基于LEO的NR-NTN中改进的小区选择和重选的制作方法

基于leo的nr-ntn中改进的小区选择和重选
技术领域
1.所公开的实施例总体上涉及无线网络通信，以及更具体地涉及基于nr的leo ntn中小区选择和重选改进。


背景技术：

2.卫星通信行业对3gpp的兴趣和参与度越来越高，公司和组织确信在3gpp 5g的背景下集成卫星和地面网络基础设施的市场潜力。卫星是指在低地球轨道(low earth orbit，leo)、中地球轨道(medium earth orbit，meo)、静止地球轨道(geostationary earth orbit，geo)或高椭圆轨道(highly elliptical orbit，heo)中的星载飞行器(space bome vehicle)。5g标准使非地面网络(non-terrestrial network，ntn)包括卫星部分，即3gpp 5g连接基础设施的公认部分。低地球轨道是指高度为2，000公里或以下，或每天至少有11.25个周期并且偏心率小于0.25的地心轨道。外太空的大部分人造物体都在以高速(移动性)绕地球运行的leo卫星的轨道上，但可预测或可确定的轨道上。
3.在4g长期演进(long-term evolution，lte)和5g新无线电(new radio，nr)网络中，演进的通用陆地无线电接入网络(evolved universal terrestrial radio access network，e-utran)包括与被称为用户设备(user equipment，ue)的多个移动台进行通信的多个基站，例如，演进节点b(evolved node-b，enodeb)。在5g nr中，基站也称为gnodeb或gnb。对于处于无线资源控制(radio resource control，rrc)空闲模式移动性的ue，小区选择是ue在开机(power on)之后选择特定小区进行初始注册的进程。小区选择的一个主要目标是在初始开机之后快速驻留候选小区。在另一方面，小区重选是在ue驻留在小区中以及处于空闲模式之后变换小区的机制。小区重选是一个连续的过程，通过该过程，ue搜索并驻留在比其当前小区更好的小区。当根据参考信号接收功率(reference signal received power，rsrp)和参考信号接收质量(reference signal received power，rsrq)测量的信号强度低于某个阈值时，ue开始测量相邻小区的信号强度和质量。对于异频(inter-frequency)重选，ue首先选择具有最高优先级的频率。在同一频率内(对于异频和同频(intra-frequency)重选两者)，ue根据信号强度对小区进行排序，并重选排名最高的小区。
4.基于leo卫星的ntn中的移动性可能与地面网络完全不同。在地面网络中，小区是固定的，但ue可能在不同的轨迹上移动。在另一方面，在ntn中，大多数leo卫星相对于地球地面以非常高的速度运行，而ue的运动相对缓慢且可以忽略不计。卫星的速度太高无法与任何移动ue的速度相比，包括飞机用户。例如，在高度为600公里、速度为7.56公里/秒、束斑(beam spot)直径为70公里左右的leo场景中，每10秒就会出现频繁的小区重选。因此，对于leo卫星，虽然是以可预测的方式，但是小区会随着时间移动。因此，leo卫星可以根据自身的移动速度、方向和距离地面的高度来估计目标小区，而不是依赖ue的测量报告。一旦leo卫星的小区或波束被扫描过去，大多数(如果不是全部)ue需要重选相同的小区或波束。网络可以通过使用全球导航卫星系统(global navigation satellite system，gnss)或来自从核心网络的捕获位置信息来估计ue的位置。
nr无线通信系统100。nr无线通信系统100包括多个基站gnb 101-104、多个用户设备ue 110和多个网关121-122。在图1的示例中，基站gnb 101-104是以高速(移动性)绕地球运行但在可预测或确定性轨道上的leo卫星。基于leo卫星的ntn中的移动性可能与地面网络完全不同。对于处于rrc空闲模式移动性的ue，小区选择是ue在开机之后选择特定小区进行初始注册的进程。小区选择的一个主要目标是在初始开机之后快速驻留候选小区。在另一方面，小区重选是在ue驻留在小区中以及处于空闲模式之后变换小区的机制。小区重选是一个连续的过程，通过该过程，ue搜索并驻留在比其当前小区更好的小区。
