用于在无线通信系统中测量基于大规模天线阵列的波束成形的信道变化的方法和设备的制造方法

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用于在无线通信系统中测量基于大规模天线阵列的波束成形的信道变化的方法和设备的制造方法
【专利摘要】一种用于在无线通信系统中在用户设备(UE)处向基站发送反馈信息的方法。该方法包括以下步骤:在第一时间和第二时间从基站接收导频信号;基于所述导频信号,从预定码本中选择与第一时间对应的第一预编码矩阵索引和与第二时间对应的第二预编码矩阵索引;以及向基站发送反馈信息,所述反馈信息包括与第一预编码矩阵索引和第二预编码矩阵索引之间的变化值有关的信息。
【专利说明】
用于在无线通信系统中测量基于大规模天线阵列的波束成形 的信道变化的方法和设备
技术领域
[0001] 本发明设及无线通信系统,并且更具体地,设及一种用于在无线通信系统中测量 基于大规模天线阵列的波束成形的信道变化的方法和设备。
【背景技术】
[0002] 将示意地描述作为本发明可应用的无线通信系统的示例的第=代合作伙伴计划 (3GPP)长期演进化TE)通信系统。
[0003] 图1是例示作为无线通信系统的演进型通用移动电信系统化-UMTS)的网络结构的 图。E-UMTS是UMTS的演进形式,并且已经在3GPP中被标准化。通常,可W将E-UMTS称作长期 演进化TE)系统。对于UMTS和E-UMTS的技术规范的细节,参考"3rd Generation Partnership Project;Technical Specification Group Radio Access Network"的片反本 7和版本8。
[0004] 参照图l,E-UMTS主要包括用户设备(肥)、基站(或者eNB或者eNodeB)W及位于网 络化-UTRAN)的端部处并连接到外部网络的接入网关(AG)。通常,eNB能够同时发送用于广 播服务、多播服务和/或单播服务的多个数据流。
[0005] 每个eNB可W存在一个或更多个小区。小区被设置为使用诸如1.25MHz、2.5M化、 5MHz、10MHz、15MHz或者20MHz的带宽,W向多个肥提供下行链路或者上行链路发送服务。不 同的小区可W被设置为提供不同的带宽。eNB控制多个UE的数据发送或者接收。eNB发送下 行链路(DL)数据的化调度信息,W便向对应的UE通知发送数据的时间/频率域、编码、数据 大小W及混合自动重传请求化ARQ)相关信息。另外,eNB向对应的肥发送上行链路化L)数据 的化调度信息,W便向该UE通知可W由该肥使用的时间/频率域、编码、数据大小W及HARQ 相关信息。能够在eNB之间使用用于发送用户业务或者控制业务的接口。核屯、网络(CN)可W 包括AG、用于肥的用户注册的网络节点等。AG在跟踪区(TA)的基础上管理肥的移动性。一个 TA包括多个小区。
[0006] 尽管无线通信技术已经被发展到了基于宽带码分多址(WCDMA)的长期演进化TE), 然而用户和提供商的要求和期待不断增加。此外,由于已经不断地开发了其它无线电接入 技术,因此要求新技术演进W确保未来的高竞争性。要求每比特成本的降低、服务可用性的 增加、频率带的灵活使用、简单的结构、开放的接口、适当的用户设备(UE)功耗等。

【发明内容】

[0007] 技术问题
[000引本发明的目的旨在致力于解决在用于在无线通信系统中测量基于大规模天线阵 列的波束成形的信道变化的方法和设备中存在的问题。
[0009] 技术解决方案
[0010] 本发明的目的能够通过提供一种用于在无线通信系统中在用户设备(UE)处向基 站发送反馈信息的方法来实现,该方法包括W下步骤:在第一时间和第二时间从所述基站 接收导频信号;基于所述导频信号,从预定码本中选择与所述第一时间对应的第一预编码 矩阵索引和与所述第二时间对应的第二预编码矩阵索引;W及向所述基站发送所述反馈信 息,所述反馈信息包括与所述第一预编码矩阵索引和所述第二预编码矩阵索引之间的变化 值有关的f胃息。
[0011] 向所述基站发送所述反馈信息的步骤可W包括W下步骤:如果所述第一预编码矩 阵索引与所述第二预编码矩阵索引之间的变化值等于或者大于阔值,则向所述基站发送与 所述变化值有关的信息。
[0012] 该方法还可W包括W下步骤:向所述基站发送作为所述变化值的标准的初始预编 码矩阵索引。
[0013] 在本发明的另一方面,提供了一种用于在无线通信系统中在基站处从用户设备 (UE)接收反馈信息的方法,该方法包括W下步骤:在第一时间和第二时间向所述UE发送导 频信号;W及从所述肥接收使用所述导频信号基于预定码本而产生的所述反馈信息,所述 反馈信息包括关于与所述第一时间对应的第一预编码矩阵索引和与所述第二时间对应的 第二预编码矩阵索引之间的变化值的信息。
[0014] 如果所述第一预编码矩阵索引与所述第二预编码矩阵索引之间的变化值等于或 者大于阔值,则与所述变化值有关的信息可W被接收。
[0015] 该方法还可W包括W下步骤:从所述UE接收作为所述变化值的标准的初始预编码 矩阵索引。
[0016] 与所述变化值有关的信息可W包括与所述第一预编码矩阵索引对应的第一波束 成形角度和与所述第二预编码矩阵索引对应的第二波束成形角度之差。
[0017] 所述预定码本可W由按照波束成形角度的顺序排列的针对秩1的多个预编码矩阵 索引组成。所述导频信号可W包括用于测量垂直方向上的波束成形角度变化的第一导频信 号和用于测量水平方向上的波束成形角度变化的第二导频信号。
[001引有益效果
[0019] 根据本发明的实施方式,用户设备(UE)能够在无线通信系统中高效地执行针对使 用大规模天线阵列的波束成形的反馈(即,报告信道变化信息),并且eNB能够基于信道变化 信息来高效地执行使用大规模天线阵列的波束成形。
[0020] 本领域技术人员将要领会的是,能够通过本发明实现的效果不限于上文中具体描 述的效果,并且从W下详细描述将更清楚地理解本发明的其它优点。
【附图说明】
[0021] 附图被包括进来W提供对本发明的进一步理解,附图例示了本发明的实施方式并 且与本说明书一起用来解释本发明的原理。
