卫星通信系统中的随机接入的制作方法

本发明涉及在基于卫星的通信系统中执行随机接入尝试。

背景技术：

1、卫星通信或卫星电话系统已经广为人知20多年。一个示例是铱星电话和数据通信系统。我们参考该系统的公开可用的技术说明并且仅提供本发明所需的细节。

2、i.koutsopoulos和l.tassiulas的一篇题为《reliable handover predictionand resource allocation in meo mobile satellite networks》的论文(1999年ieee/imacs电路、系统、通信会议论文集，雅典，希腊)讨论具有以下步骤的交接预测：基站请求测量卫星列表，这些卫星包括应在覆盖范围内的那些卫星和可能正在接近的那些卫星(类似于“相邻小区”)；ue(定期地)测量所接收的来自这些卫星的波束并且将测量提供回给该列表。列表中的条目(通过阈值和重复探测过滤)根据其相对于ue的角度(方位角和仰角)进行加权并且由此做出交接决定。该论文没有公开或建议任何导出随机接入前导的传输时间的方法。

3、us 2009/0284411 a1说明一种使用gps接收器来辨识可见的gps卫星和位置并且生成开放天空的地图的方法。然后，该地图用于：通过使用关于其运动的知识来辨识是否完全能够穿过开放天空到达通信卫星和哪些通信卫星完全能够穿过开放天空到达，并且仅开始与那些卫星的通信或推迟通信。没有配置随机接入前导的传输时间。

4、其它基于卫星的通信系统在us 2017/0085329 a1、wo 2017/072745 a1和wo 02/39622a1中说明。

5、铱星使用近地轨道(low-earth-orbiting，leo)卫星，该近地轨道卫星具有6个轨道且每个轨道具有11个卫星。这些卫星具有781km的高度和约100分钟的轨道周期，这导致相同轨道中的两个相邻卫星经过地面上的相同点的时间δtsat为约9分钟。

6、目前，下一代移动通信标准(5g)由3gpp定义。它将为核心网络(5gc)和新的无线电接入网络(nr)定义网络架构。此外，还提供从非3gpp接入网络到5gc的接入。

7、3gpp正处于将非地面接入网络(ntn)支持包括到nr中的过程中。在3gpp tdoc rp-171450中提出一项新研究，其中，将ntn定义为使用航空器或航天器进行传输的网络或网络段。航天器包括卫星(包括leo卫星、中地轨道(medium earth orbiting，meo)卫星、地球静止地球轨道(geostationary earth orbiting，geo)卫星以及高椭圆轨道(highlyelliptical orbiting，heo)卫星)。航空器包括无人机系统(unmanned aircraft systems，uas)，该无人机系统包括高空无人机平台(haps)、系留uas、轻于空气的uas(lighter thanair，lta)和重于空气的uas(heavier than air，hta)，所有这些无人机系统都在通常8至50km之间的高度中准静止地(quasi-stationary)运行。

8、3gpp宣布的目标是将ntn支持纳入nr。因此，未提出允许诸如铱星之类的已知卫星通信技术接入5gc。提出将必要的增强包括到目前开发的nr标准中，以使得能够在上述非地面飞行器上运行。

9、该目标开启了允许ue与ntn基站或ntn收发器之间进行高效通信所需的广泛创新。3gpp决定将ntn的工作的开始推迟到2018年初。

10、ntn nr基站或收发器的最可能的部署模型是准静止hap和leo卫星(leo)。本发明增强了将leo、meo和heo纳入到nr中。

11、一种部署模型可以是，leo由卫星运营商运行，该卫星运营商将其ntn接入作为共享无线电网络接入提供给移动网络运营商(mobile network operators，mnos)，如自3g以来由3gpp所定义的那样。共享的ntn ran将补充mno的地面ran。每个卫星都可以在其当前覆盖区域中为共享ran做出贡献，从而由特定mno所使用的共享ran由多个卫星提供并且随着卫星跟随其路径穿过轨道而动态变化。

12、对于ntn部署，一般来说，存在两种结构选择。卫星可以构成具有所有典型基站情报的基站。在这种部署中，基站通过卫星链路与地面站连接，地面站将卫星与对应的核心网络连接。替代地，卫星基本上构成中继器，该中继器在ue与作为实际基站的地面站之间路由数据。这种部署通常称为“弯管(bent pipe)”部署。

