CN117157900A - 用于支持网络中的智能反射面（irs）的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于支持与通信网络中的IRS的通信的用户设备(UE)的实施例。该UE被配置为接收来自网络设备的配置信号，该配置信号用于配置一组触发点。基于该一组触发点，UE被配置为检测来自IRS控制器的一个或多个导频信号，该IRS控制器与该IRS相对应，并执行对一个或多个参数的测量。该UE被配置为基于所检测到的一个或多个导频信号和该一个或多个参数的测量结果，向网络设备发送第一组信息，并基于所发送的第一组信息，接收一个或多个指令，以执行用于从网络设备到IRS的网络通信的切换过程。

Description

用于支持网络中的智能反射面(IRS)的系统和方法
权利保留
本专利文献的一部分公开内容包括受知识产权保护的材料，该知识产权例如但不限于版权、外观设计、商标、集成电路版图设计和/或商业外观保护，该知识产权属于吉欧平台有限公司(Jio Platform Limited，JPL)或其附属公司(以下简称所有者)。所有者在专利文献或专利公开出现在专利商标局专利文档或记录中时，不反对任何人对该专利文献或专利公开进行复制，但在其他方面保留其任何所有权利。对此类知识产权的所有权利由所有者完全保留。
技术领域
本发明总体上涉及智能反射面(intelligent reflecting surface，IRS)网络架构，更具体地涉及支持IRS网络架构在通信网络中的实现。
背景技术
相关技术的以下描述旨在提供与本公开的领域有关的背景信息。本部分可以包括本领域的某些方面，这些方面可以与本公开的各种特征相关。然而，应当理解的是，本部分仅用于增强读者对本公开的理解，而不是作为对现有技术的承认。
现有的通信技术(例如，5G)和未来的技术(例如，6G)面临两个主要的实际限制。首先，缺乏对无线信道的控制，其次，存在无线接口相对于网络的高功率消耗。为了满足对绿色和可持续未来蜂窝网的需求，最近几年出现了使用智能反射面(IRS)或可重构智能表面(Reconfigurable Intelligent Surface，RIS)来重新配置无线传播环境的概念。典型的IRS结构由许多低成本的无源天线组成，这些低成本的无源天线可以智能地反射入射电磁波以增强性能。
第三代合作伙伴计划(3GPP)中正在开发的5G无线技术旨在为更多用户提供更高的多Gbps峰值数据速度、超低延迟、更高的可靠性、庞大的网络容量、更高的可用性以及更统一的用户体验。更高的性能和更高的效率赋予了新的用户体验，并连接了更新的行业。上述一些目标已经实现，但现有的5G网络中仍有相当多的问题需要解决。例如，现有的5G网络可能无法以最佳方式适应多个行业垂直领域，可能无法提供支持专用网络和支持灵活网络部署的架构。
可重构智能表面(RIS)正迅速成为5G网络以及5G网络之外的关键无线技术趋势。RIS对应于许多小天线的智能无线电表面、或可重新配置的超材料元件(“单位单元”)的智能无线电表面，这些智能无线电表面使得能够通过电磁波的可调谐散射来控制传播环境。这些智能表面具有反射、折射和吸收特性，这些特性是可重新配置的并适应于无线电信道环境。
此外，现有的5G网络仍然没有以最佳的方式使用许多可用的或新兴的技术来解决上述许多问题。这些可用的技术的示例包括，人工智能、太赫兹通信、光无线技术、自由空间光网络、区块链、三维联网、量子通信、无人驾驶飞行器、无蜂窝通信、无线信息和能量传输的集成、传感和通信的集成、接入回程网络的集成、动态网络切片、全息波束形成和大数据分析。
此外，关于6G网络，现有系统和方法并未提供任何6G网络接口架构，也未提供6G网络和IRS之间的任何这样的协议：该协议令人满意地解决以上参考当前5G网络所强调的问题。此外，现有的用户设备(user equipment，UE)未提供这样的支持：该支持将使得能够在6G网络和IRS之间实现任何成功的网络接口架构。
因此，在本领域中需要一种用于为5G网络及以后的网络(6G网络)提供IRS架构的系统和方法，该系统和方法可以克服本领域中的上述问题并且可以利用上述可用技术中的至少一种或多种技术的融合。
本公开的目的
本文中至少一个实施例所满足的本公开的一些目的如下所列。
本公开的一个目的是促进5G/6G网络中的基站(base station，BS)与一个或多个UE之间的有效、并发和改进的通信。
本公开的一个目的是消除对BS的额外且昂贵的部署的需求，以实现6G和更多网络中的更好的覆盖网络。
本公开的一个目的是促进一种经济的、基于下一代的系统和方法，该系统和方法可能能够在6G和更多网络中实现BS和IRS之间的通信接口或网络接口。
本公开的一个目的是促进一种如下的系统和方法：该系统和方法可能能够使BS在6G和更多网络中使用通信接口或网络接口来控制IRS。
本公开的一个目的是以有效的方式为IRS架构的实现提供UE支持。
本发明的一个目的是增强用户体验。
发明内容
本文中至少一个实施例所满足的本公开的一些目的如下所列。
公开了一种用于支持与通信网络中的智能反射面(Intelligent ReflectingSurface，IRS)的通信的用户设备(UE)的实施例。在一个实施例中，UE包括耦接到存储器的一个或多个处理器，该存储器存储有一组指令，该一组指令在由该一个或多个处理器执行时使得UE从网络设备接收用于配置一组触发点的配置信号。该配置信号包括IRS ID。基于该组触发点，UE被配置为：检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，该IRS控制器与该IRS相对应；以及执行对一个或多个参数的测量。该一个或多个处理器被配置为：基于所检测到的一个或多个导频信号和该一个或多个参数的测量结果，向网络设备发送第一组信息；并基于所发送的第一组信息，接收一个或多个指令，以执行从6G网络设备到IRS的网络通信的切换过程。
在一个实施例中，处理器还被配置为：基于从网络设备接收的配置信号中所包括的IRS ID来识别导频信号。在一个实施例中，处理器还被配置为：测量服务小区的信道质量指示符(Channel Quality Indicator，CQI)和信道状态信息(Channel StateInformation，CSI)参数、以及从IRS接收的导频信号的参考信号接收功率(ReferenceSignal Received Power，RSRP)信息和参考信号接收质量(Reference Signal ReceivedQuality，RSRQ)参数。在一个实施例中，处理器还被配置为：周期性地或基于触发点之一的触发来发送测量报告，该测量报告包括一个或多个参数的测量结果。在一个实施例中，处理器还被配置为：基于响应于发送第一组信息而从网络设备接收的一组标准来执行切换过程的至少一部分。在一个实施例中，第一组信息包括信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)中的一个或多个。在一个实施例中，一组触发点对应于用于测量一个或多个参数的、基于事件的触发或基于周期性定时器的触发。在一个实施例中，基于事件的触发对应于如下的场景：在该场景中，IRS在给定小区的边缘中可用并且对于切换过程可用。在一个实施例中，当服务小区RSRP/RSRQ低于预先配置的第一阈值时，或者当服务小区CQI索引低于第二阈值或导致使用QPSK时，或者当相邻小区提供比服务小区更好的信号强度时，触发基于事件的触发。在一个实施例中，基于事件的触发可以基于具有相应的给定覆盖的给定服务小区中的IRS的可用性来触发。
公开了一种用于支持用户设备(UE)与通信网络中的智能反射面(IRS)的通信的方法的实施例。在一个实施例中，方法包括：由UE接收来自网络设备的配置信号，配置信号用于配置一组触发点。方法包括：基于该一组触发点，由UE检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，IRS控制器与IRS相对应；以及由UE执行对一个或多个参数的测量，其中，配置信号包括IRS ID。在一个实施例中，方法包括：由UE基于所检测到的一个或多个导频信号以及该一个或多个参数的测量结果，向网络设备发送第一组信息；以及由UE基于所发送的第一组信息接收一个或多个指令，以执行用于从网络设备到IRS的网络通信的切换过程。
在一个实施例中，该方法还包括：由UE基于从网络设备接收的配置信号中所包括的IRS ID来识别导频信号。在一个实施例中，该方法包括：由UE测量服务小区的信道质量指示符(CQI)和信道状态信息(CSI)参数、以及从所述IRS接收的所述导频信号的参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)参数。在一个实施例中，方法还包括：周期性地或基于触发点之一的触发来发送测量报告，测量报告包括一个或多个参数的测量结果。在一个实施例中，方法还包括：由UE基于响应于由UE发送第一组信息而从网络设备接收的一组标准，来执行切换过程的至少一部分。在一个实施例中，第一组信息包括：信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)中的一个或多个。在一个实施例中，该一组触发点对应于用于测量该一个或多个参数的、基于事件的触发或基于周期性定时器的触发。在一个实施例中，基于事件的触发对应于如下的场景：在该场景中，IRS在给定小区的边缘中可用并且对于切换过程可用。在一个实施例中，当服务小区RSRP/RSRQ低于预先配置的第一阈值时，或者当服务小区CQI索引低于第二阈值或导致使用QPSK时，或者当相邻小区提供比服务小区更好的信号强度时，触发基于事件的触发。
