CN112868190A - 卫星通信系统中的随机接入 - Google Patents

卫星通信系统中的随机接入 Download PDF

Info

Publication number
CN112868190A
CN112868190A CN201980068190.1A CN201980068190A CN112868190A CN 112868190 A CN112868190 A CN 112868190A CN 201980068190 A CN201980068190 A CN 201980068190A CN 112868190 A CN112868190 A CN 112868190A
Authority
CN
China
Prior art keywords
time
random access
satellite
flight
transmission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980068190.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112868190B (zh
Inventor
M·别纳斯
A·施密特
M·汉斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ipcom GmbH and Co KG
Original Assignee
Ipcom GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ipcom GmbH and Co KG filed Critical Ipcom GmbH and Co KG
Priority to CN202310356715.XA priority Critical patent/CN116366101A/zh
Publication of CN112868190A publication Critical patent/CN112868190A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112868190B publication Critical patent/CN112868190B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H04W74/0841—Random access procedures, e.g. with 4-step access with collision treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1853—Satellite systems for providing telephony service to a mobile station, i.e. mobile satellite service
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/01—Reducing phase shift
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/10—Scheduling measurement reports ; Arrangements for measurement reports
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/08—Non-scheduled access, e.g. ALOHA
    • H04W74/0833—Random access procedures, e.g. with 4-step access
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

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，所述方法包括：接收由所述非地面传输站传输的参考信号；由所接收的参考信号确定所述UE装置与所述非地面传输站之间的行程时间；和使用所述行程时间来控制所述随机接入尝试。

