全球导航卫星系统辅助的飞行器无线通信技术方案

本公开涉及用于通过集成全球导航卫星系统(GNSS)数据以及其它特征和方面为飞行器及其它应用提供第五代无线通信或未来的无线通信(5G+)的系统和方法。在各种实施例中，公开了以下一项或多项的系统和方法：GNSS辅助的多普勒估计和跟踪；GNSS辅助的小区获取、测量和切换目标小区选择；GNSS辅助的时间提前量估计和跟踪；GNSS辅助的功率控制；和/或GNSS辅助的波束识别和跟踪。当单独考虑或以任何组合考虑时，每一个都提供了GNSS辅助的无线通信。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】全球导航卫星系统辅助的飞行器无线通信
本专利技术涉及用于在蜂窝地面网络和移动子网络(例如，飞行器、火车、气球、无人机等)之间提供无线通信的系统和方法；更具体地，涉及利用全球导航卫星系统(GNSS)集成的系统和方法，用以在蜂窝地面网络和移动子网之间提供第五代或未来的无线通信(5G+)。
技术介绍
随着现代数据驱动的生活方式和移动连接设备的出现，无线数据通信已变得无处不在。与此相关的是，飞行器旅客越来越要求用于商业和个人应用的高速数据连接。机上乘客以及机上设施对高速数据连接存在巨大需求。但是，提供这些飞行通信服务还存在若干挑战。有两种可能的解决方案来提供飞行通信。首先，可以通过位于卫星网络上的基站为飞行器提供服务。卫星的Ku波段和Ka波段用于在数字服务和飞行器之间建立实际链接，覆盖范围广，对于在海洋上的洲际长途飞行可能是有效的。但是，对于短途和中程的大陆上空的航班，基于卫星的解决方案成本相对较高；该设备沉重，笨重且昂贵，而且在空中交通繁忙的地区时延很长。Ka波段和Ku波段卫星天线难以安装在陆地上空的飞行器上，因为安装卫星天线需要对飞行器的基础设施进行大量的投资。此外，Ka波段卫星解决方案需要从飞行器到地球上方36,000公里的对地静止轨道的大型传输路径，这对于任何要求严格延迟的服务都是一个普遍障碍。第二种方法是飞行器可以由位于地面的蜂窝无线网络的基站提供服务，即地面基站。虽然在3G和4G的通信中考虑过使用地面基站(3GNB和4GeNB)的飞行通行的概念，但是，但是存在一些与5G和使用5G地面基站(gNB)有关的和架构实现有关的问题。例如，为了在飞行网络上实现可靠的5G连接，需要解决多普勒频移和时延问题。飞行用户设备(FUE)与传统的地面用户设备(UE)至少在以下几方面不同：(i)飞行器的速度比典型的地面用户设备UE快得多，因此多普勒速度要高得多；(ii)与地面UE相比，飞行器具有更确定的飞行路径；(iii)飞行器始终与全球导航卫星系统(GNSS)连接。
技术实现思路
技术问题与飞行器速度与基于地面的网络相关的多普勒频移和有关问题使得飞行中5G无线通信难以实现和维持。问题的解决方案本专利涉及用于通过集成全球导航卫星系统(GNSS)数据以及其他特征和方面来为飞行通信和其他应用提供第五代(5G)无线通信的系统和方法。专利技术的技术效果在一些实施例中，公开了基于GNSS辅助的多普勒估计和跟踪的系统和方法。在另一实施例中，公开了GNSS辅助的小区获取、测量和切换目标小区选择。在另一实施例中，公开了基于GNSS的辅助的初始接入过程以及随后的数据传输过程中的时间提前量估计和跟踪。在另一实施例中，公开了基于GNSS的辅助的功率控制。在又一实施例中，公开了基于GNSS的辅助的波束识别、波束跟踪和波束管理。这些实施例的一个或多个和其他实施例，可提供用于在蜂窝地面网络和移动子网络之间进行无线通信的系统和方法。如本文公开的这些实施例中的每一个和其他实施例，当单独考虑或进行任一组合，都能提供GNSS辅助的无线通信。该GNSS辅助的无线通信是首个能够通过蜂窝地面网络提供第五代或未来(5G+)的飞行无线通信。附图说明本领域技术人员可以通过所附的详细描述和附图理解其功能和效果，其中：图1示出了通过蜂窝地面网络提供GNSS辅助的无线通信的网络架构；图2示出了根据本专利技术一个实施例的GNSS辅助的小区获取；图3示出了根据本专利技术一个实施例的GNSS辅助的波束预测和管理；图4示出了根据本专利技术的各个实施例的GNSS辅助的信令流程。具体实施方式在下面的描述中，根据以下的细节和描述，可以透彻理解本专利技术的实施例，这些细节和描述仅用于解释而非限制。但是，对于本领域技术人员将显而易见的是，本专利技术可以在其他实施例中实践，包括背离这些细节和描述的某些变型，或者替代组合。本文公开的示例旨在使本领域技术人员能够实施本专利技术，但是这些示例不应仅仅解释为限制所要求保护的本专利技术的精神和范围。现在转向附图，图1示出了用于通过蜂窝地面网络提供GNSS辅助的无线通信的网络架构。飞行器200包含飞行用户设备210(本文也称为“飞行UE”或“FUE”)，飞行UE通常与飞行器上的至少一个无线接入点集成在一起或与之相耦合。通过飞行UE，无线接入点服务于飞行器上的各个装置或用户设备，例如笔记本电脑220a或移动电话220b。飞行UE连接到地面蜂窝网络，该蜂窝网络包括多个地面基站，例如下一代的nodeB(gNBs)100。位于飞行路径上的每个gNB被配置为通过前向链路110a和反向链路110b与飞行UE进行通信。当飞行器沿着飞行路径飞行时，飞行UE会从一个连接的gNB切换到下一个gNB。如本文将进一步描述的，飞行UE被配置为与全球导航卫星系统(GNSS)的卫星300通信，以获得导航数据,例如：飞行器的位置、矢量方向和速度以及其他与GNSS连接的运动物体，这些导航数据可用于补偿无线信号参数，以便为移动子网络提供无线通信。地面的用户设备(也称为地面UE)，例如地面上的蜂窝电话、汽车和其他连接设备，可以进一步连接到地面网络(图中未示)上的gNBs。就这一点而言，同样的蜂窝地面网络的gNBs通常能够服务地面UE和飞行UE。地面UE通常不需要像移动子网络那样进行信号参数补偿，比如，当地面UE运动速度小于100英里/小时(mph)的时候。然而，如前所述，由于飞行UE的运动速度高得多，多普勒速度尤为明显，为了实现飞行UE与地面蜂窝网络的有效连接，必须考虑多普勒速度。例如，在4GHz频段，飞行器以1200公里/小时(km/h)运动，多普勒频移约为4.4KHz。然而，在28GHz频段，相同的飞行器速度下，多普勒频移约为30.8KHz。相对较高的多普勒速度会负面地影响系统的性能。比如，信道在OFDM的符号内会发生变化，这将导致载波间干扰(ICI)。此外，信道从一个OFDM的符号到另一个OFDM符号会发生变化，这会在数据解调的过程中带来信道估计损失。另外，进一步的时域滤波是为了减少信道估计误差，而快速信道变化不利于时域滤波，这将降低信道估计质量。此外，新空口(即5G)中现有的跟踪参考信号(TRS)设计，在频率范围1(例如，6GHz以下频段)只能允许+/-3.75KHz以内的多普勒频移，在频率范围2(例如，毫米波频段)只能允许+/-15KHz以内的多普勒频移。因此，为了实现飞行UE和地面网络之间的有效连接，不仅要考虑多普勒速度的影响，而且要充分补偿多普勒频移。本专利技术的实施例公开了在蜂窝地面网络和移动子网络之间提供全球导航卫星系统(GNSS)辅助的无线通信的系统和方法。例1：GNSS辅助的多普勒预补偿在一个实施例中，全球导航卫星系统(GNSS)数据以及可以从GNSS数据导出的导出数据,统称“导航数据”，集成到无线通信系统或相关方法中来解决上述多普勒速度问题，以便补偿多普本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在蜂窝地面网络和移动子网络之间提供无线通信的方法，所述方法包括：/n从全球导航卫星系统(GNSS)获得导航数据，所述导航数据包括与移动子网络的位置、矢量方向和速度中的至少一项相关的信息；和/n基于导航数据更新一个或多个用于信号发送、接收或其组合的参数。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181206 US 16/2125931.一种用于在蜂窝地面网络和移动子网络之间提供无线通信的方法，所述方法包括：
从全球导航卫星系统(GNSS)获得导航数据，所述导航数据包括与移动子网络的位置、矢量方向和速度中的至少一项相关的信息；和
基于导航数据更新一个或多个用于信号发送、接收或其组合的参数。


