RU2817678C1 - Device and method of beamforming for uplink reception - Google Patents
Device and method of beamforming for uplink reception Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817678C1 RU2817678C1 RU2023130580A RU2023130580A RU2817678C1 RU 2817678 C1 RU2817678 C1 RU 2817678C1 RU 2023130580 A RU2023130580 A RU 2023130580A RU 2023130580 A RU2023130580 A RU 2023130580A RU 2817678 C1 RU2817678 C1 RU 2817678C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dft
- vectors
- subset
- base station
- csi
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 245
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 97
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000013442 quality metrics Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 31
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 12
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims description 8
- 238000012952 Resampling Methods 0.000 claims description 7
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 claims description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 description 9
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 9
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 238000013468 resource allocation Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000013439 planning Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000001774 stimulated Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
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.The present invention relates generally to wireless communications, and more particularly to beamforming devices and methods for receiving uplink data.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND ART
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.At the present stage, there is an increasingly active deployment of 5th generation (5G) wireless communication networks of the New Radio (NR) standard, the advantages and capabilities of which are widely known.
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).Base stations (BS) in the 5G NR system use massive antenna arrays containing multiple transceiver antenna elements (AE), which effectively implement MIMO (multiple-input multiple-output) technology when transmitting data (for example, physical downlink together). used channel (PDSCH)) to one or more user equipment (UE), a number of simultaneously transmitted spatial MIMO layers are formed. Likewise, one or more MIMO layers are configured to receive data (eg, physical uplink shared channel (PUSCH)) from each of the user devices. This architecture is known as 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.Generally speaking, a digital signal is transmitted or received through one or more digital ports associated with the antenna elements of the base station, with the help of an RF unit that performs the function of converting the digital signal to analog and vice versa. Thus, for the 3.5 GHz frequency range, up to 64 digital antenna ports can be used, allowing base stations to use various spatial digital signal processing (precoding) schemes. For example, using spatial multiplexing (SM) technology, it is possible to reuse the same time- frequency resources to transmit multiple signals (MIMO layers) to one or more user devices, and using adaptive beamforming technology ) provides dynamic focusing of the power of the transmitted signal in one or more specified directions. By using advanced modulation techniques such as Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) modulation, efficient wideband signal transmission is achieved.
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 (, ).To illustrate the above, FIG. 1 shows an example of part of a two-dimensional base station antenna array, in which the antenna elements (conventionally designated as × in this figure) are virtualized in=4 antenna ports horizontally and=2 antenna ports vertically. As can be seen from the illustration, each antenna port in this case corresponds to a subset of three adjacent antenna elements. Also taken into account is the ability of each port to emit a signal with one of two different, orthogonal polarizations (=2). These orthogonal polarizations can be linear (vertical and horizontal) polarizations, as well as circular (right and left) polarizations. As a result, the antenna subarray in question supports × × =16 digital antenna ports. In fact, corresponds to the dimension in one (here horizontal) spatial direction, corresponds to the dimension in another (here vertical) spatial direction, and corresponds to the polarization dimension. Naturally, a similar consideration is applicable to sublattices with other required sizes (,).
В 5G NR формирование диаграммы направленности осуществляется и при приеме передач по восходящей линии связи (UL), осуществляемых с пользовательских устройств на базовую станцию.In 5G NR, beamforming also occurs when receiving uplink (UL) transmissions from user devices to the base station.
Ниже в целях обеспечения понимания технического контекста настоящего изобретения дается краткое изложение отвечающей 5G NR методики формирования UL диаграммы направленности.Below, in order to provide an understanding of the technical context of the present invention, a summary of a 5G NR compliant UL beamforming technique is provided.
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.First of all, in FIG. 2 generally illustrates a wireless communication system, which may be a 5G NR communication system. As shown in FIG. 2, user equipments (UEs) 201 communicate with base stations (BSs) 202 on a radio access network (RAN) 200. The UEs 201 (eg, UEs 201-1, 201-2, 201-3, ...) are distributed across the RAN 200. and each of the UEs 201 may be fixed or mobile. Well-known examples of UEs are smartphones, tablets, modems, etc.
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.Base stations 202 (eg, BS 202-A, 202-B, 202-C) may provide radio coverage for a specific geographic area, often referred to as a “cell.” Base stations 202 are generally of a stationary design, but may also be of a mobile design. In general, base stations may be macro-BS (as illustrated by BS 202-A, 202-B, 202-C in FIG. 2), as well as pico-BS for pico cells or femto-BS for femto cells. Cells, in turn, can be divided into sectors.
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).The operation of base stations 202 may be coordinated and controlled by a network controller in communication with them (eg, via a backhaul). The RAN 200 may be in communication with a core network (CN) (eg, through a network controller) that provides various network functions, such as, for example, access and mobility control, session management, authentication server function, application function, and the like. . However, base stations 202 in RAN 200 may also be connected to each other (eg, through a direct physical connection).
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.When a user device moves within the RAN 200, it may be handed over from one base station to another base station. For example, service of UE 201-3 may be transferred from BS 202-B to BS 202-A. In this case, the corresponding operating parameters of the user device are reconfigured to work with the new base station. Service switching of a user device can also be carried out between sectors of the same base station.
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.5G NR implements the OpenRAN (O-RAN) architecture - in particular, O-RAN 7-2x - which consists of dividing the base station into two parts and using a special (fronthaul) interface (FH interface) defined for the exchange of information between these functional parts. More specifically, the base station according to this architecture is divided into a radio unit (RU) and a distributed unit (DU), interconnected through an FH interface (see FIG. 3). The functionality implemented by the radio block and the distributed block in the technical context under consideration will be described in more detail below.
Поддержка архитектуры O-RAN ожидается и в сетях беспроводной связи следующего поколения.Support for the O-RAN architecture is also expected in next-generation wireless networks.
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.Each of the BS 202 shown in FIG. 2 includes hardware and logic for implementing corresponding functions in the base station. The hardware includes, in particular, an antenna array consisting of the transmit-receive antenna elements discussed above, various specially configured processors, controllers, data storage devices, other circuit elements, as well as the buses connecting them. Logic means includes software stored in the corresponding storage devices and configuring the corresponding circuit elements. Software also includes firmware directly embedded in processors and controllers. Said hardware is configured to, inter alia, perform various processing on the transmitted and received signals, including (de)modulation, (de)multiplexing, (de)coding, amplification, filtering, digitization, (de)interleaving, resource allocation, reception/transmission planning.
