ИНФОРМАЦИЯ О НАПРАВЛЕННОМ РАДИОЛУЧЕ В СИСТЕМЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
INFORMATION ABOUT DIRECTED RADIO FREQUENCY BEAM IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM

Область техники
Настоящее изобретение относится к обеспечению информации о направленном радиолуче для одного или нескольких радиолучей в системе мобильной связи.
Уровень техники
С развитием технологии сотовой связи на основе существующих систем 3,9G и 4G (таких как технологии радиодоступа LTE и LTE-Advanced консорциума 3GPP) до уровня 5G, вероятно, потребуются более высокие частоты. Например, ожидается, что технология радиодоступа следующего поколения, ожидаемая в качестве предложения 3GPP для стандарта IMT 2020, рассмотрение которого инициировано сектором радиосвязи Международного союза по телекоммуникациям (ITU-R), будет работать в «унаследованных» полосах частот до 6 ГГц и в некоторых новых полосах частот, выходящих далеко за эти пределы. Поэтому будущие базовые станции смогут использовать беспроводную технологию в миллиметровом диапазоне длин волн (например, в диапазонах частот от 20 до 300 ГГц) для связи с мобильными устройствами в пределах своих зон покрытия.
Для достижения большего охвата с использованием заданной мощности или для обеспечения возможности использования разнесенных в пространстве параллельных радиоканалов, работающих на более высоких частотах, базовые станции для связи с мобильными устройствами могут использовать способы направленной передачи и приема.
Настоящее изобретение относится к направленным антеннам и способам управления лучом, которые особенно полезны для использования в будущих системах связи, работающих в диапазонах более высоких частот. В принципе, способы формирования луча могут также использоваться в существующих системах сотовой связи, работающих в «унаследованных» полосах частот ниже 6 ГГц.
В отличие от всенаправленных антенн, направленные антенны позволяют концентрировать радиосигналы в определенной точке или области. Концентрация радиоволн в определенном направлении может быть достигнута, например, с помощью антенных решеток (также называемых «фазированными антенными решетками»). Обычно направленная передача сопровождается уменьшением ширины соответствующего луча.
Антенная решетка представляет собой антенную систему, содержащую определенное количество антенных элементов в некоторой геометрической конфигурации. Геометрическая конфигурация одиночных антенных элементов может значительно варьироваться, определяя характеристики формируемого луча следующим образом: расположение нескольких антенных элементов в ряд (например, в конфигурации 1×8) позволяет формировать двумерный луч в (заранее заданной) плоскости передачи. Расположение в матричном формате (например, в конфигурации 8×8) обеспечивает формирование трехмерного луча в (заранее заданной) объемной области передачи.
Относительные фазы соответствующих сигналов, поступающих на отдельные антенные элементы, образующие антенную решетку, устанавливаются таким образом, что эффективная диаграмма направленности всей антенной решетки формируется в нужном направлении и одновременно подавляется в ненужных направлениях. Фазовое соотношение между отдельными элементами антенны может быть неизменным или регулируемым (в частности, для управления лучом). Настоящее изобретение относится к последнему случаю.
Направленный луч антенны (например, формируемый с помощью одномерной антенной решетки, такой как упомянутая выше фазированная решетка 1×8) обычно состоит из интенсивного главного лепестка, направленного в нужном направлении усиления сигнала, и по меньшей мере одного бокового лепестка с существенно меньшей интенсивностью.
Несмотря на то, что способы направленной передачи и приема способны обеспечивать базовой станции большее покрытие, при этом возникает компромисс, поскольку в любой момент времени они могут обеспечивать покрытие только в части зоны покрытия этой базовой станции. Чтобы со временем обеспечить покрытие во всей зоне покрытия, базовая станция может (например, непрерывно или эпизодически) изменять ориентацию направленной передачи и приема. С точки зрения мобильного устройства, находящегося в зоне покрытия базовой станции это означает, что обмен данными может происходить только в определенные моменты времени, а именно в те моменты, когда направленная передача и прием базовой станции ориентированы приблизительно в направлении этого мобильного устройства.
С помощью двумерной антенной решетки могут быть выполнены две операции формирования луча. Радиолуч может быть наклонен по вертикали и в поперечном направлении. При размещении антенной решетки на подходящей высоте над землей, базовая станция может формировать главный лепесток диаграммы направленности в направлении конкретной области на земле, которая может рассматриваться как субзона в зоне покрытия базовой станции.
Управление лучом известно в системах мобильной связи. Например, в документе US 2014235254 A1 описан набор точек доступа фемтосоты (FAP, Femto Access Point), используемых для локализации, прогнозирования и/или оценки потенциального трафика беспроводной связи внутри зон и между ними. Кроме того, данные о подключении могут указывать на плотность расположения или на трафик устройств пользователя (UE, User Equipment) в зонах покрытия соответствующих фемтосот. Данные о подключении могут быть объединены и проанализированы для определения местоположения и движения «роя» устройств UE. Кроме того, для использования данных о подключении с целью определения оптимальной макрообласти и оптимальных настроек антенны, облегчающих управление макролучом антенны или его настройку для фокусировки на области роя, может быть применен компонент автоматического планирования соты (ACP, Automatic Cell Planning). Компонент ACP также может способствовать реконфигурации макролуча антенны, когда сообщается о смещении концентрации роя относительно точек FAP.
В документе US 2013336176 A1 описана базовая станция LTE, использующая способ формирования сканирующего луча. Базовая станция выполнена с возможностью определения местоположения пользователей в субзонах общей зоны покрытия. Предусмотрена система координации для обеспечения возможности передачи данных при использовании сканирующего луча. В документе US 2013337822 A1 описана система LTE, в которой использована динамическая антенная система формирования луча. Для определения местоположения пользователя используются результаты измерений индикатора качества канала и зондирующий опорный сигнал.
