УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ДЛЯ ПРИЕМА ПО ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ СВЯЗИ Российский патент 2024 года по МПК H04B7/417 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится, в общем, к беспроводной связи и, более конкретно, к устройствам и способам формирования диаграммы направленности для приема данных по восходящей линии связи.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На современном этапе имеет место все более и более активное развертывание сетей беспроводной связи 5-го поколения (5G) стандарта New Radio (NR), преимущества и возможности которых широко известны.

На базовых станциях (BS) в системе 5G NR используются массивные антенные решетки, содержащие множественные приемопередающие антенные элементы (AE), которые позволяют эффективно реализовать технологию MIMO (“многоканальный вход - многоканальный выход”), когда для передачи данных (например, физического нисходящего совместно используемого канала (PDSCH)) на одно или несколько пользовательских устройств (UE) формируется ряд одновременно передаваемых пространственных MIMO-слоев (MIMO layers). Аналогичным образом, один или более MIMO-слоев формируются для приема данных (например, физического восходящего совместно используемого канала (PUSCH)) от каждого из пользовательских устройств. Данная архитектура известна как Massive MIMO (mMIMO).

Обобщенно говоря, цифровой сигнал передается или принимается с помощью одного или нескольких цифровых портов, связанных с антенными элементами базовой станции, с помощью радиочастотного блока, выполняющего функцию преобразования цифрового сигнала в аналоговый и обратно. Так, для диапазона частот 3.5 ГГц могут задействоваться до 64 цифровых антенных портов, позволяющих на базовых станциях использовать различные схемы пространственной цифровой обработки сигнала (прекодинга). Например, с помощью технологии пространственного мультиплексирования (SM) обеспечивается возможность повторного использования одних и тех же частотно-временных ресурсов для передачи множественных сигналов (MIMO-слоев) на одно или несколько пользовательских устройств, а с помощью технологии адаптивного формирования диаграммы направленности (beamforming) обеспечивается динамическое фокусирование мощности передаваемого сигнала в одном или более заданных направлениях. За счет применения передовых методов модуляции, таких как модуляция с ортогональным частотным разделением и мультиплексированием (OFDM), обеспечивается эффективная широкополосная передача сигнала.

В целях иллюстрации вышесказанного, на Фиг. 1 приведен пример части двумерной антенной решетки базовой станции, в которой антенные элементы (условно обозначенные как × на данной фигуре), виртуализированы в =4 антенных порта по горизонтали и =2 антенных порта по вертикали. Как видно из иллюстрации, каждому антенному порту в данном случае соответствует поднабор из трех смежных антенных элементов. Также учитывается возможность каждого порта излучать сигнал с одной из двух разных, ортогональных поляризаций (=2). Этими ортогональными поляризациями могут быть линейные (вертикальная и горизонтальная) поляризации, а также круговые (правая и левая) поляризации. В результате, рассматриваемая подрешетка антенны поддерживает × × = 16 цифровых антенных портов. По сути, соответствует размерности по одному (здесь горизонтальному) пространственному направлению, соответствует размерности по другому (здесь вертикальному) пространственному направлению, и соответствует размерности по поляризации. Естественно, аналогичное рассмотрение применимо к подрешеткам с другими требующимися размерами (, ).

В 5G NR формирование диаграммы направленности осуществляется и при приеме передач по восходящей линии связи (UL), осуществляемых с пользовательских устройств на базовую станцию.

Ниже в целях обеспечения понимания технического контекста настоящего изобретения дается краткое изложение отвечающей 5G NR методики формирования UL диаграммы направленности.

Прежде всего, на Фиг. 2 в общем виде проиллюстрирована система беспроводной связи, которая может представлять собой систему связи 5G NR. Как показано на Фиг. 2, пользовательские устройства (UE) 201 осуществляют связь с базовыми станциями (BS) 202 в сети радиодоступа (RAN) 200. UE 201 (например, UE 201-1, 201-2, 201-3, …) распределены по RAN 200, и каждое из UE 201 может быть стационарным или мобильным. Широко известными примерами UE являются смартфоны, планшеты, модемы и т.п.

Базовые станции 202 (например, BS 202-A, 202-B, 202-C) могут обеспечить радиопокрытие для конкретной географической области, зачастую именуемой “сотой”. Базовые станции 202, в основном, имеют стационарную конструкцию, но могут быть и в подвижном исполнении. В общем, базовые станции могут представлять собой макро-BS (как иллюстрируется BS 202-A, 202-B, 202-C на Фиг. 2), а также пико-BS для пикосот или фемто-BS для фемтосот. Соты, в свою очередь, могут быть разбиты на сектора.

Координацию и управление работой базовых станций 202 может обеспечивать контроллер сети, находящийся на связи с ними (например, через магистральное соединение (backhaul)). RAN 200 может быть на связи с базовой сетью (CN) (к примеру, через контроллер сети), которая обеспечивает различные сетевые функции, такие как, например, управление доступом и мобильностью, управление сеансами, функция сервера аутентификации, функция приложений и т.п. При этом, базовые станции 202 в RAN 200 могут также соединяться между собой (например, через прямое физическое соединение).

При перемещении пользовательского устройства в пределах RAN 200 может быть осуществлена передача его обслуживания (handover) от одной базовой станции другой базовой станции. Например, обслуживание UE 201-3 может быть передано от BS 202-B к BS 202-A. При этом осуществляется переконфигурирование соответствующих операционных параметров пользовательского устройства для работы с новой базовой станцией. Переключение обслуживания пользовательского устройства может осуществляться и между секторами одной базовой станции.

В 5G NR реализована архитектура OpenRAN (O-RAN) - в частности, O-RAN 7-2x, - которая заключается в разделении базовой станции на две части и использовании специального (fronthaul) интерфейса (FH интерфейса), определенного для обмена информацией между этими функциональными частями. Более конкретно, базовая станция согласно данной архитектуре разделяется на радиоблок (RU) и распределенный блок (DU), связанные между собой посредством FH интерфейса (см. Фиг. 3). Функциональность, реализуемая радиоблоком и распределенным блоком в рассматриваемом техническом контексте, будет описана более подробно ниже.

Поддержка архитектуры O-RAN ожидается и в сетях беспроводной связи следующего поколения.

Каждая из BS 202, показанных на Фиг. 2, включает в себя аппаратные и логические средства для реализации соответствующих функций в базовой станции. К аппаратным средствам относятся, в частности, антенная решетка, состоящая из приемопередающих антенных элементов, о которых говорилось выше, различные специальным образом сконфигурированные процессоры, контроллеры, устройства хранения данных, прочие схемные элементы, а также связывающие их шины. К логическим средствам относится программное обеспечение, хранящееся в соответствующих запоминающих устройствах и конфигурирующее соответствующие схемные элементы. К программному обеспечению также относится и микропрограммное обеспечение, непосредственно прошитое в процессорах и контроллерах. Указанные аппаратные средства конфигурируются, в том числе, для выполнения различной обработки в отношении передаваемых и принимаемых сигналов, включая (де)модуляцию, (де)мультиплексирование, (де)кодирование, усиление, фильтрацию, оцифровку, (де)перемежение, распределение ресурсов, планирование приема/передачи.

Аналогичным образом, каждое из UE 201, показанных на Фиг. 2, включает в себя аппаратные и логические средства для реализации соответствующих функций в пользовательском устройстве. К аппаратным средствам относятся, в частности, приемопередающие устройства с соответствующими антенными элементами, различные специальным образом сконфигурированные процессор(ы), контроллеры, устройства хранения данных, прочие схемные элементы, а также связывающие их шины. К логическим средствам относится программное обеспечение, хранящееся в соответствующих запоминающих устройствах и конфигурирующее соответствующие схемные элементы. К программному обеспечению также относится и микропрограммное обеспечение, непосредственно прошитое в контроллерах. Указанные аппаратные средства конфигурируются, в том числе, для выполнения различной обработки в отношении передаваемых и принимаемых сигналов, включая (де)модуляцию, (де)мультиплексирование, (де)кодирование, усиление, фильтрацию, оцифровку, (де)перемежение. Помимо этого, пользовательское устройство содержит средства для взаимодействия с пользователем, включая сенсорный экран, динамики/микрофон, кнопки, а также пользовательские приложения, хранящиеся в памяти пользовательского устройства и исполняющиеся процессором пользовательского устройства в соответствующей операционной системе.

Примеры вышеупомянутых процессоров/контроллеров включают в себя микропроцессоры, микроконтроллеры, устройства цифровой обработки сигналов (DSP), программируемые вентильные матрицы (FPGA), дискретные аппаратные микросхемы и т.п. (Микро)программное обеспечение, исполняемое процессорами/контроллерами, следует толковать в широком смысле, как означающее машиноисполняемые инструкции, наборы инструкций, программный код, сегменты кода, подпрограммы, программные модули, объекты, процедуры и т.п. Программное обеспечение хранится на соответствующих машиночитаемых носителях, которые могут быть реализованы, на пример, в виде ОЗУ (RAM), ПЗУ (ROM), перепрограммируемого ПЗУ (EEPROM), твердотельных запоминающих устройств, магнитных запоминающих устройств, оптических запоминающих устройств и т.п., на которых могут быть записаны или сохранены соответствующие программные коды и структуры данных, к которым может осуществляться доступ со стороны соответствующих процессоров/контроллеров.