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.Likewise, each of the UEs 201 shown in FIG. 2 includes hardware and logic for implementing corresponding functions in a user device. The hardware includes, in particular, transceiver devices with associated antenna elements, various specially configured processor(s), controllers, data storage devices, other circuit elements, as well as the buses connecting them. Logic means includes software stored in the corresponding storage devices and configuring the corresponding circuit elements. Software also includes firmware directly embedded in the controllers. Said hardware is configured to, inter alia, perform various processing on the transmitted and received signals, including (de)modulation, (de)multiplexing, (de)coding, amplification, filtering, digitization, (de)interleaving. In addition, the user device includes means for interaction with the user, including a touch screen, speakers/microphone, buttons, as well as user applications stored in the memory of the user device and executed by the processor of the user device in the corresponding operating system.
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.Examples of the above-mentioned processors/controllers include microprocessors, microcontrollers, digital signal processors (DSPs), field programmable gate arrays (FPGAs), discrete hardware chips, and the like. (Micro)software executed by processors/controllers should be interpreted broadly to mean machine-executable instructions, instruction sets, program code, code segments, subroutines, program modules, objects, procedures, and the like. The software is stored on suitable computer-readable media, which may be embodied, for example, in the form of RAM, ROM, EEPROM, solid-state memory, magnetic memory, optical memory, and the like. , on which corresponding program codes and data structures can be written or stored and accessed by the corresponding processors/controllers.
В 5G NR на базовой станции применяется следующее выражение для вычисления весов демодуляции MIMO для принимаемых UL сигналов:In 5G NR, the base station uses the following expression to calculate MIMO demodulation weights for received UL signals:
, (1) , (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.Matrix in equation (1) is called a linear MMSE (minimum mean square error) interference canceling (IRC) receiver, i.e. LMMSE-IRC receiver. In the following, for simplicity, this matrix will be called the LMMSE-IRC receiver or simply the receiver.
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.In equation (1) - channel matrix received at the base station, its dimension is the number of receiving digital antenna ports of the base station × the number of spatial streams (i.e. MIMO layers) received by the base station from one or more user devices. Let, as one example, a base station have 32 digital receive antenna ports and receive one MIMO layer from one user device, i.e. single-user MIMO (SU-MIMO) mode takes place - in this case the matrix dimension channel will be 32×1. As another example, suppose a base station has 64 digital receive antenna ports and two MIMO layers are received from each of five user devices, i.e. multi-user MIMO mode (MU-MIMO) takes place - in this case the matrix dimension channel will be 64x10.
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.Next, in equation (1) - covariance matrix, through which interference and noise are suppressed at the base station receiver; its dimension is the number of receiving digital antenna ports × the number of receiving digital antenna ports. That is, in the two examples discussed in the previous paragraph, the dimension of the covariance matrix will be 32x32 and 64x64, respectively.
Наконец, в уравнении (1) - единичная матрица, H обозначает эрмитово сопряжение.Finally, in equation (1) is the identity matrix, H denotes Hermitian conjugation.
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.For 5G mMIMO, where, as noted earlier, the number of digital antenna ports is large, the receiver at the base station according to equation (1) will be very complex - firstly, there is a regular rotation of matrices of a sufficiently large size; secondly, if the base station has an O-RAN architecture, there is an undesirably high load on the FH interface.
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.Standard approaches used in 5G NR to reduce receiver complexity rely on beamforming (BF) for the uplink. In general, the goal of beamforming is to weight the received UL signal as efficiently as possible at the various digital receiving antenna ports of the base station. The weights are selected in a (sub)optimal way, and the signals from the receiving digital antenna ports, after applying the appropriate weights to them, are summed up to obtain so-called virtual ports, the number of which is less than the number of digital antenna ports of the base station. In other words, beamforming in this context is used at the base station to virtualize a large number of receive digital antenna ports into a smaller number of virtual ports.
Более конкретно, формирование диаграммы направленности может быть отражено следующими уравнениями:More specifically, beamforming can be reflected by the following equations:
, (2) , (2)
. (3) . (3)
В уравнениях (2), (3)In equations (2), (3)
(4) (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.is the beam pattern formation matrix, - th weight or diagram-forming vector (BF vector), = 1, …, , its size is the number of receiving digital antenna ports of the base station; - equivalent channel matrix after formation of the radiation pattern; - equivalent covariance matrix of interference and noise after beamforming; T stands for transpose.
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.Parameter determines the number of streams after applying UL beamforming, i.e. the number of virtual ports, and is selected at the base station depending on its implementation. Yes, the parameter can be selected based on the acceptable complexity of the receiver; Also, for the O-RAN architecture, this parameter is selected based on the limitations of the FH interface. The lower the value , the less information will need to be transferred from RU to DU for subsequent processing; on the other hand, for more efficient subsequent processing of the UL signal from the point of view of noise immunity, it is advisable to use a larger number of BF vectors. In a typical case, is selected less than the number of receiving digital antenna ports and not less than the number received MIMO layers.
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.As a result, the dimension of the equivalent matrix channel after formation of the radiation pattern will be × , and the dimension of the equivalent covariance matrix after the formation of the radiation pattern there will be × . It is these equivalent matrices , smaller dimensions and are used in equation (1), reducing the complexity of the receiver and reducing the load on the FH interface.
Здесь следует отметить, что уравнения (1)-(4) без ограничения общности рассматривались без учета размерности поляризации.It should be noted here that equations (1)-(4) without loss of generality were considered without taking into account the dimension of polarization.
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.Further with reference to Fig. 4, 5 describes the application of the above beamforming in a 5G NR wireless network (NW) with an O-RAN 7-2x architecture base station. The 5G NR approach described here is based on sounding reference signals (SRS) received at a base station from one or more user devices.
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.In FIG. 4 illustratively shows a generalized diagram of interaction between the NW and the user equipment for generating, at a base station that is part of the NW, a radiation pattern for receiving UL transmissions from the user equipment. In FIG. 5 is an exemplary block diagram of functional modules of a radio unit and a base station distributed unit in the context of the interaction of FIG. 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).Upon receiving an SRS Tx indication request from the base station (action 1 of FIG. 4), the user equipment transmits the SRS to the base station (action 2). Based on the SRS received from the user devices, the base station performs channel measurements (step 3) and performs beamforming calculations for the UL according to equations (2)-(4) (step 4). Next, the base station allocates resources to the user equipment for UL transmission and notifies the user equipment of this allocation (UL grant) in the downlink control information (DCI) (action 5). The user equipment performs a scheduled PUSCH transmission to the base station (step 6). The base station applies the calculated beamforming matrix and the correspondingly constructed receiver (see equations (1)-(4)) to receive the PUSCH (step 7) and demodulate the PUSCH (step 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).The radio unit of the base station according to Fig. 5 receives the UL signal and performs low-level processing (in particular, digitization, fast Fourier transform (FFT)). In this case, the SRS are extracted in pure form from the received UL signal and transmitted to the distributed block, where, based on the SRS received from the radio block, the matrix is calculated beamforming, and the generated matrix is transmitted back to the radio unit for its use in order to reduce the number of ports through the virtualization described above (see equations (2)-(4)). The distributed unit then configures the receiver accordingly (see Equation (1)) and uses it to demodulate the UL signal, as well as perform other standard UL reception operations (in particular, LDPC data decoding).
