用于协调共存的空中和地面用户的上行链路通信的方法与流程

本发明涉及例如根据由第三代合作伙伴计划（3gpp）规定的任何标准（诸如4g/lte和5g/nr），优化城市空中移动性（uam）用户设备（ue）和地面ue二者与地面基站的通信。符号和定义3gpp即“第三代合作伙伴计划”的缩写，是开发移动电信协议的多个标准组织的总称。在3gpp的上下文中，术语“随机”强调用户设备（ue）可以在任何时间请求接入网络资源，因为ue不受预定或固定接入方案的约束。表述“地面无线通信网络”意指其基站位于基于地面的结构上，并且其ue通常也位于基于地面的结构中或基于地面的结构上的无线通信网络。专门用于5g nr基站的缩写“gnb”在本文中与用于基站的缩写bs可互换使用，而不管各种标准中的命名约定如何，这些标准可以针对基站使用“enb”或其他缩写。uam ue在本文中也可以被称为空中ue。

背景技术：

1、当将空中ue集成到地面蜂窝网络中时，需要处理对现有地面ue信号的干扰。大部分干扰可能由空中ue的信号导致。由于uam ue在距离地面相当大的高度飞行，因此它们享有到多个基站的视线（los）路径。因此，当空中用户（如用于uam的飞机）与地面gnb进行通信时，由于通常有利的los传播条件，其信号在许多gnb处导致干扰，这可能不易于利用常规干扰管理方案来缓解。来自空中ue的ul传输的干扰影响多个地面gnb，这迫切需要有效的方法来管理干扰。

2、干扰管理的传统方法是令用户在正交（即，非重叠）时频资源块（rb）（例如，正交频分多址（ofdma）系统中的子载波（sc）集合）上进行发送。然而，将ofdma系统的不同时频rb分配给不同的ue是低效的，因为它未能使用无线信道中的所有可用自由度（dof），即，没有充分利用所有可用时频资源。

3、如果接收机和/或发射机具有多个天线，则可以实现更高的dof，这允许使用接收和/或发送波束成形技术来分离在相同时频rb上发送的不同用户的信号。在这种被称为空分多址（sdma）的技术中，ue使用不同的预编码向量或矩阵在空间上分离其到达gnb的信号。尽管可以通过以下方式管理来自空中ue的干扰：在正交rb上调度空中和地面ue，或者通过在gnb处使用多个接收天线来分离其信号而在相同rb上正交复用它们，但这些方法存在某些局限性，其中在gnb处需要足够数量的天线来区分来自不同ue的传输，这转变为更高的硬件成本。

4、即使收发机具有单个天线，也可以通过使用非正交多址（noma）技术进一步提高可实现dof，其中，来自多个用户的信号可以被叠加在相同的时频rb中，并且可以在接收机处使用更复杂的干扰消除技术来提取这些信号。在noma中，其中一些ue共享相同的rb，在对其他ue信号进行解码之前，一些ue的信号被完全解码并消除。在本文讨论的地面和空中ue共享时频rb的特定用例中，noma需要受到来自空中ue的干扰的gnb在对地面ue的信号进行解码之前对其信号进行完全解码并消除，反之亦然。

5、l. lei、d. yuan、c. k. ho和s. sun在“5g系统中针对非正交多址的功率和信道分配：可跟踪性和计算（power and channel allocation for non-orthogonal multipleaccess in 5g systems: tractability and computation）”（ieee无线通信学报，第15卷第12期，第8580-8594页，2016年12月）中，s. sruthy和n. b. mehta在“频率选择性信道中的宽带noma中的功率和离散速率适配（power and discrete rate adaptation inwideband noma in frequency-selective channels）”（ieee无线通信学报，doi：10.1109/twc.2023.3315709）中，w. mei和r. zhang在“用于蜂窝连接的uav的上行链路协作noma（uplink cooperative noma for cellular-connected uav）”（ieee信号处理精选期刊，第13卷第3期，第644-656页，2019年6月）中，y. liu、z. qin、y. cai、y. gao、g. y. li和a.nallanathan在“基于非正交多址的uav通信（uav communications based on non-orthogonal multiple access）”（ieee 无线通信，第26卷第1期，第52-57页，2019年2月）中，l. liu、s. zhang和r. zhang在“利用noma以用于蜂窝上行链路中的多波束uav通信（exploiting noma for multi-beam uav communication in cellular uplink）”（icc2019 - 2019 ieee国际通信会议（icc），中国上海，2019年，第1-6页）中，以及mustafaeroz、lin-nan lee在“用于noma的异步多流传输的系统和方法（system and method forasynchronous multi-stream transmission for noma）”（休斯网络系统 llc，2018年，us2019140770 a1）中讨论了noma的各个方面。

