CN110710134B - 无线通信中飞行器的抗干扰 - Google Patents

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Abstract

一种减少多个无线通信设备之间通信干扰的方法，其中至少第一无线通信设备在无线接入网中移动，所述方法包括：根据干扰协调方法的一种或多种组合方法，识别第一移动无线设备为航空设备；所述干扰协调方法包括波束形成和转向处理，以及指明所述第一移动无线设备位置的标准集合中的一个或多个标准。

Description

无线通信中飞行器的抗干扰
技术领域
本申请涉及无线通信系统，尤其涉及启用无线设备，如用户设备(UE，UserEquipment)或移动设备来访问无线接入技术(RAT，Radio Access Technology)或无线接入网(RAN，Radio Access Network)的方法及装置。
背景技术
无线通信系统，例如第三代(3G)移动电话标准和技术已广为人知。3G标准和技术由第三代合作伙伴项目(3GPP，Third Generation Partnership Project)开发。第三代无线通信开发用来支持宏蜂窝移动电话通信。通信系统和网络朝着宽频移动式系统发展。
第三代合作伙伴项目开发了所谓的长期演进(LTE，Long Term Evolution)系统，即演进的通用陆基无线接入网(E-UTRAN，Evolved Universal MobileTelecommunicationSystem Territorial Radio Access Network)，移动接入网络中的一个或多个宏蜂窝由基站eNodeB或eNB(演进型NodeB)支持。最近，LTE进一步朝着所谓的5G或NR(New Radio，新无线电技术)系统演进，系统中的一个或多个宏蜂窝由基站gN支持。
当前一个感兴趣的领域是研究LTE网络或类似网络中的飞行器，通常被称为无人机。本研究的一个目的是研究LTE中飞行器使用LTE网络部署的能力，LTE网络部署中的基站天线以地面覆盖为目标，支持版本14的功能，即包括有源天线和FD-MIMO。因此研究重点包括确定哪种级别的飞行器可以复用现有的LTE网络，以及若有必要，LTE标准可以引入哪些增强功能来允许地面或地面设备的共存。
图1显示了典型的地面设备和航空设备的网络设置。与地面UE相比，航空设备跨小区的公共覆盖范围显著增加。为了实现这一目的，一些潜在的问题需要被强调和解决，主要是航空设备引入到LTE网络的预期干扰，由于无人机等飞行器预计飞到基站(BS，basestation)天线高度以上，因此设置一个增长的视距(LOS，line-of-sight)概率以减少受到的路径损失(PL，path-loss)，如图1所示。因此，飞行器到小区间的可见度增加，导致下行链路和上行链路的干扰问题。
在下行链路中，小区间的下行链路(DL，Down Link)信号对特定的UE产生干扰。因此地面UE预计不会受到无人机的影响。但是，飞行器更容易被周围小区间传输的DL信号访问，从而增加了DL干扰。这些观察结果如图2所示，其中将仅具有地面UE的情况与具有2/3地面UE和1/3航空UE的情况进行对比。
在上行链路中，小区间的上行链路(UL，Up Link)信号对特定的UE产生干扰。飞行器对服务于地面UE和航空UE的小区间具有更强的UL干扰。航空UE对小区间产生UL干扰，即相邻小区与无人机的服务小区采用相同的载波频率。因此使用该小区的UE的UL信号被无人机干扰。因此与航空UE是地面UE的情况相比，由航空UE相关的小区服务的UE会受到更多的UL干扰。航空UE的干扰也有所增加，但没有地面UE严重，因为航空设备基于增长的视距率更占主导地位，这些观察结果如图3所示。
图2和图3中描述的DL和UL信号质量下降表明了本申请正在寻求解决和改进的两个问题。图2和图3的对比显示了UL和DL之间的信道质量差异，其中UL平均比DL好5db。如果不使用抗干扰技术，可能会导致航空设备能够同步到小区，但由于其无法接收DL信息(Msg2等)而不能完成连接。因此，任何预期的抗干扰技术都必须在随机接入信道(RACH，RandomAccess Channel)过程中尽早被激活。
由于飞行器(AV)引入到网络的干扰问题，航空设备可能有义务通知系统其为航空设备。在这种情况下，eNB可以采取必要的措施来保证AV设备不会影响系统性能。在一些情况下，可以解释为连接限制，甚至连接拒绝。另外，网络应该能够检测并拒绝连接任何没有报告或错误报告其为航空设备的航空设备。
评估用户k的DL性能和UL性能的两个主要指标分别是DL噪声比(SINR,signal-to-interference-plus-noise ratio)
Figure BDA0002303652960000021
和UL SINR
Figure BDA0002303652960000022
下行链路SINR由以下公式1获得：
Figure BDA0002303652960000023
其中，
Figure BDA0002303652960000024
为用户k处服务小区i的下行链路平均接收信号功率，
Figure BDA0002303652960000025
为用户k处干扰小区j的平均接收信号功率，
Figure BDA0002303652960000026
为噪声功率。
上行链路SINR由以下公式2获得：
Figure BDA0002303652960000031
其中，
Figure BDA0002303652960000032
为用户k处服务小区i的上行链路平均接收信号功率，
Figure BDA0002303652960000033
为小区i处干扰用户l的接收信号功率，
Figure BDA0002303652960000034
