用于非陆地网络的多普勒补偿
1.相关申请案的交叉引用
2.本技术主张于2019年5月2日提交的标题为“用于非陆地网络的多普勒补偿(doppler compensation for a non-terrestrial network)”的第16/401,528号美国专利申请的权益和优先权，所述专利申请的全文以引用的方式并入本文中。
背景技术：
3.引入到电磁信号的多普勒频移的量可由方程1限定。
[0004][0005]
在方程1中，频率变化(δf)等于标称载波频率(f0)乘以朝向或远离彼此接收和发射电磁信号的物体的相对速度分量，再乘以物体之间的角度的余弦除以光速的值。载波频率越大，将由多普勒频移引起的频率变化就越大。另外，速度越大，频率变化就越大。
[0006]
在较低频率下以及当用户设备实例(例如，蜂窝电话)与静止基站通信时引入的多普勒频移的量相对较小，且可能不会对频率产生重要影响。然而，在较高频率下以及在ue正高速移动(例如，在高速列车或飞机上)的情况下，多普勒频移的量可能无法再被忽略不计。
技术实现要素：
[0007]
本文中呈现用于补偿例如正交频分复用(ofdm)网络等非陆地网络上的多普勒频移的各种布置。用户设备(ue)实例可确定ue实例的绝对位置。可确定ue实例与非陆地ofdm网络的卫星之间的角度。可确定ue实例相对于非陆地ofdm网络的卫星的相对速度。可基于以下各者来确定频率变化量：标称上行链路载波频率、相对速度和角度。可使用频率变化量调整上行链路ofdm符号将被发射到非陆地ofdm网络的卫星的发射频率。ue实例可在经调整发射频率下发射上行链路ofdm符号。
[0008]
此类布置的实施例可包含以下特征中的一或多者：确定ue实例相对于非陆地ofdm网络的卫星的相对速度可包含使用全球导航卫星系统(gnss)测量来确定ue实例相对于地球的速度。卫星可处于低地球轨道(leo)或中地球轨道(meo)中。确定ue实例相对于非陆地ofdm网络的卫星的相对速度可包含存取指示卫星的轨道和轨道速度的数据。卫星可处于地球静止轨道中。可测量从非陆地ofdm网络的卫星接收到的下行链路ofdm符号的频率。可确定预期下行链路频率与从非陆地ofdm网络的卫星接收到的下行链路ofdm符号的所测量频率之间的频移。调整上行链路ofdm符号将被发射到非陆地ofdm网络的卫星的发射频率可进一步基于预期下行链路频率与从非陆地ofdm网络的卫星接收到的下行链路ofdm符号的所测量频率之间的所确定频移。ue实例可使用5g新无线电(nr)无线电接入技术(rat)与非陆地ofdm网络的卫星通信。ue实例可为智能手机。
附图说明
[0009]
可通过参考以下各图来实现对各种实施例的性质及优点的进一步理解。在附图中，类似的组件或特征可具有相同的附图标记。此外，可通过在附图标记之后跟着连字符和
在类似组件当中进行区分的第二标记来区分相同类型的各种组件。如果在说明书中仅使用第一附图标记，则描述适用于具有相同的第一附图标记的类似组件中的任一者，而无关于第二附图标记。
[0010]
图1示出相对于非陆地网络的卫星移动的ue实例的实施例。
[0011]
图2示出更改发射频率以补偿多普勒频移的ue实例的实施例。
[0012]
图3示出用于ue实例补偿多普勒频移的方法的实施例。
[0013]
图4示出用于ue实例基于下行链路信号中测量的多普勒频移量补偿多普勒频移的方法的另一实施例。
[0014]
图5示出用于ue实例基于下行链路信号中测量的多普勒频移量和基于所计算的速度、位置和角度的频率变化量来补偿多普勒频移的方法的实施例。
具体实施方式
[0015]
正交频分复用(ofdm)是一种允许窄带信道存在于子载波频率上而不会在子载波之间存在保护频带的数字信号调制形式。为了使ofdm信号调制正确地运行，重要的是装置精确地在其所分配子载波频率上发射，以便减少子载波频率之间的干扰和串扰。避免了在低频率下的此类干扰和串扰，且当与彼此通信的装置静止或几乎静止时，可能就不需要考虑多普勒效应。然而，随着频率和相对速度增加，多普勒效应可对频率具有显著影响。
[0016]