Description

卫星通信系统中的随机接入
技术领域
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
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。
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。
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。
其它基于卫星的通信系统在US 2017/0085329 A1、WO 2017/072745 A1和WO 02/39622 A1中说明。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
发明内容
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
可以启用UE执行以下：
通过以下参考信号测量获得UE到卫星的信号行程时间：
参考信号功率
一定周期内两个或更多相继的参考信号功率测量的差
所接收的参考信号的多普勒频率
一定周期内两个或更多相继的多普勒频率测量的差
上述两个或更多测量的任意组合。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
响应时间间隔可以基于所选择的随机接入方法来确定。
进一步地，可以启用提供卫星的链路的基站执行以下：
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；
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；
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。
更进一步地，可以启用通信网络的实体执行以下：
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；
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。
附图说明
现在将参照附图仅以示例的方式说明本发明的优选实施方式，其中：
图1图解出在基于卫星的通信系统中不同的UE卫星距离；
图2图解出示例性的多轨道卫星系统；
图3图解出所接收的信号强度随时间和到轨道平面的距离的变化；
图4图解出多普勒频移随时间和到卫星轨道平面的距离的变化；
图5示出从卫星到UE在卫星的轨道平面上的投影点的距离随时间的示例性变化；
图6图解出用于实现本发明的相对距离；
图7示出在地面通信系统中由两个UE进行的随机接入前导的传输；
图8示出在基于卫星的通信系统中由两个UE以常规方式进行的随机接入前导的传输；
图9作为示例示出根据本发明的一个方面当应用行程时间补偿时随机接入尝试的定时。
具体实施方式
图9作为示例示出根据本发明的一个方面当应用行程时间补偿时随机接入尝试的定时。UE2的前导传输时间TTX,2的开始TTX,2如此选择，使得所选择的接入时隙在行程时间的两倍之后(在T0,2)开始，即UE2将传输时间选择为：
TTx,2＝T0,2-2 x ttrip2。 (1)
其中，
ttrip2：是从UE2传输到卫星的信号的行程时间。
因此，在卫星处接收随机接入尝试发生在给定的接入时隙边界内。仅需要小的保护时间来补偿测量误差。
图1示出基于LEO卫星的无线电接入网络10的示例。该图描绘两个卫星(SATn,m和SATn,m+1)和两个UE(UE1和UE2)，其中，索引m迭代相同轨道(轨道n)上的卫星。以示例性的方式，在图1中参考LEO卫星的两种典型距离：卫星在地面上的高度(781km)和卫星在地平线上通常约10°处变为由地面基点可见的典型距离(2050km)。在该示例中，UE1位于与SATn,m相距2050km处，而UE2的距离为781km。
在该示例中，卫星出现在地平线处与相同卫星消失在相反侧之间的时间是9分钟。从图1明显看出，基于地面的UE与卫星之间的距离在这9分钟内以基本上可预测的方式发生显著变化，并且因此路径损失和时延也在这9分钟内以基本上可预测的方式发生显著变化。
图2示出具有两个轨道(轨道n和轨道n+1)的类似的示例设置，其中，索引n迭代卫星无线电接入网络可能包括的所有轨道，通常为6。在每个轨道上，仅示出两个卫星(索引分别为m和m+1)，其中，在整个360°上通常存在11颗卫星。相邻轨道上最近的卫星可以偏移一个轨道上的卫星距离的一半，从而处于轨道平面之间的一点处的地面上的UE可以由交替轨道上的卫星服务。
图1和2的设置是类似于当前部署的基于LEO卫星的系统的示例。本发明对于具有不同的卫星数量、不同的轨道数量、不同的轨道倾角、不同的高度和卫星速度等的其它配置也是有效的。
图3描绘一曲线图，该曲线图针对相对于轨道平面的不同距离示出在卫星的单次飞越(9分钟)期间以秒为单位的时间上的以dBm为单位的预期接收信号强度(RSS)的示例。所描绘的时间是相位时间tP，当卫星变为由基于地面的UE可见时，该相位时间为“0”，这假定为卫星出现在地平线上约10°的时间。当卫星消失时，即当卫星在地平线上10°以下时，相位时间为540秒。
该图假定根据图1的几何形状和用于RSS(PRSS)的以下公式。
PRSS＝P0-10*n*log10(r/R)， (2)
其中，
r是根据图1中的几何形状当前的UE到卫星的距离，
R＝2050km是具有维持的通信链路的最大UE卫星距离，
n＝3是路径损失指数(n＝2是真空视线，n＝4为典型城市环境)，
P0为能够由典型UE探测到的最小RSS，在此设置为-113dBm。
对于本发明中使用的LEO卫星示例，图4示出针对恰好在卫星轨道平面上的基于地面的UE(实线)和针对距离卫星轨道平面1000km的UE(虚线)在飞越周期内的多普勒频率fDoppler(以kHz为单位)。针对载波频率为3GHz示出多普勒频率，其他载波频率相对于图4将示出线性偏差。显然，本示例中的多普勒频率具有在飞跃周期的开始和终止处具有分别相反的符号的、大约130kHz的最大值。在UE与卫星之间的陡峭角度的相位中(即卫星在UE的顶部)，多普勒频率从+60kHz快速下降到-60kHz。
可以从参考信号的测量中获得对行程时间的估计并且可以将其与期望值进行比较。获得初始行程时间的原理是对由卫星传输的参考信号执行一次或多次测量并且将这些测量与先前存储在UE中的已知期望值进行比较。该比较将提供最佳匹配曲线并且因此提供对UE到轨道平面、即到UE在轨道平面上的投影点(参见图6)的距离DU-PP和当前相位时间TP的估算。从这些值可以导出行程时间。下面解释关于这是如何做到的细节。
