[发明专利]大范围非同步上行接入方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线宽带地空通信领域和航空信息管理领域，特别涉及实现大范围非同步上行接入方法及装置。

背景技术

LTE系统集成了很多的先进技术，具有很多的优点，目前以LTE为代表的4G技术是各国下一代地面无线通信系统的主流选择。LTE的一个鲜明特点是能够实现大范围的通信，最远支持长达100km的覆盖。这种大范围的覆盖能力有许多潜在的应用。给飞行中的飞机提供不间断的IFEC(飞行中的娱乐与通信)服务，就是一种机上通信服务的热点。目前美国的Aircell公司通过使用EVDO，来实现对空的覆盖。实际上，由于LTE的设计特点，也可以直接用于地空通信的覆盖，而且能够实现更高吞吐以及更高频谱效率的传输。

地面通信时，路径衰减因子通常为距离的3～4次方，而上行接入时，则为接近于自由空间衰减的2次方模型。LTE系统设计的最远100公里的覆盖，按地面3次方的衰减模型来进行功率折算，则可以对应覆盖到空中3162公里。而空中的基于地面覆盖的地空数据通信系统，通常最大的距离为400km左右。也就是说，如果将LTE直接用于地空通信系统，从系统设计的最大功率的覆盖范围来讲，足以满足地空通信覆盖的要求。

然而，由于LTE系统是为地面蜂窝移动通信系统的应用而设计的。直接应用于空中更大覆盖范围、更高移动速度、更少用户的场景，将有很多方面需要优化甚至修改。其中的一个关键问题就是，LTE设计的上行PRACH信道能够支持的最远覆盖距离为100km，而地空通信则需要至少可以覆盖到200-400公里，这个覆盖范围超过了目前LTE系统的支持能力，需要做相应的修改。当然以最大100km范围的覆盖同样可以支持地空通信，但是其代价是需要建站时把地面基站建得更密，成本将会更高。如按完全覆盖特定空域来计算，100公里的覆盖对应于最远200公里覆盖时成本的4倍、最远300公里覆盖时成本的9倍，最远400公里覆盖时成本的16倍。增加地面基站数的另一个现实的挑战是，在地面建站点越多，需要的站址越多，而这种地空通信系统通常需要沿航线布设，实际中航线所在的位置通常会跨越偏远山区、大城市、甚至海边，如果要在这些地方布设更密的基站将会带来工程、经济、社会、环境等诸多方面的约束和挑战。而各大覆盖范围的基站除了减少成本之外，在部署基站的时候选择也将更加灵活。

另一个方面，由于LTE系统已经是国际IMT-A技术标准，目前已经具有了成熟的产品。因此实现地空通信的超过100公里的覆盖，最好在现有产品的基础上进行，即尽可能少地修改现有产品，最好能够只通过修改部分产品的软件参数配置即可实现。这样对使用LTE产品实现地空通信的成本减少有重要的作用。

因此使用LTE系统实现地空通信的覆盖，如何在现有LTE系统空口协议与现有货架产品的基础上做尽可能少的修改，从而实现超过100公里范围的地空通信覆盖，为本发明需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现地空宽带通信的系统及方法，用来在利用LTE系统实现超过LTE系统协议所定义的最大覆盖范围的地空通信条件下，实现非同步上行接入。

根据本发明第一方面，提供了一种大范围非同步地空通信的方法，包括以下步骤：

A、各机载终端根据基站发送的随机接入信道PRACH扩展指令，生成扩展PRACH；

B、各机载终端通过向基站发送所述扩展PRACH，进行随机接入；

C、基站对各机载终端发送的扩展PRACH进行PRACH检测，以确定各上行接入机载终端的信道以及对应的发射时延值，并根据所述发射时延值生成并发送上行发射时间调整指令；

D、各机载终端根据基站发送的所述上行发射时间调整指令，调整发射的时间位置，从而实现上行定时同步。

其中，所述步骤A包括：

A1、基站在进行各机载终端上行资源分配时，向小区内的所有机载终端发送在PRACH的保护间隔GT之后的一段时间不使用OFDM符号的PRACH扩展指令；

A2、各机载终端根据所述PRACH扩展指令，在所述PRACH保护间隔GT后形成与所述一段时间相对应的空区，得到所述GT+空区的扩展保护间隔GT’，从而生成扩展PRACH；

其中，所述PRACH扩展指令是基站通过下行PDCCH信道进行上行用户资源分配时，将PRACH信道后面相邻的OFDM符号上PRACH信道所在频域上的资源预留出来的方式实现的。

其中，所述不使用的OFDM符号的数量与基站需要扩展的覆盖半径成正比。

其中，所述各机载终端通过以下方式之一向基站发送所述扩展PRACH：