IMU辅助的极化划分多路复用MIMO无线通信

技术领域

本发明的各个实施方式涉及用于无线通信网络中IMU辅助的极化划分多路复用，特别是涉及多输入多输出MIMO无线传送。

背景技术

与毫米波范围内例如超过6GHz的频谱带相关联的3GPP 5G标准化必须应对各种挑战，例如，这些频段的传送会遭受高的路径损耗。这可以通过MIMO无线传送来克服，其使会聚发送射频能量的高定向的波束或空间信道成为可能。

在多个方向上建立这样的空间信道使得时间/频率/码资源的空间重新使用成为可能。传统上，与特定的时间/频率/码资源相关联的空间信道仅服务于单个用户/终端。

极化划分多路复用(PDM)可用于基于特定的空间信道和特定的时间/频率/码资源服务于多个用户/终端。然而，例如由于所涉及的终端围绕着波传播方向的旋转，多用户MIMO每次通信信道改变时都需要适当设计的预编码矢量，这意味着所涉及的传送端点之间的频繁且开销大的控制信令。

发明内容

鉴于以上内容，在本领域中需要维持经由与特定的时间/频率/码资源相关联的特定的空间信道服务于多个用户/终端的极化划分多路复用的MIMO传送的极化正交性。

本发明的基本目的是通过独立权利要求所定义的方法和装置来解决的。在从属权利要求中阐述了本发明的优选实施方式。

根据第一个方面，提供了一种在无线通信网络中执行无线电传送的方法。所述方法包括：在无线终端中从无线通信网络的接入节点接收多输入多输出MIMO传送；基于由所述无线终端的至少一个传感器执行的测量，估计所述无线终端的天线阵列的空间取向；并且基于所估计的空间取向，从所接收的MIMO传送中滤除极化串扰，所述极化串扰与所述无线终端的所述天线阵列的所述空间取向相关联。

所述MIMO传送可以使用第一组时间-频率资源、第一MIMO空间信道以及第一接收极化状态；并且所述极化串扰可以与所述接入节点的另一MIMO传送相关联。该另一MIMO传送可以使用与所述第一组时间-频率资源至少部分交叠的第二组时间-频率资源、与所述第一MIMO空间信道至少部分交叠的第二MIMO空间信道以及与所述第一接收极化状态不同的第二接收极化状态。

基于所估计的空间取向滤除所述极化串扰的步骤可以还包括以下步骤：基于使用所估计的空间取向作为输入的终端特定滤波函数，滤除极化串扰。

所述滤波函数可以在无线终端中预先配置。

所述滤波器函数可以包括滤波矩阵。

所述方法可以还包括以下步骤：确定表示经滤波的信道的信道矩阵的条件。

所述方法可以还包括以下步骤：响应于确定所述信道矩阵是病态的，触发所述接入节点改善MIMO传送的隔离。

如果滤波矩阵(R)的逆的条件数超过条件数阈值，则所述信道矩阵可以是病态的。

如果滤波矩阵(R)的逆的总功率(overall power)小于总功率阈值，则所述信道矩阵可以是病态的。

触发所述接入节点改善MIMO传送的隔离的步骤可以还包括以下步骤：触发所述接入节点使用不同的第一组时间-频率资源。

触发所述接入节点改善MIMO传送的隔离的步骤还包括：触发所述接入节点将不同的预编码矢量用于MIMO传送。

根据第二个方面，提供了一种无线终端，所述无线终端包括：至少一个传感器；天线阵列，所述天线阵列具有与两个相互正交的极化平面中的相应极化平面相关联的天线元件；和处理器，所述处理器被设置成用于

从无线通信网络的接入节点接收多输入多输出MIMO传送；基于由所述无线终端的至少一个传感器执行的测量，估计所述无线终端的天线阵列的空间取向；并且基于所估计的空间取向，从所接收的MIMO传送中滤除极化串扰，所述极化串扰与所述无线终端的所述天线阵列的所述空间取向相关联。

所述无线终端可以被设置成执行根据各个实施方式的方法。

根据第三个方面，提供了一种控制无线通信网络中的无线电传送的方法，所述方法包括以下步骤：在所述无线通信网络的接入节点中控制接入节点与第一无线终端之间的第一多输入多输出MIMO传送使用第一组时间-频率资源，使用第一MIMO空间信道，并且使用第一发送极化状态；并且控制所述接入节点与第二无线终端之间的第二MIMO传送使用与所述第一组时间-频率资源至少部分交叠的第二组时间-频率资源，使用与所述第一MIMO空间信道至少部分交叠的第二MIMO空间信道，并且使用与所述第一发送极化状态不同的第二发送极化状态；控制MIMO传送的步骤包括对MIMO传送进行预编码以允许过滤MIMO传送的相互极化串扰。所述相应极化串扰与所述相应无线终端的天线阵列的空间取向相关联。