在本发明的第一方面中，该估计基于来自多个卫星的RSS测量和所测量的卫星的相对位置的一些知识。卫星可以广播身份信息，例如在其系统信息中，该身份信息提供关于卫星在轨道上的次序(图2中的索引m)的指示和/或关于相应的卫星所属的轨道(图2中的索引n)的指示。在不同卫星(已知这些不同的卫星在偏移一半飞越周期(或在我们的LEO卫星的示例中4.5分钟)或任何其他分数的不同轨道中)的不同下行链路信号上由UE执行的两个测量的比较可能导致对两个卫星之一的位置的良好估计。当然，实际测量可能导致比上面所解释的估计的时间值更准确的时间值，例如秒或其分数。
上述第一方面可以通过测量具有一定时间距离的两个或更多相继的测量之间的RSS差来进行增强。具有上升RSS的卫星可以预期处于其飞越的第一半段，而下降的RSS可能指向第二半段。更准确地说，准确的差和绝对值一起可以有助于对相位时间和轨道平面距离的精确估计。
在本发明的第二方面中，该估计基于多普勒频率的测量，即由卫星与UE的相对速度造成的、接收信号与传输信号之间的频率偏差的测量。使用多普勒频率是有利的，因为它可以抵抗诸如快速衰减和散射之类的环境影响。
使用多普勒频率测量是对相位时间并且因此对UE与卫星的相对位置的良好指示。使用多个多普勒频率测量来导出多普勒频率差甚至将提高位置估计精度。
将使用RSS和多普勒频率的第一和第二方面的上述两种方法相结合可以进一步提高精度。一种组合方法是，首先对多普勒频率fdoppler进行两个或更多相继测量并且计算该多普勒频率的倾角比Δfdoppler，并且同时对RSS进行两个或更多相继测量。然后，将值fdoppler和Δfdoppler与不同轨道平面距离的预期多普勒频率曲线进行比较。选择与所测量的倾角具有最小偏差的曲线，并且从所选曲线与测量值fdoppler的交点中获取当前相位时间TP。
作为示例，测量值fdoppler＝100kHz(示为圆)和相关的Δfdoppler(示为穿过圆的直实线)在图4中示出。可以看出，用于800km轨道平面距离的曲线与所测量的Δfdoppler最匹配。相关的相位时间是TP1＝110s。
在下一步骤中，从多个所测量的RSS值中导出平均值RSSavg。然后，在导出的相位时间TP1＝110s处将RSSavg与不同轨道平面距离的预期RSS的曲线进行比较。这在图3中描绘，其中，在该示例中假定RSSavg＝-111dBm。该值在800km轨道平面距离的曲线与1200km轨道平面距离的曲线之间。因此，通过线性插值导出当前轨道平面距离DU-PP为1000km。
一旦导出相位时间和到轨道平面的距离，就可以计算出UE到卫星的距离DU-S并且因此可以计算出行程时间。
UE到卫星的距离可以如下计算：
Figure BDA0003022261620000101
其中，
DU-S：UE到卫星的距离；
DS-PP：从卫星到UE在轨道平面上的投影点的距离；
DU-PP：从UE到UE在轨道平面上的投影点的距离。
DU-PP的值如上面所说明的那样由UE导出，并且值DS-PP由使用相位时间和卫星星座的计算导出。LEO卫星的DS-PP的变化过程在图5中描绘。要么UE预先配置有计算公式和所需参数(轨道周期、轨道高度、每个轨道的卫星数量等)，要么预先配置有针对多个相位时间的DS-PP的相关值。
行程时间可以如下计算：
Figure BDA0003022261620000111
其中，
ttrip：是从UE传输到卫星的信号的行程时间；
DU-S：从UE到卫星的距离；
cl：是在真空中等于299,792,458米/秒的光速。
可能有以下情况：在这些情况下，由UE无法导出可靠的行程时间。在这种情况下，UE将探测到这种情况并且将执行不同的随机接入程序，如下所述。
在UE已经导出初始行程时间之后，该UE可以简单地导出未来任何时间实例的行程时间。因此，UE存储最新导出的行程时间ttrip,latest、时间戳Tlatest(在那时该行程时间是有效的)、到轨道平面的最新距离DU-PP以及当前轨道的值n。值n例如从卫星本身导出。
为了计算未来行程时间，需要相关的未来相位时间。因此，UE首先计算最新和未来时间实例的时间差并添加最新相位时间TP,latest。然后，借助modΔTSat、即来自相同轨道的两个相继卫星的时间差(在铱星卫星的情况下，该时间距离是540秒)计算欧几里得除法(也称为“模运算”)的余数。
TP,new＝(Tfuture-Tlatest+TP,latest+Tcorrect)modΔTSat (5)
值Tcorrect用于考虑来自不同轨道的卫星的不同定时。如果当前卫星与用于最新行程时间推导的卫星在相同轨道上，则Tcorrect＝0。如果新卫星在相邻轨道上(n+1或n-1)并且相邻轨道偏移一半飞越周期，则为1/2ΔTSat，并且一般为：
Tcorrect＝Tshiftx(nlatest-nnew)ΔTSat (6)
其中，
Tshift：是由UE感知到的、来自相邻轨道的卫星的时间偏移；
nlatest：是最新行程时间存储在UE中的卫星的轨道编号；
nnew：是新的行程时间应该导出的卫星的轨道编号。
借助新的相位时间和存储的最新轨道平面距离，UE如上所述地导出新的形成延迟。
只要自上一行程时间估计以来UE的运动是小的，该计算就导致有用的结果。或者，更准确地说，由于UE的运动而产生的、最新导出于新的推导之间的行程时间差小于前导保护时间。这在大多数情况下是有效的。例如，在配置有0.684ms的保护间隔的情况下，所计算的行程时间至少对于直至400km的水平运动来说是可用的。
具有错误传输定时的前导传输可能导致附加的前导冲突。为了避免具有无效行程时间的传输，UE可以使用手段来探测未来行程时间的计算是否可靠。这例如通过定义最新行程推导的最大寿命(例如18分钟)来完成。这个最大寿命的期满将需要如上所述的新测量来导出当前行程时间。
上述方法假定将时隙式ALOHA原理用于随机接入，因为这将最有可能也用于与3GPP网络的卫星通信。在由给定的UE无法保证在接入时隙边界内正确接收定时的情况下，对于相关小区中的所有UE，成功的随机接入尝试的数量将降低，或者根本不可能进行随机接入。
因此，本发明的一个方面是探测不能可靠地导出行程时间的情况。这例如可以是，如果RSS具有非常低的值，该值足以与卫星连接但是太低以至于无法在随机接入前导的传输之前导出行程时间。UE可以例如通过将当前测量的RSS与可配置的阈值进行比较来探测到这种情况。在RSS低于该阈值的情况下，则行程时间将不由UE导出。相反，UE将使用不同类型的随机接入程序，该随机接入程序不基于时隙式ALOHA原理并且该随机接入程序不需要在接入时隙边界内接收前导。即不需要关于行程时间的定时校正。纯ALOHA是可用的原理。与时隙式ALOHA相比，纯ALOHA的吞吐量较小，但是仍然优于使用时隙式ALOHA，在时隙式ALOHA中前导将任意地与接入时隙边界重叠。因此，如果能够保证接入时隙边界内的前导接收，则使用时隙式ALOHA是有利的；如果同步接收的可靠性太低，则使用纯ALOHA是有利的。
