CN114730981A - 调整无线传输的极化状态 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种接收器通过监测极化参考信号RSc,j来确定所接收的极化信号的正交性质量的机制，所述极化参考信号RSc,j随时间改变极化或者与极化数据信号对齐。根据质量的不同，复用可能会在极化分复用和空分复用之间发生变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测是否适合使用极化多路复用(PDM)并优化发射器和接收器之间的无线通信链路上的极化设置的机制，例如在根据3GPP的4G-LTE成套规范或其后续技术(通常被称为5G-NR)运行的蜂窝通信系统中。
背景技术
V.M.Kapinas等人在2007年11月20日至22日的塞尔维亚的贝尔格莱德的第15届电信论坛(TELFOR 2007)的题为“无线通信系统中的空间和极化分集方面”("Aspects onSpace and Polarization Diversity in Wireless Communication Systems")的论文中描述了空间和极化分集在通信系统中的实现。US 2015/0214633 A1描述了一种毫米波多输入多输出(MIMO)天线系统，其具有两个用于发送正交极化信号的天线单元。
US 2018/0205438 A1讨论了用于MIMO蜂窝系统的码本设计，其中信号还通过除多个定向波束之外的第一和第二极化(最好是正交极化)传输。每个端口对应一个可控波束和一个极化，其中极化都是固定的。参考信号用于实现对信道质量信息的反馈。
US 2008/0232502 A1涉及另一种采用波束赋型和极化时间编码的MIMO系统，其中极化都被固定在±45°。在WO 2012/045482 A1中描述了提供一对正交的极化状态的具有交替极化状态的极化信号。控制相对的相位以确保极化状态是正交的。
在US 2015/0333885 A1中，双极化天线阵列在波束赋型装置中发送具有两种不同极化的参考信号，以获得角信息来确定到达无线收发器的最佳出发角，其中所述角信息与方向信息有关。US 2007/0135050涉及一种发送正交导频信号，测量相对接收信号强度并向网关报告最强信号的指示的卫星通信系统。可以对这两个导频信号进行编码以进行识别。WO 2018/155977A 1(也作为US 2020/0007197 A1公开)描述了一种发送针对多个波束的第一和第二极化的参考信号并提供反馈信息以标识最佳波束和极化的系统。
图1示出了根据3GPP的蜂窝通信系统。图1中所示的功能实体的细节在3GPPTS36.300(针对4G-LTE)和3GPP TS 38.300(针对5G-NR)中作为示例描述。
例如，在5G-NR的情况下，无线接入网(RAN)由称为gNB的基站组成，向移动通信设备(UE)提供用户平面(SDAP/PDCP/RLC/MAC/PHY)和控制平面(RRC)协议终端。gNB通过Xn接口(图1中的“IF2”)相互连接。所述gNB还通过NG接口(图1中的“IF1”)连接到核心网络(CN)，更具体地说，通过所述NG-C接口连接到接入和移动性管理功能(AMF，负责控制平面或C-平面业务)，并通过所述NG-U接口连接到用户平面功能(UPF，负责用户平面或U-平面业务)。所述NG接口支持AMF/UPF和gNB之间的多对多关系。
发明内容
蜂窝通信系统的每个基站可以在其地理覆盖区域内(即在其无线小区内)通过空中接口控制通信。当移动通信设备(UE)位于一个无线小区的覆盖范围内并在其上驻留时(换句话说，当其在提供覆盖的无线小区中注册时)，它可以与控制该无线小区的基站进行通信。当移动通信设备的用户发起呼叫或呼叫到移动通信设备时，可以在移动通信设备和控制移动通信设备所在的无线小区的基站之间建立无线信道。
当移动通信设备在蜂窝通信系统的覆盖区域内移动时，呼叫的控制权可以在相邻无线小区之间转移。呼叫从一个无线小区转移到另一个无线小区，通常被称为切换(或移交)。切换通常基于由网络配置的UE执行的测量(例如，对服务小区和/或至少一个不同重叠的和/或相邻的无线小区上的下行链路信号强度的测量)。
在本文中，所述术语“呼叫”旨在涵盖各种各样的用例，其中用户数据作为服务基站和移动通信设备之间的活动连接(即，当UE处于运行的RRC连接状态)的一部分通过空中接口进行单向或双向交换。例如，它可以是语音通话、数据通话、互联网数据业务等等。
MIMO是一种基于空间天线分集的技术，通过在发送端和接收端使用多个天线来增加数据吞吐量。MIMO利用无线信息流的多径传播(即所谓的分集增益)，在过去几年中已成为各种无线通信标准的基本元素，如WiFi(IEEE 802.11n和IEEE 802.11ac)和4G-LTE。可以预见，5G-NR(4G-LTE的后续技术)也将支持MIMO运行。
MIMO具体指在同一无线信道上(即使用相同的无线资源)同时发送和接收多于一个数据流的方法，通过利用多径传播来提高数据速率。