为噪声功率。
需要注意的是，假定在特定的传输时间间隔(TTI)内，服务小区只服务一个用户，占用整个带宽(完全分配)。N为网络中小区的总数，K为网络中活跃用户的总数。
一般来说，平均接收功率Prx由以下公式3获得：
Prx[dBm]＝Ptx+Gtx-PL-SF+Grx
其中，Prx为发射功率，Gtx和Grx分别为发射机和接收机的天线增益，PL为发射机和接收机之间的路径损耗，SF为阴影衰落因子。
干扰管理一直是通信系统中一个活跃的研究课题，现已提出了各种方法。LTE也有几种处理不同类型干扰的标准化方法，其中一些已建议航空设备复用。所提出的抗干扰技术包括以下处理方式:
·小区间干扰协调(ICIC)和增强型ICIC(eICIC)
·上行链路功率控制
·波束形成/波束转向
·垂直天线功能分区
·协同多点传输(CoMP)
·访问和连接控制
需要注意的是，任何已经标准化的方法都是在LTE网络中假设只有地面UE的情况下引入的。航空设备的高度完全改变了LTE网络规划，这些技术可能需要不同程度的调整和/或增强来有效地应用于飞行器，同时保持现有地面UE的性能。
下面将更详细地描述上面提到的各种选项。
LTE中最初引入的是ICIC，ICIC为一种在小区边缘为用户进行小区间干扰协调的方法。其主要的概念是相邻小区被协调传输在频谱的不同部分的不同功率水平。因此，在小区边缘，只有一个小区在给定数量的资源块中占主导地位，参见图4的左边部分，虽然这种方法可以启用所需的频率复用因子为1，但其要求小区以更低的功率传输大部分带宽，从而降低整体网络性能。另外，只在小区边缘处理干扰。因此，这一方式不能应用于异构网络(HetNets)中，该网络的微微蜂窝(pico-cell)可以位于宏eNB的中心。
为了进一步引入干扰限制方法，3GPP引入了新的ICIC增强技术eICIC。最显著的区别是引入了几乎空白的子帧(ABS，Almost Blank Subframes)，其中宏小区必须遵守一组预定义的网络配置，包括只传输广播信息的特定子帧(例如：小区特定参考信号(CRS，Cell-specific Reference Signal)、主同步信号(PSS，Primary Synchronization Signal)、辅同步信号(SSS，Secondary Synchronization Signal)、物理广播信道(PBCH，PhysicalBroadcast Channel))，而监控和数据信息信道是无噪的(例如物理下行共享通道(PDSCH，Physical Downlink Shared Channel)、物理专用控制通道(PDCCH，Physical DedicatedControl Channel)、物理混合ARQ指示通道(PHICH，Physical Hybrid ARQ IndicatorChannel)、物理控制格式指示通道(PCFICH，Physical Control Format IndicatorChannel))，参见图4的右边部分，允许例如微微蜂窝使用几乎不受干扰的子帧在区域服务用户，该区域中的宏eNB仍然是主导小区，称为小区范围扩展(CRE，Cell Range Extension)区域，从而效地将大量宏eNB通信量卸载到微微蜂窝，并允许更小小区服务的UE的高质量连接。
值得注意的是，进一步增强型ICIC(feICIC)增加的特性包括向UE发送干扰小区(攻击者)的网络辅助信息，使接收机可以进行干扰重构和消除，进一步消除下行信号中的干扰。在ICIC和eICIC这两种方法中，基站之间采用X2接口进行协调。
上行功率控制是网络根据物理层参数控制每个UE的发射功率，以确保UL接收机功率在期望范围内的过程。每个上行物理通道根据其接收需求都可以完成，因为每个上行物理通道都可以遵循不同的公式。例如，以下公式4显示了PUSCH对应的功率控制公式：
PPUSCH(i)＝min{PCMAX,10·log(MPUSCH(i))+P0_PUSCH(j)+a(j)·PL+ΔTF(i)+f(i)}[dBm]
其中，PPUSCH(i)为子帧i中的PUSH发射功率，PCMAX为基于UE功率等级的所述UE的最大发射功率，MPUSCH(i)为子帧i中所述UE中分配的物理资源块的数量，P0_PUSCH为标称的PUSCH功率，a(j)为加权因子，PL为估算的路径损耗，ΔTF(i)为对给定的子帧i进行不同调制和编码的因子，f(i)为网络应用中的闭环功率矫正。其他物理通道根据每个通道的可靠性要求也有类似的功率表达式。
因此，UE的最终发射功率是几个物理层参数(功率等级、路径损耗、分配资源、调制和编码)的函数，但也可以通过上行链路中发送的发射功率控制(TPC，transmit powercontrol)命令来控制。UE的UL发射功率越大，其引起的用户间干扰就越大。通过限制功率，引起的干扰也会受到限制，但与之相对应的是朝向其服务小区的UE UL性能降低。
通常，波束形成是一种将天线发射的功率聚焦到特定方向，同时也接收特定方向具有更高接收功率的发射，并且在干涉的方向上有“孔”的天线方法。除了最大发射/接收方向(天线横向)外，波束形成还有一些其他特性，如波束宽度，即接收/发射波束瓣的宽度。这些特性通常由天线的3D模式来表示或者由方位角和仰角平面模式来表示，如图5所示。图5显示了典型3扇区蜂窝基站天线的3D和2D天线模式。
波束形成的一个常见用途是网络规划和小区功能分区。每个扇区被设计为覆盖一个特定角度宽度。在LTE中，eNB天线设计成120°波束宽度，这样三个扇区可以覆盖所有360°方位角。分区的目的是让相同eNB的扇区彼此之间的干扰更小。通过这样操作，网络可以复用所有扇区的相同频带(频率复用因子为1)。图5显示了3扇区天线发射模式的典型实施例。波束转向是一种波束的天线横向被转向到一个特定的方向而不是一直指向一个固定的方向的技术。