一种非暂时性计算机可读介质(CRM)的实施例，该CRM包括一组指令，该一组指令在由包括在用户设备(UE)中的处理器执行时使得该处理器：通过UE接收来自网络设备的配置信号，配置信号用于配置一组触发点。在一个实施例中，处理器使得用户设备(UE)：基于该一组触发点，由UE检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，IRS控制器与IRS相对应，并且由UE执行对一个或多个参数的测量，其中，配置信号包括IRS ID。在一个实施例中，处理器使得用户设备(UE)：由UE基于所检测到的一个或多个导频信号和该一个或多个参数的测量结果，向网络设备发送第一组信息；以及由UE基于所发送的第一组信息，接收一个或多个指令，以执行用于从网络设备到IRS的网络通信的切换过程。
附图说明
在此并入并构成本发明一部分的附图示出了所公开的方法和系统的示例性实施例，其中，在不同的附图中，相同的附图标记表示相同的部分。附图中的部件不一定要按比例绘制，重点在于清楚地说明本发明的原理。一些附图可以使用框图来指示部件，并且可以不描绘每个部件的内部电路。本领域技术人员应当理解，这些附图的发明包括通常用于实现这些部件的电气部件、电子部件或电路的发明。
图1示出了根据本公开实施例的示例性5G或6G网络架构中的典型IRS部署场景。
图2a-图2f示出了根据本公开实施例的IRS部署的示例性用例。
图3示出了根据本公开实施例的示例性IRS覆盖场景。
图4示出了根据本公开实施例的示例性IRS部署场景。
图5a示出了根据本公开实施例的与IRS连接的RAN的示例性功能架构。
图5b示出了根据本公开实施例的在IRS网络架构中实现的示例性网络设备。
图5c示出了根据本公开实施例的示例性UE。
图6示出了根据本公开实施例的示例性DUI协议接口栈。
图7a-图7g示出了根据本公开实施例的RAN和IRS之间的接口协议中所涉及的示例性步骤。
图8a-图8c示出了根据本公开实施例的分别用于识别IRS、测量信号参数以及向5G或6G网络传送测量报告的UE过程中所涉及的示例性步骤。
图9示出了根据本公开实施例的可以在其中或与之一起使用本发明的实施例的示例性计算机系统。
从本发明的以下更详细的描述中，上述内容将更加明显。
具体实施方式
在以下描述中，出于解释的目的，阐述了各种具体细节以便提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开的实施例。下文描述的若干特征可以各自独立地使用，或者与其它特征的任意组合一起使用。单个特征可能不能解决上面讨论的所有问题，或者可能只解决上面讨论的部分问题。这里描述的任何特征可能不能完全解决上面讨论的一些问题。
随后的描述仅提供示例性实施例，并不旨在限制本公开的范围、适用性或配置。相反，示例性实施例的随后描述将向本领域技术人员提供用于实现示例性实施例的使能描述。应当理解，在不脱离所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
在以下描述中给出具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。例如，电路、系统、网络、过程和其它组件可被示为框图形式的组件，为了不使实施例在不必要的细节中模糊不清。在其它实例中，为了避免使实施例模糊，可以在没有不必要的细节的情况下示出公知的电路、过程、算法、结构和技术。
此外，应当注意，各个实施例可以被描述为被描绘为流程图、流程图表、数据流程图、结构图或框图的过程。虽然流程图可以将操作描述为顺序过程，但许多操作可以并行或同时执行。此外，可以重新安排操作的顺序。进程在其操作完成时终止，但可具有未包括在图中的额外步骤。进程可以对应于方法、函数、过程、子例程、子程序等。当一个进程对应于一个函数时，其终止可以对应于该函数返回到调用函数或主函数。
“示例性”和/或“示范性”一词在本文中用于表示用作示例、实例或说明。为了避免疑义，本文公开的主题不受这些实例的限制。此外，本文中描述为“示范性”和/或“示范性”的任何方面或设计不一定被解释为比其它方面或设计更优选或更有利，也不意味着排除本领域普通技术人员已知的等效示范性结构和技术。此外，就术语“包括”、“具有”、“包含”以及其他类似词语在详细说明或权利要求书中使用而言，这些术语旨在以类似于术语“包括”作为开放式过渡词语的方式包括在内，而不排除任何附加或其他要素。
在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”或“实例”或“一个实例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定特征、结构或特性。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
在人工智能的全面支持下，无线通信的新范式—第六代(sixth-generation，6G)系统预计将在未来几年内部署。在6G网络中，与5G网络相比，可能需要解决的一些基本问题包括更高的系统容量、更高的数据速率、更低的延迟和改进的服务质量(quality ofservice，QoS)。
即使在当前的第五代(5G)技术中，也需要更高的系统容量、更高的数据速率、更低的延迟和改进的服务质量(QoS)。5G网络仍然没有使用现有的或新兴的技术。
此外，可能希望将诸如6G网络等未来网络设计成实现人类体验跨物理、生物和数字世界的扩展。同时，可能希望6G网络能够在各种性能维度上实现工业4.0(第四次工业革命)之外的下一代工业运营环境。这样的维度可以包括例如但不限于定位、传感、超可靠性、能效和极端实时性。6G网络可以提供用于通信和传感目的的新颖的无线电和接入架构、AI优化的广域网(wide area network，WAN)和数据中心联合设计、以及个性化服务的动态协调，以彻底改变利基消费者兴趣的长尾。
虽然消费者和企业对移动宽带的需求将继续增加，但对超可靠和低延迟的采用将在很大程度上由专门的和本地的用例与非公共网络一起驱动，而且通常伴随着增强的智能。这将作为当前5G网络中预期和正在尝试的自动化和安全网络转型的组成部分。从汽车、工业机器和家用电器到手表和服装，各种物体都将通过自动适应人类的行为、环境和业务流程来学习和组织自己，以满足人类的需求。能效是6G网络架构设计的另一个关键设计标准，因为网络的性能将取决于各个架构领域中可用的能源。
最具挑战性的要求之一来自结合增强现实和沉浸式媒体体验的远程控制。除了极端的超可靠低延迟(ultra-reliable low latency,URLLC)性能要求外，这将需要100Gbit/s或更高的超高速率，从而允许高质量360度视频的未压缩传输。这样的需求将需要5G网络能力之外的一定程度的灵活性和专业化。因此，6G网络必须是由意图和开放服务驱动的，简而言之，业务需求将推动6G产品和服务的创造。产品和服务创建将是自动化e2e服务工作流程的组成部分，该工作流程由政策和意图操控和指导。换句话说，用例驱动意味着满足每个用户或专业6G子网络的不同需求和偏好，无论是人、物理机还是数字孪生。总而言之，6G架构的关键要求可能包括：(a)网络可编程性；(b)部署灵活性；(c)简单高效；(d)安全性、稳健性和可靠性；以及(e)自动化。
所公开的第六代(6G)网络架构解决了下文提出的网络灵活性问题。本公开还提出了5G和6G网络架构，其将网络感知作为内置功能。本公开还提出了一种用于5G及5G以后的网络(例如，6G)的IRS架构，该架构至少部分地解决了利用和融合了上述现有技术中的至少一种的问题。本公开提供了用于由现有UE提供支持以实现6G网络与IRS之间的成功网络接口架构的机制。
公开了一种用于支持与通信网络中的智能反射面(IRS)的通信的网络设备的实施例。在一个实施例中，网络设备包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器耦接到存储有一组指令的存储器，该一组指令在由该一个或多个处理器执行时使得网络设备发送用于配置一组触发点的配置信号。在一个实施例中，配置信号包括IRS ID。在一个实施例中，基于该一组触发点，UE被配置为：检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，IRS控制器与IRS相对应；执行对一个或多个参数的测量；基于所检测到的一个或多个导频信号以及该一个或多个参数的测量结果，向网络设备发送第一组信息；以及基于所发送的第一组信息，接收一个或多个指令，以执行用于从网络设备到IRS的网络通信的切换过程。
图1示出了根据本公开实施例的示例性5G或6G网络架构中的典型IRS部署场景100。在一个实施例中，RIS的主要特性包括：无功率放大；在没有或有限数字信号处理的情况下在RF电平下的操作；以及多功能可重新配置。所公开的IRS架构的实施例考虑了这些特性，并且至少为上面强调的问题提供了解决方案。如图所示，部署场景100包括IRS 102，其被配置为将来自基站104a和104b的信号反射到接入点106a和106b。