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 90th 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.It should be noted here that approaches to calculating the matrix Beamforming is known in the art to which the present invention relates. Such approaches are disclosed, in particular, in the publications of Y. Huang, W. Lei, C. Lu, M. Berg, " Fronthaul Functional Split of IRC-Based Beamforming for Massive MIMO Systems ", 2019 IEEE 90th Vehicular Technology Conference (VTC2019- Fall), Honolulu, HI, USA, 2019, pp. 1-5, doi: 10.1109/VTCFall.2019.8891191 and 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, both of which are deemed to be incorporated herein by reference in their entirety. Eg, may be calculated based on the principal eigenvectors of the channel matrices obtained using measured SRSs received from one or more user devices.
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.Although the deployment of 5G NR systems in the world is just beginning to gain momentum, active research is already underway in various directions to standardize next-generation wireless communication systems, the so-called. 6G, which will have characteristics superior to 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.In particular, for the 6G operating range 9-13 GHz (UPPER MID BAND), base stations are planned to support ultra-large antenna arrays (e.g., consisting of 3072 antenna elements) with hybrid analog and digital beamforming with a large number of antenna ports (≤ 256) . Thus, with support, in particular, up to 64 simultaneously transmitted spatial MIMO layers in UPPER MID BAND communication systems, the concept of an ultra-large array radio interface (xMIMO) will be taken to a fundamentally new level. At the same time, 6G plans to support a set of reference signals similar to those used in 5G NR, such as 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.At the same time, the approaches used in 5G NR cannot always be directly extrapolated to next-generation wireless communication systems.
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.Thus, directly applying the UL beamforming approach described above, which has worked well for 5G mMIMO, will generally not be as effective for the 6G xMIMO case. As noted earlier, this next generation wireless communication system provides support for up to 256 digital antenna ports and 16 MIMO layers per UE; Accordingly, the dimensions of the channel matrices and covariance matrices on the base station side will be significantly larger than in the case of 5G NR. At the same time, using SRS in an xMIMO context for channel estimation and beamforming becomes difficult for the following reasons. In the 6G operating range of 9-13 GHz, due to broadband signal transmission and limited transmission power on user devices, the power spectral density is significantly reduced and losses increase and, accordingly, the quality of SRS reception at the base station noticeably decreases. This is especially true for user devices located closer to the edge of the cell served by the base station. Accordingly, at the base station the accuracy of calculating the BF vectors that make up the beamforming matrix for UL also decreases, which generally reduces the quality of reception.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
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.In view of the above-described disadvantages of the prior art, it is an object of the present invention to provide an accurate determination of the beamforming matrix for UL in communication systems using ultra-large antenna arrays, taking into account the UL loss.
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.In the context of solving this problem, according to a first aspect of the present invention, a beamforming method for UL reception in a wireless communication system is provided. The proposed method contains a step in which the number ( ) UL receive streams. Then, according to the proposed method, configuration data for CSI is generated at the base station, wherein the configuration data contains at least codebook parameters, wherein the codebook is formed by a set of DFT vectors, and the configuration data is transmitted to the user device.
В соответствии с данным способом, на пользовательском устройстве, на основе измерений CSI-RS, принимаемых с базовой станции, определяют по меньшей мере одну матрицу канала.In accordance with this method, at the user equipment, based on the CSI-RS measurements received from the base station, at least one channel matrix is determined.
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.Next, according to the proposed method, the following steps are performed on the user device. Based on the determined at least one channel matrix, a quality metric is calculated for each DFT vector from at least a portion of the set of DFT vectors. Based on the calculated quality metrics, a subset of DFT vectors is selected using a quantization threshold parameter. The CSI is generated, wherein the CSI includes at least information about a subset of DFT vectors, and the generated CSI is transmitted to the base station.
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 .In accordance with the proposed method, a beamforming matrix (BF matrix, ) for UL reception, wherein the BF matrix is generated based on information about a subset of DFT vectors from the CSI received from the user device, while the number of beamforming vectors that make up the BF matrix is set based on .
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.According to a second aspect of the present invention, there is provided a beamforming method for UL reception in a wireless communication system in which a base station includes a radio unit (RU) and a distributed unit (DU) coupled together through an FH interface. The proposed method contains a stage in which the quantity ( ) UL receive streams. Then, according to the proposed method, configuration data for CSI is generated at the base station, wherein the configuration data contains at least codebook parameters, wherein the codebook is formed by a set of DFT vectors, and the configuration data is transmitted via the radio unit to the user device.
В соответствии с данным способом, на пользовательском устройстве, на основе измерений CSI-RS, принимаемых с базовой станции, определяют по меньшей мере одну матрицу канала.In accordance with this method, at the user equipment, based on the CSI-RS measurements received from the base station, at least one channel matrix is determined.
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.Next, according to the proposed method, the following steps are performed on the user device. Based on the determined at least one channel matrix, a quality metric is calculated for each DFT vector from at least a portion of the set of DFT vectors. Based on the calculated quality metrics, a subset of DFT vectors is selected using a quantization threshold parameter. The CSI is generated, wherein the CSI includes at least information about a subset of DFT vectors, and the generated CSI is transmitted to the base station.
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.In accordance with the proposed method, the following steps are performed at the base station. In the distributed block, a BF matrix is generated for UL reception, wherein the BF matrix is generated based on information about a subset of DFT vectors from the CSI composition received from the user device, and the number of beamforming vectors making up the BF matrix is set based on . The generated BF matrix is transmitted from the distributed block to the radio block for applying the BF matrix in the radio block for UL reception.
Далее приведено краткое изложение возможных вариантов осуществления способа по первому и/или второму аспектам настоящего изобретения.The following is a brief summary of possible embodiments of the method of the first and/or second aspects of the present invention.
Согласно предпочтительному варианту осуществления, количество диаграммо-образующих векторов матрицы формирования диаграммы направленности равно .According to a preferred embodiment, the number of beamforming vectors of the beamforming matrix is equal to .
В соответствии с вариантом осуществления, метрикой качества является относительная мощность приема, вычисляемая какAccording to an embodiment, the quality metric is relative power reception, calculated as
, ,
гдеWhere
, ,
- -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. - the th DFT vector from said at least part of the set of DFT vectors; - channel matrix for th subcarrier; - number of subcarriers; - maximum of all calculated values reception power.
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.According to an embodiment, the method further comprises the steps of, at the base station: setting a threshold quantization parameter; and including the specified threshold quantization parameter in said configuration data. Alternatively, the method may further comprise pre-setting a quantization threshold parameter on the user device.