在MIMO运行中，网络可指示UE定期或不定期地测量下行链路信道特性，以导出其秩指示符(RI)并将所述RI报告给所述网络(在所谓的闭环方法中)。所述RI是显示多天线配置工作情况的指示器，即,它指示从不同天线发送的各种数据流之间存在多大的相关性(或相互干扰)。“无相关”指“不同数据信号之间无干扰”。不同数据流之间的较低相关性产生有利于传输的较高RI值，因为它能够实现无线资源多次使用。
所述最大RI值与天线数量密切相关。具体而言，如果Tx天线和Rx天线的数量相同，则所述最大RI值与两者的天线数量相同。如果Tx和Rx的天线数量不同，则天线数量较少的一方与最大可实现的RI值相同。例如，在2x2 MIMO的情况下，RI值可以是“1”或“2”。在这种情况下，值“2”意味着“不同天线的信号之间没有相关性”。并且值“1”意味着“来自两个Tx天线的信号被UE认为是来自单个天线的单个信号，这意味着性能最差”。
秩指示的概念对于帮助基站选择最适合的传输模式(TM)非常重要。例如，在下行链路数据传输的情况下，基站可以在以Tx分集模式或以MIMO模式向UE发送下行链路数据之间切换。有关4G-LTE传输模式的详细信息总结如下。
作为信道状态指示(CSI)上报的一部分，RI由UE在上行链路方向发送。CSI可以包括信道质量指示符(CQI)、预编码矩阵指示符(PMI)、预编码类型指示符(PTI)和/或RI。UE用于在上行链路方向上报CSI的时间和频率资源可由eNB配置。因此，RI可以定期或不定期(由事件触发)到达基站。
虽然MIMO技术的主要设计目标是增强数据速率(通过在空中传输不同的数据流)，但同时，MIMO提供了使数据传输更稳健的方法(通过在空中传输相同用户数据包的不同预编码数据流)。实际上，这两种方法(增加数据吞吐量和提高可靠性)可以单独使用，也可以结合使用，具体取决于给定信道的条件。
对于根据4G-LTE“类别3”(及以上)运行的UE，通常有多根天线可用于各种下行链路传输方案，这意味着基站(在4G-LTE的情况下为eNode)具有多个Tx天线，而UE具有多个Rx天线。多天线的存在并不自动要求在所有情况下都采用“MIMO”配置。例如，基础设施侧的两个Tx天线可以以多种方式使用：一种方式是将其用作2x2 MIMO配置，但也可以在Tx分集配置中而不是在MIMO配置中使用这两个天线或者只能使用其中一个天线。在某些情况下，使用各种不同的复用和/或预编码方法(例如，除上述方法外)可能是有意义的。
对于4G-LTE，为每个传输方案定义了特殊名称，即TM。例如，通常所说的“SISO”(单发送天线和单接收天线)被称为TM1，基本的TX分集模式被称为TM2。没有任何来自UE的反馈的MIMO运行被称为TM3，而具有来自UE的反馈的MIMO(例如，以CSI的形式)被称为TM4。在过去几年中，TM的列表稳步增加。关于为4G-LTE定义的各种传输模式的更多细节，例如可以在3GPP TS 36.213的第7.2节中找到。
传输模式还被定义为支持上行方向(即从UE到基站)的数据传输的MIMO。
随着蜂窝技术从现有的4G-LTE系统发展到5G-NR，更高的频率开始发挥作用。例如，在5G-NR中，3GPP最初为Rel-15定义了对两个频率范围(FR)的支持，基本上区分了覆盖蜂窝通信系统的“传统”频率的“低于6GHz”载波频率(称为FR1)和“高于6GHz”载波频率(称为FR2)。后者的频率范围也称为“毫米波谱”。
对于在更高载波频率(如毫米波谱)上运行的无线通信系统(至少是部分)，使用定向天线和波束指向方法可能特别有用。
最近，3GPP进行了新的讨论，将FR1的上限从6GHz提高到7.125GHz，并将其下限从450MHz扩展到410MHz。同时，FR2的限制也可能被重新定义，可能如下：预计FR2的下限将被设置为24.25GHz，上限将被设置为52.6GHz。
关于FR2的上限，5G-NR的物理层被设计为针对52.6GHz以下的使用进行优化，并具有用于52.6GHz以上的可能性。然而，与低频带相比，52.6GHz以上的频率面临着更困难的挑战，例如更高的相位噪声、由于高大气吸收而产生的严重传播损耗、较低的功率放大器效率以及强大的功率谱密度监管要求。
目前，未来的3GPP版本中可能会定义一个新的频率范围(例如，FR4)，以允许在52.6GHz以上的潜在上限约为115GHz的载波频率上部署5G-NR。对于5G-NR标准的未来版本，该频率范围需要进行何种物理层调整(如果有的话)仍有待研究。在引入更大带宽、新波形和修改程序方面，可能需要进行优化。
如上所述，尤其是在更高频率范围(如FR2和/或FR4)的操作中，5G-NR可以使用智能天线和波束赋型/指向方法。为了使用给定的功率预算实现更大的覆盖范围，或者利用在更高频率上运行的无线链路提供的良好空间重用特性，部署的基站可以利用定向发送和接收技术与移动通信设备通信。可以通过天线阵列实现无线信号在某一方向上的明显定向，例如相控阵系统(使用有限数量的固定预定义覆盖模式实现波束赋型)和/或自适应阵列系统(使用根据各自场景实时调整的无限多个模式实现波束指向)。
天线阵列是一个包含一定数量不同天线单元的天线系统。这些单个天线单元的几何排列可能会有显著不同，并决定如下波束赋型特性：将多个天线单元排列成一排(例如，1x8阵型)能够在(预定义)传播平面内进行二维波束赋型。以矩阵格式排列(例如，8x8阵型)能够在(预定义的)传播空间中进行三维波束赋型。