当同时应用不同类型的随机接入时，重要的是，随机接入前导的接收器(即卫星或地面上的基站)知道，哪种类型的随机接入由UE所应用。因此，第一提议是使用两个不同的随机接入前导集。第一集用于时隙式ALOHA模式，并且第二集用于非同步模式(例如纯ALOHA)。第二集可以通过将已经指定的前导分成两组或者通过为第二组定义新的前导来导出。UE可以容易地指示所使用的随机接入类型，通过从相关的前导集中选择前导。替代的第二提议是为两种不同的随机接入方法在时频域中分配单独的资源，例如为时隙式和非时隙式ALOHA分配不同的子载波。
如上所述，针对随机接入响应间隔使用共同配置将导致随机接入程序的不必要的长时间延迟。因此，本发明提出从当前行程时间个体化地针对每个UE导出响应间隔。此外，考虑来自基站的特定于小区的配置。时隙式ALOHA模式中的响应间隔的开始TRAR,start,slotted计算为相关前导的传输已经结束之后的行程时间的2倍：
TRAR,start,slot＝TTX+2x ttrip+TPreamble (7)
其中，
TTx：是相关前导的传输已经开始的时间；
TPreamble：是相关前导的持续时间。
然后，响应间隔的持续时间从先前由基站传输的配置参数中获取。
如果没有可靠的行程时间可用并且UE因此选择非同步的随机接入模式，则响应间隔的开始TRAR,start，unsynchronize从由基站所传输的参数TRAR,delay计算出：
TRAR,start,unsynchronized＝TTX+Tdelay+TPreamble (8)
其中，
Tdelay：是随机接入前导的传输与随机接入响应窗口的开始之间的时间偏移。该值由基站传输给UE。该值由基站选择为至少UE到卫星的最大行程时间的2倍，例如，在LEO卫星的情况下为14ms。
同样在这种情况下，响应间隔的持续时间从先前由基站传输的配置参数中获取。
在以下示例中，假定根据LTE标准的无线电接口。该假定不应理解为限制该发明。本发明也可以应用于未来移动通信标准，如在3GPP中指定的5G。
根据本发明的主要方面，UE1配置为用于导出朝向当前用于通信的卫星的当前信号行程时间。UE1位于卫星Satn,m的覆盖区域内(参见图1)。该UE没有主动连接，即该UE处于空闲模式中。UE配置用于针对朝向卫星的连接执行随机接入程序。该UE已经存储针对多个相位时间和多个轨道平面距离的预期RSS值和多普勒频率值。此外，该UE配置有阈值以探测不可靠的测量并且探测所存储的行程时间的无效性。
步骤1
UE1接通并且执行小区搜索程序。该UE选择Satn,m以连接到网络。从所接收的、由该卫星传输的信号，该UE获得关于链路将由卫星提供的信息。此外，UE已从所广播的系统信息导出随机接入配置。除了已经为LTE指定的参数外，卫星还传输定义第二随机接入前导集的参数，以用于非同步随机接入。
步骤2
UE1想要执行到Satn,m的随机接入。由于链路经由卫星提供，因此UE将在前导传输之前导出行程时间。在该示例中，没有行程时间的存储值可用。因此，UE开始如上所述的测量以获得行程时间。
步骤3
UE从用于时隙式ALOHA模式的相应集中选择随机接入前导和接入时隙。该UE使用公式1计算传输时间。
步骤4
UE传输随机接入前导并监听响应。由于UE选择时隙式ALOHA模式，因此该UE如上所述地计算随机接入响应间隔的开始TRAR,start,slotted，即该UE考虑当前行程时间。间隔的持续时间从先前由基站传输的配置参数中导出。
步骤5
卫星接收前导。该卫星计算接收时间与接入时隙边界的时间偏移并且计算定时提前(timing advance，TA)值。该行为与地面基站相同。该卫星将包括TA值在内的随机接入响应消息发送回给UE。
步骤6
UE在所计算的时间窗口内接收响应并且将TA值应用于下一传输。此外，该UE借助所接收的TA值校正最新行程时间值并且存储包括时间戳在内的校正后的值。
步骤7
现在，UE像往常一样完成LTE的随机接入。
以下步骤可以用于未来行程时间计算：
步骤1’
UE1处于空闲模式中并且Satn,m+1将用于随机接入。UE现在想要执行随机接入，例如为了传输跟踪区域更新(Tracking Area Update，TAU)。
步骤2’
由于这是卫星连接，因此UE将在前导传输之前导出行程时间。该UE使用最新存储的值并且如上所述地导出当前行程时间。
步骤3’
UE执行随机接入并且继续上述消息流中所说明的步骤4，然后进行步骤5至7。
以下步骤可以用于非同步随机接入：
步骤1”
UE1处于空闲模式中并且Satn,m+1将用于随机接入。UE现在想要执行随机接入。
步骤2”
由于这是卫星连接，因此UE将在前导传输之前导出行程时间。在该示例中，没有行程时间的存储值可用。因此，UE开始如上所述的测量以获得行程时间。该UE探测到，这些测量将不适合于行程时间的可靠计算，例如，因为所测量的RSS低于配置的阈值。
步骤3”
UE将选择非同步随机接入模式并且选择针对该模式所配置的前导和接入时隙。
步骤4”
UE传输随机接入前导并监听响应。由于UE选择非同步随机接入模式，因此该UE如上所述地计算随机接入响应间隔的开始时间TRAR,start,unsynchronised，即该UE考虑先前由基站配置的参数Tdelay。间隔的持续时间由先前由基站传输的另一参数导出。
步骤5”
卫星接收前导。该卫星计算接收时间与最新接入时隙边界的时间偏移并且计算定时提前(TA)值。该卫星将包括TA值和接入时隙编号在内的随机接入响应消息发送回给UE。在接收到前导之后的该传输的定时是在UE中预先配置的固定值Tdelay并且将专门用于非同步随机接入方法。
步骤6”
UE在所计算的时间框架内接收响应并且根据TA值和接入时隙编号调整下一传输的定时。此外，该UE从接收时间和传输时间中导出行程时间。必须借助以下公式校正值Tdelay：
ttrip＝1/2(TRX-TTx-Tdelay) (9)
作为可靠的行程时间的可用性的结果，UE可以将时隙式随机接入方法用于未来随机接入尝试，至少在指定的时间内。
以下步骤可以用于移除变得无效的已存储的行程时间值：
步骤1*
UE处于空闲模式中并且Satn,m+1将用于随机接入。UE现在想要执行随机接入。
步骤2*
由于这是卫星连接，UE将在前导传输之前导出行程时间。该UE读取最新存储的值并且探测到该值的有效性已期满，即由于时间戳，该值比当前配置所允许的值更旧。
步骤3*
UE将不使用所存储的值。相反，UE删除这些值并且将从新测量中导出新的行程时间值，如在步骤1到7中所说明的那样。

