移动终端中的多模频率补偿 |
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| 申请号 | CN201980075722.4 | 申请日 | 2019-10-16 | 公开(公告)号 | CN113056875B | 公开(公告)日 | 2023-09-29 |
| 申请人 | 维尔塞特公司; | 发明人 | B·A·彼得罗维奇; M·K·塔萨尼斯; | ||||
| 摘要 | 本文描述了用于对由移动终端所发射和所接收的 信号 内的 频率 误差进行多模补偿的系统和方法。该频率误差可能是由于多普勒频移和 振荡器 误差引起的，该多普勒频移和该振荡器误差引入了相反的频移。在采集模式中，该移动终端初始补偿该振荡器误差，同时向通信系统发射包含该多普勒频移的信号。在从该通信系统接收到指示包含在该发射信号中的该多普勒频移的消息时，该移动终端然后可切换到 跟踪 模式，该跟踪模式可补偿多普勒频移和振荡器误差两者。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在移动终端中进行频率校正的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 移动终端中的多模频率补偿[0001] 相关申请 [0002] 本申请要求于2018年10月26日提交的标题为“移动终端中的多模频率补偿(Multi‑Mode Frequency Compensation in Mobile Terminals)”的美国非临时申请号16/171,775的优先权，其内容据此全文以引用方式并入以用于任何目的。 背景技术[0003] 高带宽卫星通信系统提供广泛的通信能力，包括电视、电话、无线电、互联网和军事应用。通过采用20GHz至30GHz范围内的射频，并使终端与通信系统(例如，通信卫星)精确同步，可在通信网络中提供高带宽，从而最小化误差率并且最大化通信服务质量。频率误差源是移动终端和固定终端中所使用的振荡器的漂移。高带宽通信系统中的移动终端由于移动终端相对于通信系统的移动所引起的多普勒频移而经历额外的频率误差。 [0004] 移动终端中所经历的多普勒频移与振荡器误差无关，并且因此可加到发射信号和接收信号两者中。这与振荡器误差不同，振荡器误差在所接收信号的降频转换期间引入了正或负的频移，但在用于发射的信号的升频转换期间引入了相反(即，负或正)的频移。这种不对称的总体误差贡献使得对移动终端中的两个总体频率误差源(振荡器误差和多普勒频移)的补偿变得复杂，特别是在尝试建立通信链路时。在高带宽卫星通信系统中，解决该问题的常规解决方案是在移动终端中使用非常准确、稳定的振荡器，从而有效地消除由于振荡器频率漂移引起的误差，使得主要需要对由于多普勒频移引起的频率误差进行补偿。然而，准确、稳定的振荡器价格昂贵、体积相对较大并且功耗较高，因此限制了它们在高端、高价值应用中的使用。发明内容 [0005] 在一个实施方案中，描述了一种在移动终端中进行频率校正的方法。该方法包括由移动终端从通信系统接收第一接收信号。该方法还包括在采集模式中操作移动终端。在采集模式中操作包括由移动终端处理第一接收信号以确定第一接收频率误差。在采集模式中操作还包括通过向第一接收频率误差应用第一校正程序来确定第一频率校正。第一校正程序补偿由于移动终端中的振荡器引起的第一接收频率误差内的第一振荡器误差。在采集模式中操作还包括发射通过第一频率校正进行频率校正的第一发射信号。在采集模式中操作还包括由移动终端从通信系统接收第一消息。第一消息指示如由通信系统使用第一发射信号所确定的第一接收频率误差的第一多普勒频移。在采集模式中操作还包括由移动终端基于第一接收频率误差和第一多普勒频移来确定第一振荡器误差。在采集模式中操作还包括将所确定的第一振荡器误差存储为在前振荡器误差。该方法还包括将移动终端的操作从采集模式切换到跟踪模式。跟踪模式包括迭代地执行操作，该操作包括处理从通信系统所接收的第二接收信号以确定第二接收频率误差，该第二接收频率误差包括由于振荡器引起的第二振荡器误差和第二多普勒频移。该操作还包括通过向第二接收频率误差应用第二校正程序来确定第二频率校正，其中第二校正程序补偿在前振荡器误差和第二多普勒频移。该操作还包括向通信系统发射通过第二频率校正进行频率校正的第二发射信号。该操作还包括基于从通信系统所接收的后续消息来更新所存储的在前振荡器误差，该后续消息指示第二振荡器误差与由通信系统使用第二发射信号所确定的在前振荡器误差之间的差值。 [0006] 在另一实施方案中，描述了一种移动终端。该移动终端包括：振荡器；接收器电路，该接收器电路被配置为使用来自振荡器的频率信号对从通信系统所接收的信号进行降频转换；和发射电路，该发射电路被配置为使用来自振荡器的频率信号将基带信号升频转换到发射频率。该移动终端还包括存储器和耦接到接收电路、发射电路和存储器的处理器。指令存储在存储器中并且可由处理器执行以从接收器电路接收降频转换的第一接收信号，该降频转换的第一接收信号是从通信系统接收的。指令包括用于在采集模式中操作的指令。采集模式包括处理第一接收信号以确定第一接收频率误差。采集模式还包括通过向第一接收频率误差应用第一校正程序来确定第一频率校正，其中第一校正程序补偿由于振荡器引起的第一接收频率误差内的第一振荡器误差。采集模式还包括经由发射电路向通信系统发射通过第一频率校正进行频率校正的第一发射信号。采集模式还包括从通信系统接收第一消息，该第一消息指示如由通信系统使用第一发射信号所确定的第一接收频率误差的第一多普勒频移。采集模式还包括基于第一接收频率误差和第一多普勒频移来确定第一振荡器误差。采集模式还包括将所确定的第一振荡器误差分量存储为在前振荡器误差。指令还包括用于将操作从采集模式切换到跟踪模式的指令。跟踪模式包括迭代地执行操作，该操作包括处理在由接收器电路降频转换之后从通信系统所接收的第二接收信号以确定第二接收频率误差，该第二接收频率误差包括由于振荡器引起的第二振荡器误差和第二多普勒频移。该操作还包括通过向第二接收频率误差应用第二校正程序来确定第二频率校正，其中第二校正程序补偿在前振荡器误差和第二多普勒频移。该操作还包括经由发射电路向通信系统发射通过第二频率校正进行频率校正的第二发射信号。该操作还包括基于从通信系统所接收的后续消息来更新所存储的在前振荡器误差，该后续消息指示第二振荡器误差与由通信系统使用第二发射信号所确定的在前振荡器误差之间的差值。 附图说明 [0008] 图1是包括适合与各种实施方案一起使用的移动终端和通信系统的通信网络的框图。 [0009] 图2是适合与各种实施方案一起使用的示例性移动终端的框图。 [0010] 图3是示出根据各种实施方案的移动终端的采集模式中的部件、信号和频率误差分量的框图。 [0011] 图4是示出根据各种实施方案的移动终端的跟踪模式中的部件、信号和频率误差分量的框图。 [0012] 图5是示出根据各种实施方案的移动终端的采集模式中的部件、信号和频率误差分量的框图，其中上行链路频率和下行链路频率是不同的。 [0013] 图6是示出根据各种实施方案的移动终端的跟踪模式中的部件、信号和频率误差分量的框图，其中上行链路频率和下行链路频率是不同的。 [0014] 图7是示出根据各种实施方案的在通信系统中进行频率补偿的方法的过程流程图。 [0015] 图8是示出根据各种实施方案的在通信系统中进行频率补偿的方法的消息流程图。 [0016] 图9是示出根据各种实施方案的在通信系统中进行频率补偿的方法的过程流程图，其中上行链路频率和下行链路频率是不同的。 [0017] 图10是示出根据各种实施方案的在通信系统中进行频率补偿的方法的消息流程图。 具体实施方式[0019] 本文中使用术语“通信系统”来指代移动终端可与之通信的通信网络的一个或多个元件。通信系统可包括通信卫星接入节点(例如，为地球同步通信卫星提供信息的地面站节点)。对与通信系统通信的移动终端的引用可包括在移动终端与通信卫星接入节点之间交换的消息和信号。 [0020] 如本文所用，术语“信号”是指当由终端或通信系统接收并适当地处理时，可产生关于该信号的信息(例如，载波频率)的射频波形。主要目的是估计频率或其他物理层参数的发射有时也称为同步信号。如本文所用，术语“消息”是指由用于在终端和通信系统之间交换信息的信号携带的数据(例如，在分组的有效载荷内)。 [0021] 本文中一般使用术语“频率误差”来指代特定信号的预期频率与通信链路的接收端上的处理器观察到的同一信号的实际频率之间的差值。