[0022] 在附图中:
[0023] 图1是示出作为无线通信系统的示例的演进型通用移动电信系统化-UMTS)的网络 结构的图。
[0024] 图2是示出基于第S代合作伙伴计划(3GPP)无线电接入网络标准的用户设备(肥) 与演进型通用陆地无线电接入网络巧-UTRAN)之间的无线电接口协议架构的控制平面和用 户平面的图。
[0025] 图3是示出3GPP系统中使用的物理信道W及使用所述物理信道的一般信号发送方 法的图。
[0026] 图4是示出长期演进化TE)系统中使用的无线电帖的结构的图。
[0027] 图5是示出LTE系统中使用的下行链路无线电帖的结构的图。
[0028] 图6是示出LTE系统中使用的上行链路子帖的结构的图。
[0029] 图7是示出一般多输入多输出(MIMO)系统的配置的图。
[0030] 图8是例示了天线倾斜方案的图。
[0031] 图9是将现有天线系统与有源天线系统之间进行比较的图。
[0032] 图10是示出基于有源天线系统形成肥特定波束的示例的图。
[0033] 图11是示出基于有源天线系统的S维(3D)波束发送场景的图。
[0034] 图12是示出将现有MIMO发送方案与BA波束成形方案之间的波束覆盖范围进行比 较的图。
[0035] 图13是示出DA波束成形方案的构思的图。
[0036] 图14是示出DA波束成形方案的特征的图。
[0037] 图15是示出DBA波束成形方案的构思的图。
[0038] 图16和图17是示出用于垂直方向上的信道测量的导频的示例的图。
[0039] 图18和图19是示出用于水平方向上的信道测量的导频的示例的图。
[0040] 图20是根据本发明的一个实施方式的通信设备的框图。
【具体实施方式】
[0041] 本发明的配置、操作和其它特征将通过参照附图描述的本发明的实施方式来进行 理解。下面的实施方式是将本发明的技术特征应用于第S代合作伙伴计划(3GPP)系统的示 例。
[0042] 为了方便起见,虽然在本说明书中使用LTE系统和LTE-A系统来描述本发明的实施 方式,但是本发明的实施方式可应用于与W上限定对应的任何通信系统。此外,虽然在本说 明书中基于频分双工(FDD)方案来描述本发明的实施方式,但是本发明的实施方式可W被 容易地修改并且应用于半双工F孤化-抑D)方案或者时分双工(TDD)方案。
[00创此外,在本说明书中,术语"基站"可W包括远程无线电头端、eNB、发射点(TP)、接 收点(RP)、中继站等。
[0044] 图2示出了基于3GPP无线电接入网络标准的UE与演进型通用陆地无线电接入网络 化-UTRAN)之间的无线电接口协议的控制平面和用户平面。控制平面是指用于发送控制消 息的路径,所述控制消息用于管理UE与网络之间的呼叫。用户平面是指用于发送在应用层 中生成的数据(例如,语音数据或互联网分组数据)的路径。
[0045] 第一层的物理(PHY)层使用物理信道来向更高层提供信息传送服务。PHY层经由传 输信道连接至位于更高层的媒体接入控制(MAC)层。数据经由传输信道在MAC层与PHY层之 间传输。数据也经由物理信道在发送侧的物理层与接收侧的物理层之间传输。物理信道将 时间和频率用作无线电资源。更详细地,物理信道在下行链路中使用正交频分多址(OFDMA) 方案来进行调制,而在上行链路中使用单载波频分多址(SC-FDMA)方案来进行调制。
[0046] 第二层的媒体接入控制(MAC)层经由逻辑信道向更高层的无线电链路控制(RLC) 层提供服务。第二层的化C层支持可靠的数据传输。可W由MAC层内的功能块来实现化C层的 功能。第二层的分组数据会聚协议(PDCP)层执行报头压缩功能W减少不必要的控制信息, W用于在具有相对小的带宽的无线电接口中高效地发送诸如IPv4分组或IPv6分组运样的 互联网协议(IP)分组。
[0047] 位于第S层的底部的无线电资源控制(RRC)层仅在控制平面中被限定,并且负责 控制与无线电承载(RB)的配置、重新配置和释放关联的逻辑信道、传输信道和物理信道。RB 是第二层提供的用于肥与网络之间的数据通信的服务。为此,UE的RRC层和网络的RRC层交 换RRC消息。如果已经在无线电网络的RRC层与肥的RRC层之间建立了RRC连接,则肥处于RRC 连接模式。否则,UE处于RRC空闲模式。位于RRC层上方的非接入层(NAS)层执行诸如会话管 理和移动性管理运样的功能。
[0048] 用于将数据从网络发送到UE的下行链路传输信道包括用于发送系统信息的广播 信道(BCH)、用于发送寻呼消息的寻呼信道(PCH)、W及用于发送用户业务或控制消息的下 行链路共享信道(SCH)。下行链路多播或广播服务的业务消息或控制消息可W经由下行链 路SCH来进行发送,并且也可W经由下行链路多播信道(MCH)来进行发送。用于将数据从UE 发送到网络的上行链路传输信道包括用于发送初始控制消息的随机接入信道(RACH) W及 用于发送用户业务或控制消息的上行链路SCH。位于传输信道上方并且被映射到传输信道 的逻辑信道包括广播控制信道(BCCH)、寻呼控制信道(PCCH)、公共控制信道(CCCH)、多播控 制信道(MCCH)、W及多播业务信道(MTCH)。
[0049] 图3是示出了在3GPP系统中使用的物理信道W及使用所述物理信道的一般信号发 送方法的图。
[0050] 当电力被接通或者肥进入新小区时,UE执行诸如与eNB的同步运样的初始小区捜 索操作(S301)dUE可W从eNB接收主同步信道(P-SCH)和辅同步信道(S-SCH),执行与eNB的 同步,并且获取诸如小区ID运样的信息。此后,肥可W从eNB接收物理广播信道,W便获取小 区内的广播信息。此外,UE可W接收下行链路基准信号(DL RS),W便在初始小区捜索步骤 中确认下行链路信道状态。
[0051] 已完成初始小区捜索的肥可W根据PDCCH中包含的信息来接收物理下行链路控制 信道(PDCCH)和物理下行链路共享信道(PDSCH),W便获取更详细的系统信息(S302)。