在非陆地网络(ntn)中，可在用户设备(ue)实例与卫星之间进行通信。如果卫星处于地球静止轨道中，则卫星实际上可被视为静止的。然而，ue可能正在快速移动。举例来说，ue可暂时地位于或永久地安装于高速列车或飞机上。举例来说，ue可用于将wifi提供给乘客，使得他们可以接入因特网和其它基于网络的服务。如果卫星处于非地球静止轨道(例如，leo或meo)中，则ue与卫星之间的相对速度分量可由于卫星围绕地球的轨道而显著增加。作为简单实例，参考方程1，在leo卫星轨道处处于30ghz下可促成720khz的多普勒频移。
[0017]
ue实例能够例如使用全球导航卫星系统(gnss)确定其位置和速度。ue可进一步存取指示卫星的位置和轨道的数据。ue能够确定ue与卫星之间的角度且确定沿着地球表面朝向或远离卫星的相对速度分量。接着，ue能够计算将由多普勒效应引起的频移量。接着，ue可调整其上行链路发射频率，例如用于ofdm符号的发射的频率，以补偿多普勒效应。
[0018]
另外或替代地，ue实例能够将从卫星接收到的下行链路信号的频率与预期频率相比较。频率上的不同可归因于多普勒效应。使用此频率变化，ue能够计算多普勒效应将会影响可在不同频率上进行的上行链路发射的频率变化。此频率变化可与基于位置、速度和角度计算的频率变化组合(例如，取平均)，或可代替此计算而使用。
[0019]
图1示出相对于非陆地网络的卫星120移动的ue实例110的系统100的实施例。非陆地网络可使用ofdm且可允许与ue实例的双向通信。在一些实施例中，非陆地网络可为5g新无线电(nr)网络。在各种实施例中，卫星120可处于地球同步轨道中，或者可处于leo或meo中。ue实例110(110-1、110-2)可相对于卫星120在大致沿着地球101的表面的各种方向上移动。(虽然示出了两个ue实例110，但此数目的ue仅出于举例目的。在现实世界的实施方案中，可以有更大数目的ue与卫星120通信。)ue实例110可为与作为ntn的部分的卫星通信的智能手机、蜂窝电话、平板计算机或其它计算机化装置。在一些实施例中，ue实例可用于为多个其他用户提供网络接入。举例来说，例如火车或飞机的轨道交通可安装有ue，使得许多
人能够接入wifi或另一形式的网络。此类通信可以使用5g新无线电(nr)无线电接入技术(rat)执行。在卫星120处于地球同步轨道中的实施例中，卫星120可被视为静止的。在此类实施例中，上行链路发射(即，从ue实例到卫星120的数据发射)中的多普勒频移可完全归因于特定ue实例的移动。举例来说，如果ue实例110-1以600km/hr向西移动，则与以100km/hr向东移动的ue实例110-2相比，其可能导致上行链路通信中出现大量的多普勒频移。
[0020]
ue实例110中的每一者能够确定其绝对位置。举例来说，全球导航卫星系统(gnss)模块可装载在每一ue实例上。此gnss模块可使用全球定位系统(gps)、glonass、galileo、北斗和/或其它某一其它形式的定位系统。每一ue实例可：1)存取指示卫星120的位置的数据；2)能够使用gnss模块确定其绝对位置；及3)能够例如使用多个gnss测量来确定其绝对速度(相对于地球的表面)。使用此信息，每一ue实例可确定：1)指示沿着地球表面朝向或远离卫星的速度的相对速度分量；及2)角度131。角度131表示上行链路通信路径130与大致地球101表面(或到点135的方向，点135在卫星120正下方的地球101表面上)之间的差。角度131可用作方程1的部分。举例来说，由于ue实例110-1沿着地球101表面相对于卫星120移位的距离(距离132)比ue 110-2移位的距离(距离142)更远，因此ue实例110-1的移动对多普勒频移的影响可比ue实例110-2的移动更大。
[0021]
在第一组实施例中，卫星120处于地球静止轨道中。因此，每一ue实例可基于ue实例的以下各者而计算频移的量：绝对位置、沿着地球表面朝向或远离卫星的相对速度分量和卫星位置。在第二组实施例中，卫星120处于leo或meo轨道中。在此类实施例中，需要考虑卫星120的轨道和速度以确定卫星围绕地球101的轨道将影响上行链路发射的多普勒频移的量。举例来说，如果ue实例110-1的速度111沿着地球101表面直接远离卫星120且卫星121在速度121的相反方向上移动，则与来自ue实例110-2(其可以速度112(它可与速度111相同，但方向相反)行进)的上行链路发射上的多普勒频移相比，在来自ue实例110-1的上行链路发射上可存在显著更多的多普勒频移。由于速度112与卫星120的速度121在相同方向上，因此这些速度可部分地抵消多普勒效应。ue实例110-1可确定朝向或远离点135的速度分量。