В документе US 20150351135 A1 описано предшествующее изобретение авторов настоящего изобретения, относящееся к формированию луча и, в частности, к обмену информацией о формировании луча для двухстороннего соединения с устройством пользователя. Ответное сообщение об активации луча, содержащее идентификатор луча, принимается устройством UE. Оно указывает, что идентификатор луча передается как часть данных регулировки луча и, следовательно, кодируется на канальном уровне модели OSI (Open Systems Interconnection). Ответное сообщение об активации луча представляет собой сообщение выделенного нисходящего канала, передаваемое на уровне RRC (Radio Resource Control), и является ответом на запрос, поступающий от устройства UE (т.е. на предыдущее сообщение в восходящем канале, также отправленное на уровне RRC). В этом сообщении сеть сообщает устройству UE, какой луч предполагается прослушивать и в каком направлении ожидается поворот направления передачи и приема.
В документе US 20130223251 A1 описана система формирования луча, в которой идентификаторы лучей передаются в нисходящих каналах управления и управляемый луч передает эти идентификаторы.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении реализован выполняемый устройством пользователя способ предоставления для первой базовой станции информации, относящейся к сигналам направленного луча, принятым устройством пользователя от одной или более других базовых станций и, опционально, от первой базовой станции. Способ включает в себя прием с сигналами, переданными от базовой станции через направленный луч, идентификатора, позволяющего отличать этот направленный луч от других направленных лучей, и передачу на первую базовую станцию сообщения, содержащего информацию о принятом идентификаторе направленного луча. В дополнительном аспекте реализовано устройство пользователя, обеспечивающее возможность выполнения такого способа, в котором принятый идентификатор закодирован в сигналах, передаваемых базовой станцией на физическом уровне, являющемся самым низким уровнем для связи между базовой станцией и устройством пользователя согласно многоуровневой модели, известной как модель взаимодействия открытых систем (OSI). Другие базовые станции далее называются вторыми базовыми станциями.
В другом дополнительном аспекте изобретения реализована приемопередающая точка для сигналов радиосвязи, способная передавать множество направленных лучей, каждый из которых покрывает субзону общей зоны покрытия, при этом приемопередающая точка периодически переключается между субзонами, принимающими направленные лучи, и позволяет передавать идентификатор луча с каждым направленным лучом, а идентификатор луча позволяет отличать один направленный луч от других направленных лучей. Приемопередающая точка способна передавать идентификатор луча путем кодирования идентификатора луча в направленных лучах на физическом уровне, являющемся самым нижним уровнем для связи между базовой станцией и устройством пользователя согласно многоуровневой модели, известной как модель взаимодействия открытых систем (OSI).
Варианты осуществления настоящего изобретения могут предусматривать наличие в радиосигнале информации о текущей конфигурации формирования и/или скачкообразной перестройки луча приемопередающей точки (TRP, Transmission and Reception Point). Другими словами, форма индикатора направления лепестка (LDI, Lobe Direction Indicator) или идентификатора луча или кода детализации целевой зоны включена в сигнал нисходящего канала, который различается для разных субзон.
Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения, мобильное устройство может принимать этот сигнал или идентификатор и может сообщать о нем в восходящем направлении в свою обслуживающую базовую станцию (например, как часть процедуры сообщения об измерениях в соседних сотах). Со стороны инфраструктуры может быть предоставлена таблица поиска. Это дает возможность получения из индикатора LDI соответствующих параметров для формирования луча с целью использования точкой TRP, чтобы обслуживать устройство UE непосредственно в том месте, где оно измерило сообщенный уровень сигнала.
Сеть может использовать этот новый индикатор LDI для быстрой переориентации луча в указанном направлении, чтобы обеспечить постоянную связь с этим устройством UE, вместо использования схемы скачкообразной перестройки.
Для индикатора LDI используется новый ресурс, а не занимается доступный ресурс в нисходящем направлении.
Благодаря изобретению, устройству UE не нужно ожидать, пока луч завершит полный цикл скачкообразной перестройки, прежде чем он вернется в представляющую интерес зону. Направление передачи и приема базовой станции (т.е. лепесток диаграммы направленности) может быть ориентировано точкой TRP сразу на соответствующую субзону, в которой в текущий момент находится представляющее интерес мобильное устройство.
Таким образом, хэндовер мобильного устройства в соту, предлагаемую второй базовой станцией, или добавление/активация дополнительных несущих согласно технологии агрегирования несущих (CA, Carrier Aggregation) или двойного подключения (DC, Dual Connectivity) может выполняться быстрее.
Согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения, мобильное устройство может принимать описанный сигнал или идентификатор и может сообщать о нем в восходящем направлении своей обслуживающей базовой станции (например, как часть действий по определению местоположения). На стороне инфраструктуры индикатор LDI может быть использован для определения местоположения мобильного устройства. Для повышения точности может быть полезным позволять мобильному устройству сообщать о множестве индикаторов LDI, полученных от множества вторых базовых станций.
В контексте настоящего изобретения сигнал направленного луча следует понимать как направленную передачу радиосигналов в целом, т.е. сигнал направленного луча может содержать один или несколько неподвижных и/или (частично) подвижных лепестков передачи, благодаря чему вид движения может быть любым - от скачкообразной перестройки с большим шагом до непрерывной развертки с минимальным шагом.
Краткое описание чертежей
Далее, лишь в качестве примера, описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг. 1 показана зона покрытия приемопередающей точки.
На фиг. 2 показано схематическое представление гетерогенной сети.
На фиг. 3 показана таблица ресурсов нисходящего канала для системы FDD-LTE.
На фиг. 4 показано схематическое представление устройства UE в гетерогенной сети.
На фиг. 5 показано схематическое представление устройства UE в гетерогенной сети, реализующей настоящее изобретение.
На фиг. 6 показана передача идентификатора луча с использованием резервных поднесущих.
На фиг. 7 показана передача идентификатора луча с использованием фазовой манипуляции сигналов синхронизации.
На фиг. 8 показана передача идентификатора луча с использованием фазовой манипуляции сигналов синхронизации во множестве кадров.
На фиг. 9 показана фазовая манипуляция сигналов синхронизации в синфазно-квадратурной схеме (I/Q In-phase/Quadrature).