[0052] 此外,如果eNB被初次接入或者不存在用于信号发送的无线电资源,则肥可W针对 eNB执行随机接入过程(RACH)(步骤S303至S306)。在该情况下,肥可W经由物理随机接入信 道(PRACH)来发送特定序列作为前导码(S303和S305),并且经由与其对应的PDCCH和PDSCH 来接收前导码的响应消息(S304和S306)。在基于争用的RACH的情况下,还可W执行争用解 决过程。
[0053] 已执行上述过程的UE可W像一般上行链路/下行链路信号发送过程一样执行 PDCCH/PDSCH接收(S307) W及物理上行链路共享信道PUSCH/物理上行链路控制信道 (PUCCH)发送(S308)。具体地,肥经由PDCCH接收下行链路控制信息(DCI)。运里,DCI包括诸 如肥的资源分配信息运样的控制信息,并且其格式根据使用目的而不同。
[0054] 在上行链路中从UE发送到e NB的控制信息或者在下行链路中从e NB发送到UE的控 制信息包括上行链路/下行链路ACK/NACK信号、信道质量指示符(CQI)、预编码矩阵索引 (PMI)、秩指示符(RI)等。在3GPP LTE系统的情况下,肥可W经由PUSCH和/或PUCCH发送诸如 CQI/PMI/RI运样的控制信息。
[0055] 图4是示出了在长期演进化TE)系统中使用的无线电帖的结构的图。
[0056] 参照图4,无线电帖具有10ms(327200XTs)的长度,并且包括尺寸相同的10个子 帖。每个子帖具有Ims的长度并且包括两个时隙。每个时隙具有0.5ms( 15360 X Ts)的长度。Ts 表示采样时间,并且由Ts = 1/(15曲Z X 2048) = 3.2552 X l〇-s(约3化S)表示。时隙在时域中 包括多个OFDM符号,并且在频域中包括多个资源块(RB)。在LTE系统中,一个RB包括12个子 载波X 7 (6)个OFDM或者SC-FDMA符号。作为用于发送数据的单位时间的发送时间间隔(TTI) 可W被确定为一个或更多个子帖的单位。无线电帖的结构仅是示例性的,并且包括在无线 电帖中的子帖的数目、包括在子帖中的时隙的数目或者包括在时隙中的OFDM符号的数目可 W进行各种改变。
[0057] 图5是示出了包括在下行链路无线电帖中的一个子帖的控制区域中的控制信道的 图。
[005引参照图5,一个子帖包括14个OFDM符号。根据子帖配置,第一至第SOFDM符号被用 作控制区域,并且其余13至11个(FDM符号被用作数据区域。在图5中,Rl至R4表示用于天线0 至3的基准信号(RS)或者导频信号。RS在子帖内被固定为恒定模式,而不考虑控制区域和数 据区域。控制信道在控制区域中被分配给没有分配RS的资源,并且业务信道在控制区域中 也被分配给没有分配RS的资源。分配给控制区域的控制信道的示例包括物理控制格式指示 符信道(PCFICH)、物理混合ARQ指示符信道(PHICH)、物理下行链路控制信道(PDCCH)等。
[0059] 物理控制格式指示符信道(PCFICH)向UE通知每子帖用于PDCCH的OFDM符号的数 目。PCFICH位于第一 (FDM符号处,并且在PHICH和PDCCH之前被配置。PCFICH包括四个资源元 素组(REG),并且REG基于小区标识(ID)被分散在控制区域中。一个REG包括四个资源元素 (RE) dPCFICH根据带宽具有1至3或者2至4的值,并且使用正交相移键控(QPSK)方案来调制。
[0060] 物理混合ARQ指示符信道(PHICH)用于承载用于上行链路发送的HARQACK/NACK。也 就是说,PHICH是指用来发送上行链路HARQ的DL ACK/NACK信息的信道。PHICH包括一个REG, 并且基于特定小区被扰码(scramble) eACK/NACK由一个比特指示,并且使用二进制相移键 控(BPSK)方案来调制。经调制的ACK/NACK利用2或4的扩频因子(SF)重复地传播。映射到相 同资源的多个PHICH配置PHICH组。根据扩频代码的数目来确定在PHICH组中复用的PHICH的 数目。PHICH(组)被重复S次,W在频率区域和/或时间区域中获得分集增益。
[0061] 物理下行链路控制信道(PDCCH)被分配给子帖的前n个(FDM符号。运里,n是1或者 更大的整数,并且由PCFICH指示。PDCCH包括一个或更多个控制信道元素(CCE) dPDCCH向每 一个肥或者UE组通知与寻呼信道(PCH)和下行链路共享信道(DkSCH)的资源分配关联的信 息,该PCH和化-SCH二者是传输信道、上行链路调度授权、HARQ信息等。寻呼信道(PCH)和下 行链路共享信道(DkSCH)经由PDSCH发送。因此,eNB和肥经由PDSCH发送和接收除了特定控 制信息或者特定服务数据W外的数据。
[0062] 指示PDSCH的数据被发送到哪些肥(一个或更多个肥)的信息W及指示肥如何接收 PDSCH数据并对其进行解码的信息在被包含在PDCCH中的状态下被发送。例如,假定使用无 线电网络临时标识(RNTI)"A"对特定PDCCH进行CRC掩码,并且经由特定子帖来发送与使用 无线电资源(例如,频率位置)"B"发送的数据W及发送格式信息(例如,发送块尺寸、调制方 案、编码信息等rc"有关的信息。在该情况下,位于小区内的一个或更多个肥使用它自己的 RNTI信息来监测PDCCH,并且如果存在具有"心'RNTI的一个或更多个肥,则所述肥接收PDCCH 并且通过与所接收的PDCCH有关的信息来接收由"B"和"护指示的PDSCH。
[0063] 图6是示出了 LTE系统中使用的上行链路子帖的结构的图。
[0064] 参照图6,上行链路子帖可W被划分成分配有承载上行链路控制信息的物理上行 链路控制信道(PUCCH)的区域和分配有承载用户数据的物理上行链路共享信道(PUSCH)的 区域。子帖的中间部分被分配给PUSCH,并且频域中的数据区域的两侧被分配给PUCCH。在 PUCCH上发送的上行链路控制信息包括用于HARQ的ACK/NACK信号、指示下行链路信道状态 的信道质量指示符(CQI)、用于MIMO的秩指示符(RI)、作为上行链路无线电资源分配请求的 调度请求(SR)等。用于一个肥的PUCCH使用在子帖内的时隙中占用不同频率的一个资源块。 两个时隙使用子帖内的不同资源块(或者子载波)。也就是说,分配给PUCCH的两个资源块在 时隙边界频跳。图6示出了将具有m = 0的PUCCH、具有m = 1的PUCCH、具有m = 2的PUCCH W及具 有m = 3的PUCCH分配给子帖的情况。