6、另一种已知技术是速率分割多址（rsma）。如前所述，传统的noma技术需要接收机对干扰用户的信号进行完全解码并消除，以便与正交传输方案或多天线方案相比实现更高的性能，这可能并不始终可行，具体取决于无线信道条件。注意，在本说明书中，表述“消除信号”和“消除流”可以互换使用，除非另外明确说明或技术人员从相应上下文中很容易显而易见。在rsma技术中，发送用户将其数据流拆分为通用或公共部分，其可以由除了预期接收机以外的接收机进行解码并消除；以及私有部分，其旨在仅由其预期接收机进行解码，该rsma技术通过使接收机能够消除干扰用户的信号的最优部分来改进传统的noma，并且可以通过调整被分配给公共数据流和私有数据流的信号功率，在将干扰视为噪声（其当干扰弱时最优）与传统noma（其当干扰强时最优）这两种极端之间实现平滑的权衡。通过针对“公共”消息和“私有”消息分配不同的功率水平，可以动态控制对非预期接收机的干扰水平。

7、b. clerckx等在“关于速率分割多址的入门指南：教程、误区和常见问题”（ aprimer on rate-splitting multiple access: tutorial, myths, and frequentlyasked questions）”（ieee通信选域期刊，第41卷第5期，第1265-1308页，2023年5月）中，y.mao、b. clerckx和v. o. k. li在“用于协调多点联合传输的速率分割多址（forcoordinated multi-point joint transmission）”（2019年ieee国际通信会议研讨会（icc研讨会），中国上海，2019年，第1-6页）中，m. m. ahin、o. dizdar、b. clerckx和h.arslan在“多载波速率分割多址：ofdm-rsma相较 ofdma和ofdm-noma的优势（multicarrierrate-splitting multiple access: superiority of ofdm-rsma over ofdma and ofdm-noma）”（ieee通信快报，第27卷第11期，第3088-3092页，2023年11月）中，l. yin和b.clerckx在“用于卫星-地面集成网络的速率分割多址：协调和合作的益处（rate-splittingmultiple access for satellite-terrestrial integrated networks: benefits ofcoordination and cooperation）”（ieee无线通信学报，第22卷第1期，第317-332页，2023年1月）中，w. jaafar、s. naser、s. muhaidat、p. c. sofotasios和h. yanikomeroglu在“关于基于rsma的uav通信的下行链路性能（on the downlink performance of rsma-based uav communications）”（ieee 车辆技术汇刊，第69卷第12期，第16258-16263页，2020年12月）中，x. liu、j. feng、f. li和v. c. m. leung在“针对rsma-uav辅助通信的下行链路能效最大化（downlink energy efficiency maximization for rsma-uavassisted communications ）”（ieee无线通信快报，第13卷第1期，第98-102页，2024年1月）中，mao xiaomao、qiu peiliang在“用于在无线多址信道中分配用户速率的基于速率分割的方法（rate splitting based method for allocating user rates in wirelessmultiple access channels）”（浙江大学，2010年，cn 101827452 a）中，aasheesh shukla、abhay chaturvedi nira在“速率分割多址（rsma）系统（rate splitting multiple access(rsma) system）”（gla大学，马图拉，in 202111053727 a）中，chao dong、zhiqiang he、xinrui huang、kai niu、zhongwei si在“用于基于速率分割非正交多址技术发送数据的方法和设备（method and device for transmitting data based on rate division non-orthogonal multiple access technology）”（北京邮电大学，2016年，wo2018023732 a1）中，jiang hao、li hao、wu jing、zhou changjia、zhou jianguo在“用于上行链路速率分割多址系统的速率优化方法（rate optimization method for uplink rate divisionmultiple access system）”（武汉大学，2022年，cn 115866638 a）中，daesung yu、junbeomkim、seok hwan park在“用于基于分层用户集群的速率分割多址的公共消息生成方法（common message generation method for rate-splitting multiple access based onhierarchical user clustering）”（全北国立大学产业合作基金会，2020年，kr 102270993b1）中，kwak kyung sup、liu hongwu在“用于上行链路非正交多址系统的自适应速率分割方法和系统（an adaptive rate splitting method and system for uplink non-orthogonal multiple access systems）”（kr 102074217 b1）中，以及liu hongwu在“适合于非正交多址上行链路的速率分割方法（rate splitting method suitable for non-orthogonal multiple access uplink）”（山东交通学院，2019年，cn 110366234 a）中讨论了rsma的各个方面。