В 5G NR на базовой станции применяется следующее выражение для вычисления весов демодуляции MIMO для принимаемых UL сигналов:

, (1)

Матрица в уравнении (1) называется приемником на основе критерия линейного MMSE (минимума среднеквадратичной ошибки) с подавлением помех (IRC), т.е. LMMSE-IRC приемником. Далее по тексту для простоты данная матрица будет именоваться LMMSE-IRC приемником или просто приемником.

В уравнении (1) - матрица канала, полученная на базовой станции, ее размерность есть число приемных цифровых антенных портов базовой станции × число пространственных потоков (т.е. MIMO-слоев), принимаемых базовой станцией от одного или более пользовательских устройств. Пусть, в качестве одного примера, базовая станция имеет 32 приемных цифровых антенных порта и осуществляется прием одного MIMO-слоя от одного пользовательского устройства, т.е. имеет место однопользовательский режим MIMO (SU-MIMO), - в этом случае размерность матрицы канала будет 32×1. Пусть, в качестве другого примера, базовая станция имеет 64 приемных цифровых антенных порта и осуществляется прием двух MIMO-слоев с каждого из пяти пользовательских устройств, т.е. имеет место многопользовательский режим MIMO (MU-MIMO), - в этом случае размерность матрицы канала будет 64×10.

Далее, в уравнении (1) - ковариационная матрица, посредством которой осуществляется подавление помех и шума на приемнике базовой станции; ее размерность есть число приемных цифровых антенных портов × число приемных цифровых антенных портов. То есть, в двух примерах, рассмотренных в предыдущем абзаце, размерность ковариационной матрицы будет 32×32 и 64×64, соответственно.

Наконец, в уравнении (1) - единичная матрица, ^H обозначает эрмитово сопряжение.

Для 5G mMIMO, где, как было отмечено ранее, количество цифровых антенных портов является большим, приемник на базовой станции согласно уравнению (1) будет весьма сложным - во-первых, имеет место регулярное обращение матриц достаточно большого размера; во-вторых, в случае, если базовая станция имеет архитектуру O-RAN, имеет место нежелательно высокая нагрузка на FH интерфейс.

Стандартные подходы, используемые в 5G NR для снижения сложности приемника, основываются на формировании диаграммы направленности (BF) для восходящей линии связи. В общем, задачей формирования диаграммы направленности является максимально эффективное взвешивание принятого UL сигнала на различных приемных цифровых антенных портах базовой станции. Веса подбираются (суб)оптимальным образом, и сигналы с приемных цифровых антенных портов, после применения к ним соответствующих весов, суммируются, с получением так называемых виртуальных портов, количество которых меньше количества цифровых антенных портов базовой станции. Иными словами, формирование диаграммы направленности в рассматриваемом контексте применяется на базовой станции для виртуализации большого числа приемных цифровых антенных портов в меньшее число виртуальных портов.

Более конкретно, формирование диаграммы направленности может быть отражено следующими уравнениями:

, (2)

. (3)

В уравнениях (2), (3)

(4)

есть матрица формирования диаграммы направленности, - -й весовой или диаграммо-образующий вектор (BF вектор), = 1, …, , его размер есть число приемных цифровых антенных портов базовой станции; - эквивалентная матрица канала после формирования диаграммы направленности; - эквивалентная ковариационная матрица помех и шума после формирования диаграммы направленности; ^T обозначает транспонирование.

Параметр определяет количество потоков после применения формирования UL диаграммы направленности, т.е. количество виртуальных портов, и выбирается на базовой станции в зависимости от ее реализации. Так, параметр может выбираться исходя из допустимой сложности приемника; также, для архитектуры O-RAN данный параметр выбирается исходя из ограничений FH интерфейса. Чем меньше значение , тем меньше информации нужно будет передавать от RU к DU для последующей обработки; с другой стороны, для более эффективной с точки зрения помехоустойчивости последующей обработки UL сигнала целесообразным является использование большего количества BF векторов. В типичном случае, выбирается меньшим числа приемных цифровых антенных портов и не меньшим числа принимаемых MIMO-слоев.

В результате, размерность эквивалентной матрицы канала после формирования диаграммы направленности будет ×, а размерность эквивалентной ковариационной матрицы после формирования диаграммы направленности будет ×. Именно эти эквивалентные матрицы , меньшей размерности и используются в уравнении (1), обеспечивая снижение сложности приемника и снижение нагрузки на FH интерфейс.

Здесь следует отметить, что уравнения (1)-(4) без ограничения общности рассматривались без учета размерности поляризации.

Далее со ссылками на Фиг. 4, 5 приводится описание применения вышеуказанного формирования диаграммы направленности в сети (NW) беспроводной связи 5G NR с базовой станцией архитектуры O-RAN 7-2x. Описываемый здесь подход 5G NR основывается на опорных сигналах зондирования (SRS), принимаемых на базовой станции от одного или более пользовательских устройств.

На Фиг. 4 иллюстративно показана обобщенная схема взаимодействия между NW и пользовательским устройством для формирования на базовой станции, являющейся частью NW, диаграммы направленности для приема UL передачи от пользовательского устройства. На Фиг. 5 иллюстративно показана блок-схема функциональных модулей радиоблока и распределенного блока базовой станции в контексте взаимодействия по Фиг. 4.

По приему от базовой станции запроса передачи SRS (SRS Tx indication) (действие 1 по Фиг. 4), пользовательское устройство передает SRS на базовую станцию (действие 2). На основе SRS, принимаемых от пользовательских устройств, базовая станция осуществляет измерения канала (действие 3) и выполняет вычисления для формирования диаграммы направленности для UL в соответствии с уравнениями (2)-(4) (действие 4). Далее базовая станция выделяет пользовательскому устройству ресурсы для UL передачи и сообщает пользовательскому устройству об этом выделении (UL grant) в управляющей информации нисходящей линии связи (DCI) (действие 5). Пользовательское устройство осуществляет запланированную передачу PUSCH на базовую станцию (действие 6). Базовая станция применяет вычисленную матрицу формирования диаграммы направленности и соответственно построенный приемник (см. уравнения (1)-(4)) для приема PUSCH (действие 7) и осуществляет демодуляцию PUSCH (действие 8).

Радиоблок базовой станции по Фиг. 5 осуществляет прием UL сигнала и низкоуровневую его обработку (в частности, оцифровку, быстрое преобразование Фурье (FFT)). При этом SRS извлекаются в чистом виде из принятого UL сигнала и передаются в распределенный блок, где на основе SRS, полученных от радиоблока, осуществляется вычисление матрицы формирования диаграммы направленности, и сформированная матрица передается обратно в радиоблок для ее применения в целях уменьшения количества портов посредством вышеописанной виртуализации (см. уравнения (2)-(4)). Затем, распределенный блок соответственно формирует приемник (см. уравнение (1)) и применяет его для демодуляции UL сигнала, а также выполняет другие стандартные операции при UL приеме (в частности, LDPC декодирование данных).

Здесь необходимо отметить, что подходы к вычислению матрицы формирования диаграммы направленности известны в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Такие подходы раскрыты, в частности, в публикациях Y. Huang, W. Lei, C. Lu, M. Berg, "Fronthaul Functional Split of IRC-Based Beamforming for Massive MIMO Systems", 2019 IEEE 90^th Vehicular Technology Conference (VTC2019-Fall), Honolulu, HI, USA, 2019, pp. 1-5, doi: 10.1109/VTCFall.2019.8891191 и Y. Huang, C. Lu, M. Berg, P. Ödling, "Functional Split of Zero-Forcing Based Massive MIMO for Fronthaul Load Reduction", IEEE Access, vol. 6, pp. 6350-6359, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2017.2788451, обе из которых считаются полностью включенными в настоящее описание посредством ссылки. К примеру, может быть вычислена на основе главных собственных векторов матриц канала, полученных с помощью измеренных SRS, принимаемых от одного или нескольких пользовательских устройств.

Хотя развертывание систем 5G NR в мире только начинает набирать обороты, уже сейчас ведутся активные исследования в различных направлениях по стандартизации систем беспроводной связи следующего поколения, т.н. 6G, которые буду обладать характеристиками, превосходящими 5G NR.