[0065] 在下文中,将描述多输入多输出(MIMO)系统。在MIMO系统中,使用多个发送天线和 多个接收天线。通过该方法,能够改进数据发送/接收效率。也就是说,由于在无线通信系统 的发射器或者接收器中使用多个天线,因此能够提高容量并且能够改进性能。在下文中, MIMO也可W被称作"多天线"。
[0066] 在多天线技术中,单个天线路径不被用于接收一个消息。相反,在多天线技术中, 经由多个天线接收的数据片段被收集并组合W便使数据完整。如果使用多天线技术,则可 W在具有特定尺寸的小区区域内改进数据传输速率,或者可W在确保特定数据传输速率的 同时提高系统覆盖范围。此外,该技术可W被广泛地用在移动通信终端、中继器等中。根据 多天线技术,能够克服使用单个天线的常规移动通信的发送量的限制。
[0067] 图7中示出了一般多天线(MIMO)通信系统的配置。在发射器中设置Nt个发送天 线,并且在接收器中设置Nr个接收天线。如果在发射器和接收器二者中使用多个天线,则与 仅在发射器或者接收器中的一个中使用多个天线的情况相比,增加了理论上的信道传输容 量。信道传输容量的增加与天线的数目成比例。因此,改进了传输速率并且改进了频率效 率。如果在使用一个天线的情况下的最大传输速率是R。,则在使用多个天线的情况下的传 输速率能够在理论上增加通过将Rd乘W如下面的式1所示的速率增加率Ri而获得的值。运 里,Ri是化和Nr运两个值的较小者。
[006引[式1]
[0069] Ri=min(化,Nr)
[0070] 例如,在使用四个发送天线和四个接收天线的MIMO系统中,理论上能够获取单个 天线系统的传输速率4倍的传输速率。在20世纪中期证明了 MIMO系统的容量方面的理论增 加之后,迄今为止已经积极地开发了显著改进数据传输速率的各种技术。此外,多种技术已 经被应用到诸如第=代移动通信和下一代无线局域网(LAN)运样的各种无线电通信标准。
[0071] 根据迄今为止对MOMO天线的研究,已经积极地开展了诸如对与各种信道环境和多 个接入环境中的MIMO天线的通信容量的计算有关的信息理论的研究、对MIMO系统的无线电 信道的模型和测量的研究、W及对改进传输可靠性和传输速率的空时信号处理技术的研究 运样的各种研究。
[0072] 将使用数学建模来更详细地描述MIMO系统的通信方法。如图7中所示,假定存在 N T个发送天线和Nr个接收天线。在发送的信号中,如果存在N T个发送天线,则最大可发送 的信息的条数是Nt。所发送的信息可W由下面的式2所示的向量来表达。
[0073] 试2]
[0074]
[00巧]所发送的信息巧,&,'可W具有不同的发送功率。如果相应的发送功率为 巧,巧,…,Pw,,则所发送的具有经调整的功率的信息可W由下面的式3所示的向量来表达。
[0076] 试3]
[0077]
[0078] 此外,g可W使用在下面的式4中示出的发送功率的对角矩阵P来表达。
[0079] 「井 41
[0080]
[0081] 考虑到通过将权矩阵应用到具有经调整的发送功率的信息向量g来配置Nt个实际 上发送的信号,為,…,。权矩阵用于根据传输信道状态来将所发送的信息适当地分 配到每个天线。运些发送的信号スI,ス2,''',^晦可W通过使用如下面的式5中示出的向量X 来表达。Wu表示第i个发送天线与第j个信息之间的权重。W也被称作权矩阵或者预编码矩 阵。
[0082] 试5]
[0083]
[0084] 通常,信号矩阵的秩的物理含义可W是能够经由给定信道发送不同信息的元素的 最大数目。因此,由于信道矩阵的秩被限定为独立的行或列的数目的较小者,因此矩阵的秩 不大于行或列的数目。信道矩阵H的秩rank化)在数据学上由式6表达。
[0085] [式6]
[0086] rank(H)《min(化,Nr)
[0087] 此外,使用MIMO技术发送的不同信息被定义为"发送的流"或者"流"。运种"流"可 W被称作"层"。于是,发送的流的数目不大于作为能够发送不同信息的最大数目的秩。因 此,信道秩H由下面的式7表达。
[008引[式7]
[0089] #of streams《rank(H)《min(化,Nr)
[0090] 其中,"#of stream"表示流的数目。应该注意的是,一个流可W经由一个或更多个 天线发送。
[0091] 存在用于将一个或更多个流与多个天线关联的多种方法。将根据MIMO技术的种类 来描述运些方法。经由多个天线发送一个流的方法被称作空间分集方法,而经由多个天线 发送多个流的方法被称作空间复用方法。此外,可W使用空间分集方法和空间复用方的组 合的混合方法。
[0092] 现在,给出信道状态信息(CSI)报告的描述。在当前的LTE标准中,MIMO传输方法被 归类为在没有CSI的情况下操作的开环MIMOW及基于CSI操作的闭环MIM0。特别地,根据闭 环MIMO系统,eNB和肥中的每一个能够基于CSI执行波束成形,W获得MIMO天线的复用增益。 为了从肥获得CSI,eNB分配PUCCH或PUSCHW命令肥反馈用于下行链路信号的CSI。
[0093] CSI被划分为=种信息:秩指示符(RI)、预编码矩阵索引(PMI)和信道质量指示符 (CQI)。首先,RI是关于如上所述的信道秩的信息,并且指示能够经由相同的时频资源接收 的流的数目。由于通过信道的长期衰落来确定RI,因此RI可W通常W比PMI或者CQI的周期 更长的周期被反馈。
[0094] 其次,PMI是反映信道的空间特性的值,并且指示由肥基于信干噪比(SINR)的度量 而首选的eNB的预编码矩阵索引。最后,CQI是指示信道的强度的信息,并且指示在eNB使用 PMI时可获得的接收SINR。