19.自然地，leo卫星的高速将导致频繁的小区重选。然而，由于ntn中的信号强度和质量的动态变化，由于会存在缓慢的信号衰减，然后突然失去覆盖盲区的覆盖范围，rsrp和rsrq测量结果可能会有很大不同。因此，nr-ntn中的小区重选流程需要进一步改进以帮助ue的小区搜索流程。通常，基于leo卫星的ntn中的rrc空闲模式移动性和切换可以通过若干不同的特征来表征。第一，由于卫星的可预测移动模式，leo-ntn可以随时间估计卫星位置。第二，基于ue的位置和卫星小区的移动，leo-ntn可以向提供ue提供辅助以进行小区重选。第三，辅助包括向ue提供下一小区信息。
20.因此，基于上述特性，rrc空闲模式ntn中的小区重选可以通过向ue提供卫星的辅助被改进，例如下一小区信息，例如候选小区id。在图1的示例中，基于leo-卫星的ntn/卫星沿着卫星轨迹向ue 110提供下一小区信息以用于小区重选。辅助信息可以包括卫星长期星历，其中卫星长期星历的格式为位置速度(position velocity，pv)信息或卫星其他轨道参数细节。可以使用usim向ue 110提供(预先提供)星历信息，或者使用系统信息广播(例如sib-9或专用的ntn特定sib)向ue 110提供星历信息。ue 110本身可以使用辅助信息沿着leo卫星轨道来估计用于重选的候选小区。此外，在tn-ntn联合覆盖期间，网络可以为tn小区分配比ntn小区更高的优先级。类似地，对于小区重选，地球固定小区可以优先于地球移动小区。注意，由于一个ntn小区对应一个卫星波束，所以ntn小区在本发明中也可以称为波束。
21.图2是根据本发明实施例的无线设备201和211的简化框图。对于无线设备201(例如，基站)，天线207和208发送和接收无线电信号。rf收发器模块206耦接于天线，从天线接收rf信号，将其转换为基带信号并将它们发送到处理器203。rf收发器206还转换从处理器接收到的基带信号，将它们转换为rf信号，并发送到天线207和208。处理器203处理接收的基带信号并调用不同的功能模块和电路来执行无线设备201中的功能特征。存储器202存储程序指令和数据210以控制设备201的操作。
22.类似地，对于无线设备211(例如，用户设备)，天线217和218发送和接收rf信号。耦接于天线的rf收发器模块216从天线接收rf信号，将它们转换为基带信号并将基带信号发送到处理器213。rf收发器216还转换从处理器接收到的基带信号，将它们转换成rf信号，并发送到天线217和218。处理器213处理接收到的基带信号并调用不同的功能模块和电路来执行无线设备211中的功能特征。存储器212存储程序指令和数据220以控制无线设备211的操作。
23.无线设备201和211还包括若干功能模块和电路，其可以被实施和配置以执行本发明的实施例。在图2的示例中，无线设备201是包括rrc连接处理模块205、调度器204、移动性管理模块209以及控制和配置电路221的基站。无线设备211是包括测量模块219、测量报告
模块214、切换处理模块215以及控制和配置电路231的ue。注意，无线设备可以既是发送设备又是接收设备。不同的功能模块和电路可以通过软件、固件、硬件及其任意组合来实施和配置。当由处理器203和213(例如，通过执行程序代码210和220)执行时，功能模块和电路允许基站201和用户设备211执行本发明的实施例。
24.在一个示例中，基站201经由rrc连接处理电路205与ue 211建立rrc连接，经由调度器204为ue调度下行链路和上行链路传输，经由移动性管理模块209执行移动性和切换管理，并且经由配置电路221向ue提供测量和报告配置信息。ue 211经由rrc连接处理电路219处理rrc连接，经由测量和报告模块214执行测量以及报告测量结果，经由移动性处理模块215执行小区选择和重选，以及经由控制和配置电路231获得测量和辅助信息。在一个新颖方面，基站201向ue 211沿卫星轨迹提供下一小区信息。辅助信息可以包括卫星的长期星历，其中卫星长期星历的格式为pv信息或卫星其他轨道参数细节，以用于改进的小区重选。
