本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信，具體涉及面向4g?fdd存量終端直連衛(wèi)星的時(shí)間同步方法。

背景技術(shù)：

1、4g存量終端直連衛(wèi)星技術(shù)源于對(duì)全球通信覆蓋的需求，以及衛(wèi)星與移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步。隨著3gppntn(非地面網(wǎng)絡(luò))標(biāo)準(zhǔn)的制定，低軌衛(wèi)星星座的快速發(fā)展，以及商業(yè)企業(yè)的積極推動(dòng)，這一技術(shù)得以推進(jìn)。它旨在利用現(xiàn)有4g終端，通過(guò)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)直接通信，解決地面網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足的問(wèn)題，同時(shí)推動(dòng)天地一體化通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

2、現(xiàn)有的終端直連衛(wèi)星方案大都是通過(guò)定制終端，也就是修改終端和基站側(cè)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)終端直連衛(wèi)星，然而這些方式并不適用于存量終端。starlink和ast目前正開(kāi)展存量終端直連衛(wèi)星業(yè)務(wù)，通過(guò)定制衛(wèi)星，企圖實(shí)現(xiàn)4g和5g終端直連衛(wèi)星業(yè)務(wù)，starlink和ast的核心做法是：如何欺騙終端，讓終端以為衛(wèi)星在地面。如圖2所示，在上下行之間加入偏移量，將下行信息提前發(fā)送，以此來(lái)補(bǔ)償大時(shí)延，以上行data為例，在data和ack之間加入固定的偏移量，即提前發(fā)送ack，使得終端以為衛(wèi)星的時(shí)延屬于正常范圍，以此抵消大時(shí)延。

3、目前，大多數(shù)終端直連衛(wèi)星通信方案都依賴于特定設(shè)備或特定通信協(xié)議，這些限制了存量終端的使用。starlink和ast的存量終端直連衛(wèi)星技術(shù)方案可以抵消大時(shí)延，但仍然存在諸多問(wèn)題，首先基站在收到data之前就發(fā)送harq，這導(dǎo)致harq并無(wú)法對(duì)data做出合理的反饋，其次，由于基站側(cè)并未真正處理大時(shí)延，而僅僅通過(guò)偏移量抵消了時(shí)延，因此該方法仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)很大的覆蓋面積。

4、公開(kāi)號(hào)為cn116406022a的中國(guó)專利申請(qǐng)，公開(kāi)了低軌衛(wèi)星fdd體制下5g終端直連衛(wèi)星的方法。但是由于該方法使用ta機(jī)制來(lái)調(diào)整時(shí)延小數(shù)部分τf，而4g情況下，ta機(jī)制最大調(diào)整的時(shí)延大小為0.66ms，小于時(shí)延小數(shù)部分τf，即1ms，所以該方案無(wú)法適用于4g通信網(wǎng)絡(luò)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供面向4g?fdd存量終端直連衛(wèi)星的時(shí)間同步方法，在fdd體制下不更改4g終端的前提下，僅修改基站側(cè)的協(xié)議，解決終端直連衛(wèi)星大時(shí)延問(wèn)題。

2、具體來(lái)說(shuō)，在上行同步，即隨機(jī)接入msg1階段，修改基站側(cè)的協(xié)議，擴(kuò)大基站的前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口，在保證上行同步順利進(jìn)行情況下，使其可以支持檢出更大的時(shí)延；同時(shí)，在后續(xù)隨機(jī)接入和數(shù)據(jù)傳輸階段，修改基站側(cè)上行幀結(jié)構(gòu)和上行子幀調(diào)度策略，使得后續(xù)也可以支持更大的時(shí)延，從而顯著提升了通信的靈活性和可靠性。

3、通過(guò)這種方法，實(shí)現(xiàn)4g存量終端直接與衛(wèi)星通信，這不僅降低了通信系統(tǒng)的復(fù)雜性，還大幅度減少了成本，為通信行業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展方向和商業(yè)機(jī)會(huì)。