上面已描述利用定向天线实现频率复用因子为1的水平面分区。天线扇区可以覆盖不同仰角的仰角面中也可以采用类似的方法，如图6所示。图6为3扇区水平分区和2扇区垂直网络分区的一个实施例。这样，每个仰角波束可以复用相同的频率资源，并成倍提高频谱效率。该技术的一个缺点是，进一步的扇区细分允许用户彼此靠的非常近，从而导致DL和UL干扰的增加。在全维多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)环境下，LTE中的3D波束形成被标准化。
CoMP是一种eNB协同技术，用于提高UE的吞吐量性能，尤其是位于小区边缘的UE。小区边缘处的UE通常通过两个或更多个小区可见。
在下行链路中，CoMP有三种“口味”：联合发射(JT，Joint Transmission)；协调调度与波束形成(CS/CB，Coordinated Scheduling and Beamforming)；动态点选择(DPS，Dynamic Point Selection)。在JT CoMP中，DL信号可以从两个或多个小区发射，而不是一个小区，从而显著提高了DL SINR。在CS/CB中，数据从一个eNB传输到一个单独的UE。调度决策和任意波束被协调以控制可能产生的干扰。在DPS CoMP中，UE从可用的CoMP小区中选择最佳的DL信号。图7描述了联合处理(JP，Joint Processing)和DPS方法。
在上行链路中，CoMP有两种“口味”:联合接收(JR，Joint Reception)及协调调度(CS，Coordinated Scheduling)。在JR CoMP中，UE可以通过网络级的信号组合向多个小区发射，提高UL SINR。CS CoMP方案通过协调eNB之间的调度决策来运行，以最小化干扰。
CoMP也可以被认为是一种抗干扰技术，因为小区间为额外的服务小区，而不是干扰。缺点是，CoMP是一项复杂的技术，因为它不仅需要控制，可能还需要在不同节点之间交换数据。
显然，与航空设备有关的若干问题仍未得到解决，本申请设法解决这一领域中的一些突出问题。
发明内容
本发明内容以简化的形式介绍一些概念，更详细的描述详见具体实施方式。本发明内容的目的不是为了确定所要求的主题的主要特征或基本特征，也不是为了协助确定所要求的主题的范围。
第一方面，本申请实施例提供了一种减少多个无线通信设备之间通信干扰的方法，其中至少第一无线通信设备在无线接入网中移动，所述方法包括：根据干扰协调方法中的一种或多种组合方法，识别第一移动无线设备为航空设备；所述干扰协调方法包括波束形成和转向处理，以及指明所述第一移动无线设备位置的标准集合中的一个或多个标准。
优选地，网络的执行方法至少包括以下一个方法：增长通信中预设部分信号的功率；减少干扰信号的功率；减少航空设备附近干扰小区的数量。
优选地，所述方法还包括：采用至少一个联合发射；降低一个或多个干扰小区的协调调度；波束形成和动态指向选择，以实现干扰协调方法。
优选地，所述方法还包括：当航空设备进入网络中的小区时，根据所述航空设备的信道质量确定质量度量；根据所述航空设备的预测位置，确定用于第一函数的服务小区数量；根据所述航空设备的所述预测位置，确定用于第二函数的无噪小区数量；根据确定数量的第一服务小区或第二服务小区，协调所述航空设备的监控和数据需求。
优选地，所述航空设备能够通过波束形成和转向处理，使天线转向至预设的服务小区。
优选地，所述方法还包括：激活波束形成，以提高度量；获取所述服务小区；调整所述波束的视距，以减少通信中的干扰。
优选地，所述航空设备包括多个天线，所述方法依赖于所述航空设备选择的通信中受到最小干扰的天线。
优选地，所述标准集合包括一个或多个：到达角估值；传播角估值；位置估值；航空设备的速度估值；路径损耗估值；报告频率内小区的方案；MIMO测量值；航空设备标识；明确信令。
优选地，所述无线接入网为新无线网/5G网。
优选地，所述第一移动无线设备为无人机。
第二方面，本申请实施例提供了一种基站，用于执行本申请第一方面所述的方法。
第三方面，本申请实施例还提供了一种UE，用于执行本申请第一方面所述的方法。
第四方面，本申请实施例还提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机可读指令，所述指令适于由处理器加载以本申请第一方面所述的方法。
所述非暂时性计算机可读存储介质可以包括硬盘、只读光盘(CD-ROM，CompactDisc Read Only Memory)、光存储设备、磁存储装置、只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，electrically erasable programmable read only memory)和闪存(FlashMemory)中的至少一个。
附图说明
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中的元件已被简化，并不一定按比例绘制。以方便理解，各附图中已包括参考标记。
图1为现有技术中地面设备和航空设备的网络设置的简化图。
图2为现有技术中存在航空设备和不存在航空设备时地面UE和航空UE的下行链路信噪比累积分布函数(DL SINR CDF)的曲线图。
图3为现有技术中存在航空设备和不存在航空设备时地面UE和航空UE的上行链路信噪比累积分布函数(UL SINR CDF)的曲线图。
图4为现有技术中ICIC子帧和eICIC子帧的简化图。
图5为现有技术中典型3扇区蜂窝基站天线的3D和2D天线图案的简化图。
图6为现有技术中3扇区水平网络分区和2扇区垂直网络分区的一个实施例的简化图。
图7为现有技术中JP和DPS下行链路CoMP的曲线图。