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.According to one embodiment, in said setting of a threshold quantization parameter, a target number of DFT vectors is set as the threshold quantization parameter, and in said selection of a subset of DFT vectors, that target number of DFT vectors with the largest respective relative receive powers is selected.
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.According to another embodiment, in said setting of a threshold quantization parameter, a relative power threshold value is set as the threshold quantization parameter, and in said selection of a subset of DFT vectors, DFT vectors with corresponding relative receive powers greater than or equal to the threshold relative power value are selected.
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.According to an embodiment, when said generation of configuration data is further included to configuration data. In this case, the method may further comprise, before said CSI generation, a step in which the selected subset of DFT vectors is reduced to DFT vectors with the largest corresponding relative receive powers. In particular, in the context of the mentioned one embodiment, may further be included in the configuration data as said target number of DFT vectors.
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.According to an embodiment, the method further comprises, before said generation of the CSI, the step of sorting, at the user device, the DFT vectors in a subset of the DFT vectors according to the respective relative receive powers.
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.According to a preferred embodiment, in said CSI generation, the DFT vector subset information is further included with a corresponding relative reception power for each DFT vector of the DFT vector subset.
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.According to one embodiment, in said CSI generation, the DFT vector subset information includes DFT vector indices of a subset of DFT vectors encoded by combinatorial coding, wherein said DFT vector indices are from a total set of DFT vector indices in the encoding book on both spatial dimensions.
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.According to another embodiment, in said CSI generation, the DFT vector indices of the subset of DFT vectors are included in the DFT vector subset information. The indices are determined by: specifying a preselection of DFT vectors by using a first bitmap along a first spatial dimension of the codebook and a second bitmap along a second spatial dimension of the codebook; and indexing to indicate the DFT vectors of a subset of the DFT vectors in said DFT vector preselection.
В соответствии с вариантом осуществления, при упомянутом выборе поднабора DFT-векторов выбирают ортогональные DFT-векторы.According to an embodiment, in said selection of a subset of DFT vectors, orthogonal DFT vectors are selected.
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.According to a preferred embodiment, a BF matrix is further generated based on information about a subset of DFT vectors from the CSI received from each of one or more other user devices in communication with the base station, wherein the generated BF matrix is used for UL reception from said the user device and from said other user devices.
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.According to a third aspect of the present invention, there is provided a wireless communication system comprising at least a base station comprising at least: transceiver devices, data processing devices and data storage devices. The base station is configured to communicate with at least one user device containing at least: transceiver devices, data processing devices and data storage devices. The storage device of the base station stores the computer executable codes, and the storage device of the user device stores the computer executable codes. When the computer executable codes are executed by the processing devices of the base station and the user device, the method according to any embodiment of the first or second aspects of the present invention is implemented.
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.The technical result achieved by the present invention, in general, is to ensure high quality UL reception at the base station side; more specifically, in providing beamforming for UL reception with the required accuracy and maintaining low complexity of the LMMSE-IRC receiver, with an extension to support communications systems that use ultra-large antenna arrays.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг. 1 - иллюстративный пример двумерной антенной подрешетки базовой станции;Fig. 1 is an illustrative example of a two-dimensional base station antenna subarray;
Фиг. 2 - иллюстративная схема системы беспроводной связи, в которой могут быть реализованы варианты осуществления настоящего изобретения;Fig. 2 is an illustrative diagram of a wireless communication system in which embodiments of the present invention may be implemented;
Фиг. 3 - иллюстративная схема базовой станции O-RAN 7-2x;Fig. 3 is an illustrative diagram of an O-RAN 7-2x base station;
Фиг. 4 - обобщенная схема взаимодействия между сетью беспроводной связи и пользовательским устройством для формирования диаграммы направленности для UL согласно 5G NR;Fig. 4 is a general diagram of interaction between a wireless communication network and a user device for beamforming for UL according to 5G NR;
Фиг. 5 - иллюстративная блок-схема функциональных модулей радиоблока и распределенного блока базовой станции O-RAN 7-2x согласно 5G NR;Fig. 5 is an exemplary block diagram of functional modules of a radio unit and a distributed unit of an O-RAN 7-2x base station according to 5G NR;
Фиг. 6 - иллюстративное представление кодовой книги;Fig. 6 is an illustrative representation of a code book;
Фиг. 7 - блок-схема способа формирования диаграммы направленности для UL приема согласно настоящему изобретению;Fig. 7 is a flowchart of a beamforming method for UL reception according to the present invention;
Фиг. 8a, 8b - иллюстрации квантования и упорядочения DFT-векторов на сетке DFT-векторов кодовой книги;Fig. 8a, 8b are illustrations of quantization and ordering of DFT vectors on a grid of codebook DFT vectors;
Фиг. 9 - иллюстрация варианта осуществления компактной организации информации о поднаборе DFT-векторов для передачи в составе CSI согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 9 is an illustration of an embodiment of a compact organization of information about a subset of DFT vectors for transmission within a CSI according to an embodiment of the present invention;
Фиг. 10 - иллюстрация варианта осуществления компактной организации информации об упорядоченном поднаборе DFT-векторов для передачи в составе CSI согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 10 is an illustration of an embodiment of compactly organizing information about an ordered subset of DFT vectors for transmission within a CSI according to an embodiment of the present invention;
Фиг. 11 - обобщенная схема взаимодействия между сетью беспроводной связи и пользовательским устройством для формирования диаграммы направленности для UL согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 11 is a general diagram of interaction between a wireless communication network and a user equipment for beamforming for UL according to an embodiment of the present invention;
Фиг. 12 - иллюстративная блок-схема функциональных модулей радиоблока и распределенного блока базовой станции O-RAN 7-2x согласно варианту осуществления настоящего изобретения;Fig. 12 is an exemplary block diagram of functional modules of a radio unit and a distributed unit of an O-RAN 7-2x base station according to an embodiment of the present invention;
Фиг. 13 - общая иллюстрация формирования UL диаграммы направленности базовой станции при взаимодействии с несколькими пользовательскими устройствами согласно варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 13 is a general illustration of UL beamforming of a base station when interacting with multiple user devices according to an embodiment of the present invention.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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.Reference is now made to exemplary embodiments of the present invention, which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals denote like elements. It should be understood that embodiments of the invention may take various forms and should not be construed as limited to the descriptions given here. Accordingly, illustrative embodiments are described below with reference to the drawings to explain aspects of the present invention.
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.It should be noted that the circuit shown in FIG. 2 may also serve as a general illustration of a wireless communication system in which various aspects of the present invention may be implemented. It must be emphasized that the description in FIG. 2 and the figure itself are for illustrative, non-limiting purposes only, for the purpose of outlining the general operating environment of the present invention. Although in Fig. 2 illustrates only the known basic components of a communication system, it should be understood that the communication system may further include many other elements.
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.The above hardware and software elements of the base station and user device are configured to enable the base station and user device to perform the methods of this application that are described below. The very implementation of the component hardware of the base station and the user device and their specialized configuration, including through appropriate logical means, are known in the field of technology to which this application relates. In this case, various functions according to the methods corresponding to this application can be performed in a plurality of individual elements or one or more integral elements, which is determined by the design structural characteristics.
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.The present invention is based on the concept that, in general, the use of feedback information from user devices, which is obtained through downlink measurements on the user devices, for beamforming for UL at a base station - instead of SRS. More specifically, measurements of channel state information (CSI) reference signals (RS) are performed on each of the user devices, i.e. CSI-RS transmitted from the base station, and the received information about the channel signal space is quantized, after which the quantized information is reported to the base station as part of the CSI transmitted from the user device. The base station, in turn, uses this quantized information received from user devices to construct a beamforming matrix.
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.It should be clarified here that in existing communication systems, including 5G NR, CSI-RS are transmitted from the base station to user devices to evaluate the state of channels corresponding to the digital antenna ports of the base station. Depending on the implementation, each CSI-RS may correspond to one digital antenna port, or additional virtualization is performed so that each CSI-RS may correspond to more than one (eg, two) digital antenna ports. In other words, given this additional virtualization, a virtualized representation of the antenna elements of the base station antenna array in the form of CSI-RS antenna ports is ultimately enabled. It should be noted that when communicating with the base station, the user device should not be aware of the actual structure of the base station antenna array - this communication, in fact, is carried out at the level of the CSI-RS antenna ports of the base station, i.e. Each CSI-RS antenna port is treated as a single radiating element, regardless of the antenna elements it covers.
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.Since the transmitting power of the base station is a priori sufficient to ensure radio coverage of the entire cell it serves, the quality of reception and, accordingly, the accuracy of CSI-RS measurements received by each of the served user devices are high.
Ниже представлено подробное раскрытие данного подхода к формированию UL диаграммы направленности, отвечающего настоящему изобретению.Below is a detailed disclosure of this UL beamforming approach in accordance with the present invention.
Вышеупомянутое квантование согласно настоящему изобретению основывается на использовании на пользовательском устройстве кодовой книги (codebook), которая образована набором векторов дискретного преобразования Фурье (DFT-векторов).The above quantization according to the present invention is based on the use on the user device of a codebook, which is formed by a set of discrete Fourier transform vectors (DFT vectors).
На Фиг. 6 показано иллюстративное представление кодовой книги со ссылкой на подрешетку, рассмотренную выше со ссылкой на Фиг. 1.In FIG. 6 shows an illustrative representation of a codebook with reference to the subarray discussed above with reference to FIG. 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.As such, the codebook is illustrated in FIG. 6 with a two-dimensional (in the first spatial dimension and in the second spatial dimension) grid of DFT vectors. Each DFT vector is shown as a circle on this grid. Light gray circles conventionally show DFT vectors that directly correspond to × = 8 (ie in this case four horizontally, two vertically) antenna ports illustrated in FIG. 1. These DFT vectors are mutually orthogonal. In addition, through the use of coefficients ( , ) resampling provides a consistent linear phase shift for each DFT vector in the directions , , respectively. As a result, the dimension of the codebook is ⋅ horizontally and ⋅ vertically, i.e. the total number of DFT vectors in the codebook is equal to ⋅ ⋅ ⋅ . DFT vectors in the codebook are indexed horizontally by the index , = 0, …, ⋅ - 1, and vertical index , = 0, …, ⋅ - 1. In the one considered in Fig. Case 6 = =4. For purposes of illustration, FIG. 6, the black circle conventionally shows a specific DFT vector selected from the codebook.
Каждый DFT-вектор ν представляет собой произведение Кронекера вектор-столбца , гдеEach DFT vector ν is a Kronecker product of a column vector , Where
, = 0, …, ⋅ - 1, (5) , = 0, …, ⋅ - 15)
на вектор-столбец , гдеto a column vector , Where
, = 0, …, ⋅ - 1, (6) , = 0, …, ⋅ - 16)
т.е.those.
. (7) . (7)
В уравнениях (5), (6) - мнимая единица.In equations (5), (6) - imaginary unit.
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 ⋅.Number of elements in a vector equal to the number of antenna ports along the first spatial dimension (in this case horizontally), i.e. , and the number of elements in the vector equal to the number of antenna ports along the second spatial dimension (in this case, vertical), i.e. . Accordingly, the number of elements in any DFT vector ν will be ⋅ .
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:According to one embodiment, as illustrated in FIG. 6 codebook, a codebook based on the 5G NR Type 1 codebook, which is mainly used in 5G NR for DL precoding purposes, can be used. Possible supported Type 1 codebook configurations can be set according to Table 5.2.2.2.1-2 below from TS 38.214, v.17.4.0, which is incorporated herein by reference in its entirety:
Таким образом, возможные значения параметров , , , , входящих в уравнения (5)-(7), могут задаваться в соответствии с Таблицей 5.2.2.2.1-2.Thus, possible parameter values , , , , included in equations (5)-(7), can be specified in accordance with Table 5.2.2.2.1-2.
Согласно другому варианту осуществления, в рассматриваемом контексте может использоваться кодовая книга Type 2/eType 2 5G NR.According to another embodiment, a Type 2/eType 2 5G NR codebook may be used in the context under consideration.
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.Next, with reference to the block diagram of FIG. 7 describes an inventive beamforming method 700 for UL reception in a wireless communication system, which may be, for example, a next generation wireless communication system.
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.At step 710, at a base station (eg, such as BS 202-A, 202-B, 202-C of FIG. UL receiving streams or, in other words, the number of virtual ports. This determination is made generally in the same way as described above for 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.At step 720, the base station generates configuration data for the CSI that is required for the user device (eg, such as the UE 201-1, 201-2, ... of FIG. 2) to report the CSI to the base station. The configuration data includes at least codebook parameters. As mentioned above, the codebook parameters can contain the number antenna ports of the base station along the first spatial dimension (for example, horizontally) and the corresponding parameter resampling and quantity antenna ports of the base station along the second spatial dimension (for example, vertical) and the corresponding parameter resampling. Then, at this stage, the generated configuration data is transmitted by the base station to the user device. This DL transmission may be accomplished using DCI, MAC, RRC signaling, or a combination thereof.
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.At step 730, measurements are taken at the user device of the CSI-RS received from the base station and, based on these measurements, one or more channel matrices are determined. According to an embodiment of the present invention, the user device can determine a matrix channel for each of the downlink subcarriers, and a similar technique to that used by 5G NR to determine the matrix can be used to determine the channel matrix channel at the base station (see equation (1) above and related disclosure). For example, channel estimation at the user device side to obtain channel matrices can be performed using a known algorithm such as MMSE after demodulating the received CSI-RS signal.
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.It will be apparent to one skilled in the art that step 730 does not necessarily have to follow step 720 as stated above: thus, step 730 may be performed in parallel with step 720 or even precede it.
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:At step 740, a quality metric is calculated at the user device for each DFT vector from the set of codebook DFT vectors. According to a preferred embodiment of the present invention, the quality metric for -th DFT vector is the relative power reception, calculated by power normalization reception corresponding to a given DFT vector to the maximum value receiving power:
, (8) , (8)
гдеWhere
, (9) , (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. - th DFT vector from a set of DFT vectors; - channel matrix for th subcarrier DL, matrix dimension is the number of CSI-RS antenna ports of the base station × the number of receiving antenna ports of the user device; - number of DL subcarriers. Naturally, is the maximum of all calculated values reception power, i.e. . Essentially, the relative receive power shows the contribution made by the corresponding DFT vector to the signal space.
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.It should be noted that, according to another embodiment(s), non-standardized receive power values may be used as quality metrics, i.e. , or another option for their normalization can be used to obtain relative reception powers.
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.It should be obvious to one skilled in the art that in the context of the present invention, quality metrics can be calculated not for all DFT vectors of the codebook, but for some predetermined part of it. For example, some DFT vectors may be known in advance to have a low quality score, and those vectors are excluded from analysis according to method 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.At step 750, on the user device, based on the quality metrics calculated at step 740, quantization is performed by selecting an appropriate subset DFT vectors. This selection is made using a quantization threshold parameter.
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 :According to the first embodiment of the present invention, a threshold value can be used as the quantization threshold parameter relative power. Accordingly, into the quantized subset DFT vectors fall into those DFT vectors , which correspond to the calculated relative powers reception not less than the threshold value :
. (10) . (10)
где - множество индексов () DFT-векторов, для которых вычисляются относительные мощности приема как метрика качества. Например, ⋅⋅⋅.Where - set of indices ( ) DFT vectors for which relative reception powers are calculated as a quality metric. For example, ⋅ ⋅ ⋅ .
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.According to one non-limiting example, the threshold value may be set at the base station and communicated to the user device in configuration data that is generated at step 720. According to an example implementation, the value can be selected at the base station as follows. For user devices with limited power (typically, such user devices are located near the cell edge), the value is chosen close to 0.05 to minimize losses in received signal power. For user devices without such power limitation (typically such user devices are located close to the base station), the value is chosen close to 0.5 to reduce the number of selected DFT vectors.
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.According to another non-limiting example, the threshold value may be preconfigured on the user device, such that the value may be communicated by the base station to the user device in advance of method 700. The present invention is not limited by this aspect.
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.According to a second embodiment of the present invention, a target quantity may be used as the quantization threshold parameter DFT vectors in their quantized subset. In this case, in a subset are selected DFT vectors with the largest corresponding relative receive powers, that is, with relative receive powers that are greater than or equal to the relative receive powers corresponding to the remaining DFT vectors of the set of DFT vectors or a predetermined part thereof. Those DFT vectors that are filtered from the quantized subset DFT vectors according to the specified criterion may be referred to as 'weaker' DFT vectors throughout the text of this application.
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.Similar to the first embodiment, may be specified at the base station and communicated to the user device in configuration data generated at step 720, or can be preconfigured on the user device.
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. .According to one possible implementation, at step 720, the generated configuration data may include a number virtual ports determined by the base station at step 710. For this implementation, in the first embodiment of step 750 discussed above, the resulting subset DFT vectors can be reduced to a subset from DFT vectors with the largest corresponding relative receive powers - in other words, from the subset 'weaker' DFT vectors are eliminated, leaving DFT vectors constituting a subset . For the implementation in question, in the second embodiment discussed above, can act as , i.e. .
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.For purposes of illustration, FIG. In Fig. 8a, on the grid of DFT vectors of the codebook, gray circles show the DFT vectors selected in the final quantized subset of DFT vectors, and also indicate the relative reception powers corresponding to them.
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.It should also be noted that, in accordance with an embodiment of the present invention, the selection of a subset of DFT vectors may be further limited by the condition that the DFT vectors in the selected subset are orthogonal.
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):According to yet another possible implementation, the DFT vectors in the resulting quantized subset of DFT vectors can be sorted at the user device according to their respective relative receive powers. For purposes of illustration, FIG. In Fig. 8b, on the grid of DFT vectors of the codebook, gray circles show the sorted DFT vectors of their quantized subset, where the DFT vector with a lower index corresponds to a higher relative reception power. This sorting can be reflected by the following expression, similar to equation (10):
. (11) . (eleven)
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.At step 760, a CSI is generated at the user device, and the CSI includes at least information about a subset of DFT vectors generated at step 750. The generated CSI is transmitted from the user device to the base station.
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.It should be clarified here that in wireless communication systems in general (and in 5G NR in particular) there are special procedures for UL transmission of various control information such as precoding matrix indication (PMI), rank indication (RI) (whereby the user device indicates the recommended number of MIMO layers it is willing to receive), a channel quality indication (CQI) as part of the CSI, and it is possible to transmit a CSI with various combinations of reported reference parameters (eg PMI+RI+CQI, RI+CQI). In particular, the standard combination (PMI+RI+CQI) is used for DL transmission adaptation. In the case of the present invention, it is contemplated that information about a quantized subset of DFT vectors can be transmitted by CSI using such standard procedures, and this information can be transmitted separately from or in conjunction with various combinations of PMI, RI, CQI and other control parameters.
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:In one embodiment, a single bitmap for both spatial dimensions with a single indexing may be used to represent information about a subset of DFT vectors within the CSI. In this case, the encoded representation of the selected subset of DFT vectors may look like this:
(12) (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.Where takes the value 1 for the selected DFT vector and 0 for the unselected (eg 'weaker') DFT vector. This implementation, on the one hand, is characterized by high flexibility, that is, it is possible to encode any combination of indices of selected DFT vectors, but, on the one hand, it is also characterized by a high bit load.
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.In accordance with a preferred embodiment of the present invention, at step 760, the DFT vector subset information is further included, for each DFT vector of that subset, the corresponding relative receive power calculated at step 740. This inclusion allows the base station to be directly informed that what contribution each DFT vector makes to the reported signal space.
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.According to another embodiment, for the case of ordering DFT vectors in a quantized subset of DFT vectors, as reflected in the description of step 750 with reference to FIG. 8b and equation (11), relative receive powers may not be included in the CSI. In this embodiment, it is assumed that by said ordering the base station will be implicitly informed of the relative contribution made by each subset DFT vectors to the reported signal space.