8、尽管关于noma和rsma的总体方面存在大量学术论文，但这些论文都没有讨论集成rsma以与ofdma共存，后者存在于传统的地面通信系统中。

9、类似地，少数学术论文讨论了将rsma应用于空中基站，但没有讨论空中ue在传统地面通信网络中的共存。

10、到目前为止，相同的传统通信网络中的空中ue与地面ue之间的干扰管理已考虑noma，但没有考虑rsma。

11、如上所述，当服务空中ue和地面ue二者时，蜂窝网络需要智能地分配资源以容纳这两种类型的ue。因此，需要技术来应对将空中ue集成到地面蜂窝网络中时面临的这一独特挑战。

技术实现思路

1、本发明旨在通过根据权利要求1所述的方法、根据权利要求7所述的基站、根据权利要求8所述的中央单元、根据权利要求9所述的通信系统以及根据权利要求10所述的计算机程序产品来满足这一需求。在权利要求11中提供了对应的计算机可读存储介质。在相应的从属权利要求中描述了有利的实施例和开发。

2、该方法提出了针对地面ue使用ofdma以及针对空中ue使用基于ofdma的rsma来实现协调接收。因为最初提到的问题主要发生在上行链路（ul）传输（即，从ue到gnb的传输）中，所以本方法仅考虑ul传输。

3、所提出的方法使gnb能够在协调集合中操作，以针对与地面ue共存的空中ue有效实现基于rsma的ul通信，从而允许这些空中ue在与地面ue相同的rb上进行发送。这通过gnb协调集合中的gnb彼此协作以共享空中ue的信道状态信息（csi）来实现，这使协调集合中的所有gnb能够对在与其他地面ue相同的rb上调度的空中ue的“公共”数据流进行解码并消除。

4、本发明的方法假设以下给出的条件：

5、1）gnb集合被配置用于在彼此之间进行通信，以获取其覆盖范围内在相同rb上的空中ue的ul csi信息。这可以使用如当前3gpp规范中可用的gnb协调集合的概念来实现。gnb可以被组织为连接到同一中央单元（cu）或多个cu和分布式单元（du）集合的多个du。

6、在第一种情况下，cu计算并协调针对所有du的资源分配，而在第二种情况下，一个cu可以计算并协调针对属于协调集合的其他cu的资源分配。

7、2）使用具有许多子载波（sc）的基于ofdma的通信系统，其中，按照当前3gpp标准中的规定为用户分配时频rb。经由联合资源分配，在协调集合中的所有gnb处同步空中ue的信号的发送和接收。

8、3）对于地面ue，gnb可以或可以不形成协调集合。

9、4）ue和gnb二者都可以具有一个或多个天线元件，并且可以在其分配的rb上发送多于一个数据流。网络基于如当前3gpp标准中规定的csi反馈来确定要被发送的数据流的数量。