图8为本申请实施例提供的采用ABS使两个联合发射小区和两个无噪小区的小区间干扰协调的X2通信的简化图。
图9为本申请实施例提供的具有JP CoMP与eICIC/ABS不同组合的航空UE的DLSINR CDF的曲线图。
图10为本申请实施例提供的混合集成电路方法的时序图。
图11为本申请实施例提供的使用全向天线时飞行器干扰影响小区间干扰的简化图。
图12为本申请实施例提供的使用波束形成时飞行器小区间抗干扰的简化图。
图13为本申请实施例提供的具有未知波束形成的航空UE的两个DL SINRCDF的曲线图。
图14为本申请实施例提供的存在全向地面UE时具有未知波束形成的航空UE的ULSINR CDF的曲线图。
图15为本申请实施例提供的存在具有未知波束形成的航空UE时全向地面UE的ULSINR CDF的曲线图。
图16为本申请实施例提供的使用LOS已知波束形成时飞行器小区间抗干扰的简化图。
图17为本申请实施例提供的具有未知波束形成的航空UE的DL SINR CDF的曲线图。
图18为本申请实施例提供的存在全向地面UE时具有已知波束形成的航空UE的ULSINR CDF的曲线图。
图19为本申请实施例提供的存在具有已知波束形成的航空UE时全向地面UE的ULSINR CDF的曲线图。
图20为本申请实施例提供的服务小区和航空设备之间的视距方位角和天顶角的简化图。
具体实施方式
本申请所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请涉及一种减少飞行器(AV)可能在网络中引入和受到的上行链路干扰和下行链路干扰的方法，包括如一个或多个LTE基站(eNB)以及地面用户设备(UE)和航空用户设备(UE)。所述方法也可以应用于未来的5G/NR基站(gNBs)和其他功能类似和/或遇到类似问题的基站。
本申请提供处理航空设备识别到的干扰问题的多种方法。所述多种方法可以单独使用或者组合使用以减少干扰影响。概况来说提供了以下方法。
利用几乎空白子帧(ABS)继承联合发射CoMP和eICIC特性的混合抗干扰方法。
eNB的网络辅助波束转向方法，用于辅助航空设备的波束形成能力，使其波束转向服务小区和航空设备之间的视距。
LTE网络的标准集合，用于识别未告知自身为航空UE的航空UE。这可能会给网络带来未处理的干扰。
现在对上述用于抗AV干扰的混合eICIC/CoMP方法进行描述。正如前面图2所示，与地面设备相比，航空设备的DL SINR有显著的下降(50％CDF时为10dB,90％CDF时为20dB)。造成这种情况的一个原因是航空设备到小区间的可见度提高了，增加了公式1分母的干涉总和。基于图2，将近40％的时间，天线DL SINR低于-6dB的运行极限。
下面的两个解决方案可以单独使用，也可以组合使用来解决这个问题。第一个解决方案建议使用类似于DL JP CoMP的方法来增加服务小区的数量。这样可以提高有用信息信号的功率，降低干扰信号的功率。第二种解决方案是使用与eICIC相似的方法以及使用ABS来减少干扰小区的数量，这样可以减少干扰信号的功率。JP CoMP、eICIC/ABS、JP CoMP+eICIC/ABS对应的DL SINRs分别由以下公式5、公式6、公式7获得：
Figure BDA0002303652960000091
Figure BDA0002303652960000101
Figure BDA0002303652960000102
其中，M为适用于JP CoMP的小区总数，L为应用于eICIC/ABS的小区总数。
通常，eNB具有航空UE关于多个频率内干扰小区的可用参考符号接收功率(RSRP)和参考符号接收质量(RSRQ)报告。因此可以确定哪些小区是最主要的干扰，哪些小区是最不主要的干扰。为了获得最大的DL信噪比增益，给CoMP选择最主要的干扰，给ABS选择最不主要的干扰。或者，由于增加的LOS概率，eNB可以获得航空设备位置的可靠估算。然后，eNB可以根据航空设备的位置和网络布局知识，通过干扰功率对干扰进行分类。最后，服务小区报告的RSRQ可以确定所需的CoMP和ABS小区的数量，以建立可靠的DL连接。如果航空设备在该小区的覆盖范围之外，eNB可以在本方法中不使用这种特定小区。
在确定了JP CoMP小区的数量M和eICIC/ABS小区的数量L后，eNB可以向这些小区发出信号，表明其打算为航空设备服务。然后，eNB可以发送所需的调度控制信息(调度的子帧、频率资源等)，类似于发送到航空设备的信息，以允许M+L个小区之间的协调。对于CoMP小区，必须从网络中额外取回航空设备的DL包。一种新的混合网络消息可以引入与小区共享，用于执行CoMP和/或eICIC。这一处理可以适用于移动的航空设备。当航空设备移动时，可以受到来自不同小区的不同接收信号功率。小区可以添加到干扰列表中，或者从干扰列表中移除，或者从CoMP变更到eICIC中，反之亦然。
下面是对eNB应用所提供的混合CoMP/eICIC抗干扰技术这一过程的高级描述。当一个飞行器连接一个LTE小区(通过RACH)时，基于RSRQ或任何其他可用的信道质量指标或任何其他eNB推断的信道质量指标，该eNB与指向服务小区的航空设备信道质量相对应，决定是否需要DL抗干扰技术。如果需要，则将指向其频率内小区的航空设备的可用信道质量与其他信道质量进行区分。基于指向服务小区的航空设备的信道质量和航空设备的估算位置：用于航空设备的JP CoMP的频率内小区的总数M及小区标识；用于航空设备的eICIC/ABS的频率内小区的总数L及小区标识。所需的监控和数据信息与网络协调并共享，以便在一组预定的DL TTI期间，航空设备从M个频率内小区接收相同的PDSCH数据，而L个频率内小区采用ABS进行降噪。
