用于操作无线通信网络的设备和方法与流程

用于操作无线通信网络的设备和方法


背景技术：

1.本发明涉及一种用于操作无线通信网络的设备和方法。
2.r. di taranto，s. muppirisetty，r. raulefs，d. slock，t. svensson和h. wymeersch的“location-aware communications for 5g networks: how location information can improve scalability, latency, and robustness of 5g”（ieee signal processing magazine, vol. 31, no. 6, pp. 102
–
112, 2014）公开了操作无线通信网络的各方面。


技术实现要素：

3.以下公开提供了进一步改进无线通信网络方面。
4.一种用于操作无线通信网络的方法，其中无线通信网络的通信信道至少暂时将第一设备连接到无线通信网络中的接入点，该方法包括确定相对于接入点移动的第一设备或第二设备的位置，查找被分配给该位置的通信信道的信道质量，以及输出该信道质量。从包括预定信道质量值的数据库中预测信道质量。信道质量值指示当第二设备处于特定位置时的信道质量。在一个方面，第二设备的位置是预测位置，并且该预测位置被映射到对应的信道质量值以预计未来的信道质量。在另一方面，该位置是第二设备的当前位置，并且该当前位置被映射到对应的信道质量值以预计未来的信道质量。后者隐含地包括第二设备位置的预测。
5.优选地，该方法包括确定第一设备的位置，当第一设备处于该位置时测量通信信道的信道质量，以及存储分配给该位置的通信信道的测量的信道质量。这样，构建了包含第一设备的位置到信道质量值的映射的数据库。
6.优选地，该方法包括接收消息，该消息包括通信信道的测量的信道质量并且包括位置。这样，第一设备可以测量信道质量并将其报告给例如网络实体。
7.优选地，确定第一设备的位置包括接收第一设备的位置信息并取决于表示第一设备移动的模式确定第一设备的位置，和/或确定第二设备的位置包括接收第二设备的位置信息并取决于表示第二设备移动的模式确定第二设备的位置。该模式允许第一或第二设备的未来位置的更好预测。使用未来位置的预测来查找预测的未来位置的信道质量允许信道质量的更好预测。
8.优选地，该方法包括存储信道质量，该信道质量被分配给第一设备的位置，特别是当测量信道质量时分配给第一设备的位置或者当接收到消息时分配给第一设备的位置，以及该信道质量被分配给第二设备的位置，特别是当测量信道质量时分配给第二设备的位置或者分配给在消息中接收到的第二设备的位置。这样，针对第一或第二设备的不同位置构建数据库。
9.该方法可以包括，当信道质量低于阈值时，确定通信信道的至少一个参数，并且否则不改变该参数。如果信道质量太差，则这允许信道的适配过程。
10.该方法可以包括，当信道质量低于阈值时，选择无线通信网络的另一个通信信道
到相同的接入点或不同的接入点，用于至少暂时连接第一设备，并且否则不选择另一个通信信道。这允许当信道质量太差时将信道适配到相同的接入点或者切换到另一个接入点。
11.优选地，该方法包括确定和/或存储第一设备和/或第二设备的不同位置的信道质量。这样，数据库包括从移动中学习的地图。
12.优选地，该方法包括确定相对于接入点移动的第三设备的位置，查找分配给第一设备的位置和分配给第二设备的位置和分配给第三设备的位置的信道质量。第一设备可以是能够经由通信信道进行通信的用户设备。第二设备可以是移动障碍物。移动障碍物可能能够引起对通信信道的干扰。移动障碍物可能无法经由通信信道进行通信。第三移动设备可以是另一个移动障碍物或另一个用户设备。
13.优选地，该方法包括确定第二设备的位置并确定第三设备的位置，当第二设备处于第二设备的该位置时以及当第三设备处于第三设备的该位置时测量信道质量，以及存储分配给第二设备的该位置和分配给第三设备的该位置的信道质量。
14.优选地，该方法包括检测到在第一设备的位置没有可用的信道质量值，取决于针对第一设备的另一位置存储的信道质量来确定信道质量。当第一设备进入尚未捕获到值的区域时，例如利用用于外推或内插相邻值以接收可以使用的预测值的数学模型来确定信道质量。