В частности, для рабочего диапазона 6G 9-13 ГГц (UPPER MID BAND) на базовых станциях планируется поддержка сверхбольших антенных решеток (например, состоящих из 3072 антенных элементов) с гибридным аналоговым и цифровым формированием диаграммы направленности с большим количеством антенных портов (≤ 256). Таким образом, с поддержкой, в частности, до 64 одновременно передаваемых пространственных MIMO-слоев в системах связи UPPER MID BAND диапазона концепция радиоинтерфейса со сверхбольшой антенной решеткой (xMIMO) будет выведена на принципиально новый уровень. При этом, в 6G планируется поддержка набора опорных сигналов, аналогичного используемому в 5G NR, таких как DM-RS, CSI-RS, SRS, PT-RS, PSS/SSS.

В то же время, подходы, применяемые в 5G NR, далеко не всегда могут быть непосредственно экстраполированы на системы беспроводной связи следующего поколения.

Так, прямое применение вышеописанного подхода формирования диаграммы направленности для UL, который хорошо зарекомендовал себя для 5G mMIMO, в общем не будет столь же эффективным для случая 6G xMIMO. Как было отмечено ранее, указанной системой беспроводной связи следующего поколения обеспечивается поддержка вплоть до 256 цифровых антенных портов и 16 MIMO-слоев из расчета на UE; соответственно, размерности матриц канала и ковариационных матриц на стороне базовой станции будут значительно больше, чем в случае 5G NR. В то же время, использование SRS в контексте xMIMO для оценки канала и формирования диаграммы направленности становится затруднительным по следующим причинам. В рабочем диапазоне 6G 9-13 ГГц, в виду широкополосной передачи сигнала и ограничения мощности передачи на пользовательских устройствах, существенно снижается спектральная плотность мощности и возрастают потери и, соответственно, заметно падает качество приема SRS на базовой станции. В особенности это касается пользовательских устройств, находящихся ближе к границе соты, обслуживаемой базовой станцией. Соответственно, на базовой станции падает и точность вычисления векторов BF, составляющих матрицу формирования диаграммы направленности для UL, что в целом снижает качество приема.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В ввиду вышеописанных недостатков предшествующего уровня техники, задачей настоящего изобретения является обеспечение точного определения матрицы формирования диаграммы направленности для UL в системах связи, где используются сверхбольшие антенные решетки, с учетом потерь в UL.

В контексте решения данной задачи, согласно первому аспекту настоящего изобретения предложен способ формирования диаграммы направленности для UL приема в системе беспроводной связи. Предложенный способ содержит этап, на котором на базовой станции системы беспроводной связи определяют количество () потоков UL приема. Затем, согласно предложенному способу, на базовой станции формируют конфигурационные данные для CSI, причем конфигурационные данные содержат, по меньшей мере, параметры кодовой книги, при этом кодовая книга образована набором DFT-векторов, и передают конфигурационные данные на пользовательское устройство.

В соответствии с данным способом, на пользовательском устройстве, на основе измерений CSI-RS, принимаемых с базовой станции, определяют по меньшей мере одну матрицу канала.

Далее, согласно предложенному способу, на пользовательском устройстве выполняются следующие этапы. На основе определенной по меньшей мере одной матрицы канала, вычисляют метрику качества для каждого DFT-вектора из, по меньшей мере, части набора DFT-векторов. На основе вычисленных метрик качества, выбирают поднабор DFT-векторов с использованием порогового параметра квантования. Формируют CSI, при этом CSI включает в себя, по меньшей мере, информацию о поднаборе DFT-векторов, и передают сформированную CSI на базовую станцию.

В соответствии с предложенным способом, на базовой станции генерируют матрицу формирования диаграммы направленности (BF матрицу, ) для UL приема, причем BF матрица генерируется на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от пользовательского устройства, при этом количество диаграммо-образующих векторов, составляющих BF матрицу, задается на основе .

Согласно второму аспекту настоящего изобретения предложен способ формирования диаграммы направленности для UL приема в системе беспроводной связи, в которой базовая станция содержит радиоблок (RU) и распределенный блок (DU), связанные между собой посредством FH интерфейса. Предложенный способ содержит этап на котором на базовой станции определяют количество () потоков UL приема. Затем, согласно предложенному способу, на базовой станции формируют конфигурационные данные для CSI, причем конфигурационные данные содержат, по меньшей мере, параметры кодовой книги, при этом кодовая книга образована набором DFT-векторов, и передают через радиоблок конфигурационные данные на пользовательское устройство.

В соответствии с данным способом, на пользовательском устройстве, на основе измерений CSI-RS, принимаемых с базовой станции, определяют по меньшей мере одну матрицу канала.

Далее, согласно предложенному способу, на пользовательском устройстве выполняются следующие этапы. На основе определенной по меньшей мере одной матрицы канала, вычисляют метрику качества для каждого DFT-вектора из, по меньшей мере, части набора DFT-векторов. На основе вычисленных метрик качества, выбирают поднабор DFT-векторов с использованием порогового параметра квантования. Формируют CSI, при этом CSI включает в себя, по меньшей мере, информацию о поднаборе DFT-векторов, и передают сформированную CSI на базовую станцию.

В соответствии с предложенным способом, на базовой станции выполняются следующие этапы. В распределенном блоке генерируют BF матрицу для UL приема, причем BF матрица генерируется на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от пользовательского устройства, при этом количество диаграммо-образующих векторов, составляющих BF матрицу, задается на основе . Сгенерированную BF матрицу передают из распределенного блока в радиоблок для применения BF матрицы в радиоблоке для UL приема.

Далее приведено краткое изложение возможных вариантов осуществления способа по первому и/или второму аспектам настоящего изобретения.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, количество диаграммо-образующих векторов матрицы формирования диаграммы направленности равно .

В соответствии с вариантом осуществления, метрикой качества является относительная мощность приема, вычисляемая как

,

где

,

- -й DFT-вектор из упомянутой по меньшей мере части набора DFT-векторов; - матрица канала для -й поднесущей; - количество поднесущих; - максимальное из всех вычисленных значений мощности приема.

В соответствии с вариантом осуществления, способ дополнительно содержит этапы, на которых, на базовой станции: задают пороговый параметр квантования и включают заданный пороговый параметр квантования в упомянутые конфигурационные данные. В качестве альтернативы, способ может дополнительно содержать этап, на котором на пользовательском устройстве заранее задают пороговый параметр квантования.

Согласно одному варианту осуществления, при упомянутом задании порогового параметра квантования, в качестве порогового параметра квантования задают целевое количество DFT-векторов, а при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов, выбирают это целевое количество DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема.

Согласно другому варианту осуществления, при упомянутом задании порогового параметра квантования, в качестве порогового параметра квантования задают пороговое значение относительной мощности, а при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов, выбирают DFT-векторы с соответствующими относительными мощностями приема, большими или равными пороговому значению относительной мощности.

Согласно варианту осуществления, при упомянутом формировании конфигурационных данных дополнительно включают в конфигурационные данные. При этом способ может дополнительно содержать, перед упомянутым формированием CSI, этап, на котором на пользовательском устройстве сокращают выбранный поднабор DFT-векторов до DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема. В частности, в контексте упомянутого одного варианта осуществления, может дополнительно включаться в конфигурационные данные в качестве упомянутого целевого количества DFT-векторов.

В соответствии с вариантом осуществления, способ дополнительно содержит, перед упомянутым формированием CSI, этап, на котором на пользовательском устройстве сортируют DFT-векторы в поднаборе DFT-векторов согласно соответствующим относительным мощностям приема.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов дополнительно включают соответствующую относительную мощность приема для каждого DFT-вектора поднабора DFT-векторов.

В соответствии с одним вариантом осуществления, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов включают индексы DFT-векторов поднабора DFT-векторов, закодированные посредством комбинаторного кодирования, причем упомянутые индексы DFT-векторов - из общей совокупности индексов DFT-векторов в кодовой книге по обеим пространственным размерностям.

Согласно другому варианту осуществления, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов включают индексы DFT-векторов поднабора DFT-векторов. Индексы определяются посредством: указания предварительного выбора DFT-векторов путем использования первой битовой карты по первой пространственной размерности кодовой книги и второй битовой карты по второй пространственной размерности кодовой книги; и индексации для указания DFT-векторов поднабора DFT-векторов в упомянутом предварительном выборе DFT-векторов.

В соответствии с вариантом осуществления, при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов выбирают ортогональные DFT-векторы.

Согласно предпочтительному варианту осуществления, BF матрица генерируется дополнительно на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от каждого из одного или более других пользовательских устройств, находящихся на связи с базовой станцией, при этом сгенерированная BF матрица применяется для UL приема от упомянутого пользовательского устройства и от упомянутых других пользовательских устройств.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложена система беспроводной связи, содержащая по меньшей мере базовую станцию, содержащую по меньшей мере: приемопередающие устройства, устройства обработки данных и устройства хранения данных. Базовая станция выполнена с возможностью осуществления связи с по меньшей мере одним пользовательским устройством, содержащим по меньшей мере: приемопередающие устройства, устройства обработки данных и устройства хранения данных. В устройстве хранения данных базовой станции сохранены машиноисполняемые коды, и в устройстве хранения данных пользовательского устройства сохранены машиноисполняемые коды. При исполнении машиноисполняемых кодов устройствами обработки данных базовой станции и пользовательского устройства обеспечивается выполнение способа согласно любому варианту осуществления первого или второго аспектов настоящего изобретения.