图8显示了采用JT-CoMP+eICIC/ABS混合方法的多个干涉协调的eNB间的X2接口。X2接口为允许相邻小区之间进行通信的接口。在一个实施例中，两个小区传输PDSCH到航空设备(服务小区#0和#1)，两个小区传输ABS(无噪小区#0和#1)。航空设备的原始服务小区需要向每个协调小区传输类似的控制信号，并指明每个协调小区是JT小区还是ABS小区。指明为JT的小区额外要求PDSCH数据内容表明航空设备通过X2接口进行通信。
通过X2发送到所有协调小区的监控信息需要包括航空设备所有所需的调度信息(TTI、频率分配信息等)，以便eNBs知道何时以及为航空设备服务准备哪些资源。发送到JT小区的数据信息必须是原始服务小区打算传输到航空设备的确切PDSCH信息。
图9显示了JP CoMP和eICIC/ABS不同组合的航空设备的网络性能，从而提出一种混合抗干扰方法。图中可以提供不同技术及其组合的SINR增益，以及用于CoMP和/或eICIC的不同小区数。
图10显示了所提出的混合集成电路方法的时序图。在一个实施例中，eNB从所连接的UE及其测量报告中接收AV指示。该测量报告包含了UE可能重新选择或移交的频率内(相同)小区和频率间(不同)小区的RSRP/RSRQ测量值，其为相邻小区的功率和质量的测量。在这种情况下，频率内RSRP/RSRQ报告可作为一个指标来定义该UE受到的干扰量。基于RSRP/RSRQ，eNB确定JT和ABS小区的数量和标识。eNB将其执行航空干扰协调的意图通知各小区，并接收这些小区的答复。当接收到航空设备的DL包时，eNB将所需的调度/监控信息发送到协调小区。对于CoMP小区，eNB还使用X2接口发送航空设备的DL包。
定向天线为使用相同频段来避免小区间干扰的有效方式。这意味着在基站中，公式3中Gtx的天线增益模式实际上是一个函数的方位角
Figure BDA0002303652960000112
和天顶角θ。也就是说，
Figure BDA0002303652960000113
其中
Figure BDA0002303652960000114
θ＝0°表示宽面方向。宽面是天线的最大信号发射和接收方向，其常被用作测量方位角和天顶角的参考方向。
UE天线一般假设为全向天线，即天线增益与信号方向无关，即
Figure BDA0002303652960000111
这对于地面UE来说是必要的，因为基于丰富的散射地面环境，可以从任何角度接收服务小区信号。
对于航空UE，来自服务小区和小区间的信号很可能来自各自的LOS。全向天线的使用使得干扰小区干扰了服务小区到天线设备的DL信号，而航空设备干扰了到网络其他(地面和航空)UE的UL信号，如图11所示。因此，定向天线的使用对于抑制大量小区间的干扰是非常有用的。抗干扰依赖于所使用的波束宽度和宽面方向。
如果UE是未知(不知道)方向的服务小区，假设该UE为可用UE，其可以指定一个固定方向，例如指向行进(DoT)方向，该方向的方位角
Figure BDA0002303652960000124
和天顶角θ取决于如网络的点间距离(ISD，inter-site-distance)。通过这样操作，UE抑制了一些小区间干扰，因为LOS信号到达UE并从宽面方向离开信号会衰减，如图12所示。未知波束形成方法的一个缺点是UE可能指示其波束远离服务小区，这将降低服务小区信号的接收功率和航空设备的UL和DL性能。因此，如果光束过窄，会对服务小区信号的接收产生负面影响，从而降低DL信号的质量。
仿真表明，只有少数未知波束形成的波束宽度提供平均约1dB的DL SINR改进，如图13所示。更宽的波束宽度允许更多的DL干扰，而更窄的波束宽度的指向距离服务小区太远。因此，未知波束形成是相关的，但不太可能显著提高航空设备的DL性能。
在UL中，未知波束形成的使用严重降低了天线的性能，如图14所示。但是，与航空设备使用全向天线相比，在航空UE使用未知波束形成时，地面UE的性能显著提高，如图15所示。实际上，使用非常窄的波束会导致航空设备引起的干扰比小区间UE引起的干扰少。
图13至15显示了使用未知波束形成仅有的几个优点。在DL中，在波束宽度范围很小的情况下，航空设备信号的改善幅度很小。图13显示了具有未知波束形成(DoT追踪)的航空UE的两个DL SINR CDF。θ3dB和
Figure BDA0002303652960000121
分别为3dB波束宽度时的天顶角和方位角。图14显示了存在全向地面UE时具有未知波束形成(DoT追踪)的航空UE的UL SINR CDF。θ3dB和
Figure BDA0002303652960000122
分别为3dB波束宽度时的天顶角和方位角。图15显示了存在具有未知波束形成(DoT追踪)的航空UE时全向地面UE的UL SINR CDF。θ3dB和
Figure BDA0002303652960000123
分别为3dB波束宽度时的天顶角和方位角。
在UL中，地面UE的性能得益于空中未知波束形成的使用，但是，航空UE的性能严重退化，可能达不到航空设备UL的高数据速率要求。
在航空设备感知(知道)到服务小区方向的情况下，航空设备通过估算和/或从eNB接收获得，航空设备可以波束转向天线宽面到服务小区，并最大化其DL接收功率。DL SINR的提高依赖于波束宽度，如图17所示
在UL中，航空设备的波束宽度对其UL SINR影响不大，如图18所示。同时，通过将航空设备的波束从小区间移开，航空设备现在引起的UL干扰更少，这也是所使用的波束宽度的功能，如图19所示。
在飞行器无法自己估计服务小区方向的情况下，该方向可以通过服务小区发送到达的LOS方位角(AoA)估值和到达的天顶角(ZoA)估值来传输给航空设备，该LOS方位角和天顶角与预定义的协调系统相关，如图20所示，显示了服务小区和航空设备之间的LOS方位角和天顶角。然后，UE可以指向该方向，以提高DL和UL SINR，并减少干扰。在AoA/ZoA角初始通信后，利用UE根据其行进速度和方向(DoT)将波束转向到服务小区，或者周期地从eNB获取AoA/ZoA。