Claims (9)

1.一种由用户设备——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，所述方法包括：
接收由所述非地面传输站传输的参考信号；
确定所述UE装置与所述非地面传输站之间的行程时间；和
使用所述行程时间来控制所述随机接入尝试，
其特征在于，由所接收的参考信号确定所述行程时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所确定的行程时间用于确定接入尝试传输的定时偏移，使得在预先确定的时间框架内在所述非地面传输站处接收所述UE装置的所述接入尝试传输。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述行程时间由以下中的至少一个确定：
i)所接收的参考信号功率的测量；
ii)所确定的、两个或更多相继的参考信号功率测量之间的差；
iii)所接收的参考信号的多普勒频移的确定；
iv)所确定的、两个或更多相继的参考信号多普勒频移确定之间的差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，通过使用预先确定的行程时间和与所述通信系统中一个或多个非地面传输站的相对运动有关的信息来估计所述UE装置与相同的或不同的非地面传输站之间的第二行程时间。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述UE装置根据所述行程时间确定的可靠性估计来做出关于将多于一个随机接入方法中的哪个随机接入方法用于所述接入尝试传输的决定。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述行程时间用于确定从所述非地面传输站接收响应的响应时间。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述非地面传输站是近地轨道中的卫星。
8.一种启用卫星的通信系统的基站，所述基站适配用于配置两个随机接入资源集，其中，第一随机接入资源集启用用户设备装置的时隙式ALOHA随机接入尝试并且第二随机接入资源集启用用户设备装置的非同步随机接入。
9.根据权利要求8所述的基站，其中，将所述第一随机资源集提供给能够导出到非地面传输站的可靠行程时间的用户设备装置使用，并且将所述第二随机接入资源集提供给不能导出到所述非地面传输站的可靠行程时间的用户设备装置使用。
CN201980068190.1A 2018-10-15 2019-10-15 卫星通信系统中的随机接入 Active CN112868190B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310356715.XA CN116366101A (zh) 2018-10-15 2019-10-15 卫星通信系统中的随机接入