图2a-图2f示出了根据本公开实施例的IRS部署的示例性用例。一般而言，目前正在探索的IRS(在本说明书中可互换地称为RIS)的用例包括：用作覆盖扩展的智能近无源中继器、用作容量改进的单射频多流发射机、以及在环境反向散射和共生无线电的背景下用于信息辅助传输。例如，如图2a所示，IRS部署200用在RIS辅助无人驾驶飞行器(UnmannedArial Vehicle，UAV)202中。在又一示例中，如图2b所示，IRS部署204用于RIS辅助的毫米波通信。在又一示例中，如图2c所示，IRS部署206用于RIS辅助的同时无线信息和功率传输(simultaneous wireless information and power transfer，SWIPT)。在又一示例中，如图2d所示，IRS部署208用于RIS辅助的物理层安全。在又一示例中，如图2e所示，IRS部署210用于RIS辅助的移动边缘计算。在又一示例中，如图2f所示，IRS部署212用于RIS辅助的设备到设备(device to device，D2D)系统。
一般来说，RIS能够以动态和面向目标的方式控制发射机和接收机之间的无线电信号，从而将无线环境转变为一种服务。这种在重新配置无线信道方面的能力已经激发了诸如容量、覆盖、能效、定位和安全性等各种网络关键性能指标(Key PerformanceIndicator，KPI)的潜在增强。这是对诸如感测和无线电力传输等新功能的支持的补充。
RIS引入了新的系统节点，其将无线环境从被动的角色转变成了智能的角色，因此信道变得可编程。这一趋势将挑战基本的无线系统设计范式，创造创新机会，这将逐步影响无线系统架构、接入技术和网络协议的发展。
此外，可重构智能表面(RIS)能够以可控的方式构建一个智能的、可编程的无线电环境。RIS使得执行被动反射、被动吸收、被动散射以及推动物理环境向智能化和互动化转变成为可能。RIS可以改变元件的电磁特性，并在不使用任何RF信号处理的情况下独立地对入射信号产生相移。此外，RIS技术具有许多当前主流技术之外的技术特征。与大规模MIMO(多输入多输出)相比，RIS辅助无线网络通过优化智能信号传播极大地提高了系统性能。
此外，RIS元件是完全无源的并且具有低功耗，使得其环保且可持续绿色。RIS设计不需要诸如ADC/DAC和功率放大器之类的高成本组件，因此可以大大提高大面积部署的可行性。此外，电磁波可以在其连续表面上的任何点上重建，从而形成任意形状以适应不同的应用场景并支持更高的空间分辨率。RIS使得智能控制传播环境、提高传输可靠性和实现更高的频谱效率成为可能。
RIS可以适用于一个或多个场景，例如，适用于克服非视距(Non-line of sight，NLOS)限制和以环保的方式处理覆盖漏洞问题。另一个场景是服务小区边缘用户，缓解多小区同信道干扰，扩大覆盖范围，并实现动态移动用户跟踪。更多的场景可以是减少电磁污染并解决多路径问题。又一个场景是使用RIS进行定位、感知、全息通信和增强现实。再一个场景是实现传感-通信一体化。
未来，在5G和6G网络中不断演进的通信系统将面临更复杂的无线环境和更高的服务质量要求，这将对RIS架构和设计提出更大的挑战。首先，需要建立合理的电磁模型和信道模型。可能需要探索RIS辅助通信系统的基本限制和潜在增益。由于在RIS中没有配置RF链，因此需要一种新的系统和方法来进行信道估计。
其次，在IRS体系结构的设计中，需要进行被动波束形成设计和被动信息传输优化。此外，RIS在6G中的部署将带来新的网络范式。此外，新材料的研发是RIS技术发展的瓶颈之一。可以通过电磁建模、控制方法和元表面的基带表征来探索新的控制机制。最后，随着电磁传播和信道模型的理论研究不断发展，有必要考虑数据驱动和模型驱动的AI优化设计，以充分利用物理层特征，提高算法效率。
作为一种新的基础技术，RIS具有低成本、低功耗、易部署的特点，支持未来的绿色通信，实现未来的传感-通信一体化。IRS有助于增强所需的信号功率，同时消除反射的干扰。替代地，可以调谐反射干扰以消除直接干扰(尽管实现起来更具挑战性)。这通过在IRS附近创建“信号热点”和“无干扰区”来改善小区边缘用户的SINR。本发明提出了可以在所有上述用例/场景中实现的IRS网络架构。
图3示出了根据本公开实施例的示例性IRS覆盖场景300。如图所示，将存在某些区域(如在一些高建筑物后面、在小山结构后面或在小区边缘)，在此处，来自给定基站(5G或6G)的信号将有一定的退化的可能。在这样的区域中，可以通过在具有适当尺寸的适当位置部署IRS来改善基站(BS)信号。基于IRS的尺寸，可以垂直或水平地调整波束宽度，以支持受这种信号退化影响的一个或多个UE。在一个实施例中，也可以垂直或水平地操纵波束。基于IRS天线元件的尺寸，波束在垂直和水平方向上的最大转向形成了一个虚拟的球形区域，其可被称为IRS覆盖区域。因此，在这种球形覆盖区域内遭受信号退化的用户可以通过使用来自相关IRS的反射/再生波束来从基站获得改善的信号。
参照图3，IRS-1(302-1)以这样一种方式部署，即IRS-1(302-1)可以接收来自基站304的直接信号，并且可以反射/再生另一个波束，以向大建筑物后面的区域提供改进的基站信号。基于IRS-1(302-1)支持的天线阵列元件的数目，虚拟地创建IRS-1覆盖。此覆盖范围内的任何UE都可以受益于IRS-1(302-1)。类似地，IRS-2(302-2)被部署得更靠近小山，以帮助在小山后遭受不良覆盖的UE。
在IRS-N(302-N)的情况下，一些小区边缘UE正在从服务基站接收降级的信号，并且经常突然断开。在这种情况下，IRS-N类型的部署帮助小区边缘UE始终如一地提供来自基站的稳定和改进的信号。这使得受影响的UE能够避免不必要的呼叫掉话，并且IRS-N部署基于所部署的IRS-N的尺寸通过扩展覆盖来提高服务小区的容量。在一个实施例中，基站304经由建议的DUI接口(“DUI I/F”)306与IRS-1、IRS-2和IRS-N通信。
在一个实施例中，在小区覆盖内，可以基于小区覆盖的地理区域的性质来部署一个或多个IRS。基于阻挡基站信号的物体的尺寸，这种IRS的尺寸可以是相同的或不同的。在一个实施例中，阻挡物可以对应于高大建筑物、小山，因此衰减完全沿着信号路径直到小区边缘。在一个实施例中，IRS的部署可以是静态的，其中小区覆盖内的可能的覆盖漏洞是预先知道的，并且由于诸如建筑物、隧道、桥梁、小山、树木等结构而或多或少是永久性的。在又一实施例中，IRS的部署可以是动态的，其中小区覆盖内可能的覆盖漏洞是临时的，例如由于自然灾害、公共安全场景、公共聚集等，在这种情况下，可以经由UAV(无人机)、气球、卫星等来部署IRS。
所公开的实施例提出了IRS和5G/6G网络接口架构、以及5G/6G网络与IRS之间的通信协议。所公开的实施例还提出计算基站处的(计算出的)IRS倾斜信息并经由所提出的网络接口传送到IRS。
在一个实施例中，基于基站处的SINR或参考信号接收功率(RSRP)或参考信号接收质量(RSRQ)信息来计算IRS倾斜信息。在另一实施例中，将基于IRS位置和用户位置的知识以及从UE提供的信道质量指示符(CQI)信息来计算IRS的波束形成。
在一个实施例中，IRS倾斜信息被计算为预编码矩阵或波束形成或IRS倾斜矩阵(也被称为数字IRS导引或波束成形)，如在使用天线阵列以同时发射一个或多个空间定向信号时所应用的。IRS发射阵列的各个天线发射不同的信号，其是根据通过使用UE所经历的信号质量的信息而达到的优化标准在数字域中设计的。在一个实施例中，IRS使用基站调度实体所提供的预编码矩阵或波束形成矩阵，来提供指向性(波束成形)，即，将IRS天线元件的反射角对准预期UE，并选择发射功率(功率分配)。特别地，单独使用或分配功率和相位也是本公开的一个实施例。本质上，预编码是发射机处选择的向一个或多个接收机传送信息的特定策略。此外，还可以根据需求动态地和自动地配置IRS。
所公开的机制提供了一种方法，在该方法中，基站(BS)知道IRS，使得可以鉴于部署的IRS面板附近的给定用户(或UE)分布来控制IRS倾斜。在一个实施例中，这由一个或多个基站通过考虑用户(或UE)和信号强度(SINR)分布来实现。
在一个实施例中，所公开的基站(BS)通过在数据库中编码的先验知识或经由IRS和BS之间的信令机制(稍后在说明书中描述)来知晓IRS。当IRS出现在网络中或变为活动时，其可以被配置为经由可用物理连接向所有连接的BS发送握手信号。可以交换以下信息中的一个或多个：例如但不限于：IRS ID、纬度/经度中的位置等。在一个实施例中，IRS和BS之间的连接可以经由RF连接(IAB、微波链路等)。
公开了一种包括握手信号模式的网络接口协议。在一个实施例中，基站(BS)和IRS面板之间的接口机制在图4中示出。参照图4，经由微控制器(以下也称为IRS控制器)在BS和IRS之间建立直接连接，以实现计算给定时间段的倾斜控制信息并经由该连接将该信息传送给IRS的机制。
通过BS控制IRS面板倾斜可能有两个方面。在一个实施例中，BS被配置为在BS处收集信干噪比(SINR)简档，然后为IRS附近的区域生成RF签名简档。在示例性实施例中，经由BS服务的区域中的UE生成的一个或多个增强型用户测量报告来收集SINR简档并将其发送到BS。