技术实现思路

1、对于本发明，如果没有另外提及，我们使用具有包括基站的卫星的模型。这仅是为了简化可读性并且不应造成任何一般性的损失。本发明的思想对于弯管部署也是有效的。

2、用于nr的无线电接口将设计为在以下条件下运行：在这些条件下，ue与基站之间的最大距离是100km(通常低于20km)。与此相反，对于leo卫星，ue到卫星的距离在780km到2050km之间，并且对于其他(更高)轨道类型的卫星，ue到卫星的距离甚至更大。这将导致一些问题，至少基于卫星通信与地面通信相比的附加信号行程时间。

3、lte和新的无线电使用时隙式aloha原理进行随机接入。该原理要求随机接入前导将在所谓的接入时隙的时间边界内到达接收器。因此，时隙式aloha原理对于从具有不同信号行程时间的ue接收到前导的情况是合理的。例如，对于lte的当前随机接入程序来说可接受的、与相同基站连接的不同ue的最大行程时间差为0.358ms(＝1/2*前导格式3的保护时间，如在3gpp ts 36.211；e-utra；物理信道和调制，表5.7.1-1中所说明的那样)，这与近似为119km的最大小区尺寸有关。由距基站近于119km的ue同时传输的随机接入前导将始终在相同接入时隙的边界内到达基站。因此，保护时间包括在这些接入时隙中，即接入时隙比前导长度加循环前缀长约一保护时间。随机接入前导的定时在图7中描绘，其中，t0是在基站处当第一接入时隙as#1开始时的时间。由于ue和基站的距离，在ue处所感知的开始时间在大约相关的行程时间之后(对于ue2示为ttrip2)。ue2选择as#1用于随机接入前导p2的传输。在比t0晚大约2*ttrip2之后接收到该前导。在该示例中，ue2处于到enb的最大允许距离处，即ttrip2＝1/2gt(保护时间)。因此，在as#1的终止处接收到p2的终止并且这将导致enb处的成功接收。ue1距enb较近并且选择as#2来传输前导p1，该前导在as#2的边界内由enb所接收。该传输也是成功的。

4、在接入时隙边界内接收前导是重要的，因为回复消息的寻址基于接收定时，即ue在传输前导之后的一定时间内等待对该ue所传输的前导的响应。此外，在接入时隙内接收前导是重要的，以便避免与在相邻接入时隙中发送的相同前导发生冲突。

5、如果将lte的当前配置应用于卫星链路，则由ue根据lte规范传输的随机接入前导将不能在所选接入时隙的边界内被接收到。因此，响应消息的寻址将失败，因为在用于前导传输的接入时隙与前导接收的接入时隙之间没有可靠的关系。在未将nr随机接入配置参数适配于卫星链路特性的情况下，随机接入将根本无法实现。

6、在图8中描绘在卫星连接上使用lte随机接入配置的情况下随机接入的定时。ue2的行程时间远大于保护时间的一半。因此，在远远超出as#1的边界处接收到意图用于as#1的p1。此外，与p1同时地接收到意图用于as#2的p2，这将导致冲突。

7、一个明显的解决方案是，增强保护间隔到对于与相同卫星连接的不同ue的最大行程时间差来说是足够的。该值可以计算为14.32mm(即卫星链路的距离差比地面链路的距离差大将近20倍。将该因子应用于保护周期)。如此长的保护周期将导致不可接受的低rach容量，从而该配置不能为给定的场景提供初始接入。通过使用更长的前导可以增加容量。但是，这将增加基站所需的处理能力并且将添加附加时延到随机接入程序。

8、在us 2016/0173188 a1中说明一种更方便的解决方案。其中所说明的思想是以以下方式选择前导传输：该方式导致卫星处的接收时间几乎与接收器处的给定时间网格同步。该同步性与ue到卫星的距离无关。或者，换句话说，通过使用近似早于大约传输延迟的传输定时来补偿传输延迟。所提出的解决方案的问题是，需要参考ue，该参考ue通过获得当前行程时间来支持ue。如果没有这样的参考ue，就无法使用该解决方案。如所说明的那样，ue不从所接收的信号确定行程时间。而是将地理信息用于计算行程时间。

9、除了由较长的行程时间造成的前导接收问题以外，随机接入响应的接收也受到影响。对于lte，响应窗口间隔由网络半静态地配置。该值对于相关小区的所有ue都是共同的。间隔持续时间取决于ue到基站的行程时间加上基站的一些处理时间。可以配置在2到10ms之间。较长的值将适合于较长的行程时间并且使得基站能够在该时间跨度内个体化地选择响应时间，但是另一方面，长的响应窗口导致随机接入程序中的较大延迟。