10、根据本发明的第一方面，提出了一种用于协调至少暂时通信地附着到地面通信网络的共存的空中和地面用户设备ue的上行链路ul通信的方法100。下面将参考图1描述该方法。在步骤110中，在地面通信网络的一组互连的基站gnb中执行与一个或多个地面ue和一个或多个空中ue相关的信道状态信息csi测量。在步骤120中，在地面通信网络的该组互连的gnb中执行用于地面和空中ue的资源分配。资源分配可以包括例如在对应的广播中向空中和地面ue发送关于资源分配的信息。资源分配可以基于关于gnb与ue之间的有效距离的信息。在步骤130中，从互连gnb集合的gnb形成或组成一个或多个gnb协调集合。单独的gnb可以是多个协调集合的一部分。来自相应的gnb协调集合的每个gnb处理来自一个或多个空中ue的信号以及来自一个或多个地面ue的信号，特别是被配置用于对可以至少暂时通信地附着到协调集合的一个或多个空中ue中的至少一个空中ue的通用或公共rsma数据流进行解码。使用rsma，在与来自地面ue的信号相同的rb上复用来自空中ue的信号。尽管通常针对每个空中ue形成协调集合，但两个或更多个空中ue可以具有共享相同gnb的相关联的协调集合。在步骤140中，从协调集合中的gnb中确定所选择的gnb，所选择的gnb被配置用于除了对通用或公共数据流进行解码之外，还对至少暂时附着到相应的gnb协调集合的一个或多个空中ue中的至少一个空中ue的私有rsma数据流进行解码。选择可以包括在相应的协调集合中的gnb之间共享与相关联的空中ue相关的csi信息，以用于确定所选择的gnb。以联合方式执行相应的gnb协调集合中包括的gnb之间的资源分配。资源分配包括ue-rb或ue-子载波（sc）分配、在每个rb或sc上分配的用于ue的发送预编码和/或功率分配、针对每个空中ue确定gnb协调集合的成员、以及针对在特定rb或sc上分配的ue确定数据流解码顺序。gnb协调集合可以针对每个空中ue而不同，并且可以基于所测量的csi和ue的其他参数（如位置、信噪比、信号水平等）从更大的互连gnb集合中进行最佳选择。参数的组合可以被用于组成协调集合。通常，针对形成用于空中ue的协调集合而选择的gnb不包括能够从相应的空中ue接收传输（即，在无线电范围内）的所有gnb。

11、空中ue通过将其消息分割成一个或多个“通用”或“公共”数据流和一个或多个“私有”数据流进行发送，如在rsma中。所分割的数据流根据rsma技术被同时发送，而地面ue可以保留与当前标准中相同的传输格式，并且不需要使用rsma。因此，方法100进一步包括在步骤150中，在gnb协调集合中的所有gnb处从与gnb协调集合相关联的一个或多个空中ue接收数据，以及在每个相应的gnb处从附着到该相应的gnb或与该相应的gnb相关联的地面ue接收数据。

12、至少由与一个或多个空中ue相关联的协调集合中的所有gnb首先在步骤160中，对所接收的一个或多个空中ue的公共数据流进行解码，并且随后在步骤170中，从在特定rb上的所接收的信号中消除所接收的公共数据流。在理想情况下，由所有互连gnb消除公共数据流。因为可以在gnb协调集合中的gnb处对公共数据流进行解码并消除，所以可以在与地面ue相同的rb上复用空中ue，并且减少对地面ue的信号的干扰。此外，在步骤170中消除空中ue的公共数据流之后，在步骤180中，gnb协调集合中的每个gnb继续对其自己的地面ue（即，附着到相应的gnb或与相应的gnb相关联的地面ue）的数据流进行解码。最后，在步骤190中，除了公共数据流之外，协调集合中的所选择的gnb还专门对空中ue的私有数据流进行解码，所选择的gnb先前已例如基于如所测量的csi、ue的位置之类的参数共同确定，并且已与空中ue相关联。可以在gnb协调集合内动态选择被配置用于对空中ue的私有数据流进行解码的gnb的选择，从而补偿空中ue随时间的移动。相应的协调集合中的其他gnb仅对空中ue的公共数据流进行解码。公共数据流可以包括关于空中ue高度的数据，或者如果空中节点是iab节点，则包括附着到它的其他ue的数量等。

13、在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：在步骤125中，从一个或多个空中ue接收关于相应的空间位置的信息，以及将该信息提供给组成步骤130和/或选择步骤140。与空间位置相关的信息可以被绝对指示，例如被指示为包括纬度和经度的地理位置，或者相对于一个或多个gnb被指示。

14、在该方法的实施例中，组成步骤130包括：针对每个空中ue，选择最接近该空中ue的那些gnb、具有最高信噪比和/或信号水平的那些gnb或其组合，而不选择能够从相应的空中ue接收传输的所有gnb。

15、在该方法的一个或多个实施例中，从互连gnb集合组成一个或多个gnb协调集合包括：针对每个空中ue，选择最接近该空中ue的那些gnb、具有最高信噪比和/或信号水平的那些gnb或其组合，而不选择能够从相应的空中ue接收传输的所有gnb。