对MIMO传送进行预编码的步骤可以还包括以下步骤：所述第一MIMO传送被映射到所述第二MIMO传送的第二信道矩阵的零空间中，所述第二MIMO传送被映射到所述第一MIMO传送的第一信道矩阵的零空间中。

所述方法可以还包括以下步骤：从所述无线终端中的任一个无线终端接收改善MIMO传送的隔离的触发。

从所述无线终端中的任一个无线终端接收改善MIMO传送的隔离的触发的步骤可以还包括：接收使用另一组时间-频率资源的触发。

从所述无线终端中的任一个无线终端接收改善MIMO传送的隔离的触发的步骤可以还包括：接收将不同的预编码矢量用于MIMO传送的触发。

根据第四个方面，提供了一种无线通信网络的接入节点，所述接入节点包括处理器，所述处理器被设置成执行以下步骤：控制在所述接入节点与第一无线终端之间的第一多输入多输出MIMO传送使用第一组时间-频率资源，使用第一MIMO空间信道，并且使用第一发送极化状态；并且控制所述接入节点与第二无线终端之间的第二MIMO传送使用与所述第一组时间-频率资源至少部分交叠的第二组时间-频率资源，使用与所述第一MIMO空间信道至少部分交叠的第二MIMO空间信道，并且使用与所述第一发送极化状态不同的第二发送极化状态。MIMO传送的控制包括对MIMO传送进行预编码以允许相互过滤MIMO传送的相互极化串扰。相应极化串扰与相应无线终端的天线阵列的空间取向相关联。

所述接入节点可以还包括天线阵列，所述天线阵列具有与两个相互正交的极化平面中的相应极化平面相关联的天线元件。

所述接入节点被设置成执行根据各个实施方式所述的方法。

附图说明

将参照附图描述本发明的实施方式，在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元件。

图1例示了由接入节点20控制无线通信网络中的无线电传送的方法10，以及通过无线终端40A、40B在无线通信网络中执行无线电传送的交互方法30。

图2例示了图1的方法10、30的可能变型例。

图3示意性地示出了无线终端40。

图4示意性地示出了接入节点20。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的示例性实施方式。尽管将在特定应用领域的背景下描述一些实施方式，但是实施方式不限于该应用领域。此外，除非另外具体说明，否则各个实施方式的特征可以彼此组合。

附图应被认为是示意性表示，并且附图中示出的元件不一定按比例示出。相反，表示各种元件，使得它们的功能和通用目的对于本领域技术人员而言是显而易见的。

图1示意性地例示了多用户MIMO传送系统，该多用户MIMO传送系统涉及使用控制无线通信网络中的无线电传送的方法10的在左侧的接入节点20与根据方法30在无线通信网络中执行无线电传送的在右侧的第一无线终端40A和第二无线终端40B之间的MIMO传送。所有实体都是双重极化的，这意味着存在两个输入信号(接入节点20在两个相互正交的极化平面上进行发送)和四个输出信号(相应无线终端40A、40B在两个相互正交的极化平面上接收)。

在方法10的步骤11A，接入节点20控制11A在接入节点20与第一无线终端40、40A之间的第一多输入多输出MIMO传送使用第一组时间-频率资源，使用第一MIMO空间信道，并且使用第一发送极化状态。

在方法10的步骤11B，接入节点20控制11B在接入节点20与第二无线终端40、40B之间的第二MIMO传送使用第二组时间-频率资源，该第二组时间-频率资源与第一组时间-频率资源至少部分交叠，使用与第一MIMO空间信道至少部分交叠的第二MIMO空间信道，并使用与第一发送极化状态不同的第二发送极化状态。

因此，就空间信道和时间-频率资源两者而言，对于两个无线终端40A、40B，接入节点20的发送波束都是相同的。假定无线终端40A、40B已经建立了它们各自的接收波束。

方法10的控制步骤11A、11B可以同时执行，包括对第一MIMO传送和第二MIMO传送进行预编码，以允许由对应的接收无线终端40A、40B过滤MIMO传送的相互极化串扰。

极化串扰与相应无线终端40A、40B的天线阵列42的空间取向θ,

对MIMO传送进行预编码可以还包括：将第一MIMO传送映射到第二MIMO传送的第二信道矩阵

首先，这要求接入节点20通过以下任一方式获取信道状态，即，用于与相应无线终端40A、40B进行下行通信的相应信道矩阵

a)下行训练，其中，反馈被提供给接入节点20，或者

b)上行训练(例如，借助于SRS信号)，通过假定信道互易性。

其次，需要以暗示无干扰的MIMO传送的方式确定系统参数

补偿矩阵

R(θ,φ)是描述相应无线终端40A、40B的空间取向(仰角θ，方位角φ)对对应的MIMO传送的影响的矩阵。换句话说，该矩阵指定了空间取向的无线终端40A、40B的接收。根据相应估计的空间取向θ,φ的实际值θ

如果满足以下条件，将实现到无线终端40A、40B的无干扰MIMO传送：

算式(3)、算式(4)表示极化划分多路复用MIMO传送的相互极化串扰。这些算式在数学上描述了作用于由无线终端40A、40B不正确地接收的传送信号的信号传播/处理。

例如，算式(3)反映了以下内容(可以对算式(4)进行类似分析)：

-接入节点20对第二MIMO传送进行预编码(

-到第一MIMO传送中的功率泄漏(

-由经空间取向的第一无线终端40、40A的接收(

-对(以及由)第一无线终端40、40A的空间取向的补偿(

对于无干扰的极化划分多路复用MIMO传送，极化串扰需要消失，如算式(3)和算式(4)所反映的。

基于这些系统要求，接入节点20可以将针对第一/第二MIMO传送的预编码矢量

[-i 1]

[-i 1]

w

[1-i]

[1-i]

其中L{.}表示其自变量的零空间。

引入了矢量[1 i]

分别基于分别由算式(5)和算式(6)定义的预编码矢量

其中x

在方法30的步骤31，第一无线终端40A和第二无线终端40B分别接收第一MIMO传送和第二MIMO传送：

其中

在方法30的步骤32，接收无线终端40A、40B基于由接收无线终端40A、40B的至少一个传感器43执行的测量估计32其天线阵列42的空间取向θ

接收无线终端40、40A、40B的天线阵列42的实际空间取向θ

在方法30的步骤33，接收无线终端40A、40B基于所估计的空间取向θ

通过利用其估计的空间取向信息θ

因此，通过补偿相应无线终端40A、40B的旋转，重新建立了极化划分多路复用的第一MIMO无线传送和第二MIMO无线传送的极化正交性。更具体地，这可以通过使用补偿矩阵

在各个无线终端40A、40B本地保持极化正交性意味着较不频繁的用于获取信道状态

例如，在下行通信中，传统上不同的时间/频率/码资源用于服务从服务接入节点看位于相同(或相似)方向上的多个用户/设备。但是，基于极化划分多路复用，无需这些附加资源即可同时为多个用户/设备提供服务。接入节点因此可以发送包括具有不同发送极化状态的两个MIMO传送的单个波束，以同时服务于两个用户/设备。空间信道中的极化效应以及所涉及的无线终端的空间取向导致在被服务的无线终端40A、40B处的相应接收极化状态。这些接收极化状态应该是不同的，理想情况下是相互正交的，以分离极化划分多路复用的MIMO传送。

该方法使无线终端能够在下行和上行通信两者中保持极化正交性。

如本文所使用的“接入节点”可以指代无线通信网络的服务无线电节点。特别地，该术语可以指的是3G、4G或5G基站(通常缩写为NB、eNB或gNB)。

如本文所使用的“无线终端”可以指包括无线电接口的移动设备，通过该无线电接口可以建立和维持到无线通信网络，特别是到蜂窝网络的广域网、WAN的连接。这种移动设备的示例包括智能手机和计算机。

如本文所使用的“无线通信网络”可以指这样的通信网络，除了将无线通信网络的基础设施的功能实体互联的固定网络链路之外，该通信网络包括无线通信网络的接入节点与附接到无线通信网络的无线终端之间的无线/无线电链路。这种网络的示例包括通用移动电信系统UMTS和第三代合作伙伴3GPP、长期演进LTE、蜂窝网络、新无线电NR、5G网络等。通常，无线网络的各种技术可以适用并且可以提供WAN连接性。

如本文中所使用的“时间-频率资源”可以指可由接入节点分配给附接到该接入节点的无线终端的资源分配的最小元素。例如，LTE下行通信中的时间-频率资源被定义为物理资源块PRB，其包括十二个持续时间为0.5ms(时域)的频谱连续的OFDM子载波(频域)。该概念还可以应用于诸如在CDMA传送中使用的那些码资源。

如本文所使用的“多输入多输出”或“MIMO”可以指在无线电传送中利用多个发送天线与接收天线之间的多路径传播。通过将数据划分为在同一空中接口上同时发送的单独流，MIMO无线传送可以用于增加传送容量。当将各个流分配给不同的无线终端时，其称为多用户MIMO，MU-MIMO。当将各个流分配给单个无线终端时，其称为单用户MIMO，SU-MIMO，并且可以指在发送相控天线阵列和接收相控天线阵列之间的单个链路中利用多径传播来倍增发送容量。

如本文所使用的“天线阵列”或“相控天线阵列”可以指天线阵列，其天线元件发送或接收具有相对幅度和相位的多个无线电波，使得在不移动天线的情况下，相长和相消干涉的模式形成定向波前，即具有特定传播方向的波束。

如本文所使用的“交叠”可以指至少部分匹配。

如本文所使用的“空间信道”可以指由于以特定角度的信号遭受相长干涉而其他信号遭受相消干涉的方式控制(或检测)相控天线阵列的每个天线元件处的信号的相位和相对振幅而导致的定向信号传送(或接收)。

如本文所用，“极化”可以指传播的电磁波的性质，其相关联的电场相对于波的传播方向具有横向(或垂直)振荡方向。

如本文所使用的“极化平面”可以指天线或天线阵列的天线元件的特性。更具体地，术语“极化平面”可以描述由这样的天线元件发送的波的电场矢量的方向，或者等效地描述入射到这样的天线元件上的波的使接收最大化的电场矢量的方向。例如，交叉极化天线或天线阵列包括多个天线元件，并且各个天线元件与两个相互正交的极化平面之一相关联。指定为“平面”反映了天线或天线阵列的极化平面通常不改变。

如本文所使用的“极化状态”可以指电磁波的性质。更具体地，术语“极化状态”可以描述在垂直于波的传播方向的平面中波的电场矢量的方向。换句话说，“极化状态”表示传播波的电场的振荡方向。指定为“状态”反映了波的极化状态会改变，例如由于信道中的极化效应。

如本文中所使用的，“发送极化状态”可以指波的发送侧极化状态，其是通过将发送功率受控地分到与发送器相关联的天线阵列的两个相互正交的极化平面上而构成的。因此，通过适当的预编码可以实现MIMO传送的发送极化状态。

如本文所用，“接收极化状态”可以指波的接收侧极化状态，其是通过将入射波的功率分到与接收器相关联的天线阵列的两个相互正交的极化平面上而构成的。极化划分多路复用MIMO传送的接收极化状态必须足够“不同”，以允许传送的正确分离和操作：所涉及的MIMO传送在其接收极化状态方面越少相互正交(即，不同)，其分离越差，导致MIMO传送作为极化串扰而相互泄漏。因此，如果接收到的MIMO传送在分离之后根据可接受的误码率仍然可以被成功地解码，则接收极化状态可以由接收无线终端40A、40B认为是足够“不同”的。各个无线终端可以针对其相应的MIMO传送单独地对此进行评估。如果两个接收极化状态都在一个位置可用，例如，当极化划分多路复用上行MIMO传送时，如果接收极化状态的中间角度超过对应于可接受的误码率的阈值角度，则可以认为接收极化状态是足够“不同”的。

如本文所使用的“信道状态”可以指描述与发送器和接收器相关联的成对天线元件之间的功率耦合的信息。信道状态可以描述例如散射、衰落和功率随距离衰减的组合效应，以相对相位延迟和相对衰减来表示。这样，信道状态可以被认为是复值信道冲激响应。如果所涉及的天线阵列包括与相互正交的极化平面相关联的天线元件，则可以概括信道状态以附加地描述与不同的相互正交的极化平面相关联的成对天线元件之间的功率耦合。

图2例示了图1的方法10、30的可能变型例。

无线终端40A、40B基于所估计的空间取向θ

先前介绍的包括滤波函数R

＝

＝[1-i]R

＝

＝[-i 1]R

由此可见，通过根据针对无干扰传送的上述系统要求来设计预编码矢量

可以在无线终端40、40A中预先配置滤波函数R

滤波函数R

通过在相应无线终端40A、40B中预先配置终端特定滤波函数R

滤波函数R

滤波函数R

方法30可以进一步包括确定34表示经滤波的信道的信道矩阵

每当相应滤波矩阵

确定34信道矩阵的条件允许基于本地度量验证无线终端能够维持所涉及的MIMO传送的极化正交性。

方法30还可以包括：响应于确定34信道矩阵

如果所涉及的无线终端的本地测量不足够，则触发接入节点改善MIMO传送的隔离允许维持所涉及的MIMO传送的极化正交性。换句话说，无线终端在维持所涉及的MIMO传送的极化正交性方面具有向接入节点20请求协助的能力。

通常，函数的关于输入自变量的条件数用于衡量函数的输出值可随输入自变量的小的变化而变化多少。如果函数是矩阵

因此，如果滤波矩阵

如果由于这样的条件，接收无线终端40A、40B的空间取向θ

在这种背景下，将有关无线终端40A、40B在相应极化方面的作用取反是有益的：

如果相应地通知了接收无线终端40A、40B，则必须在整个系统中使用一致的补偿矩阵

触发35接入节点20改善MIMO传送的隔离的步骤可以还包括：触发351接入节点20使用不同的第一组时间-频率资源，或者触发352接入节点20将不同的预编码矢量用于MIMO传送。

尽管触发步骤351假定不再可能对所涉及的MIMO传送进行极化划分多路复用，但是另选步骤触发352预期对所涉及的MIMO传送所进行的极化划分多路复用可以在修改后的预编码下继续进行。

方法30可以还包括以下步骤：相应无线终端40A、40B向接入节点20(未示出)指示基于相应无线终端40A、40B的天线阵列42的所估计的空间取向θ

对应地，方法10可以还包括以下步骤：接入节点20从无线终端40A、40B中的至少一个无线终端(未示出)接收信号，该信号指示基于相应无线终端40A、40B的天线阵列42的所估计的空间取向θ

知道无线终端40A、40B的有关能力为接入节点20提供了用于维持极化正交性的附加自由度。例如，如果所涉及的无线终端40A、40B都已经指示了该过滤能力，则可以触发接入节点20调度较稀疏的导频传送。服务接入节点20可以在用户调度中考虑到这一点。另一方面，由于较少的信道探测，所涉及的无线终端40A、40B可经历增加的数据吞吐量，其可以消耗较少的时间-频率资源。另选地或附加地，所涉及的无线终端40A、40B的过滤能力可以在服务接入节点20的请求下启用或停用。

方法10可以还包括从无线终端40A、40B中的任一个无线终端接收12改善MIMO传送的隔离的触发。该步骤可以还包括：接收121使用不同组的时间-频率资源的触发，或者接收122将不同的预编码矢量用于MIMO传送的触发。

由接入节点20执行的方法步骤12、121和122对应于由无线终端40A、40B执行的方法步骤35、351和352，因此适用类似的技术效果和优点。

图3示意性地例示了无线终端40。

无线终端40、40A、40B包括：至少一个传感器43；天线阵列42，该天线阵列具有与两个互相正交的极化平面中的相应一个极化平面相关联的天线元件；以及处理器。处理器41被设置成从无线通信网络的接入节点20接收31多输入多输出MIMO传送；基于由无线终端40、40A的至少一个传感器43执行的测量，估计32无线终端40、40A的天线阵列42的空间取向θ

特别地，接收无线终端40、40A、40B的至少一个传感器43可以是惯性测量单元IMU，其测量至少旋转加速度并因此使得能够估计接收无线终端40、40A、40B的或更具体地其天线阵列42的空间取向θ

无线终端40、40A、40B可以被设置成执行各种实施方式的方法30。

关于在无线通信网络中执行无线电传送的方法30描述的技术效果和优点同样适用于具有相应特征的无线终端40、40A、40B。

图4示意性地例示了无线通信网络的接入节点20。

接入节点20包括处理器21，该处理器21被设置成控制11A在接入节点20与第一无线终端40、40A之间的第一多输入多输出MIMO传送使用第一组时间-频率资源，使用第一MIMO空间信道，并且使用第一发送极化状态。处理器21还被设置成控制11B在接入节点20与第二无线终端40，40B之间的第二MIMO传送使用与第一组时间-频率资源至少部分交叠的第二组时间-频率资源，使用与第一MIMO空间信道至少部分交叠的第二MIMO空间信道，并且使用与第一发送极化状态不同的第二发送极化状态。

MIMO传送的控制11A、11B包括对MIMO传送进行预编码，以允许接收无线终端40A、40B从MIMO传送中滤除相互极化串扰。

接入节点20可以还包括天线阵列22，该天线阵列22具有与两个互相正交的极化平面中的相应一个极化平面相关联的天线元件。

接入节点20可以被设置成用于执行根据各种实施方式的方法10。

关于控制无线通信网络中的无线电传送的方法描述的技术效果和优点同样适用于具有对应特征的接入节点。