存在造成频率误差的多个源，包括多普勒频移、在信号的升频转换或降频转换期间引入的振荡器误差以及通信链路的接收端处的接收信号的频率估计误差。如本文所用，术语“振荡器误差”(在本文称为“fe”)是指由通信系统发射的下行链路(或前向链路)信号的载波频率(在本文称为“fc”)与移动终端中的本地振荡器的频率之间的差值。振荡器误差也用于指代移动终端中的本地振荡器的频率与通信系统预期的上行链路(或返回链路)信号的频率(在本文也称为“fc”)之间的差值。为了易于参考，下行链路的载波频率和上行链路的预期频率在本文可称为“正确频率”fc。 在实施方案中，频率估计误差在各种实施方案中可能不起重要作用并且可通过对频率估计求平均来减少，因此为了简化对各种实施方案的描述，并不具体解决频率估计误差。 [0022] 在本文所述的各种实施方案中，通信系统发送在发射到移动终端的信号内编码的消息，该消息包括关于由通信系统在从移动终端所接收的信号中观察到的频率误差的信息。由于从通信系统到移动终端的消息是在信号内编码的，因此在一些实施方案中，移动终端可同时进行以下两个操作：(i)估计接收信号的当前频率(以及因此频率误差)；以及(ii)从接收消息获得频率误差信息，该频率误差信息是在信号的消息内容内从通信系统传送到接收消息的。 [0023] 各种实施方案提供了用于使高带宽和高载波频率通信网络中的移动终端能够在发射器电路和接收器电路中采用更便宜和更小的振荡器的系统和方法。通过在采集模式期间补偿移动终端中的初始大振荡器偏移，可采用更便宜和更小的振荡器，这使得通信系统能够使用终端的采集应答信号来估计多普勒频移。在采集模式结束后进入的跟踪模式中，移动终端估计较快变化的多普勒误差分量，而通信系统估计较慢的振荡器误差漂移分量并将其以相反的方式传送到移动终端。在各种实施方案中，可由通信系统在与到移动终端的所有消息业务相同的下行链路路径中提供频率误差信息。 [0024] 在理想条件下，移动终端内的接收无线电将通过将接收信号与振荡器所提供的频率信号混合来对接收射频(RF)信号进行降频转换，该振荡器以与发射设备所发射的RF信号相同的频率操作。所得的降频转换的信号处于处理器(例如，调制解调器)可处理以恢复编码消息数据的基带频率。然而，在正常操作条件下，沿着发射路径并且在移动终端内的若干频率误差源导致接收RF信号频率与发射频率之间的失配。这种频率失配可防止接收(即，接收信号上的同步)和/或导致在解码过程期间在识别接收信号中的符号时出错。 [0025] 移动终端中的两个频率误差源是振荡器误差和多普勒频移。振荡器误差可能主要是由于移动终端振荡器中的不稳定性(称为“漂移”)引起的，并且可降低接收器一致性并增加通信错误率。多普勒频移是由于移动终端相对于通信系统的运动引起的。因此，当移动终端相对于通信系统移动时，由于多普勒效应，接收RF信号和发射RF信号的频移可能会引起通信错误。采用了毫米(mm)波范围内的信号频率(例如，20GHz至30GHz，在卫星通信网络中典型的)的高载波频率通信系统特别容易受到这些频率误差的影响。在此类通信网络中，即使小的振荡器误差或多普勒频移也可能导致大的频移，并且可能会显著增加错误率并降低通信质量。因此，在移动终端中可能需要对振荡器误差和多普勒频移两者的主动补偿以支持高载波频率通信。 [0026] 在高载波频率通信系统中，由移动终端通过在发射信号之前将频率偏移适当的量来预补偿频率误差，从而实现对频率误差的主动补偿。出于预补偿或其他原因，可使用多种电路或方法将发射信号的频率偏移较小的量。在模拟具体实施中，可通过调整混频器的电压控制振荡器的频率或锁相环(PLL)的设定点来偏移发射频率。在数字具体实施中，可使用数字复杂调制器通过基带频移来移位发射频率。此类数字电路可包括数控振荡器，该数控振荡器驱动可编程CORDIC相位旋转器，并且调整频移量以调整数控振荡器的步长。 [0027] 移动终端还可以多种方式估计接收信号的频率误差或复合频率误差。如果在接收信号(例如，由通信系统发射的信号)中嵌入了训练信号或导频，则可在移动终端中使用数字估计方法来估计频率，诸如估计连续导频的相位并从相位差推导频率。可在移动终端中使用的其他方法包括最大似然方法、联合相位、频率和数据检测等。用于估计接收信号的频率误差或复合频率误差的模拟电路可包括FM鉴频器和特别设计的锁相环(PLL)。 [0028] 减少移动终端中的通信错误的常规解决方案在移动终端中使用准确、稳定的振荡器，使得振荡器误差最小化，从而使移动终端能够将观察到的频率误差的总和仅仅视为多普勒频移。此类振荡器使得能够以非常小的振荡器误差来解调和调制信号，这使得移动终端能够在针对频率误差预补偿发射信号时忽略振荡器误差而关注任何多普勒频移(例如，在多普勒消除模式中操作)。然而，此类准确、稳定的振荡器相对较大，在移动终端处消耗更多的功率，并且相对昂贵。 [0029] 低成本振荡器在移动终端的生产中更具吸引力，从而允许在更多应用中实现高带宽通信。然而，较低成本的振荡器可能相对不稳定，并且因此引入更大的振荡器误差。 [0030] 本文所述的各种实施方案提供了一种用于在高带宽和高载波频率通信系统中进行频率补偿的技术，该技术能够通过确定采集模式期间的多普勒频移，然后补偿跟踪模式中的振荡器误差和多普勒频移两者来补偿移动终端中的多普勒频移和振荡器误差两者。 [0031] 在采集模式中，移动终端可从通信系统接收同步信号(synchronization signal/sync signal)。当由移动终端接收并降频转换时，同步信号具有由多普勒频移加上振荡器误差组成的复合频率误差，该振荡器误差是在振荡器输出与接收信号混合以便对其进行降频转换时引入的。在采集模式中，移动终端被配置为估计降频转换的接收信号的复合频率误差。然而，由于多普勒频移和振荡器误差引入了相反的频移，因此确定复合频率误差不足以确定误差的归因于多普勒频移的部分和归因于振荡器误差的部分。因此，如下文更详细地描述，在采集模式中，移动终端被配置成使得在向通信系统发射包含接收信号的多普勒频移的信号时补偿振荡器误差。 [0032] 然后，移动终端可生成用于以基带频率发射到通信系统的第一信号，该第一信号(即，在升频转换之前)预补偿在所接收的同步信号中观察到的(或从所接收的同步信号确定的)复合频率误差。通常，发射信号的频率预补偿将沿相反方向补偿振荡器误差(晶振漂移)和多普勒频移，从而增加对晶振漂移的补偿但减去多普勒频移。这是因为在移动终端所接收的信号中观察到的多普勒频移在由通信系统接收时也被加到发射信号，而在降频转换接收信号中引入的振荡器误差以相反符号引入，并且因此在升频转换发射信号中被去除。 [0033] 初始(例如，在采集模式期间)，移动终端可确定复合频率误差，但不具有能够单独确定振荡器误差和多普勒频移的信息。在这种情况下，移动终端只能预补偿复合频率误差，留下两种选择：(i)沿加法(+)方向预补偿，在由通信系统接收时，这将校正(或补偿)多普勒分量，但将使复合误差的晶振漂移分量加倍；或(ii)沿减法(‑)方向预补偿，在由通信系统接收时，这将校正晶振漂移分量，但使多普勒分量加倍。哪个选择是优选的可取决于哪个误差分量更大。 [0034] 在一些情况下，与由于多普勒频移引起的误差相比，低成本振荡器的初始频率误差可能相对较大。例如，以mm波频率计，初始振荡器误差可多达2MHz，而多普勒频移将小于35KHz，即使对于以声速行进的飞机也是如此。通过沿+方向(这将使多普勒频移加倍)补偿采集模式中的移动终端中的估计复合误差(例如，到小于2×35kHz)，与沿‑方向(这将使振荡器误差加倍)补偿估计复合误差(即，2×2MHz)相比，从移动终端发射到通信系统的第一信号应表现出减少的频率误差。以两倍于多普勒频移的频率误差所接收的信号可在通信系统的系统同步范围内，而具有两倍于振荡器误差的信号可不在通信系统的系统同步范围内。如果通信系统同步范围小于最坏情况下的未补偿多普勒误差(例如，小于2×35KHz)，则移动终端可重复第一发射信号多次，其中每次发射均以略微不同的频率进行(例如，具有略微不同的预补偿)，使得多个信号频率中的至少一个频率将落入通信系统的同步范围内。 [0035] 当移动终端基于沿+方向观察到的复合频率误差发射具有频率补偿的第一信号时(在本文也称为“第一校正程序”)，由于振荡器引起的误差将被抵消，从而在发射信号中留下多普勒频移，因此通信系统将在接收信号中观察到频率误差，该频率误差是由于移动终端相对于通信系统的移动而引起的多普勒频移的两倍。然后，通信系统可向移动终端发射第一消息，该第一消息指示观察到的频率误差是多普勒频移的两倍(或在一些实施方案中是多普勒频移的估计值的两倍)。移动终端可接收第一消息并且使用该消息中的信息来确定复合频率误差内的多普勒频移，同时还确定携带第一消息的信号中的复合频率误差。