任何抗干扰技术都必须在RACH过程中尽早启用。但是，AoA/ZoA可能很难通过最初的连接步骤((Msg2，Msg4)进行通信。如果是这样的话，UE可以通过例如PSS/SSS处理和通过RACH连接，执行同步。首先，未知波束形成被激活，以获得对诸如SINR之类的度量的初始提高。其次，波束被转向或旋转，直到获得一个服务小区。然后，降低高度，直到小区内的干扰减弱为止。这些可能发生在航空设备飞行的初始阶段。
连接后，eNB可以帮助UE找到LOS方向，进一步改善UL和DL与服务小区的通信，减少UL对其他UE的干扰。
飞行器应该传输其波束形成能力，例如波束宽度、波束转向和波束追踪能力。对于波束宽度，AV可以在垂直和水平平面上传输3dB波束宽度和最大衰减。
下面的列表描述了飞行器和eNB之间的高阶过程和消息交换，以实现所提出的功能。UE激活波束形成并执行小区采集。UE可能必须转向其光束，直到能够成功地接收到来自服务小区的DL信号。在连接时，例如通过RACH完成连接，以及在无线资源控制(RRC，RadioResource Control)连接期间，UE通过RRC UE性能信息消息通知eNB其波束形成性能，可能包括以下波束形成特性，如：
AV-波束形成激活为飞行器波束形成标志；
AV-H-波束宽度为水平方向上的3db波束宽度；
AV-V-波束宽度为垂直方向上的3db波束宽度；
AV-max-H-波束衰减为水平方向上的最大天线衰减；
AV-max-V-波束衰减为垂直方向上的最大天线衰减；
AV-波束转向激活为飞行器波束转向能力标志；
AV-波束追踪激活为飞行器波束追踪标志。
一旦接收到波束形成性能，在具有激活波束形成和波束转向性能的情况下，如果支持，eNB可以通过信令估算到UE的AoA/ZoA角。当UE发出波束形成和波束转向性能的信号，但没有波束跟踪性能，eNB可以通过信号周期性地估算到UE的AoA/ZoA角，从而使UE纠正其波束方向。eNB可以使用UE波束形成报告的性能来估计天线引起的UL干扰水平，并确定是否需要适应其UL功率传输，以及在何种水平上进行适应。
在一个更简单的实施例中，AV侧的波束转向可能考虑飞行器默认嵌入多个分区天线。举例说明，假设一架四旋翼无人机(有四条腿)每条腿有一个天线，可能会进一步降低在飞行事件(高角度偏航、横摇或俯仰)中隐藏天线的概率。然后AV可以选择提供最佳SINR的天线，并对另一个天线进行定期测量，以便在需要时预测切换。
这种方法可以通过以下至少一种方式来实现。仅依赖AV(UE)决策，不涉及网络影响，扩展现有LTE天线选择特性，支持更多天线和空中情况。
网络可能需要检测到任何没有正确报告自身为航空设备的航空设备，以防止未报告的航空设备带来的任何未处理干扰的网络性能下降。这可能要求eNB能够有效地检测UE是否是飞行器并采取相应的行动。eNB可以使用一种或多种方法来进行飞行器检测。
eNB可以对ZoA进行估算，根据结果在UE设备被认为是一个航空设备后可以设定一个ZoA极限。ZoA极限可以依赖于如eNB天线高度、当地环境、最大/平均建筑高度以及其他类似的参数。但是，拒绝连接的ZoA标准可以标准化，以便所有eNB遵循相同的标准拒绝航空设备。
角扩散(AS，Angle Spread)估算并不是一种有效用于飞行器探测的独立方法，因为地面UE也可能受到低AS，例如地面UE在LOS中时。但是，由于航空设备具有较高的LOS概率，导致角差非常小，因此AS估算可以作为其他航空设备检测方法的一种理想补充方法。如果其他检测方法已经表明UE是一个航空设备，那么AS估算可以用于确认核对，例如，如果估计的AS很低，那么eNB可以确定UE是一个航空设备。如果AS很高，那么eNB可以在决定拒绝连接之前重新估算ZoA和AS。表示UE不是航空设备的角度扩展范围可以标准化。
ZoA估算显示了设备的天顶方向，而3D定位可以直接提供设备的位置估算，包括设备的z轴坐标。根据这些信息，eNB可以添加另一个标准，以确定UE是否是航空设备。到达的观测时间差(OTDOA，Observed Time Difference of Arrival)是一种估算地面x-y平面UE位置的二维方法，其基于ti，0＝ti-t0形成的双曲线的交点，其中ti，0是小区i和参考小区0之间的推导时间差。为了求解UE的两个坐标(x,y)，可能需要对地理分隔且具有良好几何形状的eNB进行至少三次定时测量。该方法的设计假定UE在地平面内移动。对于航空设备，这种假设可能并不总是正确的。因此，要将OTDOA作为一种三维定位方法使用，至少需要一个额外的小区时间测量来求解三个坐标(x,y,z)。这是因为ti，0＝ti-t0形成3D曲面而不是2D双曲线。因此，eNB可能需要处理这个三维几何问题，这与全球定位系统(GPS)中使用的四球交会定位方法有一些相似之处。
速度估计可以提供额外的信息，以便eNB能够区分航空设备和高空区域的户外固定UE(例如天线技术员)，因为航空设备预计以更高的速度移动。速度估计可由可用参数的时间导数得到，可用参数如AoA、ZoA(通过AoZ/ZoA估计获得)或x、y、z(通过定位获得)。多普勒频移估计可以是速度估计的另一种方法，例如基于参考信号的旋转。
路径损耗估计可以提供额外的信息，以便eNB能够区分航空设备和位于高层建筑的室内UE。由于穿透损失，室内UE的路径损耗值更大。
eNB还可以处理UE生成的频率内小区RSRP/RSRQ报告，然后用其确定报告值对于地面UE是否过高。这一信息可以与其他标准结合使用，以确定UE是否实际上是一个航空设备。
网络还可以利用3GPP引入的三维MIMO特性，并由此确定哪个仰角提供与UE的最佳通信路径，并利用这些信息来确定是否将UE标记为航空设备。