在另一实施例中，BS(或BS中的调度模块)被配置为计算实现SINR目标所需的倾斜度，并利用一个或多个信息元素执行相同的倾斜，所述信息元素例如但不限于给定区域的用户分布、用户或SINR或误块率(Block Error Rate，BLER)简档。在一个实施例中，倾斜可以基于用户位置信息，该用户位置信息可由在UE中实现的感测机制获得，并且该种信息被馈送到BS(调度)。
所公开的IRS架构还描述了一种用于从UE收集上述信息并管理这种收集机制的机制。在嵌入中，从BS向IRS发送一个或多个控制消息。在一个实施例中，可以基于需求或其他因素预先配置这种控制消息的周期。
在一个实施例中，可以由BS使用一个或多个控制消息来控制IRS。特别地，无线控制器(无线资源管理实体或基带实体)、核心网或任何智能实体或网络设备(例如但不限于O-RAN RIC(无线电智能控制器))可以传送控制消息并控制IRS。
在一个实施例中，提出了6G NR DU和IRS接口，其在本说明书中被称为“Dui I/F”。它被实现为BS和IRS控制器之间的逻辑接口，以在DU和IRS之间交换信令消息，如本说明书稍后详细描述的。
图4示出了根据本公开实施例的示例性IRS部署场景。在一个实施例中，提供了基站(BS)和IRS面板之间的接口机制。如图所示，IRS 404包括铜背板和控制电路板。IRS 404和基站402经由微控制器406进行通信以交换消息(例如，控制消息)，该微控制器406可以是或不是IRS 404的一部分。
图5a示出了具有IRS支持的下一代或未来一代RAN(例如，6G RAN)的功能架构500。出于说明的目的，在架构500中示出了所公开的基站或网络设备的各种区块或模块或子系统。在一个实施例中，6g-NB-DU(6G基站节点DU)506-1和506-M支持多个小区，并且每个小区可以经由所提出的DUI/F 504连接到一个或多个IRS控制器(例如，IRS-1控制器、IRS-2控制器、IRS-3控制器)。各个IRS控制器分别对应于IRS-1(502-1)、IRS-2(502-2)和IRS-3(502-3)。在一个实施例中，6g-NB-CU(6G基站节点CU)510-1和510-P维护用于每个所支持的小区上下文的IRS-小区映射表(例如，514-1和514-P)，如图所示。6g-NB-CU(6G基站节点CU)经由6G-XN接口512彼此通信。6g-NB-CU(6G基站节点CU)经由6G-NG接口520与第六代代码(sixthgeneration code，6GC)522通信。
在示例性实施例中，每当在小区中部署IRS时，在6g-NB-CU(6G基站节点CU)中维护的IRS-小区映射表中创建条目。在一个实施例中，该条目包括IRS-ID、IRS能力(如由IRS支持的天线元件的数目)、机械/电倾斜支持、主动/被动支持、地理位置(如高度、方位角、仰角)、IRS的覆盖能力、可共享/不可共享状态、小区边缘/小区中部/小区中心区域中的部署细节等。在一个实施例中，上述信息可以在(DU-IRS)DUI-AP(应用协议)设置过程期间从网元管理系统(Element Management System，EMS)或直接从IRS控制器获得(稍后参照图7a-图7g解释)。在一个实施例中，可以实时地管理或更新IRS-小区映射表，或者可以周期性地配置IRS-小区映射表。在又一实施例中，可以基于在特定地理位置中预期的网络用例/场景，按照预定计划来管理IRS-小区映射表。
在一个实施例中，UE可以被配置为使用无线资源控制(Radio Resource Control，RRC)测量报告消息或诸如UE位置信息更新的新RRC消息，来频繁地更新其物理位置信息或将其物理位置信息发送到6G-NB-CU-CP。每当所报告的UE位置下降或接近任何预先部署的IRS覆盖范围时，则6g-NB-CU-CP(例如，510-1)将UE细节、其位置信息、相关联的IRS信息告知6g-NB-DU(例如，506-1)。此后，6g-NB-DU(例如，506-1)在其IRS-UE映射表中创建条目，并请求给定UE开始报告当前位置信息、移动性速度、行进方向等，同时报告周期性或周期性信道状态信息(CSI)报告。当给定UE发送该附加信息时，6g-NB-DU(例如，506-1)验证UE是否已经进入IRS覆盖区域以及它是否处于特定IRS之下。此后，6g-NB-DU(例如，506-1)开始与相关联的IRS控制器(例如，IRS-1控制器)协调，并保留用于向UE反射特定波束的天线阵列元件的数目。
如果在IRS覆盖区域中存在多个UE，则6g-NB-DU确定是否需要创建不同的波束(除了已经生成的波束之外)来服务那些UE。在一个实施例中，可以由6g-NB-DU来确定对于给定UE是仅具有反射波束还是具有直接波束和反射波束两者。在UE由直接波束和反射波束两者服务的情况下，当UE从IRS覆盖区域跨越到由6g-NB-DU(或BS)服务的正常小区覆盖区域时，可能不存在问题。然而，当UE仅由反射波束服务时，6g-NB-DU需要密切跟踪从IRS覆盖区域跨越到正常小区覆盖区域的UE移动，并在适当的情况下触发小区内波束间切换。
在实施例中，通过经由6g-F1接口508向6g-NB-DU发送IRS激活或IRS去激活消息，6g-NB-CU-CP可以激活或去激活6g-NB-DU对IRS的使用。6g-NB-CU-CP(例如，510-1)经由SNMP/TR069/O1接口516频繁地向EMS 518更新/发送IRS细节和用法，如果需要，该接口可用于附加计费目的。
本领域技术人员可以理解，可以使用具有IRS支持/部署的功能架构500来实现关于图2a-图2f描述的示例性用例。一般而言，所公开的IRS架构可被实现为用作覆盖扩展的智能近无源中继器、用作容量改进的单射频多流发射机、以及在环境反向散射和共生无线电的背景下用于信息辅助传输。例如，如图2a所示，IRS部署200用于RIS辅助无人驾驶飞行器(UAV)中，并且可以实现所公开的IRS网络架构。在又一示例中，如图2b所示，IRS部署204用于RIS辅助的毫米波通信，并且可以实现所公开的IRS网络架构。在又一示例中，如图2c所示，IRS部署206用于RIS辅助的同时无线信息和功率传输(SWIPT)，并且可以实现所公开的IRS网络架构。在又一示例中，如图2d所示，IRS部署208用于RIS辅助的物理层安全，并且可以实现所公开的IRS网络架构。在又一示例中，如图2e所示，IRS部署210用于RIS辅助的移动边缘计算，并且可以实现所公开的IRS网络架构。在又一示例中，如图2f所示，IRS部署212用于RIS辅助的设备到设备(D2D)系统，并且可以实现所公开的IRS网络架构。
图5b示出了根据实施例的网络设备524。参照图5a描述的6G网络或5G网络的一个或多个组件可以被集成并实现为所提出的网络设备524。
在一个实施例中，网络设备524可以包括与存储器528耦接的一个或多个处理器526，其中存储器可以存储指令，所述指令在由该一个或多个处理器执行时可以使网络设备524实现所公开的IRS架构。该一个或多个处理器(526)可以实现为一个或多个微处理器、微计算机、微控制器、边缘或雾状微控制器、数字信号处理器、中央处理单元、逻辑电路和/或基于操作指令处理数据的任何设备。在其他能力中，该一个或多个处理器(526)可以被配置为获取并执行存储在网络设备524的存储器528中的计算机可读指令。存储器528可以被配置为在非暂时性计算机可读存储介质中存储一个或多个计算机可读指令或例程，这些指令或例程可以被取出和执行以在网络服务上创建或共享数据分组。存储器528可以包括任何非暂时性存储设备，包括例如诸如RAM的易失性存储器或诸如EPROM、闪存等的非易失性存储器。
存储器528包括一个或多个模块，例如IRS设置模块530、IRS配置模块532、资源命令模块534、IRS激活模块536、DU配置模块538、邻近告知模块540和RRC配置模块542。IRS设置模块530被配置为执行用于配置IRS的一个或多个步骤或过程(例如，706)，如稍后在说明书中详细描述的。资源命令模块534被配置为执行一个或多个步骤或过程(例如，708)，以命令保留IRS的天线阵列元件(或其他资源)用于与UE通信。IRS激活模块536被配置为执行一个或多个步骤或过程(例如，710、720)以激活或停用IRS。DU配置模块538被配置为执行一个或多个步骤或过程(例如，712)，该一个或多个步骤或过程(例如，712)指示所部署的最新一组IRS及其细节。RRC配置模块542被配置为执行用于无线资源控制(RRC)连接重新配置的一个或多个步骤或过程。RRC连接重配置过程用于配置测量控制，以便在从UE接收的一个或多个测量报告中添加UE的位置信息。
在一个实施例中，上述一个或多个模块可以被配置为执行本文在6G网络的上下文中描述的一个或多个功能、步骤、过程。例如，用于实现6G网络和一个或多个IRS之间的通信协议(及其协议栈)的所有步骤可以由网络设备524执行。此外，一个或多个IRS的配置和/或建立中所涉及的步骤、过程也可以由网络设备524执行。此外，设置UE以定期发送测量报告的步骤或过程可以由网络设备524执行，例如由RRC配置模块542执行。
此外，用于处理和分析来自UE的测量报告以确定IRS的倾斜(即，倾斜信息)的步骤或过程可以由网络设备524执行。尽管不同的节点或模块可以被描述为执行用于提供所公开的IRS架构的各种功能和步骤，但是可以理解，所有或一些功能可以由一个或多个网络设备524来执行。例如，网络设备524可以是支持6G的网络设备，其包括耦接到存储器528的一个或多个处理器526，存储器528存储有一组指令，该一组指令在由该一个或多个处理器执行时使得网络设备至少部分地基于从一个或多个UE接收的第一组信息来计算与一个或多个IRS相关联的IRS倾斜信息。第一组信息包括从一个或多个UE接收的信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)信息中的一个或多个。