Достигаемый настоящим изобретением технический результат, в общем, заключается в обеспечении высокого качества UL приема на стороне базовой станции; более конкретно, - в обеспечении формирования диаграммы направленности для UL приема с требующейся точностью и поддержанием низкой сложности LMMSE-IRC приемника, с расширением на поддержку систем связи, где используются сверхбольшие антенные решетки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - иллюстративный пример двумерной антенной подрешетки базовой станции;

Фиг. 2 - иллюстративная схема системы беспроводной связи, в которой могут быть реализованы варианты осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 3 - иллюстративная схема базовой станции O-RAN 7-2x;

Фиг. 4 - обобщенная схема взаимодействия между сетью беспроводной связи и пользовательским устройством для формирования диаграммы направленности для UL согласно 5G NR;

Фиг. 5 - иллюстративная блок-схема функциональных модулей радиоблока и распределенного блока базовой станции O-RAN 7-2x согласно 5G NR;

Фиг. 6 - иллюстративное представление кодовой книги;

Фиг. 7 - блок-схема способа формирования диаграммы направленности для UL приема согласно настоящему изобретению;

Фиг. 8a, 8b - иллюстрации квантования и упорядочения DFT-векторов на сетке DFT-векторов кодовой книги;

Фиг. 9 - иллюстрация варианта осуществления компактной организации информации о поднаборе DFT-векторов для передачи в составе CSI согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 10 - иллюстрация варианта осуществления компактной организации информации об упорядоченном поднаборе DFT-векторов для передачи в составе CSI согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 11 - обобщенная схема взаимодействия между сетью беспроводной связи и пользовательским устройством для формирования диаграммы направленности для UL согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 12 - иллюстративная блок-схема функциональных модулей радиоблока и распределенного блока базовой станции O-RAN 7-2x согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 13 - общая иллюстрация формирования UL диаграммы направленности базовой станции при взаимодействии с несколькими пользовательскими устройствами согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее делается отсылка к примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, которые иллюстрируются на сопровождающих чертежах, где одинаковые ссылочные номера обозначают аналогичные элементы. Следует при этом понимать, что варианты осуществления изобретения могут принимать различные формы и не должны рассматриваться как ограниченные приведенными здесь описаниями. Соответственно, иллюстративные варианты осуществления описываются ниже со ссылкой на фигуры чертежей для пояснения существа аспектов настоящего изобретения.

Следует отметить, что схема по Фиг. 2 также может служить общей иллюстрацией системы беспроводной связи, в которой могут быть реализованы различные аспекты настоящего изобретения. Необходимо подчеркнуть, что описание по Фиг. 2 и сама данная фигура имеют исключительно иллюстративный, неограничивающий характер в целях обрисовки общей рабочей среды настоящего изобретения. Хотя на Фиг. 2 проиллюстрированы лишь известные базовые компоненты системы связи, следует понимать, что система связи может дополнительно включать в себя множество других элементов.

Вышеперечисленные аппаратные и программные элементы базовой станции и пользовательского устройства конфигурируются для обеспечения выполнения в базовой станции и пользовательском устройстве способов согласно настоящей заявке, которые описываются ниже. Сама реализация компонентных аппаратных средств базовой станции и пользовательского устройства и их специализированное конфигурирование, в том числе посредством соответствующих логических средств, являются известными в области техники, к которой относится настоящая заявка. При этом, различные функции согласно способам, отвечающим настоящей заявке, могут выполняться в множестве отдельных элементов либо одном или нескольких интегральных элементах, что определяется проектными конструкционными характеристиками.

В основу настоящего изобретения положена концепция, которая, в общем, заключается в использовании для формирования диаграммы направленности для UL на базовой станции - вместо SRS - информации обратной связи от пользовательских устройств, которая получается посредством измерений нисходящего канала на пользовательских устройствах. Более конкретно, на каждом из пользовательских устройств осуществляются измерения опорных сигналов (RS) информации состояния канала (CSI), т.е. CSI-RS, передаваемых с базовой станции, и осуществляется квантование полученной информации о сигнальном пространстве канала, после чего квантованная информация сообщается базовой станции в составе CSI, передаваемой с пользовательского устройства. Базовая станция, в свою очередь, использует эту квантованную информацию, полученную от пользовательских устройств, для построения матрицы формирования диаграммы направленности.

Здесь необходимо пояснить, что в существующих системах связи, включая 5G NR, CSI-RS передаются с базовой станции на пользовательские устройства для оценки состояния каналов, соответствующих цифровым антенным портам базовой станции. В зависимости от реализации, каждый CSI-RS может соответствовать одному цифровому антенному порту, либо выполняется дополнительная виртуализация, так что каждый CSI-RS может соответствовать более чем одному (например, двум) цифровому антенному порту. Иными словами, учитывая данную дополнительную виртуализацию, в конечном итоге задействуется виртуализованное представление антенных элементов антенной решетки базовой станции в виде антенных портов CSI-RS. Следует отметить, что при сообщении с базовой станцией пользовательское устройство не должно быть осведомлено о фактической структуре антенной решетки базовой станции - данное сообщение, по сути, осуществляется на уровне антенных портов CSI-RS базовой станции, т.е. каждый антенный порт CSI-RS рассматривается как единый излучающий элемент, безотносительно охватываемых им антенных элементов.

Поскольку мощность передачи базовой станции является априорно достаточной для обеспечения радиопокрытия всей обслуживаемой ею соты, то качество приема и, соответственно, точность измерения CSI-RS, принимаемых каждым из обслуживаемых пользовательских устройств, являются высокими.

Ниже представлено подробное раскрытие данного подхода к формированию UL диаграммы направленности, отвечающего настоящему изобретению.

Вышеупомянутое квантование согласно настоящему изобретению основывается на использовании на пользовательском устройстве кодовой книги (codebook), которая образована набором векторов дискретного преобразования Фурье (DFT-векторов).

На Фиг. 6 показано иллюстративное представление кодовой книги со ссылкой на подрешетку, рассмотренную выше со ссылкой на Фиг. 1.

По сути, кодовая книга иллюстрируется на Фиг. 6 двумерной (по первой пространственной размерности и по второй пространственной размерности) сеткой DFT-векторов. Каждый DFT-вектор показан кружком на данной сетке. Светло-серыми кружками условно показаны DFT-вектора, непосредственно соответствующие × = 8 (т.е. в данном случае четырем по горизонтали, двум по вертикали) антенным портам, проиллюстрированным на Фиг. 1. Эти DFT-векторы являются взаимно ортогональными. Помимо этого, за счет использования коэффициентов (, ) передискретизации обеспечивается последовательный линейный сдвиг фазы на каждый DFT-вектор в направлениях , , соответственно. В результате размерность кодовой книги есть ⋅ по горизонтали и ⋅ по вертикали, т.е. общее количество DFT-векторов в кодовой книге равно ⋅⋅⋅. DFT-векторы в кодовой книге индексируются по горизонтали индексом , = 0, …, ⋅ - 1, и по вертикали индексом , = 0, …, ⋅ - 1. В рассматриваемом на Фиг. 6 случае ==4. В целях иллюстрации, на Фиг. 6 черным кружком условно показан конкретный DFT-вектор, выбранный из кодовой книги.

Каждый DFT-вектор ν представляет собой произведение Кронекера вектор-столбца , где

, = 0, …, ⋅ - 1, (5)

на вектор-столбец , где

, = 0, …, ⋅ - 1, (6)

т.е.

. (7)

В уравнениях (5), (6) - мнимая единица.

Количество элементов в векторе равно числу антенных портов по первой пространственной размерности (в данном случае по горизонтали), т.е. , а количество элементов в векторе равно числу антенных портов по второй пространственной размерности (в данном случае по вертикали), т.е. . Соответственно, количество элементов в любом DFT-векторе ν будет ⋅.

Согласно одному варианту осуществления, в качестве проиллюстрированной на Фиг. 6 кодовой книги может использоваться кодовая книга, основывающаяся на кодовой книге Типа 1 (Type 1) 5G NR, которая, в основном, применяется в 5G NR в целях DL прекодинга. Возможные поддерживаемые конфигурации кодовой книги Type 1 можно установить согласно нижеприведенной Таблице 5.2.2.2.1-2 из спецификации TS 38.214, v.17.4.0, которая во всей своей полноте включена в настоящее описание посредством ссылки:

Число антенных портов CSI-RS 4 (2,1) (4,1) 8 (2,2) (4,4) (4,1) (4,1) 12 (3,2) (4,4) (6,1) (4,1) 16 (4,2) (4,4) (8,1) (4,1) 24 (4,3) (4,4) (6,2) (4,4) (12,1) (4,1) 32 (4,4) (4,4) (8,2) (4,4) (16,1) (4,1)

Таким образом, возможные значения параметров , , , , входящих в уравнения (5)-(7), могут задаваться в соответствии с Таблицей 5.2.2.2.1-2.