[0022]
图2示出更改发射频率以补偿多普勒频移的ue实例的实施例。所示出的ue实例为来自图1的ue实例110-1。ue的其它实例可包含相同或类似组件。ue实例110-1可包含：处理系统210；卫星轨道数据215；gnss接收器220；频率控制器230；接收器240；发射器250；及多普勒频移分析器260。处理系统210可包含一或多个处理器。处理系统210可包含一或多个专用或通用处理器。此类专用处理器可包含经专门设计以执行本文中详述的功能的处理器。此类专用处理器可为asic或fpga，它们是经物理和电配置以执行本文中详述的功能的通用组件。此类通用处理器可执行使用一或多个非暂时性处理器可读媒体(例如随机存取存储器(ram)、快闪存储器、硬盘驱动器(hdd)或固态驱动器(ssd))存储的专用软件。
[0023]
处理系统210可从相对于地球101的gnss接收器220接收绝对位置测量。基于绝对位置测量，处理系统210可确定ue实例相对于地球表面的速度(其可指示速度和方向)。处理系统210可存取非暂时性处理器可读媒体，所述非暂时性处理器可读媒体可存储卫星轨道数据215。卫星轨道数据215可存储地球同步卫星的位置。卫星轨道数据215可存储用于leo和/或meo卫星的轨道信息，其允许处理系统210计算上行链路发射将被发送到的卫星的当前位置和速度。处理系统210可使用方程1来计算由ue实例110-1和上行链路发射将被发射
到的卫星的移动引起的多普勒频移的量。待调整的频率量(频率变化量)或经修改载波频率可由处理系统210输出到频率控制器230。频率控制器230可经配置以控制发射器250发射上行链路发射(例如ofdm符号)的频率。
[0024]
多普勒频移分析器260可经由接收器240从卫星接收下行链路发射。接收器240可预期在特定频率上接收下行链路发射。然而，由于由卫星和/或ue实例110-1的移动引起的多普勒频移，可在不同频率上接收下行链路发射。多普勒频移分析器260可确定接收下行链路发射的预期频率与接收下行链路发射的实际频率之间的频率差(或频率变化量)。
[0025]
除了所计算的多普勒频移之外或代替所计算的多普勒频移，处理系统210可使用由多普勒频移分析器260观测到的频率变化量。举例来说，在一些实施例中，由多普勒频移分析器260确定的频率变化可通过处理系统210与所计算的频率变化取平均。在其它实施例中，处理系统210可基于观测到的条件在使用从多普勒频移分析器260接收到的频率变化与所计算的频率变化之间进行选择。可从卫星接收反馈，所述反馈指示由ue实例110-1发射的上行链路数据补偿多普勒频移的程度。如果上行链路发射具有足够的频率校正误差，则处理系统210可切换或调整其使用由多普勒频移分析器260确定的频率变化和所计算的频率变化来补偿多普勒频移的方式。
[0026]
相比于上行链路发射上的多普勒频移，下行链路通信上的多普勒频移引起的干扰往往会更少。由于所有下行链路发射来源于同一源(即，卫星)，因此每一ue实例将观测到所有下行链路发射在频域中偏移。由于所有下行链路发射都在频域中偏移，因此在此类下行链路发射之间发生的干扰极少甚至没有。
[0027]
图3示出用于ue实例补偿多普勒频移的方法300的实施例。方法300可由ue实例(例如，ue实例110-1)执行。ue实例可包含如关于图2所详述的组件。在框305处，ue实例可确定其相对于地球的绝对位置。可使用gnss组件确定此绝对位置。
[0028]
在框310处，可确定或计算ue实例相对于ue实例即将或已经与其通信的卫星的相对速度分量。相对速度分量可表示朝向或远离地球上在卫星位置正下方的点的速度。如果卫星具有地球同步轨道，则可将卫星视为静止的。如果卫星处于leo或meo轨道中，则可将朝向或远离ue实例的卫星的相对速度分量与ue的速度分量相加(如果在相反方向上)或从ue的速度分量减去朝向或远离ue实例的卫星的相对速度分量(如果在相同方向上)，以确定相对速度分量。