Далее приведено описание вариантов реализации компактной организации информации о поднаборе DFT-векторов для снижения битовой нагрузки, связанной с сообщением данной информации в составе CSI.The following is a description of options for implementing a compact organization of information about a subset of DFT vectors to reduce the bit load associated with reporting this information as part of the 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 :According to the first embodiment, combinatorial coding is used. In this case, under the assumption that the subset of DFT vectors contains DFT vectors (see step 750), index encoding is carried out , , DFT vectors from the total set of indices in the amount along both spatial dimensions of the codebook (see Fig. 6 for illustration), i.e. , as a code point :
.(13) .(13)
В уравнении (13)In equation (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:A second embodiment uses a bitmap representation of the DFT vector indices of a subset of selected DFT vectors in two steps. The first step uses a separate bitmap for each of the spatial dimensions, with its own indexing, to indicate the preliminary selection of DFT vectors. Similar to equation (12), the preselection performed by using two bitmaps can be as follows:
, (14) , (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.Where equals 1 for the first spatial dimension and 2 for the second spatial dimension, and takes the value 1 for a preselected DFT vector and 0 for an unselected DFT vector. At the second stage, based on the generated bitmaps , , a selected subset of DFT vectors is encoded into the final representation through internal indexing by pre-selected DFT vectors.
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.The considered second embodiment is illustrated in FIG. 9. The upper part of this figure shows a preselection of DFT vectors, respectively represented by bitmaps And (see equation (14)). Preselected DFT vectors are shown as shaded gray squares. As illustrated at the bottom of FIG. 9, the DFT vectors selected into a subset of DFT vectors are represented by indexing by bitmap-based DFT vector preselection, namely as . These selected DFT vectors are depicted in FIG. 9 black squares.
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 индексовThe third implementation corresponds to an embodiment of step 750 of method 700 according to the present invention where, prior to generating the CSI at step 760, an ordering of the DFT vectors is performed on a subset of the DFT vectors. This implementation is illustrated in FIG. 10 where is the presentation selected DFT vectors is expressed by a set of two sets of indices
, ,
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.Where are the indices of the selected DFT vectors along the first spatial dimension of the codebook (horizontally in Fig. 10), and - indices of the selected DFT vectors along the second spatial dimension of the codebook (vertically in Fig. 10). Accordingly, as illustrated in FIG. 10, a selected subset of DFT vectors (black squares) is represented as , , while the first DFT vector indicated by the indices , corresponds to the highest relative reception power, the second DFT vector indicated by the indices , corresponds to the second highest relative receiving power, etc.
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).It should be noted that in the implementations discussed above for presenting information about a subset of DFT vectors in a manner obvious to a specialist, other indexing options and/or other bit values in bitmaps may be used (for example, 0 may indicate a selected DFT vector, and 1 may indicate an unselected DFT -vector).
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.At step 770, the base station generates a matrix beamforming for UL reception, composed of beamforming vectors (see equation (4)). According to the present invention, a beamforming matrix is generated based on information about a quantized subset of CSI DFT vectors received from the user device. As noted earlier, the number of diagrammatic vectors , making up the matrix , is set based on , selected at step 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 .Here it should be clarified that for the case of considering the operation of the antenna ports of a base station with one polarization, which was considered above, the number of beamforming vectors of the beamforming matrix will be equal to . At the same time, if the operation of the base station antenna ports with two orthogonal polarizations is taken into account, then the parameter will represent the number of post-beamforming UL receive streams per each of the two polarizations. That is, the total number of receive UL flows (and, accordingly, the total number of BF vectors) will be 2⋅ , while the subset of DFT vectors selected at step 750 and reported at step 760 will be the same for both polarizations. Below, without loss of generality, we will consider the case when the number of vectors in the matrix There is .
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.It should be noted here that the generation of the beamforming matrix at the base station itself is not directly related to the subject of the present invention. As an example, to generate a matrix algorithms similar to those used in 5G NR to generate the SRS-based beamforming matrix can be used in a manner understandable to one skilled in the art.
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).Then the generated matrix applied at the base station to the matrix channel and covariance matrix according to equations (2), (3), respectively, and the resulting equivalent matrix channel after beamforming and equivalent covariance matrix after forming the radiation pattern, they are used to construct the receiver in accordance with equation (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.It should be noted that the very formation of matrices And at the base station is not directly related to the subject of the present invention. As an example, corresponding 5G NR algorithms can be used to estimate these matrices.
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.Next, similar to the consideration of FIG. 4, 5 above, with reference to Figs. 11, 12 describe the application of UL beamforming according to the present invention in a wireless network (NW) with a base station architecture similar to O-RAN 7-2x. The wireless communication network may be a next generation communication network, such as 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.In FIG. 11, similar to FIG. 4 illustrates a generalized interaction diagram between an NW and a user equipment for generating, at a base station that is part of the NW, a beam pattern for receiving UL transmissions from the user equipment. In FIG. 12, similar to FIG. 5 is an exemplary block diagram of functional modules of a radio unit and a base station distributed unit in the context of the interaction of FIG. eleven.
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).The base station transmits CSI-RS (action 1 of FIG. 11). The user device performs measurements of the received CSI-RSs and generates one or more channel matrices based on the measurements (step 2, step 730). A quantized subset of DFT vectors according to the present invention is then generated at the user device (step 3, steps 740, 750) and reported to the base station as part of the CSI (step 4, step 760). Based on the received CSI, the base station calculates a beamforming matrix to be applied for UL reception (step 5, step 770).
Далее описание рассматриваемой схемы взаимодействия дается для предпочтительного варианта осуществления.In the following, a description of the interaction scheme under consideration is given for a preferred embodiment.
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).Upon receiving an SRS transmission request from the base station (step 6), the user equipment transmits the SRS to the base station (step 7). Unlike 5G NR, the received SRS will be subject to UL beamforming according to the present invention (action 8), which can improve the accuracy of SRS measurements at the base station. Next, the base station allocates resources for UL transmission to the user equipment and reports this allocation to the user equipment in the DCI (step 9). The user equipment performs a scheduled PUSCH transmission to the base station (action 10). The base station applies the generated beamforming matrix and the correspondingly constructed receiver (see equations (1)-(4)) to receive the PUSCH (step 11) and demodulate the PUSCH (step 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.The functional modules of the radio unit and the distributed unit of the base station in FIG. 12 may generally be implemented similarly and perform similar functions to the radio unit and 5G NR distributed unit shown in FIG. 5, except for the part indicated by the dotted frame in FIG. 12. Namely, to calculate the matrix beamforming, in contrast to Fig. 5, it is not necessary to select in advance in the radio block the SRS received from the user device and submit them to the distributed block - in accordance with the above, according to the present invention, the matrix is calculated in the corresponding module of the distributed block based on the quantized subset of DFT vectors previously reported by the user device as part of the CSI, and the generated matrix is transmitted to the radio unit for its use in order to reduce the number of ports through virtualization, as described above with reference to equations (2)-(4). The distributed unit then configures the receiver accordingly (see Equation (1)) and applies it to demodulate the UL signal and perform other standard UL reception operations. Here again, it is worth emphasizing that, unlike 5G NR, beamforming according to the present invention can be applied to the SRS as part of the received UL signal in the radio block, and then the SRS after beamforming are used in the distributed block for, in particular, scheduling and resource allocation for UL transmission.