Согласно другому варианту осуществления, в рассматриваемом контексте может использоваться кодовая книга Type 2/eType 2 5G NR.

Далее со ссылкой на блок-схему по Фиг. 7 приводится описание отвечающего настоящему изобретению способа 700 формирования диаграммы направленности для UL приема в системе беспроводной связи, которой может быть, например, система беспроводной связи следующего поколения.

На этапе 710 на базовой станции (например, такой как BS 202-A, 202-B, 202-C по Фиг. 2) определяется количество потоков UL приема или, иными словами, количество виртуальных портов. Данное определение осуществляется, в целом, аналогично тому, как описано выше в отношении 5G NR.

На этапе 720 на базовой станции формируются конфигурационные данные для CSI, которые требуются для пользовательского устройства (например, такого как UE 201-1, 201-2, … по Фиг. 2), чтобы сообщать CSI на базовую станцию. Конфигурационные данные включают в себя, по меньшей мере, параметры кодовой книги. Как было сказано выше, параметры кодовой книги могут содержать количество антенных портов базовой станции по первой пространственной размерности (например, по горизонтали) и соответствующий параметр передискретизации и количество антенных портов базовой станции по второй пространственной размерности (например, по вертикали) и соответствующий параметр передискретизации. Затем на данном этапе сформированные конфигурационные данные передаются базовой станцией на пользовательское устройство. Эта DL передача может быть осуществлена с использованием сигнализации DCI, MAC, RRC или их сочетания.

На этапе 730 на пользовательском устройстве осуществляются измерения CSI-RS, принимаемых с базовой станции, и, на основе этих измерений, определяются одна или более матриц канала. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, пользовательское устройство может определять матрицу канала для каждой из поднесущих нисходящей линии связи, при этом для определения матрицы канала может использоваться методика, аналогичная той, что задействуется согласно 5G NR для определения матрицы канала на базовой станции (см. уравнение (1) выше и соответствующее раскрытие). К примеру, оценка канала на стороне пользовательского устройства для получения матриц канала может проводится с помощью такого известного алгоритма, как MMSE, после демодуляции принятого сигнала CSI-RS.

Для специалиста должно быть очевидно, что этап 730 необязательно должен следовать за этапом 720, как указано выше: так, этап 730 может выполняться параллельно этапу 720 или даже предшествовать ему.

На этапе 740 на пользовательском устройстве для каждого DFT-вектора из набора DFT-векторов кодовой книги вычисляется метрика качества. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, метрикой качества для -ого DFT-вектора является относительная мощность приема, вычисляемая посредством нормировки мощности приема, соответствующей данному DFT-вектору, на максимальное значение мощности приема:

, (8)

где

, (9)

- -й DFT-вектор из набора DFT-векторов; - матрица канала для -й DL поднесущей, размерность матрицы есть число антенных портов CSI-RS базовой станции × число приемных антенных портов пользовательского устройства; - число DL поднесущих. Естественно, является максимальным из всех вычисленных значений мощности приема, т.е. . По сути, относительная мощность приема показывает вклад, вносимый соответствующим DFT-вектором в сигнальное пространство.

Следует отметить, что, согласно другому варианту(ам) осуществления, в качестве метрик качества могут использоваться ненормированные величины мощности приема, т.е. , либо может использоваться другой вариант их нормирования для получения относительных мощностей приема.

Для специалиста должно быть очевидно, что в контексте настоящего изобретения метрики качества могут вычисляться не для всех DFT-векторов кодовой книги, а для некоторой заранее определенной ее части. К примеру, в отношении некоторых DFT-векторов может быть заранее известно, что соответствующий им показатель качества будет низким, и эти векторы исключаются из анализа согласно способу 700.

На этапе 750 на пользовательском устройстве, на основе метрик качества, вычисленных на этапе 740, осуществляется квантование посредством выбора соответствующего поднабора DFT-векторов. Данный выбор выполняется с использованием порогового параметра квантования.

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, в качестве порогового параметра квантования может быть использовано пороговое значение относительной мощности. Соответственно, в квантованный поднабор DFT-векторов попадают те DFT-векторы , которым соответствуют вычисленные относительные мощности приема, не меньшие порогового значения :

. (10)

где - множество индексов () DFT-векторов, для которых вычисляются относительные мощности приема как метрика качества. Например, ⋅⋅⋅.

В соответствии с одним неограничивающим примером, пороговое значение может быть задано на базовой станции и сообщено пользовательскому устройству в конфигурационных данных, которые формируются на этапе 720. Согласно иллюстративной реализации, значение может быть выбрано на базовой станции следующим образом. Для пользовательских устройств с ограниченной мощностью (как правило, такие пользовательские устройства находятся вблизи границы соты) значение выбирается близким к 0.05, чтобы минимизировать потери в принимаемой мощности сигнала. Для пользовательских устройств без подобного ограничения мощности (как правило, такие пользовательские устройства находятся близко к базовой станции) значение выбирается близким к 0.5, чтобы сократить количество выбираемых DFT-векторов.

Согласно другому неограничивающему примеру, пороговое значение может быть заранее сконфигурировано на пользовательском устройстве - так, это значение может быть сообщено базовой станцией на пользовательское устройство заблаговременно, до начала выполнения способа 700. Данным аспектом не накладывается ограничений на настоящее изобретение.

В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, в качестве порогового параметра квантования может использоваться целевое количество DFT-векторов в квантованном их поднаборе. В данном случае в поднабор отбираются DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема, то есть с относительными мощностями приема, которые больше или равны относительным мощностям приема, соответствующим остальным DFT-векторам набора DFT-векторов или заранее заданной его части. Те DFT-векторы, которые отфильтровываются из квантованного поднабора DFT-векторов по указанному критерию, могут упоминаться как ‘более слабые’ DFT-векторы по тексту настоящей заявки.

Аналогично первому варианту осуществления, может быть задано на базовой станции и сообщено пользовательскому устройству в конфигурационных данных, формируемых на этапе 720, либо может быть преконфигурировано на пользовательском устройстве.

Согласно одной возможной реализации, на этапе 720 в состав формируемых конфигурационных данных может быть включено количество виртуальных портов, определенное базовой станцией на этапе 710. Для этой реализации, в первом варианте осуществления по этапу 750, рассмотренном выше, полученный поднабор DFT-векторов может быть сокращен до поднабора из DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема - иными словами, из поднабора исключаются ‘более слабые’ DFT-векторы, оставляя DFT-векторов, составляющих поднабор . Для рассматриваемой реализации, во втором варианте осуществления, обсужденном выше, может выступать в роли , т.е. .

В целях иллюстрации, на Фиг. 8a на сетке DFT-векторов кодовой книги серыми кружками показаны DFT-векторы, выбранные в итоговый квантованный поднабор DFT-векторов, а также указаны соответствующие им относительные мощности приема.

Следует также отметить, что, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, выбор поднабора DFT-векторов может дополнительно ограничиваться условием ортогональности DFT-векторов в выбираемом их поднаборе.

Согласно еще одной возможной реализации, DFT-векторы в полученном квантованном поднаборе DFT-векторов могут быть отсортированы на пользовательском устройстве согласно соответствующим относительным мощностям приема. В целях иллюстрации, на Фиг. 8b на сетке DFT-векторов кодовой книги серыми кружками показаны отсортированные DFT-векторы квантованного их поднабора, где DFT-вектору с меньшим индексом соответствует большая относительная мощность приема. Данная сортировка может быть отражена следующим выражением аналогично уравнению (10):

. (11)

На этапе 760 на пользовательском устройстве формируется CSI, при этом в CSI включается, по меньшей мере, информация о поднаборе DFT-векторов, сформированном на этапе 750. Сформированная CSI передается с пользовательского устройства на базовую станцию.

Здесь следует пояснить, что в системах беспроводной связи в общем (и в 5G NR в частности) есть специальные процедуры для UL передачи различной контрольной информации, такой как указание матрицы прекодинга (PMI), указание ранга (RI) (посредством чего пользовательское устройство указывает рекомендуемое число MIMO-слоев, которое оно готово принимать), указание качества канала (CQI), в составе CSI, и возможны передачи CSI с различными комбинациями сообщаемых контрольных параметров (например PMI+RI+CQI, RI+CQI). В частности, стандартное сочетание (PMI+RI+CQI) используется для адаптации передачи в DL. В случае настоящего изобретения подразумевается, что информация о квантованном поднаборе DFT-векторов может передаваться посредством CSI используя такие стандартные процедуры, причем данная информация может предаваться отдельно от или совместно с различными комбинациями PMI, RI, CQI и других контрольных параметров.

