Methods and apparatuses for MIMO transmission

Abstract

Methods and apparatuses for multiple-input multiple-output (MIMO) transmission are disclosed. According to an embodiment of the present disclosure,a transmitting apparatus for wireless communication may include: at least one memory; and at least one processor coupled with the at least one memory and configured to cause the transmitting apparatus to: determine one or more transverse electromagnetic(TEM) modes for one or more data streams; and transmit, to areceiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously; wherein each data stream is transmitted with acorresponding TEM mode.

Description

METHODS AND APPARATUSES FOR MIMO TRANSMISSIONTECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates to wireless communications, and more specifically to methods and apparatuses for multiple-input multiple-output (MIMO) transmission.BACKGROUND

[0002] A wireless communications system may include one or multiple network communication devices, such as base stations, which may support wireless communications for one or multiple user communication devices, which may be otherwise known as user equipment (UE) , or other suitable terminology. The wireless communications system may support wireless communications with one or multiple user communication devices by utilizing resources of the wireless communication system (e.g., time resources (e.g., symbols, slots, subframes, frames, or the like) or frequency resources (e.g., subcarriers, carriers, or the like) . Additionally, the wireless communications system may support wireless communications across various radio access technologies including third generation (3G) radio access technology, fourth generation (4G) radio access technology, fifth generation (5G) radio access technology, among other suitable radio access technologies beyond 5G (e.g., sixth generation (6G) ) .SUMMARY

[0003] An article "a" before an element is unrestricted and understood to refer to "at least one" of those elements or "one or more" of those elements. The terms "a, " "at least one, " "one or more, " and "at least one of one or more" may be interchangeable. As used herein, including in the claims, "or" as used in a list of items (e.g., a list of items prefaced by a phrase such as "at least one of" or "one or more of" or "one or both of" ) indicates an inclusive list such that, for example, a list of at least one of A, B, or C means A or B or C or AB or AC or BC or ABC (i.e., A and B and C) . Also, as used herein, the phrase "based on" shall not be construed as a reference to a closed set of conditions. For example, an example step that is described as "based on condition A" may be based on both a condition A and a condition B without departing from the scope of the present disclosure. In other words, as used herein, the phrase  "based on" shall be construed in the same manner as the phrase "based at least in part on. " Further, as used herein, including in the claims, a "set" may include one or more elements.

[0004] Some implementations of the methods and apparatuses described herein may include a transmitting apparatus for wireless communication. The transmitting apparatus may include: at least one memory; and at least one processor coupled with the at least one memory and configured to cause the transmitting apparatus to: determine one or more transverse electromagnetic (TEM) modes for one or more data streams; and transmit, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously; wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.

[0005] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, each TEM mode is a Hermite-Gaussian mode and is associated with an index associated with two parameters, wherein the two parameters are associated with two directions perpendicular to a transmission direction of the one or more data streams, respectively, and the two directions are perpendicular to each other.

[0006] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, a total number of the one or more data streams is determined based on pre-configuration, or the one or more TEM modes are determined based on pre-configuration.

[0007] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, the at least one processor is further configured to cause the transmitting apparatus to: transmit, to the receiving apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of the one or more data streams or index (es) associated with the one or more TEM modes.

[0008] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, the signaling is transmitted using a default TEM mode, whose index is pre-configured.

[0009] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, one of the one or more data streams is transmitted with the default TEM mode.

[0010] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, the signaling indicates index (es) associated with the one or more TEM modes excluding the default TEM mode or including the default TEM mode.

[0011] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, the at least one processor is further configured to cause the transmitting apparatus to: receive, from the receiving apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of data stream (s) supported by the receiving apparatus or index (es) associated with TEM mode (s) supported by the receiving apparatus.

[0012] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, the transmitting apparatus further includes a rectangular antenna array for transmitting the one or more data streams.

[0013] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, each data stream is transmitted with the rectangular antenna array using a transmission spatial filter associated with a corresponding TEM mode.

[0014] In some implementations of the transmitting apparatus described herein, the one or more data streams are transmitted with a same transmission power or different transmission powers.

[0015] Some implementations of the methods and apparatuses described herein may further include a receiving apparatus for wireless communication. The receiving apparatus may include: at least one memory; and at least one processor coupled with the at least one memory and configured to cause the receiving apparatus to: receive, from a transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously; wherein each data stream is associated with a corresponding TEM mode in one or more TEM modes.

[0016] In some implementations of the receiving apparatus described herein, the at least one processor is further configured to cause the receiving apparatus to: determine the one or more TEM modes for the one or more data streams.

[0017] In some implementations of the receiving apparatus described herein, each TEM mode is a Hermite-Gaussian mode and is associated with an index associated with two parameters, wherein the two parameters are associated with two directions perpendicular to a transmission direction of the one or more data streams, respectively, and the two directions are perpendicular to each other.

[0018] In some implementations of the receiving apparatus described herein, a total number of the one or more data streams is determined based on pre-configuration, or the one or more TEM modes are determined based on pre-configuration.

[0019] In some implementations of the receiving apparatus described herein, the at least one processor is further configured to cause the receiving apparatus to: receive, from the transmitting apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of the one or more data streams or index (es) associated with the one or more TEM modes.

[0020] In some implementations of the receiving apparatus described herein, the signaling is received on a data stream associated with a default TEM mode, whose index is pre-configured.

[0021] In some implementations of the receiving apparatus described herein, one of the one or more data streams is associated with the default TEM mode.

[0022] In some implementations of the receiving apparatus described herein, the signaling indicates index (es) associated with the one or more TEM modes excluding the default TEM mode or including the default TEM mode.

[0023] In some implementations of the receiving apparatus described herein, the at least one processor is further configured to cause the receiving apparatus to: transmit, to the transmitting apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of data stream (s) supported by the receiving apparatus or index (es) associated with TEM mode (s) supported by the receiving apparatus.

[0024] In some implementations of the receiving apparatus described herein, the receiving apparatus further includes a rectangular antenna array for receiving the one or more data streams.

[0025] In some implementations of the receiving apparatus described herein, each data stream is received with the rectangular antenna array using a reception spatial filter associated with a corresponding TEM mode.

[0026] Some implementations of the methods and apparatuses described herein may further include a processor for wireless communication. The processor may include: at least  one controller coupled with at least one memory and configured to cause the processor to: determine one or more TEM modes for one or more data streams; and transmit, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously; wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.

[0027] Some implementations of the methods and apparatuses described herein may further include a method performed by a transmitting apparatus. The method may include: determining one or more TEM modes for one or more data streams; and transmitting, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously; wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.

[0028] Some implementations of the methods and apparatuses described herein may further include a processor for wireless communication. The processor may include: at least one controller coupled with at least one memory and configured to cause the processor to: receive, from a transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously; wherein each data stream is associated with a corresponding TEM mode in one or more TEM modes.

[0029] Some implementations of the methods and apparatuses described herein may further include a method performed by a receiving apparatus. The method may include: receiving, from a transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously; wherein each data stream is associated with a corresponding TEM mode in one or more TEM modes.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0030] In order to describe the manner in which advantages and features of the present disclosure can be obtained, a description of the present disclosure is rendered by reference to specific embodiments thereof, which are illustrated in the appended drawings. These drawings depict only example embodiments of the present disclosure and are not therefore to be considered limiting of its scope.

[0031] Figure 1 illustrates an example of a wireless communications system in accordance with aspects of the present disclosure.