16、在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：当在gnb协调集合中已经选择了gnb时，重复csi测量和选择步骤，以用于动态适配选择。可以在gnb协调集合内或在互连gnb组内执行选择。后者可能导致与空中ue相关联的协调集合被重新组成，例如，如果uam已移出先前的gnb协调集合中的一些gnb的无线电范围，并且现在处于不属于先前的gnb协调集合的gnb的无线电范围内。

17、在一个或多个实施例中，该方法进一步包括：调整对公共和私有数据流的功率分配和/或用于公共数据流、私有数据流和/或不使用速率分割多址接入的数据流的调制和编码方案，目标是最大化所有数据流上的加权总速率，同时保持在相同的子信道和/或资源块内发送数据流的每个发射机的误块率和/或总发射功率低于相应的预定最大值。

18、图2示出了实现根据本发明的第一方面的方法的示例性场景的示意性表示。最外面的圆圈表示整体的互连gnb集合。gnb由无线电塔图标表示。编号为“1”的更小的圆圈表示用于空中ue1的gnb协调集合，由直升机图标表示，并且编号为“2”的更小的圆圈表示用于空中ue2的gnb协调集合，同样由直升机图标表示。在每个gnb协调集合中，选择一个gnb以用于对与相应的gnb协调集合相关联的空中ue的所有数据流进行解码，由虚线圆围绕gnb指示。

19、图3示出了实现根据本发明的方法的示例性场景的进一步示意性表示。由直升机图标表示的多个空中ue存在于由无线电塔图标表示的各个gnb上方的空域中，这些gnb形成gnb协调集合。每个gnb服务由智能电话符号指示的多个地面ue，如由虚线圆所指示的。空中ue1向协调集合中的所有gnb发送公共和私有数据流部分，由点划线箭头所指示，但仅针对该空中ue而选择的gnb将对来自空中ue1的公共和私有数据流部分进行解码。

20、图4示出了根据本发明的第一方面的方法的实施例的更具描述性的示意性流程图。首先，互连gnb针对所有空中ue和其自己的地面ue执行csi测量。接下来，互连gnb针对地面和空中ue执行rb分配，然后选择gnb子集以形成用于针对每个空中ue进行公共数据流解码的相应的gnb协调集合。然后，如果需要，则gnb协调集合中的gnb可以针对空中ue执行附加csi测量。在下一步骤中，每个gnb协调集合中的gnb决定哪个gnb应该对空中ue的私有数据流进行解码。在相同的rb上调度的空中ue和地面ue发送其ul数据。空中ue使用rs，而地面ue不使用rs。gnb协调集合中的所有gnb对来自空中ue的公共数据流进行解码并消除，并且每个gnb进一步对其自己在rb中调度的相关联或所附着的地面ue的数据流进行解码。最后，仅gnb协调集合中的所选择的gnb对相关联的空中ue的私有数据流进行解码。

21、在该方法的第一替代实施例中，地面ue可以使用rs来分割其ul数据，而空中ue不使用rs来分割其ul数据。在这种情况下，协调集合仅被用于选择最佳gnb以对空中ue的每个数据流进行解码。每个gnb首先对其自己在rb或子信道（sc）上调度的地面ue的公共数据流进行解码并消除，并且然后继续对空中ue的数据流进行解码，然后对地面ue的私有数据流进行解码。

22、在该方法的第二替代实施例中，空中ue和地面ue二者都使用rs以用于其ul数据传输。在这种情况下，每个gnb可以在空中ue数据流与其自己的地面ue数据流之间选择解码和消除顺序。

23、现在将更详细地说明地面ue使用ofdma传输和空中ue使用rsma传输的协调接收的基本数学概念。

24、a.1针对基于ofdma的单输入单输出传输的资源分配

25、该部分提供了用于具有单输入单输出（siso）的基于ofdma的系统，以及在任何sc上由空中ue和地面ue进行潜在非正交传输的详细系统模型和问题表述，其中空中ue采用速率分割（rs）。考虑一个系统，其中，空中ue集合和在ul中向地面bs集合发送数据。每个地面ue仅与一个bs相关联，而对于每个sc上的每个空中ue，将存在由表示的协调集合。协调集合中的bs共同针对ue执行信道估计，而由表示的一个bs将对ue的私有数据流进行解码。