定向天线方向可用于发送和接收。例如，在发射(发射波束)时，波束赋型是指通过无线信道将无线能量引导到特定地点或特定方向的能力。通过调整各个单天线单元处发射信号的相位和振幅，可以实现相应信号的建设性叠加，从而增加传播到特定方向的接收信号强度。终端用户可以例如通过提高终端用户吞吐量来感知这种效果。通常，向某一特定地点或区域的集中传输伴随着相应无线波束宽度的减小。类似地，在接收(接收波束)时，波束赋型是收集来自特定方向的信号能量的能力。
在某些场景下，为了在上行链路(UL)和下行链路(DL)方向上稳定地提供高性能，无线波束可能会不断适应周围环境和/或设备的移动。波束适应过程可以基于相应对等设备提供的反馈。这就是所谓的波束指向。
在本发明的范围内，定向无线链路可包括图2所示的Tx波束(在发射器处)和/或Rx波束(在接收器处)。在本发明的范围内，当只有一侧的波束(Tx或Rx)具有定向天线特性，而另一侧的波束(Rx或Tx)的定向天线特性不太明显(即，另一侧甚至可能具有(几乎)全向天线特性)时，也可以创建定向无线链路。
输入到形成天线阵列的不同天线单元的各个信号的相对相位是以如下方式设置的，即整个阵列的有效辐射模式在所需方向上被增强，同时在不需要的方向上被抑制。单个天线单元之间的相位关系可以是固定的(用于波束赋型)，也可以是可调的(用于波束指向)。
一个定向天线波束(例如，通过一维天线阵列产生，如上述1x8的相位阵列)通常由指向所需信号增强方向的强主瓣和至少一个强度小得多的副瓣组成。
构成天线阵列的单个天线单元的排列方式可以使两个正交偏振状态的波列同时通过相同的无线信道(即使用相同的无线资源)进行发送和/或接收。这种方法被称为极化分复用(PDM)，下面将详细解释。为了实现这一点，相应的天线阵列由两个子阵列(每个极化一个子阵列)组成，其中每个子阵列可被设计为由专用无线链(每个极化一个专用无线链)控制。例如，可以在天线阵列的每个点处布置一对天线单元(每对天线单元由两个旋转90度的单个单元组成)，如爱立信题为“5G网络的先进天线系统”的互联网白皮书中所述。
如上所述，3GPP目前正在为5G-NR讨论一个新的频率范围(FR4)。由于在这个新频带中传输的无线信号的波长较短，FR4的天线设计将允许每个表面积有更多的天线单元，从而将天线阵列的整体尺寸保持在合理水平。因此，为在FR4中使用而形成的无线波束可能变得特别薄。无线波束越窄，沿途受到反射的可能性就越小。
本发明在无人驾驶飞行器领域具有现实意义。无人机或无人驾驶飞行器的数量预计将在未来几年快速增长。无人机的许多使用案例，如包裹交付、搜救行动、耕作、监测关键基础设施、保护野生动物、飞行监控摄像头等，都将受益于为无人机配备UE功能并将这些无人机UE连接到蜂窝通信网络。
地面上的传统UE群体与在高空运行的无人机UE之间的主要区别在于无线电波的辐射模式。由于在更高的位置，无人机UE和基站天线之间的衰减障碍物更少，因此反射发生的可能性更小(与“传统”零高度UE相比)。因此，对于将无人机UE连接到蜂窝通信网络，基于PDM的传输方案看起来比基于SDM的传输方案更有希望。
因此，本发明可能特别适用于经常改变巡航高度的无人机UE：在地面附近，基于SDM的传输方案可能被证明是有用的，而在空中，基于PDM的传输方案可能更适合为无人机UE服务。
极化分复用(PDM)是一种用于复用电磁波上携带的信号的物理层方法，通过使用两个正交极化状态的无线电波在同一无线资源(例如，根据4G-LTE或5G-NR蜂窝通信系统的时间/频率网格的资源)上传输不同的信息波列。
这种多路复用方案用于微波链路，例如卫星电视下行链路，通过在卫星碟形天线中使用两个正交极化馈电天线将带宽增加一倍。它还可用于光纤通信，在同一根光纤上分别发送单独的左右圆极化光束。
极化技术长期以来一直用于无线传输，以减少在同一信道上传输的两个数据流之间的干扰，尤其是在VHF频率及更高频率下。在某些情况下，通过使用正交极化同时传输两个单独的无线信号波列，可以使无线链路的数据速率加倍。例如，在点对点地面微波链路中(在发射器和接收器通常是刚性安装的场景中)，发射天线可以有两个馈电天线；一个垂直馈电天线，通过垂直面上的电场发射微波(垂直极化)，以及一个水平馈电天线，以相同的频率发射电场矢量向垂直面旋转90度的微波(水平极化)。这两个独立的波列(或数据流)可由接收站的垂直和水平馈电天线接收。对于卫星通信(发射器和接收器相对彼此移动的场景)，通常使用正交圆极化(即右旋圆极化和左旋圆极化)来代替，因为相关天线的相对方向不会改变圆旋转的方向。
一个双极化系统通常由两个独立的发射器组成，每个发射器都可以连接到一个单极化天线。然而，辐射两个独立的极化状态也可以通过单个双极化天线实现。为了传播带有双极化的定向无线波束，存在特殊的天线阵列(参见上文关于由旋转90度的天线单元组成的子阵列的解释)。