[0032] Figure 2 illustrates an example of a rectangular antenna array in accordance with aspects of the present disclosure.

[0033] Figures 3A-3H illustrate power profiles of electric fields for different TEM modes on a transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0034] Figure 4 illustrates an exemplary antenna array design with a beam profile of a TEM mode superimposed on an antenna array in accordance with aspects of the present disclosure.

[0035] Figures 5A-5C illustrate beam profiles on a transmitting antenna array plane and a receiving antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0036] Figure 6A illustrates a combined power profile of 16 different TEM modes on a transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0037] Figure 6B illustrates a combined power profile in dB of 16 different TEM modes on a transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0038] Figure 7A illustrates a combined power profile of 6 different TEM modes on a transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0039] Figure 7B illustrates a combined power profile in dB of 6 different TEM modes on a transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0040] Figure 8 illustrates an example of a UE in accordance with aspects of the present disclosure.

[0041] Figure 9 illustrates an example of a processor in accordance with aspects of the present disclosure.

[0042] Figure 10 illustrates an example of a network equipment (NE) in accordance with aspects of the present disclosure.

[0043] Figure 11 illustrates a flowchart of an exemplary method performed by a transmitting apparatus in accordance with aspects of the present disclosure.

[0044] Figure 12 illustrates a flowchart of an exemplary method performed by a receiving apparatus in accordance with aspects of the present disclosure.DETAILED DESCRIPTION

[0045] The detailed description of the appended drawings is intended as a description of preferred embodiments of the present disclosure and is not intended to represent the only form in which the present disclosure may be practiced. It should be understood that the same or equivalent functions may be accomplished by different embodiments that are intended to be encompassed within the spirit and scope of the present disclosure.

[0046] While operations are depicted in the drawings in a particular order, persons skilled in the art will readily recognize that such operations need not be performed in the particular order as shown or in a sequential order, or that all illustrated operations need be performed, to achieve desirable results; sometimes one or more operations can be skipped. Further, the drawings can schematically depict one or more example processes in the form of a flow diagram. However, other operations that are not depicted can be incorporated in the example processes that are schematically illustrated. For example, one or more additional operations can be performed before, after, simultaneously, or between any of the illustrated operations. In certain circumstances, multitasking and parallel processing can be advantageous.

[0047] Reference will now be made in detail to some embodiments of the present disclosure, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. To facilitate understanding, embodiments are provided under specific network architecture and service scenarios, such as 3GPP long-term evolution (LTE) and LTE advanced, 3GPP 5G new radio (NR) , 5G-Advanced, 6G, and so on. It is contemplated that along with developments of network architectures and new service scenarios, all embodiments in the present disclosure are also applicable to similar technical problems; and moreover, the terminologies recited in the present disclosure may change, which should not affect the principle of the present disclosure.

[0048] Aspects of the present disclosure are described in the context of a wireless communications system.

[0049] Figure 1 illustrates an example of a wireless communications system 100 in accordance with aspects of the present disclosure. The wireless communications system 100 may include one or more NEs 102, one or more UEs 104, and a core network (CN) 106. The wireless communications system 100 may support various radio access technologies. In some implementations, the wireless communications system 100 may be a 4G network, such as a  long-term evolution (LTE) network or an LTE-Advanced (LTE-A) network. In some other implementations, the wireless communications system 100 may be a new radio (NR) network, such as a 5G network, a 5G-Advanced (5G-A) network, or a 5G ultrawideband (5G-UWB) network. In other implementations, the wireless communications system 100 may be a combination of a 4G network and a 5G network, or other suitable radio access technology including Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802.11 (Wi-Fi) , IEEE 802.16 (WiMAX) , IEEE 802.20. The wireless communications system 100 may support radio access technologies beyond 5G, for example, 6G. Additionally, the wireless communications system 100 may support technologies, such as time division multiple access (TDMA) , frequency division multiple access (FDMA) , or code division multiple access (CDMA) , etc.

[0050] The one or more NEs 102 may be dispersed throughout a geographic region to form the wireless communications system 100. One or more of the NEs 102 described herein may be or include or may be referred to as a network node, a base station, a network element, a network function, a network entity, a radio access network (RAN) , a NodeB, an eNodeB (eNB) , a next-generation NodeB (gNB) , or other suitable terminology. An NE 102 and a UE 104 may communicate via a communication link, which may be a wireless or wired connection. For example, an NE 102 and a UE 104 may perform wireless communication (e.g., receive signaling, transmit signaling) over a Uu interface.

[0051] An NE 102 may provide a geographic coverage area for which the NE 102 may support services for one or more UEs 104 within the geographic coverage area. For example, an NE 102 and a UE 104 may support wireless communication of signals related to services (e.g., voice, video, packet data, messaging, broadcast, etc. ) according to one or multiple radio access technologies. In some implementations, an NE 102 may be moveable, for example, a satellite associated with a non-terrestrial network (NTN) . In some implementations, different geographic coverage areas associated with the same or different radio access technologies may overlap, but the different geographic coverage areas may be associated with different NEs 102.

[0052] The one or more UEs 104 may be dispersed throughout a geographic region of the wireless communications system 100. A UE 104 may include or may be referred to as a  remote unit, a mobile device, a wireless device, a remote device, a subscriber device, a transmitter device, a receiver device, or some other suitable terminology. In some implementations, the UE 104 may be referred to as a unit, a station, a terminal, or a client, among other examples. Additionally, or alternatively, the UE 104 may be referred to as an Internet-of-Things (IoT) device, an Internet-of-Everything (IoE) device, or machine-type communication (MTC) device, among other examples.

[0053] A UE 104 may be able to support wireless communication directly with other UEs 104 over a communication link. For example, a UE 104 may support wireless communication directly with another UE 104 over a device-to-device (D2D) communication link. In some implementations, such as vehicle-to-vehicle (V2V) deployments, vehicle-to-everything (V2X) deployments, or cellular-V2X deployments, the communication link may be referred to as a sidelink. For example, a UE 104 may support wireless communication directly with another UE 104 over a PC5 interface.

[0054] An NE 102 may support communications with the CN 106, or with another NE 102, or both. For example, an NE 102 may interface with other NE 102 or the CN 106 through one or more backhaul links (e.g., S1, N2, N3, or another network interface) . In some implementations, the NEs 102 may communicate with each other directly. In some other implementations, the NEs 102 may communicate with each other indirectly (e.g., via the CN 106) . In some implementations, one or more NEs 102 may include subcomponents, such as an access network entity, which may be an example of an access node controller (ANC) . An ANC may communicate with the one or more UEs 104 through one or more other access network transmission entities, which may be referred to as radio heads, smart radio heads, or transmission-reception points (TRPs) .

[0055] The CN 106 may support user authentication, access authorization, tracking, connectivity, and other access, routing, or mobility functions. The CN 106 may be an evolved packet core (EPC) , or a 5G core (5GC) , which may include a control plane entity that manages access and mobility (e.g., a mobility management entity (MME) , an access and mobility management function (AMF) ) and a user plane entity that routes packets or interconnects to external networks (e.g., a serving gateway (S-GW) , a Packet Data Network (PDN) gateway (P-GW) , or a user plane function (UPF) ) . In some implementations, the  control plane entity may manage non-access stratum (NAS) functions, such as mobility, authentication, and bearer management (e.g., data bearers, signal bearers, etc. ) for the one or more UEs 104 served by the one or more NEs 102 associated with the CN 106.