该一个或多个处理器526还使得网络设备524经由网络接口将所计算的IRS倾斜信息传送到一个或多个IRS，其中IRS倾斜信息用于控制一个或多个IRS的一个或多个操作方面。该一个或多个IRS的一个或多个操作方面包括机械方面，例如但不限于机械倾斜。在一个实施例中，该一个或多个IRS的一个或多个操作方面包括诸如数字倾斜等数字方面。在一个实施例中，该一个或多个IRS的一个或多个操作方面包括电气方面，例如但不限于发射功率。可以理解，该一个或多个IRS中的每一个包括多个瓦片或面板。在示例性实施例中，所公开的一个或多个IRS的操作方面可以被控制在各种粒度级别，例如，在瓦片级别、在面板级别等。
在一个实施例中，该一个或多个处理器526还使网络设备524基于以下中的一个或多个来计算IRS倾斜信息：一个或多个IRS的位置、一个或多个UE的位置以及来自一个或多个UE的信道质量指示符(CQI)信息，其中IRS倾斜信息指示一个或多个IRS的波束形成。
在一个实施例中，该一个或多个处理器526还使网络设备524将IRS倾斜信息计算为预编码矩阵或波束形成矩阵或IRS倾斜矩阵，该矩阵用于从一个或多个IRS中的每一个同时发射一个或多个空间定向信号，其中该一个或多个IRS中的每一个包括多个天线。在一个实施例中，一个或多个IRS发射阵列的各个天线被配置为发射不同的信号，该信号是基于各自的IRS倾斜信息在数字域中设计的。在一个实施例中，一个或多个IRS应用由网络设备524提供的预编码矩阵或波束形成矩阵，来提供对一个或多个UE的预期UE的指向性并选择相应的发射功率。
在一个实施例中，一个或多个IRS使用IRS倾斜信息来计算每个天线的数字倾斜和机械倾斜，并向每个天线分配功率和相位。在一个实施例中，该一个或多个处理器526还使网络设备524通过编码在数据库中的先验知识或通过经由网络接口在一个或多个IRS与网络设备之间建立的信令机制，来知晓一个或多个IRS。在一个实施例中，当在设置过程期间经由新IRS和网络设备之间的物理连接激活时，该一个或多个处理器526还使得网络设备524从新IRS接收握手信号。
在一个实施例中，该一个或多个处理器526还使网络设备524在IRS-小区映射表中创建条目，其中该条目包括一个或多个字段，该一个或多个字段包括IRS-ID、新IRS支持的天线元件数目方面的IRS能力、机械/电倾斜支持、主动/被动支持、地理位置(如高度、方位角、仰角)、IRS的覆盖能力、可共享/不可共享状态、部署细节。在一个实施例中，网络接口实现在网络设备和一个或多个IRS之间建立的网络接口协议，其中网络接口协议包括握手信号模式。
在一个实施例中，通过经由微控制器在网络设备524和一个或多个IRS之间的直接连接来建立网络接口。在一个实施例中，该一个或多个处理器526还使网络设备524基于由网络设备服务的给定区域的用户分布、用户简档、SINR简档和误块率(BLER)简档中的一个或多个，来计算实现SINR目标所需的IRS倾斜信息。在一个实施例中，该一个或多个处理器526还使得网络设备524以预先配置的周期向一个或多个IRS发送一个或多个控制消息，其中该一个或多个IRS由网络设备使用该一个或多个控制消息来控制。
在一个实施例中，在不脱离正在进行的描述的范围的情况下，各种模块可以集成在一起或者可以在多个网络设备(524)中实现相同或相似的功能。例如，网络设备524对应于具有IRS支持的下一代RAN(例如，6G RAN)中的一个或多个节点。在一个实施例中，网络设备524可以对应于6g-NB-DU(6G基站节点DU)和/或6g-NB-CU(6G基站节点CU)或其集成。在另一个实施例中，网络设备524可以对应于基站(BS)或可以被配置为在正在进行的描述的上下文中与IRS和/或UE进行通信的任何此类网络实体。
在一个实施例中，如参考图7a-图7g所描述的，网络设备524启用与IRS的网络接口协议建立。在一个实施例中，使用本文概述的各种设置过程在网络设备与IRS之间建立DU-I接口(或DU I/F)。使用所提出的网络接口，网络设备524可以启用IRS的建立，该IRS可用于将信号反射到由网络设备524服务的特定区域或区域中的一个或多个UE。将IRS的一个或多个参数映射到用于最佳性能的机械或数字倾斜被预先确定并存储在网络设备524处。网络设备524从一个或多个UE接收一个或多个测量报告，以在运行时至少部分地基于预定的映射来确定最佳机械或数字倾斜。网络设备524使用所提出的网络接口，将最佳机械或数字倾斜信息发送到IRS，并且IRS控制器使用该最佳倾斜信息来重新对准IRS面板或IRS瓦片。
在又一实施例中，网络设备524执行所有功能、步骤、过程，以指示UE执行对与IRS等相关联的一个或多个参数的测量。例如，网络设备(524)可以在UE中提供/配置触发事件以触发任何此类测量。这种测量可以由UE执行，并以一个或多个测量报告的形式发送到网络设备524。网络设备524可以基于该一个或多个测量报告，来确定要传送给IRS控制器的倾斜信息或数据。在又一实施例中，网络设备524允许以如下方式来配置IRS：IRS控制器为网络设备524保留一部分IRS资源。同样地，另一个网络设备524可以通过与本文所述的IRS控制器通信来配置IRS资源的又一部分来共享IRS的资源。
在一个实施例中，如图5C所示，公开了与一个或多个智能反射面(IRS)和一个或多个网络设备通信的用户设备(UE)。图5c示出了根据本公开实施例的示例性UE 544。在一个实施例中，UE或计算设备(在各个图中示出)可以经由驻留在任何操作系统上的一组可执行指令与网络设备524和/或给定IRS通信。在一个实施例中，电子设备可以包括但不限于任何电气、电子、机电或设备或上述设备中的一个或多个的组合，诸如移动电话、智能手机、虚拟现实(virtual reality，VR)设备、增强现实(augmented reality，AR)设备、膝上型计算机、通用计算机、台式计算机、个人数字助理、平板计算机、大型计算机或任何其他计算设备，其中计算设备可以包括一个或多个内置或外部耦接的附件，包括但不限于视觉辅助设备，例如相机、音频辅助设备、麦克风、键盘，用于接收来自用户的输入的输入设备，诸如触摸板、触摸屏、电子笔等。可以理解，电子设备可以不限于所提到的设备，并且可以使用各种其他设备。智能计算设备可以是用于存储数据和其它私人/敏感信息的适当系统之一。
在一个实施例中，UE 544包括耦接到存储器548的处理器546。存储器548包括一个或多个模块，例如测量模块550、触发点模块552、识别模块554、报告模块556和GPS/定位模块558。存储器548中的一个或多个模块可以被配置为执行与本文公开的过程/步骤的UE侧有关的一个或多个功能，例如参考图8a-图8c。
作为示例，测量模块550可以被配置为测量与从BS(或网络设备)接收的信号强度和从IRS接收的信号强度相关联的一个或多个参数。在又一示例中，触发点模块552可以被配置为启用用于触发测量模块550对一个或多个参数的测量的一个或多个触发点的设置或配置。识别模块554可以被配置为基于诸如IRS ID等识别参数来实现对IRS的识别。报告模块556可以被配置为以具有一个或多个预定字段的规定格式来创建和共享一个或多个测量报告。GPS/位置模块558可以被配置为确定位置特定信息或将位置特定信息提供给其他模块以包括在测量报告中。在不脱离正在进行的描述的范围的情况下，可以集成一个或多个模块以形成单个模块。为了简洁起见，标准UE的其他组件和模块未在图中示出或在本文中描述。例如，诸如天线、用于报告和相关数据的存储器存储等通信组件被假定为本文所描述的UE的一部分。UE使能544的某些模块可以被配置为响应来自网络设备524或BS的一个或多个消息，以实现本文所公开的IRS架构或支持其所公开的IRS机制的各种实施例。
如上所述，UE 544包括耦接到存储器的一个或多个处理器，该存储器存储有一组指令，该一组指令在由该一个或多个处理器执行时使得网络设备发送第一组信息。在一个实施例中，第一组信息包括与到一个或多个6G网络设备的UE相关联的信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息、参考信号接收质量(RSRQ)信息、位置和信道质量指示符(CQI)信息中的一个或多个。该一个或多个6G网络设备被配置为至少部分地基于从该一个或多个UE接收的第一组信息来计算与该一个或多个IRS相关联的IRS倾斜信息。该一个或多个6G网络设备被配置为经由网络接口将所计算的IRS倾斜信息传送到该一个或多个IRS，其中IRS倾斜信息用于控制该一个或多个IRS的一个或多个操作方面。
图6示出了根据本公开实施例的DUI(DU-IRS)接口协议栈600。如图所示，协议栈包括无线电控制层604和传输控制层606。无线电控制层604包括(DU-IRS)DUI-AP(应用协议)层608。传输控制层包括物理层610、数据链路层612、IP层614和流控制传输协议616。在一个实施例中，网络设备(524)或BS建立DUI(DU-IRS)协议栈以实现BS和IRS之间的通信，用于如本文所述的配置、设置和控制目的。具有特定格式的各种配置消息可用于支持6G网络环境中的通信协议。