На фиг. 10 показан пример схемы последовательности сообщений, реализующей первый вариант осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 11 показан пример схемы последовательности сообщений, реализующей второй вариант осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
1
2
На фиг. 1 показан пример зоны покрытия приемопередающей точки (TRP), поддерживающей формирование луча. Зона покрытия показана схематически для иллюстрации принципов настоящего изобретения. Показанная зона покрытия может быть фрагментом большей зоны покрытия. В этом примере она разделена на восемь субзон от A до H. В частности, наклон -2° по вертикали совместно с поворотом -2° (влево) по горизонтали обеспечивает обслуживание базовой станцией субзоны G, то есть беспроводное соединение с устройством UE. Аналогично, наклон -3° по вертикали совместно с поворотом +2° (вправо) по горизонтали обеспечивает обслуживание базовой станцией устройства UE, находящегося в субзоне F. Субзоны представляют собой зоны, облучаемые лучом, который формируется, когда элементы антенны точки TRP используют подходящие характеристики для формирования луча.
Поскольку конечные точки лучей сосредоточены на относительно небольших участках (т.е. направленные передача и прием базовой станцией в любой момент времени ориентированы точно на одну из субзон A-H зоны покрытия базовой станции в соответствии с фиг. 1), базовая станция может управлять ориентацией лепестков точки TRP таким образом, чтобы все (или по меньшей мере все нужные) субзоны обслуживались последовательно. Это решение является обоснованным, например, если местоположение принимающего устройства UE неизвестно. Скачкообразная перестройка не обязательно должна выполняться в строгом порядке от А до Н, этот порядок может быть любым. Возможным является даже эпизодический пропуск той или другой зоны и/или обслуживание зоны несколько раз в течение одного цикла (например, в зависимости от количества мобильных устройств и/или их трафика). Подобный сценарий применения (с последовательной скачкообразной перестройкой от одной субзоны к следующей) в дальнейшем описании упоминается как иллюстративная конфигурация № 1.
Точка TRP также может одновременно формировать несколько лепестков, ориентированных в разных или в близких направлениях. Например, в случае, показанном на фиг. 1, может быть сформирована диаграмма направленности, состоящая из четырех основных лучей и обеспечивающая одинаково хорошее одновременное покрытие для субзон C, D, E и F - при условии, что антенная решетка имеет достаточное количество антенных элементов для создания такой сложной диаграммы направленности. Подобный случай применения (с несколькими лепестками, обслуживающими более одной субзоны одновременно) в дальнейшем описании упоминается как пример конфигурации №2.
Кроме того, возможно сочетание двух иллюстративных конфигураций №1 и №2, описанных выше, для одной точки TRP, то есть создание сложных диаграмм направленности, состоящих из нескольких радиолучей, которые (частично или полностью) скачкообразно перестраиваются по зоне покрытия. В пределах такой сложной диаграммы направленности могут быть сформированы новые лепестки, а существующие лепестки могут быть деактивированы по мере необходимости или на основе некоторых алгоритмов. Лепестки также могут частично перекрываться во времени и/или в пространстве. Например, как показано на фиг. 1, точка TRP может быть способна в первый момент времени сформировать диаграмму направленности, состоящую из четырех основных лучей, обеспечивающих одинаково хорошее покрытие для субзон A, B, C и D, затем (во второй момент времени) - диаграмму направленности, состоящую из четырех основных лучей, обеспечивающих одинаково хорошее покрытие для субзон C, D, E и F и т.д. В другом примере, как показано на фиг. 1, точка TRP может быть способна в третий момент времени сформировать диаграмму направленности, состоящую из пяти основных лучей, обеспечивающих одинаково хорошее покрытие для субзон A, C, E, G, и H, затем (в четвертый момент времени) - диаграмму направленности, состоящую из трех основных лучей, обеспечивающих одинаково хорошее покрытие для субзон F, G, и H, и т.д.
На фиг. 2 показан схематический пример сети связи. Чтобы обеспечить оптимальное покрытие сетью, во многих вариантах реализации современных сетей сотовой связи уровень макросоты (базовые станции, работающие на первом, часто более низком, частотном уровне, охватывающем большую зону обслуживания) сочетается с уровнем малой соты для увеличения пропускной способности при передаче данных (базовые станции, работающие в качестве «вспомогательных ячеек» на втором, часто более высоком, частотном уровне, используемом для обслуживания определенных областей повышенной активности абонентов). В примере сетевой архитектуры, приведенном на фиг. 2, показана базовая станция A, работающая на уровне макросоты, и базовая станция B, работающая в качестве «вспомогательной соты» на уровне малой соты. Такой вариант реализации называется гетерогенной сетью (HetNet). Некоторые виды мобильных устройств могут подключаться к обоим частотным уровням одновременно, например, по технологии агрегирования несущих (CA, Carrier Aggregation) или двойного соединения (DC, Dual Connectivity).
Для обеспечения бесшовного обслуживания мобильные устройства должны постоянно выполнять измерения соседних сот (NCM, Neighbour Cell Measurements) в отношении соседних сот.
В режиме работы RRC_IDLE измерения NCM необходимы для того, чтобы терминал всегда парковался в лучшей соте. Если терминал обнаруживает соту с более интенсивным сигналом, он инициирует процедуру повторного выбора соты (которая может в некоторых случаях инициировать обновление зоны отслеживания). В режиме ожидания мобильность всегда управляется устройством UE и большая часть критериев измерения определяется сообщениями широковещательной передачи системной информации (SIB, System Information Broadcast).
В режиме работы RRC_CONNECTED измерения NCM необходимы, чтобы терминал мог информировать базовую станцию во время текущего соединения об обнаружении сот с более интенсивным сигналом. На основании сообщений об измерениях, полученных от терминала, базовая станция может подготовить переключение текущего соединения с текущей исходной соты на новую целевую соту путем запуска процедуры хэндовера. В подключенном режиме мобильность управляется сетью и большая часть критериев измерения определяется соответствующими сообщениями RRC, предназначенными для конкретного мобильного устройства.
y
В системе LTE нисходящий канал основан на мультиплексировании с ортогональным частотным разделением (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing). На фиг. 3 приведена иллюстративная таблица ресурсов нисходящего канала LTE с несущей 20 МГц в системе с дуплексным частотным разделением (FDD, Frequency Division Duplex). Частотная область показана с различными поднесущими OFDM по оси . Несущая с номинальной шириной полосы 20 МГц состоит из 100 ресурсных блоков (RB, Resource Blocks). Поскольку на каждый блок RB приходится двенадцать поднесущих, а разнесение поднесущих составляет 15 кГц (в субкадрах, не ориентированных на услуги мультимедийного широковещания (MBMS, Multimedia Broadcast Multicast Service)), полезная ширина полосы суммарно составляет 18 МГц (что составляет 90% от номинальной ширины полосы 20 МГц). Края полосы частот канала LTE являются защитными полосами (по 1 МГц на каждой стороне). В центре так называемая DC-несущая показана посередине между блоками RB с номерами 49 и 50.
x
Ось  представляет собой временную область. В этой иллюстративной конфигурации нисходящего канала (с обычным циклическим префиксом) приходится по 7 символов OFDM на слот (временной интервал). Два слота составляют субкадр длительностью 1 мс. В каждом кадре содержится десять субкадров.