在一些实施方案中，移动终端可将多普勒频移确定为通信系统在第一消息中报告的频率误差的一半。在一些实施方案中，第一消息可将多普勒频移识别为移动终端可存储在存储器中的值。利用关于多普勒频移的信息，移动终端可通过从复合频率误差中减去所确定的多普勒频移来确定在前振荡器误差。移动终端可将所确定的在前振荡器误差存储在存储器中，以便在跟踪模式中的初始操作迭代中使用。此时，移动终端可转变到跟踪模式。 [0036] 在跟踪模式中，移动终端向通信系统发射信号，这些信号已针对多普勒频移和振荡器误差(更少地，任何振荡器漂移)进行了预补偿。这通过移动终端处理从通信系统所接收的接收信号以确定接收信号的后续复合频率误差来实现。在跟踪模式中，使用接收信号的后续复合频率误差来沿负(‑)方向预补偿发射频率，同时还使用正(+)方向上的在前振荡器误差(在本文也称为“第二校正程序”)，从而校正多普勒误差和部分振荡器误差(或如果不存在振荡器漂移，则校正全部振荡器误差)。在跟踪模式操作的第一迭代中，使用在采集模式期间所存储的在前振荡器误差来确定频率校正。 [0037] 可周期性地或连续地跟踪关于接收信号的复合频率误差的信息，并且随着终端继续接收信号并经由与通信系统交换消息来更新所存储的在前振荡器误差。通信系统可确定在接收信号中观察到的频率误差，并且在发送到移动终端的消息中指示频率误差。该频率误差与振荡器误差的漂移成比例。具体地，该频率误差是由于在振荡器用于生成对通信系统的发射信号时的实际振荡器误差与用于预补偿发射信号的发射频率的所存储的在前振荡器误差之间的差值。可在与从通信系统发射到移动终端的所有消息相同的通信路径/下行链路中提供(即，不在单独的物理控制信道中)关于通信系统观察到的频率误差的信息。该过程在长反馈回路中迭代地执行、定期地或周期性地重复，其中通信系统通知移动终端关于通信系统在发送到移动终端的消息中观察到的频率误差，并且移动终端基于所接收的消息更新对振荡器误差的补偿。由于这两个误差分量均以这种方式补偿和更新，因此只要保持跟踪模式，就不需要重复采集模式。 [0038] 因此，在跟踪模式中，移动终端以闭环方式连续地或周期性地补偿对振荡器误差的适当频率预补偿以及对多普勒频移的校正，发射具有由预补偿调整的频率的信号，从通信系统接收指示在该信号中观察到的频率误差的消息，并且基于该信息更新频率预补偿。在卫星通信系统中，与通信链路的位持续时间或分组持续时间相比，从移动终端发射信号到接收对应的频率误差信息之间的时间可能较长(例如，0.25秒至0.5秒)，因此该过程被称为长回路反馈。这使得移动终端能够迭代地调整应用于发射信号的补偿，以适应多普勒频移和振荡器漂移的变化。 [0039] 各种实施方案可在多种通信系统和网络内实现。图1为示出适用于实现各种实施方案的无线通信网络100的框图。通信网络100可包括通信卫星105、一个或多个终端诸如移动终端(MT)130‑1和固定终端(FT)130‑2以及一个或多个卫星接入节点(SAN)115(在本文也称为通信系统)。移动终端130‑1、固定终端130‑2和SAN 115可被配置为经由通信卫星105彼此通信。SAN 115还可被配置为与陆基通信网络120通信。 [0040] 在各种实施方案中，通信卫星105可处于地球静止轨道或近地轨道(LEO)中。在一些实施方案中，卫星105可被配置为“弯管式”卫星。在此类配置中，卫星105可执行所接收的载波信号的频率和偏振转换，然后再将这些信号重发到目的地。卫星105可提供通信服务区域，该通信服务区域可被划分成多个区域，通过RF发射的点波束为每个区域提供通信服务。点波束可使用单个载波，例如单个频率，或每个波束的连续频率范围。使用点波束在服务区域内提供通信服务使得能够跨多个窄聚焦点波束(例如，大约数百公里)进行频率复用，该多个窄聚焦点波束在卫星下方横跨地球。 [0041] 陆基通信网络120可包括例如互联网、IP网络、内联网、WAN、LAN、VPN、VLAN、光纤网络、混合光纤同轴网络、电缆网络、PSTN、PSDN、公共陆地移动网络和/或支持如本文所述的设备之间的通信的任何其他类型的网络。通信网络120可包括有线连接和无线连接两者以及光链路。通信网络120可将SAN 115与其他SAN(未示出)连接，该SAN也可与卫星105通信。 [0042] SAN 115可以是用作通信网关或集线器的地面站。SAN 115通常将包括天线110，该天线被配置为向卫星105发射上行链路信号135并且从卫星105接收下行链路信号140。在一些实施方案中，天线110可包括抛物线反射器，该抛物线反射器沿指向方向(即，朝向卫星105)具有高增益或指向性，而沿其他方向具有低增益。在各种实施方案中，天线110可包括多种另选的配置和操作特征，诸如正交偏振之间的高隔离度、操作频带中的高效率以及低噪声。 [0043] 固定终端130‑2可包括可经由接口136通信的室外单元(ODU)132和室内单元(IDU)134。ODU 132可执行前端无线电和天线功能，并且可从卫星105接收前向下行链路信号150‑a，并且可向卫星105发射返回上行链路信号145‑a。IDU 134可执行调制解调器和联网功能，并且可例如向用户驻地设备(CPE)诸如计算机、局域网、互联网器具、无线网络以及其他类似的设备和系统提供接口。在一些实施方案中，IDU 202和ODU 206之间的接口136可包括设施间链路(IFL)或类似的通信链路，其构造和特性可根据ODU 132和IDU 134之间的功能划分而变化。例如，接口136可由具有可变长度的单个同轴电缆组成，这取决于部件的物理布置和特定应用。 [0044] 移动终端130‑1(例如，板载于飞机102或其他移动交通工具上)可在卫星105的服务区域内移动。移动终端130‑1可在相对于卫星105移动时，经由卫星105的一个或多个点波束与卫星105通信。在各种实施方案中，通信系统100b使得移动终端130‑1能够经由卫星105和SAN 115与网络120上的目的地通信。移动终端130‑1可经由下行链路信号150‑n从卫星105接收数据，并且经由上行链路信号145‑n向卫星105发射数据。在一些实施方案中，移动终端130‑1可包括甚小孔径终端(VSAT)天线，该天线的直径可测量为大约0.6米并且以大约 2瓦特的功率进行发射。在其他实施方案中，可在移动终端130中使用多种其他类型的天线来与卫星105通信。 [0045] 上行链路和下行链路信号135、140、145‑a、145‑n、150‑a、150‑n可包括多个载波信号、频率或频带，其中的每一者均可经由物理层发射调制和编码技术被配置成多个逻辑信道。上行链路和下行链路信号135、140、145‑a、145‑n、150‑a、150‑n可利用一个或多个信道接入方案，诸如MF‑TDMA、TDMA、FDMA、OFDMA、CDMA以及它们的组合。 [0046] 图2是适用于实现各种实施方案的示例性移动终端130‑1的框图。移动终端130‑1可包括连接到射频(RF)前端202的射频(RF)天线200，该射频前端包括用于经由天线200发送和接收RF发射的放大器电路。RF前端202将发射和接收RF信号路径分开，并且提供放大和信号分配。用于发射的RF信号213(TX RF)和所接收的RF信号212(RX RF)在收发器204中的RF前端202之间传递。 [0047] 收发器204包括接收器电路215，该接收器电路具有一个或多个级，该一个或多个级被配置为通过有效地减去由振荡器206(例如，在混频器中)提供的频率信号来对所接收的RF信号212从所接收的频率进行降频转换，以产生信号232以便由处理器208进行基带解调，该处理器可为基带调制解调器等。收发器204可类似地被配置有发射电路214，该发射电路具有一个或多个级，以通过有效地加上由振荡器206(例如，在混频器中)提供的频率信号来对来自处理器208的信号230进行降频转换，以产生所发射的RF信号213，该处理器使用基带调制对数据进行编码。 [0048] 在以不同频率发射和接收的移动终端中，使用倍频器(未示出)将振荡器频率乘以两个不同频率中的每个频率。这两个倍频器由同一振荡器驱动，因此RX频率和TX频率是相干的，仅具有一个缩放因子差(并且因此在升频转换和降频转换两者中都引入了相干频率误差和漂移)。 [0049] 收发器204可被配置为输出I/Q调制数据232，其中“I”为同相载波的振幅，并且“Q”为正交相载波的振幅。 [0050] 移动终端130‑1可包括存储器210，该存储器耦接到处理器208并且被配置为存储用于处理器208的数据以及处理器程序(也称为可由处理器208执行的指令)。