4、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

5、面向4g?fdd存量終端直連衛(wèi)星的時(shí)間同步方法，包括以下步驟：

6、面向4g?fdd存量終端直連衛(wèi)星的時(shí)間同步方法，在隨機(jī)接入的msg1階段，無(wú)需對(duì)終端做任何修改，僅在基站側(cè)通過(guò)推遲并擴(kuò)大前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口，為支持檢出更大時(shí)延提供基礎(chǔ)；在隨機(jī)接入后續(xù)步驟和數(shù)據(jù)傳輸階段，無(wú)需對(duì)終端做任何修改，在基站側(cè)通過(guò)設(shè)置合適的上行幀結(jié)構(gòu)和上行子幀調(diào)度策略，完成大時(shí)延條件下正確的隨機(jī)接入和正常數(shù)據(jù)傳輸。

7、面向4g?fdd存量終端直連衛(wèi)星的時(shí)間同步方法，包括以下步驟：

8、步驟1：在隨機(jī)接入第一步，終端向基站發(fā)送前導(dǎo)序列msg1，同時(shí)基站推遲并擴(kuò)大前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口；

9、步驟2：基站通過(guò)步驟1擴(kuò)大的前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口接收到前導(dǎo)序列msg1，然后解碼前導(dǎo)序列msg1估計(jì)出時(shí)延的大小，并將時(shí)延分為整數(shù)部分τi和小數(shù)部分τf；

10、步驟3：基站基于步驟2劃分的時(shí)延整數(shù)部分τi和小數(shù)部分τf，并依據(jù)小數(shù)時(shí)延τf是否大于0.66ms將終端劃分為兩種類型；基站側(cè)根據(jù)劃分的兩種類型計(jì)算相應(yīng)的ta值，并重新設(shè)置上行幀結(jié)構(gòu)，依據(jù)上行幀結(jié)構(gòu)、ta值以及時(shí)延整數(shù)部分τi執(zhí)行相應(yīng)的上行子幀調(diào)度策略；

11、步驟4：基站在步驟2收到前導(dǎo)序列msg1后，在隨機(jī)接入第二步，向終端發(fā)送隨機(jī)接入響應(yīng)msg2，并將步驟3計(jì)算的ta值通過(guò)隨機(jī)接入響應(yīng)msg2傳給終端，終端收到隨機(jī)接入響應(yīng)msg2后，根據(jù)接收到的ta值確定msg3的發(fā)送時(shí)間，在隨機(jī)接入第三步，終端向基站發(fā)送msg3，同時(shí)基站基于步驟3確定的上行子幀調(diào)度策略計(jì)算msg3的上行接收時(shí)刻，使基站正確收到終端發(fā)送的msg3；

12、步驟5：在隨機(jī)接入第四步，基站向終端發(fā)送msg4，終端收到msg4并發(fā)送相應(yīng)的harq，同時(shí)，基站根據(jù)步驟3給出的上行子幀調(diào)度策略計(jì)算harq的上行接收時(shí)刻，以便正確接收harq；

13、步驟6：步驟5完成后，基站根據(jù)步驟3給出的上行子幀調(diào)度策略計(jì)算信道探測(cè)參考信號(hào)srs、上行控制信道pucch、上行共享信道pusch的接收時(shí)刻，在不修改終端的情況下保證正確接收終端發(fā)出的信道探測(cè)參考信號(hào)srs、上行控制信道pucch、上行共享信道pusch。

14、所述步驟1包括以下步驟：

15、步驟1.1：在隨機(jī)接入第一步，終端向基站發(fā)送前導(dǎo)序列msg1，基站根據(jù)星歷信息以及波束覆蓋范圍確定終端距離基站最近的點(diǎn)和最遠(yuǎn)的點(diǎn)，并根據(jù)最近和最遠(yuǎn)的點(diǎn)的距離確定時(shí)延的最小值τmin和最大值τmax；

16、步驟1.2：基站在步驟1.1確定時(shí)延范圍后，將前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口起始位置推遲τmin時(shí)間，窗口大小擴(kuò)大為τmax-τmin，使得基站可以正確接收前導(dǎo)序列msg1。

17、所述步驟2包括以下步驟：

18、步驟2.1：基站在擴(kuò)大的前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口正確接收前導(dǎo)序列msg1，并估計(jì)出時(shí)延的大小；