在一个实施例中，DUI可以实现为DU和IRS控制器之间的逻辑或物理接口。所公开的DUI协议栈在DUI接口的两端实现。例如，一个实现是在DU端，另一个实现是在IRS控制器端。包括物理层、数据链路层、IP层和SCTP层的传输网络层可以按照本领域中已知的标准定义来实现。在一个实施例中，包括DUI-AP(即DU-IRS接口应用组件)的无线电网络层实现层3控制协议。将参照图7a-图7d中所示的序列图详细解释与DUI-AP相关的过程和消息。例如，协议通信消息包括：如图7a所示的“DUI链路设置请求”和“DUI链路设置响应”；如图7b所示的“DUI链路配置更新”和“DUI链路配置更新确认”；如图7c所示的“IRS资源命令”和“IRS资源命令接受”；如图7d所示的“IRS激活命令”和“IRS激活命令接受”。所提出的协议通信消息是所提出的DUI-AP协议的一部分。
在一个实施例中，DUI-AP可以通过在如图7a-图7g所示的DUI I/F中使用的初始的一组过程来实现。
图7a示出了由IRS控制器704向6g-NB-DU 702发起DU I/F设置过程700，以建立DUI链路。在一个实施例中，当新的IRS出现或变为活动或可用时，对应的IRS控制器(例如，704)经由设置请求消息将其能力共享/发送到6g-NB-DU 702。6g-NB-DU 702认证新的IRS并分配唯一的IRS ID，并通过发送设置响应消息向IRS控制器704发出“激活”命令。IRS控制器704用ID更新其表，并且将状态设置为“活动”。
图7b示出了DU I/F配置更新过程706。该过程由IRS控制器704向6g-NB-DU 702发起，以更新其能力中的改变。在一个实施例中，IRS控制器704经由“配置更新”消息向6g-NB-DU 702共享其更新的能力。6g-NB-DU 702更新其IRS-UE表，并将更新发送到相关联的6g-NB-CU-CP，并通过发送“配置更新确认”消息，基于更新向IRS控制器704发出“激活/去激活”命令。此后，按照接收到的命令，IRS控制器704继续处于“激活/去激活”状态。
图7c示出了IRS资源命令过程708。该过程由6g-NB-DU 702向IRS控制器704发起，以命令保留用于与6g-NB-DU 702通信的天线阵列元件，并且还直接与UE通信。因此，可以为特定UE保留(给定IRS的)一组天线阵列用于与6g-NB-DU 702的通信，并且保留另一组天线阵列用于直接与UE的通信。这里，6g-NB-DU 702可以共享诸如水平和垂直波束宽度、水平和垂直波束转向位置、给定UE指向波束的高度等细节。因此，6g-NB-DU 702向IRS控制器702发送IRS资源命令消息。IRS控制器按照接收到的命令来配置IRS的天线阵列，保留所需的天线阵列元件，并通过发送IRS资源命令接受消息来响应6g-NB-DU 702。IRS资源命令还可以包含预编码矩阵，该预编码矩阵为IRS应当采用的每个元素提供功率和相位，以在来自基站的信号的反射中实现必要的方向性。一旦接收到IRS资源命令接受消息，6g-NB-DU 702就开始向IRS发送波束，并且可以或可以不继续向UE发送直接波束。IRS控制器704将IRS配置为开始接收来自6g-NB-DU 702的波束，转换并开始向UE发送直接波束。
图7d示出了IRS激活命令过程710。该过程由6g-NB-DU 702向IRS控制器704发起，以激活或去激活IRS。6g-NB-DU 702向IRS控制器704发送IRS激活命令(激活/去激活、有效时间等)消息。IRS控制器704向6g-NB-DU 702发送IRS激活命令接受消息。IRS控制器704被配置为根据接收到的命令，设置IRS的状态。在一个实施例中，该过程主要在节能场景期间和维护场景期间使用。
图7e-图7g示出了支持IRS的初始的一组过程。图7e示出了DU配置更新过程712。该过程由6g-NB-DU 702向6g-NB-CU-CP 714发起，指示部署的最新一组IRS及其细节。在一个实施例中，6g-NB-CU-CP 714为那些新的IRS创建条目，并为每个IRS分配唯一的IRS ID，并更新已经存在于IRS-小区映射表中的其他IRS的细节。6g-NB-CU-CP 714用DU配置更新确认来响应，该DU配置更新确认具有与新建立的IRS相关联的新分配的IRS-ID的列表。6g-NB-DU702用ID更新其表，并且各个IRS的状态将被设置为活动的。
图7f示出了IRS邻近指示过程716。每当在特定IRS覆盖范围附近检测到一个或多个UE(例如，718)时，该过程716由6g-NB-CU-CP 714向6g-NB-DU 702发起，指示向那些UE发起与特定IRS的协调。6g-NB-DU 702接收IRS邻近指示以及与IRS列表相关联的UE列表、保留的IRS资源等。6g-NB-DU 702在接收到IRS邻近指示消息后，根据与相应IRS的映射用UE列表更新其表。6g-NB-DU 702还发起请求那些UE(例如，718)发送其位置信息以及信道状态信息(CSI)。6g-NB-DU 702中的调度器模块开始使用保留的IRS源用于其对特定的一组UE(例如，718)的使用。
图7g示出了IRS激活命令过程720。该过程由6g-NB-CU-CP 714向6g-NB-DU 702发起，以激活或去激活IRS。如图所示，6g-NB-CU-CP 714向6g-NB-DU 702发送IRS激活命令[激活/去激活、有效时间等]。如前所述，6g-NB-DU 702向IRS控制器发起IRS激活/去激活过程。6g-NB-DU 702向6g-NB-CU-CP 714发送IRS激活命令接受消息。该过程主要可以在节能场景期间以及在维护场景期间使用。
在一个实施例中，支持IRS的初始的一组过程由6g-NB-CU-CP使用无线资源控制(RRC)连接重新配置来执行。6g-NB-CU-CP使用RRC连接重配置过程来配置测量控制，以在一个或多个测量报告中添加UE的位置信息。在接收到该请求后，UE开始在所有后续的测量报告中添加其位置信息。在另一个实施例中，根据较早的接近指示过程，当UE检测到其接近或进入IRS覆盖区域时，UE可以通过测量报告或使用接近指示消息开始添加位置信息。
本公开涉及一种在5G和其它网络中实现智能反射面(IRS)的系统和方法。该系统可以包括网络设备，该网络设备包括可以使该系统与IRS建立网络接口协议的一个或多个处理器。在一个实施例中，在网络设备和IRS之间建立DU-I接口，使用该DU-I接口可以执行各种设置过程。使用所提出的网络接口，网络设备可以启用IRS的建立，该IRS可用于将信号反射到特定区域中的一个或多个UE。将IRS的一个或多个参数映射到用于最佳性能的机械或数字倾斜是在网络设备处被预先确定并存储的。网络设备从一个或多个UE接收一个或多个测量报告，以在运行时至少部分地基于预定映射来确定最佳机械或数字倾斜。网络设备使用所提出的网络接口向IRS发送最佳机械或数字倾斜信息，并且IRS控制器使用最佳倾斜信息来重新对准其面板或瓦片。
公开了非暂时性计算机可读介质(CRM)的实施例。CRM包括存储在其上的一个或多个指令，该一个或多个指令在由处理器执行时使得过程执行一组步骤。例如，该组指令的执行使得处理器至少部分地基于从一个或多个UE接收到的第一组信息来计算与一个或多个IRS相关联的IRS倾斜信息，并经由网络接口将所计算的IRS倾斜信息传送到一个或多个IRS，其中IRS倾斜信息用于控制一个或多个IRS的一个或多个操作方面。在一个实施例中，第一组信息包括：信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息、参考信号接收质量(RSRQ)信息、位置和信道质量指示符(CQI)信息中的一个或多个。
图8a-图8c示出了用于支持如本文所公开的IRS架构的一组UE过程。在一个实施例中，公开了一种用于B5G(5G之外，即5G/6G网络)网络的切换机制，其中IRS控制器也是如上所述的网络架构的一部分。这样的网络需要收集一个或多个测量报告，所述一个或多个测量报告包括以参考信号接收功率(RSRP)、参考信号接收质量(RSRQ)、SINR和信道质量指示符(CQI)或信道状态信息(CSI)报告的形式指示由UE感知的原始功率的RF报告，以指示服务小区的信道质量。
由BS(或网络设备)收集的一个或多个测量报告帮助网络采取适当的呼叫以将给定UE(例如，UE 544)切换到同一小区覆盖中的另一小区或另一IRS控制器(即，小区边缘场景)。本公开考虑各种场景来说明如图8a-图8c所示的方法。例如，UE1处于移动性并且连接到6G-NB-DU-1(即，小区1)，并且处于连接/激活状态。UE1开始远离6G-NB-DU-1(小区1)的覆盖范围，并且现在处于IRS-1覆盖的附近。在这种情况下，UE1需要被切换到IRS-1控制器以用于进一步的数据发送/接收。在一个实施例中，以下数据点和操作流程需要以下面提到的顺序考虑-
1、UE配置有触发点，用于UE查找来自IRS控制器(例如，对应于IRS－1)的导频信号，然后开始测量。
2、使用IRS ID识别IRS控制器反映的信号/数据。
3、IRS ID需要在导频信号的SIB1部分上发送。
4、UE测量服务小区的CQI/CSI和由IRS接收的信号的RSRP/RSRQ。
5、UE基于所配置的触发事件和/或周期性定时器来发送测量报告。