Согласно одному варианту реализации, для представления информации о поднаборе DFT-векторов в составе CSI может быть использована одна битовая карта для обеих пространственных размерностей с единой индексацией. В этом случае кодированное представление выбранного поднабора DFT-векторов может иметь следующий вид:

(12)

где принимает значение 1 для выбранного DFT-вектора и 0 для невыбранного (например, ‘более слабого’) DFT-вектора. Для данной реализации, с одной стороны, характерна высокая гибкость, то есть обеспечивается возможность закодировать любое сочетание индексов выбранных DFT-векторов, но, с одной стороны, характерна и высокая битовая нагрузка.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, на этапе 760 в информацию о поднаборе DFT-векторов дополнительно включается, для каждого DFT-вектора данного поднабора, соответствующая относительная мощность приема, вычисленная на этапе 740. Это включение позволяет напрямую информировать базовую станцию о том, какой вклад делается каждым DFT-вектором в сообщаемое сигнальное пространство.

Согласно другому варианту осуществления для случая упорядочения DFT-векторов в квантованном поднаборе DFT-векторов, как отражено при описании этапа 750 со ссылкой на Фиг. 8b и уравнение (11), относительные мощности приема могут и не включаться в CSI. В этом варианте осуществления предполагается, что упомянутым упорядочением базовая станция будет неявным образом информирована об относительном вкладе, вносимом каждым DFT-векторов поднабора в сообщаемое сигнальное пространство.

Далее приведено описание вариантов реализации компактной организации информации о поднаборе DFT-векторов для снижения битовой нагрузки, связанной с сообщением данной информации в составе CSI.

Согласно первому варианту реализации задействуется комбинаторное кодирование. В этом случае, в допущении, что в поднаборе DFT-векторов содержатся DFT-векторов (см. этап 750), осуществляется кодирование индексов , , DFT-векторов из общей совокупности индексов в количестве по обеим пространственным размерностям кодовой книги (см. Фиг. 6 для иллюстрации), т.е. , в виде кодовой точки :

.(13)

В уравнении (13)

,

.

Согласно второму варианту реализации используется представление индексов DFT-векторов поднабора выбранных DFT-векторов посредством битовых карт, где задействуются два этапа. На первом этапе используется отдельная битовая карта для каждой из пространственных размерностей, со своей собственной индексацией, для указания предварительного выбора DFT-векторов. Аналогично уравнению (12), предварительный выбор, осуществляемый путем использования двух битовых карт, может иметь следующий вид:

, (14)

где равно 1 для первой пространственной размерности и 2 для второй пространственной размерности, а принимает значение 1 для предварительно выбранного DFT-вектора и 0 для невыбранного DFT-вектора. На втором этапе, исходя из сформированных битовых карт , , выбранный поднабор DFT-векторов кодируется в итоговое представление посредством внутренней индексации по предварительно выбранным DFT-векторам.

Рассматриваемый второй вариант реализации проиллюстрирован на Фиг. 9. В верхней части данной фигуры показан предварительный выбор DFT-векторов, соответственно представленный битовыми картами и (см. уравнение (14)). Предварительно выбранные DFT-векторы изображены заштрихованными серыми квадратами. Как проиллюстрировано в нижней части Фиг. 9, DFT-векторы, выбранные в поднабор DFT-векторов, представлены посредством индексации по предварительному выбору DFT-векторов на основе битовых карт, а именно как . Эти выбранные DFT-векторы изображены на Фиг. 9 черными квадратами.

Третья реализация соответствует варианту осуществления этапа 750 способа 700 согласно настоящему изобретению, когда, до формирования CSI на этапе 760, выполнено упорядочение DFT-векторов в поднаборе DFT-векторов. Данная реализация проиллюстрирована на Фиг. 10, где представление выбранных DFT-векторов выражено совокупностью двух наборов индексов

,

где - индексы выбранных DFT-векторов по первой пространственной размерности кодовой книги (по горизонтали на Фиг. 10), а - индексы выбранных DFT-векторов по второй пространственной размерности кодовой книги (по вертикали на Фиг. 10). Соответственно, согласно иллюстрации по Фиг. 10, выбранный поднабор DFT-векторов (черные квадраты) представляется как , , при этом первому DFT-вектору, указываемому индексами , соответствует наибольшая относительная мощность приема, второму DFT-вектору, указываемому индексами , соответствует вторая по величине относительная мощность приема, и т.д.

Следует отметить, что в рассмотренных выше реализациях представления информации о поднаборе DFT-векторов очевидным для специалиста образом могут использоваться другие варианты индексации и/или другие значения битов в битовых картах (к примеру, 0 может указывать выбранный DFT-вектор, а 1 - невыбранный DFT-вектор).

На этапе 770 базовая станция генерирует матрицу формирования диаграммы направленности для UL приема, составленную из диаграммо-образующих векторов (см. уравнение (4)). Согласно настоящему изобретению, матрица формирования диаграммы направленности генерируется на основе информации о квантованном поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от пользовательского устройства. Как отмечалось ранее, количество диаграммо-образующих векторов , составляющих матрицу , задается на основе , выбранного на этапе 710.

Здесь следует пояснить, что для случая рассмотрения работы антенных портов базовой станции с одной поляризацией, который рассматривался выше, количество диаграммо-образующих векторов матрицы формирования диаграммы направленности будет равно . В то же время, если учитывается функционирование антенных портов базовой станции с двумя ортогональными поляризациями, то параметр будет представлять количество потоков UL приема после формирования диаграммы направленности, приходящееся на каждую из двух поляризаций. То есть, общее количество потоков UL приема (и, соответственно, общее число BF векторов) будет 2⋅, при том что поднабор DFT-векторов, выбранный на этапе 750 и сообщенный на этапе 760, будет одним и тем же для обеих поляризаций. Ниже без ограничения общности будет рассматриваться случай, когда количество векторов в матрице есть .

Здесь следует отметить, что само генерирование матрицы формирования диаграммы направленности на базовой станции непосредственно не относится к предмету настоящего изобретения. В качестве примера, для генерирования матрицы могут понятным для специалиста образом использоваться алгоритмы, аналогичные таковым, которые используются в 5G NR для генерирования матрицы формирования диаграммы направленности на основе SRS.

Затем сгенерированная матрица применяется на базовой станции к матрице канала и ковариационной матрице согласно уравнениям (2), (3), соответственно, и полученные эквивалентная матрица канала после формирования диаграммы направленности и эквивалентная ковариационная матрица после формирования диаграммы направленности используются для построения приемника в соответствии с уравнением (1).

Следует отметить, что само формирование матриц и на базовой станции напрямую не относится к предмету настоящего изобретения. В качестве примера, для оценки указанных матриц могут использоваться соответствующие алгоритмы 5G NR.

Далее, аналогично рассмотрению Фиг. 4, 5 выше, со ссылками на Фиг. 11, 12 приводится описание применения формирования UL диаграммы направленности согласно настоящему изобретению в сети (NW) беспроводной связи с базовой станцией архитектуры, аналогичной O-RAN 7-2x. Сетью беспроводной связи может быть сеть связи следующего поколения, например, 6G.

На Фиг. 11, аналогично Фиг. 4, иллюстративно показана обобщенная схема взаимодействия между NW и пользовательским устройством для формирования на базовой станции, являющейся частью NW, диаграммы направленности для приема UL передачи от пользовательского устройства. На Фиг. 12, аналогично Фиг. 5, иллюстративно показана блок-схема функциональных модулей радиоблока и распределенного блока базовой станции в контексте взаимодействия по Фиг. 11.

Базовая станция передает CSI-RS (действие 1 по Фиг. 11). Пользовательское устройство выполняет измерения принимаемых CSI-RS и формирует одну или более матриц канала на основе измерений (действие 2, этап 730). Затем, на пользовательском устройстве формируется квантованный поднабор DFT-векторов согласно настоящему изобретению (действие 3, этапы 740, 750), который сообщается на базовую станцию в составе CSI (действие 4, этап 760). На основе принятой CSI базовая станция вычисляет матрицу формирования диаграммы направленности, подлежащую применению для UL приема (действие 5, этап 770).

Далее описание рассматриваемой схемы взаимодействия дается для предпочтительного варианта осуществления.

По приему от базовой станции запроса передачи SRS (действие 6), пользовательское устройство передает SRS на базовую станцию (действие 7). В отличие от 5G NR, к принимаемым SRS будет применяться формирование UL диаграммы направленности согласно настоящему изобретению (действие 8), что может повысить точность измерений SRS на базовой станции. Далее базовая станция выделяет пользовательскому устройству ресурсы для UL передачи и сообщает пользовательскому устройству об этом выделении в DCI (действие 9). Пользовательское устройство осуществляет запланированную передачу PUSCH на базовую станцию (действие 10). Базовая станция применяет сгенерированную матрицу формирования диаграммы направленности и соответственно построенный приемник (см. уравнения (1)-(4)) для приема PUSCH (действие 11) и осуществляет демодуляцию PUSCH (действие 12).