В сетке ресурсов нисходящего канала, независимо от конфигурации полосы частот, первичные (P-SS) и вторичные (S-SS) символы синхронизации расположены в последних двух символах слотов №0 и №10. Они распределены не по всей полосе частот несущей, а расположены только в шести внутренних блоках RB, то есть в блоках от RB №47 до RB №52. Эта нумерация блоков RB действительна только для полосы частот системы шириной 20 МГц. В случае меньшей ширины полосы частот системы эта нумерация отличается. Но в любом случае символы синхронизации расположены вблизи DC-несущей.
Наименьший частотно-временной элемент для передачи по нисходящей линии связи обозначается как ресурсный элемент (как описано в разделе 6.2.2 документа 3GPP TS 36.211). Нисходящий физический канал соответствует набору ресурсных элементов, несущих информацию, получаемую с более высоких уровней. Физический сигнал нисходящего канала соответствует набору ресурсных элементов, используемых физическим уровнем, но он не несет информации, получаемой с более высоких уровней. Физические сигналы нисходящего канала могут представлять собой опорные сигналы или сигналы синхронизации.
Первичные сигналы синхронизации (P-SS) расположены в шести внутренних блоках RB, сосредоточенных вблизи DC-несущей в символах №6 слота №0 (в субкадре №0) и слота №10 (в субкадре №5). Они сформированы из последовательности Задова-Чу длиной 62 с определением трех различных последовательностей, выбранных на основе идентификатора физической соты (PCID, Physical Cell ID). Из 72 поднесущих только 62 несут данные сигналов P-SS. Остальные 10 поднесущих (по пять с каждой стороны) заполнены нулями. Сигналы P-SS используются для синхронизации кадра нисходящего канала и для определения идентификатора PCID (совместно с символами S-SS). В системе LTE с дуплексным временным разделением (TDD, Time Division Duplex) сигналы P-SS отображаются в третий символ первого слота в субкадрах №1 и №6.
Вторичные сигналы синхронизации (S-SS) расположены в шести внутренних блоках RB, сосредоточенных вблизи DC-несущей в символе №5 слота №0 (в субкадре №0) и слота №10 (в субкадре №5). Последовательность символов S-SS, используемая в субкадре №0, отличается от последовательности, используемой в субкадре №5. Определено 168 разных последовательностей, выбираемых на основе идентификатора PCID. Они состоят из 62 последовательностей скремблирования (на основе вычисления m-последовательности). Значения в нечетных индексированных ресурсных элементах и значения в четных индексированных ресурсных элементах определяются из различных уравнений. Сигналы S-SS используются для синхронизации кадра нисходящего канала и для определения идентификатора PCID (совместно с сигналами P-SS). В системе TDD-LTE сигналы S-SS отображаются в последний символ второго слота в субкадрах №0 и №5.
Положение символа P-SS/S-SS во временной области отличается в системе FDD и в системе TDD, поскольку это помогает устройству UE определить, какое именно разделение используется в системе.
Поскольку положение сигнала P-SS/S-SS в частотной области всегда постоянно, устройство UE может легко проверять корреляцию в ожидаемой полосе, чтобы принять сигнал P-SS/S-SS, из которого устройство UE может получить ряд параметров, таких как идентификатор PCID, режим дуплексной передачи FDD или TDD (из положения P-SS/S-SS во временной области), номер субкадра (из последовательности S-SS) и информация о границе слота.
Сигналы P-SS и S-SS совместно определяют идентификатор PCID для соты радиосвязи. Устройство UE распознает идентичность физического уровня из сигнала P-SS и группу сот с идентичным физическим уровнем из сигнала S-SS. Как описано выше, существует три разных сигнала P-SS (= Layer_ID) и 168 разных сигналов S-SS (= Group_ID), ограничивающих максимальное количество идентификаторов PCID значением 504. Идентификатор PCID формируется в соответствии со следующей формулой:
PCID = 3 * Group_ID + Layer_ID
На фиг. 4 показан вариант сети HetNet, в котором мобильное устройство (UE) имеет текущее соединение с базовой станцией A. Следовательно, базовая станция A сконфигурировала мобильное устройство для сбора и сообщения данных об измерениях NCM. В пределах зоны покрытия базовой станции A, которая обеспечивает покрытие на уровне макросоты, другая базовая станция (базовая станция B) работает на уровне малой соты с использованием способов формирования луча. Предполагается, что точка TRP B способна использовать схему скачкообразной перестройки луча (согласно иллюстративной конфигурации №1).
Когда первая базовая станция (базовая станция A) получает от устройства UE результаты измерений NCM, содержащие результаты измерений, собранные на уровне малой соты второй базовой станции (базовой станции B), в которой была активирована скачкообразная перестройка луча, сторона инфраструктуры в текущий момент не имеет средств для идентификации субзоны соты, в которой собран соответствующий набор результатов измерений. Это означает, что информация о конфигурации параметров для формирования луча точки TRP во время сбора измерений неизвестна или, иначе говоря, ни для первой, ни для второй базовой станции из результатов измерений NCM невозможно получить и/или извлечь какую-либо информацию об управлении точкой TRP, которая была бы полезна для быстрого формирования луча на уровне малой соты, чтобы обеспечить нацеливание на соответствующее устройство UE (например, когда предполагается установить второй канал радиосвязи по технологии CA или DC).