15.用于操作无线通信网络的设备适于执行该方法的步骤。
16.计算机程序可以包括用于计算机的指令，该指令当被计算机执行时，引起计算机执行根据该方法的步骤。
17.图1示意性地描绘了通信网络的一部分，图2示意性地描绘了操作通信网络的方法中的步骤，图3示意性地示出了预测器，图4是具有预测器的示例工作流。
18.图1描绘了无线通信网络100。无线通信网络100包括接入点102、第一设备104、第二设备106、第三设备108和第四设备110。
19.根据示例，无线通信网络100是例如根据长期演进lte或5g标准的蜂窝系统。
20.第一设备104、第三设备108和第四设备110在例如移动电话的示例用户设备中。
21.无线接入点102可以是单个基站bs或分布式基站。
22.在示例中，第一设备104和接入点102被配置为通过通信信道112连接。
23.第二设备106被描绘在接入点102和第三设备108之间的视线los 114中。在示例中，第二设备106是移动障碍物mo。
24.在该上下文中，障碍物可以指代具有一定大小或包括可以阻挡或干扰通过第一设备104和接入点102之间的通信信道112的通信的材料的对象。当第二设备106处于第一设备104和接入点102之间的视线los 116中时，第二设备106可能阻挡或干扰通信。当第二设备106不在los 116中时，第二设备106可能干扰通信。第二设备106可以例如引起通信信道112的无线电信号的反射，这降低了通信信道112的信道质量。
25.mo可以是任何大尺寸的对象，使得它可以例如通过阻挡与障碍物和bs成一直线放置的设备的los来潜在地影响信道质量，或者创建引起暂时更强信号干扰的反射。在工厂环境中，这些可以由例如自动化导引车agv或任何其他类型的运载工具来创建。
26.无线通信网络100可以被配置为根据信道状态信息csi来确定信道质量。可以经由如3gpp ts 38.214 v16.3.0第5.2节中所述的csi报告机制来报告csi。无线通信网络100可以被配置为周期性地确定包括在通信信道112的csi中的信道质量指示符cqi。cqi例如由无线通信网络100内的第一设备104确定并报告给无线接入点102。
27.在示例中，第一设备104的cqi与第一设备104和接入点102之间的通信信道112的测量属性相关联。
28.在一个方面，cqi值是信道质量的指示。
29.无线通信网络100可以被配置为周期性地确定通信信道112的信噪比snr。
30.在一个方面，snr值是信道质量的指示。
31.无线通信网络100可以被配置用于自适应调制和编码方案amc。应用amc以便最大化无线通信网络100中的数据吞吐量。
32.在示例中，接入点102被配置为根据信道质量的指示为第一设备104分配合适的amc。
33.在示例中，amc定义了调制方案和码率。例如，取决于目标块差错率ber，从可用的amc中选择amc。实现ber允许优化无线通信网络100中的数据吞吐量。
34.根据下面描述的方法，创建存储第一设备104和第二设备106的特定位置的信道质量指示的数据库或地图。
35.如果第一设备104或第二设备106正在移动，则数据库或地图可以用于根据两个位置预测通信信道112的质量。数据库或地图可以被创建并用于包括第三设备108和第四设备110的多个设备。这些设备可能是用户设备ue或mo。
36.在示例中，设备的位置由二维坐标系中的坐标x、y给出。也可以使用提供位置的其他方式，例如通过全球定位系统gps数据或极坐标。
37.如果第一设备104或第二设备106进入尚未捕获信道质量值的区域，则数学模型可以用于外推相邻值或内插相邻值以接收可以使用的预测值。
38.下面参考图2描述操作通信网络100的方法。
39.在一个方面，生成数据库或地图。在另一个方面，使用生成的数据库或地图。这些方面之一的方法的步骤可以单独和独立地执行。当生成的数据库或地图可用时，生成这些数据库或地图的步骤可以被省略，或者用于更新其中的条目。
40.该方法包括确定第二设备106的位置的步骤202。
41.步骤202可以包括确定第二设备106的位置和确定第三设备108和/或第四设备110的位置。