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.The generation of a beamforming matrix has been described above for the case where a CSI with a quantized subset of DFT vectors is provided to a base station by one user device. However, the present invention envisions a scenario where such sets are provided by each user device from a population of user devices served by the base station. That is, each of these user devices performs steps 730-760 of method 700, steps 2-4 of FIG. 11. At the same time, based on the CSIs received from user devices, the base station generates one matrix beamforming and one receiver for application to UL transmissions from the entire population of user devices. This scenario is illustrated in FIG. 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.How exactly on the base station side is formed based on subsets of selected DFT vectors and associated relative powers from different user devices, depends on the base station implementation, and various implementations are possible.
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.According to an illustrative example, the base station scheduler for group A of user devices generates a common matrix characterizing the signaling space of this group of user devices, i.e.
. .
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.Next, for the generated matrix base station calculates main eigenvectors, i.e. vectors corresponding the largest eigenvalues. These eigenvectors are used as beamforming vectors , making up the matrix for the mentioned group of user devices.
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.With respect to the scenario under consideration, the following should also be noted with reference to FIG. 11, 13. The beamforming matrix used at the base station to receive PUSCH in step 11 need not be exactly the same as that calculated at the base station in step 5. Thus, after shaping according to step 5 and prior to step 11, a CSI with a quantized subset of DFT vectors and associated relative receive powers may be received from one of the user devices of group A by the base station, and the base station may accordingly update the beamforming matrix using the received CSI to execution of action 11. That is, relatively speaking, on the side of a given user device, actions 2-4 can be performed in the considered interval between the execution of actions 5 and 11 at the base station.
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.This aspect of updating is generally valid for FIG. 11 by itself, that is, for the case of interaction between a base station and one user device.
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.As follows from the above, the present invention provides beamforming at a base station for UL reception with the required accuracy and maintaining low complexity of the LMMSE-IRC receiver, with extension to support communication systems that use ultra-large antenna arrays, which in turn provides high UL reception quality on the base station side.
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.It should also be understood that the illustrated exemplary embodiments are merely preferred and not the only possible embodiments of the present invention. More precisely, the scope of the present invention is defined by the following claims and their equivalents.
Claims (91)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817678C1 true RU2817678C1 (en) | 2024-04-18 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2321950C2 (en) * | 2002-12-23 | 2008-04-10 | Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) | Method for using generation of polar pattern and distribution during transmission in closed contour in multi-beam antenna system |
| RU2565016C2 (en) * | 2010-04-07 | 2015-10-10 | Телефонактиеболагет Л М Эрикссон (Пабл) | Parameterised codebook subsets for use in precoding mimo transmissions |
| WO2018009462A1 (en) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | Intel IP Corporation | Uplink beamforming and beam management |
| CN114759962A (en) * | 2022-04-01 | 2022-07-15 | 中国电信股份有限公司 | Beam forming method, device, system and base station |
| WO2022242489A1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 华为技术有限公司 | Beamforming method and related apparatus |
| CN116800322A (en) * | 2023-03-21 | 2023-09-22 | 星骋(广州)科技应用有限公司 | Beam forming method, device and computer readable storage medium |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2321950C2 (en) * | 2002-12-23 | 2008-04-10 | Телефонактиеболагет Лм Эрикссон (Пабл) | Method for using generation of polar pattern and distribution during transmission in closed contour in multi-beam antenna system |
| RU2565016C2 (en) * | 2010-04-07 | 2015-10-10 | Телефонактиеболагет Л М Эрикссон (Пабл) | Parameterised codebook subsets for use in precoding mimo transmissions |
| WO2018009462A1 (en) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | Intel IP Corporation | Uplink beamforming and beam management |
| WO2022242489A1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-11-24 | 华为技术有限公司 | Beamforming method and related apparatus |
| CN114759962A (en) * | 2022-04-01 | 2022-07-15 | 中国电信股份有限公司 | Beam forming method, device, system and base station |
| CN116800322A (en) * | 2023-03-21 | 2023-09-22 | 星骋(广州)科技应用有限公司 | Beam forming method, device and computer readable storage medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11451274B2 (en) | Adaptive downlink multi user multiple input multiple output (MU-MIMO)precoding using uplink signal subspace tracking for active antenna systems AAS | |
| EP3289817B1 (en) | System and method for multi-level beamformed non-orthogonal multiple access communications | |
| US10742303B1 (en) | Configuration of spatially QCL reference signal resources for transmissions in communication equipment having multiple antenna panels | |
| EP3275092B1 (en) | Systems and methods for selecting beam-reference signals for channel-state information reference-signal transmission | |
| KR102641746B1 (en) | Apparatus and method for precoding in wireless communication system using massive antenna | |
| JP6411367B2 (en) | Channel state information feedback design in advanced wireless communication system | |
| JP6490601B2 (en) | Method and apparatus for reporting channel state information in a wireless communication system | |
| US9414371B2 (en) | Hierarchical channel sounding and channel state information feedback in massive MIMO systems | |
| US8774800B2 (en) | UE initiated frequency partitioning based CoMP scheme for downlink cellular communications | |
| CN105723627A (en) | Methods and a device for multi-resolution precoding matrix indicator feedback | |
| KR20100100578A (en) | The method for performing comp operation and transmitting feedback information in wireless communication system | |
| EP3311518A1 (en) | A wireless device, a radio network node, and methods therein | |
| US11184208B2 (en) | Communication method, communications apparatus, and system | |
| KR20160041025A (en) | Method and apparatus for genreation and reporting of feedback information in mobile communication system | |
| WO2020161526A1 (en) | Method and apparatus for beamspace processing based on multiple beamspace bases | |
| WO2020200471A1 (en) | Channel-matrix reduction for precoding control | |
| RU2817678C1 (en) | Device and method of beamforming for uplink reception | |
| RU2811989C1 (en) | Device and method for forming a directive pattern for download data transmission in a wireless communication system | |
| US20240259063A1 (en) | Modified Type II Control State Information Reporting | |
| WO2024191326A1 (en) | Radio unit and method of operation | |
| EP4278456A1 (en) | Interference-aware dimension reduction via orthonormal basis selection | |
| KR20190137390A (en) | Method for aligning interference of multi-user multi-cell mimo channel |