存储器210可为任何形式的易失性或非易失性存储器。 [0051] 处理器208可被配置为解调传入基带接收I/Q信号以提取编码数据，该编码数据可被传递到应用处理器和/或接口220。处理器208还可被配置为将待在消息中发射的信息编码和调制成基带发射I/Q信号，该基带发射I/Q信号被传递到收发器204，以用于通过将基带信号与来自振荡器206的频率信号混合而升频转换到发射频率。处理器208还可被配置为处理数据和/或发送数据和命令以启用各种电路块，包括收发器204。 [0052] 处理器208通过数据总线216向收发器204发送控制信号并且从收发器204接收状态信号。在各种实施方案中，此类控制信号可包括例如打开和关闭收发器204、改变RF信道以及调整发射频率以预补偿包括多普勒频移和振荡器漂移的频率误差。处理器208还可被配置为读取收发器204的状态，以及从收发器204接收各种中断信号。 [0053] 常规的移动终端包括高度稳定且准确的振荡器，该振荡器使得接收器电路能够对所接收的RF信号进行降频转换，而不会由于振荡器误差而引入大的频率误差。因此，处理器将在降频转换的信号中观察到的复合频率误差将主要是由于移动终端相对于通信系统的移动引起的多普勒频移fd而引起的。使用高度稳定且准确的振荡器，常规的移动终端可通过在对用于发射的信号进行升频转换之前预补偿多普勒频移来向通信系统(例如，110)发射信号。同样，移动终端相对于通信系统的运动引入了多普勒频移fd，该多普勒频移通过多普勒频移的逆(即，‑fd)预补偿进行补偿。这样做的结果是，通信系统以正确的或接近正确的频率fc接收消息。 [0054] 在采用了稳定准确的振荡器的移动终端中，在预补偿发射中的频率误差时忽略振荡器误差fe是可能的。使用较不稳定且较不准确的低成本振荡器可能需要移动终端补偿频率校正中的振荡器误差fe，以便与通信系统可靠地通信。因此，使用较不稳定的振荡器可能需要移动终端补偿上行链路发射中的振荡器误差fe和多普勒频移fd。这样做的复杂之处在于，由振荡器误差和多普勒频移引入的频率误差需要在上行链路发射中沿相反方向进行校正。因此，由振荡器误差fe和多普勒频移fd两者引入的误差不能用复合频率误差的知识来解决。这使得当振荡器误差和多普勒频移两者均显著时以及当振荡器误差随时间推移而漂移(即，变化)时，在通信系统与移动终端之间建立和维护通信链路变得复杂。 [0055] 图3是示出根据其中上行链路频率和下行链路频率相同的各种实施方案的移动终端的采集模式中的部件、消息和频率误差分量的框图。参考图1至图3，在采集模式300中，移动终端310(例如，移动终端130‑1)可与通信系统305(例如，通信卫星接入节点115)交换信号，以获得移动终端与通信系统之间的当前多普勒频移的估计。 [0056] 移动终端310可包括接收器电路215、发射电路214、振荡器206和处理器208。接收器电路215可使用来自振荡器206的频率信号对包括多普勒频移fd的所接收的RF信号352进行降频转换以生成降频转换的信号320。在各种实施方案中，振荡器206可以是表现出相对不稳定且可变的振荡器误差fe的低成本振荡器。因此，降频转换的信号320包括在接收器电路215中在降频转换期间引入的来自振荡器206的多普勒频移fd和频率误差fe两者。 [0057] 在采集操作模式中，移动终端310可在初始时间(例如，t＝0)从通信系统305接收同步信号308(或其他信号)，诸如以预设频率和对于移动终端已知的预设模式发射的周期性标准格式信号或探测信号。移动终端310可通过在搜索同步信号内的预设模式的同时，监视以已知预设频率为中心的频带内的频率来检测同步信号。如上所述，由于移动终端相对于通信系统的相对移动，将由移动终端310的天线(例如，200)接收同步信号308，作为所接收的同步信号352，其频率等于发射频率fc加上多普勒频移fd(0)。在接收到同步信号时，移动终端可使用来自振荡器206的信号来解调同步信号，以生成降频转换的信号320，该降频转换的信号由处理器208处理以恢复在符号的调制内编码的数据。 [0058] 由于振荡器206是表现出相对不稳定且可变的振荡器误差fe的低成本振荡器，因此在接收器电路215中使用来自振荡器206的信号来解调或降频转换所接收的同步信号352引入振荡器误差fe(0)，该振荡器误差被定义为振荡器206的期望频率(其将与发射信号的发射频率fc相同或成比例)与电流振荡器频率fosc之间的差值。因此，处理器208接收降频转换的信号320，该降频转换的信号包括复合频率误差(Rx频率误差)，该复合频率误差等于振荡器误差fe(0)和多普勒频移fd(0)的和(即，Rx＝fd(0)+fe(0))。如上所述，可使用多种方法和电路来估计接收信号的频率或复合频率误差，包括数字估计方法、最大似然法、联合相位、频率和数据检测以及特别设计的PLL。另外，处理器可估计多个同步信号的复合频率误差并对结果求平均以减少估计误差。处理器可在时间t＝0时将复合频率误差作为RX误差存储在存储器210中。 [0059] 此时，处理器208知道复合频率误差，但不具有关于由于多普勒频移fd(0)引起的部分和由于振荡器误差fe(0)引起的部分的信息。如上所述，可使用多种电路或方法来实现对频率误差的有源补偿。同样如上所述，此时在采集模式中，当处理器仅处理复合频率误差信息时，处理器只能通过加上复合频率误差，或者减去复合频率误差来预补偿用于发射的信号中的频率误差，加上复合频率误差将在使用来自振荡器的信号(即，加到信号中)来升频转换信号(这引入了误差)时补偿振荡器频率误差fe(0)，但会使通信系统观察到的多普勒频移fd(0)加倍，减去复合频率误差将补偿多普勒频移fd(0)，但会使发射信号中的振荡器频率误差fe(0)加倍。对于使用了成本较低、准确度较低的振荡器的移动终端，使振荡器误差加倍可能会导致发射信号超出通信系统的同步范围。因此，在各种实施方案中，由处理器208生成的应答信号330包括Tx频率校正(或预补偿)，其等于由处理器确定的复合Rx频率误差(即，Tx＝Rx＝fd(0)+fe(0))，使得由通信系统在应答信号中观察到的频率误差将大致为多普勒频移的两倍而不是振荡器频率误差的两倍。当使用来自与接收器电路215中所用相同的振荡器206的频率信号将该应答信号330升频转换到发射电路214中的发射频率时，振荡器误差fe(0)分量将被抵消，这使得多普勒频移fd(0)分量被加到由移动终端310的天线(例如，200)发射的发射信号343中的发射频率fc。 [0060] 同样，所发射的发射信号343将引发与初始同步信号308中所拾取相同的多普勒频移fd(0)。因此，由通信系统305所接收的发射信号345的频率将等于正确频率fc加上多普勒频移的两倍(即，fc+2fd(0))。如上所述，通信系统可采用多种方法和电路来确定所接收的应答信号的频率，包括数字估计方法、最大似然法、联合相位、频率和数据检测以及特别设计的PLL。通过确定正确频率fc与所接收的发射信号345的频率之间的差值(即，观察到的频率误差)，通信系统305可将移动终端310所经历的多普勒频移fd确定为观察到的频率误差的一半。 [0061] 在一些实施方案中，通信系统305可向移动终端310发送消息354(即，包括数据分组的信号)，该消息以相同的下行链路载波频率(即，fc)发射，包括指示所计算的多普勒频移fd(0)的信息。消息指示所计算的多普勒频移fd(0)的方式可因实施方案而异。在一些实施方案中，消息包含在所接收的发射信号345中观察到的频率误差或所计算的多普勒频移fd(0)。在一些实施方案中，通信系统305可向移动终端310发送消息354，该消息以正确频率fc发射，包括关于观察到的频率误差(即，2fd(0))的信息，并且移动终端310可通过除以2来确定由于多普勒频移fd(0)引起的复合误差分量。在各种实施方案中，通信系统305使用信道内信令(即，不在单独的控制信道中)将具有多普勒频移或观察到的频率误差信息的消息354作为数据发射。 [0062] 以这种方式，在接收到消息时(例如，通过处理包含消息354的信号)，处理器208根据第二消息354中的从通信系统305所接收的信息获悉在交换同步信号和发射信号时(即，在时间t＝0)存在的多普勒频移fd(0)。处理器208可将该多普勒频移信息存储在存储器210中。在来自通信系统的同步和应答信号交换中(即，在第一时间t＝0)获悉初始多普勒频移fd(0)并且已确定同步信号中的复合频率误差Rx＝fd(0)+fe(0)并将其存储在存储器中的情况下，处理器208能够使用减法来估计同步信号中的复合频率误差内的振荡器误差分量fe(0)。