42.之后，在步骤204中，当第二设备106处于第二设备106的该位置时，测量通信信道112的信道质量。在示例中，第一设备104例如基于cqi、snr或任何其他信道质量度量cqm来测量通信信道112的信道质量。
43.步骤204可以包括当第二设备106处于该位置并且当第三设备108处于其相应位置时，测量通信信道112的信道质量。
44.之后，在步骤206中，传送包括通信信道112的测量的信道质量的消息。该消息可以包括第二设备106的位置。该消息也可以包括第一设备104的位置。该消息也可以包括第三设备108和/或第四设备110的位置。
45.在示例中，第一设备104测量并报告通信信道112的信道质量及其自身位置。第二设备106的位置和/或第三设备108的位置和/或第四设备110的位置也可以被报告并由相应的设备确定。可以不同地确定或跟踪第一设备104的位置和/或第二设备106的位置和/或第三设备108的位置和/或第四设备110的位置。
46.可以通过例如无线定位系统、全球定位系统gps、射频识别rfid、基于系统和/或基于来自雷达、激光雷达或光学相机的图像来连续跟踪位置。各种公知的算法可以用于根据其信号确定位置。
47.之后，执行步骤208。在步骤208，通信信道112的信道质量特别是根据消息的内容来确定。
48.之后，执行步骤210。
49.在步骤210中，通信信道112的测量的信道质量被存储分配给第一设备104的位置。当测量信道质量时，通信信道112的测量的信道质量可以被分配给该第一设备104所处的位置。该上下文中的分配指代将信道质量和位置存储在数据库或地图中，使得可以基于标识位置的输入来查找已经针对该位置存储的信道质量。
50.当也考虑第二设备106时，步骤210也可以包括当测量信道质量时，存储分配给第二设备106所处位置的信道质量。
51.当也考虑第三设备108时，步骤210也可以包括当测量信道质量时，存储分配给第三设备108所处位置的信道质量。
52.当也考虑第四设备110时，步骤210也可以包括当测量信道质量时，存储分配给第四设备110所处位置的信道质量。
53.也可以存储信道质量和各种其他设备的位置。第一设备104的信道质量和各种设备的位置可以存储在第一设备104的各种位置，使得可以基于标识这些位置的输入来查找已经针对这些位置存储的信道质量。
54.测量的信道质量可以被分配给在消息中接收的一个或多个设备的位置。已经测量的信道质量值被添加到数据库或地图或者在数据库或地图中被更新。
55.数据库或地图可以存储在第一设备104中或例如服务器的实体上。该实体可以位于无线电信网络100中或者连接到无线电信网络100的另一个网络中。
56.在一个方面，数据库或地图是专门为第一设备104创建的。在一个方面，数据库或地图是专门为第一设备104或接入点102周围的区域创建的。
57.可以重复步骤202至210。
58.因此，测量并存储针对不同位置的信道质量。可以针对设备的不同位置构建数据库或地图，特别是当这些设备中的至少一个正在移动时。设备可以是移动的，但是不一定能够移动以便测量和/或存储信道质量。测量和/或存储信道质量的设备可以是固定的。设备可以是传感器。在工业环境中，可以布置大量这样的传感器，例如智能传感器。这些传感器中的至少一些可以静态布置。这些传感器可以被配置为测量它们个体的信道质量，并将该信道质量特别发送到后端以生成数据库或地图。在一个方面，针对这些传感器的特定固定位置的cqi报告是可用的，并用于确定填充数据库或地图的信道质量值。得到的数据库或地图包括从移动或位置中学习的各种信道质量值。
59.在一个方面，跟踪和存储工业环境中任何可用设备的信道质量。跟踪和/或存储可
以在工业环境中的操作期间连续执行。来自数据库或地图的信道质量值可以用于当跟踪信道质量时使用的同一设备。除了当跟踪信道质量时使用的设备之外，来自数据库或地图的信道质量值也可以用于任何其他设备。
60.在一个方面，当设备104处于位置（x，y，z）时，第一设备104的通信信道112的信道质量可以是cqi3。x，y，z标示环境坐标系中的坐标。坐标系也可以是表示设备在环境中移动的平面的二维的（x，y）。然后，在相同境况或相似境况下，在不同时间处于位置（x，y，z）的相同或相似设计或配置的任何其他设备，对于其到接入点102的通信信道，将具有相似的信道质量。在该示例中，境况可以由环境中与无线电信号传送相关的任何设备或结构的位置来定义。
61.在一个方面，确定并考虑平均信道质量。这样就考虑了大尺度效应。在该上下文中，大尺度效应是对无线电信号传送的影响，其基本上由通信设备的两个收发器之间的距离、发送收发器的传送功率、视线条件和/或环境中的主要传送路径来定义。作为平均信道质量的替代，可以使用不同的信息。在一个示例中，可以针对位置（x，y，z）监视在最坏情况下可用的信道。在这种情况下，针对通信信道112测量的位置（x，y，z）处的最坏情况信道条件指示即使在最坏情况下也可用于位置（x，y，z）处的第一设备102或任何其他相同或类似设计的设备的信道。在一个示例中，可以针对位置（x，y，z）监视通道的变化。在这种情况下，针对通信信道112测量的位置（x，y，z）处的方差指示在位置（x，y，z）处的第一设备102或任何其他相同或类似设计的设备的信道方差。信道的预测可以基于该知识。在第一设备102或其他设备移动靠近位置（x，y，z）的情况下，预测在到达位置（x，y，z）之前可用。
62.该方法可以包括确定第一设备104的位置的步骤212。在示例中，在或当第一设备104相对于接入点102移动时，确定该位置。该位置可以在或当第二设备106相对于接入点102移动时确定。
63.步骤212可以包括确定第二设备106的位置。在示例中，在或当第二设备106相对于接入点102移动时，确定该位置。在或当第一设备104相对于接入点102移动时，可以确定位置。
64.确定第一设备104的位置可以包括接收第一设备104的位置信息，以及取决于表示第一设备104的移动的模式来确定第一设备104的位置。
65.确定第二设备106的位置可以包括接收第二设备106的位置信息，以及取决于表示第二设备106的移动的模式来确定第二设备106的位置。
66.步骤212可以包括确定第三设备108的位置。在示例中，在或当第三设备108相对于接入点102移动时，确定该位置。这也允许考虑第三设备108的影响。在示例中，第三设备108是另一用户设备。第三设备108也可以是另一个移动障碍物。
67.确定第三设备108的位置可以包括接收第三设备106的位置信息，以及取决于表示第三设备108的移动的模式来确定第三设备108的位置。
68.可以类似地处理第四设备110。
69.之后，可以执行步骤214。步骤214包括查找被分配给第一设备106的位置和/或第二设备106的位置的信道质量。
70.步骤214可以包括查找被分配给第一设备104的位置和第二设备106的位置和第三设备108的位置的信道质量。可以类似地处理被附加地分配给第四设备110的位置的信道质
量的查找。
71.在一个方面，步骤214可以包括检测在第一设备104的位置没有可用的信道质量值。当检测到在第一设备104的位置没有可用的信道质量值时，该方法可以包括取决于针对第一设备104的另一位置存储的信道质量来确定信道质量。可以针对任何其他设备——类似于针对其在数据库中没有找到位置的任何设备——选择另一个位置。
72.之后，可以执行步骤216。步骤216包括输出信道质量。信道质量可以输出到另一个功能或设备。信道质量例如被输出或传送到第一设备104。这样，向第一设备104通知预测的信道质量。信道质量也可以输出到任何其他设备。
73.该方法可以包括步骤218。
74.在步骤218中，确定信道质量是否低于阈值。当信道质量低于阈值时，可以确定通信信道112的至少一个参数。当信道质量低于该阈值或不同的阈值时，可以选择无线通信网络100到同一接入点102的另一通信信道。替代地，可以选择不同的接入点来至少暂时连接无线通信网络100中的第一设备104。第一设备104可以基于信道质量的输出开始从接入点102到其他接入点的切换过程。
75.否则可以维持通信信道112。在这方面，参数可以不改变，并且可以不选择其他通信信道。
76.可以重复步骤212至218。
77.图3中描绘了用于执行该方法的预测器300。预测器300可以是实现逻辑以执行该方法的设备或功能。
78.至预测器300的第一输入302包括至少一个移动障碍物的至少一个位置。
79.至预测器300的第二输入304包括至少一个用户设备的至少一个位置。
80.至预测器300的第三输入306包括信道质量度量cqm。
81.预测器300的输出308包括信道质量度量的预测cqmnew。
82.下面描述的方面的先决条件可能是任何障碍物mo都配备有使能精确跟踪位置的任何种类的设备。跟踪的增加精度增加了预测结果的正确性。
83.在示例中，预测器300被提供有以下信息：所考虑的设备的位置，包括任何mo和任何用户设备ue的位置。这些位置的通信信道或考虑的ue的测量cqm。
84.在示例中，mo的位置被提供有坐标系中的坐标xmo；ymo。在示例中，ue的位置被提供有坐标系中的坐标xue；yue。
85.预测器300提供适配的cqmnew，其类似于例如在不久的将来预期观察到的预测cqm值。
86.下面描述的主动cqm适配方案包括两个过程，即填充存储位置和cqm值的数据库或地图的学习过程，以及cqm适配过程。
87.在下面描述学习过程。在学习过程中：1.预测器300根据所考虑的mo更新位置信息（xmo；ymo）。2.预测器300更新所考虑的ue的位置：xue；yue，以及他们当前的cqm：cqm（xue；yue）。3.对于一个或多个所考虑的ue，当前cqm值cqm（xue；yue）和所有所考虑的mo的位
置集（xmo；ymo）特别收集在数据库或地图中。优选地，每个所考虑的ue都是这样处理的。4.在步骤1至3的一次或多次迭代之后，预测器300已经学习了mo的多个星座的相应ue的cqm。
88.所考虑的mo的数量可以是网络中的所有设备，或者限制到任意区域，例如在ue周围的某个附近区域内。在学习过程中，考虑在某个区域中检测到的任何mo或ue。该区域可以对应于蜂窝系统的小区。该区域可以对应于地理区域，例如工厂内部。
89.在mo对信道质量具有强影响的情况下，例如，如果它们能够阻挡ue的los，则某些mo位置星座和ue的cqm值之间的强相关性将是可观察的。
90.在学习之后，然后可能的是基于mo的当前状态预测对信号接收的影响。在下面详述cqm适配过程。在一个ue的适配过程中：1.该ue将包含cqm连同其当前位置（xue；yue）的信号发送到预测器300。2.预测器300接收所考虑的mo的位置（xmo；ymo）或者使用其最后已知的位置。3.基于ue和mo的位置，预测器300在数据库或地图中搜索这些设备的相似星座。使用例如mo的移动性模式，预测器300可以确定在不久的将来可能观察到哪些星座，并且因此可以从数据库或地图中提取先前经历的cqm值。预测器300预测的信道质量是cqmnew（xue；yue）。4.使用预测值cqmnew（xue；yue），可能主动调整传送方案。因此，可以维持至ue的稳定通信信道。
91.在一个方面，cqmnew指代新的信道质量度量，例如包括在例如信道状态信息csi中的新的信道质量指示符cqinew。
92.例如，可以基于当前ue位置xue、yue来确定预测。在这方面，可以从当前ue位置开始并使用ue的导航信息、ue的业务模式和/或对ue的未来位置的估计来确定ue在时间实例i的未来位置x_i_ue、y_i_ue。
93.在这方面，可以通过使用ue的未来位置x_i_ue和y_i_ue在数据库中找到条目来从数据库中确定cqinew_i。在示例中，可以选择数据库中最接近ue的未来位置x_i_ue和y_i_ue的条目。
94.该预测可以例如基于当前mo位置xmo、ymo来确定。在这方面，可以通过使用mo的位置x_i_mo和y_i_mo在数据库中找到条目来从数据库中确定cqinew_i。在示例中，可以选择数据库中最接近于mo的未来位置x_i_mo和y_i_mo的条目。
95.最接近的位置可以根据数据库中的索引或地图中的位置信息例如通过找到最接近的匹配来确定。
96.在最坏情况的方法下，最小的cqinew可以从在实例时间i可用的任何cqinew_i中选择：。
97.例如，通过将当前cqi映射到调制和编码方案mcs来实现amc。在3gpp ts 36.213第7.2节的表7.2.3-xx中提供了lte的示例mcs映射表。
98.amc的示例工作流程如下：1.ue报告csi2.bs基于cqi从mcs表中选择mcs
3.bs用选择的mcs传送分组。
99.参考图4，利用预测器300的amc的示例工作流程如下：1.ue报告包括cqi的csi2.bs基于ue的位置和来自数据库的条目确定估计的cqinew。3.bs确定即将发生信道降级的风险。