26、假设地面ue集合与bs相关联，其中，，并且。假设所有用户和bs都具有单个天线。随后将考虑扩展到多个天线。我们假设bs具有其自己的地面ue和空中ue的csi，bs针对这些ue形成协调集合。因此，如果表示针对其bs是在所有sc上协调集合的一部分的空中ue集合，则bs具有在相应的sc上中的所有ue的csi。在实践中，这可以通过bs在相同rb上向空中ue进行协调csi-rs分配和传输来获取。

27、假设ue进行基于ofdma的传输，其中，系统的带宽在个ofdm sc之间分配，每个sc占用带宽。然而，与仅一个用户在每个sc上进行发送的传统ofdma系统不同，考虑网络调度器可以使用rsma在每个sc上复用一个地面ue和一个空中ue，其中，rs由相应的空中ue执行。令

28、

29、类似地，令

30、

31、则

32、并且

33、

34、空中ue在sc 上所发送的信号由下式给出：

35、

36、其中，是空中ue使用发射功率发送的复值公共数据流，并且是空中ue使用发射功率发送的复值私有数据流。

37、地面用户在上所发送的信号由下式给出：

38、

39、其中，是用户使用功率发送的单个数据流。

40、现在，假设在每个bs处在所有sc上调度一个地面ue和一个空中ue，即，。假设由于两个不同的地面用户在相同的sc上向两个不同的小区进行发送，小区间干扰可以忽略不计。然后，在bs 处在上所接收的信号由下式给出：

41、

42、其中，和是在bs接收机处的加性高斯白噪声（awgn），假设方差在所有sc上相同。在每个sc上，假设每个bs首先对空中ue的公共数据流进行解码并消除，并且然后对地面ue的信号进行解码，将空中ue的私有数据流视为噪声。另一方面，一个bs在每个sc上对空中ue的信号进行解码（即，在不同的sc上，可能不同的bs可以对空中ue的数据流进行解码）。进而，在bs 处在sc 上对空中ue 的公共数据流进行解码的信干噪比（sinr）作为地面ue和空中ue二者的发射功率的函数由下式给出：

43、

44、然后，在bs 处在sc 上的uam ue 的公共数据流的速率由下式给出：

45、

46、在sc 上对空中ue的公共数据流进行解码和消除之后，bs对由地面ue发送的数据流进行解码，将空中ue的私有数据流视为噪声。进而，对地面ue的信号进行解码的sinr作为地面ue和空中ue二者的发射功率的函数由下式给出：

47、

48、因此，在sc 上用于地面ue的可实现速率是：

49、

50、令

51、

52、因为中的仅一个bs需要在sc 上对空中ue 的信号进行解码，所以我们具有

53、

54、如果bs在上对空中的私有数据流进行解码，即，，则bs 处的snr作为空中ue 的私有数据流的发射功率的函数由下式给出：

55、

56、当由bs解码时，在sc

上空中ue

的私有数据流的速率由下式给出：

57、

58、令在sc

上空中ue

的公共数据流的速率由表示。进而，必须使得它在中的所有bs处在sc上都是可解码的，即，

59、

60、进而，在上用于空中的可实现速率由下式给出：

61、

62、a.1.1问题表述

63、现在需要最大化在ue处受到发射功率约束和在bs处受到rsma公共数据流解码约束的地面和空中ue的加权总速率。令表示被分配给地面用户的权重，并且表示被分配给空中ue 的权重。令表示在所有sc上空中ue 的公共数据流速率的向量。类似地，令和 表示在所有sc上用于空中ue 的公共和私有数据流功率分配的向量，并且 表示在所有sc上用于地面ue 的数据流的功率分配的向量。此外，令表示指示空中ue 是否在sc 上进行发送的指示符变量的向量，并且 表示在sc上用于地面ue 的对应的向量。类似地，令表示指示是否在sc 上对ue 的私有数据流进行解码的指示符变量的向量。然后，整体问题a.19可以被表述如下：

64、

65、受以下约束

66、

67、问题a.19是非凸性的，这是由于变量、和上的二元约束，以及由于用于地面用户的可实现速率的函数的非凹性。

68、a.2用于单个物理资源块或prb集合的调制和编码方案以及功率分配

69、在nr中，12个sc形成物理rb（prb）。在当前系统中，针对被分配给用户的整个prb集合使用相同的功率分配。我们专注于包括12个sc的单个prb，并且假设空中ue和地面ue在其上复用，空中ue使用rsma进行发送。