[0056] The CN 106 may communicate with a packet data network over one or more backhaul links (e.g., via an S1, N2, N3, or another network interface) . The packet data network may include an application server. In some implementations, one or more UEs 104 may communicate with the application server. A UE 104 may establish a session (e.g., a protocol data unit (PDU) session, or the like) with the CN 106 via an NE 102. The CN 106 may route traffic (e.g., control information, data, and the like) between the UE 104 and the application server using the established session (e.g., the established PDU session) . The PDU session may be an example of a logical connection between the UE 104 and the CN 106 (e.g., one or more network functions of the CN 106) .

[0057] In the wireless communications system 100, the NEs 102 and the UEs 104 may use resources of the wireless communications system 100 (e.g., time resources (e.g., symbols, slots, subframes, frames, or the like) or frequency resources (e.g., subcarriers, carriers) ) to perform various operations (e.g., wireless communications) . In some implementations, the NEs 102 and the UEs 104 may support different resource structures. For example, the NEs 102 and the UEs 104 may support different frame structures. In some implementations, such as in 4G, the NEs 102 and the UEs 104 may support a single frame structure. In some other implementations, such as in 5G and among other suitable radio access technologies, the NEs 102 and the UEs 104 may support various frame structures (i.e., multiple frame structures) . The NEs 102 and the UEs 104 may support various frame structures based on one or more numerologies.

[0058] One or more numerologies may be supported in the wireless communications system 100, and a numerology may include a subcarrier spacing and a cyclic prefix. A first numerology (e.g., μ=0) may be associated with a first subcarrier spacing (e.g., 15 kHz) and a normal cyclic prefix. In some implementations, the first numerology (e.g., μ=0) associated with the first subcarrier spacing (e.g., 15 kHz) may utilize one slot per subframe. A second numerology (e.g., μ=1) may be associated with a second subcarrier spacing (e.g., 30 kHz) and a normal cyclic prefix. A third numerology (e.g., μ=2) may be associated with a third  subcarrier spacing (e.g., 60 kHz) and a normal cyclic prefix or an extended cyclic prefix. A fourth numerology (e.g., μ=3) may be associated with a fourth subcarrier spacing (e.g., 120 kHz) and a normal cyclic prefix. A fifth numerology (e.g., μ=4) may be associated with a fifth subcarrier spacing (e.g., 240 kHz) and a normal cyclic prefix.

[0059] A time interval of a resource (e.g., a communication resource) may be organized according to frames (also referred to as radio frames) . Each frame may have a duration, for example, a 10 millisecond (ms) duration. In some implementations, each frame may include multiple subframes. For example, each frame may include 10 subframes, and each subframe may have a duration, for example, a 1 ms duration. In some implementations, each frame may have the same duration. In some implementations, each subframe of a frame may have the same duration.

[0060] Additionally or alternatively, a time interval of a resource (e.g., a communication resource) may be organized according to slots. For example, a subframe may include a number (e.g., quantity) of slots. The number of slots in each subframe may also depend on the one or more numerologies supported in the wireless communications system 100. For instance, the first, second, third, fourth, and fifth numerologies (i.e., μ=0, μ=1, μ=2, μ=3, μ=4) associated with respective subcarrier spacings of 15 kHz, 30 kHz, 60 kHz, 120 kHz, and 240 kHz may utilize a single slot per subframe, two slots per subframe, four slots per subframe, eight slots per subframe, and 16 slots per subframe, respectively. Each slot may include a number (e.g., quantity) of symbols (e.g., orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbols) . In some implementations, the number (e.g., quantity) of slots for a subframe may depend on a numerology. For a normal cyclic prefix, a slot may include 14 symbols. For an extended cyclic prefix (e.g., applicable for 60 kHz subcarrier spacing) , a slot may include 12 symbols. The relationship between the number of symbols per slot, the number of slots per subframe, and the number of slots per frame for a normal cyclic prefix and an extended cyclic prefix may depend on a numerology. It should be understood that reference to a first numerology (e.g., μ=0) associated with a first subcarrier spacing (e.g., 15 kHz) may be used interchangeably between subframes and slots.

[0061] In the wireless communications system 100, an electromagnetic (EM) spectrum may be split, based on frequency or wavelength, into various classes, frequency bands,  frequency channels, etc. By way of example, the wireless communications system 100 may support one or multiple operating frequency bands, such as frequency range designations FR1 (410 MHz –7.125 GHz) , FR2 (24.25 GHz –52.6 GHz) , FR3 (7.125 GHz –24.25 GHz) , FR4 (52.6 GHz –114.25 GHz) , FR4a or FR4-1 (52.6 GHz –71 GHz) , and FR5 (114.25 GHz –300 GHz) . In some implementations, the NEs 102 and the UEs 104 may perform wireless communications over one or more of the operating frequency bands. In some implementations, FR1 may be used by the NEs 102 and the UEs 104, among other equipment or devices for cellular communications traffic (e.g., control information, data) . In some implementations, FR2 may be used by the NEs 102 and the UEs 104, among other equipment or devices for short-range, high data rate capabilities.

[0062] FR1 may be associated with one or multiple numerologies (e.g., at least three numerologies) . For example, FR1 may be associated with a first numerology (e.g., μ=0) , which includes 15 kHz subcarrier spacing; a second numerology (e.g., μ=1) , which includes 30 kHz subcarrier spacing; and a third numerology (e.g., μ=2) , which includes 60 kHz subcarrier spacing. FR2 may be associated with one or multiple numerologies (e.g., at least 2 numerologies) . For example, FR2 may be associated with a third numerology (e.g., μ=2) , which includes 60 kHz subcarrier spacing; and a fourth numerology (e.g., μ=3) , which includes 120 kHz subcarrier spacing.

[0063] In the far field, an electromagnetic wave (EM wave) may be approximated by a plane wave or combinations of plane waves. MIMO transmission in the far field uses multiple transmission ranks, wherein each rank may be associated with a transmission path, i.e., a singular mode of a spatial channel. In the far field, a channel matrix H may be as follows:

[0064] where

[0065] Np is the rank number (also the path number) ;

[0066] βn is a complex number representing the amplitude and phase for the channel of path n;

[0067] is an array response function of an antenna array at the receiver for path n;

[0068] corresponds to an angle of arrival (AOA) at the receiver for path n;

[0069] is an array response function of an antenna array at the transmitter for path n; and

[0070] corresponds to an angle of departure (AOD) at the transmitter for path n.

[0071] Herein, for a matrix A, AT is its transpose and AH is its Hermitian matrix (conjugate transpose) .

[0072] In a line of sight (LOS) channel deficient of significant reflector, the rank number is 1, and the channel matrix H becomes:

[0073] Without the reflection path, the rank of the channel matrix is 1 no matter how many antenna elements are used in the transmitting antenna array or the receiving antenna array. This makes the transmission in the LOS channel rank-deficient. In other words, this makes it impossible to transmit multiple data streams in the LOS channel due to lack of degree of freedom in the channel, and it is hard to improve the spectral efficiency merely by increasing the transmission power.

[0074] Accordingly, for the LOS channel, MIMO transmission is plagued by lack of degree of freedoms due to lack of scatters in the channel.

[0075] However, the situation may change as the receiver gets closer to the transmitter and gets into the near field of the transmitting antenna array of the transmitter.

