星聯結起來。整個星座如同結構上連成一體的大型平 臺，在地球表面形成蜂窩狀服務小區，服務區內用戶至少被一顆衛星覆蓋，用戶可以隨時接 入系統。
[0004] 利用低軌道（LEO)衛星實現手持機個人通信的優點在于：一方面衛星的軌道高度 低，使得傳輸延時短。路徑損耗小，多個衛星組成的星座可以實現真正的全球覆蓋，頻率復 用更有效；另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛星移動通信提 供了技術保障。因此，LEO系統被認為是最新最有前途的衛星移動通信系統。
[0005] 據有關資料以及實際情況反映，傳統的異步CDM(A-CDM)屬于自干擾系統，其用 戶容量受限。為提高系統容量，比較直觀的方法：利用擴頻碼的正交性，采用與下行鏈路相 同的同步CDMA方式（S-CDMA)，但對于低軌衛星通信系統而言，很難保證各用戶信號到達星 載接收機的時間精確一致，因此，采用準同步CDMA(QS-CDMA)方式，使到達衛星的多路信號 碼相位和載波頻率偏差在一定范圍內，同時選擇合適的擴頻碼字（各碼字在一定范圍內滿 足零相關特性），達到與S-CDMA系統相當的性能，從而提升上行用戶容量。低軌衛星通信系 統上行鏈路采用準同步技術，主要提升用戶數量、上行捕獲速度以及抗截獲能力。
[0006] 歐洲航天局在其提交的SW-CTDM建議中前向信道采用了同步CDMA，而反向信道 采用了準同步CDM多址方式，這是第一次準同步CDM出現在標準建議中。但國內外沒有 查到關于低軌衛星上行鏈路準同步接入方法的具體實現的相關報道。對于低軌衛星上行鏈 路準同步接入，星地時間基準時間差測量實現，也無相關報道。
【發明內容】
[0007] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種低軌衛星通信的上行鏈路準同 步時間精確測量方法。
[0008] 根據本發明的一個方面，提供一種低軌衛星通信的上行鏈路準同步時間精確測量 方法，所述低軌衛星連續發射導頻信號并與所述低軌衛星覆蓋區域內若干地面終端通訊， 所述若干地面終端以碼分多址方式接入所述低軌衛星，包括如下步驟：
[0009] a.接收來自所述地面終端k的上行調制信號；
[0010] b.基于所述上行調制信號，解擴解調出上行短幀，并得到所述地面終端k的ID信 息；
[0011] c.確定與所述上行調制信號對應的計數值S k(N)，所述低軌衛星從衛星本地時間 基準Ipps起始時刻開始計數，并在接收到所述上行調制信號后停止計數以確定所述計數 值 MN);
[0012] d.根據多普勒頻偏計算所述上行短幀幀頭實際時間長度計數值Sframe(N);
[0013] e.計算所述低軌衛星與所述地面終端k的時差
【主權項】
1. 一種低軌衛星通信的上行鏈路準同步時間精確測量方法，所述低軌衛星連續發射導 頻信號并與所述低軌衛星覆蓋區域內若干地面終端通訊，所述若干地面終端以碼分多址方 式接入所述低軌衛星，其特征在于，包括如下步驟： a. 接收來自所述地面終端k的上行調制信號； b. 基于所述上行調制信號，解擴解調出上行短幀，并得到所述地面終端k的ID信息； c. 確定與所述上行調制信號對應的計數值Sk(N)，所述低軌衛星從衛星本地時間基 準lpps起始時刻開始計數，并在接收到所述上行調制信號后停止計數以確定所述計數值 8k(N)； d. 根據多普勒頻偏計算所述上行短幀幀頭實際時間長度計數值S&ame(N); e. 計算所述低軌衛星與所述地面終端k的時差
，其中， 所述f；lk為所述低軌衛星的工作時鐘頻率； f. 將所述地面終端k的ID信息以及所述時差Sk(t)插入下行導頻幀下發。
2. 根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟b包括如下步驟： bl.基于所述上行調制信號進行解擴解調以獲得上行短幀； b2.基于所述上行短幀幀頭獲取幀指示； b3.記錄幀指示到達時間？ b4.獲得所述地面終端k的ID信息。
3. 根據權利要求2所述的測量方法，其特征在于，所述步驟b2包括如下步驟：所述上 行短幀幀頭正確解調完成之后，所述低軌衛星的接收機產生所述幀指示信號，說明所述上 行短幀到達。
4. 根據權利要求2或3所述的測量算法，其特征在于，在所述步驟c中，所述低軌衛星 每一秒時間內使用高穩定度高速時鐘進行累加計數，并在獲取所述上行短幀幀指示時停止 計數，從而確定所述計數值Sk (N)。
5. 根據權利要求4所述的測量算法，其特征在于，所述高穩定度高速時鐘采用 0.IppmOCXOo
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的測量算法，其特征在于，根據捕獲模塊及跟蹤環 路得到所述多普勒頻偏。
7. -種地面終端k中與低軌衛星通信的上行鏈路準同步時間輔助精確測量方法，所述 低軌衛星連續發射導頻信號并與所述低軌衛星覆蓋區域內若干地面終端通訊，所述若干地 面終端以碼分多址方式接入所述低軌衛星，其特征在于，包括如下步驟： i. 對下行導頻信道進行解擴解調； ii. 將上行短幀幀頭起始點與地面終端k本地時間基準lpps對齊，并在此時刻，即 ，將所述上行短幀進行擴頻； iii. 將擴頻后的信號進行載波調制得到上行調制信號； iv. 將所述上行調制信號通過天線發送給所述低軌衛星。
8. 根據權利要求7所述的輔助精確測量方法，其特征在于，所述上行短幀信號MAC層結 構包括：同步頭、幀指示和用戶ID信息。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的測量算法和/或根據權利要求8或9所述的 輔助精確測量方法，其特征在于，所述低軌衛星與所述地面終端k的時刻<(〇,r/⑴和 Sk(N)均以本地lpps時間信號以及高精度計數值作為依據。
【專利摘要】本發明公開了一種基于單星雙向授時的低軌衛星通信上行鏈路準同步時間精確測量方法。包括上述方法的終端擴頻序列的選擇、誤差分析、測試方法以及實現步驟。本發明適用于單星或無重疊覆蓋區的多星通信系統，用于衛星載荷精確測量衛星與地面終端時間基準偏差量，保證幾十納秒量級的準同步窗口范圍。
【IPC分類】H04W56-00, H04B7-185
【公開號】CN104581926
【申請號】CN201410497365
【發明人】陳毅君, 梁旭文, 丁晟, 吳康, 侯繢玲
【申請人】上海歐科微航天科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年9月25日