因此，此时，处理器根据对携带消息354的信号的处理(即，在第二时间t＝1)以及在同步和发射信号的在前交换(即，在第一时间t＝0)期间的振荡器误差的估计而知道当前复合频率误差Rx＝fd(1)+fe(1)。在前交换期间的振荡器误差在本文被称为在前振荡器误差。利用该信息，移动终端处理器208能够基于根据所接收的信号而确定的复合频率误差(Rx error)来估计振荡器误差，并且因此可进入下面参考图4针对其中上行链路频率和下行链路频率相同的实施方案所描述的跟踪模式。 [0063] 以上对图3的采集操作的描述假设移动终端310和通信系统305的接收器具有足够的频率同步范围，以便能够分别成功地解调同步信号和发射信号。如果移动终端310不具有足够的同步范围来适应所接收的同步信号中的频率误差，则移动终端可在每次改变终端振荡器的频率fosc时重复解调尝试，直到频率误差在同步范围内。类似地，如果通信系统305不具有足够的同步范围，则通信系统305可重复解调尝试，每次都改变接收器目标解调频率。在一些实施方案中，通信系统305可搜索关于估计的多普勒频移(例如，±2fd)的四倍的正确频率fc的频率范围以启用信号采集。另选地，移动终端310可在每次改变发射频率时重发发射信号，直到频率误差在通信系统305的同步范围内，移动终端310可根据接收到响应消息354来确定该同步范围。 [0064] 在跟踪模式中，移动终端被配置为通过从发射中减去多普勒频移来补偿多普勒频移，使得一旦通信系统接收到多普勒频移，基本上就不保留多普勒频移。剩下的频率误差将是由于已存储的先前(或在前)振荡器误差(在时间＝t‑1)与由于振荡器漂移引起的当前振荡器误差(在时间t)之间的差值造成的。先前(或在前)振荡器误差fe(t‑1)与当前振荡器误差fe(t)之间的差值在本文称为振荡器漂移。图4是示出根据其中上行链路频率和下行链路频率相同的各种实施方案的移动终端的跟踪模式中的部件、消息和频率误差分量的框图。参考图1至图4，跟踪模式400可包括由通信系统305提供的频率误差校正信息的长反馈回路，移动终端310可使用该长反馈回路来补偿振荡器误差的变化或漂移。在一些实施方案中，移动终端310可通过在长反馈回路中的后续消息中使用从通信系统305所接收的频率误差数据来更新对用于发射消息的频率误差的预补偿，该长反馈回路使得处理器能够以闭环方式调整或计算新的频率误差补偿，该新的频率误差补偿调整振荡器频率输出的漂移。 [0065] 参考图4，在跟踪模式中，移动终端310在各个时间t接收从通信系统305所接收的信号450内的消息。来自通信系统305的此类信号450以正确(即，载波)频率fc发射，但当由移动终端310作为信号452接收时，表现为偏移多普勒频移fd(t)。因此，由接收器电路215处理的接收信号452具有fc+fd(t)的频率。如上所述，移动终端接收器电路215通过从振荡器206中减去频率信号来对接收信号452进行降频转换，这在时间t(即，fe(t))将振荡器误差引入降频转换的信号420中。因此，当移动终端310相对于通信系统305移动时，在时间t的降频转换的信号420可包括复合频率误差Rx(t)＝fe(t)+fd(t)。信号450还可包括在时间t来自通信系统305的消息450，该消息在由通信系统提供的关于在在前时间t＝t‑1从移动终端所接收的信号中观察到的频率误差的信息中。因此，处理所接收的和降频转换的信号420使得处理器208能够估计在时间t的复合频率误差(即，Rx error(t))。使用这两条信息，处理器 208能够计算频率补偿因子，以在移动终端310下次向通信系统305发射信号443时补偿多普勒频移以及振荡器误差的变化。 [0066] 由于低成本振荡器206的不稳定性或不准确性，在时间t在降频转换中引入的振荡器误差fe(t)可不同于在在前时间t‑1在降频转换中引入的振荡器误差。因此，需要对上行链路发射中应用的频率误差补偿进行定期或周期性更新，以保持使用了此类振荡器的移动终端中的通信链路。 [0067] 在跟踪操作模式中，移动终端处理器208可以如下方式补偿上行链路发射中的频率误差：(i)利用负号补偿接收信号中的估计频率误差‑Rx(t)＝‑fe(t)‑fd(t)(如早前所讨论的，这校正了多普勒误差分量但使振荡器误差分量加倍)；以及(ii)使用该分量的最佳可用估计来校正加倍的振荡器误差分量，该最佳可用估计是先前在时间t‑1从通信系统传送的，即2fe(t‑1)。因此，处理器208在待发射的信号430中应用的总频率补偿等于Tx correction(t)＝‑Rx(t)+2fe(t‑1)。使用来自振荡器206的频率信号对信号430进行升频转换消除了在时间t‑1的振荡器误差，但未消除在时间t与时间t‑1之间发生的振荡器漂移。更具体地，升频转换的消息443可以以等于正确频率fc减去多普勒频移fd以及减去当前时间t的振荡器误差与在先前时间t‑1的振荡器误差之间的差值的频率发射(即，fc‑fd(t)‑2dfe(t)，其中dfe(t)＝fe(t)‑fe(t‑1))。移动设备310将该信号443发射到通信系统305，在该通信系统，该信号被作为接收信号445接收。尽管接收信号445引发了由于移动终端310相对于通信系统305的移动引起的多普勒频移fd(t)，但在生成发射消息430时应用的多普勒频移补偿‑fd(t)大致抵消了该频率误差分量。因此，通信系统305将接收频率大致等于发射频率减去在时间t与t‑1之间的振荡器漂移的两倍的信号445，其将是第二时间的振荡器误差与先前时间的振荡器误差之间的差值(即，fc‑2dfe(t)，其中dfe(t)＝fe(t)‑fe(t‑1))。 [0068] 如果振荡器在连续的上行链路发射时刻之间具有零漂移，即dfe(t)＝0，则通信系统305所接收的信号445将处于正确频率fc。然而，几乎始终存在一定的振荡器频率漂移，因此在通信系统305观察到的信号445中存在一定的频率误差。因此，通信系统305可确定信号445中的频率误差，其将等于正确频率fc与观察到的频率之间的差值。同样，通信系统305可采用多种方法和电路来确定从移动终端所接收的信号的频率。然后，通信系统305包括指示在对移动终端310的后续消息发射450中观察到的频率误差(即，2dfe(t))的信息。接收到该信息将使得移动终端处理器208能够更新用于补偿对通信系统305的后续发射中的振荡器误差的频率误差补偿因子。 [0069] 因此，在移动终端310上执行的跟踪模式400基于从通信系统305所接收的频率误差反馈信息来以迭代方式更新振荡器误差补偿因子，从而使得即使振荡器误差fosc随时间变化(即，漂移)，通信链路也能够保持同步。在估计接收信号频率误差Rx error(t)＝fe(t)+fd(t)时，跟踪模式方法还自动考虑到多普勒频移幅度的变化。因此，跟踪模式方法适应振荡器误差和复合频率误差的多普勒频移两者随时间推移的变化。 [0070] 由于在由于上行链路信号和下行链路信号的处理时间和往返时间引起的延迟之后，移动终端310将接收来自通信系统305的频率误差反馈信息，因此移动终端振荡器206应足够稳定，使得振荡器频率误差在此类延迟期间的变化不超过通信系统305的频率容差或同步范围(即，接收器系统可适应的频率误差)。在移动终端与地球同步卫星接入点通信的情况下，上行链路通信和下行链路通信之间的往返和处理延迟可为0.25秒至0.5秒。因此，对于卫星通信系统，移动终端振荡器应足够稳定，使得频率误差在例如0.5秒内不超过卫星接收器的频率容差。 [0071] 前述描述忽略了在通信系统305和移动终端310的电路中引入的频率估计误差(即，“估计误差”)的贡献。虽然这些误差可能降低了本文所述技术的性能，但它们不会改变本文所述技术的方法或价值。通过设计具有鲁棒导频的同步信号，或者通过在长回路操作中对多于一个频率测量值求平均，将估计误差控制在可接受的范围内是从业者的工程设计任务。 [0072] 图3和图4示出了用于针对其中上行链路频率和下行链路频率相同的特殊情况补偿多普勒频移和振荡器频率误差的部件和方法。然而，在一些具体实施中，上行链路频率和下行链路频率是分开的，使得上行链路信道和下行链路信道可同时使用。例如，基于卫星的通信系统和移动终端可使用30GHz的上行链路频率和20GHz的下行链路频率进行通信。 [0073] 如上面参考图2所讨论的，移动终端可通过使用电路来使用同一振荡器用于将下行链路信号降频转换到一个频率以及将上行链路信号升频转换到另一频率，该电路向振荡器信号应用缩放因子r以生成用于升频转换上行链路发射的频率信号，其中缩放因子r等于上行链路频率与下行链路频率的比率。