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18200419.2 2018-10-15
EP18200419 2018-10-15
PCT/EP2019/077945 WO2020078992A1 (en) 2018-10-15 2019-10-15 Random access in a satellite communication system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310356715.XA Division CN116366101A (zh) 2018-10-15 2019-10-15 卫星通信系统中的随机接入

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112868190A true CN112868190A (zh) 2021-05-28
CN112868190B CN112868190B (zh) 2023-04-11

Family

ID=63857829

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980068190.1A Active CN112868190B (zh) 2018-10-15 2019-10-15 卫星通信系统中的随机接入
CN202310356715.XA Pending CN116366101A (zh) 2018-10-15 2019-10-15 卫星通信系统中的随机接入

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310356715.XA Pending CN116366101A (zh) 2018-10-15 2019-10-15 卫星通信系统中的随机接入

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20210352738A1 (zh)
EP (1) EP3868037A1 (zh)
JP (2) JP2022502894A (zh)
KR (1) KR20210071981A (zh)
CN (2) CN112868190B (zh)
BR (1) BR112021006189A2 (zh)
WO (1) WO2020078992A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112020084B (zh) * 2020-07-21 2021-07-20 北京邮电大学 一种卫星场景下两步随机接入信道设计及信号检测方法
EP4258794A4 (en) * 2020-12-08 2024-01-24 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd RANDOM ACCESS METHOD, ELECTRONIC DEVICE AND STORAGE MEDIUM

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1217104A (zh) * 1996-03-05 1999-05-19 艾利森公司 用于移动卫星通信的随机接入方案
CN102461292A (zh) * 2009-06-12 2012-05-16 摩托罗拉移动公司 提高otdoa测量性能的干扰控制、sinr优化和信令增强
CN103346829A (zh) * 2013-07-01 2013-10-09 北京大学 兼容lte模式卫星通信初始随机接入两步时延测量方法
US20150270890A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Hughes Network Systems, Llc Apparatus and method for network level synchronization in multiple low earth orbit (leo) satellite communications systems
EP3030018A1 (en) * 2013-07-31 2016-06-08 NTT Docomo, Inc. Mobile station