Соответственно, сеть HetNet на фиг. 4 модифицируется, как показано на фиг. 5.
Базовая станция A обеспечивает покрытие на уровне макросоты, а базовая станция B работает на уровне малой соты с использованием способов формирования луча. В частности, точка TRP B, относящаяся к базовой станции B, способна применять последовательность скачкообразной перестройки луча, такую как схема, соответствующая иллюстративной конфигурации №1, описанной выше в связи с фиг. 1.
t
t
N
M
N
M
x
y
В первый момент времени  луч, передаваемый точкой TRP B, направлен на субзону G (как показано на фиг. 5), а во второй момент времени  луч направлен на другую субзону зоны покрытия, а именно, на субзону H. В следующий момент времени луч может вернуться назад, чтобы обслуживать субзону A (не показано), и может начаться новый цикл скачкообразной перестройки. В этом примере предполагается, что время пребывания луча в каждой субзоне имеет постоянное значение  секунд. Это означает, что весь цикл с  субзонами, подлежащими обслуживанию, будет иметь продолжительность  *  секунд.
D
Z
Как описано выше, в соответствии с иллюстративной конфигурацией № 2 с несколькими лепестками, для обслуживания более одной субзоны одновременно сигнал  нисходящего канала (не показан) может иметь сложную диаграмму направленности с отдельными лепестками, одновременно направленными на субзону G и субзону H.
Индикатор направления лепестка (LDI, Lobe Direction Indicator) или «идентификатор луча» или «код детализации целевой зоны» включен в соответствующий сигнал нисходящего канала точки TRP (т.е. в различные лучи точки TRP B на фиг. 5). Значение этого параметра однозначно определяет (по меньшей мере с точки зрения базовой станции) ориентацию лепестка (или луча, или целевой зоны). Оно изменяется от одной субзоны к другой субзоне.
В иллюстративной конфигурации №2 базовая станция может управлять одновременной передачей для множества лепестков точки TRP таким образом, что отдельные лучи (или, по меньшей мере, некоторые подмножества лучей) имеют разные индикаторы LDI. Чтобы обеспечить надлежащий прием разных одновременно передаваемых индикаторов LDI, требуется мультиплексирование индикатора LDI. Подробные сведения о различных вариантах мультиплексирования индикатора LDI в соответствии с настоящим изобретением приведены ниже.
Сигнал индикатора LDI представлен на физическом уровне или внутри него, а не на любом из более высоких уровней протокола системы сотовой связи. Далее описаны различные варианты кодирования для достижения этой цели.
В первом варианте кодирования резервные поднесущие на краях блоков RB №47 и RB №52 (в примере для ширины полосы 20 МГц на фиг. 3, для других номинальных полос частот номера блоков RB отличаются) используются для передачи индикатора LDI в нисходящем направлении, передавая информацию индикатора LDI в частотной области.
20
В настоящее время пять поднесущих с каждой стороны остаются неиспользованными, что дает возможность кодирования по меньшей мере 10 битов на длину символа при использовании простой передачи с амплитудной манипуляцией (OOK, On/Off Keying) или, например, 20 битов на длину символа при использовании квадратурной фазовой манипуляции (QPSK, Quadrature Phase Shift Keying). В случае модуляции QPSK количество поддерживаемых идентификаторов луча находится в диапазоне до 2 на длину символа. Поскольку сигналы синхронизации появляются четыре раза за кадр (а именно дважды в каждом из слотов №0 и №5), имеется достаточная гибкость для кодирования индикатора LDI даже с некоторой избыточностью для повышения надежности индикатора LDI. Также могут быть применены хорошо известные способы обнаружения и/или коррекции ошибок. Кроме того, чтобы не нарушать процесс синхронизации, эти резервные поднесущие могут быть использованы при уменьшенной мощности передачи (по меньшей мере меньшей, чем у несущих, содержащих информацию сигналов P-SS и S-SS). На фиг. 6 приведена иллюстративная конфигурация. Пять резервных поднесущих по краям шести внутренних блоков RB в символах, несущих сигналы S-SS и P-SS, используются для передачи индикатора LDI в нисходящем направлении.
В другом варианте могут задействоваться только некоторые из 10 неиспользуемых поднесущих, например, только 4, так что некоторые поднесущие (в этом примере их шесть) для обеспечения защитного интервала остаются неиспользованными.
Некоторые устройства UE могут столкнуться с трудностями при быстром поиске сигналов синхронизации, поэтому процесс синхронизации может занять несколько больше времени, но этот недостаток может быть минимизирован, если мощность передачи поднесущих для сигнала индикатора LDI уменьшена (по сравнению с мощностью передачи поднесущих, используемых для сигналов P-SS и S-SS).
Сложные диаграммы направленности в соответствии с иллюстративной конфигурацией №2 настоящего изобретения могут потребовать идентификации отдельных лепестков, если сигналы нескольких лепестков получены одновременно. Этого можно достичь путем назначения разных индикаторов LDI разным лепесткам за счет применения мультиплексирования к доступным ресурсам. В частности, несколько индикаторов LDI могут быть мультиплексированы в частотной области (например, разные индикаторы LDI в разных наборах поднесущих) или во временной области (например, разные индикаторы LDI от кадра к кадру) на доступных резервных поднесущих и/или для расширения спектра отдельных индикаторов LDI могут быть использованы технологии множественного доступа с кодовым разделением (CDMA, Code Division Multiple Access) с разными кодами (имеющими соответствующие свойства автокорреляции и взаимной корреляции).
Во втором варианте кодирования вместо использования пространства резервных поднесущих для описанных целей, сами сигналы P-SS и/или S-SS используются для указания значения индикатора LDI луча с использованием фазовой манипуляции (PSK, Phase Shift Keying), которая изменяет фазу всех 62 символов синхронизации на одну величину сдвига фазы, таким образом, распределяя информацию индикатора LDI во времени.
Например, в любом заданном кадре сдвигаются фазы соответствующего набора символов синхронизации сигналов P-SS и S-SS в слоте №0, а также сигналов P-SS и S-SS в слоте №10. В принципе, этот способ сдвига фаз не ограничен слотами в одном кадре и для увеличения количества индикаторов LDI он может применяться к нескольким кадрам.