Функциональные модули радиоблока и распределенного блока базовой станции по Фиг. 12, в целом, могут быть реализованы аналогично и выполнять аналогичные функции по отношению к радиоблоку и распределенному блоку 5G NR, показанным на Фиг. 5, за исключением части, обозначенной пунктирной рамкой на Фиг. 12. А именно, для вычисления матрицы формирования диаграммы направленности, в отличие от Фиг. 5, не требуется заблаговременное выделение в радиоблоке SRS, принятых от пользовательского устройства, и подача их в распределенный блок - в соответствии с вышесказанным, согласно настоящему изобретению матрица вычисляется в соответствующем модуле распределенного блока на основе квантованного поднабора DFT-векторов, ранее сообщенного пользовательским устройством в составе CSI, и сформированная матрица передается в радиоблок для ее применения в целях уменьшения количества портов посредством виртуализации, как было описано выше со ссылкой на уравнения (2)-(4). Затем, распределенный блок соответственно формирует приемник (см. уравнение (1)) и применяет его для демодуляции UL сигнала, а также выполняет другие стандартные операции при UL приеме. Здесь опять же целесообразно подчеркнуть, что, в отличие от 5G NR, к SRS в составе принимаемого UL сигнала в радиоблоке может применяться формирование диаграммы направленности согласно настоящему изобретению, и далее SRS после формирования диаграммы направленности используются в распределенном блоке для, в частности, планирования и выделения ресурсов для UL передачи.

Выше было описано генерирование матрицы формирования диаграммы направленности для случая, когда CSI с квантованным поднабором DFT-векторов предоставляется на базовую станцию одним пользовательским устройством. В то же время, настоящим изобретением предусматривается сценарий, когда такие наборы предоставляются каждым пользовательским устройством из некоей совокупности пользовательских устройств, обслуживаемых базовой станцией. То есть, каждое из этих пользовательских устройств выполняет этапы 730-760 способа 700, действия 2-4 по Фиг. 11. В то же время, на основе CSI, принимаемых от пользовательских устройств, базовая станция генерирует одну матрицу формирования диаграммы направленности и один приемник для применения к UL передачам от всей совокупности пользовательских устройств. Данный сценарий проиллюстрирован на Фиг. 13.

То, как конкретно на стороне базовой станции формируется на основе поднаборов выбранных DFT-векторов и связанных с ними относительных мощностей от разных пользовательских устройств, зависит от реализации базовой станции, и возможны различные варианты осуществления.

В соответствии с иллюстративным примером, планировщик базовой станции для группы A пользовательских устройств формирует общую матрицу, характеризующую сигнальное пространство этой группы пользовательских устройств, т.е.

.

Далее для сформированной матрицы базовая станция вычисляет главных собственных векторов, т.е. векторов, соответствующих наибольшим собственным значениям. Эти собственные вектора используются в качестве диаграммо-образующих векторов , составляющих матрицу для упомянутой группы пользовательских устройств.

В отношении рассматриваемого сценария также необходимо отметить следующее со ссылкой на Фиг. 11, 13. Матрица формирования диаграммы направленности, применяемая на базовой станции для приема PUSCH согласно действию 11, не обязательно должна быть в точности той же самой, что была вычислена на базовой станции согласно действию 5. Так, после формирования согласно действию 5 и до выполнения действия 11 базовой станцией от одного из пользовательских устройств группы А может быть принята CSI с квантованным поднабором DFT-векторов и связанными с ними относительными мощностями приема, и базовая станция может соответственно обновить матрицу формирования диаграммы направленности с использованием принятой CSI до выполнения действия 11. То есть, условно говоря, на стороне данного пользовательского устройства могут быть выполнены действия 2-4 в рассматриваемом интервале между выполнением на базовой станции действий 5 и 11.

Указанный аспект обновления, в общем, справедлив и в отношении Фиг. 11 самой по себе, то есть для случая взаимодействия базовой станции с одним пользовательским устройством.

Как следует из вышесказанного, настоящим изобретением обеспечивается формирование диаграммы направленности на базовой станции для UL приема с требующейся точностью и поддержанием низкой сложности LMMSE-IRC приемника, с расширением на поддержку систем связи, где используются сверхбольшие антенные решетки, чем, в свою очередь, обеспечивается высокое качество UL приема на стороне базовой станции.

Следует также понимать, что проиллюстрированные примерные варианты осуществления являются всего лишь предпочтительными, а не единственно возможными вариантами реализации настоящего изобретения. Точнее, объем настоящего изобретения определяется нижеследующей формулой изобретения и ее эквивалентами.

Настоящее изобретение относится, в общем, к беспроводной связи и более конкретно к устройствам и способам формирования диаграммы направленности для приема данных по восходящей линии связи (UL). На базовой станции (BS) определяют количество () потоков UL приема. На BS формируют конфигурационные данные для CSI, причем конфигурационные данные содержат, по меньшей мере, параметры кодовой книги, при этом кодовая книга образована набором DFT-векторов, и передают конфигурационные данные с BS на пользовательское устройство (UE). На UE, на основе измерений CSI-RS, принимаемых от BS, определяют по меньшей мере одну матрицу канала. На UE: на основе по меньшей мере одной матрицы канала вычисляют метрику качества для каждого DFT-вектора из по меньшей мере части набора DFT-векторов; на основе метрик качества выбирают поднабор DFT-векторов с использованием порогового параметра квантования (например, относительной мощности приема); формируют CSI, при этом CSI включает в себя, по меньшей мере, информацию о поднаборе DFT-векторов; и передают CSI на BS. На BS генерируют матрицу формирования диаграммы направленности для UL приема, причем матрица формирования диаграммы направленности генерируется на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от UE, при этом количество диаграммообразующих векторов, составляющих BF матрицу, задается на основе . BS может содержать радиоблок (RU) и распределенный блок (DU), при этом матрица формирования диаграммы направленности генерируется в DU и передается в RU. Настоящим изобретением обеспечивается формирование диаграммы направленности в BS для UL приема с требующейся точностью и поддержанием низкой сложности LMMSE-IRC приемника, с расширением на поддержку систем связи, где используются сверхбольшие антенные решетки, чем, в свою очередь, обеспечивается высокое качество UL приема на стороне BS. 3 н. и 32 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Способ формирования диаграммы направленности для приема в восходящей линии связи (UL) в системе беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:

на базовой станции (BS) системы беспроводной связи определяют количество () потоков UL приема;

на базовой станции

формируют конфигурационные данные для информации состояния канала (CSI), причем конфигурационные данные содержат, по меньшей мере, параметры кодовой книги, при этом кодовая книга образована набором векторов дискретного преобразования Фурье (DFT-векторов), и

передают конфигурационные данные на пользовательское устройство (UE);

на пользовательском устройстве на основе измерений опорных сигналов CSI (CSI-RS), принимаемых с базовой станции, определяют по меньшей мере одну матрицу канала;

на пользовательском устройстве

на основе определенной по меньшей мере одной матрицы канала вычисляют метрику качества для каждого DFT-вектора из по меньшей мере части набора DFT-векторов,

на основе вычисленных метрик качества выбирают поднабор DFT-векторов с использованием порогового параметра квантования,

формируют CSI, при этом CSI включает в себя, по меньшей мере, информацию о поднаборе DFT-векторов, и

передают сформированную CSI на базовую станцию; и

на базовой станции генерируют матрицу формирования диаграммы направленности (BF матрицу) для UL приема, причем BF матрица генерируется на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от пользовательского устройства, при этом количество диаграммообразующих векторов, составляющих BF матрицу, задается на основе .

2. Способ по п.1, в котором количество диаграммообразующих векторов BF матрицы равно .

3. Способ по п.1 или 2, в котором параметры кодовой книги содержат, по меньшей мере, количество () антенных портов базовой станции по первой пространственной размерности и соответствующий параметр () передискретизации и количество () антенных портов базовой станции по второй пространственной размерности и соответствующий параметр () передискретизации, при этом количество DFT-векторов кодовой книги равно .

4. Способ по любому одному из пп.1-3, в котором метрикой качества является относительная мощность приема, вычисляемая как

,

где

,

- -й DFT-вектор из упомянутой по меньшей мере части набора DFT-векторов; - матрица канала для -й поднесущей, размерность матрицы есть число антенных портов CSI-RS базовой станции × число приемных антенных портов пользовательского устройства; - количество поднесущих; - максимальная из вычисленных мощностей приема; H обозначает эрмитово сопряжение.

5. Способ по п.4, дополнительно содержащий этапы, на которых на базовой станции:

задают пороговый параметр квантования и

включают заданный пороговый параметр квантования в упомянутые конфигурационные данные.

6. Способ по п.4, дополнительно содержащий этап, на котором на пользовательском устройстве заранее задают пороговый параметр квантования.

7. Способ по п.5, в котором,

при упомянутом задании порогового параметра квантования, в качестве порогового параметра квантования задают целевое количество DFT-векторов,

при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов, выбирают это целевое количество DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема.