[0076] In the near field (i.e., z≤zR, where z is a distance between the transmitter and the receiver, and zR is the Rayleigh distance of the transmitting antenna array) , the propagation of the EM wave may be modelled by a spherical wave, and thus the transmission rank may increase even without additional reflection path (s) . This introduces a higher degree of spatial diversity in the channel and improve the inherent rank of the LOS channel. The increased rank in the channel can be used to transmit multiple data streams in MIMO transmission.

[0077] The present disclosure provides solutions for performing data transmission with the increased rank by using a special kind of EM wave (e.g., an EM wave with a certain structure, also referred to as structured EM wave or structured light) . In particular, the present disclosure provides solutions for performing LOS MIMO transmission in near field using TEM mode (s) .

[0078] A TEM mode is a special class of electromagnetic waves traveling in free space with both the electric field and the magnetic field perpendicular to the direction of propagation of the wave. In the case of near field, multiple TEM modes may be used together and transmit multiple data streams, which may enhance the channel capacity. The TEM modes can be generated using a uniform planar antenna array. Currently, this kind of transmission modes is not used for wireless transmission.

[0079] TEM modes may be represented by a set of solutions of the paraxial Helmholtz equation in a uniform dielectric media such as air or vacuum. In the Cartesian coordinate, assuming that the direction of propagation is the direction of the z axis, by separating x and y components, a set of orthonormal solutions can be obtained as products of x and y terms, and defined by a pair of integer numbers (l, m) (also referred to as mode number) with Hermite polynomials as follows:

[0080] wherein

[0081] is the radius of the beam at z (given that the complex beam parameter q (z) is calculated as q (z) =z+izR) , w0 is the size of the beam waist at the origin, and zR is the Rayleigh distance, which may be determined as where n is the refraction of index (n=1 for vacuum or air) , and λ is the wavelength;

[0082] Hn (x) is the Hermite polynomial (the physicist's type) of order n, and

[0083] is the radius of curvature of the wavefront at z, that is, the curvature of the wavefront at z is

[0084] is the wavevector; and

[0085] is Gouy's phase and is the only phase term that depends on both l and m.

[0086] The electric field can be decomposed into a set of different TEM (l, m) terms and be represented by a summation over these TEM (l, m) terms as follows:

[0087] Hn (x) , i.e., the n-th order Hermite polynomial, is a polynomial of order n with leading coefficient 2n. Hn (x) is an n-th degree polynomial with n zeros on the real axis. High order Hermite polynomials can be generated from lower order polynomials using the recurrent formula as follows: Hn+1 (x) =2xHn (x) -2nHn-1 (x) .

[0088] Hermite polynomials are not normalized or orthogonal in the normal sense, but Hermite polynomials of different orders are orthogonal with respect to the weight function

[0089] δm, n is the Kronecker delta.

[0090] The first few physicist's Hermite polynomials are as follows: H0 (x) =1, H1 (x) =2x, H2 (x) =4x2-2, H3 (x) =8x3-12x, H4 (x) =16x4-48x2+12.

[0091] Each pair of integer numbers (l, m) may represent a unique propagation mode (referred to as TEM mode (l, m) or mode (l, m) ) that is orthogonal to the other modes in space. These TEM modes are also called Hermite-Gaussian (HG) modes in the field of optics. Different TEM modes form a set of orthogonal bases, which means that mode (l, m) and mode (l′, m′) are orthogonal to each other when l≠l′or m≠m′ (or when l≠l′and m≠m′) . This makes them ideal to carry different data layers for spatial multiplexing in free space.

[0092] In ψl, m (x, y, z) , the terms determining the phase is:

[0093] As can be seen, the phase has a spherical phase front with a curvature decreasing with z. This is different from Laguerre-Gaussian modes (e.g., orbital angular momentum (OAM) modes) which have a spiral wavefront and are more subject to divergence as they travel through space. Another property is that the curvatures of different TEM modes remain almost the same, so different TEM modes do not diverge easily as they travel through space. This makes the TEM modes more suitable to transmit with higher ranks over a longer distance than OAM modes.

[0094] Because different TEM modes are orthogonal in space, data streams transmitted using multiple TEM modes can be superimposed and transmitted together, where each data stream is transmitted using a different TEM mode. Different TEM modes can be transmitted using the same power or different powers. Multiple rank transmission is thus achieved.

[0095] TEM modes can be transmitted using a uniform planar antenna array, where the antennas (also referred to as antenna elements) are arranged in a rectangular array, for example, a uniform 2D rectangular grid. Each antenna may have its own radio frequency (RF) chain so its transmitted signal (e.g., phase and / or amplitude of the transmitted signal) can be independently controlled.

[0096] Figure 2 illustrates an example of a rectangular antenna array in accordance with aspects of the present disclosure.

[0097] The rectangular antenna array may be a 2D uniform rectangular antenna array that can transmit signals using TEM modes. Each antenna element may have 1 unidirectional  polarized dipole antenna or 2 cross-polarized dipole antennas (e.g., a pair of cross-polarized  antennas as shown in Figure 2) .

[0098] In Figure 2, there are 2Nx+1 antenna elements (indexed from -Nx to Nx) in each row in the x direction, and 2Ny+1 antenna elements (indexed from -Ny to Ny) in each column in the y direction. Therefore, a total number of antenna elements in the antenna array is (2Nx+1) × (2Ny+1 ) . The distance between adjacent antennas is D in both the xand y directions. In the case that Nx is equal to Ny, the antenna array is a square antenna array having (2Nx+1) 2 or (2Ny+1) 2 antenna elements. It is contemplated that the number of antenna elements in each row and / or each column of the antenna array may be even without departing from the spirit of the present disclosure.

[0099] The antenna array may be a transmitting antenna array at a transmitting apparatus or a receiving antenna array at a receiving apparatus.

[0100] It is assumed that the direction of data transmission is the z direction. As mentioned above, the electric field for TEM mode (l, m) may be represented as follows:

[0101] where the value of El, m is and Pl, m is a power for the data transmission using TEM mode (l, m) .

[0102] When z=0, the electric field becomes:

[0103] Therefore, when the transmitting antenna array is placed at z=0, the antenna array plane is perpendicular to the z direction, and the center of the transmitting antenna array is the origin (i.e., the center of the transmitting antenna array is at (0, 0, 0) ) , to transmit a signal sl, m using TEM mode (l, m) , an antenna element (i, j) (-Nx≤i≤Nx and -Ny≤j≤Ny) at location (xi, yj) transmits a signal tl, m (i, j) :

[0104] where sl, m is the normalized modulation symbol sent with TEM mode (l, m) .

[0105] For cross-polarized antennas as shown in Figure 2, a pair of data symbols  may be transmitted using the two polarization directions with the same power, and the signal transmitted by the antenna element (i, j) may include two signals for the two polarization directions, respectively, as follows:

[0106] The collection of parameters for transmitting mode (l, m) for all the antenna elements, Wl, m, may be represented as follows:

[0107] Wl, m= [wl, m (i, j) ] , -Nx≤i≤Nx and -Ny≤j≤Ny,

[0108] where

[0109] In other words, Wl, m is a transmission spatial filter or precoding matrix for TEM mode (l, m) .

[0110] When more than one TEM mode are used for data transmission, the signal transmitted from the antenna element (i, j) is the summation of all the used TEM modes:

[0111] where MT is a set of TEM modes used for transmission.

[0112] For a cross-polarized antenna element (i, j) , the signal transmitted may be represented as follows (i.e., including t+ (i, j) and t- (i, j) ) :

[0113] Figures 3A-3H illustrate power profiles of electric fields for different TEM modes on a transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure. In these examples, the carrier frequency is 30GHz, w0=0.25m, and the transmitting antenna array plane is at z=0×zR=0.