eNB如果检测到飞行器的存在，该飞行器还未表明其为飞行器，eNB应该能够通过X2接口将该信息传输给相邻小区。当发生移交时，这些小区可能是航空设备的潜在服务小区。因此，这些信息可以在航空设备的潜在服务小区之间共享，以便采取任何必要的抗干扰措施。
网络检测航空设备的另一种可能性是使用明确信令。每一个AV都应该声明自己是一个航空设备，其可以由多种不同方式实现。例如，通过扩展现有的UE性能或通过引入新的UE性能来指明飞行器，如下：
Figure BDA0002303652960000161
但是，指明某物是航空设备并不总是被认为引起或受到额外的干扰。网络可以设置和广播(如在系统信息块(SIB，System Information Block)中)一个高度阈值，超过这个阈值，UE将被认为是航空设备。高度阈值取决于以下至少一个标准：eNB天线高度；网络环境(宏蜂窝、微蜂窝等)；其他环境属性(平均建筑高度、街道宽度等)。
通过获知UE高度，当UE超过该阈值时，可以通过发信号来通知eNB UE飞行高度超过该阈值。也可以通知相反的情况，即当UE飞行高度不再高于该阈值时通知eNB。
或者，可以引入两个指示。第一个通知航空设备在地面环境上空飞行的性能，另一个通知航空设备实际上是在高度阈值以上飞行。
Figure BDA0002303652960000162
本申请已以各种实施例揭露如上，但上述各种实施例并非用以限制本申请。本申请包括的不同实施例、方案和方法，对本领域的普通技术人员来说是清楚的。本申请适用于任何发现航空设备并准备使用无线通信系统的场景中。
尽管没有详细说明构成部分网络的任何设备或装置，但其可以包括至少一个处理器、存储单元和通信接口，其中所述处理器、所述存储单元和所述通信接口用于执行本申请任意实施例的方法。下面将描述更多选项。
本申请实施例中的信号处理功能，尤其是gNB和UE的信号处理能力，可以由本利领域技术人员所熟知的计算系统或结构体系来实现。计算系统可以是台式电脑、膝上型电脑或笔记本电脑、手持式计算设备(PDA、手机、掌上型电脑等)、主机、服务器、客户端，或者其他任何类型的特殊或通用计算机设备，这些设备可以满足或应用于给定的应用程序或环境。计算系统可以包括一个或多个处理器，该处理器可以执行通用或专用处理引擎，例如微处理器、单片机或其他控制模块。
所述计算系统还可以包括主存储器，例如随机存取记忆体(Random AccessMemory，RAM)或其他动态存储器，用于存储由处理器执行的信息和指令。所述主存储器还可以用于存储临时变量或处理器执行指令期间的其他中间信息。所述计算系统同样可以包括只读存储器(ROM，Read Only Memory)或其他静态存储设备，用于存储处理器执行的静态信息和指令。
所述计算系统还可以包括信息存储系统，该信息存储系统包括，例如媒体驱动器和可移动存储接口。所述媒体驱动器可以包括驱动器或支持固定或可移动存储介质的其他机制，例如硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器、光碟机(CD)或数字视频驱动(DVD)读写驱动器(R或RW)，或者其他固定或可移动媒体驱动器。存储介质可以包括，例如硬盘、软盘、磁带、光盘、CD、DVD，或者由媒体驱动器读写的其他固定或可移动媒介。所述存储介质可以包括存储有特定计算机软件或数据的计算机可读存储介质。
在可选实施例中，信息存储系统可以包括其他类似组件，用于允许计算机程序或其他指令或数据加载到所述计算系统中。这些组件可以包括，例如可移动存储单元和接口，如程序盒式存储器和盒接口，移动式存储器(如闪存或其他移动式存储器模块)和存储器插槽，以及允许软件和数据从移动式存储单元传输到计算系统的其他移动式存储单元和接口。
所述计算系统还可以包括通信接口。该通信接口可以用于允许软件和数据在计算系统和外部设备之间传输。例如，通信接口可以包括调制解调器、网络接口(如以太网或其他网卡)、通信端口(如通用串行总线(USB)端口)、PCMCIA插槽和卡等。通过通信接口传输的软件和数据以信号的形式存在，这些信号可以是能够被通信接口介质接收的电子信号、电磁信号、光学信号或其他信号。
在本申请中，术语“计算机程序产品”、“计算机可读介质”等等一般用于指代有形媒体，例如内存、存储设备或存储单元。这些和其他形式的计算机可读介质可以存储一个或多个指令，供包括计算机系统的处理器使用，以使处理器执行指定操作。这些指令一般被称为“计算机程序代码”(可以以计算机程序的形式或其他分组形式分组)，当这些指令被执行时，能够使计算机系统执行本申请实施例中的功能。需要注意的是，代码可以直接使处理器执行指定的操作，也可以编译后执行指定的操作，和/或与其他软件、硬件和/或固件元素(例如，执行标准功能的库)组合执行指定的操作。
非计算机可读介质可能包括以下一组中的至少一个：硬盘、只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read Only Memory)、光存储设备、磁存储装置、只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，electrically erasable programmable read only memory)和闪存(FlashMemory)。
在由软件实现的实施例中，软件可以存储在计算机可读介质中，并使用例如可移动存储驱动器加载到计算系统中。由计算机系统中的处理器执行的控制模块(如软件指令或可执行计算机程序代码)使处理器执行如本申请所述的功能。
进一步地，本申请可以应用于在网络单元中用于执行信号处理功能的任何电路中。例如，进一步设想半导体商可以在独立设备的设计中采用创新理念，独立设备可以是数字信号处理器的微控制器(DSP)、专用集成电路(ASIC)和/或任何其他子系统元件。
