一种5G低轨卫星随机接入序列设计及检测方法技术

本发明专利技术提供了一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，移动终端，对卫星下的本地根序列经过因子图选择以及交替组合形成双根级联长前导序列，向卫星发送该前导序列发起随机接入请求；卫星通过本地差分矩阵和双根级联长序列构造的接收差分矩阵进行时域周期相关，从而得到最终的功率时延谱；进一步估计得到定时提前量，移动终端可以根据定时提前量调整发送时间，从而完成初始随机接入。本发明专利技术对频偏的鲁棒性较好，不但可以克服多普勒频移对随机接入前导检测的不利影响，并且具有较好的抗噪性能，提高了时延值估计准确度的同时，还可以根据场景灵活调整联合子序列的组数和构造矩阵的行数，实现计算复杂度和检测性能之间的平衡。衡。衡。

【技术实现步骤摘要】
Preamble Design and Detection for Mobile Satellite Communication Systems》假设了UE知道卫星的速度，并对多普勒频移进行了预补偿，这意味着CFO需要小于一个子载波间隔。
[0006]可见，现有的随机接入前导设计与检测方法都有一些局限性或者具有较高的复杂度。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，解决现有技术复杂度以及局限性问题。本专利技术对多普勒具有很好鲁棒性，且消耗了较少的根序列资源,同时可以根据性能要求灵活调整计算复杂度。本专利技术包括如下方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种5G低轨卫星随机接入序列设计及检测方法包括：
[0009]移动终端，执行下述步骤：
[0010]将卫星下的本地根序列分为主根序列和副根序列两组，并在主根序列组和副根序列组中均选择一个序列，将选择的两个序列通过交替组合直至交替次数为所述级联段数一半，得到双根级联长序列；将所述双根级联序列作为卫星前导序列向卫星发起前导随机接入请求；
[0011]其中，所述级联段数根据卫星波束覆盖直径和最大往返时延差求取长前导序列的持续时间，并根据所述持续时间确定得到；
[0012]卫星，执行下述步骤：
[0013]S201，利用自身的本地根序列构建本地差分矩阵；
[0014]S202，接收移动终端的双根级联长序列，并对双根级联长序列解级联，得到多组相邻的子序列；按照所述本地差分矩阵对每组的相邻子序列进行相似变换，得到与所述本地差分矩阵格式相同的接收差分矩阵；
[0015]S203，根据本地差分矩阵和每组相邻子序列的接收差分矩阵，得到最终的功率时延谱；
[0016]S204，根据所述最终的功率时延谱，确定所述移动终端的定时提前量，下发至移动终端；
[0017]移动终端，利用卫星检测到的定时提前量调整发送时间，从而完成初始随机接入。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测系统，所述5G低轨卫星随机接入序列设计与检测系统实现第一方面所述的5G低轨卫星随机接入序列设计与检测。
[0019]本专利技术提供的一种5G低轨卫星随机接入序列设计及检测方法，基于地面5G级联前导格式，设计了一种基于因子图的双根级联前导序列，移动终端检测时，通过卫星的本地根序列生成本地差分矩阵，并联合多个接收差分矩阵进行时域周期相关，不但克服了多普勒频移对随机接入前导检测的不利影响，并且具有较好的抗噪性能，提高了TA值估计的准确度，而且可以根据场景灵活调整联合子序列的组数和构造矩阵的行数，实现计算复杂度和检测性能之间的平衡。理论分析和仿真结果表明，通过本专利技术的双根级联长序列和差分互相关检测算法，能够较好的满足5G低轨卫星较大的往返时延和覆盖半径以及多普勒频移要求。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例提供的一种随机接入序列设计与检测方法的框架图；
[0021]图2是本专利技术实施例提供的随机接入双根级联长序列检测方法流程图；
[0022]图3是本专利技术实施例提供的双根级联长序列格式图；
[0023]图4是本专利技术实施例提供的双根级联因子图在主副根组各有3个根序列时的示例图；
[0024]图5是本专利技术实施例提供的差分互相关检测算法基本结构图；
[0025]图6是本专利技术实施提供的多组接收差分矩阵构造示意图；
[0026]图7是本专利技术实施例提供的差分互相关检测算法得到的功率谱图；
[0027]图8是本专利技术实施例提供的差分互相关检测算法在AWGN信道下，联合不同相邻序列组数和不同构造矩阵行数得到的抗噪性能曲线图；
[0028]图9是本专利技术实施例提供的差分互相关检测算法在AWGN信道下，联合不同相邻序列组数和不同构造矩阵行数时得到的定时估计MSE曲线图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]本专利技术提供了一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，下面结合附图对本发送作详细的描述。
[0031]结合图1以及图2，本专利技术提供了一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，包括：
[0032]移动终端，执行下述步骤：
[0033]将卫星下的本地根序列分为主根序列和副根序列两组，并在主根序列组和副根序列组中均选择一个序列，将选择的两个序列通过交替组合直至交替次数为所述级联段数一半，得到双根级联长序列；将所述双根级联序列作为卫星前导序列向卫星发起前导随机接入请求；
[0034]卫星，执行下述步骤：
[0035]S201，利用自身的本地根序列构建本地差分矩阵；
[0036]S202，接收移动终端的双根级联长序列，并对双根级联长序列解级联，得到多组相邻的子序列；按照所述本地差分矩阵对每组的相邻子序列进行相似变换，得到与所述本地差分矩阵格式相同的接收差分矩阵；
[0037]S203，根据本地差分矩阵和每组相邻子序列的接收差分矩阵，得到最终的功率时延谱；
[0038]S204，根据所述最终的功率时延谱，确定所述移动终端的定时提前量，下发至移动终端；
[0039]移动终端，利用卫星检测到的定时提前量调整发送时间，从而完成初始随机接入。
[0040]在移动终端级联之前，需要预先确定所述级联段数。根据卫星波束覆盖直径和最大往返时延差求取长前导序列的持续时间，并根据所述持续时间确定得到级联段数，具体
确定过程为：
[0041]S11：根据卫星波束覆盖半径和波束内最大往返时延差，求得随机接入前导序列中的循环前缀的持续时长T
CP
、长前导序列持续时间T
LP
和保护间隔持续时间T
GT
；
[0042]S12，由长前导序列持续时间T
LP
以及子序列持续时长T
SEQ
，确定级联段数K。
[0043]根据卫星波束覆盖半径和波束内最大往返时延差求得随机接入前导序列中循环前缀持续时长T
CP
、子序列持续时长T
SEQ
以及保护间隔时长T
GT
，具体公式为：
[0044]T
CP
≥T
RTD
+τ
ds (1)
[0045]T
GT
＝T
RTD (2)
[0046]T
LP
≥T
CP (3)
[0047]其中，T
RTD
表示卫星波束覆盖范围内终端与卫星基站之间最大的往返时延，τ
ds
表示多径时延扩展；
[0048]当卫星波束覆盖直径要求为667km时，考虑最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种5G低轨卫星随机接入序列设计及检测方法，其特征在于，包括：移动终端，执行下述步骤：将卫星下的本地根序列分为主根序列和副根序列两组，并在主根序列组和副根序列组中均选择一个序列，将选择的两个序列通过交替组合直至交替次数为所述级联段数一半，得到双根级联长序列；将所述双根级联序列作为卫星前导序列向卫星发起前导随机接入请求；其中，所述级联段数根据卫星波束覆盖直径和最大往返时延差求取长前导序列的持续时间，并根据所述持续时间确定得到；卫星，执行下述步骤：S201，利用自身的本地根序列构建本地差分矩阵；S202，接收移动终端的双根级联长序列，并对双根级联长序列解级联，得到多组相邻的子序列；按照所述本地差分矩阵对每组的相邻子序列进行相似变换，得到与所述本地差分矩阵格式相同的接收差分矩阵；S203，根据本地差分矩阵和每组相邻子序列的接收差分矩阵，得到最终的功率时延谱；S204，根据所述最终的功率时延谱，确定所述移动终端的定时提前量，下发至移动终端；移动终端，利用卫星检测到的定时提前量调整发送时间，从而完成初始随机接入。2.如权利要求1所述的5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，其特征在于，所述级联段数确定过程为：S11，根据卫星波束覆盖半径和波束内最大往返时延差，求得随机接入前导序列中的循环前缀的持续时长T
CP
、长前导序列持续时间T
LP
和保护间隔持续时间T
GT
；S12，由长前导序列持续时间T
LP
以及子序列持续时长T
SEQ
，确定级联段数K。3.如权利要求1所述的一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，其特征在于，双根级联长序列表示式如式(8)所示，其中子序列表示式如(9)所示，其中和分别表示根序列号为u
p
和u
s
的两个根ZC序列，表示式如(10)、(11)所示：的两个根ZC序列，表示式如(10)、(11)所示：的两个根ZC序列，表示式如(10)、(11)所示：的两个根ZC序列，表示式如(10)、(11)所示：其中，N表示前导序列长度，K为级联段数。4.如权利要求3所述的一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，其特征在于，S203包括：
S2031，对本地差分矩阵和每组相邻子序列的接收差分矩阵进行时域周期相关，得到每一组的功率时延谱；S2032，根据所述差分矩阵格式和所述级联段数合并所有组的功率时延谱，得到最终的功率时延谱。5.如权利要求4所述的一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，其特征在于，S201包括照式(12)构建本地差分矩阵：其中，x1和x2分别代表可能构成双根级联长序列的本地主根或副根ZC序列，M＝1,2,...,N代表不同的差分间隔，也可以表示构造矩阵的总行数。6.如权利要求5所述的一种5G低轨卫星随机接入序列设计与检测方法，其特征在于，S202中的接收差分矩阵表示为：其中，r1＝[r1(1),r1(2),...,r1(N)]表示接收到的长序列解级联后的一个子序列时域表达式，其中r1(k)表示r1的第k个元素，r2＝[r2(1),...

【专利技术属性】
技术研发人员：李果，上坛星，宫丰奎，张南，高洋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：