70、a.2.1单个bs

71、首先考虑仅具有单个bs的情况。然后，对于空中ue和地面ue，prb中的每个上的信道增益分别由和表示。功率分配被限制为针对该rb内的所有sc都是相同的，即，在每个rb的基础上执行功率分配，而不是在每个的基础上。注意，假设与上面进一步讨论的部分a中使用的解码顺序相同。令和表示在rb上用于空中ue的公共和私有数据流的功率分配，并且表示在rb上用于地面ue的功率分配。进而，在prb中的sc

上对空中ue的公共数据流进行解码的sinr由下式给出：

72、

73、类似地，针对地面ue的sinr为：

74、

75、并且针对空中ue的私有数据流的sinr为：

76、

77、令表示在prb上针对空中ue的公共数据流的sinr的向量，并且类似地，针对地面ue为，并且针对空中ue的私有数据流为。令表示在每个sc上可以由任何ue使用的离散调制和编码方案（mcs）集合。然后，我们希望针对与空中ue的公共和私有数据流以及地面ue的数据流对应的三个数据流，选择mcs元组。注意，针对属于相同prb的所有sc上的每种类型的数据流，使用相同的mcs。例如，是用于prb中的12个sc上的空中ue的所有公共数据流的mcs，并且同样适用于和。对于mcs元组的每个选择，存在在prb上实现的对应的速率元组。我们的目标是选择mcs元组和功率分配，以使得在该prb上调度的两个用户的加权总速率被最大化。每个数据流传输的传输误块率（bler）是bs处与每个数据流对应的接收sinr和用于每个数据流的mcs二者的函数。令、和表示相应的数据流的bler。然后，我们希望每个数据流的bler低于特定阈值。因此，问题可以被表述为：

78、

79、受以下约束

80、

81、a.2.2多个基站

82、现在，考虑以下情况：具有多个bs协调以估计到空中ue的信道，并因此能够对空中ue的公共数据流进行解码并消除。在这种情况下，不同的地面ue在不同的bs处共享相同的rb。令表示bs 处的地面ue。进而，和分别表示空中ue和地面ue在sc 上的信道增益。然后，在bs 处对空中ue的公共流进行解码的sinr由下式给出：

83、

84、类似地，在bs 处对地面ue 的信号进行解码的sinr由下式给出：

85、

86、最后，令指示bs 是否也对空中ue私有数据流进行解码。在bs 处对空中ue的私有数据流进行解码的sinr由下式给出：

87、

88、类似于单个bs情况，令表示在bs 处的prb上空中ue的公共数据流的sinr的向量。类似地，令表示在bs 处的地面ue的sinr的向量，并且 表示在bs 处的空中ue的私有数据流的sinr的向量。

89、类似于单个bs情况，我们希望针对与空中ue的公共和私有数据流对应的两个数据流以及每个地面ue的数据流，选择元组 。注意，针对属于相同prb的所有sc上的每种类型的数据流，使用相同的mcs，例如，是用于prb中的12个sc上的空中ue的所有公共数据流的mcs，并且同样适用于和ue 的。对于mcs元组的每个选择，存在在prb上实现的对应的速率元组。因此，问题是针对空中ue的公共和私有数据流选择离散mcs和功率分配，针对空中ue的私有数据流选择解码bs，并且针对每个地面ue选择离散mcs和功率分配。令、和表示相应的数据流（如果它们在bs

处被解码）的bler。然后，问题可以被表述为：

90、

91、根据本发明的第二方面，一种地面通信网络的一组通信互连的gnb中的gnb包括一个或多个天线，该一个或多个天线与第一无线通信接口、第二通信接口耦接，该第一无线通信接口和第二通信接口适于与地面通信网络的该组通信互连的gnb中的gnb和/或通信地连接到所述组的中央单元（cu）进行通信，该gnb进一步包括一个或多个微处理器以及相关联的易失性和非易失性存储器。该非易失性存储器存储计算机程序指令，该计算机程序指令当由一个或多个微处理器执行时配置该gnb以执行如上所述的根据本发明的第一方面的方法的实施例。

92、根据本发明的第三方面，提供了一种地面通信网络的中央单元。该中央单元包括一个或多个第二通信接口，该一个或多个第二通信接口被配置用于与一个或多个根据本发明的第二方面的基站进行通信，该中央单元进一步包括一个或多个微处理器以及相关联的易失性和非易失性存储器。上述元件经由一个或多个信号和/或数据线或总线通信地耦接。该非易失性存储器存储计算机程序指令，该计算机程序指令当由一个或多个微处理器执行时配置该中央单元以执行如上所述的根据本发明的第一方面的方法的实施例。

93、根据本发明的第四方面，一种通信系统包括如上所述的根据本发明的第二方面的多个gnb，该多个gnb彼此通信地连接。每个gnb具有一个或多个天线，并且被配置用于经由ofdma与覆盖范围的一个或多个地面ue进行通信。通信地连接的gnb或与其连接的中央单元（cu）被配置用于组成一个或多个gnb协调集合。该一个或多个gnb协调集合中的每个gnb协调集合与一个或多个地面ue和一个或多个空中ue相关联。此外，该一个或多个gnb协调集合中的每个gnb协调集合被配置用于在使用根据本发明的第一方面的方法的相应步骤时，与一个或多个地面ue和一个或多个相关联的空中ue进行通信。

94、在上文中描述的方法可以由计算机程序指令表示。因此，根据本发明的第三方面，一种计算机程序产品包括计算机程序指令，该计算机程序指令当由根据本发明的第二方面的通信系统的gnb和/或与其连接的cu的微处理器或在功能上与该gnb和/或cu耦接的微处理器执行时使该处理器和/或gnb和/或cu执行根据本发明的第一方面的方法。

95、计算机程序指令可以可取回地在计算机可读介质或数据载体上存储或发送。该介质或数据载体可以通过物理方式体现，例如，以硬盘、固态盘、闪存设备之类的形式体现。然而，该介质或数据载体还可以包括调制的电磁、电或光信号，该信号由计算机借助于对应的接收机接收，并且被传输到计算机的存储器并被存储在其中。

96、本发明提供了一种在具有地面gnb的网络中将空中ue与地面ue进行非正交复用的方法，同时在协调集合中的gnb之间共享csi和资源分配方面，仅需要最少的合作，协调集合可以针对每个空中ue而不同。为此，提供了一种协调接收来自在相同rb中调度的空中和地面ue的ul传输的方法。该方法的一个实施例针对空中ue采用速率分割，以实现与使用相同rb的地面ue的非正交复用。在此，协调接收是指从空中ue的角度来看，在互连gnb中形成“协调集合”，然后继续共同获得空中ue的csi，并且继续针对空中和地面ue二者执行资源分配。用于来自空中ue的基于rsma的优化传输的协调资源分配减轻了地面gnb处的干扰。

97、可以通过调整用于空中ue的公共和私有数据流的预编码和/或功率分配来调整在每个rb上对地面ue信号进行解码时的干扰水平。由于空中ue的公共数据流到达协调集合中的多个gnb，因此可以在所有gnb处消除它们。从地面ue的角度来看，gnb不需要形成协调集合。

98、本发明提供了优于使用sdma的传统复用的多个益处，同时将干扰信号视为噪声，尤其是能够在gnb和ue处针对相同数量的天线和数据流传输复用更大数量的ue。此外，即使仅一个gnb需要对空中ue的信号进行解码，当使用传统sdma对地面ue的信号进行解码，将来自空中ue的信号视为噪声时，多个地面gnb需要优化其接收处理以对齐空中ue的信号，以使得减少其干扰影响。在所提出的使用rsma的方法中，由于公共数据流被解码并被消除，因此仅私有数据流将对地面ue造成残余干扰。

99、本发明通过对来自空中ue的干扰信号进行完全解码并消除，进一步提供了优于传统noma的益处。当使用传统noma时，由于空中ue到多个地面gnb的有利信道条件，所有gnb都需要能够对空中ue的信号进行完全解码并消除，即使基本上仅一个gnb需要空中ue的信号也是如此。这降低了用于空中ue的可实现速率，因为传输速率不能大于最差空中ue-gnb链路上的可实现速率。在所提出的使用rsma的方法中，仅公共数据流速率受到这种困境的限制，而私有数据流速率通常可以更高。

100、本发明可以被用于当前4g和5g网络以及未来的6g网络和更高版本的网络中。