Тем не менее, считается предпочтительным использовать фазу одного сигнала синхронизации на кадр (в примере на фиг. 7, первый символ сигнала S-SS в слоте №0) в качестве опорного для следующих трех сдвигов фазы в том же кадре, т.е. без выполнения сдвига фазы для этого сигнала синхронизации. Поскольку в общей сложности символы сигналов P-SS/S-SS появляются четыре раза на кадр (а именно, по два в каждом из слотов №0 и №10), этот способ позволяет кодировать три бита на кадр (при условии, что первое появление символа сигнала S-SS в слоте №0 служит для задания опорной фазы, и при условии кодирования одного бита каждой последовательностью синхронизации). Если фазовый сдвиг не ограничен одним кадром, может быть закодировано и более трех битов.
Другими способами увеличения количества индикаторов LDI являются, например, следующие: использование всех четырех последовательностей синхронизации на кадр (в этом случае опорная фаза может не задаваться) или распространение кодирования на более чем один кадр (например, кодирование в двух кадрах без последовательности для опорной фазы позволило бы использовать восьмибитовый индикатор LDI, как показано на фиг. 8) или использование большего количества символов кодирования (например, использование четырех разных фаз вместо двух обеспечивает по два бита на последовательность синхронизации). Все эти способы могут сочетаться для получения требуемого количества индикаторов LDI.
На фиг. 7 показан вариант применения фазовой манипуляции в одном кадре. В этом случае символ сигнала S-SS, находящийся в слоте №0, задает опорную фазу. На фиг. 8 изображен вариант применения фазовой манипуляции в нескольких кадрах (бесконечное кодирование).
Теоретически возможен фазовый сдвиг соответствующего набора символов синхронизации на любую величину в диапазоне ±180°, тем не менее, предлагается ограничить фазовый сдвиг максимальной величиной ±90° для выбранных поднесущих, чтобы обеспечить прием существующими устройствами UE, которые могут не поддерживать эту новую модуляцию, и легко отфильтровывать информацию индикатора LDI (которая содержится исключительно в чередовании фаз на ±90°) по времени.
Поскольку теоретически может использоваться больше кодирующих символов на символ синхронизации (например, с использованием четырех разных фаз), то фазовый сдвиг на ±45° может комбинироваться с фазовым сдвигом на ±135°.
Варианты кодирования, показанные на фиг. 7 и 8, также могут быть объединены путем группирования нескольких последовательных кадров в блоке кадров, таким образом, используя только один (например, самый первый) символ S-SS в блоке для задания опорной фазы (т.е. без фазового сдвига), а все остальные появления символов S-SS в блоке могут иметь фазовый сдвиг по мере необходимости.
n
0
На фиг. 9 показаны две иллюстративные диаграммы для (первых 32 значений) последовательности сигнала P-SS. Слева значения последовательности сигнала P-SS не сдвинуты (это состояние существующего уровня техники). Справа они сдвинуты на +90° в соответствии с концепцией кодирования при модуляции PSK. Первое значение  последовательности сигнала P-SS выделено для лучшей читаемости на обеих диаграммах. Фазовый сдвиг на ±90° для других символов синхронизации выполняется аналогично (для краткости здесь не показано).
Как описано выше, сложные диаграммы направленности в соответствии с иллюстративной конфигурацией №2 настоящего изобретения могут потребовать идентификации отдельных лепестков, если сигналы нескольких лепестков приняты одновременно. Этого можно достичь путем назначения разных индикаторов LDI разным лепесткам за счет применения мультиплексирования к доступным ресурсам. Для второго варианта кодирования (особенно в случае, когда несколько последовательных кадров сгруппированы в блок кадров) несколько индикаторов LDI могут быть, например, мультиплексированы по времени и/или для расширения спектров отдельных индикаторов LDI могут быть использованы технологии CDMA с разными кодами (имеющими соответствующие свойства автокорреляции и взаимной корреляции).
Третий вариант кодирования представляет собой комбинацию вариантов 1 и 2, т.е. кодирование индикаторов LDI выполняется в резервных поднесущих и в сигналах синхронизации (не показано).
В четвертом варианте кодирования для передачи индикатора LDI в нисходящем направлении в сетке нисходящего канала LTE определены специальные ресурсные элементы (RE) или ресурсные блоки (RB), т.е. отличающиеся от тех, что зарезервированы для сигналов P-SS и S-SS. Например, информация индикатора LDI может передаваться в элементе RE или в блоке RB (совокупные ресурсные области), ранее выделенной области в сетке физического нисходящего канала общего доступа (PDSCH, Physical Downlink Shared Channel), и ныне существующие устройства UE могут игнорировать эту информацию, например, путем соответствующего планирования. Это можно рассматривать как определение нового физического сигнала в частотно-временной сетке системы связи LTE для передачи информации, относящейся к формированию и отслеживанию луча (в дополнении к двум уже существующим физическим сигналам, служащим в качестве опорных и синхронизирующих сигналов).
Возможный недостаток этого варианта заключается в использовании ресурсов, изначально предназначенных для канала PDSCH.
В четвертом варианте кодирования нескольким лепесткам, которые могут появляться на сложных диаграммах направленности в соответствии с иллюстративной конфигурацией №2 настоящего изобретения, могут быть назначены различные индикаторы LDI путем применения к доступным ресурсам всех разновидностей способов мультиплексирования. Например, в четвертом варианте различные значения индикатора LDI могут быть мультиплексированы в частотной области и/или во временной области и/или с использованием технологий CDMA.
Пятый вариант кодирования заключается в том, чтобы помещать информацию в главный блок информации (MIB, Master Information Block) или в один из подчиненных блоков системной информации (SIB, System Information Block), предназначенных для широковещательной передачи системной информации в системе мобильной связи. В этом случае соответствующая информация (т.е. индикатор LDI) должна изменяться, если луч направляется в следующую субзону. Поскольку системная информация не предназначена для обеспечения передачи быстро меняющихся информационных элементов, этот вариант подходит, когда формирование и/или скачкообразная перестройка лучей является довольно медленной процедурой.