[0029]
在框315处，可确定ue实例与卫星之间的角度。角度可在到卫星的直接路径(例如，上行链路通信路径130)与在卫星正下方的地球表面上的点(例如，图1中的点135)之间。角度越小，多普勒频移的相对速度分量对卫星接收到的上行链路发射的影响就越大。为了确定角度，ue实例可能需要卫星的位置。ue实例可存取本地存储的卫星轨道数据，或者可例如经由网络从远程源存取所存储的卫星数据。
[0030]
在框320处，ue实例可使用方程1来计算频率变化量。ue实例可使用以下项来计算方程1：使用卫星和ue朝向或远离彼此移动的相对速度分量和在框315处所计算的角度来确定频率变化量。
[0031]
在框325处，可使用频率变化量来更改上行链路数据发射(例如ofdm符号)将被发射的发射频率。频率变化量可用于增加发射频率或减少发射频率。如果相对速度分量指示ue实例和卫星正远离彼此而移动，则可增加发射频率；且如果相对速度分量指示ue实例和
卫星正朝向彼此而移动，则可减少发射频率。
[0032]
在框330处，可使用经调整发射频率来发射上行链路ofdm符号。通过使用所计算的频率变化量调整频率，当通过卫星接收在其上发射ofdm符号的子载波时，可以补偿多普勒频移，使得其它ue实例几乎不会干扰其它子载波发射。因此，卫星可在标称子载波频率(无任何所感知的多普勒频移)下有效地接收上行链路发射。
[0033]
图4示出用于ue实例基于下行链路信号中测量的多普勒频移量补偿多普勒频移的方法的另一实施例。方法400可由ue实例(例如，ue实例110-1)执行。ue实例可包含如关于图2所详述的组件。可作为方法300的代替或补充而执行方法400。在框401处，可从卫星接收下行链路信号。在框405处，可通过ue实例确定下行链路信号的所接收频率。在框410处，ue实例可确定预期接收下行链路信号的频率。举例来说，下行链路消息可包含指示发射数据的频率的数据，或者ue实例可存储有指示卫星发射下行链路数据的频率的数据。在框415处，可由ue实例计算预期频率与所接收频率之间的频率变化量。
[0034]
使用等效于方程1的方程2，可使用在框415处确定的频率变化量和标称载波频率来确定的值。
[0035][0036]
在框420处，通过使用根据方程2计算出的的值，就可使用用于上行链路ofdm符号发射的标称载波频率重新评估方程1，从而确定用于补偿上行链路发射的多普勒频移的频率变化量。由于的值是基于实际下行链路发射，因此所述值可比ue实例基于所确定的相对速度分量和所确定的角度计算出的情况更精确。此外，在此类实施例中，ue实例可能不需要确定其自身的速度或绝对位置。
[0037]
在框425处，可使用在框420处计算出的频率变化量来更改上行链路数据发射(例如ofdm符号)将被发射的发射频率。频率变化量可用于增加发射频率或减少发射频率。如果相对速度分量指示ue实例和卫星正远离彼此而移动，则可增加发射频率；且如果相对速度分量指示ue实例和卫星正朝向彼此而移动，则可减少发射频率。在框425处，可使用经调整发射频率来发射上行链路发射(例如ofdm符号)。通过基于下行链路发射的所测量多普勒频移使用所计算的频率变化量调整频率，可补偿多普勒频移，使得其它ue实例几乎不会感染其它子载波发射。
[0038]
图5示出用于ue实例基于下行链路信号中测量的多普勒频移量和基于所计算的速度、位置和角度的频率变化量来补偿多普勒频移的方法的实施例。在框505处，ue实例可确定其相对于地球的绝对位置。可使用gnss组件确定此绝对位置。
[0039]
在框510处，可确定或计算ue实例相对于ue实例即将或已经与其通信的卫星的相对速度分量。相对速度分量可表示朝向或远离地球上在卫星位置正下方的点的速度。如果卫星具有地球同步轨道，则可将卫星视为静止的。如果卫星处于leo或meo轨道中，则可将朝向或远离ue实例的卫星的相对速度分量与ue的速度分量相加(如果在相反方向上)或从ue的速度分量减去朝向或远离ue实例的卫星的相对速度分量(如果在相同方向上)，以确定相对速度分量。
[0040]