10、当将该概念应用于卫星链路时，最短的间隔必须应付最大的预期往返行程时间。在leo卫星的情况下，这将是14ms。对于靠近卫星的ue，短得多的间隔将是足够的，例如对于leo卫星来说为6ms。但是由于共同的配置，这些ue也必须使用较长的间隔。因此，随机接入的延迟不能配置为最优。

11、本发明提供一种由ue装置在包括至少一个非地面传输站的通信系统中执行随机接入尝试的方法，该方法包括：接收由非地面传输站传输的参考信号；从所接收的参考信号中确定ue装置与非地面传输站之间的行程时间；以及使用该行程时间来控制随机接入尝试。

12、本发明的一个方面是一种从由卫星传输的参考信号的测量获得信号行程时间的方法。该行程时间可以首先用于补偿随机接入前导的行程时间，从而在卫星处获得几乎同步的接收定时并且对于地面通信来说典型的小的保护间隔将足以避免由与卫星具有不同距离的ue在不同接入时隙中发送的前导的冲突。

13、其次，行程时间可以用于确定对在卫星处成功接收的随机接入前导的预期响应的时间间隔。该间隔是特定于ue的并且由ue针对当前行程时间个体化地导出。

14、第三，基于是否能够基于具有足够质量的测量来确定定时，选择两个随机接入方法中的一个，第四，用于导出响应的时间间隔的方法可以基于所选择的随机接入方法。

15、可以启用ue执行以下：

16、通过以下参考信号测量获得ue到卫星的信号行程时间：

17、参考信号功率

18、一定周期内两个或更多相继的参考信号功率测量的差

19、所接收的参考信号的多普勒频率

20、一定周期内两个或更多相继的多普勒频率测量的差

21、上述两个或更多测量的任意组合。

22、使用下行链路参考信号是有利的，因为它们允许处于空闲模式中的ue从已经可用的信号中导出所需的行程时间，即无需增强关于任何新信号的下行链路信号。

23、ue到卫星的未来信号行程时间可以通过借助最新获得的或确认的信号行程时间和预先配置的函数来获得。这是有利的，因为假如相应的函数是已知的，则除了初始的确定以外不需要测量。这节省时间和电池资源。

24、所获得的行程时间可以由ue使用，以便在比接收器处的接入时隙边界早近似行程时间的时间处传输前导。换句话说：根据由ue所感知的定时而选择的接入时隙比由ue所选择的前导传输时间晚行程时间的两倍开始。感知在此意味着，接入时隙边界由ue从下行链路信号中获取，而没有进行时间校正，并且因此受到下行链路行程时间的影响。

25、将该行程时间补偿应用于诸如ue到卫星的链路之类的长距离链路是有利的，因为地面通信的随机接入程序可以重复使用，而没有容量下降。

26、所确定的行程时间可以进一步用于导出响应时间间隔，在该响应时间间隔期间预期来自卫星的响应。ue的接收器可以配置用于在导出的时间间隔中接收相应的响应并且如果没有接收到这种响应，则认为最新的前导传输是不成功的，即要么开始新的随机接入尝试，要么将随机接入延迟一定的时间间隔。该推导可以基于所估计的行程时间加上用于在卫星中处理随机接入前导的预先确定的时间。该可变的间隔是有利的，因为与例如在lte中所使用的半永久配置的间隔相比，其降低时延。

27、测量质量估计可以基于所执行的测量来确定，并且基于所确定的测量质量来选择随机接入方法。

28、响应时间间隔可以基于所选择的随机接入方法来确定。

29、进一步地，可以启用提供卫星的链路的基站执行以下：

30、配置两个独立的随机接入资源集，第一集用于基于时隙式aloha的随机接入并且第二集用于非同步随机接入；

31、基于由ue选择的随机接入资源来探测所使用的随机接入模式；

32、选择时间延迟tdelay，该时间延迟用于非同步随机接入模式中以用于指示随机接入响应时间间隔的开始并且将该参数传输给ue。

33、更进一步地，可以启用通信网络的实体执行以下：

34、将卫星的飞越周期的不同相位时间的rss和多普勒频率的预期值传输给ue；

35、将由ue用于认为用于导出行程时间的方法不可靠的阈值传输给ue。