一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种低轨卫星通信系统中上行链路的通信技 术体制，具体地，是一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的不断发展，时代的不断进步，人们利用卫星移动通信系统实现了以前 无法办到的事情，人们利用卫星系统可以进行全球电视直播、全球定位、军事通讯、商业通 讯等等，进一步地，卫星通信系统按照工作轨道，一般可以分为了 3大类，即低轨道卫星通 信系统、中轨道卫星通信系统、高轨道卫星通信系统。
[0003] 低轨道卫星移动通信系统由卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心 和用户单元等组成。低轨道卫星移动系统的基本组成：在若干个轨道平面上布置多颗卫星， 由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平 台，在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区内用户至少被一颗卫星覆盖，用户可以随时接 入系统。
[0004] 利用低轨道（LEO)卫星实现手持机个人通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度 低，使得传输延时短。路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复 用更有效；另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提 供了技术保障。因此，LEO系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统。
[0005] 据有关资料以及实际情况反映，传统的异步CDM(A-CDM)属于自干扰系统，其用 户容量受限。为提高系统容量，比较直观的方法：利用扩频码的正交性，采用与下行链路相 同的同步CDMA方式（S-CDMA)，但对于低轨卫星通信系统而言，很难保证各用户信号到达星 载接收机的时间精确一致，因此，采用准同步CDMA(QS-CDMA)方式，使到达卫星的多路信号 码相位和载波频率偏差在一定范围内，同时选择合适的扩频码字（各码字在一定范围内满 足零相关特性），达到与S-CDMA系统相当的性能，从而提升上行用户容量。低轨卫星通信系 统上行链路采用准同步技术，主要提升用户数量、上行捕获速度以及抗截获能力。
[0006] 欧洲航天局在其提交的SW-CTDM建议中前向信道采用了同步CDMA，而反向信道 采用了准同步CDM多址方式，这是第一次准同步CDM出现在标准建议中。但国内外没有 查到关于低轨卫星上行链路准同步接入方法的具体实现的相关报道。对于低轨卫星上行链 路准同步接入，星地时间基准时间差测量实现，也无相关报道。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低轨卫星通信的上行链路准同 步时间精确测量方法。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量 方法，所述低轨卫星连续发射导频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯， 所述若干地面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，包括如下步骤：
[0009] a.接收来自所述地面终端k的上行调制信号；
[0010] b.基于所述上行调制信号，解扩解调出上行短帧，并得到所述地面终端k的ID信 息；
[0011] c.确定与所述上行调制信号对应的计数值S k(N)，所述低轨卫星从卫星本地时间 基准Ipps起始时刻开始计数，并在接收到所述上行调制信号后停止计数以确定所述计数 值 MN);
[0012] d.根据多普勒频偏计算所述上行短帧帧头实际时间长度计数值Sframe(N);
[0013] e.计算所述低轨卫星与所述地面终端k的时差
【主权项】
1. 一种低轨卫星通信的上行链路准同步时间精确测量方法，所述低轨卫星连续发射导 频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯，所述若干地面终端以码分多址方 式接入所述低轨卫星，其特征在于，包括如下步骤： a. 接收来自所述地面终端k的上行调制信号； b. 基于所述上行调制信号，解扩解调出上行短帧，并得到所述地面终端k的ID信息； c. 确定与所述上行调制信号对应的计数值Sk(N)，所述低轨卫星从卫星本地时间基 准lpps起始时刻开始计数，并在接收到所述上行调制信号后停止计数以确定所述计数值 8k(N)； d. 根据多普勒频偏计算所述上行短帧帧头实际时间长度计数值S&ame(N); e. 计算所述低轨卫星与所述地面终端k的时差
，其中， 所述f；lk为所述低轨卫星的工作时钟频率； f. 将所述地面终端k的ID信息以及所述时差Sk(t)插入下行导频帧下发。
2. 根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤b包括如下步骤： bl.基于所述上行调制信号进行解扩解调以获得上行短帧； b2.基于所述上行短帧帧头获取帧指示； b3.记录帧指示到达时间？ b4.获得所述地面终端k的ID信息。
3. 根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述步骤b2包括如下步骤：所述上 行短帧帧头正确解调完成之后，所述低轨卫星的接收机产生所述帧指示信号，说明所述上 行短帧到达。
4. 根据权利要求2或3所述的测量算法，其特征在于，在所述步骤c中，所述低轨卫星 每一秒时间内使用高稳定度高速时钟进行累加计数，并在获取所述上行短帧帧指示时停止 计数，从而确定所述计数值Sk (N)。
5. 根据权利要求4所述的测量算法，其特征在于，所述高稳定度高速时钟采用 0.IppmOCXOo
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的测量算法，其特征在于，根据捕获模块及跟踪环 路得到所述多普勒频偏。
7. -种地面终端k中与低轨卫星通信的上行链路准同步时间辅助精确测量方法，所述 低轨卫星连续发射导频信号并与所述低轨卫星覆盖区域内若干地面终端通讯，所述若干地 面终端以码分多址方式接入所述低轨卫星，其特征在于，包括如下步骤： i. 对下行导频信道进行解扩解调； ii. 将上行短帧帧头起始点与地面终端k本地时间基准lpps对齐，并在此时刻，即 ，将所述上行短帧进行扩频； iii. 将扩频后的信号进行载波调制得到上行调制信号； iv. 将所述上行调制信号通过天线发送给所述低轨卫星。
8. 根据权利要求7所述的辅助精确测量方法，其特征在于，所述上行短帧信号MAC层结 构包括：同步头、帧指示和用户ID信息。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的测量算法和/或根据权利要求8或9所述的 辅助精确测量方法，其特征在于，所述低轨卫星与所述地面终端k的时刻<(〇,r/⑴和 Sk(N)均以本地lpps时间信号以及高精度计数值作为依据。
【专利摘要】本发明公开了一种基于单星双向授时的低轨卫星通信上行链路准同步时间精确测量方法。包括上述方法的终端扩频序列的选择、误差分析、测试方法以及实现步骤。本发明适用于单星或无重叠覆盖区的多星通信系统，用于卫星载荷精确测量卫星与地面终端时间基准偏差量，保证几十纳秒量级的准同步窗口范围。
【IPC分类】H04W56-00, H04B7-185
【公开号】CN104581926
【申请号】CN201410497365
【发明人】陈毅君, 梁旭文, 丁晟, 吴康, 侯缋玲
【申请人】上海欧科微航天科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年9月25日