[0114] Figure 3A illustrates the power profile of the electric field for TEM mode (0, 0) on the transmitting antenna array plane, in which there is one peak in the power profile.

[0115] Figure 3B illustrates the power profile of the electric field for TEM mode (0, 1) on the transmitting antenna array plane, in which there are two peaks in the power profile.

[0116] Figure 3C illustrates the power profile of the electric field for TEM mode (1, 0) on the transmitting antenna array plane, in which there are two peaks in the power profile.

[0117] Figure 3D illustrates the power profile of the electric field for TEM mode (1, 1) on the transmitting antenna array plane, in which there are four peaks in the power profile.

[0118] Figure 3E illustrates the power profile of the electric field for TEM mode (2, 1) on the transmitting antenna array plane, in which there are six peaks in the power profile.

[0119] Figure 3F illustrates a 2D view of the power profile of the electric field for TEM mode (2, 1) on the transmitting antenna array plane as illustrated in Figure 3E.

[0120] Figure 3G illustrates the power profile of the electric field for TEM mode (2, 2) on the transmitting antenna array plane, in which there are nine peaks in the power profile.

[0121] Figure 3H illustrates the power profile of the electric field for TEM mode (3, 3) on the transmitting antenna array plane, in which there are sixteen peaks in the power profile.

[0122] The power profile of the electric field for a TEM mode may also correspond to a beam profile of the TEM mode. The shape and size of the transmitting antenna array may be designed based on the beam profile (s) of the TEM mode (s) used for transmission.

[0123] As shown in Figures 3A-3H, on the transmitting antenna array plane, almost all power of the beam of TEM mode (l, m) falls within a rectangular area. The long side of the rectangular area is determined by the larger one of l and m, and the short side of the rectangular area is determined by the smaller one of l and m. The beam profiles of TEM mode  (l, m) and TEM mode (m, l) are just 90° rotation of each other. For the transmitting antenna array to transmit the beam of TEM mode (l, m) , the aforementioned rectangular area with significant power of the beam should be covered with antenna elements, while the area outside of the rectangular area does not need to be covered with antenna elements since no significant power is emitted from such area. The shape and size of the transmitting antenna array may be determined by the TEM mode (s) used for transmission. Given the TEM mode (s) used for transmission, the shape and size of the transmitting antenna array required can be calculated. When the TEM modes are always used in pairs (i.e., both mode (l, m) and mode (m, l) are used) , they require a square area since the long side and short side of the rectangular area are identical.

[0124] Figure 4 illustrates an exemplary antenna array design with a beam profile (2D view) of TEM mode (2, 1) superimposed on the antenna array in accordance with aspects of the present disclosure.

[0125] The beam profile of TEM mode (2, 1) may correspond to the power profile illustrated in Figure 3F. Figure 4 shows the rectangular area with significant power of the beam of TEM mode (2, 1) . To cover such a rectangular area, 16x16 antenna elements are required to be used.

[0126] The required antenna array size increases with the mode number. Because the beam pattern of TEM mode (l, m) is always larger than or equal to that of TEM mode (l′, m′) for l≥l′, m≥m′, when TEM mode (l, m) is used, all the TEM modes (l′, m′) where l≥l′≥0, m≥m′≥0 can be used as well. Let lmax and mmax be the largest mode number in the x and y directions, respectively, that can be transmitted by a rectangular antenna array, the total number of TEM modes that can be transmitted by this antenna array is lmaxmmax. In the case of cross-polarized antennas as shown in Figure 2, a total number of 2lmaxmmaxdata streams can be transmitted, wherein lmaxmmax data streams can be transmitted in each polarization direction.

[0127] At the receiving apparatus side, a 2D uniform rectangular antenna array as shown in Figure 2 may also be used for receiving data stream (s) transmitted with TEM mode (s) . It is assumed that the direction of data transmission is the z direction, the receiving antenna  array plane is perpendicular to the z direction and is aligned with the transmitting antenna array plane in the x and y directions, and the distance between the transmitting antenna array and the receiving antenna array is zr. In some embodiments of the present disclosure, the value of zr may range from 0 to zR, where zR is the Rayleigh distance of the transmitting antenna array. The center of the receiving antenna array is at (0, 0, zr) . Because signals for two polarization directions in the cross-polarization case can be processed independently, one of them is studied in order to derive a unified solution for the uni-polarization case and the cross-polarization case. Ideally the electric field on the XY-plane at zr may be calculated as follows:

[0128] The signal received by an antenna element (i, j) (-Nx≤i≤Nx and -Ny≤j≤Ny) at location (xi, yj) on the receiving antenna array plane in the corresponding polarization direction may be calculated as:

[0129] where rs (i, j, zr) is the signal part and ni, j is the noise part at the antenna element (i, j) .

[0130] To recover the modulation symbol sl, m from TEM mode (l, m) , the receiving apparatus may apply a coefficient cl, m (i, j) * to antenna element (i, j) and sum over all the antenna elements, and calculate the received signal as follows:

[0131] where:

[0132] The collection Cl, m= [cl, m (i, j) ] (-Nx≤i≤Nx and -Ny≤j≤Ny) is a reception spatial filter for receiving the data stream transmitted using TEM mode (l, m) .

[0133] For the signal part, i.e.  assuming that the receiver is large enough, that is, the receiving antenna array of the receiving apparatus is large enough to capture the signal in its area, the summation may be approximated with the integration over the receiving antenna array plane (i.e. the XY plane) as follows:

[0134] If the receiving antenna array is large enough to capture the signal in its area, the channel for TEM mode (l, m) may have an effective channel coefficient of 1 and different TEM modes are mutual orthogonal. This is the channel coefficient for TEM mode (l, m) when the proper reception spatial filter Cl, m is used. In a matrix form, the channel matrix is the identity matrix and the received signal may be represented as: Us=Es.

[0135] Where E represent the channel matrix, and s is a vector representing the transmitted signal.

[0136] The noise part for TEM mode (l, m) , i.e. nl, m, is calculated as follows:

[0137] Assuming that the noise part at the antenna element (i, j) , i.e. ni, j, is zero-mean additive white Gaussian noise (AWGN) with a power pn, nl, m is a zero-mean AWGN with a power calculated as follows:

[0138] Both the matrix E ( [El, m] ) and the noise matrix N ( [nl, m] ) are diagonal matrices.

[0139] The transmitted signal s is received by the receiver through a set of parallel channels with a signal-to-noise ratio (SNR) for TEM mode (l, m) , and the SNR for TEM mode (l, m) , i.e. SNR (l, m) , may be calculated as follows:

[0140] The transmitted signal s can be estimated from the received signal per transmission mode using standard receiver algorithms, such as a minimum mean square error (MMSE) algorithm, or the like.

[0141] By transmitting signals with multiple TEM modes (l, m) and receiving these signals using their respective spatial filter cl, m*, multiple degrees of freedom are achieved and multiple data layers can be transmitted in parallel.

[0142] Similar to the transmitting antenna array, the size of the receiving antenna array required to collect most of the energy from the received beam pattern may be computed from simulation by designating a rectangular area to cover the beam pattern of the mode with the highest mode number (lmax, mmax) used for transmission on the receiving antenna array plane. Due to beam divergence, the size of the beam pattern increases proportionally to  At the Reyleigh distance, i.e. z=zR, the size of the beam pattern increases to times. The size of the receiving antenna array may need to be 1.414 times that of the transmitting antenna array at z=0 in both x and y directions, and the area of the receiving antenna array may be twice of that of the transmitting antenna array.

