一种卫星移动通信系统及其同频干扰规避方法

摘要

本发明公开了一种卫星移动通信系统及其同频干扰规避方法，该系统包括通信卫星、信关站、终端；该方法为：信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，生成卫星的覆盖位置数据表和波束的接入门限；将新的覆盖位置数据表上注到高轨或低轨卫星上，覆盖旧的覆盖位置数据表；当终端获得准确的时间和位置信息且星历未过期时，预补偿随机接入信号的时频差，信关站将测量得到的时频差与门限值对比，若在门限内则允许终端接入，否则拒绝接入；如果终端未获得时间和位置信息、或星历数据过期，信关站根据测量得到的时频差，估计终端位置，检查终端是否在接入波束范围内，若在则允许终端接入，否则拒绝接入。本发明减少了控制信道资源的浪费，提高了通信效率。

说明书

技术领域

本发明涉及卫星移动通信技术领域，特别是一种卫星移动通信系统及其同频干扰规避方法。

背景技术

卫星移动通信系统是通过通信卫星进行信号转发的卫星通信系统，与宽带卫星通信系统不同，其用户链路主要工作在L频段、S频段，可支持小型化手持、便携类终端。目前世界上正在运行的低轨卫星移动通信系统主要有Iridium、GlobalStar等，已经建设完成的高轨卫星移动通信系统主要有Inmarsat、Thuraya、ACeS等。一般来说，卫星移动通信系统由卫星星座、信关站、用户终端三部分组成，信关站和卫星星座构成了卫星移动通信网络，并为用户终端提供业务接入服务。

卫星星座由若干颗分布在同一高度不同轨道上的高轨或低轨卫星构成，每颗卫星通过多个固定点波束实现对地视场覆盖，卫星之间通过星间链路或地面信关站互联起来，图1为典型的低轨卫星移动通信系统。

信关站作为卫星移动通信系统的重要组成部分，完成卫星载荷的管理和卫星移动通信系统的业务处理、网络管理、运营管理、业务结算等功能，同时负责卫星移动通信系统与PSTN、PLMN等地面系统的互联互通。

用户终端由分布在通信卫星波束覆盖范围内的各种手持、便携、车载等各型终端组成，终端是用户接入通信卫星通信系统的门户和应用平台，用于建立用户与卫星间的数据传输链路。一般情况下，卫星终端均配置GNSS系统，然而，由于定位时间过长或其他原因，部分卫星终端并未使用定位系统，无法根据终端位置信息判断终端是否在卫星波束覆盖范围内。此外，系统中绝大多数终端都是准静止类的终端(如速度小于等于6m/s)，相对低轨卫星运动速度几乎可以忽略不计。

为了保证用户终端在极端条件下(如波束边缘、阴影等地区)的正常接入，网络侧放宽了用户终端接入信号的链路门限，这就导致了网络侧能够同时在多个同频波束或者邻近卫星同频波束检测到不在本波束覆盖用户的接入信号，若不采用有效手段，则网络将在多个同频波束为用户分配控制信道资源，严重浪费系统信道资源。

文献《GMR-1卫星移动通信系统同频干扰问题分析及规避研究》提出了利用随机接入消息中承载的波束特征参数(如波束掩码)来判断用户是否从接入波束接入，但该方法存在两方面的问题，一是无法规避已规模应用但未做波束特征参数处理的终端接入，二是并未充分考虑终端所处位置，即使远离波束中心点，也允许终端接入，而此类终端需要系统提供更多下行功率资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以识别终端有效接入信号，为有效用户分配控制信道资源，提高控制信道资源的利用率的卫星移动通信系统及其同频干扰规避方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种卫星移动通信系统，包括通信卫星、信关站、终端，所述信关站或通信卫星结合卫星星历和点波束覆盖范围，判断用户接入的时差和频差对应的点是否在接入波束覆盖范围内；所述终端发送用于频差和时差测量的随机接入信号。

进一步地，根据终端随机接入信号测量得到时差、频差这些信息，分别与时差接入门限TOA

进一步地，位置校验机制具体为：如果终端能够获得准确的时间和位置信息且星历未过期，则预补偿随机接入信号的时频差后发射接入信号，信关站或通信卫星根据测量得到的时差TOA、频差FOA这些掩码信息，若满足|TOA|-TOA

如果终端未获得时间和位置信息、或星历数据过期，信关站或通信卫星根据测量得到的时差与频差，估计终端位置，检查终端是否在接入波束范围，若不在，则丢弃该随机接入消息，否则，允许终端接入。

一种基于所述卫星移动通信系统的同频干扰规避方法，包括以下步骤：

步骤1、信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线，并生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表及每波束的接入门限；

