[发明专利]一种基于ZC序列的5G低轨卫星随机接入信号设计方法

说明书

本发明公开了一种基于ZC序列的5G低轨卫星随机接入信号设计方法，包括确定地面终端设备和低轨卫星之间的最大往返传输时延差确定循环前缀(cyclic prefix，CP)的持续时间T_CP、保护间隔(guard time，GT)的持续时间T_GT，确定随机接入前导序列Sequence的持续时间T_Seq及前导序列Sequence长度N，设置第一序列根值s，使得第一序列根值s与第一序列短序列长度N_ZC互质，获取不同随机接入前导序列所使用的第二序列根值r所组成的集合R_root五个步骤。本方法能够应对传播过程中的往返时延差并满足波束覆盖范围的要求，同时还具有良好的自相关与互相关性能，能够容纳更多用户同时进行随机接入。

技术领域

本发明涉及基于卫星技术的无线通信技术领域，具体为一种基于ZC序列的5G低轨卫星随机接入信号设计方法。

背景技术

地面蜂窝通信技术的出现与发展，极大地改善了人类生活及社会发展的方式。目前，第五代(the fifth generation，5G)蜂窝通信技术在进一步提升人与人之间通信性能的基础上，又提供了物与物之间的通信连接，满足了更加多样化的应用场景需求。然而，即便是当前的5G技术，受限于地形环境、基础设施的成本开销、部署条件以及覆盖范围等因素，尚无法在人烟稀少的偏远地区、地质灾害多发地区以及远海区等这些环境复杂的地区开展通信业务。并且，在台风、地震、雪灾及水灾等极端天气影响下，地面蜂窝通信系统容易遭受干扰及破坏。与之相比，卫星通信系统具有覆盖范围广、不受地理环境和地面自然灾害影响等特点，这使得基于卫星的通信系统可以成为地面蜂窝系统的有效补充和扩展。按照轨道高度的不同，卫星可以分为对地静止轨道(简称为GEO)卫星、中地球轨道(简称为MEO)卫星以及低地球轨道(简称为LEO)卫星。相比于GEO以及MEO卫星，LEO卫星通信系统有着发射费用低、传播时延短、路径损耗小等优点。因此如何将地面蜂窝通信系统与低轨卫星通信系统相融合实现通信网络天地一体、无缝交互、任意互联从而为用户提供更加优质、稳定的通信业务已成为当前的一个研究热点。

蜂窝通信系统中，随机接入的成功是用户接入网络并传输上行信号或建立双向数据链路的前提和基础。而随机接入信号的成功检测是用户设备能够初始化接入、获得上行定时同步的关键所在。由于用户设备发起随机接入过程的随机性，基站往往并不知道哪一个用户将要发送随机接入前导信号以及何时接入，从而需要为可能接入的潜在用户周期性的预留无需调度的公共资源用以发送这一信号。而复用这一公共资源的不同随机接入信号需要具备很好的自相关以及互相关特性。5G蜂窝通信系统中采用ZC序列生成随机接入前导序列。这一序列具有理想的相关特性，即同一根值不同循环移位的ZC序列之间互相正交。

而在构建基于LEO卫星的通信系统时，随机接入信号的设计同样是一个研究重点。为考虑和当前地面蜂窝通信系统物理层信号设计方案的兼容性，本设计方案同样采用ZC序列来生成随机接入信号。而用户设备和LEO卫星之间的传输时延远远大于其和当前地面部署的基站之间的传输时延。并且，用户设备和LEO卫星之间的路径损耗也远大于其和当前地面部署的基站之间的路径损耗。基于这些特点，现有的随机接入信号设计方案不能直接使用。此外，LEO卫星的覆盖范围也远大于地面小区，也需要能够提供更多的用户同时进行随机接入。目前的一些解决方案或是将5G系统中的随机接入前导信号重复多次之后级联构成长序列，或是将多个根值不同的短序列级联成长序列作为LEO系统的随机接入前导序列。而在区分不同的用户时往往使用不同的循环移位来。这些方案所得到的随机接入前导序列不具有良好的自相关和互相关性能。并且若采用循环移位来区分不同用户，将受限于卫星系统大的往返时延差的影响，会严重浪费资源，无法满足容纳更多用户同时进行随机接入。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZC序列的5G低轨卫星随机接入信号设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：