После получения индикатора LDI с помощью одного из указанных выше вариантов или иным образом, о получении индикатора LDI сообщается в сеть. Например, такое сообщение может передаваться в ходе регулярных сообщений об измерениях NCM (согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения) или в ходе обычных действий по определению местоположения (согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения) или иным образом.
Если устройство UE сообщает одно или несколько обнаруженных значений индикатора LDI в ходе регулярного сообщения об измерениях NCM, некоторые информационные элементы уровня RRC должны быть усовершенствованы следующим образом.
MeasConfig
В информационном элементе (IE, Information Element) , который содержится в сообщении RRC «connection reconfiguration» («реконфигурация соединения») (как описано в документе 3GPP TS 36.331), может быть добавлен новый элемент IE для задания порогов измерения (включая время пребывания) и сообщения о событиях, в частности, с учетом результатов измерений, собранных в отношении направленных лучей антенны.
MeasResults
Устройства UE в сообщении RRC_CONNECTED сообщают о результатах измерений в информационном элементе , содержащемся в «отчете об измерениях» сообщения RRC (как описано в документе 3GPP TS 36.331).
MeasResults
maxBeamReport
MeasResultBeam
Для настоящего изобретения новый объект может быть включен в информационный элемент , позволяющий устройству UE сообщать подробности, относящиеся к обнаруженным направленным лучам антенны, такие как индикатор LDI, уровень сигнала и время пребывания в зоне покрытия соответствующего луча. Может быть несколько (вплоть до количества ) экземпляров , например, в структуре SEQUENCE - по одному для каждого обнаруженного луча. Такой элемент IE может иметь следующий вид.
MeasResultBestBeam
В качестве альтернативы может быть определен новый элемент IE , содержащий важные атрибуты наилучшего обнаруженного луча, такие как индикатор LDI, уровень сигнала и время пребывания в зоне покрытия соответствующего луча, и он может иметь следующий вид.
Дополнительные информационные элементы, которые могут быть сообщены устройством UE в отношении луча, представляют собой, например, разность во времени опорного сигнала (RSTD, Reference Signal Time Difference) и разность во времени сигналов Rx/Tx. Они не показаны в приведенных выше представлениях элемента IE для краткости. Тем не менее, они не должны исключаться из объема настоящего изобретения.
Beam
Beam
MeasConfig
BeamG
G
G
Как только один или несколько индикаторов LDI приняты стороной инфраструктуры (например, базовой станцией A макросоты на фиг. 5, принимающей сообщение RRC «measurement report»(«сообщение об измерениях»), модифицированное согласно изобретению), результаты измерений для луча могут быть обработаны и могут быть получены параметры для управления лепестком точки TRP B с целью переориентации направленного радиолуча в конкретную точку (т.е. луча для одного или нескольких устройств UE, находящихся в определенном месте, вместо скачкообразной перестройки лучей), так что хэндовер и/или добавление или активация соты (например, по технологии CA или DC) может быть инициирована сразу. Для этого со стороны инфраструктуры полезно предоставить справочную таблицу. Эта справочная таблица может, например, находиться в одной из базовых станций, задействованных на уровне макросоты или на уровне малой соты, или в другом логическом объекте в сети радиодоступа (RAN, Radio Access Network) или в опорной сети (CN, Core Network) системы сотовой связи. В таблице 1 приведен пример справочной таблицы согласно настоящему изобретению. Если устройство UE, показанное на фиг. 5 в иллюстративной конфигурации №2 многолепесткового луча, сообщает о луче , принятом от точки TRP B, как о самом интенсивном лепестке, принятом в текущем местоположении в течение обоснованного времени пребывания (например, время пребывания устройства UE в луче  превышает пороговое значение, полученное ранее в информационном элементе ). Далее можно предположить, что значение индикатора LDI в луче  было установлено равным «7». В дополнение к этому, устройство UE на фиг. 5 может также сообщать о других лучах с соответствующими индикаторами LDI (в дополнительном варианте осуществления изобретения эти другие лучи могут передаваться теми же или другими приемопередающими точками), как о лучах с приемлемой интенсивностью сигнала, но с гораздо меньшим временем пребывания, и о лучах с приемлемым временем пребывания, но с гораздо меньшей интенсивностью сигнала. Сторона инфраструктуры может быстро определить все параметры (из справочной таблицы), необходимые для точки TRP B, чтобы сформировать оптимальный луч для обслуживания рассматриваемого устройства UE. Первоначально сконфигурированная схема скачкообразной перестройки луча может быть изменена (при необходимости). Устройству UE не нужно ожидать, пока точка TRP B завершит полный цикл скачкообразной перестройки.
Таблица 1
Сообщенное значение
Параметры приемопередающей точки (TRP)
Целевая субзона
Поворот по горизонтали
Ширина луча по горизонтали
Наклон по вертикали
Ширина луча по вертикали
Мощность передатчика (TX)
LDI = 1
-2° влево
60°
-5°
10°
81%
A
LDI = 2
+2° вправо
60°
-5°
10°
82%
B
LDI = 3
-2° влево
60°
-4°
10°
86%
C
…
…
…
…
…
…
LDI = 7
-2° влево
30°
-2°
15°
95%
G
LDI = 8
+2° вправо
30°
-2°
30°
98%
H
В этом примере устройство UE на фиг. 5, находящееся в субзоне G, будет обслуживаться точкой TRP B с оптимальной ориентацией радиолуча для установки нового или дополнительного канала связи на уровне малой соты. Оптимальная ориентация лепестка имеет поворот на -2° влево и наклон по вертикали на -2°. Мощность передачи, ранее использовавшаяся в этом направлении, также может быть считана из справочной таблицы. В данном примере она составляет 95% от максимальной мощности передачи.