为了描述清楚，上述描述参照单一处理逻辑描述本申请实施例。但是，本申请可以通过多个不同的功能单元和处理器同样实现信号处理功能。因此，对特定功能单元的引用只能被视为对提供所描述功能的适当方法的引用，而不表明严格的逻辑、物理结构或组织的。
本申请的各个方面可以以任何适当的形式实现，包括硬件、软件、固件或这些的任何组合。本申请可以选择性地，至少部分地作为计算机软件，运行在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器或可配置模块上的计算机软件组件，如FPGA器件。因此，本申请实施例中的元件和组件可以以任何适当的方式在物理上、功能上和逻辑上实现。实际上，功能可以在单个单元中实现，也可以在多个单元中实现，或者作为其他功能单元的一部分实现。
虽然本申请已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本申请，本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。此外，尽管可能会出现与特定实施例相关的特征描述，但本领域技术人员可以根据本申请获得所述实施例的各种特征。权利要求中，术语“包括”不排除其他元件或步骤的存在。
进一步地，虽然多个方法、元件或方法步骤单独列出，但其可以由例如单个单元或处理器来实现。另外，尽管不同特征可以包括不同权利要求，但这些特征可以有利地结合，特征列入在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或无利的。同样，包括在一套权利要求中的特征并不意味着对这套权利要求进行限制，而是表明该特征在适当情况下同样适用于其他类别的权利要求中。
进一步地，权利要求中特征的排序并不意味着必须以特定顺序执行所述特征，特别是方法声明中各个步骤的顺序并不意味着必须按照这个顺序执行这些步骤。相反，这些步骤可以按照任何合适的顺序执行。另外，单数引用并不排除复数的情况。因此，单数“一(a)”、“一(an)”、“第一”、“第二”等不排除为复数。
虽然本申请已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本申请，本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。此外，尽管可能会出现与特定实施例相关的特征描述，但本领域技术人员可以根据本申请获得所述实施例的各种特征。权利要求中，术语“包括(comprising)”或“包括(including)”不排除其他元件的存在。

Claims (9)

1.一种航空设备识别方法，其特征在于，至少第一无线通信设备在无线接入网中移动，所述方法包括：
在基站处通过以下信息识别第一无线通信设备为航空设备；
其中，所述信息包括：定位信息、航空设备的速度估值、报告频率内RSPR/RSRQ报告、UE性能和网络设置的高度阈值，当所述信息为网络设置的高度阈值时，且当所述至少第一无线通信设备超过所述高度阈值时，所述至少第一无线通信设备通知基站，并且所述定位信息包括到达角估值、传播角估值及位置估值中的一个或多个。
2.一种减少多个无线通信设备之间通信干扰的方法，其特征在于，至少第一无线通信设备在无线接入网中移动，所述方法包括：
在基站处通过以下信息识别第一无线通信设备为航空设备，所述信息包括：定位信息、航空设备的速度估值、报告频率内RSPR/RSRQ报告、UE性能和网络设置的高度阈值，当所述信息为网络设置的高度阈值时，且当所述至少第一无线通信设备超过所述高度阈值时，所述至少第一无线通信设备通知基站，并且所述定位信息包括到达角估值、传播角估值及位置估值中的一个或多个；
当航空设备进入网络中的小区时，根据所述航空设备的信道质量确定质量度量；
根据所述航空设备的预测位置，确定JP CoMP服务小区数量；
根据所述航空设备的所述预测位置，确定eICIC/ABS无噪小区数量；
根据确定数量的JP CoMP服务小区或eICIC/ABS无噪小区，协调所述航空设备的监控和数据需求。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述航空设备能够通过波束形成和转向处理，使天线转向至预设的服务小区。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述航空设备包括多个天线，所述方法依赖于所述航空设备选择的通信中受到最小干扰的天线。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法通过以下一个或多个标准确定所述航空设备的预测位置,所述一个或多个标准为：到达角估值；传播角估值；位置估值；航空设备的速度估值；路径损耗估值；报告频率内RSPR/RSRQ报告；MIMO测量值；航空设备标识；明确信令。
6.根据权利要求2至5任一项所述的方法，其特征在于，所述航空设备为无人机。
7.根据权利要求2至5任一项所述的方法，其特征在于，所述无线接入网为新无线网/5G网。
8.一种基站，其特征在于，所述基站包括处理器、存储单元和通信接口，所述处理器、所述存储单元和所述通信接口用于执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
9.一种非暂时性计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机可读指令，所述指令适于由处理器加载以执行权利要求1至7任一项所述的方法。
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