25.图3是根据新颖方面为改进的小区重选提供下一小区以及星历信息的leo ntn 300的示例。leo-ntn可以向ue提供星历信息。卫星通过作为星历数据发送关于其位置(当前和预测)、时间和状况的信息。接收器可以使用星历数据来估计每个卫星在轨道上的位置，以及关于整个卫星星座的时间和状态的信息，称为历书(almanac)。星历数据还可用于预测未来的卫星状况(对于给定的地点和时间)，为计划何时(或何时不)调度gps数据收集提供工具。星历信息可以基于位置、速度、下一波束(例如，候选小区)信息，以物理小区id的形式、intrafreqwhitecelllist、interfreqwhitecelllist、开始频率、周期和符号偏移、同步信号块(synchronization signal block，ssb)候选波束信息、起始频域位置周期性和符号偏移、当前服务波束与作为下一波束的候选波束之间的频率预补偿值之间差值。
26.当根据rsrp和rsrq测量的信号强度低于某个阈值时，ue开始测量相邻小区的信号强度和质量以进行小区重选。在图3的示例中，如果波束2是当前的当前波束(小区)，则基于星历信息的下一候选波束(小区)应该是波束11或波束3，箭头301描绘卫星移动方向。网络和卫星可以向ue提供这些波束的下一层(next tier)候选小区信息，ue仅需要对候选波束11或波束3进行测量和小区搜索。注意，如果没有这些辅助信息，ue将需要搜索所有相邻小区以用于小区重选，例如，波束3、波束11、波束10、波束1、波束6和波束7。辅助信息可以扩展到第二层(second tier)波束候选的物理小区id。这还将包括作为下一波束的波束候选的ssb信息。例如，网络和卫星可以将波束12、波束18或波束4指示为第二层候选小区的波束(即紧邻下一波束)。
27.图4示出了具有开普勒(keplerian)轨道参数的星历信息的示例。除了pv信息，长期星历还可以包括卫星轨道参数的细节，例如，小区中心位置、小区直径、近地点、升交点。开普勒轨道参数的细节信息如下所述。偏心率(eccentricity)：椭圆的形状，描述它与圆形相比拉长了多少(e＝0圆形轨迹；e＜1椭圆轨迹；e＞1双曲线轨迹；e＝1抛物线轨迹)。半长轴(semimajor axis)：近心点(periapsis)(最接近点)和远心点(apoapsis)(最远偏移点)的距离之和除以二。典型的伽利略轨道半长轴值约为29,500公里。轨道倾角(轨道交角)(i)：在升交点(轨道向上穿过赤道平面的位置)测量的椭圆相对于参考平面(赤道平面)的垂直倾斜。典型的伽利略轨道倾角为55
°‑
56
°
。升交点经度或升交点赤经(right ascension)(ω)：从春分点逆时针测量的参考平面春点(vernal point)与升交点之间的夹角。近心点角(argument of periapsis)(ω)：从升交点到近点测量的角度，其定义了椭圆
在轨道平面中的方向。平均近点角(mean anomaly)：定义卫星以精确历元(precise epoch)沿椭圆的位置。它不是几何角度。然而，它可以转换为真近点角(v)，即近心点与轨道物体(卫星)位置之间的角度。
28.在一个实施例中，网络可以进一步将星历信息分为两部分：(1)公共星历信息，以及(2)卫星专用星历信息。星历信息可以使用usim向ue提供，或者使用sib-9或ntn专用的特定sib向ue提供。此外，提供的和基于sib的星历信息的组合也是可能的，其中ue最初尝试盲目地使用来自usim的卫星信息，然后使用在sib上广播的卫星星历。替代地，代替网络显式地向ue提供下一小区信息，ue可以使用卫星信息沿着leo卫星轨道来估计候选小区以进行小区重选。
29.图5示出了根据一个新颖方面的在卫星覆盖不连续性下的改进的小区重选的实施例。对于小区重选，当根据rsrp和rsrq测量的信号强度低于某个阈值时，ue开始测量相邻小区的信号强度和质量。对于异频重选，ue首先选择具有最高排序的频率。在同一频率内(对于异频和同频重选两者)，ue根据信号强度对小区进行排序，并重选排名最高的小区。由于会出现缓慢的信号衰减，然后突然失去覆盖盲区的覆盖范围，根据rsrp和rsrq测量的信号强度和质量的动态可能有很大不同。
30.在图5的实施例中，使用相同的卫星星历，网络可以隐式地或显式地向ue指示任何即将到来的覆盖不连续(或覆盖盲区)以及归属(home)和漫游小区的任何地理边界。leo卫星可以向ue通知这些覆盖盲区的地理位置(例如区域、地理坐标或时间等)通知，并通知即将为ue提供覆盖的即将到来的波束(小区)。ue可以在这些即将到来的小区执行重选。类似地，在移动期间，如果leo卫星覆盖将要跨越国家的地理边界，leo卫星可以向ue通知这个跨国覆盖，并且辅助ue重选属于其归属国的一些其他小区。
