一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103427895 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103427895 A *CN103427895A* (21)申请号 201310335775.X (22)申请日 2013.08.05 H04B 7/185(2006.01) (71)申请人东南大学地址 210096 江苏省南京市四牌楼 2 号 (72)发明人王海明邓祝明尤肖虎高西奇 (74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32204 代理人夏雪 (54) 发明名称一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法 (57) 摘要本发明公开了一种。

2、全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法。多颗卫星同时覆盖同一区域，每一个小区的定时调整包括如下步骤：以某一颗卫星作为参考基准，计算位于其他轨道卫星所发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差；根据时延差，分别对卫星发射端进行定时调整，使得不同卫星的发射信号同时到达地面小区中心点；设定调整时间间隔，对覆盖该小区的多颗卫星发射端的定时进行周期性调整。本发明为全域覆盖多波束卫星 LTE 系统提供一种下行发射端定时调整方法，为全域覆盖多波束卫星 LTE 系统实现同频组网创造必要条件。 (51)Int.Cl. 权利要。

3、求书 2 页说明书 5 页附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图2页 (10)申请公布号 CN 103427895 A CN 103427895 A *CN103427895A* 1/2 页 2 1. 一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法，其特征在于，多颗卫星同时覆盖同一区域，包括如下步骤：（1）以某一颗卫星作为参考基准，计算位于其他轨道卫星所发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差；（2）根据时延差，分别对卫星发射端进行定时调整，使得不同卫星。

4、的发射信号同时到达地面小区中心点；（3）设定调整时间间隔，对覆盖该小区的多颗卫星发射端的定时进行周期性调整。 2. 根据权利要求 1 所述一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述步骤（1）中不同轨道卫星的发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差的计算公式为：式中， C为所求的时延差； c为光的传播速度； dr和d分别为作为参考基准的卫星和位于其他轨道卫星与地面小区中心点的距离。 3. 根据权利要求 2 所述一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述的卫星到。

5、地面点距离计算公式为：式中， d 为卫星到地面点的距离； Re为地球的平均赤道半径； r 为卫星与地心之间的距离；为地球中心角，其计算公式为：其中，分别为地面点和卫星的经纬度。 4. 根据权利要求 3 所述一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法，其特征在于：在时刻 t，所述的卫星的经纬度的计算公式为：其中， 0为卫星所在轨道上升节点的经度；为节点线与卫星在时刻t的位置和地心连线之间的角度； Te为地球轨道周期； t0为卫星经过上升节点时刻；为卫星轨道平面和赤道平面的夹角，正方向沿轨道平面向上。 5. 根据权利要求 4 所述一种。

6、全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述步骤（2）中卫星发射端定时调整方法如下： 1）若 C 0，即该卫星的发射信号比作为参考基准的卫星所发射信号落后到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需提前 C时间发射； 2）若 C 0，即该卫星的发射信号比作为参考基准的卫星所发射信号先到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需延迟 C时间发射；权利要求书 CN 103427895 A 2 2/2 页 3 3）在地面端，测量地面小区中心点处来自不同轨道卫星的接收信号时延差，以确认发射端定时调整初步完成，若。

7、时延差不为零，即定时调整存在偏差，则通过地球控制站对卫星进行调整。 6. 根据权利要求 5 所述一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述步骤（2）中针对地面小区中心点的卫星发射端定时调整完成后，计算位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘点的时延差，验证位于不同轨道卫星所发射信号到达该小区内任何位置的时延差都小于保护间隔长度 Tg，若存在时延差超出保护间隔长度 Tg，通过缩小小区半径或延长保护间隔使得时延差小于保护间隔长度 Tg。 7. 根据权利要求 6 所述一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法，其特征在于：。

8、所述步骤（3）中卫星发射端定时调整时间间隔 Tadj的设定必须满足： Tadj小于定时调整时刻与调整后位于不同轨道卫星所发射信号到达小区内任意一点的时延差首次超出保护间隔长度 Tg时刻之间的最小时间间隔。权利要求书 CN 103427895 A 3 1/5 页 4 一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法技术领域 0001 本发明属于宽带无线通信技术领域，具体是一种全域覆盖多波束卫星 LTE 的下行发射端定时调整方法。背景技术 0002 卫星移动通信是实现在任何地点进行通信的必要手段之一。近年来，第四代（The Fourth Generatio。