步骤2、信关站将新计算的覆盖位置数据表通过馈电链路上注到高轨或低轨卫星上，以覆盖旧的覆盖位置数据表；

步骤3、若终端能够获得精确的时间和位置信息，且卫星星历未过期时，则在终端对随机接入信号进行时间和频率的预补偿，然后根据终端随机接入信号测量得到时差、频差信息，分别与接入门限对比，判断是否允许终端接入；

步骤4、若终端无法获得时间和位置信息，或卫星星历过期时，信关站或星载基站根据终端接入时间、频差和时差信息，查找覆盖位置数据表，估计终端所在的位置区域；并检查该位置区域是否在接入波束，判断是否允许终端接入。

进一步地，步骤1所述的信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线，并生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表及每波束的接入门限，具体如下：

步骤1.1、信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线，其中，F0，F1，......，Fi，为等间隔的多普勒频差，T0，T1，......，Tj，为等间隔信号往返时差，coverage

步骤1.2、根据等时差和等频差线，生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表；

步骤1.3、生成波束的接入门限，波束接入门限为当前波束的TOA

进一步地，所述步骤3，具体如下：

步骤3.1、若终端可以获得精确的时间和位置信息，且卫星星历未过期时，则在随机接入过程中，终端根据卫星星历、本地位置和时间对随机接入信号进行时间和频率的预补偿；

步骤3.2、根据终端随机接入信号测量得到时差、频差信息，分别与接入门限对比，判断是否允许终端接入，具体如下：

信关站或星载基站测量得到时差TOA、频差FOA，若满足|TOA|-TOA

进一步地，所述步骤4，具体如下：

步骤4.1、若终端无法获得时间和位置信息，或卫星星历过期时，则信关站或星载基站通过测量得到的频差FOA和时差TOA为终端实际偏差；

步骤4.2、信关站或星载基站根据终端接入时间、频差和时差信息，查找覆盖位置数据表，估计终端所在的位置区域，并检查该位置区域是否在接入波束，判断是否允许终端接入，具体如下：

信关站或星载基站根据终端接入时间、频差FOA和时差TOA信息，查找覆盖位置数据表，估计终端所在的位置区域，并检查该位置区域是否在接入波束，若不在接入波束，则接入允许码为0，拒绝终端接入；否则接入允许码为1，允许终端接入。

本发明与现有技术相比，其显著效果为：(1)利用用户接入信号的时差和频差信息，估计终端大致的位置区域，根据位置区域和接入时刻判断终端是否接入波束的覆盖范围内，若不在接入范围内，则认为是无效接入消息并丢弃，为有效用户分配控制信道资源，减少了控制信道资源的浪费；(2)利用实时解算的覆盖位置数据表进行终端接入，提高了卫星移动通信系统抗同频干扰的效率，提高了通信质量。

附图说明

图1为典型低轨卫星移动通信系统的组成结构示意图。

图2为地面接收天线在同频波束上接收到干扰信号时的模型示意图。

图3为本发明一种卫星移动通信系统同频干扰规避方法的流程示意图。

图4为低轨卫星对地覆盖点波束、等频差和等时差线示意图。

图5为高轨卫星7色复用波束规划方式。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了有效规避接入信号对接入流程的影响，在接入消息编码过程中引入用户位置测量机制，网络通过测量接入信号得到的往返时差和频差等信息，并基于时差和频差来解决同频干扰带来的通信问题，该方案对收到的随机接入消息的时差和频差进行分析识别，允许波束覆盖范围内的用户进入后续接入流程，其他用户接入消息直接在随机接入阶段丢弃。为此，所述信关站或通信卫星根据卫星星历、卫星覆盖等信息，结合卫星星历和点波束覆盖范围计算包含时间、时差、频差的覆盖位置数据表，判断用户接入的时差和频差对应的区域是否在接入波束覆盖范围内；所述终端用于发送用于频差和时差测量的随机接入信号。所述方法为信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线及所有波束的接入门限；信关站或通信卫星测量终端随机接入信号并得到时差、频差等信息，和接入门限对比后生成接入允许码，根据接入允许码判断是否允许终端接入。

同步轨道卫星不同于低轨卫星，准静止类终端相对卫星的多普勒频偏较小，终端本振抖动带来的频差可能高于多普勒频偏，因此，无法利用多普勒频偏进行终端位置粗测量。为了解决同步轨道卫星同频干扰问题，在波束规划时，尽可能将同频波束放置在不同的等时差圈中，并计算出最大的相对波束中心点往返时差TOA

本发明一种卫星移动通信系统，包括通信卫星、信关站、终端，所述信关站或通信卫星结合卫星星历和点波束覆盖范围，判断用户接入的时差和频差对应的点是否在接入波束覆盖范围内；所述终端发送用于频差和时差测量的随机接入信号。