在框515处，可确定ue实例与卫星之间的角度。角度可在到卫星的直接路径(例如，上行链路通信路径130)与在卫星正下方的地球表面上的点(例如，图1中的点135)之间。角度越小，多普勒频移的相对速度分量对卫星接收到的上行链路发射的影响就越大。为了确定角度，ue实例可能需要卫星的位置。ue实例可存取本地存储的卫星轨道数据，或者可例如经由网络从远程源存取所存储的卫星数据。
[0041]
在框520处，ue实例可使用方程1来计算第一频率变化量。ue实例可使用以下项来计算方程1：使用卫星和ue朝向或远离彼此移动的相对速度分量和在框515处所计算的角度来确定频率变化量。
[0042]
在框525处，可从卫星接收下行链路信号。在框530处，可通过ue实例确定下行链路信号的所接收频率。在框535处，ue实例可确定预期接收下行链路信号的频率。举例来说，下行链路消息可包含指示发射数据的频率的数据，或者ue实例可存储有指示卫星发射下行链路数据的频率的数据。在框540处，可由ue实例计算预期频率与所接收频率之间的下行链路频率变化量。
[0043]
在框545处，通过使用如关于方法400所详述的方程2，可使用的值来计算用于上行链路ofdm符号发射的标称载波频率的方程1，从而确定用于补偿上行链路发射的多普勒频移的第二频率变化量。
[0044]
在框550处，选择第一频率变化量或第二频率变化量以用于调整(例如，ofdm符号的)上行链路发射频率。在一些实施例中，第一频率变化量和第二频率变化量一起取平均或以其它方式组合。在一些实施例中，使用加权值。举例来说，可偶尔从卫星接收到指示来自ue实例的上行链路发射的频率中的误差量的反馈。基于反馈数据，可调整与第二频率变化量相比的第一频率变化量的加权。在其它实施例中，反馈数据可指示应该使用所计算的第一频率变化量还是使用所计算的第二频率变化量来调整上行链路发射。
[0045]
在框555处，可使用框550处的组合频率变化量来更改上行链路数据发射(例如ofdm符号)将被发射的发射频率。频率变化量可用于增加发射频率或减少发射频率。如果相对速度分量指示ue实例和卫星正远离彼此而移动，则可增加发射频率；且如果相对速度分量指示ue实例和卫星正朝向彼此而移动，则可减少发射频率。在框560处，可使用经调整发射频率来发射上行链路发射(例如ofdm符号)。通过基于下行链路发射的所测量多普勒频移使用所计算的频率变化量调整频率，可补偿多普勒频移，使得其它ue实例几乎不会干扰其它子载波发射。
[0046]
上文所论述的方法、系统和装置为实例。各种配置可按需要省略、替代或添加各种程序或组件。举例来说，在替代配置中，所述方法可以不同于所描述的顺序来执行，和/或可添加、省略和/或组合各种阶段。另外，可以各种其它配置来组合相对于特定配置描述的特征。可以相似方式组合配置的不同方面及元件。并且，技术在发展，因此，所述元件中的许多元件为实例且并不限制本公开或权利要求书的范围。
[0047]
在描述中给出特定细节以提供对(包含实施方案的)实例配置的透彻理解。然而，可在没有这些具体细节的情况下实践配置。举例来说，已在没有不必要细节的情况下展示熟知电路、过程、算法、结构和技术，以便避免混淆所述配置。此描述仅提供实例配置，且并不限制权利要求的范围、可应用性或配置。确切地说，配置的前述描述将向所属领域的技术
人员提供用于实施所描述的技术的启发性描述。可在不脱离本公开的精神或范围的情况下对元件的功能及布置进行各种改变。
[0048]
并且，可将配置描述为描绘为流程图或框图的过程。尽管每一流程图或框图可将操作描述为依序过程，但许多操作可并行地或同时地执行。此外，操作的次序可以重新排列。过程可具有未包含在图中的额外步骤。此外，可由硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合来实施所述方法的实例。当以软件、固件、中间件或微码实施时，用于执行必要任务的程序代码或代码段可存储在例如存储媒体的非暂时性计算机可读媒体中。处理器可执行所描述的任务。
[0049]
已描述若干实例配置，可在不脱离本公开的精神的情况下使用各种修改、替代构造及等效物。举例来说，上述元件可为较大系统的组件，其中其它规则可优先于本发明的应用或以其它方式修改本发明的应用。而且，可在考虑上述元件之前、期间或之后进行数个步骤。