9、n Mobile Communication Systems,4G）陆地蜂窝移动通信发展日趋成熟，以正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）、多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）和同频组网等作为关键技术的第三代合作伙伴计划长期演进技术（The3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution,3GPP-LTE）已经陆续投入商用。将具有高速率、大容量、高频谱效率、高功率效率等特点的陆地。

10、LTE（Terrestrial LTE,T-LTE）应用到卫星移动通信中，建立同频组网的多波束卫星 LTE（Satellite LTE,S-LTE）移动通信系统是当前卫星移动通信领域研究的热点和难点。 0003 同频组网的多波束 S-LTE 移动通信系统在卫星上采用大型天线阵列产生多个波束，到达地面后形成多个小区。多波束 S-LTE 采用多颗卫星（可能是不同类型的卫星）共同组网，从而实现全域覆盖。位于不同轨道卫星共同覆盖的地面小区中的终端，将接收到来自不同轨道卫星的发射信号，同一卫星的发射信号经过相同的衰落信道到达终端，不同轨道卫星的发射信号则经过不同的衰落信道。

11、到达终端，且不同轨道卫星的发射信号到达终端存在时延差，时延差可能超过保护间隔的长度。由于多波束 S-LTE 移动通信系统采用同频组网，若不同轨道卫星的发射信号到达同一小区内的地面接收端的时延差超过保护间隔长度，则不同轨道卫星的发射信号将互相干扰，无法有效地通信。发明内容 0004 发明目的：针对全域覆盖多波束 S-LTE 系统实现同频组网的必要条件，本发明提供了一种全域覆盖多波束 S-LTE 的下行发射端定时调整方法，对全域覆盖多波束 S-LTE 的下行发射端定时调整，使得不同轨道卫星的发射信号到达该小区内任何位置的时延差都小于保护间隔长度。 0005 技术方。

12、案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种全域覆盖多波束 S-LTE 的下行发射端定时调整方法，多颗卫星同时覆盖同一区域，每一个小区的定时调整包括如下步骤： 0006 （1）以某一颗卫星作为参考基准，计算位于其他轨道卫星所发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差； 0007 （2）根据时延差，分别对卫星发射端进行定时调整，使得不同卫星的发射信号同时到达地面小区中心点； 0008 （3）设定调整时间间隔 Tadj，对覆盖该小区的多颗卫星发射端的定时进行周期性调说明书 CN 103427895 A 4 2/5 页。

13、 5 整。 0009 所述步骤（1）中不同轨道卫星的发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点（简称 “地面点” ）的时延差的计算公式为： 0010 0011 式中， C为所求的时延差； c为光的传播速度； dr和d分别为作为参考基准的卫星和位于其他轨道卫星与地面小区中心点的距离。 0012 所述的卫星到地面点的距离计算公式为： 0013 0014 式中， d 为卫星到地面点的距离； Re为地球的平均赤道半径； r 为卫星与地心之间的距离；为地球中心角，其计算公式为： 0015 0016 其中，分别为地面点和卫星的经纬度。 0017 在时。

14、刻 t，所述的卫星的经纬度的计算公式为： 0018 0019 0020 其中， 0为卫星所在轨道上升节点的经度；为节点线（即卫星轨道平面和赤道平面的交线）与卫星在时刻 t 的位置和地心连线之间的角度； Te为地球轨道周期； t0为卫星经过上升节点时刻；为卫星轨道平面和赤道平面的夹角，正方向沿轨道平面向上。 0021 所述步骤（2）的卫星发射端定时调整方法如下： 0022 1）若 C 0，即该卫星的发射信号比作为参考基准的卫星所发射信号落后到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需提前 C时间发射； 0023 2）若 C 0，即该卫星的发射信号。

15、比作为参考基准的卫星所发射信号先到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需延迟 C时间发射； 0024 3）在地面端，测量地面小区中心点处来自不同轨道卫星的接收信号时延差，以确认发射端定时调整初步完成，若时延差不为零，即定时调整存在偏差，则通过地球控制站对卫星进行调整。 0025 所述步骤（2）中第一次发射端定时调整完成后，须计算位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘点的时延差，验证位于不同轨道卫星所发射信号到达该小区内任何位置的时延差都小于保护间隔长度 Tg，若存在时延差超出保护间隔长度 Tg，可通过缩小小区半径或延长保护间隔使得时延差小于保护。

16、间隔长度 Tg。说明书 CN 103427895 A 5 3/5 页 6 0026 所述步骤（3）中卫星发射端定时调整时间间隔 Tadj的设定必须满足： Tadj小于定时调整时刻与调整后位于不同轨道卫星所发射信号到达小区内任意一点的时延差首次超出保护间隔长度 Tg时刻之间的最小时间间隔。 0027 卫星发射端定时调整时间间隔 Tadj的设定中，所述的定时调整时刻与调整后位于不同轨道卫星所发射信号到达小区内任意一点的时延差首次超出保护间隔长度 Tg时刻之间的最小时间间隔的计算方法如下：设 t1时刻完成卫星发射端定时调整，调整前不同轨道卫星的发射信号与作为参考基准的卫。

17、星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差为 C， t2时刻位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘的时延差首次超出保护间隔长度Tg，即=C+Tg，其中是调整前t2时刻位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘的时延差。根据权利要求 2 所述的时延差计算公式、权利要求 3 所述的卫星到地面点距离计算公式以及权利要求4所述的时刻t卫星的经纬度的计算公式，可求得时刻 t2的值，从而，调整时间间隔 Tadj的设定必须满足： Tadj t2-t1。 0028 有益效果：通过本发明所述的全域覆盖多波束 S-LTE 的下行发射端定时调整方法，不同轨道卫星的发射信号到达该小区内。

18、任何位置的时延差都小于保护间隔长度，在同频组网下，不同轨道卫星的发射信号不会互相干扰，从而实现有效的通信。附图说明 0029 图1是本发明所述的一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法的卫星轨道的模型图。 0030 图2是本发明所述的一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法所述具体实施例的模型图。 0031 图3是本发明所述的一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法所述具体实施例中， t1时刻卫星发射端定时调整完成后， GEO 卫星和 IGSO 卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差的分布图。 0032 图4是本发明所述的一种全域覆盖多。

19、波束S-LTE的下行发射端定时调整方法所述具体实施例中，从 t1时刻运动 2 秒后， GEO 卫星和 IGSO 卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差的分布图。具体实施方式 0033 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 0034 本发明提供了一种全域覆盖多波束 S-LTE 的下行发射端定时调整方法，图 1 是卫星轨道的模型图，表示了描述轨道定位的参数。下面将以地球静止轨道（Geostationar。

20、y Earth Orbit,GEO）卫星和倾斜地球静止同步轨道（Inclining Geostationary Synchronized Orbit,IGSO）卫星双星为例，结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，图 2 为所述本例的模型图。假设 GEO 卫星的经纬度为：IGSO 卫星所在的轨道倾角 =55； IGSO 卫星轨道的上升节点所在的经度为： 0=30；以 IGSO 说明书 CN 103427895 A 6 4/5 页 7 卫星第一次经过轨道上升节点的时刻为基准（t0 0）； GEO 卫星和 IGSO 卫星的共同覆盖小区半径。

21、Rc为 111km，小区中心点的经纬度为： 0035 （1）以 GEO 卫星作为参考卫星，计算 t1 175 秒时刻 IGSO 卫星的发射信号与 GEO 卫星的发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差 C，计算公式如下： 0036 ( 公式 0) 0037 式中， c 为光的传播速度； dr和 d 分别为 GEO 卫星和 IGSO 卫星与地面小区中心点的距离，其计算公式如下： 0038 ( 公式 0) 0039 式中， Re为地球的平均赤道半径； r 为卫星与地心之间的距离；为地球中心角，其计算公式为： 0040 ( 公式 0) 0041 式中，分别为地面点和卫。

22、星的经纬度；在任意时刻 t 卫星的经纬度的计算公式为： 0042 ( 公式 0) 0043 ( 公式 0) 0044 其中， 0为卫星所在轨道上升节点的经度；为节点线（卫星轨道平面和赤道平面的交线）与卫星在时刻 t 的位置和地心连线之间的角度； Te为地球轨道周期； t0为卫星经过上升节点时刻；为卫星轨道平面和赤道平面的夹角，正方向沿轨道平面向上。 0045 由 ( 公式 0) 和 ( 公式 0) 可求得：在 t1 175 秒时刻， IGSO 卫星的经纬度为：依据 ( 公式 0) 至 ( 公式 0) 可求得 GEO 卫星和 IGSO 卫星的发射信号到达共同。

23、覆盖的地面小区的小区中心点的时延差 C -1.457010-4秒。 0046 （2）以 GEO 为基准，根据计算得到的时延差 C，对 IGSO 卫星发射端进行定时调整，使得 GEO 和 IGSO 卫星的发射信号同时到达小区中心点。由于 C 0，即 IGSO 卫星的发射信号比 GEO 卫星的发射信号先到达共同覆盖地面小区中心点：则 IGSO 卫星的发射信号需延迟 C时间发射。图 3 给出了 t1时刻卫星发射端定时调整完成后， GEO 卫星和 IGSO 卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差的分布图。 0047 根据(公式0)至(公式0)可求得定时调整后， GEO和IGSO。

24、卫星的发射信号到达该小区边缘的最大时延差约为： max4.086510-6秒。以保护间隔长度Tg5.208310-6 秒（每帧第一个时隙的第一个 OFDM 符号的循环前缀部分）为例，则 GEO 和 IGSO 卫星的发射信号到达小区内任意一点的时延差均小于保护间隔长度。 0048 （3）设定卫星发射端定时调整时间间隔 Tadj，按照上述步骤，对卫星发射端定时进行周期性的调整， Tadj必须小于定时调整时刻与调整后不同轨道卫星的发射信号到达小区说明书 CN 103427895 A 7 5/5 页 8 内任意一点的时延差首次超出保护间隔时刻之间的最小时间间隔。按照 ( 公。

25、式 0) 至 ( 公式 0)，可求得， t2 177 秒时刻， GEO 卫星和 IGSO 卫星的发射信号到达小区边缘的最大时延差约为： max -5.726610-6秒，超出了保护间隔长度 Tg，因此， Tadj必须满足： Tadj 2 秒。图 4 给出了 t 177 秒时刻， GEO 卫星和 IGSO 卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差的分布图。 0049 随着 IGSO 卫星在轨道上的运动，每次依据上述方法进行卫星发射端定时调整后， GEO 和 IGSO 卫星的发射信号到达该小区的最大时延差在变化，通过计算可以求得， IGSO 卫星从第一次经过轨道上升节点到走过 13 轨道这一过程中，定时调整后， GEO 和 IGSO 卫星的发射信号到达该小区的最大时延差 max410-4秒。为了使定时调整后， GEO 和 IGSO 卫星的发射信号到达该小区任意位置的时延差小于保护间隔 Tg，可以将每帧的第一个时隙作为保护间隔，即： Tg 510-4秒。说明书 CN 103427895 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说明书附图 CN 103427895 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说明书附图 CN 103427895 A 10 。

摘要
申请专利号：	CN201310335775.X	申请日：	2013.08.05
公开号：	CN103427895A	公开日：	2013.12.04
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H04B 7/185申请日:20130805\|\|\|公开
IPC分类号：	H04B7/185	主分类号：	H04B7/185
申请人：	东南大学
发明人：	王海明; 邓祝明; 尤肖虎; 高西奇
地址：	210096 江苏省南京市四牌楼2号
优先权：
专利代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204	代理人：	夏雪
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内容摘要

本发明公开了一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法。多颗卫星同时覆盖同一区域，每一个小区的定时调整包括如下步骤：以某一颗卫星作为参考基准，计算位于其他轨道卫星所发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差；根据时延差，分别对卫星发射端进行定时调整，使得不同卫星的发射信号同时到达地面小区中心点；设定调整时间间隔，对覆盖该小区的多颗卫星发射端的定时进行周期性调整。本发明为全域覆盖多波束卫星LTE系统提供一种下行发射端定时调整方法，为全域覆盖多波束卫星LTE系统实现同频组网创造必要条件。

权利要求书

权利要求书
1.  一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法，其特征在于，多颗卫星同时覆盖同一区域，包括如下步骤：
（1）以某一颗卫星作为参考基准，计算位于其他轨道卫星所发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差；
（2）根据时延差，分别对卫星发射端进行定时调整，使得不同卫星的发射信号同时到达地面小区中心点；
（3）设定调整时间间隔，对覆盖该小区的多颗卫星发射端的定时进行周期性调整。

2.  根据权利要求1所述一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述步骤（1）中不同轨道卫星的发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差的计算公式为：
ΔτC=d-drc]]>
式中，ΔτC为所求的时延差；c为光的传播速度；dr和d分别为作为参考基准的卫星和位于其他轨道卫星与地面小区中心点的距离。

3.  根据权利要求2所述一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述的卫星到地面点距离计算公式为：
d=Re2+r2-2Rercosψ]]>
式中，d为卫星到地面点的距离；Re为地球的平均赤道半径；r为卫星与地心之间的距离；ψ为地球中心角，其计算公式为：

其中，分别为地面点和卫星的经纬度。

4.  根据权利要求3所述一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法，其特征在于：在时刻t，所述的卫星的经纬度的计算公式为：

其中，λ0为卫星所在轨道上升节点的经度；为节点线与卫星在时刻t的位置和地心连线之间的角度；Te为地球轨道周期；t0为卫星经过上升节点时刻；β为卫星轨道平面和赤道平面的夹角，正方向沿轨道平面向上。

5.  根据权利要求4所述一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述步骤（2）中卫星发射端定时调整方法如下：
1）若ΔτC＞0，即该卫星的发射信号比作为参考基准的卫星所发射信号落后到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需提前ΔτC时间发射；
2）若ΔτC＜0，即该卫星的发射信号比作为参考基准的卫星所发射信号先到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需延迟ΔτC时间发射；
3）在地面端，测量地面小区中心点处来自不同轨道卫星的接收信号时延差，以确认发射端定时调整初步完成，若时延差不为零，即定时调整存在偏差，则通过地球控制站对卫星进行调整。

6.  根据权利要求5所述一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述步骤（2）中针对地面小区中心点的卫星发射端定时调整完成后，计算位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘点的时延差，验证位于不同轨道卫星所发射信号到达该小区内任何位置的时延差都小于保护间隔长度Tg，若存在时延差超出保护间隔长度Tg，通过缩小小区半径或延长保护间隔使得时延差小于保护间隔长度Tg。

7.  根据权利要求6所述一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法，其特征在于：所述步骤（3）中卫星发射端定时调整时间间隔Tadj的设定必须满足：Tadj小于定时调整时刻与调整后位于不同轨道卫星所发射信号到达小区内任意一点的时延差首次超出保护间隔长度Tg时刻之间的最小时间间隔。

说明书

说明书一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法
技术领域
本发明属于宽带无线通信技术领域，具体是一种全域覆盖多波束卫星LTE的下行发射端定时调整方法。
背景技术
卫星移动通信是实现在任何地点进行通信的必要手段之一。近年来，第四代（The Fourth Generation Mobile Communication Systems,4G）陆地蜂窝移动通信发展日趋成熟，以正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）、多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）和同频组网等作为关键技术的第三代合作伙伴计划长期演进技术（The3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution,3GPP-LTE）已经陆续投入商用。将具有高速率、大容量、高频谱效率、高功率效率等特点的陆地LTE（Terrestrial LTE,T-LTE）应用到卫星移动通信中，建立同频组网的多波束卫星LTE（Satellite LTE,S-LTE）移动通信系统是当前卫星移动通信领域研究的热点和难点。
同频组网的多波束S-LTE移动通信系统在卫星上采用大型天线阵列产生多个波束，到达地面后形成多个小区。多波束S-LTE采用多颗卫星（可能是不同类型的卫星）共同组网，从而实现全域覆盖。位于不同轨道卫星共同覆盖的地面小区中的终端，将接收到来自不同轨道卫星的发射信号，同一卫星的发射信号经过相同的衰落信道到达终端，不同轨道卫星的发射信号则经过不同的衰落信道到达终端，且不同轨道卫星的发射信号到达终端存在时延差，时延差可能超过保护间隔的长度。由于多波束S-LTE移动通信系统采用同频组网，若不同轨道卫星的发射信号到达同一小区内的地面接收端的时延差超过保护间隔长度，则不同轨道卫星的发射信号将互相干扰，无法有效地通信。
发明内容
发明目的：针对全域覆盖多波束S-LTE系统实现同频组网的必要条件，本发明提供了一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法，对全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整，使得不同轨道卫星的发射信号到达该小区内任何位置的时延差都小于保护间隔长度。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法，多颗卫星同时覆盖同一区域，每一个小区的定时调整包括如下步骤：
（1）以某一颗卫星作为参考基准，计算位于其他轨道卫星所发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差；
（2）根据时延差，分别对卫星发射端进行定时调整，使得不同卫星的发射信号同时到达地面小区中心点；
（3）设定调整时间间隔Tadj，对覆盖该小区的多颗卫星发射端的定时进行周期性调整。
所述步骤（1）中不同轨道卫星的发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点（简称“地面点”）的时延差的计算公式为：
ΔτC=d-drc]]>
式中，ΔτC为所求的时延差；c为光的传播速度；dr和d分别为作为参考基准的卫星和位于其他轨道卫星与地面小区中心点的距离。
所述的卫星到地面点的距离计算公式为：
d=Re2+r2-2Rercosψ]]>
式中，d为卫星到地面点的距离；Re为地球的平均赤道半径；r为卫星与地心之间的距离；ψ为地球中心角，其计算公式为：

其中，分别为地面点和卫星的经纬度。
在时刻t，所述的卫星的经纬度的计算公式为：

其中，λ0为卫星所在轨道上升节点的经度；为节点线（即卫星轨道平面和赤道平面的交线）与卫星在时刻t的位置和地心连线之间的角度；Te为地球轨道周期；t0为卫星经过上升节点时刻；β为卫星轨道平面和赤道平面的夹角，正方向沿轨道平面向上。
所述步骤（2）的卫星发射端定时调整方法如下：
1）若ΔτC＞0，即该卫星的发射信号比作为参考基准的卫星所发射信号落后到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需提前ΔτC时间发射；
2）若ΔτC＜0，即该卫星的发射信号比作为参考基准的卫星所发射信号先到达共同覆盖地面小区中心点：则该卫星的发射信号需延迟ΔτC时间发射；
3）在地面端，测量地面小区中心点处来自不同轨道卫星的接收信号时延差，以确认发射端定时调整初步完成，若时延差不为零，即定时调整存在偏差，则通过地球控制站对卫星进行调整。
所述步骤（2）中第一次发射端定时调整完成后，须计算位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘点的时延差，验证位于不同轨道卫星所发射信号到达该小区内任何位置的时延差都小于保护间隔长度Tg，若存在时延差超出保护间隔长度Tg，可通过缩小小区半径或延长保护间隔使得时延差小于保护间隔长度Tg。
所述步骤（3）中卫星发射端定时调整时间间隔Tadj的设定必须满足：Tadj小于定时调整时刻与调整后位于不同轨道卫星所发射信号到达小区内任意一点的时延差首次超出保护间隔长度Tg时刻之间的最小时间间隔。
卫星发射端定时调整时间间隔Tadj的设定中，所述的定时调整时刻与调整后位于不同轨道卫星所发射信号到达小区内任意一点的时延差首次超出保护间隔长度Tg时刻之间的最小时间间隔的计算方法如下：设t1时刻完成卫星发射端定时调整，调整前不同轨道卫星的发射信号与作为参考基准的卫星所发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差为ΔτC，t2时刻位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘的时延差首次超出保护间隔长度Tg，即Δτ=ΔτC+Tg，其中Δτ是调整前t2时刻位于不同轨道卫星所发射信号到达小区边缘的时延差。根据权利要求2所述的时延差计算公式、权利要求3所述的卫星到地面点距离计算公式以及权利要求4所述的时刻t卫星的经纬度的计算公式，可求得时刻t2的值，从而，调整时间间隔Tadj的设定必须满足：Tadj＜t2-t1。
有益效果：通过本发明所述的全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法，不同轨道卫星的发射信号到达该小区内任何位置的时延差都小于保护间隔长度，在同频组网下，不同轨道卫星的发射信号不会互相干扰，从而实现有效的通信。
附图说明
图1是本发明所述的一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法的卫星轨道的模型图。
图2是本发明所述的一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法所述具体实施例的模型图。
图3是本发明所述的一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法所述具体实施例中，t1时刻卫星发射端定时调整完成后，GEO卫星和IGSO卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差Δξ的分布图。
图4是本发明所述的一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法所述具体实施例中，从t1时刻运动2秒后，GEO卫星和IGSO卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差Δξ的分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明提供了一种全域覆盖多波束S-LTE的下行发射端定时调整方法，图1是卫星轨道的模型图，表示了描述轨道定位的参数。下面将以地球静止轨道（Geostationary Earth Orbit,GEO）卫星和倾斜地球静止同步轨道（Inclining Geostationary Synchronized Orbit,IGSO）卫星双星为例，结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，图2为所述本例的模型图。假设GEO卫星的经纬度为：IGSO卫星所在的轨道倾角β=55°；IGSO卫星轨道的上升节点所在的经度为：λ0=30°；以IGSO卫星第一次经过轨道上升节点的时刻为基准（t0＝0）；GEO卫星和IGSO卫星的共同覆盖小区半径Rc为111km，小区中心点的经纬度为：
（1）以GEO卫星作为参考卫星，计算t1＝175秒时刻IGSO卫星的发射信号与GEO卫星的发射信号到达共同覆盖地面小区中心点的时延差ΔτC，计算公式如下：
ΔτC=d-drc]]>   (公式0)
式中，c为光的传播速度；dr和d分别为GEO卫星和IGSO卫星与地面小区中心点的距离，其计算公式如下：
d=Re2+r2-2Rercosψ]]>   (公式0)
式中，Re为地球的平均赤道半径；r为卫星与地心之间的距离；ψ为地球中心角，其计算公式为：
   (公式0)
式中，分别为地面点和卫星的经纬度；在任意时刻t卫星的经纬度的计算公式为：
   (公式0)
   (公式0)
其中，λ0为卫星所在轨道上升节点的经度；为节点线（卫星轨道平面和赤道平面的交线）与卫星在时刻t的位置和地心连线之间的角度；Te为地球轨道周期；t0为卫星经过上升节点时刻；β为卫星轨道平面和赤道平面的夹角，正方向沿轨道平面向上。
由(公式0)和(公式0)可求得：在t1＝175秒时刻，IGSO卫星的经纬度为：依据(公式0)至(公式0)可求得GEO卫星和IGSO卫星的发射信号到达共同覆盖的地面小区的小区中心点的时延差ΔτC＝-1.4570×10-4秒。
（2）以GEO为基准，根据计算得到的时延差ΔτC，对IGSO卫星发射端进行定时调整，使得GEO和IGSO卫星的发射信号同时到达小区中心点。由于ΔτC＜0，即IGSO卫星的发射信号比GEO卫星的发射信号先到达共同覆盖地面小区中心点：则IGSO卫星的发射信号需延迟ΔτC时间发射。图3给出了t1时刻卫星发射端定时调整完成后，GEO卫星和IGSO卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差Δξ的分布图。
根据(公式0)至(公式0)可求得定时调整后，GEO和IGSO卫星的发射信号到达该小区边缘的最大时延差约为：Δξmax＝4.0865×10-6秒。以保护间隔长度Tg＝5.2083×10-6秒（每帧第一个时隙的第一个OFDM符号的循环前缀部分）为例，则GEO和IGSO卫星的发射信号到达小区内任意一点的时延差均小于保护间隔长度。
（3）设定卫星发射端定时调整时间间隔Tadj，按照上述步骤，对卫星发射端定时进行周期性的调整，Tadj必须小于定时调整时刻与调整后不同轨道卫星的发射信号到达小区内任意一点的时延差首次超出保护间隔时刻之间的最小时间间隔。按照(公式0)至(公式0)，可求得，t2＝177秒时刻，GEO卫星和IGSO卫星的发射信号到达小区边缘的最大时延差约为：Δξmax＝-5.7266×10-6秒，超出了保护间隔长度Tg，因此，Tadj必须满足：Tadj＜2秒。图4给出了t＝177秒时刻，GEO卫星和IGSO卫星的发射信号到达小区内不同位置的时延差Δξ的分布图。
随着IGSO卫星在轨道上的运动，每次依据上述方法进行卫星发射端定时调整后，GEO和IGSO卫星的发射信号到达该小区的最大时延差在变化，通过计算可以求得，IGSO卫星从第一次经过轨道上升节点到走过13轨道这一过程中，定时调整后，GEO和IGSO卫星的发射信号到达该小区的最大时延差Δξmax<4×10-4秒。为了使定时调整后，GEO和IGSO卫星的发射信号到达该小区任意位置的时延差小于保护间隔Tg，可以将每帧的第一个时隙作为保护间隔，即：Tg＝5×10-4秒。