[0143] Figures 5A-5C illustrate beam profiles on the transmitting antenna array plane and the receiving antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0144] Figure 5A illustrates the beam profile of TEM mode (1, 0) on the transmitting antenna array plane (z=0) .

[0145] Figure 5B illustrates a theoretical ideal beam profile of TEM mode (1, 0) on the receiving antenna array plane (z=0.8zR) .

[0146] Following the propagation of the electromagnetic wave, for a transmitted signal, e.g. t (i, j) (-Nx≤i≤Nx and -Ny≤j≤Ny) for all antenna elements in the transmitting antenna array, the signal at any location with a location coordinate (x, y, z) may be calculated as:

[0147] where g () is the Green function of spherical wave in the near field:

[0148] Figure 5C illustrates the received signal power profile (corresponding to the beam profile) on the receiving antenna array plane (z=0.8zR) calculated using the Green function for wave propagation. It can be seen that the beam profiles shown in Figure 5B and Figure 5C are very close.

[0149] From the power profiles shown in Figures 3A-3H, it can be seen that the transmission power density of each TEM mode at the transmitting antenna array plane is highly uneven. This brings a challenge to the transmitter design if only a single mode is used. However, the highly uneven transmission power density changes when multiple TEM modes are added together.

[0150] Figure 6A illustrates a combined power profile of 16 different TEM modes on a transmitting antenna array plane (z=0) in accordance with aspects of the present disclosure. Figure 6B illustrates a combined power profile in dB of the 16 different TEM modes on the transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0151] The 16 different TEM modes may include modes (0, 0) , (0, 1) , (0, 2) , (0, 3) , (1, 0) , (1, 1) , (1, 2) , (1, 3) , (2, 0) , (2, 1) , (2, 2) , (2, 3) , (3, 0) , (3, 1) , (3, 2) , and (3, 3) , and signals are transmitted using these TEM modes with the same power. In the example shown in Figures 6A and 6B, w0=0.25m, the carrier frequency is 30GHz, and the distance between two neighboring antenna elements is d=0.025m.

[0152] As can be seen, the transmission power evens out in the central area of the transmitting antenna array, and quickly drops out of a square region (for example, 1m by 1m) . This makes it possible to implement the transmission by placing power amplifiers of the same power only in the central square region, and no significant loss will be caused.

[0153] When a rectangular antenna array is used, the largest mode number supported in one dimension may be larger than the largest mode number in the other dimension. Without loss of generality, assuming that lmax>mmax, the beam pattern will be more extended in the x direction than in the y direction, leading to an antenna array longer in the x direction.

[0154] Figure 7A illustrates a combined power profile of 6 different TEM modes on a transmitting antenna array plane (z=0) in accordance with aspects of the present disclosure. Figure 7B illustrates a combined power profile in dB of the 6 different TEM modes on the transmitting antenna array plane in accordance with aspects of the present disclosure.

[0155] The 6 different TEM modes may include modes (0, 0) , (0, 1) , (0, 2) , (0, 3) , (0, 4) , and (0, 5) , which are 6 TEM modes extended in one direction, and signals are transmitted using these TEM modes with the same power. In the example shown in Figures 7A and 7B, w0=0.25m, the carrier frequency is 30GHz, and the distance between two neighboring antenna elements is d=0.025m. The required transmitting antenna array needs to cover a rectangular area of 1.2m×0.4m with the longer side in the x direction.

[0156] Similar calculations may apply to the receiving antenna array. As the distance from the transmitting antenna array increases, the z coordinate of the receiving antenna array increases, leading to an increased beam waist (w (z) ) . The receiving power profile on the receiving antenna array plane increases proportionally with w (z) ) . The size of the receiving antenna array required for receiving the beam may be calculated by scaling the transmitting antenna array size by w (z)  / w0) , or calculated in a manner similar to that for the transmitting  antenna array size by using the distance z between the transmitting antenna array and the receiving antenna array.

[0157] The present disclosure proposes some solutions for performing data transmission with TEM mode (s) . In particular, in order to receive the data transmission transmitted with one or more TEM modes from a transmitting apparatus with a proper reception spatial filter, a receiving apparatus may need to know which TEM mode (s) are used for the data transmission. In addition, the receiving apparatus also needs to know how data layer (s) or data stream (s) are mapped to the used TEM mode (s) . There is a one-to-one mapping between the data layer (s) or data stream (s) and the TEM mode (s) . The transmitting apparatus may need to inform the receiving apparatus of the TEM mode used for each data layer or data stream.

[0158] The present disclosure proposes the following solutions for determining the aforementioned information.

[0159] Solution 1:

[0160] The total number of data streams and / or the TEM modes used may be preconfigured between the transmitting apparatus and the receiving apparatus. In some embodiments, a table (e.g. table 1 below) may be preconfigured and shared between the transmitting apparatus and the receiving apparatus before the data transmission, which indicates mapping between the data streams and the TEM modes. In the table, each TEM modes may be represented by an associated TEM mode index, e.g., its mode number. Each data steam may also be represented by an associated index.

[0161] Table 1: Mapping between data streams and TEM modes

[0162] Solution 2:

[0163] The total number of data streams and / or the TEM modes used may be dynamically indicated by the transmitting apparatus to the receiving apparatus via an indication or signaling, e.g., a dynamic control information (DCI) sent with a default mode.

[0164] For example, TEM mode (0, 0) may be pre-configured or pre-determined as a default mode for DCI transmission. The transmitting apparatus always transmits the DCI using TEM mode (0, 0) , and the receiving apparatus understands this and always receives the DCI in TEM mode (0, 0) . The DCI may contain information regarding the total number of data streams and / or the TEM mode used for each data stream.

[0165] As an example, the information contained in the DCI may have the form of (4, ( (0, 0) , (1, 0) , (0, 1) , (1, 1) ) , from which the information listed in the following table 2 can be determined:

[0166] Table 2

[0167] In some embodiments, the default mode is always used for transmitting one data layer. For example, the first data stream (e.g., x0) is always transmitted using the default mode. In an embodiment, the DCI may not contain information regarding the default mode. As an example, the information contained in the DCI may have the form of (4, ( (1, 0) , (0, 1) , (1, 1) ) , from which the information listed in the above table 2 can also be determined, given that TEM mode (0, 0) is pre-configured or pre-determined as the default mode and data stream x0 is always transmitted using the default mode.

[0168] In some other embodiments, the receiving apparatus may determine the total number of data streams and / or the TEM modes supported by itself, and may send such information to the transmitting apparatus. The transmitting apparatus may determine the total number of data streams and / or the TEM modes for data transmission between the transmitting apparatus and the receiving apparatus based on the above information, and then transmit an  indication to the receiving apparatus, to indicate the determined total number of data streams and / or the determined TEM modes.

[0169] Figure 8 illustrates an example of a UE 800 in accordance with aspects of the present disclosure. The UE 800 may include at least one processor 802 and at least one memory 804. Additionally, the UE 800 may also include one or more of at least one controller 806 or at least one transceiver 808. The processor 802, the memory 804, the controller 806, or the transceiver 808, or various combinations thereof or various components thereof may be examples of means for performing various aspects of the present disclosure as described herein. These components may be coupled (e.g., operatively, communicatively, functionally, electronically, electrically) via one or more interfaces.

[0170] The processor 802, the memory 804, the controller 806, or the transceiver 808, or various combinations or components thereof may be implemented in hardware (e.g., circuitry) . The hardware may include a processor, a digital signal processor (DSP) , an application-specific integrated circuit (ASIC) , or other programmable logic device, or any combination thereof configured as or otherwise supporting a means for performing the functions described in the present disclosure.

[0171] The processor 802 may include an intelligent hardware device (e.g., a general-purpose processor, a DSP, a CPU, an ASIC, an FPGA, or any combination thereof) . In some implementations, the processor 802 may be configured to operate the memory 804. In some other implementations, the memory 804 may be integrated into the processor 802. The processor 802 may be configured to execute computer-readable instructions stored in the memory 804 to cause the UE 800 to perform various functions of the present disclosure.

[0172] The memory 804 may include volatile or non-volatile memory. The memory 804 may store computer-readable, computer-executable code including instructions when executed by the processor 802 cause the UE 800 to perform various functions described herein. The code may be stored in a non-transitory computer-readable medium such as the memory 804 or another type of memory. Computer-readable media includes both non-transitory computer storage media and communication media including any medium that facilitates transfer of a computer program from one place to another. A non-transitory storage  medium may be any available medium that may be accessed by a general-purpose or special-purpose computer.

[0173] In some implementations, the processor 802 and the memory 804 coupled with the processor 802 may be configured to cause the UE 800 to perform one or more of the functions described herein (e.g., executing, by the processor 802, instructions stored in the memory 804) . For example, the processor 802 may support wireless communication at the UE 800 in accordance with examples as disclosed herein. The UE 800 may be configured to support a means for performing the operations of the methods described in the embodiments of the present disclosure.

[0174] In an embodiment, the UE 800 may be or include a transmitting apparatus, and the processor 802 may be configured to cause the UE 800 to: determine one or more TEM modes for one or more data streams; and transmit, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously; wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.

[0175] In another embodiment, the UE 800 may be or include a receiving apparatus, and the processor 802 may be configured to cause the UE 800 to: receive, from a transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously; wherein each data stream is associated with a corresponding TEM mode in one or more TEM modes.

[0176] The controller 806 may manage input and output signals for the UE 800. The controller 806 may also manage peripherals not integrated into the UE 800. In some implementations, the controller 806 may utilize an operating system such as or other operating systems. In some implementations, the controller 806 may be implemented as part of the processor 802.

[0177] In some implementations, the UE 800 may include at least one transceiver 808. In some other implementations, the UE 800 may have more than one transceiver 808. The transceiver 808 may represent a wireless transceiver. The transceiver 808 may include one or more receiver chains 810, one or more transmitter chains 812, or a combination thereof.

[0178] A receiver chain 810 may be configured to receive signals (e.g., control information, data, packets) over a wireless medium. For example, the receiver chain 810 may  include one or more antennas for receive the signal over the air or wireless medium. The receiver chain 810 may include at least one amplifier (e.g., a low-noise amplifier (LNA) ) configured to amplify the received signal. The receiver chain 810 may include at least one demodulator configured to demodulate the receive signal and obtain the transmitted data by reversing the modulation technique applied during transmission of the signal. The receiver chain 810 may include at least one decoder for decoding the demodulated signal to receive the transmitted data.

[0179] A transmitter chain 812 may be configured to generate and transmit signals (e.g., control information, data, packets) . The transmitter chain 812 may include at least one modulator for modulating data onto a carrier signal, preparing the signal for transmission over a wireless medium. The at least one modulator may be configured to support one or more techniques such as amplitude modulation (AM) , frequency modulation (FM) , or digital modulation schemes like phase-shift keying (PSK) or quadrature amplitude modulation (QAM) . The transmitter chain 812 may also include at least one power amplifier configured to amplify the modulated signal to an appropriate power level suitable for transmission over the wireless medium. The transmitter chain 812 may also include one or more antennas for transmitting the amplified signal into the air or wireless medium.

[0180] Figure 9 illustrates an example of a processor 900 in accordance with aspects of the present disclosure. The processor 900 may be an example of a processor configured to perform various operations in accordance with examples as described herein. The processor 900 may include a controller 902 configured to perform various operations in accordance with examples as described herein. The processor 900 may optionally include at least one memory 904, which may be, for example, an L1 / L2 / L3 cache. Additionally, or alternatively, the processor 900 may optionally include one or more arithmetic-logic units (ALUs) 906. One or more of these components may be in electronic communication or otherwise coupled (e.g., operatively, communicatively, functionally, electronically, electrically) via one or more interfaces (e.g., buses) .

[0181] The processor 900 may be a processor chipset and include a protocol stack (e.g., a software stack) executed by the processor chipset to perform various operations (e.g., receiving, obtaining, retrieving, transmitting, outputting, forwarding, storing, determining,  identifying, accessing, writing, reading) in accordance with examples as described herein. The processor chipset may include one or more cores, one or more caches (e.g., memory local to or included in the processor chipset (e.g., the processor 900) or other memory (e.g., random access memory (RAM) , read-only memory (ROM) , dynamic RAM (DRAM) , synchronous dynamic RAM (SDRAM) , static RAM (SRAM) , ferroelectric RAM (FeRAM) , magnetic RAM (MRAM) , resistive RAM (RRAM) , flash memory, phase change memory (PCM) , and others) .

[0182] The controller 902 may be configured to manage and coordinate various operations (e.g., signaling, receiving, obtaining, retrieving, transmitting, outputting, forwarding, storing, determining, identifying, accessing, writing, reading) of the processor 900 to cause the processor 900 to support various operations in accordance with examples as described herein. For example, the controller 902 may operate as a control unit of the processor 900, generating control signals that manage the operation of various components of the processor 900. These control signals include enabling or disabling functional units, selecting data paths, initiating memory access, and coordinating timing of operations.

[0183] The controller 902 may be configured to fetch (e.g., obtain, retrieve, receive) instructions from the memory 904 and determine subsequent instruction (s) to be executed to cause the processor 900 to support various operations in accordance with examples as described herein. The controller 902 may be configured to track memory address of instructions associated with the memory 904. The controller 902 may be configured to decode instructions to determine the operation to be performed and the operands involved. For example, the controller 902 may be configured to interpret the instruction and determine control signals to be output to other components of the processor 900 to cause the processor 900 to support various operations in accordance with examples as described herein. Additionally, or alternatively, the controller 902 may be configured to manage flow of data within the processor 900. The controller 902 may be configured to control transfer of data between registers, arithmetic logic units (ALUs) , and other functional units of the processor 900.

[0184] The memory 904 may include one or more caches (e.g., memory local to or included in the processor 900 or other memory, such as RAM, ROM, DRAM, SDRAM,  SRAM, MRAM, flash memory, etc. In some implementations, the memory 904 may reside within or on a processor chipset (e.g., local to the processor 900) . In some other implementations, the memory 904 may reside external to the processor chipset (e.g., remote to the processor 900) .

[0185] The memory 904 may store computer-readable, computer-executable code including instructions that, when executed by the processor 900, cause the processor 900 to perform various functions described herein. The code may be stored in a non-transitory computer-readable medium such as system memory or another type of memory. The controller 902 and / or the processor 900 may be configured to execute computer-readable instructions stored in the memory 904 to cause the processor 900 to perform various functions. For example, the processor 900 and / or the controller 902 may be coupled with or to the memory 904, the processor 900, the controller 902, and the memory 904 may be configured to perform various functions described herein. In some examples, the processor 900 may include multiple processors and the memory 904 may include multiple memories. One or more of the multiple processors may be coupled with one or more of the multiple memories, which may, individually or collectively, be configured to perform various functions herein.