[00M] 在诸如LTE-A系统的演进通信系统中,附加地获得使用多用户MIMO(MU-MIMO)的多 用户分集。由于在MU-MIMO方案中存在在天线域中复用的肥之间的干扰,因此CSI准确性不 但可W极大地影响报告了 CSI的UE的干扰,而且可W影响其它复用的UE的干扰。因此,为了 正确地执行MU-MIMO操作,需要报告准确性比单用户MIMO(SU-MIMO)方案的准确性高的CSI。
[0096] 因此,LTE-A标准已经确定了应该将最终PMI分别设计成作为长期和/或宽带PMI的 Wl W及作为短期和/或子带PMI的W2。
[0097] 配置来自Wl和W2当中的一个最终PMI的分层码本变换方案的示例可W使用如式8 中指示的信道的长期协方差矩阵。
[009引[式 8]
[0099] W=norm(Wl W2)
[0100] 在式8中,短期PMI的W2指示被配置为反映短期信道信息的码本的码字,W表示最终 码本的码字,并且norm(A)指示矩阵A的每个列的范数被归一化为1的矩阵。
[0101] Wl和W2的详细的配置示出在式9中:
[0102] 试9]
[0103] 2乘M矩阵。
[0104] 如果秩= r),其中并且k、l、m是整数。
[0105] 在式9中,码本配置被设计为反映在使用交叉极化天线时并且在天线之间的空间 密集时(例如,当相邻天线之间的距离小于信号波长的一半时)产生的信道相关特性。交叉 极化天线可W被归类为水平天线组和垂直天线组。每个天线组具有均匀线性阵列化LA)天 线的特性,并且运两组被协同定位。
[0106] 因此,每组的天线之间的相关性具有相同的线性相位递增的特性,并且天线组之 间的相关性具有相位旋转的特性。因此,由于码本是通过对信道进行量子化而获得的值,因 此需要设计码本,使得信道的特性被反映。为了便于描述,通过前述配置产生的秩1码字被 示出如下:
[0107] 「式 IOl
[010 引
[0109] 在式10中,码宇被表足为NtXI的向量(其中,NT是Tx天线的数目),并且利用分别 表示水平天线组和垂直天线组的相关特性的上向量Xi化)和下向量QjXi化)来构造。Xi化)通 过反映每个天线组中的天线之间的相关特性来优选地表达为具有线性相位递增特性的向 量,并且可W是作为代表性示例的DFT矩阵。
[0110] 在下文中,将描述有源天线系统(AAS)和S维(3D)波束成形。
[0111] 在现有蜂窝系统中,基站已经使用了用于使用机械倾斜或电倾斜来减小小区间干 扰(ICI)并且改进小区中的肥的吞吐量(例如,信干噪比(SINR))的方法,运将参照附图更详 细地进行描述。
[0112] 图8是例示了天线倾斜方法的图。具体地,图8(a)示出了未应用天线倾斜的天线结 构,图8(b)示出了应用了机械倾斜的天线结构,并且图8(c)示出了应用了机械倾斜和电倾 斜二者的天线结构。
[0113] 将图8(a)与图8(b)相比,当应用了机械倾斜时,如图8(b)所示,波束方向被固定在 初始安装处。另外。当应用了电倾斜时,如图8(c)所示,倾斜角度可W使用内部相移模块来 改变,但是由于固定的倾斜而使得仅限制性的垂直波束成形能够实现。
[0114] 图9是示出了将现有天线系统与有源天线系统进行比较的图。具体地,图9(a)示出 了现有天线系统,并且图9(b)示出了有源天线系统。
[0115] 参照图9,与现有天线系统不同,有源天线系统的特征在于:因为多个天线模块中 的每一个包括包含功率放大器(即,有源元件)的RF模块,所W能够实现每个天线模块的功 率和相位调整。
[0116] 作为一般MIMO天线结构,考虑诸如均匀线性阵列(ULA)运样的线性天线阵列(即, 一维天线阵列)。在一维阵列结构中,可W通过波束成形而形成的波束存在于二维平面上。 运适用于现有基站的基于无源天线系统(PAS)的MIMO结构。尽管垂直天线和水平天线甚至 存在于基于PAS的基站中,然而垂直天线被固定到一个RF模块,并因此不能在垂直方向上实 现波束成形并且仅机械倾斜是适用的。
[0117] 然而,当基站的天线结构已演进成有源天线系统时,可W在垂直天线中实现独立 的RF模块,并且因此不仅能够在水平方向上实现波束成形,而且能够在垂直方向上实现波 束成形。运被称作垂直波束成形或仰角波束成形。
[0118] 根据垂直波束成形,由于可W在=维空间中在垂直方向和水平方向上表达可形成 的波束,因此垂直波束成形可W被称为=维波束成形。也就是说,通过一维天线阵列结构到 二维平面天线阵列结构的演进使得能够实现=维波束成形。不仅能够在平面天线阵列结构 实现=维波束成形,而且能够在环状=维阵列结构中实现=维波束成形。=维波束成形的 特征在于:因为除了一维天线阵列结构W外,还可W使用各种天线结构,所W在S维空间中 执行MIMO处理。
[0119] 图10是示出了基于有源天线系统形成UE特定波束的示例的图。参照图10,由于S 维波束成形,因此不仅当UE左右移动时能够实现波束成形,而且当肥前后移动时也能够实 现波束成形,因此为肥特定波束成形提供更高的自由度。
[0120] 另外,作为使用基于有源天线的二维天线阵列结构的发送环境,可W考虑室外eNB 向室外UE发送信号的环境、室夕FeNB向室内肥发送信号(室外到室内;021)的环境W及室内 eNB向室内肥发送信号(室内热点)的环境。
[0121] 图11是示出了基于有源天线系统的S维(3D)波束发送场景的图。
[0122] 参照图11,在每一小区中存在多个建筑物的真实小区环境中,eNB需要考虑由于建 筑物高度而导致的各种肥高度来考虑垂直波束操纵能力W及UE特定水平波束操纵。在运种 小区环境中,需要应用与现有无线电信道环境的信道特性不同的信道特性(例如,由于高度 差而导致的遮蔽/路径损耗改变、衰落特性变化等)。
[0123] 换句话说,=维波束成形是基于一维线性天线阵列结构从水平波束成形而演进 的,并且是指作为基于诸如平面天线阵列运样的多维阵列的天线结构或者大规模天线阵列 对仰角波束成形或垂直波束成形的扩展或者与仰角波束成形或垂直波束成形的组合的 MIMO处理方案。