理想的双极化系统的基础在于两个极化状态的完美正交性，并且在接收器中的任何单个极化接口在理论上只包含由所需极化传输的那部分信号，因此不会引入干扰，并允许两个数据流被透明地多路复用和解多路复用，而不会由于与另一个数据流共存而发生任何退化。在现实系统中，两个极化态之间很难实现完美的正交性；它们之间通常存在一定程度的干扰(尽管很小)。
在蜂窝通信系统中，例如根据3GPP的4G-LTE或5G-NR标准套件实施的系统，在大多数情况下，极化状态之间没有稳定的关系，因为诸如手持设备或车辆之类的移动通信设备通常会绕其至少一个轴移动和/或旋转。因此，这些类型的移动通信设备的极化方向经常改变。
此外，极化信号在从发射器到接收器的过程中的每次反射，例如由沿直接连接(或在直接连接一侧)的介质引起的反射，都会使极化方向发生变化。事实上，第一波列的极化方向可能受到反射的影响的方式与第二波列的极化方向受到影响的方式不同。
图3描述了由两个正交波列组成的无线信号的反射。在本例中，无线信号在发射器处“分离”为一个水平和一个垂直波列。由于反射和/或移动通信设备的移动或旋转，两个波列的正交性在接收器处不再能够得到保证。
换句话说，在反射之前的无线电波传播期间(DoP 1)，正交性保持(α＝90o)，而在反射之后的无线电波传播期间(DoP 2)，正交性减弱(α*<90o)。从图4可以看出，之前的纯水平的波列H(DoP 1的)已被分解为功率降低的水平信号分量Hh和可能干扰垂直波列V的垂直信号分量Hv。
图4示出了反射前(DoP1)和反射后(DoP2)极化信号的简化示意图。
由于沿途一个或多个反射引起的相移，接收器检测到一个衰减分量Hh和交叉极化分量Hv。无线信号的接收分量Hh和Hv之间的功率不平衡可能非常大，导致无线信号在分集分支方面的分集增益较低。表示共极化信号Hh和交叉极化信号Hv的平均功率之间的功率差的参数被表示为交叉极性鉴别(XPD)。由于分集分支的数量较低，在利用多径传播的系统中，高XPD值(即良好的正交性；Hv较小)可能会导致系统性能显著下降。然而，XPD值约为1(正交性差；Hh几乎等于Hv)可能会导致利用极化技术的系统的系统性能下降。α*值和XPD值密切相关。理想状态下90°的α*的XPD值为无穷大。α*与90°的偏差将降低XPD值。在α*＝45°的情况下，交叉极化分量Hv等于对应于XPD值为1的原始极化分量Hh。如果需要正交性，这是最坏的情况，也是利用多径传播的最佳情况。因此，为了确定接收器处的极化质量，推导XPD或α*就足够了。
圆极化辐射的情况尤其复杂。右旋极化(RHP)辐射可能会变成左旋极化(LHP)，这取决于所涉及材料的相对折射率和辐射在反射器上的入射角。
发射器和接收器之间极化无线信号的多次反射可能导致正交性损失(例如，在垂直和水平极化平面之间，如图3和图4所示)。其效果是，第一波列的一些能量可能会耦合到第二波列中，反之亦然。反射次数越多，正交性的损失会越大。
在某些部署场景中，由于这种干扰实际上是通过信号反射添加到无线信道的额外分集分支，所以这种能量耦合是有用的。有时，例如，当无线波束很宽或根本没有明显的信号方向性时，通过适当的接收器方法(例如，算法，如最大比合并(MRC)、等增益合并(EGC)、选择合并(SC)等)利用这种额外的分集增益是有意义的。在其他情况下，例如，当无线波束较薄或视线(LOS)连接可能时，正交无线信号提供的分集增益更有希望。因此，最好尽可能避免信号组件之间的串扰，并尽量使用正交极化数据流。
目前还没有测量极化特性的方法，也没有在两种分集方法(利用额外的分集分支与利用极化复用)之间转换的控制机制。本发明提供了测量天线极化特性的方法，以及两个分集配置选项之间无缝过渡的折衷方法。在5G-NR演进过程中，随着FR4的部署，将需要这种方法。
本发明提供了一种检测由发射器发送的具有不同极化的接收无线信号的接收质量的方法，该方法包括：发送数据承载无线信号，所述数据承载无线信号具有至少两个不同极化，发送除了所述数据承载无线信号之外的至少一个极化参考信号，其中每个至少一个极化参考信号具有以预确定方式在所述至少一个参考信号的实例之间改变的极化方向，在接收器处接收所述发送的数据承载信号和所述至少一个极化参考信号，对于所述接收的至少一个极化参考信号的每个实例，确定两个极化方向中的每一个的信号特性，根据所述确定的至少一个极化参考信号的信号特性，确定以下至少一项：i)发射器是否应使用极化分复用传输方案或空分复用传输方案，以及ii)用于传输数据承载无线信号的极化平面的最佳组合。
本发明还提供了一种无线传输系统，包括一个连接到适于在不同的极化平面上传输信号的天线系统的发射器，其中所述传输系统被配置为在不同的极化平面上传输数据信号，并且所述传输系统还被配置为传输至少一个极化参考信号，其中每个至少一个极化参考信号具有以预确定方式在至少一个参考信号的实例之间改变的极化方向。
所述发射器可以是基础设施节点(例如，基站、中继节点、IAB节点或远程无线电头)，所述接收器可以是移动通信设备(在下行链路数据传输的情况下)，反之亦然(在上行链路数据传输的情况下)。
本发明的一个场景是，在由可能会受到反射的定向无线电波提供的通信信道上，通过极化无线信号(例如，水平和垂直波列)传输多个数据流，其中偏振方向是可变的。
空中接口的物理层可以由物理信道和物理信号组成，其中物理信道和物理信号使用空中接口的时间/频率网格中的不同资源集。在本文中，物理信道和物理信号可以进一步区分如下：物理信道通常被配置为携带源自协议栈的更高层的信息(通常包括用户平面数据和/或控制平面数据)。因此，它们可能形成“数据承载信号”。与此相反，物理信号并不携带来自更高层的信息。相反，它们可能对应于物理层本身使用的资源单元集。物理信号通常被配置为包含已知的符号集(即预定义的数据序列)，即所谓的“参考信号”或导频符号。
在第一方面，本发明涉及极化特定参考信号的使用。
为了使接收器能够检测用于该方法的极化无线信号的正交质量，提出了该无线信号中至少穿插一种新的参考信号。
在本发明的第一个实施例中，产生一个特殊的极化参考信号RSc，并将其穿插在无线信号中。所述特殊极化参考信号RSc可由一个或多个波列组成。理想情况下，所述特殊极化参考信号RSc的极化平面的倾斜角以预先确定的方式逐步改变。所述特殊极化参考信号RSc独立于两个在发送器侧保持静止的极化平面，以便提交数据流(或数据承载信号)。这能够计算不同极化平面的相关特性(XPD值)，从而在接收器处识别备选极化平面对。
在本发明的第二实施例中，每个波列获得其各自的参考信号RSx。它在与即将传输的数据在相同的极化平面内传输(例如，水平波列的RSh和垂直波列的RSv)。这使得在接收器处识别相应波列的极化面，以及确定所接收的两个极化面之间的角度α*。
本发明的第二个方面涉及在接收器处确定最佳极化。
根据本发明的第三实施例，接收器可被装置成定期检查是否存在另一对(替代)极化平面，其提供比当前使用的极化平面更低的相关性(＝更高的XPD值/更好的正交性)，以便可以改进基于PDM的传输方案，或提供更强的相关性，从而改进基于SDM的传输方案。对于基于SDM的传输方案，最佳XPD值为1或0dB。
根据本发明的第四实施例，所述接收器可检测所使用的两个极化平面之间的相关水平何时仍然可接受或不再足够好，以便在需要时可以启动从(主要)基于PDM的传输方案到(主要)基于SDM的传输方案的转换。
如果发现给定的PDM设置不再提供足够好的性能来克服无线通信链路的信道特性，则可以触发极化设置的调整。
如果发现PDM不再有利于在无线通信链路上运行，则可以触发向空分复用(SDM)方法(如MIMO)的无缝转换。
如果发现SDM将从更改极化设置中受益，则可以触发极化设置的调整以继续SDM运行。
如果发现SDM不再有利于在无线通信链路上运行，则可以触发无缝过渡到PDM方法。
因此，旨在使所述发射器能够调整极化面以优化利用无线通信链路的信道特性，从接收器到发射器的反馈信息的生成和发送也是本发明的一部分。
所述发射器可以是基础设施节点(例如，基站、中继节点、IAB节点或远程无线电头)，所述接收器可以是移动通信设备(在下行链路传输的情况下)，反之亦然(在上行链路传输的情况下)。
优选地，无线通信发生在高频范围内，例如潜在上限为115GHz左右的52.6GHz以上的频率，正如3GPP中针对5G-NR的未来版本所讨论的，对定向发送和接收天线特性的形成是有利的(即，可以部署无线波束赋型和/或无线波束转向)。
本发明的第三个方面涉及反馈信息的提供。
在所述接收器处评估参考信号后，可将反馈(或更广泛的控制信息)从接收器发送到发射器。
第一类反馈信息用于在所述发射器处触发至少一个极化平面的调整，尤其是用于数据承载信号的至少一个极化平面的调整。这种调整可能造成发射器配置的在反射之前的路径上(例如，在图3和图4中显示为DoP 1的第一跳上)的正交性不能完全满足。
第二类反馈用于在所述发射器处触发从(主要)基于PDM的传输方案(利用正交性)到(主要)基于SDM的传输方案(利用多径传播)的转换，反之亦然。
例如，反馈信息可以以信息单元或为c-平面信令定义的消息的形式从所述接收器发送到所述发射器，即在根据无线资源控制(RRC)协议的4G-LTE或5G-NR的情况下。
或者，所述反馈信息可以通过其他协议层从所述接收器发送到所述发射器，例如，在4G-LTE或5G-NR的情况下，使用针对媒体访问控制(MAC)协议定义的MAC控制单元(MACCE)。
本发明的第四方面涉及上述实施例的组合。例如，还可以组合第一和第二实施例：在这种情况下，可以使用三组参考信号(用于与将要发送的数据同时提交或随后提交)：每个极化平面一组参考信号，外加一组(逐步)循环的参考信号。首先，接收器检查是否存在满足针对角度α*的第一阈值的替代极化平面，其次，接收器将两个活动极化平面之间测量的角度α*与第二阈值进行比较。只有在这种比较也失败的情况下，才会启动从PDM到SDM的转换。
在系统运行期间，无线数据传输中极化面发生的变化(可能发生在一次或多次反射后)可以得到补偿(无论无线信号受到多少次反射)。因此，蜂窝通信系统的传输特性可以得到改善，尤其是对于在5G-NR演进过程中部署FR4。
针对基于PDM的传输方案，通过切换到互相关水平低于切换前的替代对极化平面，可以最小化互相关，并保持正交性。
针对基于SDM的传输方案，通过切换到互相关水平高于切换前的替代对极化平面，可以提高从不同发射天线接收的信号之间的相关性。
如果互相关水平(例如，由发现的极化平面的(全部)替代对提供的)不再可接受，则也可以实现从基于PDM的运行平稳过渡到基于SDM的运行。
在另一个方面，本发明提供了一种检测由发射器发送的具有不同极化的接收无线信号的接收质量的方法，所述方法包括使用两个不同的极化平面发送数据承载信号，在所述极化平面中和所述数据承载信号一起发送参考信号，在接收器处确定所述参考信号的极化平面之间的角度，并由所述接收器向所述发射器报告关于所述确定角度的信息。在该方法中，仅当所述角度低于预确定阈值时，所述接收器可报告关于所述角度的信息。
附图说明
现在仅以举例的方式描述本发明的优选实施例，相应附图如下：
图1示出了根据3GPP的蜂窝通信系统的示意图；
图2示出了在两个设备之间形成定向链路的发射波束和接收波束的示意图；
图3示出了反射对极化信号极化的影响；
图4示出了反射前后极化信号的简化图示；
图5示出了极化方向的时间序列的说明性示例；
图6示出了发射器处的极化校正的两个示例。
具体实施方式
以下描述根据本发明第一实施例的针对替代极化平面的检测。
产生两个特殊参考信号RSc,j，并将其穿插到所述无线信号中。所述两个参考信号的极化面彼此之间有一个给定的圆偏移(通常为90度)，它们同时以大约相同的步长改变圆移位，因此它们之间的偏移总是相同的(通常为90度)。
所述两个特殊参考信号RSc,j的极化面独立于用于数据承载信号的两个极化面，其中这两个极化面作为水平和垂直波列保持静止。
蜂窝通信系统空中接口的时间/频率资源网格可以配置资源单元(不同于用于数据传输的资源单元)，这些资源单元出现得更频繁和/或时间足够长，以容纳所述特殊参考信号RSc,j。所述发射器的配置方式可以使所述特殊参考信号RSc,j沿着传播方向(DoP)逐步旋转。例如，在给定的时间段内，可以按照顺时针或逆时针方向(或任何其他适当的步宽)分36步进行360°的全面旋转(每步10°)。在一个实施例中，所述参考信号RSc,j由多个部分组成(每个旋转步骤一个部分)，并且所述参考信号RSc,j,i的每个部分i应是唯一可识别的，从而使每个步骤唯一可识别。所述接收器将配置步长持续时间(如以毫秒为单位)、步长(如以度为单位)和使用的参考序列以便进行测量。这可以在测量发生之前通过预配置或c-平面信令来实现，即通过传输为c-平面信令定义的信息单元或消息(在根据无线资源控制(RRC)协议的4G-LTE或5G-NR的情况下)。
图5示出了一个移位了12步每步30°的RSc,j序列的示例。在这种情况下，所述参考信号RSc,j将由i＝12(理想情况下)唯一可识别的部分RSc,j,i组成。每个部分消耗一个时间单位，其可对应于相应空中接口的物理层数理结构的(倍数个)符号持续时间、子帧、无线帧或传输时间间隔(TTI)。每个部分需要足够长的持续时间来测量相关序列部分的相关信号特性(例如，SNR、信号质量、数据速率和/或信号强度)。
在一个示例中，所述接收器可配置为使其Rx天线系统的极化平面方向围绕DoP旋转(例如，通过一个圆的360°)以进行参考信号检测。在本发明的一个实施例中，在发射器和接收器之间商定RSc,j序列的起始点和/或定时可能是有益的。与上述类似，这可以在测量发生之前通过预配置或c-平面信令来完成，即通过传输为c-平面信令定义的信息单元或消息(在根据无线资源控制(RRC)协议的4G-LTE或5G-NR的情况下)。
参考信号的旋转只是一种可能性。也有可能在传输参考信号时，在各实例之间有一个不以常规方式变化但基于预确定序列的旋转角度。
在下面的例子中，我们看到的是特殊的参考信号RSc,j，是由发射器产生的作为一对水平(j＝h)和垂直(j＝v)的参考信号，并穿插在无线信号中：
接收器配置为通过垂直极化接收天线和水平极化接收天线进行测量，以得出RSc,h和RSc,v的信号强度S。因此，它为每个旋转步骤导出四个值：Sc,hh,Sc,hv,Sc,vv和Sc,vh。在索引中，最后一个字母(h或v)表示所述接收器天线的极化，倒数第二个字母表示所述发射器处的极化。目前，所述接收器通过以下等式推导出当前旋转步骤i的交叉极性判别(XPD)：
XPDv(i)是垂直极化接收天线的XPD值，XPDh(i)是水平极化接收天线的XPD值。
在接下来的旋转步骤中重复测量，直到导出足够数量的XPDv和XPDh值，以识别最大XPD(如果当前应用了基于PDM的传输方案)的步骤计数i(从而识别旋转角度)，或最小XPD(如果应用了基于SDM的传输方案)，或两者兼而有之(如果最大值和最小值之间没有大的差异)。在下文中，术语“XPD”可以指XPDv和XPDh，并且必须分别针对这两个XPD值执行所描述的过程。
所述XPD值允许检测(成对的)备选极化面，所述极化面要么适合在接收器处进行正交信号接收(XPD远大于1，例如至少10(＝10dB))要么适合进行多径接收(XPD约为1)(即使这些极化面位于当前用于正交数据流的极化面之外)。
如果当前应用了PDM，则验证参考信号的最大XPD值和当前用于数据传输的极化的XPD值(从具有匹配旋转角度的RSc得出，之前已向接收器指示)中的至少之一是否低于第一阈值(例如10dB)，在这种情况下，检测到需要将基于PDM的传动方案更改为基于SDM的传动方案。相关行为解释如下。
如果当前应用SDM，则验证参考信号的最小XPD值和当前用于数据传输的极化的XPD值是否高于第二阈值(例如3dB)，在这种情况下，检测到需要将传输方案从基于SDM更改为基于PDM。相关行为解释如下。
否则，当前传播特性表明当前使用的传输方案的适用性。
在当前使用PDM的情况下，则将最大XPD值与当前使用的极化平面提供的XPD值进行比较。如果至少有一个最大XPD值高出当前XPD(例如1dB)大约第三阈值，则极化重新配置将提高接收质量。因此，第一类反馈信息从所述接收器发送到所述发射器。
在SDM的情况下，将最小XPD值用于与当前XPD值进行比较。如果至少有一个最小XPD值低于当前XPD(例如0,5dB)大约第四阈值，则极化重新配置在这种情况下也将增强接收质量，并且发送第一类反馈信息。
如上所述，除了XPD值之外，两个极化平面之间的角度α*可以用于作出这些决定和比较。例如，在PDM的情况下，第一阈值可定义为αt1＝80°，如果最大值和当前α*低于该阈值，则检测到需要将传输方案从基于PDM更改为基于SDM。
第一反馈可能包含一个指示，即哪些极化平面适合用作备选极化平面。该指示可以通过使用提供最佳极化特性的相关时间单位的阶跃计数i来完成。在第二种情况中，指示多个阶跃计数，例如“前三个”，即提供三个最适合的XPD值的参考信号的阶跃计数。这是为XPDv和XPDh单独完成的。在所述发射器接收之后，所述第一反馈可触发极化平面沿DoP的旋转，以尝试继续当前应用的传输方案。这种倾斜角度为θ的“平面倾斜”可能仅针对一个极化面(如图6左侧所示，其中只有一个矢量(此处：水平矢量)倾斜)或针对两个平面(如图6右侧所示，其中水平矢量和垂直矢量都倾斜)在发射器处发生。关键点是，根据所述第一类反馈信息，在所述发射器上选择那些在接收器上被检测为良好的替代方案(即为当前应用的传输方案提供所需的足够程度的极化相关性的偏振平面(即，倾斜角))。
现在将描述本发明的第二实施例，其涉及检测改变传输方案的需要。
对于由两个正交波列的数据承载信号组成的无线信号，生成两个单独的参考信号RSx，并穿插到无线信号中——每个波列一个所述参考信号：例如，水平参考信号RSh在与水平波列一起传输的数据的同一极化平面内传输，垂直参考信号RSv在与垂直波列一起传输的数据的同一极化平面内传输。当反射发生时，参考信号将随着相应的极化面改变其方向(即以相同的方式)。这使得在所述接收器处识别相应波列的极化面，以及确定所接收的两个极化面之间的角度α*。
当检测到两个极化平面之间的角度α*低于预定义的或配置的第二阈值(例如，αt2＝75°)时，所述接收器可确定当前使用的两个极化平面之间的正交性水平不再足够好。在这种情况下，第二类型的反馈信息可以从所述接收器发送到所述发射器。
所述第二反馈可能包含一个指示，即所述接收器看到的极化平面之间的正交性不够充分(或不再足够)。在所述发射器接收之后，所述第二反馈可触发从(主要)基于PDM的传输方案(利用正交性)到(主要)基于SDM的传输方案(利用多径传播)的转换。
例如，当超过另一个(或相同)阈值时，也可能触发向另一个方向的转换，即从(主要)基于SDM的传输方案(利用多径传播)到(主要)基于PDM的传输方案(利用正交性)。此外，可以配置偏移值以获得实现过渡的滞后环。
改变传输方案的决定也可以基于针对逐步旋转参考信号RSc,j,i的测量，而不是参考信号RSh和RSv。这将需要作出更精确的决定，因为要考虑所有可能的倾斜角度而不只是当前使用的角度。另一方面，使用RSh和RSv对参考信号来说需要较少的无线资源，测量可以更快地执行，并且计算结果需要较少的功率。
如上所述，两种不同类型的反馈信息可以从所述接收器发送到所述发射器。这两种类型的反馈信息最好是以无线资源控制(RRC)协议增强的形式(即，根据4G-LTE或5G-NR以用于RRC协议的新的或修改的信息单元的形式和/或消息的形式)从所述接收器发送到所述发射器。或者，这两种类型的反馈信息通过其他协议层从所述接收器发送到所述发射器，例如，在4G-LTE或5G-NR的情况下，使用MAC协议定义的MAC控制单元(MAC CE)。
所述第一类反馈可能包含一个指示，即说明哪些极化平面适合用作替代极化平面(由接收器测量的)，并且预计所述发射器通过“平面倾斜”操作(例如，根据图6)作出反应，以便能够根据当前应用的传输方案的需要在两个极化平面之间具有足够高或低的相关性的情况下进行操作。
可选地，所述发射器可以通知所述接收器所执行的“平面倾斜”操作，例如通过RRC或MAC协议增强。
所述第二类反馈可能包含一个指示，即所述接收器发现当前使用的偏振平面之间的相关特性不再足够，所述发射器预计将从(主要)基于PDM的传输方案过渡到(主要)基于SDM的传输方案(即，从利用正交性过渡到利用多径传播)，反之亦然。
可选地，所述发射器可以通知所述接收器从一种传输方案转换到另一种传输方案，例如通过RRC或MAC协议增强。