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2669329B2 (ja) * 1993-12-28 1997-10-27 日本電気株式会社 衛星通信方式
JP4401491B2 (ja) * 1999-08-26 2010-01-20 京セラ株式会社 衛星移動通信システム、衛星移動通信システムの移動局
KR20020030367A (ko) 2000-10-17 2002-04-25 오길록 이동통신시스템에서 임의접속채널의 전송방법
US8120528B2 (en) 2008-05-14 2012-02-21 Thomas Ronald Tessier Apparatus for satellite telecommunications
US10117249B2 (en) 2015-06-17 2018-10-30 Hughes Network Systems, Llc High speed, high terrestrial density global packet data mobile satellite system architectures
GB2571592B (en) 2015-10-30 2021-07-21 Michaels Paris Mobile satellite communication system
CN108243391B (zh) * 2016-12-23 2020-06-12 展讯通信（上海）有限公司 卫星通信中的小区搜索、小区接入方法及装置
KR20200130262A (ko) * 2018-02-14 2020-11-18 아이디에이씨 홀딩스, 인크. 비-지상 네트워크에서의 랜덤 액세스
WO2019195457A1 (en) * 2018-04-03 2019-10-10 Idac Holdings, Inc. Timing advance for non-terrestrial network communication

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1217104A (zh) * 1996-03-05 1999-05-19 艾利森公司 用于移动卫星通信的随机接入方案
CN102461292A (zh) * 2009-06-12 2012-05-16 摩托罗拉移动公司 提高otdoa测量性能的干扰控制、sinr优化和信令增强
CN103346829A (zh) * 2013-07-01 2013-10-09 北京大学 兼容lte模式卫星通信初始随机接入两步时延测量方法
EP3030018A1 (en) * 2013-07-31 2016-06-08 NTT Docomo, Inc. Mobile station
US20150270890A1 (en) * 2014-03-19 2015-09-24 Hughes Network Systems, Llc Apparatus and method for network level synchronization in multiple low earth orbit (leo) satellite communications systems

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210071981A (ko) 2021-06-16
BR112021006189A2 (pt) 2021-06-29
US20210352738A1 (en) 2021-11-11
WO2020078992A1 (en) 2020-04-23
CN116366101A (zh) 2023-06-30
JP2022502894A (ja) 2022-01-11
JP2024010678A (ja) 2024-01-24
CN112868190B (zh) 2023-04-11
EP3868037A1 (en) 2021-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11363643B2 (en) Random access procedures for satellite communications
AU2016347539B2 (en) Mobile satellite communication system
US11316586B2 (en) Frequency adjustment for high speed LTE deployments
CN111819803A (zh) 用于非地面通信的预测测量
KR102484964B1 (ko) 사용자 기기 파라미터 결정 방법 및 장치, 및 저장 매체 및 기지국
CN101394648B (zh) 一种时分双工系统中终端前导的发送方法
JP2024010678A (ja) 衛星通信システムにおけるランダムアクセス
JP7460642B2 (ja) ランダムアクセス手順のための制御メカニズム
CN112788774B (zh) 卫星通信方法和相关通信设备
AU2020397983A1 (en) System and method for uplink compensation gap
CN115443702A (zh) 随机接入前导码发送定时偏移
EP4018569A1 (en) Wireless communications apparatus and methods
EP3254509A1 (en) Calculating timing offset in wireless communications
WO2022113013A1 (en) Apparatus and method of wireless communication
EP4213410A1 (en) Method and apparatus for performing random access procedure in wireless communication system
US20230051251A1 (en) Method for determining location of v2x device in wireless communication system supporting sidelink, and apparatus therefor
EP4213411A1 (en) Method and apparatus for performing random access procedure in wireless communication system
US20240129872A1 (en) Methods, communications devices, and infrastructure equipment
US12004236B2 (en) Random access procedures for satellite communications
KR102669740B1 (ko) 위성 통신을 위한 랜덤 액세스 절차
US20240163823A1 (en) Method and apparatus for determining timing advance value
CN117063547A (zh) 用于非地面网络的方法、终端、基站、电路和系统
KR20230023516A (ko) 비지상 네트워크 시스템에서 시간 전진을 수행하는 장치 및 방법
WO2023227299A1 (en) Methods and network infrastructure equipment
CN114095861A (zh) 用于非地面网络中信号传输的时序调整机制

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant