РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РЕСУРСОВ ДЛЯ НЕОРТОГОНАЛЬНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА
RESOURCE ALLOCATION FOR NON-ORTHOGONAL MULTIPLE ACCESS

Область техники
Настоящее изобретение относится к сетям мобильной связи с неортогональным множественным доступом и, в частности, к механизму обеспечения неортогональной передачи данных.
Уровень техники
Чтобы различать входящие и исходящие сигналы разных пользователей, в современных системах мобильной связи, таких как GSM, UMTS, HSPA и LTE, применяются ортогональные радиоресурсы. Это означает, что каждому устройству пользователя (UE, User Equipment) выделяются индивидуальные радиоресурсы для монопольного использования, не создающие помех для других радиоресурсов. Радиоресурс представляет собой определенную часть частотного спектра в определенный момент времени.
В настоящее время в консорциуме 3GPP изучается новая технология множественного доступа, см. документ 3GPP RP-151100 «Study on Downlink Multiuser Superposition Transmission for LTE» («Исследование многопользовательской суперпозиционной передачи в нисходящем канале для LTE»). Одно из решений, предлагаемых для этого исследования, называется неортогональным множественным доступом (NOMA, Non-Orthogonal Multiple Access). Основной принцип доступа NOMA заключается в том, что нескольким пользователям выделяются одни и те же радиоресурсы.
Сигналы, принимаемые от множества источников, использующих один и тот же радиоресурс, различаются по уровню разных принимаемых сигналов. Принцип доступа NOMA может применяться в направлении нисходящего канала и в направлении восходящего канала. Если доступ NOMA применяется в направлении восходящего канала, приемник располагается в базовой станции (т.е. в станции eNB в системе LTE). В этом случае данные каждого пользователя, принятые в одинаковых ресурсах NOMA, должны последовательно декодироваться, начиная с сигнала с наибольшим уровнем. Затем эта часть сигнала вычитается из принятого сигнала и приемник декодирует пользовательские данные с наибольшим уровнем в оставшемся сигнале и так далее, пока не будут декодированы все данные в этом ресурсе.
Как показали различные исследования, при больших значениях отношения сигнала к помехе с шумом (SINR, Signal to Interference plus Noise Ratio) способ NOMA превосходит традиционные способы ортогонального множественного доступа.
В документе WO2015029729A1 описан пример системы NOMA, способ выбора неортогональных или ортогональных выделяемых ресурсов и способ передачи устройствам UE команд, задающих использование режима управления мощностью для неортогональных или ортогональных ресурсов.
В документе US20140328298A1 описан выполняемый в устройстве UE способ измерения потерь на трассе в направлении восходящего канала и соответствующего определения мощности передачи в восходящем канале.
В документе US20150358971A1 описан способ обеспечения неортогональной передачи, согласно которому оценки канала, принятые от нескольких устройств UE, используются для выбора устройств UE, подходящих для работы с неортогональными ресурсами.
В документе WO2014025292A1 описано формирование групп опережения по времени, содержащих устройства UE с близкими настройками опережения по времени. Затем группе назначается значение опережения по времени.
Технология NOMA дополнительно описана авторами Anass Benjebbour и др. в трудах конференции 2013 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems, IEEE, pp 770-774, а также в документе WO2015167714A1 и в документе R1-154402 3GPP совещания TSG RAN WG1 #82.
Недостатки систем NOMA, описанных в вышеупомянутых документах, заключаются в том, что в них не указан способ поиска устройств UE, подходящих для эффективного совместного использования ресурсов NOMA в направлении восходящего канала, а также не описан способ управления мощностью и способ выбора схемы модуляции и кодирования в случае использования технологии NOMA без необходимости изменения алгоритма работы устройства UE.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении реализован способ выделения радиоресурсов устройствам UE в системах связи, в котором  радиоресурсы, назначенные одному устройству UE, неортогональны радиоресурсам, назначенным другому устройству UE. При этом сигналы от нескольких устройств UE могут приниматься базовой станцией с использованием одних и тех же радиоресурсов и базовая станция определяет целесообразность назначения неортогональных радиоресурсов первому устройству UE с учетом значения опережения по времени, измеренного для сообщения произвольного доступа, отправленного базовой станции первым устройством UE.
Согласно другому аспекту изобретения реализован способ управления системой мобильной связи, работающей в режиме неортогонального множественного доступа, в котором два или более устройств UE передают сигналы в базовую станцию с использованием одних и тех же радиоресурсов, при этом первое устройство UE передает сигналы в режиме обычной мощности, а второе устройство UE передает сигналы в режиме высокой мощности. Второе устройство UE способно передавать в базовую станцию значение запаса мощности и если базовая станция определяет, что значение запаса мощности меньше или равно минимальному значению, базовая станция назначает второму устройству UE ортогональные радиоресурсы, заменяет схему модуляции и кодирования на схему с меньшим отношением сигнала к помехе с шумом или выполняет хэндовер второго устройства UE в другую базовую станцию.
В изобретении описан способ, обеспечивающий сети мобильной связи и мобильным устройствам возможность одновременного использования одного и того же ресурса в направлении восходящего канала. Это решение не влияет на устройство UE и оператор сети может легко усовершенствовать свою сеть, не ожидая усовершенствованных мобильных устройств.
Элемент системы мобильной связи (например, станция eNB) способен выполнять следующие действия.
Станция eNB определяет приблизительное значение потерь на трассе для каждого устройства UE, исходя из значения опережения по времени (TA, Timing Advance), рассчитанного для преамбулы произвольного доступа. Значение TA уже рассчитано станцией eNB на основе преамбулы произвольного доступа, принятой при первоначальном доступе к сети или при последующем доступе в канале произвольного доступа (RACH, Random Access Channel). Это обеспечивает преимущество, поскольку не требуются дополнительные измерения и это значение уже известно перед установлением канала связи. Приблизительные потери на трассе используются для присвоения устройствам UE категорий, например, «ближнее устройство UE» или «дальнее устройство UE». С использованием приблизительных потерь на трассе можно найти совместимых партнеров NOMA и подходящую схему модуляции и кодирования, а также принять решение относительно применимости технологии NOMA для каждого устройства UE.
Станция eNB рассчитывает значение разницы мощности NOMA P_NO для мощности сигналов, принимаемых от устройств UE, использующих одни и те же ресурсы (т.е. от устройств UE из одной группы NOMA), и назначает разные режимы мощности для этих устройств UE. Если группа NOMA содержит два устройства UE, то первому устройству UE назначается режим обычной мощности, а второму устройству UE назначается режим высокой мощности. Мощность сигнала, принимаемого от устройства UE, работающего в режиме обычной мощности, не изменяется по сравнению с обычной работой (т.е. работой с ортогональными ресурсами). Планируемая мощность сигнала, принимаемого от устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, выше приблизительно на значение P_NO. Разница мощности NOMA P_NO рассчитывается с учетом схемы модуляции и кодирования (MCS, Modulation and Coding Scheme), назначенной устройству UE, работающему в режиме высокой мощности. Значение NOMA P_NO больше или равно отношению SINR, требуемому для назначенной схемы MCS.
Станция eNB назначает разные режимы мощности передачи всем устройствам в группе NOMA, например, режим обычной мощности и режим высокой мощности в случае двух устройств UE в группе NOMA. Устройство UE, которому назначен режим обычной мощности (т.е. режим с наименьшей мощностью передачи), выбирается с учетом вероятности того, что это устройство UE перемещается к краю соты. А именно, режим обычной мощности назначается устройству UE, которое с наибольшей вероятностью перемещается к краю соты.
Станция eNB назначает схему MCS для устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, с учетом запаса мощности NOMA (P_HN). Это значение рассчитывается станцией eNB на основе приблизительного значения потерь на трассе для устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, уровня собственных шумов станции eNB и планируемого отношения SINR для устройства UE, работающего в режиме обычной мощности.
Если первое устройство UE запрашивает ресурсы восходящего канала и станция eNB решает назначить ему ресурсы NOMA, уже используемые вторым устройством UE, и при этом назначить ему режим обычной мощности, то текущее соединение в восходящем канале второго устройства UE требуется перенастроить, т.е. изменить режим обычной мощности на режим высокой мощности. Станция eNB способна изменить режим мощности передачи для текущего соединения в восходящем канале второго устройства UE, поскольку устанавливается соединение NOMA с первым устройством UE, и передать второму устройству UE параметры для перенастройки. В связи с этим новая мощность передачи второго устройства UE рассчитывается с учетом планируемого значения SINR первого и второго устройств UE.
Устройства UE, которым назначен режим высокой мощности, имеют уменьшенную максимальную дальность передачи по сравнению с обычными устройствами UE. Поэтому обычная процедура хэндовера может завершиться неудачно и существует риск непреднамеренного разрыва соединения. Чтобы избежать таких разрывов, станция eNB способна настраивать особое (например, раньше обычного) предоставление отчетов о запасе мощности для устройств UE, работающих в режиме высокой мощности. Измерение запаса мощности и предоставление его значения в отчете обычно настраивается так, чтобы устройства UE отправляли отчет о запасе мощности, если потери на трассе в нисходящем канале превышают некоторое пороговое значение. Это пороговое значение для устройств UE, работающих в режиме высокой мощности, больше чем для устройств UE, работающих в режиме обычной мощности, приблизительно на значение P_NO, поэтому при увеличении потерь на трассе отчет отправляется раньше и чаще. На основе отчета о запасе мощности станция eNB может решить изменить схему MCS для повышения надежности или изменить режим множественного доступа соответствующего устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, на ортогональный режим, т.е. выделить ему обычные ортогональные ресурсы. Также может быть принято решение о хэндовере соединения в другую соту, если запас мощности оказывается ниже заданного порогового значения.
Общее преимущество применения технологии NOMA в восходящем канале заключается в повышении пропускной способности системы, в результате чего увеличивается средняя скорость передачи данных для каждого пользователя и, следовательно, улучшается впечатление пользователя.
Краткое описание чертежей
Далее представленные только в качестве примеров варианты осуществления изобретения описаны со ссылками на следующие чертежи.
На фиг. 1 приведена схема последовательности сообщений для настройки соединения NOMA.
На фиг. 2 представлена традиционная диаграмма зависимости мощности передачи от дальности устройства UE.
На фиг. 3 приведена диаграмма с фиг. 2, адаптированная для работы в режиме NOMA.
На фиг. 4 приведена схема последовательности сообщений для назначения ресурсов NOMA.
На фиг. 5 приведена схема последовательности сообщений для перенастройки соединения в восходящем канале.
На фиг. 6 приведена блок-схема алгоритма установления соединения NOMA.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 представлена схема последовательности сообщений для установления соединения NOMA с участием двух устройств UE1 и UE2 и станции eNB. Устройство UE1 расположено ближе к границе соты, а устройство UE2 расположено ближе к станции eNB. Предполагается использование системы мобильной связи LTE, но может использоваться любая другая система мобильной связи.
На первом шаге устройство UE1 устанавливает обычное соединение (т.е. с использованием ортогональных ресурсов) со станцией eNB в восходящем канале. Управление мощностью осуществляется как обычно для восходящего канала LTE. Первоначальная мощность передачи рассчитывается устройством UE на основе результатов измерений опорных сигналов в нисходящем канале и некоторых параметров (коэффициента компенсации потерь на трассе (“альфа”) и разницы мощности P_O), передаваемых станцией eNB. После первой передачи станция eNB регулярно получает значение SINR для передаваемого сигнала, сравнивает это значение с планируемым значением SINR (SINR_target на фиг. 2) и выдает устройству UE команду на изменение мощности передачи с целью получения значения SINR, более ближнего к планируемому значению SINR. Значение SINR_target выбирается станцией eNB так, чтобы оно незначительно превышало минимально необходимое значение SINR для выбранной схемы модуляции и кодирования, см. фиг. 2 и таблицу 3.
Как показано на втором шаге, станция eNB получает, сохраняет и поддерживает приблизительное значение потерь на трассе в направлении восходящего канала для всех устройств UE с соединением в восходящем канале. Первоначальные потери на трассе определяются из значения TA. Значение TA рассчитывается станцией eNB на основе преамбулы произвольного доступа, принятой при первоначальном доступе к сети или при последующем доступе в канале RACH, и передается устройству UE. Устройство UE соответствующим образом корректирует свои временные параметры передачи, что обеспечивает синхронный прием станцией eNB. В таблице 1 представлен пример соответствия значений TA значениям потерь на трассе для частотных диапазонов 1,8 ГГц и 3,5 ГГц. Значение TA обновляется во время соединения с использованием команд управления мощностью или с использованием отчетов об измерениях, отправленных устройством UE. Значения TA, в целом, соответствуют значениям потерь на трассе, указанным для частотных диапазонов 1,8 ГГц и 3,5 ГГц. Значение TA, равное 1, приблизительно соответствует длительности 521 мкс. Максимальное значение равно 1228 и приблизительно соответствует длительности 667,67 мс. В этом примере текущие потери на трассе устройства UE1 соответствуют диапазону 101-110 дБ.
Таблица 1.
Значение TA
Потери на трассев диапазоне 1,8 ГГц
Потери на трассев диапазоне 3,5 ГГц
0-2
< 80 дБ
< 90 дБ
3-7
81-90 дБ
91-100 дБ
8-18
91-100 дБ
101-100 дБ
19-51
101-100 дБ
111-120 дБ
52-154
111-120 дБ
121-130 дБ
155-300
121-130 дБ
131-140 дБ
> 300
> 130 дБ
> 140 дБ
Станция eNB назначает устройствам UE категорию NOMA в соответствии с диапазоном потерь на трассе в направлении восходящего канала: категорию «ближнее устройство UE», если диапазон потерь на трассе (PL, Path Loss) превышает пороговое значение, и категорию «дальнее устройство UE» в противоположном случае. Пример представлен в таблице 2. Например, пороговое значение выбирается так, чтобы устройства UE категории «ближнее устройство UE» находились ближе к станции eNB, чем граница соты для устройств UE, использующих режим высокой мощности (описан ниже со ссылками на фиг. 3). В пределах каждой категории элементы могут быть отсортированы в порядке увеличения, т.е. начиная с устройства UE с наименьшим диапазоном PL. В этом примере показаны две категории и разрешена одновременная работа в режиме NOMA двух устройств UE. Если поддерживаются три, четыре или более категорий, то возможна одновременная работа трех, четырех или более устройств UE. В представленном на фиг. 1 примере устройству UE1 назначена категория NOMA «дальнее устройство UE», поскольку потери соответствую диапазону 101-110 дБ, а пороговое значение равно 100 дБ.
Таблица 2
Ближнее устройство UE(PL ≤ 100 дБ)
Дальнее устройство UE(PL > 100 дБ)
Идентификатор устройства UE
Диапазон PL
Идентификатор устройства UE
Диапазон PL
UE3
81-90 дБ
UE4
101-100 дБ
Группа NOMA № 2
UE6
81-90 дБ
UE7
101-100 дБ
UE2
81-90 дБ
UE1
101-100 дБ
Группа NOMA № 1
UE5
91-100 дБ
UE8
111-120 дБ
…
…
…
…
В таблице 2 показано, что станция eNB объединила устройства UE в группы NOMA, каждая из которых содержит «ближнее устройство UE» и «дальнее устройство UE».
На четвертом шаге устройство UE2 запрашивает ресурсы восходящего канала. Как и для устройства UE1 на шаге 3, станция eNB назначает устройству UE категорию NOMA в соответствии с диапазоном PL. В результате расчета для устройства UE2 получено значение 9, соответствующее диапазону потерь на трассе 91-100 дБ (см. таблицу 1; диапазон 1,8 ГГц). Устройству UE2 назначена категория NOMA «ближнее устройство UE». В этом примере предполагается, что устройство UE находилось в режиме ожидания. В другом варианте осуществления изобретения устройству UE может потребоваться повторное установление соединения после сбоя радиоканала и оно отправляет запрос на повторное установление соединения уровня управления радиоресурсами (RRC, Radio Resource Control). Следующий шаг может инициироваться любыми другими сообщениями, целью которых является изменение или добавление RRC-соединения в направлении восходящего канала.
На пятом шаге станция eNB проверяет применимость режима NOMA для устройства UE2, т.е. достаточность вычислительных ресурсов станции eNB для работы в режиме NOMA (например, для подавления помех), необходимость в выделении ортогональных ресурсов (например, количество неиспользуемых в данный момент ресурсов может позволять назначение ортогональных ресурсов) и возможность такого выделения (например, может отсутствовать доступный партнер NOMA, потому что всем остальным устройствам UE с текущим соединением уже назначены ресурсы NOMA или потому что запрашивающее устройство UE является единственным устройством UE с активным соединением в восходящем канале).
На основе полученных на предыдущем шаге положительных результатов проверки станция eNB на шестом шаге решает назначить ресурсы NOMA восходящего канала (UL, UpLink) устройству UE2 и выполняет процедуру назначения NOMA (более подробно описана ниже).
На седьмом шаге станция eNB передает устройству UE2 сообщение об установлении соединения RRC. Это сообщение содержит значения P_O и “альфа” для управления мощностью восходящего канала, известные из стандартов LTE. Тем не менее, в традиционное поле данных для значения P_O станция eNB вставляет значение разницы мощности для ресурса NOMA (P_NO).
Устройство UE рассчитывает первоначальную мощность передачи P_init с использованием следующей формулы. Расчет выполняется так, как это обычно делается для совместного физического восходящего канала (PUSCH, Physical Uplink Shared CHannel) LTE, т.е. устройство UE не уведомляется о применении технологии NOMA в восходящем канале:
P_init = 10·log10 M + P_0 + альфа × PL [дБм],
где M - ширина полосы частот, кратная 12 поднесущим, как запланировано станцией eNB; P_O - разница мощности, рассчитанная станцией eNB для ресурса NOMA (P_NO); “альфа” - коэффициент компенсации потерь на трассе (трехбитовый, зависящий от соты параметр в диапазоне [0-1], передаваемый станцией eNB устройству UE); PL - оценка потерь на трассе нисходящего канала, рассчитываемая устройством UE на основе опорных сигналов нисходящего канала, как это обычно делается для LTE.
Затем устройство UE передает данные восходящего канала с использованием рассчитанной мощности передачи.
После этого станция eNB управляет мощностью так, чтобы для устройства UE2 получалось значение SINR_target_high, а для устройства UE1 получалось значение SINR_target_norm. Управление мощностью осуществляется так, как это обычно делается для LTE, т.е. команда повышения мощности отправляется устройству UE, если измеренное значение SINR меньше значения SINR_target, а команда понижения мощности в - противоположном случае. Кроме того, станция eNB применяет последовательное подавление помех, т.е. начинает декодирование данных с устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, и затем удаляет часть сигнала, относящуюся к устройству UE, работающему в режиме высокой мощности, из принятого сигнала. После этого декодируются данные сигнала для режима обычной мощности.
В представленном выше примере предполагается, что режим высокой мощности назначяется ближним устройствам UE. Это предпочтительный вариант, поскольку он позволяет дальним устройствам UE работать на обычном краю соты. В другом варианте осуществления изобретения режим высокой мощности назначается дальним устройствам UE. Это наилучший вариант для случая, когда перемещение к краю соты ближнего устройства UE более вероятно, чем дальнего устройства UE.
Далее описан выбор устройства-партнера UE для работы в режиме NOMA.
На фиг. 2 представлен график зависимости мощности передачи устройства UE от расстояния между устройством UE и базовой станцией (в данном случае станцией eNB). Мощность передачи должна быть такой, чтобы мощность сигнала, принимаемого базовой станцией (P_Rx_1), превышала уровень собственных шумов на требуемое значение SINR_target. Значение SINR_target больше минимального значения SINR (SINR_min). На краю соты требуемая мощность передачи достигает максимальной мощности передачи устройства UE (P_Tx_max).
На фиг. 3 представлена ситуация, где станция eNB инициировала работу в режиме NOMA для двух устройств UE: UE1 и UE2. Устройство UE1 работает в режиме обычной мощности и, соответственно, имеет характеристику зависимости мощности передачи от расстояния, соответствующую фиг. 2. Устройство UE2 работает в режиме высокой мощности так, чтобы его сигнал, принятый станцией eNB, соответствовал значению P_Rx_high, которое превышает значение для устройства UE, работающего в режиме обычной мощности (P_Rx_norm), на разницу P_NO. Поскольку устройство UE2 работает при более высокой мощности передачи, край соты для него, соответственно, оказывается ближе к базовой станции.
Основной принцип технологии NOMA заключается в том, что все потоки данных одного и того же ресурса должны приниматься с разными уровнями мощности. Если два устройства UE используют один и тот же ресурс NOMA, меньшее планируемое значение SINR приблизительно равно этому значению для устройств UE, использующих ортогональные ресурсы. Поэтому устройства UE, которым назначено меньшее планируемое значение SINR, имеют ту же мощность передачи, что и для ортогональных ресурсов, и дальность передачи у таких устройств UE та же, что и у устройств UE, использующих ортогональные ресурсы. Иными словами, они способны осуществлять связь с станцией eNB вплоть до обычного края соты (фиг. 3, «Край соты для устройств UE в режиме обычной мощности»).
В отличие от этого, для большего из двух значений мощности принимаемого сигнала (P_Rx_high) требуется, чтобы соответствующее устройство UE осуществляло передачу с большей мощностью по сравнению устройствами UE, работающими с ортогональными ресурсами. Поэтому устройства UE, которым назначен режим высокой мощности, имеют меньшую дальность передачи, поскольку максимальная мощность передачи достигается на меньшем расстоянии от станции eNB (для всех устройств UE предполагается одинаковая максимальная мощность передачи), т.е. край соты для устройств UE, которым назначен режим высокой мощности, расположен ближе к станции eNB (фиг. 3, «Край соты для устройств UE в режиме высокой мощности»).
Вследствие ограничений дальности для устройств UE, которым назначен режим высокой мощности, целесообразно назначать режим обычной мощности дальним устройствам UE. Чтобы максимально увеличить пропускную способность системы, выбор устройств-партнеров UE для технологии NOMA осуществляется так, чтобы, во-первых, дальнее устройство UE объединялось в одной группе NOMA с ближним устройством UE. Во-вторых, если для назначения ресурсов NOMA не осталось дальних устройств UE, в одной группе NOMA могут объединяться два ближних устройства UE. Объединение двух дальних устройств UE невозможно. Если два дальних устройства UE запрашивают ресурсы восходящего канала, но для объединения с ними недоступны ближние устройства UE, то они должны использовать ортогональные ресурсы.
В представленном на фиг. 1 примере второе запрашивающее устройство UE (UE2) представляет собой «ближнее устройство UE». Самый простой способ поиска подходящего партнера заключается в выборе устройства UE из другой категории NOMA в позиции, соответствующей позиции устройства UE2 в упорядоченной таблице. В этом случае устройства UE1 и UE2 из таблицы 2 объединяются в группу NOMA № 1. Партнеры для объединения могут выбираться различным образом, одинаковая позиция в упорядоченной таблице, как описано выше, является лишь примером, который доказал свою эффективность согласно различным результатам моделирования, представленным в литературе. Стратегии объединения не являются объектом этого изобретения, однако принцип объединения дальних устройств UE только с ближними устройствами UE должен соблюдаться, чтобы обеспечить работоспособность изобретения. Тем не менее, ближние устройства UE могут объединяться с другими ближними устройствами UE, если доступен достаточный запас мощности.
Далее описано определение разницы мощности NOMA (P_NO) и схемы MCS.
Согласно концепции технологии NOMA требуется, чтобы разные сигналы, использующие одни и те же ресурсы, имели некоторую разницу мощности сигнала в приемнике. Поэтому значение P_NO определено как разница мощности сигналов, принимаемых от устройств UE в одной группе NOMA, при этом мощность принимаемого сигнала устройства UE, работающего в режиме обычной мощности, (P_Rx_norm) приблизительно та же, что и для ортогональных ресурсов, а мощность принимаемого сигнала устройства UE, использующего режим высокой мощности, (P_Rx_high) должна превышать уровень P_Rx_norm приблизительно на значение P_NO (см. фиг. 3). Поскольку сигнал от устройства UE, работающего в режиме обычной мощности, представляет собой наиболее значительный источник помех для сигнала устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, и поскольку демодуляция данных устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, должна быть возможна без необходимости подавления помех, разница P_NO не должна быть менее минимально требуемого значения SINR для схемы модуляции и кодирования, выбранной для устройства UE, работающего в режиме высокой мощности. В таблице 3 представлен пример соответствия значений SINR и схем модуляции и кодирования.
Таблица 3
Схема модуляции и кодирования
Диапазон SINR
Модуляция
Скорость кодирования FEC
QPSK
1/2
< 8 дБ
QPSK
3/4
8-9 дБ
16 QAM
1/2
10-14 дБ
16 QAM
3/4
15-16 дБ
64 QAM
1/2
17-22 дБ
64 QAM
3/4
23-24 дБ
245 QAM
1/2
25-27 дБ
245 QAM
3/4
> 27 дБ
Станция eNB сначала рассчитывает запас мощности NOMA (P_HN) по представленной ниже формуле. Значение P_HN представляет собой разность между максимальной мощностью передачи устройства UE2 и минимально требуемой мощностью передачи для соответствующих потерь на трассе. Станция eNB выбирает для запрашивающего устройства UE (UE2) схему MCS, соответствующую потребностям запрошенной услуги и запасу мощности NOMA. Больший диапазон P_HN обеспечивает большее планируемое значение SINR. Иными словами, устройство UE с бóльшим диапазоном P_HN может использовать схему модуляции и кодирования более высокого порядка. Кроме того, планируемое значение SINR для устройства UE1 учитывается при выборе схемы MCS для устройства UE2, поскольку максимально возможное планируемое значение SINR для устройства UE2 уменьшается на планируемое значение SINR устройства UE1. Значение P_HN рассчитывается станцией eNB по следующей формуле:
P_HN = P_Tx_max [дБм] - P_Noise [дБм] - PL_UL [дБ] - SINR_target_norm [дБ],
где P_Tx_max - максимальная мощность передачи устройства UE в дБм; P_Noise - уровень собственных шумов станции eNB в дБм; PL - потери на трассе в направлении восходящего канала для устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, в дБ (используется приблизительный диапазон PL из таблицы 2); SINR_target_norm - планируемое значение SINR для устройства UE, работающего в режиме обычной мощности, в дБ.
В представленном на фиг. 1 примере рассчитанное значение P_HN соответствует диапазону 19-28 дБ. Станция eNB выбирает из таблицы 3 схему MCS с диапазоном SINR, меньшим значения P_HN, чтобы обеспечить устройству UE дополнительную мощность передачи для перемещения в направлении края соты. Станция eNB выбирает схему 64QAM со скоростью кодирования упреждающей коррекции ошибок (FEC, Forward Error Correction), равной 1/2. Значение разницы мощности NOMA (значение P_NO на фиг. 3) выбирается так, чтобы оно было в пределах диапазона выбранной схемы MCS и меньше запаса мощности NOMA (P_HN). В этом примере выбирается значение P_NO, равное 18 дБ.