当组合本发明的第一和第二实施例时(例如，按顺序或同时进行)，所述接收器可以将在两个活动极化平面之间测量的XPD值与备选极化平面的最大(如果当前应用PDM)或最小(如果当前应用SDM)XPD值进行比较，如果替代平面的XPD值能改善传输，则发送所述第一类反馈，以便在所述发射器处相应地调整极化。如果无法通过改变极化来改善当前传输方案，所述接收器将检查另一个传输方案的极化特性(例如，如果当前应用了PDM，则为SDM)。因此，所述接收器首先检查是否有满足角度α*的第一阈值αt1的替代极化平面，然后将两个活动极化平面之间测量的角度α*与第二阈值αt2进行比较(反之亦然)。各种阈值可配置为测量/调查/确定除当前应用的传输方案之外的传输方案的无线信道的极化能力。
如果至少有一个比较结果是肯定的，即满足相关阈值标准，那么更改备用传输方案是有用的。
在这种情况下，所述第一反馈信息和所述第二反馈信息也可以组合在单个信息元素中，或者组合在一个从所述接收器发送到所述发射器的单条消息中。理想情况下，相应蜂窝通信系统的空中接口的已建立的c-平面信令方法被相应地增强，即，在4G-LTE或5G-NR的情况下，RRC协议的信息单元和/或消息被相应地增强。
或者，所述反馈信息可以通过其他协议层从所述接收器发送到所述发射器，例如，在4G-LTE或5G-NR的情况下，为MAC协议定义的MAC控制单元(MAC CE)相应地得到增强。
如果比较结果为负值，即极化特性不适合交替传输方案，则可以使用另一传输方案的阈值进行重复比较。或者，可以选择不受极化影响的传输方案。
Claims (15)
1.一种检测由发射器发送的具有不同极化的接收无线信号的接收质量的方法，该方法包括：
发送数据承载无线信号，所述数据承载无线信号至少有两个不同的极化，
除了所述数据承载无线信号外，还随时间发送至少一个极化参考信号，其中每个所述至少一个极化参考信号都有一个极化方向，所述极化方向以小于90°的步长在至少一个参考信号的实例之间逐步变化，
在接收器处接收所述发送的数据承载信号和所述至少一个极化参考信号的实例，
对于所述接收到的至少一个极化参考信号的每个实例，确定两个极化方向中的每个方向的信号特性，
根据所述至少一个极化参考信号实例的所述确定的信号特性，确定以下至少一个：
i)所述发射器应使用极化分复用传输方案还是空分复用传输方案，以及ii)用于传输所述数据承载无线信号的极化平面的最佳组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，两个极化参考信号以它们之间的预确定极化差进行传输。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述两个参考信号具有在其实例之间旋转预定角度的极化。
4.根据任何前述权利要求所述的方法，其中，对于所述至少一个参考信号的每个实例，针对所述两个极化方向获得交叉极化鉴别值，并且针对每个极化方向获得最大和最小交叉极化鉴别值中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，将最大交叉极化鉴别值与阈值进行比较，以确定应使用哪种复用传输方案。
6.根据任何前述权利要求所述的方法，其中每个步长小于45°。
7.根据权利要求7所述的方法，其中每个步长小于15°。
8.一种无线传输系统，包括一个连接到天线系统的发射器，所述天线系统适于在不同的极化平面上传输信号，其中所述传输系统被装置成在所述不同的极化平面上传输数据信号，并且其中所述传输系统还被装置成发送至少一个极化参考信号，其中每个至少一个极化参考信号都有一个极化方向，所述极化方向在至少一个参考信号的实例之间以小于90°的步长逐步变化。
9.根据权利要求8所述的无线传输系统，其中所述传输系统被装置成从一个或多个接收器接收与所述至少一个极化参考信号的接收有关的接收质量信息，并执行以下操作中的至少一个：
i)响应于所述接收质量信息对数据信号复用方法的改变，以及ii)对极化平面相对方向的调整。
10.根据权利要求9所述的无线传输系统，其中，所述无线传输系统是无人驾驶飞行器的一部分。
11.根据权利要求10所述的无线传输系统，其中无人驾驶飞行器在相对较高的高度使用基于PDM的数据信号复用方法，在相对较低的高度(更靠近地面)使用基于SDM的数据信号复用方法。
12.根据权利要求8至11中任一权利要求的所述的无线传输系统，其中所述传输系统被装置成传输具有不同极化的两个极化参考信号，所述不同极化在所述极化参考信号的连续实例之间旋转。
13.根据权利要求8至12中任一权利要求的所述的无线传输系统，其中每个步长都小于45°。
14.根据权利要求13所述的无线传输系统，其中每个步长都小于15°。
15.一种检测接收器接收的接收无线信号的接收质量的方法，其中所述接收器具有能够在不同极化平面接收极化无线信号的天线装置，所述方法包括：
接收具有至少两个不同极化平面的数据承载信号和至少一个极化参考信号，
对于所述接收的至少一个极化参考信号的每个实例，确定两个极化方向中的每个方向的信号特性，
根据所述至少一个极化参考信号实例的所述确定的信号特性，确定以下至少一项：
i)发射器应使用极化分复用传输方案还是空分复用传输方案，以及ii)用于传输所述数据承载无线信号的极化平面的最佳组合。
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