[0124] 大规模天线阵列具有W下特性中的一个或更多个。即,i)大规模天线阵列位于二 维(2D)平面上或=维(3D)空间中,ii)逻辑天线或物理天线的数目为8个或更多个(可W由 天线端口来表达逻辑天线每个天线由AAS组成。然而,大规模天线阵列的限定不限于 此。在下文中,将描述使用大规模天线阵列的各种波束成形方案。
[0125] a)应用到3D波束成形环境的基于局部天线阵列的波束成形被称作波束宽度适应 (BA)波束成形,其具有W下特征。
[0126] 在BA波束成形方案中,根据UE的速度来调整参与数据发送的天线的数目,W调整 发送波束宽度。图12是示出了现有MIMO发送方案与BA波束成形方案之间的波束覆盖范围的 比较的图。具体地,图12的左侧示出了现有MIMO发送方案,并且其右侧示出了BA波束成形方 案。
[0127] 参照图12的左侧,在4 X 4天线阵列中,如果肥W中等速度移动,则通过4 X 4天线阵 列发送的波束的宽度太窄而不能获得信道精确性。由于开环方案覆盖整个小区覆盖范围, 因此波束宽度可能过分地宽。如在图12的右侧中所示,如果仅两个2X2中屯、天线阵列参与 发送,则可W产生具有相对宽的波束宽度并且能够获得波束增益的波束。也就是说,参与至 UE的发送的天线的数目根据UE的速度而减少W增加波束宽度,因此获取比闭环波束成形的 波束增益低但是比开环波束成形的波束增益高的波束增益。
[0128] b)如果在BA波束成形方案中根据肥的移动性来调整波束宽度,则也可W考虑用于 根据UE的移动方向在垂直方向或者水平方向上执行波束成形W及执行开环预编码的方法。 因为2D波束成形可W在3D波束成形环境中被执行,所W该技术被称作维度适应化A)波束成 形。
[0129] DA波束成形方案是运样的波束成形方案:该波束成形方案用于在eNB处向垂直方 向和水平方向中的UE移动大的方向(即,多普勒效应高的方向)应用开环方案,并且向另一 方向应用闭环方案。图13是示出了 DA波束成形方案的概念的图。具体地,图13的左侧示出了 肥在水平方向上移动的情况,并且其右侧示出了肥在垂直方向上移动的情况。
[0130] 图14是示出了 DA波束成形方案的特征的图。
[0131] 如果使用DA波束成形方案,则能够在多普勒效应低的方向上获得波束增益,但是 不能在多普勒效应高的方向获得波束增益。因此,在产生波束的区域中,如图14所示在水平 方向和垂直方向中的一个方向中产生具有窄宽度的波束。因此,能够向在特定方向移动的 UE提供具有预定水平的波束增益。
[0132] C)也可W考虑作为BA波束成形方案与DA波束成形方案的组合的维度和波束宽度 适应(DBA)。图15是示出了DBA波束成形方案的概念的图。
[0133] DBA波束成形方案是DA波束成形方案与BA波束成形方案的组合。参照图15,如果当 应用DBA波束成形方案时,UE在垂直方向或者水平方向上移动,则在多普勒效应低的方向 (即,与UE的移动正交的方向)上执行闭环波束成形,并且根据UE的速度来调整参与发送的 天线的数目,W调整存在具有预定水平的多普勒效应的方向上的波束宽度。
[0134] 总之,如表1所示,当肥相对于eNB在特定方向上高速移动时,DA波束成形方案是适 合的,当UEW低速或者中等速度移动时,BA波束成形方案是适合的,而当UEW低速或者中等 速度在特定方向上移动时,DBA波束成形方案是适合的。
[0135] [表 1]
[013A1
[0137] 为了根据信道变化适应性地应用诸如DA/BA/DBA波束成形方案运样的波束成形方 案,重要的是检查eNB与UE之间的信道是否快速地改变。具体地,对于DA波束成形或者DBA波 束成形,应该检查垂直方向上的信道变化和水平方向上的信道变化二者。本发明提出了一 种用于测量信道变化的方法。
[0138] 首先,本发明提出了通过对在能够使信道增益最大化的波束成形方向上的变化进 行跟踪来测量每单位时间的信道变化。
[0139] 在3GPP LTE系统或者WiMax系统中,肥估计MIMO信道,并且反馈优选的波束成形方 向上的PMI。此时,肥的随时间的PMI变化可W意指信道变化。也就是说,如果优选的PMI快速 地改变,则信道环境快速地改变,而如果优选的PMI缓慢地改变,则信道环境缓慢地改变。结 果,可W经由PMI跟踪来估计信道变化。
[0140] 在PMI跟踪中,可W考虑用于在eNB处仅使用肥的定期/不定期PMI反馈信息来估计 信道变化的方法。然而,该方法具有W下局限性。
[0141] 1.缺少初始PMI历史信息
[0142] 也就是说,当初始PM巧良告时或者当不定期PM巧良告时,存在诸如缺少PMI历史运样 的局限性。此外,即使当UE从开环发送模式切换到闭环发送模式时,也可能存在诸如缺少 PMI历史运样的局限性。
[0143] 2.不能在PMI报告周期内测量信道变化
[0144] 也就是说,当PM巧良告周期是X ms时,很难在X ms内测量信道变化。
[0145] 3.根据PMI码本大小的跟踪精确性限制
[0146] 更具体地,跟踪精确性在PMI码本的大小(即,分配到PMI反馈的比特数)被限制的 状态下低。
[0147] 4.当秩2或W上的PMI发送时难W经由PMI跟踪检查信道变化
[0148] 最后,秩2或W上的PMI是指由在编号上与秩对应的正交波束成形矢量组成的矩 阵。在该情况下,很难根据PMI矩阵的变化来测量信道变化。
[0149] 为了解决运些问题,提出了用于经由PMI跟踪的高效信道变化估计的W下方法。
[0150] 首先,eNB配置用于使UE能够测量PMI变化值和与其相关的反馈的导频信号。UE测 量关于导频信号的PMI变化值而不考虑PMI反馈,并且执行与其相关的反馈。
[0151] 更具体地,根据当前LTE系统的操作,配置导频信号(例如,CSI-RS),并且同时,在 PUCCH/PUS01报告模式下确定是否报告PMI。因此,肥配置导频信号,并且同时,确定是否计 算并报告导频信号的PMI。然而,当测量到PMI变化值时,UE与CSI报告过程分离地执行存储 关于特定导频信号的PMI变化历史并且报告相关信息的过程。
[0152] 可W使用各种方法来配置相关反馈信息。与PMI变化有关的反馈信息的示例如下。
[0153] 1)在特定持续时间期间PMI的方差或者标准差(见下面的式11)
[0154] [式 11]
[0155]
[0156] t表示测量时间索引,TO 表示测量开始时间并且T表示测量持续时间。
[0157] 2)在特定持续时间期间的PMI变化值(见式12)
[015 引
[0159]
[0160] 其中,I'd表示基准时间,Tl表示报告时间并且等于To+C(C是常数)。
[0161] 3)施加了权重的PMI变化值(见下面的式13)
[0162] 试13]
[0163;
[0164] 其中,Wt表示时间t的权重,其可W随时间t增加。
[0165] 4)PMI平均方差值(见下面的式14)
[0166] 试14]
[0167]
[016引其中,T2巧一1 =报告时间Ti。
[0169] 在W上示例中,对于PMI变化值与信道变化之间的相关性,按照波束成形角度的顺 序排列的索引被用作PMI。如果再利用实际LTE系统中所使用的PMI码本,则由于码本没有按 照波束成形角度的顺序排列,因此还要求用于按照波束成形角度的顺序重新排列码本的码 本排列或者重新排列。
[0170] 例如,如果按均匀线性阵列化LA)的波束成形角度的顺序(即,按0°、90°、-90°、30° 和-30°的顺序)排列现有码本索引,则要求按-90°、-30°、0°、30°和90°的顺序重新排列索引 的过程。运样的重新排列过程仅应用于针对优选波束跟踪的PMI码本,而不应用于针对现有 CS I反馈的PMI码本。
[0171] 为了不执行重新排列过程,如在下面的实施方式中,可W直接使用由PMI指示的波 束成形角度值。也就是说,如下面的式15所示,在特定持续时间期间PMI的波束成形角度变 化值被用作反馈信息。
[0172] 试15]
[0173]
[0174] 其中,TO表示基准时间,Tl表示报告时间并且Tl等于T0+C(C是常数)。此外,Angle (X)表示与PMI索引X对应的波束成形角度。
[0175] 此外,用于测量PMI变化值的PMI码本被重新限定或者现有PIM码本被再利用。此 时,i)按波束成形角度的顺序配置码本,ii)码本仅由秩IPMI组成,iii)码本是详尽的,也就 是说,码本的大小大于现有码本的大小,W及iv)包括现有秩1PMI。运里,特征ii)和iii)能 够解决上述跟踪精确性问题W及由于在秩2或W上的情况下的PMI跟踪而导致的在信道变 化测量方面的模糊性(ambiguity)。
[0176] 因此,在特征iv)中,由于发送是在经由单个层的闭环MIMO发送时基于现有秩IPMI 码本而执行的,因此即使当考虑到实际波束成形模式的信道变化测量,也优选地包括现有 秩IPMI码本。然而,如果针对除了不同天线布置(例如,交叉极化)或者波束成形(例如,出于 选择天线的目的似外的目地,在现有秩IPMI码本中包括一些PMI,则可W从用于测量PMI变 化值的码本中排除运些PMI。
[0177] 根据本发明的W上提议,能够解决缺少初始PMI历史的问题W及不能在PM巧良告周 期内测量信道变化的问题。例如,当W4ms的周期发送CSI-RS时,按照独立导频和反馈配置 W 20ms的周期执行PM巧良告,但是W4ms的周期执行PMI历史跟踪。在该情况下,由于不需要 W4ms的周期执行PMI历史的反馈,因此可W W更长的周期来执行反馈,使得反馈开销不会 增加。也就是说,PMI变化值的测量周期和报告周期可W彼此不同。
[0178] PMI变化值可W被不定期地报告。也就是说,当PMI改变了预定值或者更大时,即, 如果信道变化等于或者大于预定值,则可W执行报告。另选地,如果信道变化不大,则定期 地执行反馈,并且如果信道变化等于或者大于预定值,则W短周期执行PMI变化值的反馈。
[0179] 因此,根据本发明,肥可W W预定周期或者仅当PMI变化值等于或者大于预定值时 向eNB报告所测量的PMI变化值。另选地,UE可W根据PMI变化值来确定所测量的PMI变化值 的报告周期。
[0180] 现在将描述利用上述技术来测量DA波束成形或者DBA波束成形的在垂直方向和水 平方向上的信道变化的方法。
[0181] 首先,用于测量PMI变化值的导频被划分为如图16至图19所示的用于垂直方向上 的信道变化测量的导频和用于水平方向上的信道变化测量的导频。
[0182] 图16和图17是示出了根据本发明的实施方式的用于在垂直方向上的信道测量的 导频的示例的图。参照图16和图17,用于在垂直方向上的信道变化测量的导频的特征在于: 天线端口在天线阵列的垂直方向上被依次映射。
[0183] 图18和图19是示出了根据本发明的实施方式的用于水平方向上的信道测量的导 频的示例的图。参照图18和图19,用于水平方向上的信道变化测量的导频的特征在于:天线 端口在天线阵列的水平方向上被依次映射。
[0184] 如果一个导频或者一个天线端口被映射到多个物理天线,并且经由诸如图17和图 19的多个物理天线进行发送,则当执行对应的映射过程时,不同的波束成形系数被应用到 多个物理天线。也就是说,其能够按预编码导频的形式来实现。
[0185] 如果分别使用上述方法来发送用于垂直方向上的信道变化测量的导频和用于水 平方向上的信道变化测量的导频,则UE可W测量并报告导频的PMI变化值,W便测量垂直方 向上的信道变化和水平方向上的信道变化。
[0186] 图20是根据本发明的一个实施方式的通信设备的框图。
[0187] 参照图20,通信设备2000包括处理器2010、存储器2020、射频(RF)模块2030、显示 模块2040和用户接口模块2050。
[0188] 通信设备2000是为了方便描述而示出的,并且可W省略通信设备2000的一些模 块。此外,通信设备2000还可W包括必需的模块。此外,还可W将通信设备20400的一些模块 细分。处理器2010被配置为执行根据本发明的参照附图描述的实施方式的操作。对于处理 器2010的操作的详细描述,可W参考与图1至图19关联的描述。