В описанном выше варианте осуществления изобретения ресурсы NOMA назначаются, когда запрашивающему ресурс устройству UE (UE2) назначается режим высокой мощности, а устройство UE с текущим соединением в восходящем канале (UE1) остается в режиме обычной мощности.
В другом варианте осуществления изобретения предполагается, что запрашивающему ресурсы устройству UE (UE3) назначается режим обычной мощности, а устройству UE с текущим соединением (UE4) назначается режим высокой мощности, т.е. текущее соединение устройства UE4 изменяется из-за решения станции eNB использовать ресурсы NOMA для устройства UE3.
Для назначения ресурсов NOMA в восходящем канале применяется следующая процедура (см. фиг. 4).
1. Устройство UE3 имеет текущее соединение в восходящем канале.
2. Станция eNB рассчитывает приблизительный диапазон потерь на трассе UL: 81-90 дБ (см. таблицу 2).
3. Станция eNB назначает устройству UE3 категорию «ближнее устройство UE».
4. Устройство UE3 запрашивает ресурсы восходящего канала. Станция eNB рассчитывает приблизительный диапазон потерь на трассе UL: 101-110 дБ и назначает категорию «дальнее устройство UE».
5. Станция eNB получает положительный результат поверки применимости режима NOMA для устройства UE4.
6. Станция eNB выполняет следующую процедуру назначения NOMA.
А. Поскольку устройство UE4 представляет собой дальнее устройство UE, в качестве партнера NOMA выбирается устройство UE3 из категории «ближнее устройство UE» (группа NOMA № 2 в таблице 2).
Б. Станция eNB решает назначить режим высокой мощности ближнему устройству UE (UE3) и режим обычной мощности дальнему устройству UE (UE4). Она выбирает схему MCS, значение SINR_target_norm и подходящие параметры управления мощностью (P_O и “альфа”) для устройства UE4, как это обычно делается для устройств UE, использующих ортогональные ресурсы.
В. Затем станция eNB рассчитывает запас мощности NOMA (P_HN) устройства UE3 согласно представленной выше формуле: 21-30 дБ. Перед назначением ресурса NOMA для текущего соединения UL использовалась схема MCS 64 QAM со скоростью кодирования FEC 1/2. Поскольку требуемое значение SINR для этой схемы MCS (см. таблицу 3) соответствует рассчитанному запасу P_HN, станция eNB использует его для перенастроенного соединения с устройством UE3. В этом примере станцией eNB выбирается значение разницы мощности NOMA (P_NO), равное 20 дБ.
7. Станция eNB перенастраивает текущее соединение UL устройства UE3 путем передачи сообщения о перенастройке соединения RRC. В числе прочего, это сообщение содержит параметры управления мощностью P_O и “альфа”, а также выбранную схему MCS, при этом станция eNB передает значение P_NO в поле P_O этого сообщения.
8. Устройство UE3 перенастраивает соединение в восходящем канале в соответствии с принятым сообщением, например, оно рассчитывает новое значение мощности передачи.
9. Устройство UE3 использует соединение NOMA в восходящем канале.
10. Станция eNB настраивает новое соединение устройства UE4 в восходящем канале путем передачи сообщения об установлении соединения RRC. В числе прочего, это сообщение содержит параметры управления мощностью P_O и “альфа”, а также выбранную схему MCS. Эти параметры были выбраны на шаге 6Б, как это обычно делается при настройке ортогонального ресурса.
11. Устройство UE4 соответствующим образом настраивает передачу в восходящем канале и рассчитывает первоначальную мощность передачи согласно представленной выше формуле.
12. Устройство UE4 использует соединение NOMA в восходящем канале.
13. Станция eNB осуществляет управление мощностью так, чтобы для устройства UE3 обеспечить значение SINR_target_high, а для устройства UE4 обеспечить значение SINR_target_norm. Управление мощностью осуществляется как обычно в системе LTE, т.е. устройству UE отправляется команда на повышение мощности, если измеренное значение SINR меньше значения SINR_target, и команда на понижение мощности в противоположном случае. Кроме того, станция eNB применяет последовательное подавление помех, т.е. начинает декодирование данных с устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, и затем удаляет из принятого сигнала часть сигнала, относящуюся к устройству UE, работающему в режиме высокой мощности. Затем декодируются данные для режима обычной мощности.
Согласно другому аспекту изобретения реализована процедура изменения режима множественного доступа устройства UE, работающего в режиме высокой мощности, если это устройство UE приближается к краю соты для режима высокой мощности.