6、基于在网络侧设置的标准来完成切换过程。
在一个实施例中，UE 544配置有一个或多个触发点，用于UE寻找来自IRS控制器(例如，704)的导频信号，然后开始相应的测量。因此，UE可以配置有用于测量的基于事件的触发(如果IRS在同一小区边缘情况下可用并且可用于切换)或甚至基于周期性定时器的触发。在示例性实施例中，一个或多个示例性事件可以被配置为触发IRS测量。这样的示例性事件包括事件I1-当服务小区RSRP/RSRQ低于预先配置的特定阈值时。另一示例事件可以是事件I2-当CSI报告中的服务小区CQI索引低于阈值或导致使用QPSK时。又一示例事件可以是事件I3-当相邻小区提供比服务小区更好的信号强度时。
在一个实施例中，可以基于具有给定近似覆盖的给定小区中的IRS可用性来触发这种示例性事件(即，I1到I3)。在另一个实施例中，提出了一种新的机制来识别是否需要触发常规事件A1或需要触发预先配置的事件I1。
图8a示出了根据实施例的用于支持IRS的UE过程。在一种情况下，UE 802-1共享并验证给定IRS的可用性。当事件A1或其他事件(Ax)被触发时，UE 802-1与网络(CU-CP 804)共享位置信息以及精度级别，作为RRC消息容器IEI的一部分。
CU-CP 804确认IRS可用性的存在并配置事件I1或发送新的RRC消息(即，StartIRSMeas_IE)作为RRC容器，然后将IRS控制器配置为开始反映具有为SIB1配置的DLCCH的导频信号，从而UE可以检测IRS ID并准备测量报告(MR)。接下来，UE 802测量RF并确认事件(例如，I1)是否仍然有效，并且因此将触发事件Ix。如果UE 802-1不支持GPS，则UE使用C平面或U平面(SUPL)方法以及基于CellID、eCellID、OTDOA等的测量来共享位置信息。
图8b示出了根据实施例的用于RRC测量报告的UE过程。例如，当事件A1被触发时，UE 802-1将测量报告与位置信息一起发送。网络设备识别UE 802-1在IRS覆盖区域内，并配置事件I1或发送新的RRC消息(StartIRSMeas_IE)作为RRC容器，然后将IRS控制器配置为开始反映具有为SIB1配置的DLCCH的导频信号，从而UE 802-1可以检测IRS ID并且也准备MR。RRC_消息容器IE可以对应于{{StartIRMeas_IE:BOOLEAN{}}。类似地，MR(测量报告)可以由UE 802-1基于也可以基于为给定UE配置的周期性定时器来执行的配置来发送。该过程包括使用IRS ID识别由IRS控制器反映的信号/数据。类似于小区ID，可以使用IRS ID来识别IRS，该IRS ID将作为导频信号/SIB1的一部分广播。获取包含PLMN-IdentityInfo的SIB1-CellAccessRelatedInfo的一部分。该IE包含给定小区的CellIdentity。因此，应使用相同的IEI来传送IRS控制器的IRS ID。这将成为用于在UE级别进行进一步处理的IRS标识符。该IRS ID可以代替小区ID被发送，或者可以按照DU/CU处存在的与IRS ID和小区ID相关的映射表与小区ID一起发送。
在一个实施例中，参照图8c，IRS ID需要在导频信号的SIB1部分上发送。假设IRS控制器具有足够的计算能力，可以有两种可能的方式将IRS ID编码到通过导频信号发送的SIB1中。
在第一备选方案中，当预先决定经由IRS反射器将IRS ID发送到UE 802时，在CU-CP侧(RRC)的SIB1信号中预编码IRS ID。这样，IRS只能基于先前接收到的配置来反映信号。
在第二替换方案中，当从CU-DU(gNodeB)接收到IRS ID时，在对其进行解码之后将其编码并插入到SIB1消息中，然后按照所接收的配置将其发送到由其IRS反射器引导的UE802。在一个实施例中，UE测量由IRS接收的服务小区的CQI/CSI和信号的RSRP/RSRQ。一旦UE检测到事件被触发，或者定时器超时，UE将开始嗅探来自IRS反射器的导频信号，并且在读取SIB1之后检测到IRS ID。一旦IRS ID已知并且进行了对原始功率的测量，UE 802就使其成为测量报告的一部分，该测量报告被发送到CU-CP中的RRC和/或CSI报告的DU部分中的另一个MAC调度器。
CSI到MAC调度器－当DU中的MAC调度器接收到CSI报告并确定将调制方案减少到QPSK时，则基于映射到IRS覆盖的可用性的CSI报告的可用部分的位置信息，然后MAC调度器指示用于UE切换到IRS的RRC。如果位置信息对于UE 802不可用，则DU中的MAC调度器可以通过DU-CU接口连接到RRC以获得UE位置信息，并查看MAC调度器是否在IRS覆盖范围内，并且如果响应为是，则RRC可以触发切换。
在一个实施例中，UE被配置为基于配置的触发事件发送测量报告，和/或基于网络侧设置的标准来发送要完成的周期性定时器和切换过程。在一个实施例中，测量报告可以是两种类型--基于所接收的配置向CU-CP中的RRC报告NR测量报告，以及向MAC调度器报告关于服务小区的CSI报告。
基于CSI报告，其中CQI索引下降到小于配置的阈值，即下降到反映QPSK的使用的索引，并且为了维持TP，gNodeB需要分配更多的PRB。在这种情况下，当gNodeb知道UE在IRS附近时，gNodeb开始用预编码的SIB1来反射导频信号。现在，UE测量UE感知的IRS原始功率，并将其记录在NR测量报告中。基于测量报告，CU-CP->DU触发向IRS的切换。
类似地，MR可以由UE基于配置发送，该配置也可以基于为给定UE配置的周期性定时器完成。可以修改IE以反映新事件触发的上述配置。
图9示出了根据本公开的实施例的示例性计算机系统，本发明的实施例可以在该计算机系统中使用或与该计算机系统一起使用。如图9所示，计算机系统900可以包括外部存储设备910、总线920、主存储器930、只读存储器940、大容量存储设备950、通信端口960和处理器970。本领域技术人员将理解，计算机系统可以包括一个以上的处理器和通信端口。处理器970可以包括与本发明的实施例相关联的各种模块。通信端口960可以是用于基于调制解调器的拨号连接的RS-232端口、10/100以太网端口、使用铜缆或光纤的千兆或万兆端口、串行端口、并行端口或其他现有或未来的端口中的任何一个。通信端口960可以根据诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)或计算机系统连接到的任何网络的网络来选择。存储器930可以是随机存取存储器(RAM)或本领域公知的任何其它动态存储设备。只读存储器可以是任何静态存储设备，例如但不限于用于存储静态信息的可编程只读存储器(PROM)芯片，例如处理器970的启动或BIOS指令。大容量存储950可以是可用于存储信息和/或指令的任何当前或未来的大容量存储解决方案。示例性大容量存储解决方案包括但不限于并行高级技术附件(Parallel Advanced Technology Attachment，PATA)或串行高级技术附件(SerialAdvanced Technology Attachment，SATA)硬盘驱动器或固态驱动器(内部或外部，例如具有通用串行总线(USB)和/或火线接口)、一个或多个光盘、独立磁盘冗余阵列(RedundantArray of Independent Disks，RAID)存储，例如磁盘阵列(例如，SATA阵列)。
总线920将处理器970与其它存储器、存储和通信块进行通信耦接。总线920可以是，例如，用于连接扩展卡、驱动器和其他子系统的外围组件互连(PCI)/PCI扩展(PCI-X)总线、小型计算机系统接口(SCSI)、USB等，以及将处理器970连接到软件系统的其他总线，例如前端总线(FSB)。
可选地，操作员和管理接口，例如显示器、键盘和光标控制设备，也可以耦接到总线920以支持操作员与计算机系统的直接交互。其他操作员和管理接口可以通过经由通信端口960连接的网络连接来提供。上述组件仅是为了举例说明各种可能性。前述示例性计算机系统绝不应限制本公开的范围。
虽然本文相当强调优选实施例，但是可以理解，在不脱离本发明原理的情况下，可以进行许多实施例，并且可以在优选实施例中进行许多改变。本发明的优选实施例中的这些和其它改变对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，由此可以清楚地理解，上述说明性内容仅作为本发明的说明性实施而不是作为限制来实施。
本公开的优点
本公开通过利用IRS架构在下一代网络(例如，6G)内提供了有效的、并发的和改进的通信。
本公开提供了一种系统和方法，以消除在具有一个或多个障碍物的区域中为改善覆盖而昂贵部署基站的需要。
本公开提供了一种经济的且基于下一代的系统和方法，该系统和方法可以避免UE由于信号差、信号退化和缺乏覆盖而面临的问题。
本公开提供了一种有效的系统和方法，该系统和方法可以实现无缝服务质量，而与用户的位置无关。

Claims (30)

1.一种用于支持与通信网络中的智能反射面(IRS)的通信的网络设备，所述网络设备包括：
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器耦接到存储有一组指令的存储器，所述一组指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述网络设备：