100.例如，通过比较由ue报告的cqi和估计的cqinew来确定该风险。在一个方面，如果估计的cqinew值低于报告的cqi值，则风险被认为是高的。否则风险被认为是低的。在一个方面，如果报告的cqi和估计的cqinew之间的差异大于阈值，则风险被设置为高。否则，风险被设置为低。4.如果很快遇到帧差错的风险高，则使用cqinew从mcs表中选择cqi。替代地，可以使用稳健的mcs表，其目标是较低的频谱效率，但是较低的目标块差错率tbler。如果即将发生的信道降级的风险低，则可以基于报告的cqi从mcs表中选择mcs。5.bs用选择的mcs传送分组。
101.示例性地，bs可以调整amc，使得应用更鲁棒的方案，以避免由于降级信道所致的解码差错。在适配过程的该步骤中，也可能使用除了amc之外的其他方法以便适配于新的信道状态。一个选项将是切换bs。如果意识到通信信道质量不够，则有可能刚好在los受阻挡之前执行到不同bs的切换。该切换可以由bs直接发起。在该方面，bs被配置为在切换准备阶段中做出这样的切换决定，例如，如在3gpp ts 38.300 v16.3.0中的图9.2.3.2.1-1中所示。在该示例中，bs是源gnb，其基于测量报告和rrm信息以及基于由ue报告的cqi和上述估计的cqinew的比较结果来决定切换ue。另一个选项可以是通过不同的ue中继数据。另一个选项是简单地向ue通知信道将很快中断，使得ue可以做出动作。另一个选项是，如果使用多连接并应用动态pdcp复制激活/解激活，则使能pdcp复制。在这种情况下，分组被暂时复制，并通过独立的bs发送到同一ue（或反之亦然），以增加可靠性并减轻分组丢失。例如，pdcp复制如在3gpp ts 38.323 v.16.2.0第5.11节中所述来实现。在该方面，bs或ue是传送pdcp实体，其基于由ue报告的cqi和上述估计的cqinew的比较结果来激活或不激活pdcp复制。
102.除了mo的位置信息之外，还可以跟踪mo的其他状态，以便发现对经历的通信信道质量的依赖性。例如，可以跟踪所考虑的ue附近的其他ue，以便确定由干扰引起的通信信道影响。
103.可选地，在预测中可以使用移动性模式和导航信息。例如，关于一个mo的速度和方向的信息可以用于确定该mo的未来位置，并且更准确地执行主动传送方案适配。
104.在一个方面，使用所有mo的位置信息和来自每个ue的任意cqm，诸如snr或csi，mo位置和cqm的相关性可以用于预测信道质量。对于网络中的每个ue，所有mo位置可以连同来自ue的所经历cqm被收集。这些可能存储在数据库或地图中。基于这些值，可以基于跟踪的mo位置来预测未来的cqm值。如果在通信信道112上的传送期间实现了被跟踪的mo到达过去已经历的cqm降级的星座，则可以应用主动措施来调整例如amc，以避免信号接收的损失。如果在预测过程中考虑到mo的移动性模式，则预测变得更准确。
105.例如，在室内环境中实现所需连接的技术是5g蜂窝网络。5g蜂窝网络允许高精度室内定位。利用上述方法，即使无线信道随时间变化，连接的可靠性也被改进。为了最高效地使用信道上的可用资源，可以连续测量信道质量，以便最大化系统的吞吐量。在室内（例
如工厂）环境中，mo可能是大的对象或车辆，其可以在制造车间内移动，有时携带大尺寸的制造货物或工具。以上方法减轻了无线通信网络100中信号接收的降级，所述信号接收的降级否则将由于所述移动对象的暂时阻挡、由于室内环境中的有限空间而发生。
106.这些事件通常周期性地发生，因为制造过程通常由重复任务组成。因此，设备可能经历的信号接收的任何暂时损害可以被测量并存储在学习过程中，以减轻cqm适配过程中的降级。
107.上述方法可以用于为每个ue预测网络覆盖区域中的其他设备对信道质量的影响，同时利用无线电信网络100中已经在手边的位置信息。基于该预测，可以相应地调整通信方案，以便维持稳定的连接。
108.由于预测，在通过通信信道传送的具有信息的信号或帧没有被无差错地接收之前，适配发生。这允许无差错接收，即使需要一些适配时间来调整到新的信道或新的参数。对于一些时间关键的应用，不存在引起不可接受的时延增加的中断。