8. Способ по п.5 или 6, в котором,

при упомянутом задании порогового параметра квантования, в качестве порогового параметра квантования задают пороговое значение относительной мощности,

при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов, выбирают DFT-векторы с соответствующими относительными мощностями приема, большими или равными пороговому значению относительной мощности.

9. Способ по п.7 или 8, в котором

при упомянутом формировании конфигурационных данных дополнительно включают в конфигурационные данные,

при этом способ дополнительно содержит, перед упомянутым формированием CSI, этап, на котором на пользовательском устройстве сокращают выбранный поднабор DFT-векторов до DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема.

10. Способ по п.7, в котором при упомянутом формировании конфигурационных данных дополнительно включают в конфигурационные данные в качестве упомянутого целевого количества DFT-векторов.

11. Способ по любому одному из пп.4-10, дополнительно содержащий, перед упомянутым формированием CSI, этап, на котором на пользовательском устройстве сортируют DFT-векторы в поднаборе DFT-векторов согласно соответствующим относительным мощностям приема.

12. Способ по любому одному из пп.4-11, в котором, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов дополнительно включают соответствующую относительную мощность приема для каждого DFT-вектора поднабора DFT-векторов.

13. Способ по любому одному из пп.4-12, в котором, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов включают индексы DFT-векторов поднабора DFT-векторов, закодированные посредством комбинаторного кодирования, причем упомянутые индексы DFT-векторов - из общей совокупности индексов DFT-векторов в кодовой книге по обеим пространственным размерностям.

14. Способ по любому одному из пп.4-12, в котором, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов включают индексы DFT-векторов поднабора DFT-векторов, причем индексы определяются посредством:

указания предварительного выбора DFT-векторов путем использования первой битовой карты по первой пространственной размерности кодовой книги и второй битовой карты по второй пространственной размерности кодовой книги, и

индексации для указания DFT-векторов поднабора DFT-векторов в упомянутом предварительном выборе DFT-векторов.

15. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов выбирают ортогональные DFT-векторы.

16. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором кодовая книга соответствует:

кодовой книге Type 1 5G NR или

кодовой книге Type 2/eType 2 5G NR.

17. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором BF матрица генерируется дополнительно на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от каждого из одного или более других пользовательских устройств, находящихся на связи с базовой станцией, при этом сгенерированная BF матрица применяется для UL приема от упомянутого пользовательского устройства и от упомянутых других пользовательских устройств.

18. Способ формирования диаграммы направленности для приема в восходящей линии связи (UL) в системе беспроводной связи, содержащий этапы, на которых:

на базовой станции (BS) системы беспроводной связи, причем базовая станция содержит радиоблок (RU) и распределенный блок (DU), определяют количество () потоков UL приема;

на базовой станции,

формируют конфигурационные данные для информации состояния канала (CSI), причем конфигурационные данные содержат, по меньшей мере, параметры кодовой книги, при этом кодовая книга образована набором векторов дискретного преобразования Фурье (DFT-векторов), и

передают через радиоблок конфигурационные данные на пользовательское устройство (UE);

на пользовательском устройстве, на основе измерений опорных сигналов CSI (CSI-RS), принимаемых с базовой станции, определяют по меньшей мере одну матрицу канала;

на пользовательском устройстве,

на основе определенной по меньшей мере одной матрицы канала, вычисляют метрику качества для каждого DFT-вектора из, по меньшей мере, части набора DFT-векторов,

на основе вычисленных метрик качества, выбирают поднабор DFT-векторов с использованием порогового параметра квантования,

формируют CSI, при этом CSI включает в себя, по меньшей мере, информацию о поднаборе DFT-векторов, и

передают сформированную CSI на базовую станцию; и

на базовой станции,

в распределенном блоке генерируют матрицу формирования диаграммы направленности (BF матрицу) на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от пользовательского устройства, при этом количество диаграммообразующих векторов, составляющих BF матрицу, задается на основе ,

передают сгенерированную BF матрицу из распределенного блока в радиоблок для применения BF матрицы в радиоблоке для UL приема.

19. Способ по п.18, в котором количество диаграммообразующих векторов BF матрицы равно .

20. Способ по п.18 или 19, в котором параметры кодовой книги содержат, по меньшей мере, количество () антенных портов базовой станции по первой пространственной размерности и соответствующий параметр () передискретизации и количество () антенных портов базовой станции по второй пространственной размерности и соответствующий параметр () передискретизации, при этом количество DFT-векторов кодовой книги равно .

21. Способ по любому одному из пп.18-20, в котором метрикой качества является относительная мощность приема, вычисляемая как

,

где

,

- -й DFT-вектор из упомянутой по меньшей мере части набора DFT-векторов; - матрица канала для -й поднесущей, размерность матрицы есть число антенных портов CSI-RS базовой станции × число приемных антенных портов пользовательского устройства; - количество поднесущих; - максимальная из вычисленных мощностей приема; H обозначает эрмитово сопряжение.

22. Способ по п.21, дополнительно содержащий этапы, на которых, на базовой станции:

задают пороговый параметр квантования и

включают заданный пороговый параметр квантования в упомянутые конфигурационные данные.

23. Способ по п.21, дополнительно содержащий этап, на котором на пользовательском устройстве заранее задают пороговый параметр квантования.

24. Способ по п.22, в котором,

при упомянутом задании порогового параметра квантования, в качестве порогового параметра квантования задают целевое количество DFT-векторов,

при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов, выбирают это целевое количество DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема.

25. Способ по п.22 или 23, в котором,

при упомянутом задании порогового параметра квантования, в качестве порогового параметра квантования задают пороговое значение относительной мощности,

при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов, выбирают DFT-векторы с соответствующими относительными мощностями приема, большими или равными пороговому значению относительной мощности.

26. Способ по п.24 или 25, в котором

при упомянутом формировании конфигурационных данных дополнительно включают в конфигурационные данные,

при этом способ дополнительно содержит, перед упомянутым формированием CSI, этап, на котором на пользовательском устройстве сокращают выбранный поднабор DFT-векторов до DFT-векторов с наибольшими соответствующими относительными мощностями приема.

27. Способ по п.24, в котором при упомянутом формировании конфигурационных данных дополнительно включают в конфигурационные данные в качестве упомянутого целевого количества DFT-векторов.

28. Способ по любому одному из пп.21-27, дополнительно содержащий, перед упомянутым формированием CSI, этап, на котором на пользовательском устройстве сортируют DFT-векторы в поднаборе DFT-векторов согласно соответствующим относительным мощностям приема.

29. Способ по любому одному из пп.21-28, в котором, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов дополнительно включают соответствующую относительную мощность приема для каждого DFT-вектора поднабора DFT-векторов.

30. Способ по любому одному из пп.21-29, в котором, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов включают индексы DFT-векторов поднабора DFT-векторов, закодированные посредством комбинаторного кодирования, причем упомянутые индексы DFT-векторов - из общей совокупности индексов DFT-векторов в кодовой книге по обеим пространственным размерностям.

31. Способ по любому одному из пп.21-29, в котором, при упомянутом формировании CSI, в информацию о поднаборе DFT-векторов включают индексы DFT-векторов поднабора DFT-векторов, причем индексы определяются посредством:

указания предварительного выбора DFT-векторов путем использования первой битовой карты по первой пространственной размерности кодовой книги и второй битовой карты по второй пространственной размерности кодовой книги, и

индексации для указания DFT-векторов поднабора DFT-векторов в упомянутом предварительном выборе DFT-векторов.

32. Способ по любому одному из пп.18-31, в котором при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов выбирают ортогональные DFT-векторы.

33. Способ по любому одному из пп.18-32, в котором кодовая книга соответствует:

кодовой книге Type 1 5G NR или

кодовой книге Type 2/eType 2 5G NR.

34. Способ по любому одному из пп.18-33, в котором BF матрица генерируется в распределенном блоке дополнительно на основе информации о поднаборе DFT-векторов из состава CSI, принятой от каждого из одного или более других пользовательских устройств, находящихся на связи с базовой станцией, при этом сгенерированная BF матрица применяется для UL приема от упомянутого пользовательского устройства и от упомянутых других пользовательских устройств.

35. Система беспроводной связи, содержащая по меньшей мере базовую станцию (BS), содержащую по меньшей мере: приемопередающие устройства, устройства обработки данных и устройства хранения данных, причем базовая станция выполнена с возможностью осуществления связи с по меньшей мере одним пользовательским устройством (UE), содержащим по меньшей мере: приемопередающие устройства, устройства обработки данных и устройства хранения данных, при этом в устройстве хранения данных базовой станции сохранены машиноисполняемые коды и в устройстве хранения данных пользовательского устройства сохранены машиноисполняемые коды, причем при исполнении машиноисполняемых кодов устройствами обработки данных базовой станции и пользовательского устройства обеспечивается выполнение способа по любому одному из пп.1-34.