发送用于配置一组触发点的配置信号，其中，所述配置信号包括IRS ID，并且其中，基于所述一组触发点，用户设备UE被配置为：
检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，所述IRS控制器与所述IRS相对应；以及
执行对一个或多个参数的测量；
基于所检测到的一个或多个导频信号和所述一个或多个参数的测量结果，向所述网络设备发送第一组信息；以及
基于所发送的第一组信息，接收一个或多个指令以执行用于从所述网络设备到所述IRS的网络通信的切换过程。
2.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述UE被配置为：基于从所述网络设备接收的所述配置信号中所包括的IRS ID来识别所述导频信号。
3.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述UE被配置为：测量服务小区的信道质量指示符(CQI)和信道状态信息(CSI)参数、以及从所述IRS接收的所述导频信号的参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)参数。
4.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述UE被配置为：周期性地或基于所述触发点之一的触发来发送测量报告，所述测量报告包括所述一个或多个参数的测量结果。
5.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述UE被配置为：基于响应于发送所述第一组信息而从所述网络设备接收的一组标准，来执行所述切换过程的至少一部分。
6.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述第一组信息包括信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的网络设备，所述一组触发点对应于用于测量所述一个或多个参数的、基于事件的触发或基于周期性定时器的触发。
8.根据权利要求7所述的网络设备，其中，所述基于事件的触发对应于如下的场景：在所述场景中，所述IRS在给定小区的边缘中可用并且对于所述切换过程可用。
9.根据权利要求7所述的网络设备，其中，当服务小区RSRP/RSRQ低于预先配置的第一阈值时，或者当服务小区CQI索引低于第二阈值或导致使用QPSK时，或者当相邻小区提供比所述服务小区更好的信号强度时，触发所述基于事件的触发。
10.根据权利要求7所述的网络设备，其中，所述基于事件的触发可以基于给定服务小区中的所述IRS的可用性来触发，所述给定服务小区具有相应的给定覆盖。
11.一种用于支持用户设备(UE)与通信网络中的智能反射面(IRS)的通信的方法，所述方法包括：
由所述UE接收来自网络设备的配置信号，所述配置信号用于配置一组触发点；
由所述UE检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，所述IRS控制器与所述IRS相对应；以及
由所述UE执行对一个或多个参数的测量，其中，所述配置信号包括IRS ID；
由所述UE基于所检测到的一个或多个导频信号和所述一个或多个参数的测量结果，向所述网络设备发送第一组信息；以及
由所述UE基于所发送的第一组信息接收一个或多个指令，以执行用于从所述网络设备到所述IRS的网络通信的切换过程。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：由所述UE基于从所述网络设备接收的所述配置信号中所包括的IRS ID来识别所述导频信号。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：由所述UE测量服务小区的信道质量指示符(CQI)和信道状态信息(CSI)参数，以及从所述IRS接收的所述导频信号的参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)参数。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：周期性地或基于所述触发点之一的触发来发送测量报告，所述测量报告包括所述一个或多个参数的测量结果。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括：由所述UE基于响应于由所述UE发送所述第一组信息而从所述网络设备接收的一组标准，来执行所述切换过程的至少一部分。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一组信息包括：信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)中的一个或多个。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一组触发点对应于用于测量所述一个或多个参数的、基于事件的触发或基于周期性定时器的触发。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述基于事件的触发对应于如下的场景：在所述场景中，所述IRS在给定小区的边缘中可用并且对于所述切换过程可用。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，当服务小区RSRP/RSRQ低于预先配置的第一阈值时，或者当服务小区CQI索引低于第二阈值或导致使用QPSK时，或者当相邻小区提供比所述服务小区更好的信号强度时，触发所述基于事件的触发。
20.一种用于支持与通信网络中的智能反射面(IRS)的通信的用户设备(UE)，所述UE包括：
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器耦接到存储有一组指令的存储器，所述一组指令在由所述一个或多个处理器执行时使所述UE：
接收来自网络设备的配置信号，所述配置信号用于配置一组触发点，其中，所述配置信号包括IRS ID，并且其中，基于所述一组触发点，所述UE被配置为：
检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，所述IRS控制器与所述IRS相对应；以及
执行对一个或多个参数的测量；
基于所检测到的一个或多个导频信号以及所述一个或多个参数的测量结果，向所述网络设备发送第一组信息；以及
基于所发送的第一组信息接收一个或多个指令，以执行用于从所述网络设备到所述IRS的网络通信的切换过程。
21.根据权利要求20所述的UE，其中，所述处理器被配置为：基于从所述网络设备接收的所述配置信号中所包括的IRS ID来识别所述导频信号。
22.根据权利要求20所述的UE，其中，所述处理器被配置为：测量服务小区的信道质量指示符(CQI)和信道状态信息(CSI)参数、以及从所述IRS接收的所述导频信号的参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)参数。
23.根据权利要求20所述的UE，其中，所述处理器被配置为：周期性地或基于所述触发点之一的触发来发送测量报告，所述测量报告包括所述一个或多个参数的测量结果。
24.根据权利要求20所述的UE，其中，所述处理器被配置为：基于响应于发送所述第一组信息而从所述网络设备接收的一组标准，来执行所述切换过程的至少一部分。
25.根据权利要求20所述的UE，其中，所述第一组信息包括：信干噪比(SINR)信息、参考信号接收功率(RSRP)信息和参考信号接收质量(RSRQ)中的一个或多个。
26.根据权利要求20所述的UE，所述一组触发点对应于用于测量所述一个或多个参数的、基于事件的触发或基于周期性定时器的触发。
27.根据权利要求26所述的UE，其中，所述基于事件的触发对应于如下的场景：在所述场景中，所述IRS在给定小区的边缘中可用并且对于所述切换过程可用。
28.根据权利要求26所述的UE，其中，当服务小区RSRP/RSRQ低于预先配置的第一阈值时，或者当服务小区CQI索引低于第二阈值或导致使用QPSK时，或者当相邻小区提供比所述服务小区更好的信号强度时，触发所述基于事件的触发。
29.根据权利要求26所述的UE，其中，所述基于事件的触发可以基于给定服务小区中所述IRS的可用性来触发，所述给定服务小区具有相应的给定覆盖。
30.一种非暂时性计算机可读介质(CRM)，包括一组指令，所述一组指令在由包括在用户设备(UE)中的处理器执行时使得所述处理器：
由所述UE接收来自网络设备的配置信号，所述配置信号用于配置一组触发点；
由所述UE检测来自智能反射面(IRS)控制器的一个或多个导频信号，所述IRS控制器与所述IRS相对应；以及
由所述UE执行对一个或多个参数的测量，其中，所述配置信号包括IRS ID；
由所述UE基于所检测到的一个或多个导频信号和所述一个或多个参数的测量结果，向所述网络设备发送第一组信息；以及
由所述UE基于所发送的第一组信息，接收一个或多个指令，以执行用于从所述网络设备到所述IRS的网络通信的切换过程。
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