19、步驟2.2：在fdd下，4g單個(gè)子幀為1ms，根據(jù)步驟2.1估計(jì)出的時(shí)延，將時(shí)延以1ms為單位劃分為整數(shù)部分τi和小數(shù)部分τf，整數(shù)部分τi代表時(shí)延的完整毫秒數(shù)，小數(shù)部分τf表示除了整數(shù)部分τi剩余的時(shí)延大小。

20、所述步驟3包括以下步驟：

21、步驟3.1：由于lte標(biāo)準(zhǔn)支持的ta值最大能調(diào)整的時(shí)延大小為0.66ms，故依據(jù)時(shí)延小數(shù)部分τf將終端劃分為type1和type2兩種類型：

22、若時(shí)延小數(shù)部分0ms≤τf≤0.66ms，則ta值為τf，此時(shí)終端發(fā)送的上行信息同步到達(dá)基站，為type1型終端；

23、若時(shí)延小數(shù)部分0.66ms<τf<1ms，則ta值為τf-0.5，此時(shí)終端發(fā)送的上行信息偏移0.5ms到達(dá)基站，為type2型終端；

24、步驟3.2：lte標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基站上行幀周期為10ms，每幀包含10個(gè)子幀，針對(duì)步驟3.1劃分的兩種類型，為了避免兩種終端類型上行信息之間的干擾，基站采用新的上行幀結(jié)構(gòu)，以便能夠同時(shí)正確接收兩種終端類型的上行信息，具體有如下兩種：

25、結(jié)構(gòu)1：在基站的上行幀中，原子幀號(hào)為0、3、6、9的子幀專門接收type1型信息，原子幀號(hào)為1、2、4、5、7、8的子幀專門接收type2型信息；

26、結(jié)構(gòu)2：在基站的上行幀中，原子幀號(hào)為0、1、2、3、4、5的子幀專門接收type1型信息，原子幀號(hào)為6、7、8、9的子幀專門接收type2型信息；

27、步驟3.3：基站根據(jù)步驟3.2劃分的上行幀結(jié)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)上行子幀調(diào)度策略，通過(guò)調(diào)度確保type1、type2兩種類型上行信息都在新的上行幀結(jié)構(gòu)規(guī)定的時(shí)刻到達(dá)，基站根據(jù)調(diào)度信息和時(shí)延整數(shù)部分τi計(jì)算不同類型終端上行信息的正確接收時(shí)刻，由于上行信息的發(fā)送時(shí)機(jī)由對(duì)應(yīng)的下行控制信息決定，因此根據(jù)上行信息到達(dá)時(shí)間計(jì)算其對(duì)應(yīng)的下行控制信息發(fā)送時(shí)間。

28、所述步驟4包括以下步驟：

29、步驟4.1：基站收到msg1后，在隨機(jī)接入第二步，基站向終端發(fā)送msg2，msg2包含ta值以及msg3的調(diào)度信息；

30、步驟4.2：終端收到基站在步驟4.1發(fā)送的msg2后，在隨機(jī)接入第三步，終端依據(jù)lte標(biāo)準(zhǔn)，首先根據(jù)ta值確定上行子幀發(fā)送時(shí)刻，進(jìn)而根據(jù)msg3調(diào)度信息在規(guī)定的上行子幀發(fā)送msg3；基站根據(jù)時(shí)延整數(shù)部分τi計(jì)算msg3的正確接收時(shí)間，即基站在lte規(guī)定的msg3接收時(shí)刻基礎(chǔ)上，再延后整數(shù)部分τi個(gè)子幀接收msg3，以保證msg3的正常接收。

31、所述步驟5具體包括：

32、基站在收到msg3后，在隨機(jī)接入第四步，向終端發(fā)送msg4，終端根據(jù)lte規(guī)定計(jì)算harq的發(fā)送子幀，并在該子幀時(shí)刻向基站發(fā)送harq，同時(shí)，基站根據(jù)時(shí)延整數(shù)部分τi計(jì)算harq接收時(shí)間，即基站在lte規(guī)定的harq時(shí)序基礎(chǔ)上，延后整數(shù)部分τi個(gè)子幀接收harq，以保證harq的正常接收。

33、所述步驟6包括以下步驟：

34、隨機(jī)接入完成后，基站確定信道探測(cè)參考信號(hào)srs、上行控制信道pucch、上行共享信道pusch的上行接收時(shí)刻，具體如下：

35、對(duì)于信道探測(cè)參考信號(hào)srs，基站根據(jù)時(shí)延整數(shù)部分τi確定信道探測(cè)參考信號(hào)srs接收時(shí)間，即基站在原定上行調(diào)度接收子幀的基礎(chǔ)上，延后整數(shù)部分τi個(gè)子幀接收信道探測(cè)參考信號(hào)srs，以保證信道探測(cè)參考信號(hào)srs的正常接收；

36、對(duì)于上行控制信道pucch，基站根據(jù)時(shí)延整數(shù)部分τi確定上行控制信道pucch接收時(shí)間，即基站在原定上行調(diào)度接收子幀的基礎(chǔ)上，延后整數(shù)部分τi個(gè)子幀接收上行控制信道pucch，以保證上行控制信道pucch的正常接收；

37、對(duì)于上行共享信道pusch，基站根據(jù)時(shí)延整數(shù)部分τi確定上行共享信道pusch接收時(shí)間，即基站在原定上行調(diào)度接收子幀的基礎(chǔ)上，延后整數(shù)部分τi個(gè)子幀接收上行共享信道pusch，以保證上行共享信道pusch的正常接收。

38、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于：

39、第一：本發(fā)明在msg1，即上行同步時(shí)，基站側(cè)通過(guò)擴(kuò)大前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口，使得基站在上行同步階段支持更大的時(shí)延，在信號(hào)傳播延遲較大的情況下也能保持同步，提高了網(wǎng)絡(luò)的同步能力和通信質(zhì)量。

40、第二：針對(duì)ta機(jī)制不支持大時(shí)延的問(wèn)題，本發(fā)明以毫秒為單位，將時(shí)延分為整數(shù)部分τi和小數(shù)部分τf，鑒于ta機(jī)制最大的調(diào)整范圍為0.66ms，小于一個(gè)子幀，并且將小數(shù)部分τf分為兩類，type1型(小數(shù)部分τf小于0.66ms)和type2型(小數(shù)部分τf大于0.66ms)，提高了4g時(shí)延的支持范圍，通過(guò)細(xì)分時(shí)延，使得ta機(jī)制能夠更有效地工作，即使在時(shí)延較大的情況下也能保持通信的準(zhǔn)確性和效率。

41、第三：本發(fā)明提供兩種基站上行幀結(jié)構(gòu)，第一種幀結(jié)構(gòu)擁有更高的覆蓋范圍，第二種幀結(jié)構(gòu)擁有更高的頻譜效率，兩種結(jié)構(gòu)各有利弊，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的幀結(jié)構(gòu)，可以適應(yīng)不同場(chǎng)景，提供了更大的靈活性和適應(yīng)性。

42、第四：本發(fā)明在不改變終端協(xié)議的情況下，只改變基站側(cè)協(xié)議，完成隨機(jī)接入和數(shù)據(jù)信息的收發(fā)，解決了衛(wèi)星與地面之間時(shí)延遠(yuǎn)大于ta調(diào)整范圍的問(wèn)題，可以適用于fdd體制下4g存量終端，提高了系統(tǒng)的兼容性和實(shí)用性，降低了運(yùn)營(yíng)商和用戶的升級(jí)成本。

43、綜上所述，本發(fā)明在4g場(chǎng)景通過(guò)擴(kuò)大前導(dǎo)序列檢測(cè)窗口、細(xì)分時(shí)延處理、提供兩種幀結(jié)構(gòu)選擇，實(shí)現(xiàn)了僅修改基站側(cè)協(xié)議而不改變終端側(cè)協(xié)議，可以支持更大的時(shí)延，提高4g網(wǎng)絡(luò)的同步能力、通信效率和適應(yīng)性，同時(shí)降低了運(yùn)營(yíng)商和用戶升級(jí)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)兼容性。