可使用用于将振荡器信号的频率乘以缩放因子r的多种电路中的任一种电路。以这种方式使用同一振荡器进行下行链路降频转换和上行链路升频转换两者引入了相干振荡器漂移，如上文参考图3和图4所描述和所提出。 [0074] 图5是示出根据各种实施方案的其中上行链路频率和下行链路频率不同的移动终端的采集模式500中的部件、消息和频率误差分量的框图。参考图5，在采集模式500中，移动终端510(例如，移动终端130‑1)可与通信系统505(例如，地面站125、SAN 115和卫星105)通信。 [0075] 移动终端510可包括接收器电路215、发射电路214、两个RF振荡器206a、206b和处理器208。两个RF振荡器由同一振荡器(未示出)驱动，因此它们的相位噪声和频率漂移是相干的。接收器电路215可使用来自振荡器206的信号对包括多普勒频移fd(t)的所接收的RF信号552进行降频转换以生成降频转换的信号520。因此，降频转换的信号520包括在接收器电路215中在降频转换期间引入的来自振荡器206的多普勒频移fd(t)和频率误差fe(t)两者。 [0076] 在图5和图6所示的实施方案中，在由移动终端510进行的发射中使用的上行链路频率和在由通信系统505进行的发射中使用的下行链路载波频率是不同的。例如，对于地球静止通信卫星，上行链路频率可为30GHz，并且下行链路频率可为20GHz，但这并非进行限制，并且前向下行链路信号和返回上行链路信号可使用任何频率或频率范围。上行链路频率与下行链路频率之间的关系可由缩放因子r表示。在一些实施方案中，缩放因子可以是上行链路频率与下行链路频率的比率(例如，r＝30GHz/20GHz＝1.5)。 [0077] 与上面参考图3所讨论的采集模式类似，在采集模式中，移动终端510通过与通信系统505交换信号来确定多普勒频移，该通信系统通知移动终端关于与通信系统505观察到的多普勒频移相关的频率误差。 [0078] 通信系统505以下行链路载波频率fc发射同步(或其他)信号，移动终端510观察到该同步(或其他)信号由于移动终端510相对于通信系统505的运动而发生多普勒频移。因此，所接收的同步信号552的频率等于发射频率fc加上多普勒频移fd(0)。接收电路215使用来自下行链路RF频率振荡器206a的信号对同步信号进行降频转换，从而引入振荡器误差fe(0)。同样，振荡器误差可表示为fosc，RX＝fc‑fe(0)，其中fosc，RX表示接收消息的下行链路频率fc减去在第一时间的振荡器误差fe(0)。接收器电路215可将降频转换的同步信号520传递到处理器208，该降频转换的同步信号具有复合频率误差(Rx error(0))，该复合频率误差包括多普勒频移和振荡器误差(即，Rx error(0)＝fe(0)+fd(0))。处理器使用诸如上面所讨论的频率估计方法和/或电路来估计降频转换的同步信号520的频率，并且因此确定同步信号中的复合频率误差(Rx error(0))。另外，处理器208可估计多个同步信号的复合频率误差并对结果求平均以减少估计误差。处理器208可将同步信号复合频率误差(Rx error(0))存储在存储器210中。 [0079] 如上面所讨论的，移动终端510可在采集模式中操作，在一定频率范围内搜索同步信号以适应多普勒频移和各种目标频率，直到识别出来自通信系统505的同步信号，从而使得移动终端能够确定同步信号复合频率误差(Rx error(0))。 [0080] 响应于识别出同步信号，处理器208可生成待发射到通信系统505的应答信号530，该应答信号包括的误差校正等于所确定的复合频率误差(Rx error)乘以缩放因子r，该缩放因子是上行链路频率与下行链路频率的比率。同样，将复合频率误差(Rx error)加到应答信号频率将使通信系统505观察到的多普勒频移加倍，但与减去复合误差将使振荡器频率误差加倍的情况相比，这种误差可能显著更小，并且因此更可能落入同步范围内。发射器电路214使用从上行链路振荡器206b所接收的频率信号对应答信号进行升频转换，以生成所发射的应答信号543。在这样做时，振荡器误差被大致抵消，因此所发射的应答信号543的频率等于上行链路频率与下行链路频率的比率r乘以下行链路频率fc加上多普勒频移fd(0)的和。 [0081] 所发射的应答信号543引发了由于移动终端510的运动引起的相同的多普勒频移，因此通信系统505接收频率为正确的上行链路频率r*fc加上多普勒频移r*fd的两倍的应答信号545。因此，当以下行链路载波频率fc表示时，通信系统505所接收的应答信号545的频率等于r[fc+2fd(0)]。通信系统505可确定接收信号中的频率误差，该频率误差将大致为在初始时间的多普勒频移的两倍(例如，2fd(0))，并且发送指示多普勒频移fd(0)的消息554。如上面所讨论的，通信系统505可采用多种方法和电路来确定从移动终端510所接收的信号的频率，并且因此确定频率误差。消息554指示所计算的多普勒频移fd(0)的方式可因实施方案而异。在一些实施方案中，通信系统505可向移动终端510发送消息554，该消息识别出观察到的频率误差或多普勒频移。在一些实施方案中，通信系统505可向移动终端510发送消息554，该消息识别出总残余频率误差，移动终端可根据该总残余频率误差通过除以2来计算多普勒频移。在各种实施方案中，通信系统505可使用信道内信令将具有多普勒频移信息的消息554作为数据发射。 [0082] 在采集模式中获得了多普勒频移fd(0)之后，移动终端510可将多普勒频移信息存储在存储器210中。在来自通信系统的同步和应答信号交换中(即，在第一时间t＝0)获悉初始多普勒频移fd(0)并且已确定同步信号复合频率误差Rx＝fd(0)+fe(0)并将其存储在存储器中的情况下，处理器208能够使用减法来估计同步信号中的复合频率误差内的振荡器误差分量fe(0)。因此，此时，处理器根据对信号550的处理以及在同步和发射信号的在前交换(即，在第一时间t＝0)期间的振荡器误差分量的估计而知道复合频率误差Rx＝fd(0)+fe(0)。利用该信息，移动终端处理器208能够基于根据接收信号而确定的复合频率误差(Rx error)来估计振荡器误差，并且因此可进入下面参考图6针对其中上行链路频率和下行链路频率因缩放因子r而不同的实施方案所描述的跟踪模式。 [0083] 图6是示出根据各种实施方案的使用了不同的上行链路频率和下行链路频率的移动终端的跟踪模式中的部件、消息和频率误差分量的框图。在跟踪模式600中，移动终端使用包括在从通信系统505所接收的消息中的频率误差信息来确定和更新频率误差补偿因子，以适应由移动终端510的振荡器(未示出)引入的频率误差。在一些实施方案中，移动终端510可通过以下操作来跟踪多普勒频移：经由长回路从通信系统505接收频率误差数据；确定振荡器漂移，该漂移通过频率校正因子进行调整以用于上行链路发射；以及以闭环方式向通信系统505发射上行链路信号，该上行链路信号减去了多普勒频移但考虑到振荡器漂移。 [0084] 在跟踪模式中操作时，移动终端510在各个时间t接收来自通信系统505的信号内的消息。与上面参考图4所讨论的类似，通信系统505发射频率为fc的信号650，这些信号在接收时被观察到通过由于移动终端510相对于通信系统505的相对运动所引起的多普勒频移fd(t)进行频移。因此，移动终端510处的接收信号652具有频率fc+fd(t)。当接收信号652由接收器电路215降频转换时，振荡器误差fe(t)被引入降频转换的信号520中，从而产生fe(t)+fd(t)的总接收误差。由于振荡器的不稳定性或不准确性(即，振荡器漂移)，在降频转换中引入的振荡器误差fe(t)可随时间而变化。 [0085] 在跟踪操作模式中，移动终端处理器208可通过应用发射频率补偿因子来补偿当发射到通信系统505时的多普勒频移，该发射频率补偿因子是由处理器沿接收方向估计的复合频率误差的负数(针对发射方向和接收方向的频率比率进行调整)，即‑rRx(t)。与参考图4所述的实施方案类似，这将导致如由通信系统505观察到的误差的多普勒分量的最终校正，但将引入振荡误差的两倍。为了解决该后一个误差，处理器208通过该误差可用的最佳估计来进一步补偿发射频率，该最佳估计是在先前时刻t‑1的在前振荡器误差，即2rfe(t‑1)。因此，沿发射方向的总补偿因子为Txcorrection(t)＝‑rRx(t)+2rfe(t‑1)＝r[‑fe(t)‑fd(t)+2fe(t‑1)]。 [0086] 移动终端处理器208可准备用于发射到通信系统505的信号630，该信号具有发射频率补偿Txcorrection(t)＝r[‑fe(t)‑fd(t)+2fe(t‑1)]。发射器电路214可使用来自上行链路RF振荡器206b的频率信号将信号530升频转换到发射频率rfc，该发射频率等于通过缩放因子r进行缩放的下行链路频率。升频转换将振荡器误差rfe(t)引入消息中，这大致消除了‑rfe(t‑1)补偿分量。因此，发射消息643的频率等于r[fc‑fd(t)+2dfe(t)]，其中dfe(t)＝fe(t)‑fe(t‑1))。 [0087] 发射信号643引发了由于移动终端510的移动性引起的多普勒频移rfd(t)，该多普勒频移大致被发射频率校正的‑rfd(t)分量消除。因此，通信系统505可接收上行链路信号645，其频率等于发射频率减去当前时间的振荡器误差与先前时间的振荡器误差的差值的两倍，通过缩放因子r进行缩放(即，r[fc+2dfe(t)]，其中dfe(t)＝fe(t)‑fe(t‑1))。 [0088] 如果振荡器漂移为零(即，r2dfe(t)＝0)，则接收信号645将具有正确频率fc。然而，随时间推移可存在一定的振荡器漂移。因此，通信系统505可确定接收信号645中的残余频率误差，该残余频率误差将等于正确频率fc与观察到的频率之间的差值。同样，通信系统可采用多种方法和电路来确定所接收的应答信号的频率，包括数字估计方法、最大似然法、联合相位、频率和数据检测以及特别设计的PLL。然后，通信系统505向移动终端510指示后续信号650内的后续消息中的残余频率误差(即，r2dfe(t))。在一些实施方案中，通信系统505可经由前向下行链路信号650(诸如经由信道内信令)向移动终端510发送包括残余频率误差的消息。消息内的频率误差信息r2dfe(t)将使得移动终端处理器208能够更新用于生成用于后续发射到通信系统505的消息的频率误差补偿因子(即，从最后一次发射所接收的频率误差信息被视为Tx correction(t)＝r[‑Rx(t)+2fe(t‑1)]中的时间t‑1因子)。 [0089] 因此，移动终端510与通信系统505之间的信号和消息的交换(包括观察到的频率误差的报告)使得移动终端处理器208能够以闭环方式迭代地调整在上行链路发射中使用的频率补偿因子。这使得移动终端510和通信系统505能够保持高带宽通信链路，而不管移动终端振荡器206中的频率变化如何。如上面所讨论的，当移动终端510和通信系统505相距很远时，如在地球同步卫星通信系统的情况下，跟踪模式中的消息的处理和往返时间可导致长反馈回路。 [0090] 图7是过程流程图，并且图8是消息流程图，它们一起示出了根据各种实施方案的在高带宽、高载波频率通信系统中进行频率校正的方法700，其中上行链路信号和下行链路信号以相同频率发射。参考前述附图，方法700可由移动终端(例如，移动终端310)的处理器(例如，处理器208)和通信系统(例如，通信系统305)的处理器来实现。 [0091] 在框702中，通信系统可发射使终端(包括移动终端)能够识别和采集与通信系统的通信链路的同步(或其他)信号。同步信号可以终端被配置为在尝试发起与通信系统的通信链路时寻找的频率和模式发射。 [0092] 在上电或以其他方式初始化时，移动终端可开始在采集模式中操作。如上所述，移动终端可诸如通过监视与同步信号模式匹配的信号的已知频率，开始监视由通信系统发射的同步信号。为了适应多普勒频移和振荡器误差，移动终端可监视关于同步信号的已知频率的频带。 [0093] 在框704中，移动终端可从通信系统305接收同步信号。 [0094] 在框706中，移动终端的处理器可处理所接收的同步信号，以确定所接收和所处理的同步信号的频率与此类信号的已知频率之间的复合频率误差。复合频率误差将包括由于移动终端的振荡器引起的振荡器误差和由于移动终端相对于通信系统的相对运动引起的多普勒频移两者。处理器可将所确定的复合频率误差存储在存储器中，作为框706中的操作的一部分。 [0095] 在框708中，在一些实施方案中，移动终端的处理器可对所接收的同步信号执行求平均以减少频率估计误差。 [0096] 在框710中，移动终端可生成用于发射的采集应答信号(在本文称为“第一信号”)，该采集应答信号包括加上所确定的复合频率误差的预补偿。在框712中，移动终端对移动终端在框712中发射到通信系统的第一信号(例如，应答信号)进行升频转换。由于对第一信号进行升频转换将补偿振荡器频率误差分量，因此第一信号将以包括多普勒频移的频率发射。如上面所讨论的，在框710和712中加上所确定的复合频率误差(对比减去)将使由通信系统观察到的多普勒频移加倍，但大致或完全消除潜在的较大振荡器分量，从而增加以通信系统的同步频带内的频率接收第一信号的可能性。 [0097] 在框714中，通信系统可接收第一信号，并且在框716中将频率误差确定为接收信号频率与应答信号的预期频率之间的差值。通信系统中的接收器电路可使用本文所讨论的多种方法和电路中的任一者来估计所接收的第一信号中的频率，并且因此估计频率误差。由于第一信号包括由于预补偿引起的多普勒频移以及由于移动终端的相对移动而累积的进一步的多普勒频移，因此通信系统观察到的频率误差量将大致为多普勒频移的两倍。在一些实施方案中，通信系统可在框716中基于所确定的频率误差(诸如通过除以2)来确定所接收的第一信号中的多普勒频移。 [0098] 在框718中，通信系统可向移动终端发送包括关于多普勒频移或观察到的频率误差的信息的消息，移动终端可根据该消息确定多普勒频移。 [0099] 在框720中，移动终端可从通信系统接收携带该消息的信号，对该信号进行降频转换和处理，以获得关于通信系统观察到的多普勒频移或频率误差的信息。 [0100] 在框722中，移动终端处理器可使用在框720中所接收的信息来确定在接收到一个或多个同步信号时的多普勒频移，并且通过从接收信号中的复合频率误差中减去多普勒频移来确定振荡器误差。处理器可将所确定的振荡器误差分量存储在存储器中，作为在跟踪模式的初始迭代中使用的在前频率误差。 [0101] 在确定先前(在时间t＝0)处理的信号中的在前振荡器误差之后，移动终端可进入跟踪模式，并且开始从通信系统接收消息和信号并向通信系统发射信号。在框724中的初始迭代中，处理器可生成用于以一定频率发射的第二信号，该频率基于在框722中确定和存储的在前频率误差fe(0)而预补偿多普勒频移。如上所述，该预补偿从存储器中调用，并且使用在框722中所确定的在前频率误差fe(0)来通过发射校正因子Tx correction(t)＝‑Rx(1)+2fe(0)调整频率，其中‑Rx(1)为由处理器所确定的复合频率误差，存在于在框720中从通信系统所接收的信号中并且在框722中确定，并且fe(0)为通过从由处理器根据同步信号所确定的复合频率误差中减去所确定的多普勒频移而计算出的频率误差。 [0102] 在框726中，移动终端可对所生成的信号进行升频转换并将其发射到通信系统。如所描述的，预补偿从发射频率中减去多普勒频移并补偿在前振荡器频率误差。 [0103] 在框728中，通信系统可从移动终端接收信号，并且在框730中基于处理所接收的信号来确定观察到的频率误差。由于移动终端从在框724和726中发射的消息中减去了所确定的多普勒频移，因此观察到的频率误差将是在移动终端中的信号的升频转换期间未被消除的移动终端振荡器误差。换句话讲，观察到的频率误差是由于在生成和发射第二信号时的振荡器误差与用于进行频率补偿的在前振荡器误差之间的差值(漂移)引起的。在一些实施方案中，观察到的频率误差可以是在接收到一个或多个同步信号时的时间t＝0与在移动终端发射在框726中发送的信号时的时间t＝1的振荡器误差的差值(即，漂移)的两倍。 [0104] 在框732中，通信系统可向移动终端发送包括关于观察到的频率误差的信息的消息。可在与所有其他通信数据相同的下行链路信道中(即，不在另一个控制信道中)发射关于观察到的频率误差的信息。 [0105] 在框734中，移动终端可接收包括指示通信系统在框726中发射的第二信号中观察到的频率误差的信息的消息。 [0106] 在框736中，移动终端可基于所接收的关于通信系统(即，在框732中发送的信号内的消息中)所报告的在前振荡器误差和移动终端处理器在对消息进行编码的信号中观察到的复合频率误差(即，Rx error)的信息来确定频率误差校正因子。然后，移动终端可使用该信息来更新存储在存储器中的在前振荡器误差，以对下一个发射信号进行频率补偿。值得注意的是，通信系统在框732中发送的消息中所报告的在前振荡器误差在本文被称为fe(t‑1)，因为在来自移动终端的在前信号中观察到该频率误差，而复合频率误差被称为在时间t的频率误差或Rx error(t)。