Вследствие уменьшенной максимальной дальности передачи устройств UE, работающих в режиме высокой мощности, требуется средство для предотвращения непреднамеренного разрыва соединения в восходящем канале. Ниже описана представленная на фиг. 5 процедура предотвращения таких разрывов. Для иллюстрации предполагается, что устройство UE5 приближается к пределу для рабочего диапазона режима высокой мощности, при этом устройство UE5 объединено со вторым устройством UE6 для работы в режиме NOMA.
1. Устройство UE6 настроено для использования ресурсов восходящего канала NOMA в режиме обычной мощности.
2. Устройство UE5 настроено для использования ресурсов восходящего канала NOMA в режиме высокой мощности.
3. Станция eNB настраивает измерение и определяет событие для предоставления отчетов для устройства UE5, чтобы избежать разрыва соединения вследствие ограничения дальности в режиме высокой мощности. В этом примере устройство UE настраивается так, чтобы периодически измерять запас мощности, т.е. доступную дополнительную мощность передачи. Кроме того, устанавливается минимальный запас мощности. Если измеренный запас мощности оказывается ниже установленного минимального запаса мощности, устройство UE5 должно передать станции NB отчет об измерении.
4. Устройство UE5 периодически измеряет запас мощности согласно команде от станции eNB, когда оно удаляется от станции eNB. Затем оно обнаруживает, что измеренный запас мощности меньше минимального запаса мощности. В этом случае инициируется следующий шаг.
5. Устройство UE5 передает станции eNB последний результат измерения запаса мощности.
6. Станция eNB использует принятое значение для принятия решения относительно перенастройки соединения в восходящем канале. Предусмотрены три варианта перенастройки.
А. Назначение ортогональных ресурсов и режима обычной мощности. Это изменение обеспечит работу устройства UE5 вплоть до обычного края соты.
Б. Замена схемы MCS на схему, требующую меньшего значения SINR. Это изменение увеличит максимальный диапазон передачи по сравнению с предыдущим режимом работы, но не обеспечит работу вплоть до нормального края соты.
В. Запрос от устройства UE5 результатов измерений для соседних сот, чтобы принять решение о хэндовере.
В этом примере станция eNB решает назначить устройству UE5 ортогональные ресурсы. Она выбирает схему MCS и требуемое значение SINR_target_norm.
7. Станция eNB передает устройству UE5 сообщение о перенастройке соединения RRC и назначает ортогональные ресурсы и режим обычной мощности. В числе прочего, это сообщение содержит параметры управления мощностью P_O и “альфа”, а также выбранную схему MCS.
8. Устройство UE5 применяет принятые измерения и использует ортогональные ресурсы для соединения в восходящем канале.
9. Устройство UE6 продолжает использовать текущую конфигурацию для восходящего канала. С точки зрения станции eNB, это соединение представляет собой обычное (ортогональное) соединение.
10. Станция eNB осуществляет обычное управление мощностью восходящего канала для устройств UE5 и UE6.
На фиг. 6 представлен пример блок-схемы для начала и продолжения работы в режиме NOMA с использованием настоящего изобретения.
Входящий запрос 100 на установление или повторное установление соединения RRC инициирует выход из состояния 102 «Ожидание триггера для изменения или добавления соединения RRC». В результате станция eNB на шаге 104 получает приблизительное значение потерь на трассе в направлении восходящего канала и назначает категорию NOMA. Затем станция eNB на шаге 106 решает, возможна ли работа в режиме NOMA. Если нет, то назначаются ортогональные ресурсы, как показано в блоке 108, и станция eNB возвращается в состояние 102.
Если работа в режиме NOMA возможна, станция eNB на шаге 110 определяет категорию NOMA для инициирующего устройства UE: «ближнее устройство UE» или «дальнее устройство UE». Если инициирующее устройство UE представляет собой дальнее устройство UE, станция eNB на шаге 112 выбирает партнера NOMA из набора устройств UE, классифицированных как ближние устройства UE. Если направившее инициирующий запрос устройство UE представляет собой ближнее устройство UE, станция eNB на шаге 114 определяет, доступно ли дальнее устройство UE для работы в режиме NOMA. Если доступно одно или несколько таких устройств, на шаге 116 из набора дальних устройств UE выбирается партнер NOMA. Если на шаге 114 определено, что доступны только ближние устройства UE, на шаге 118 партнер NOMA выбирается из набора ближних устройств UE.
После выбора партнера NOMA на шаге 120 определяется запас мощности NOMA. После определения запаса мощности на шаге 122 выбирается подходящая схема MCS и на шаге 124 рассчитывается разница мощности NOMA. Сообщение об установлении соединения RRC передается устройству UE на шаге 126 и станция eNB возвращается в состояние 102.