作为一种具体示例，根据终端随机接入信号测量得到时差、频差这些信息，分别与时差接入门限TOA

作为一种具体示例，位置校验机制具体为：如果终端能够获得准确的时间和位置信息且星历未过期，则预补偿随机接入信号的时频差后发射接入信号，信关站或通信卫星根据测量得到的时差TOA、频差FOA这些掩码信息，若满足|TOA|-TOA

如果终端未获得时间和位置信息、或星历数据过期，信关站或通信卫星根据测量得到的时差与频差，估计终端位置，检查终端是否在接入波束范围，若不在，则丢弃该随机接入消息，否则，允许终端接入。

一种基于所述卫星移动通信系统的同频干扰规避方法，包括以下步骤：

步骤1、信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线，并生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表及每波束的接入门限；

步骤2、信关站将新计算的覆盖位置数据表通过馈电链路上注到高轨或低轨卫星上，以覆盖旧的覆盖位置数据表；

步骤3、若终端能够获得精确的时间和位置信息，且卫星星历未过期时，则在终端对随机接入信号进行时间和频率的预补偿，然后根据终端随机接入信号测量得到时差、频差信息，分别与接入门限对比，判断是否允许终端接入；

步骤4、若终端无法获得时间和位置信息，或卫星星历过期时，信关站或星载基站根据终端接入时间、频差和时差信息，查找覆盖位置数据表，估计终端所在的位置区域；并检查该位置区域是否在接入波束，判断是否允许终端接入。

作为一种具体示例，步骤1所述的信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线，并生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表及每波束的接入门限，具体如下：

步骤1.1、信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线，其中，F0，F1，......，Fi，为等间隔的多普勒频差，T0，T1，......，Tj，为等间隔信号往返时差，coverage

步骤1.2、根据等时差和等频差线，生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表；

步骤1.3、生成波束的接入门限，波束接入门限为当前波束的TOA

作为一种具体示例，所述步骤3，具体如下：

步骤3.1、若终端可以获得精确的时间和位置信息，且卫星星历未过期时，则在随机接入过程中，终端根据卫星星历、本地位置和时间对随机接入信号进行时间和频率的预补偿；

步骤3.2、根据终端随机接入信号测量得到时差、频差信息，分别与接入门限对比，判断是否允许终端接入，具体如下：

信关站或星载基站测量得到时差TOA、频差FOA，若满足|TOA|-TOA

作为一种具体示例，所述步骤4，具体如下：

步骤4.1、若终端无法获得时间和位置信息，或卫星星历过期时，则信关站或星载基站通过测量得到的频差FOA和时差TOA为终端实际偏差；

步骤4.2、信关站或星载基站根据终端接入时间、频差和时差信息，查找覆盖位置数据表，估计终端所在的位置区域，并检查该位置区域是否在接入波束，判断是否允许终端接入，具体如下：

信关站或星载基站根据终端接入时间、频差FOA和时差TOA信息，查找覆盖位置数据表，估计终端所在的位置区域，并检查该位置区域是否在接入波束，若不在接入波束，则接入允许码为0，拒绝终端接入；否则接入允许码为1，允许终端接入。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例

本实施例提供一种卫星移动通信系统，包括通信卫星、信关站和终端；所述信关站或通信卫星结合卫星星历和点波束覆盖范围，判断终端接入的时差和频差对应的点是否在接入波束覆盖范围内；所述终端发送用于频差和时差测量的随机接入信号。

如图3所示，本实施例还提供一种卫星移动通信系统的同频干扰规避方法，步骤为：

步骤1、信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线，并生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表及每波束的接入门限，具体如下：

步骤1.1、信关站根据卫星星历和卫星覆盖范围，周期性计算等时差和等频差线；

步骤1.2、生成与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表及每波束接入门限，如表1所示，其中，F

表1与时间t相关时差、频差、位置区域的覆盖位置数据表

步骤1.3、生成波束的接入门限，波束接入门限为当前波束的TOA

步骤2、信关站将新计算的覆盖位置数据表通过馈电链路上注到高轨或低轨卫星上，以覆盖旧的覆盖位置数据表。步骤3、若终端可以获得精确的时间和位置信息，且卫星星历未过期时，则在随机接入过程中，终端根据卫星星历、本地位置和时间对随机接入信号进行时间和频率的预补偿，此时，信关站或星载基站测量得到的时差(TOA)、频差(FOA)等掩码很小，若满足|TOA|-TOA

步骤4、若终端无法获得时间和位置信息，或卫星星历过期时，则在随机接入过程中，终端无法对随机接入信号时频差的预补偿，信关站或星载基站通过测量得到的频差和时差为终端实际偏差，信关站或星载基站可根据终端接入时间、频差和时差等信息，查找覆盖位置数据表，估计终端所在的位置区域，并检查该位置区域是否在接入波束，若不在接入波束，则接入允许码为0,拒绝终端接入，否则接入允许码为1，允许终端接入。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。