如上所述，发射频率校正等于从通信系统所接收的消息的当前复合频率误差的负数加上通信系统在该消息中报告的在前频率误差的两倍，或 同样，Rx(t)＝fe(t)+fd(t)。通过减去在框736 中确定的当前确定的复合频率误差，从发射信号中去除多普勒频移和在前振荡器误差，从而补偿多普勒频移随时间的变化。 [0107] 在框738中，移动终端可生成待发射到通信系统的下一个信号，该下一个信号包括通过所确定的频率校正来调整频率(即，补偿振荡器频率误差和多普勒频移)，并且在框740中对第二信号进行上变频并将其发射到通信系统。 [0108] 在框742中，通信系统可从移动终端接收下一个信号，并且再次执行框730、732和742的操作，以确定观察到的频率误差并将其在包括在下行链路信号内的消息中报告给移动终端。 [0109] 在框734至740中，移动终端可在框734中再次接收关于通信系统观察到的频率误差的信息并估计复合频率误差，在框736中基于最新的频率误差信息来更新频率误差校正因子(即，确定Tx correction(t)＝‑Rx(t)+2fe(t‑1)，其中t从最后一个开始递增)，在框738中生成用于发射的包括更新的频率校正的另一信号，并且在框740中对该信号进行升频转换并将其发射到通信系统。 [0110] 框730至742中的操作可继续由移动终端和通信系统在整个通信会话期间在反馈回路750中周期性地执行，以补偿移动终端振荡器中的振荡器漂移以及多普勒频移。 [0111] 图9是过程流程图，并且图10是消息流程图，它们一起示出了根据各种实施方案的在高带宽、高载波频率通信系统中进行频率校正的方法900，其中上行链路通信和下行链路通信在不同频率上发射。参考前述附图，方法900可由移动终端(例如，移动终端510)的处理器(例如，处理器208)和通信系统(例如，通信系统505)的处理器实现，其中移动终端和通信系统所使用的上行链路频率和下行链路是不同的。上行链路频率与下行链路频率的比率可由缩放因子r表示。 [0112] 在框702至742中，移动终端和通信系统可执行与上文针对方法700的类似编号的框所描述的那些类似的操作，框902和904除外。在框902中，当在采集模式中操作时，移动终端的处理器可通过加上由处理器根据所接收的同步信号所确定的复合频率误差(该复合频率误差包括振荡器误差和多普勒频移)(在框706、708中确定)乘以缩放因子r来预补偿用于发射采集应答(即，第一)信号的频率。类似地，当在跟踪模式中操作时，在框904中，移动终端的处理器可使用所确定的频率校正乘以缩放因子r来预补偿在生成待发送到通信系统的第二信号时的频率误差，该缩放因子在框904中使用以下公式得到： [0113] Tx correction(t)＝‑rRx(t)+2rfe(t‑1)＝r[‑fe(t)‑fd(t)+2fe(t‑1)])。 [0114] 除了经由缩放因子r适应不同的上行链路频率和下行链路频率之外，方法900的操作可以基本上类似于参考图7和图8所述的方式进行。 [0115] 所示和所述的各种实施方案仅作为示例提供，以示出权利要求的各种特征。然而，相对于任何给定实施方案所示和所述的特征不一定限于相关联的实施方案，并且可与所示和所述的其他实施方案一起使用或组合。此外，权利要求书并非旨在受任一个示例性实施方案的限制。例如，方法300、400、500、600、700和900的一个或多个操作可替代方法300、500、600、700和900的一个或多个操作或与它们组合，反之亦然。尽管过程可被描述为顺序过程，但在一些实施方案中，操作可并行或同时执行。在一些实施方案中，可重新排列操作顺序。 [0116] 前述方法描述和过程流程图仅作为例示性示例提供，而并非旨在要求或暗示必须以所呈现的顺序执行各种实施方案的框。如本领域的技术人员将理解的，前述实施方案中的框的顺序可以任何顺序执行。诸如“此后”、“然后”、“下一个”等字词并非旨在限制框的顺序；这些字词只是用来引导读者了解方法的描述。此外，在说明书和权利要求书中对信号的单独标识符(例如，诸如第一、第二、第三等)的引用是出于参考目的，并且在各种实施方案中，此类信号可以是相同的或类似的。另外，例如使用冠词“一个/一种(a/an)”或“该/所述(the)”以单数形式对权利要求要素的任何引用不应理解为将要素限制为单数。 [0117] 结合本文所公开的实施方案所描述的各种例示性逻辑块、模块、电路和算法块可被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地示出硬件和软件的这种可互换性，上文已在其功能方面大体描述了各种例示性部件、块、模块、电路和块。此类功能是被实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。技术人员可针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但此类实现决策不应被解释为导致脱离权利要求的范围。 [0118] 用于实现结合本文所公开的实施方案所描述的各种例示性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可使用被设计为执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑设备、分立栅极或晶体管逻辑、分立硬件部件或它们的任何组合来实现或执行。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可被实现为通信设备的组合(例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器的组合、与DSP核结合的一个或多个微处理器的组合，或任何其他这样的配置)。另选地，一些框或方法可由特定于给定功能的电路来执行。 [0119] 在各种实施方案中，所述的功能可在硬件、软件、固件或它们的任何组合中实现。如果在软件中实现，则这些功能可作为一个或多个指令或代码存储在非暂态计算机可读介质或非暂态处理器可读介质上。本文所公开的方法或算法的操作可体现在处理器可执行软件模块中，该处理器可执行软件模块可驻留在非暂态计算机可读存储介质或处理器可读存储介质上。非暂态计算机可读存储介质或处理器可读存储介质可以是可由计算机或处理器访问的任何存储介质。以举例而非限制的方式，此类非暂态计算机可读介质或处理器可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、闪存存储器或其他存储设备，或者可用于存储指令或数据结构形式的期望程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。上述的组合也包括在非暂态计算机可读介质和处理器可读介质的范围内。另外，方法或算法的操作可作为代码和/或指令中的一者或任意组合或集合驻留在可并入计算机程序产品中的非暂态处理器可读介质和/或计算机可读介质上。 [0120] 术语“部件”、“模块”、“系统”等旨在包括计算机相关实体，诸如但不限于硬件、固件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件，它们被配置为执行特定的操作或功能。例如，部件可为但不限于在处理器上运行的过程、处理器、对象、可执行程序、执行线程、程序和/或计算机。以举例的方式，在计算设备上运行的应用程序和计算设备两者均可被称为部件。一个或多个部件可驻留在过程和/或执行线程内，并且部件可定位在一个处理器或核上和/或分布在两个或更多个处理器或核之间。此外，这些部件可由其上存储有各种指令和/或数据结构的各种非暂态计算机可读介质执行。部件可通过本地和/或远程过程、函数或程序调用、电子信号、数据分组、存储器读/写以及其他已知的计算机、处理器和/或过程相关的通信方法进行通信。 [0121] 提供对本发明所公开的实施方案的在前描述是为了使本领域技术人员能够制作或使用本发明的实施方案。对这些实施方案的各种修改对于本领域技术人员将是显而易见的，并且本文所定义的一般原理可应用于其他实施方案而不脱离实施方案的精神或范围。因此，各种实施方案并非旨在限于本文所示的实施方案，而是应符合与权利要求以及本文所公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。 |
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