[0189] 存储器2020连接到处理器2010, W便存储操作系统、应用、程序代码、数据等。RF模 块2030连接到处理器20010, W便执行用于将基带信号转换成无线电信号或者将无线电信 号转换成基带信号的功能。RF模块2030执行模拟转换、放大、滤波和频率上转换,或者执行 其逆过程。显示模块2040连接到处理器2010,W便显示各种信息。作为显示模块2040,可W 使用诸如液晶显示器化CD)、发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)运样的公知器件, 但是不限于此。用户接口模块2050连接到处理器2010,并且可W通过诸如键盘和触摸屏运 样的公知用户接口的组合来配置。
[0190] 上述实施方式是通过将本发明的组成组件和特性根据预定格式进行组合而提出 的。在不存在附加备注的条件下,各个组成组件或者特性应该被认为是可选的。如果要求, 各个组成组件或者特性可W不与其它组件或者特性组合。此外,一些组成组件和/或特性可 W被组合W实现本发明的实施方式。在本发明的实施方式中公开的操作顺序可W改变。任 何实施方式的一些组件或者特性也可W包括在其它实施方式中,或者可W根据需要用其它 实施方式的组件或者特性替换。另外,将显而易见的是,引用特定权利要求的一些权利要求 可W与引用除了所述特定权利要求W外的其它权利要求的另外的权利要求组合W构成实 施方式,或者在提交本申请之后通过修改的方式来添加新的权利要求。
[0191] 在本文档中,被描述为由BS执行的特定操作可W由BS的上层节点执行。即,显而易 见的是,在由包括BS的多个网络节点组成的网络中,可W由BS或者由除BSW外的网络节点 来执行用于与UE进行通信而执行的各种操作。术语BS可W用术语固定站、节点B、eNode B (eNB)、接入点等替换。
[0192] 能够通过各种手段(例如,硬件、固件、软件或其组合)来实现本发明的实施方式。 在通过硬件来实现本发明的情况下,本发明能够通过专用集成电路(ASIC)、数字信号处理 器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程口阵列(FPGA)、处 理器、控制器、微控制器、微处理器等来实现。
[0193] 如果本发明的操作或者功能通过固件或者软件来实现,则本发明能够按照各种格 式(例如,模块、程序、函数等)的形式来实现。软件代码可W被存储在存储单元中,W便由处 理器驱动。存储单元可W位于处理器的内部或者外部,使得它能够经由各种公知部件与前 述处理器通信。
[0194] 对于本领域技术人员而言将显而易见的是,能够在不脱离本发明的精神或者范围 的情况下对本发明进行各种修改和变型。因此,本发明旨在涵盖本发明的落入在所附的权 利要求及其等同物的范围内的修改和变型。
[0195] 工业实用性
[0196] 虽然描述了用于在无线通信系统中测量基于大规模天线阵列的波束成形的信道 变化的方法和设备被应用于3GPP LTE系统的示例,但是本发明可适用于除3GPPLTE之外的 各种无线通信系统。虽然本发明设及大规模天线,但是本发明可适用于其它天线结构。
【主权项】
1. 一种用于在无线通信系统中在用户设备UE处向基站发送反馈信息的方法,该方法包 括以下步骤: 在第一时间和第二时间从所述基站接收导频信号; 基于所述导频信号,从预定码本中选择与所述第一时间对应的第一预编码矩阵索引和 与所述第二时间对应的第二预编码矩阵索引;以及 向所述基站发送所述反馈信息,所述反馈信息包括与所述第一预编码矩阵索引和所述 第二预编码矩阵索引之间的变化值有关的信息。2. 根据权利要求1所述的方法,其中,与所述变化值有关的信息包括与所述第一预编码 矩阵索引对应的第一波束成形角度和与所述第二预编码矩阵索引对应的第二波束成形角 度之差。3. 根据权利要求1所述的方法,其中,所述预定码本由按照波束成形角度的顺序排列的 针对秩1的多个预编码矩阵索引组成。4. 根据权利要求1所述的方法,其中,所述导频信号包括用于测量垂直方向上的波束成 形角度变化的第一导频信号和用于测量水平方向上的波束成形角度变化的第二导频信号。5. 根据权利要求1所述的方法,其中,向所述基站发送所述反馈信息的步骤包括以下步 骤:如果所述第一预编码矩阵索引与所述第二预编码矩阵索引之间的变化值等于或者大于 阈值,则向所述基站发送与所述变化值有关的信息。6. 根据权利要求1所述的方法,该方法还包括以下步骤:向所述基站发送作为所述变化 值的标准的初始预编码矩阵索引。7. -种用于在无线通信系统中在基站处从用户设备UE接收反馈信息的方法,该方法包 括以下步骤: 在第一时间和第二时间向所述UE发送导频信号;以及 从所述UE接收使用所述导频信号基于预定码本而产生的所述反馈信息,所述反馈信息 包括关于与所述第一时间对应的第一预编码矩阵索引和与所述第二时间对应的第二预编 码矩阵索引之间的变化值的信息。8. 根据权利要求7所述的方法,其中,与所述变化值有关的信息包括与所述第一预编码 矩阵索引对应的第一波束成形角度和与所述第二预编码矩阵索引对应的第二波束成形角 度之差。9. 根据权利要求7所述的方法,其中,所述预定码本由按照波束成形角度的顺序排列的 针对秩1的多个预编码矩阵索引组成。10. 根据权利要求7所述的方法,其中,所述导频信号包括用于测量垂直方向上的波束 成形角度变化的第一导频信号和用于测量水平方向上的波束成形角度变化的第二导频信 号。11. 根据权利要求7所述的方法,其中,如果所述第一预编码矩阵索引与所述第二预编 码矩阵索引之间的变化值等于或者大于阈值,则与所述变化值有关的信息被接收。12. 根据权利要求7所述的方法,该方法还包括以下步骤:从所述UE接收作为所述变化 值的标准的初始预编码矩阵索引。
【文档编号】H04B7/04GK105940615SQ201480074642
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2014年9月3日
【发明人】姜智源, 金起台, 李吉范
【申请人】Lg电子株式会社
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