На фиг. 10 показана схема последовательности действий для обмена сообщениями в ходе процедуры согласно первому варианту осуществления изобретения, относящемуся к управлению лучом. Первая базовая станция (базовая станция A, предлагающая уровень макросоты) через точку TRP A конфигурирует устройство UE с помощью измерений NCM. Точка TRP B представляет собой приемопередающую точку, связанную со второй базовой станцией (базовой станцией B, предлагающей уровень малой соты) и способную поддерживать способы формирования и отслеживания луча. В соответствии с конфигурацией измерений NCM, устройство UE может выполнять измерения в отношении различных лучей и сообщать результаты в первую базовую станцию, включая индикатор LDI согласно изобретению. Для такого сообщения устройство UE также может принимать во внимание различные пороговые значения, связанные с интенсивностью принятого сигнала и/или со временем пребывания в каждом обнаруженном луче, тем самым ограничивая общее количество измеренных значений наиболее релевантными лепестками. Одно или несколько сообщений об измерениях оценивается на стороне инфраструктуры. Если на стороне инфраструктуры принято решение об установлении дополнительного соединения между устройством UE и второй базовой станцией, например, в ходе операции агрегирования несущих (CA) или двойного подключения (DC), или о передаче устройства UE от первой базовой станции ко второй базовой станции, то может выполняться обмен информацией (включая индикатор LDI) между первой базовой станцией и второй базовой станцией, так что вторая базовая станция может получать набор параметров точки TRP из памяти (хранилища данных) на основе по меньшей мере информации об индикаторе LDI. Эти параметры точки TRP затем могут быть использованы для переориентации лепестка передачи и приема точки TRP B, чтобы сразу выполнить нацеливание на соответствующее устройство UE. Это может означать, что текущую схему скачкообразной перестройки луча точки TRP B (см. иллюстративную конфигурацию №1) и/или текущую конфигурируемую структуру с несколькими лепестками (см. иллюстративную конфигурацию № 2) необходимо изменить. После того, как ориентация лепестка передачи и приема изменена для соответствия местоположению устройства UE, может быть активирована или добавлена дополнительная несущая или может быть инициирована процедура хэндовера.
Если устройство UE сообщает по меньшей мере одно обнаруженное значение индикатора LDI в ходе регулярного сообщения для определения местоположения, некоторые информационные элементы уровня RRC могут быть усовершенствованы аналогичным образом.
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения, относящемся к предоставлению информации о местоположении, содержание таблицы 1 не обязательно должно быть столь же полным, как в примере, показанном выше. В некоторых случаях может быть достаточно лишь обеспечения соответствия значений индикатора LDI углам поворота по горизонтали. В тех случаях, когда вертикальное положение важно, может быть использован наклон по вертикали в дополнение к углам поворота по горизонтали. Чтобы повысить точность определения местоположения мобильного устройства, целесообразно принять следующие меры (по меньшей мере одну из них):
(а) конфигурировать точку TRP для формирования относительно узких лепестков;
(б) использовать мелкий шаг для угла поворота по горизонтали;
(в) конфигурировать мобильное устройство, чтобы сообщать несколько индикаторов LDI от разных точек TRP;
(г) конфигурировать мобильное устройство, чтобы сообщать уровень приема (то есть интенсивность сигнала) для каждого сообщаемого индикатора LDI; и
(д) использовать нескольких сообщенных индикаторов LDI в процессе определения местоположения (сюда может входить получение параметров конфигурации для точек TRP из нескольких справочных таблиц).
На фиг. 11 показана схема последовательности действий для обмена сообщениями в ходе процедуры согласно изобретению для второго варианта его осуществления. Первая базовая станция (базовая станция A, например, предлагающая уровень макросоты) через точку TRP A конфигурирует устройство UE для сбора и сообщения индикаторов LDI. В соответствии с этой конфигурацией устройство UE может попытаться получить от окружающих базовых станций (например, вторых базовых станций, таких как базовые станции B и C, предлагающие уровень малой соты) как можно больше значений индикаторов LDI. Обнаруженные индикаторы LDI могут сравниваться с пороговыми значениями, полученными как часть конфигурации, и сохраняться при необходимости (т.е. если удовлетворены определенные критерии). После обнаружения сообщаемого события (например, когда мобильное устройство собрало достаточное количество значений индикаторов LDI от окружающих базовых станций, или после получения соответствующего запроса со стороны инфраструктуры), мобильное устройство может создать сообщения об индикаторах LDI для передачи в восходящем направлении в первую базовую станцию. Зная различные географические местоположения точек TRP и различные углы поворота луча по горизонтали, а также, возможно, наклоны по вертикали (оба значения могут быть получены из справочных таблиц с использованием сообщенных значений индикатора LDI), на стороне инфраструктуры может быть вычислено местоположение мобильного устройства.
B
C
t
t
t
B
C
t
t
t
B
B
x
y
d
y
x
x
y
d
y
x
x
y
Одним из возможных критериев для сохранения и/или сообщения индикатора LDI может быть разница во времени между двумя произвольными значениями LDI на стороне устройства UE (например, значения LDI, полученные через сигнал  нисходящего канала DL (Downlink) и сигнал  канала DL на фиг. 11). Если разница во времени  =  -  превышает определенное пороговое значение, это указывает на то, что полученное местоположение будет неточным из-за перемещения мобильного устройства в промежутке времени между двумя случаями приема разных индикаторов LDI. Затем мобильное устройство может выбрать удаление ранее принятого значения (или ряда значений) индикатора LDI (например, полученного через сигнал  канала DL) и начать новый цикл сбора индикаторов LDI (например, используя индикатор LDI, полученный через сигнал  канала DL, как новое начальное значение). Если разница во времени =- не превышает заданного порогового значения, мобильное устройство может принять решение о том, чтобы сообщить по меньшей мере одно ранее принятое значение индикатора LDI (например, значения, полученные через сигнал  канала DL и сигнал  канала DL).
Используемый здесь термин «приемопередающая точка» (TRP) однозначно указывает на возможности передачи и приема. Таким образом, направленная ориентация для радиосвязи может включать в себя ориентацию передачи (в нисходящем направлении, то есть от базовой станции к мобильному устройству) и/или ориентацию приема (в восходящем направлении, то есть от мобильного устройства к базовой станции).
Дальнейшее обобщение описанного способа приводит к весьма общему способу получения информации о символах синхронизации системы связи LTE или LTE-Advanced. Информация, содержащаяся в символах синхронизации согласно настоящему изобретению, не обязательно связана с диаграммой формирования лучей и/или со схемами скачкообразной перестройки луча и может использоваться для передачи дополнительных фрагментов информации.