31.当满足测量条件时，ue开始对相邻小区进行测量并且推导出rsrp和rsrq测量结果以用于小区重选。例如，测量条件可以包括服务小区的srxlev或squal低于预定阈值。在一个实施例中，现有的测量条件(例如srxlev、squal)可以基于rsrp或rsrq进行更新。例如，可以更新现有的测量条件以包括加权rsrp或rsrq，其中权重来自卫星星历信息，例如卫星星历信息。ue的位置和ue到小区中心的相对距离。例如，与距离卫星具有相对较小距离的ue相比，如果ue距离卫星具有相对较大距离，则ue很可能很快重选更好的小区。因此，取决于现有测量的相对距离，例如，srxlev、squal可以加权，例如，具有低相对距离的ue可以使用更高的权重，而具有高相对距离的ue可以使用更低的权重。
32.在另一实施例中，上述改进的小区重选的步骤可以规律间隔重复。由于leo卫星的速度、方向和波束大小非常具有确定性，因此小区选择/重选实例和连续重选之间的持续时间也是确定性的。例如，网络可以使用sib-9或ntn专用sib向ue通知这个律间隔。替代地，ue本身可以使用卫星信息来计算这个规律间隔。
33.图6示出了leo ntn中的地球固定波束和地球移动波束的示例以及对应的小区重选进程。由于ntn可以由地球固定和地球移动波束组成，网络可以显式地向ue通知leo ntn是否由地球固定波束组成(如(a)所示，当卫星1和卫星2移动时小区是固定的)还是由地球移动波束(如(b)中所示，当卫601-604移动时小区在移动)。由于预计具有地球固定波束的卫星比具有地球移动波束的卫星经历更低频率的小区重选，因此ue通常更喜欢地球固定波束(如果可用)而不是地球移动波束来进行小区重选。这可以通过网络针对地球固定和地球
移动波束配置不同的rsrp和rsrq阈值来有效地完成(通过使用rrc信令)，从而允许ue重选具有更高优先级的地球固定波束。替代地，如果地球固定和地球移地波束处于不同的频率，网络可以显式地配置地球固定波束具有更高优先级，从而使得ue能够重选具有更高优先级的地球固定波束而不是地球移地波束。
34.下文提到的主要现有阈值参数可以被使用以及相应地调整。(1)threshx，highp：其规定了当向比当前服务频率更高优先级的rat/频率重选时ue使用的srxlev阈值(以db为单位)。nr和e-utran的每个频率可以具有专用的阈值。(2)threshx，highq：其规定了当向比当前服务频率更高优先级的rat/频率重选时ue使用的squal阈值(以db为单位)。nr和e-utran的每个频率可以具有专用的阈值。(3)threshx，lowp：其规定了当向比当前服务频率更低的优先级rat/频率重选时ue使用的srxlev阈值(以db为单位)。nr和e-utran的每个频率可以具有专用的阈值。(4)threshx，lowq：其规定了当向比当前服务频率更低的优先级rat/频率重选时ue使用的squal阈值(以db为单位)。nr和e都utran的每个频率可以具有专用的阈值。(5)threshserving，lowp：其规定了当向较低优先级的rat/频率重选时，ue使用的用于服务小区的srxlev阈值(以db为单位)。(6)threshserving，lowq：其规定了当向较低优先级的rat/频率重选时，ue使用的用于服务小区的squal阈值(以db为单位)。
35.类似地，在tn-ntn联合覆盖区域中，由于预计tn信号提供比ntn信号更好的覆盖，ue通常更喜欢tn小区选择(如果可用)而不是ntn小区选择。这可以通过网络针对tn小区和ntn小区配置不同的rsrp和rsrq阈值(通过使用rrc信令)来有效地完成，从而允许ue重选具有更高优先级的tn小区。替代地，网络也可以配置tn小区具有显式地的更高优先级，从而使得ue能够重选具有更高优先级的tn小区而不是ntn小区。
36.图7是根据一个新颖方面的在基于nr的leo ntn中执行改进的小区重选进程的方法的流程图。在步骤701中，ue驻留在基于新无线电(nr)的低地球轨道(leo)非陆地网络(ntn)中的当前小区。在步骤702中，ue从leo卫星接收辅助信息。ue保持在无线电控制(rrc)空闲模式，以及该辅助信息包括卫星星历信息。在步骤703中，ue对候选小区执行测量以进行小区重选。候选小区基于指示该候选小区的辅助信息而确定。在一个实施例中(704)，卫星星历信息或者基于位置和速度(p，v)信息，或者基于卫星的详细轨道参数。
37.虽然出于说明目的，已结合特定实施例对本发明进行描述，但本发明并不局限于此。因此，在不脱离权利要求书所述的本发明范围的情况下，可对描述实施例的各个特征实施各种修改、改编和组合。