2.根据权利要求1所述的方法，所述移动子网络装配在飞行器上。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
基于所述导航数据确定无线信号估计的多普勒频移分量，以及
用估计的多普勒频移分量补偿接收或发射信号。


4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
通过移动子网络的飞行用户设备，
将至少一部分导航数据传送到蜂窝地面网络的gNB，所述至少一部分导航数据包括与移动子网络的位置和速度相关的信息；和
通过蜂窝地面网络的gNB，
确定估计的多普勒频移分量；和
至少以下之一：
根据所述估计的多普勒频移分量补偿接收到的信号，以及
在发送之前，基于所述多普勒频移分量对发送信号进行预补偿；其中，补偿和/或预补偿是由所述蜂窝地面网络实现的。


5.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
获取飞行路线数据；和
使用至少一部分导航数据和飞行路线数据，
从所述蜂窝地面网络的所有小区中确定候选小区的子集，以实现小区获取、测量和切换功能。


6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
通过与移动子网络的飞行用户设备，
从GNSS接收导航数据；
接收所述飞行路线数据；
基于所述导航数据和所述飞行路线数据确定所述候选小区的子集；
确定用于切换的目标小区；和
将早期切换准备请求传送到所述蜂窝地面网络。


7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
通过所述蜂窝地面网络，
从所述移动子网络的飞行用户设备接收所述导航数据；
接收所述飞行路线数据；
基于所述导航数据和所述飞行路线数据确定所述候选小区的子集；
确定用于切换的目标小区；和
准备所述蜂窝地面网络以进行切换。


8.根据权利要求7所述的方法，其中飞行用户设备将所述导航数据传送到所述蜂窝地面网络的当前服务gNB，并且所述蜂窝地面网络的当前服务gNB与目标小区的目标gNB通信用以实现切换。


9.根据权利要求2所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，刘斌，
申请(专利权)人：瞬已网络科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31