[0186] The one or more ALUs 906 may be configured to support various operations in accordance with examples as described herein. In some implementations, the one or more ALUs 906 may reside within or on a processor chipset (e.g., the processor 900) . In some other implementations, the one or more ALUs 906 may reside external to the processor chipset (e.g., the processor 900) . One or more ALUs 906 may perform one or more computations such as addition, subtraction, multiplication, and division on data. For example, one or more ALUs 906 may receive input operands and an operation code, which determines an operation to be executed. One or more ALUs 906 be configured with a variety of logical and arithmetic circuits, including adders, subtractors, shifters, and logic gates, to process and manipulate the data according to the operation. Additionally, or alternatively, the one or more ALUs 906 may support logical operations such as AND, OR, exclusive-OR (XOR) , not-OR (NOR) , and not-AND (NAND) , enabling the one or more ALUs 906 to handle conditional operations, comparisons, and bitwise operations.

[0187] The processor 900 may support wireless communication in accordance with examples as disclosed herein. The processor 900 may be configured to or operable to support a means for performing the operations of the methods described in the embodiments of the present disclosure.

[0188] In an embodiment, the processor 900 may be applicable for a transmitting apparatus or a device with similar functions. The controller 902 may be configured to cause the processor 900 to: determine one or more TEM modes for one or more data streams; and transmit, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously; wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.

[0189] In another embodiment, the processor 900 may be applicable for a receiving apparatus or a device with similar functions. The controller 902 may be configured to cause the processor 900 to: receive, from a transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously; wherein each data stream is associated with a corresponding TEM mode in one or more TEM modes.

[0190] Figure 10 illustrates an example of an NE 1000 in accordance with aspects of the present disclosure. The NE 1000 may include at least one processor 1002 and at least one memory 1004. Additionally, the NE 1000 may also include one or more of at least one controller 1006 or at least one transceiver 1008. The processor 1002, the memory 1004, the controller 1006, or the transceiver 1008, or various combinations thereof or various components thereof may be examples of means for performing various aspects of the present disclosure as described herein. These components may be coupled (e.g., operatively, communicatively, functionally, electronically, electrically) via one or more interfaces. In some embodiments, the NE may be a base station or a relay node.

[0191] The processor 1002, the memory 1004, the controller 1006, or the transceiver 1008, or various combinations or components thereof may be implemented in hardware (e.g., circuitry) . The hardware may include a processor, a digital signal processor (DSP) , an application-specific integrated circuit (ASIC) , or other programmable logic device, or any combination thereof configured as or otherwise supporting a means for performing the functions described in the present disclosure.

[0192] The processor 1002 may include an intelligent hardware device (e.g., a general-purpose processor, a DSP, a CPU, an ASIC, an FPGA, or any combination thereof) . In some implementations, the processor 1002 may be configured to operate the memory 1004. In some other implementations, the memory 1004 may be integrated into the processor 1002. The processor 1002 may be configured to execute computer-readable instructions stored in the memory 1004 to cause the NE 1000 to perform various functions of the present disclosure.

[0193] The memory 1004 may include volatile or non-volatile memory. The memory 1004 may store computer-readable, computer-executable code including instructions when executed by the processor 1002 cause the NE 1000 to perform various functions described herein. The code may be stored in a non-transitory computer-readable medium such the memory 1004 or another type of memory. Computer-readable media includes both non-transitory computer storage media and communication media including any medium that facilitates transfer of a computer program from one place to another. A non-transitory storage medium may be any available medium that may be accessed by a general-purpose or special-purpose computer.

[0194] In some implementations, the processor 1002 and the memory 1004 coupled with the processor 1002 may be configured to cause the NE 1000 to perform one or more of the functions described herein (e.g., executing, by the processor 1002, instructions stored in the memory 1004) . For example, the processor 1002 may support wireless communication at the NE 1000 in accordance with examples as disclosed herein. The NE 1000 may be configured to support a means for performing the operations of the methods described in the embodiments of the present disclosure.

[0195] In an embodiment, the NE 1000 may be or include a transmitting apparatus, and the processor 1002 may be configured to cause the NE 1000 to: determine one or more TEM modes for one or more data streams; and transmit, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously; wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.

[0196] In another embodiment, the NE 1000 may be or include a receiving apparatus, and the processor 1002 may be configured to cause the NE 1000 to: receive, from a  transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously; wherein each data stream is associated with a corresponding TEM mode in one or more TEM modes.

[0197] The controller 1006 may manage input and output signals for the NE 1000. The controller 1006 may also manage peripherals not integrated into the NE 1000. In some implementations, the controller 1006 may utilize an operating system such as  or other operating systems. In some implementations, the controller 1006 may be implemented as part of the processor 1002.

[0198] In some implementations, the NE 1000 may include at least one transceiver 1008. In some other implementations, the NE 1000 may have more than one transceiver 1008. The transceiver 1008 may represent a wireless transceiver. The transceiver 1008 may include one or more receiver chains 1010, one or more transmitter chains 1012, or a combination thereof.

[0199] A receiver chain 1010 may be configured to receive signals (e.g., control information, data, packets) over a wireless medium. For example, the receiver chain 1010 may include one or more antennas for receive the signal over the air or wireless medium. The receiver chain 1010 may include at least one amplifier (e.g., a low-noise amplifier (LNA) ) configured to amplify the received signal. The receiver chain 1010 may include at least one demodulator configured to demodulate the receive signal and obtain the transmitted data by reversing the modulation technique applied during transmission of the signal. The receiver chain 1010 may include at least one decoder for decoding the demodulated signal to receive the transmitted data.

[0200] A transmitter chain 1012 may be configured to generate and transmit signals (e.g., control information, data, packets) . The transmitter chain 1012 may include at least one modulator for modulating data onto a carrier signal, preparing the signal for transmission over a wireless medium. The at least one modulator may be configured to support one or more techniques such as amplitude modulation (AM) , frequency modulation (FM) , or digital modulation schemes like phase-shift keying (PSK) or quadrature amplitude modulation (QAM) . The transmitter chain 1012 may also include at least one power amplifier configured to amplify the modulated signal to an appropriate power level suitable for transmission over the wireless medium. The transmitter chain 1012 may also include one or more antennas for transmitting the amplified signal into the air or wireless medium.

[0201] Figure 11 illustrates a flowchart of an exemplary method in accordance with aspects of the present disclosure. The operations of the method may be implemented by a transmitting apparatus as described herein or other apparatus with the like functions. In some implementations, the transmitting apparatus may execute a set of instructions to control the function elements of the transmitting apparatus to perform the described operations or functions.

[0202] At 1102, the method may include determining one or more TEM modes for one or more data streams. The operations of 1102 may be performed in accordance with examples as described herein. In some implementations, aspects of the operations of 1102 may be performed by a UE as described with reference to Figure 8, or an NE as described with reference to Figure 10.

[0203] At 1104, the method may include transmitting, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously, wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode. The operations of 1104 may be performed in accordance with examples as described herein. In some implementations, aspects of the operations of 1104 may be performed by a UE as described with reference to Figure 8, or an NE as described with reference to Figure 10.

[0204] In some embodiments, each TEM mode is a Hermite-Gaussian mode and is associated with an index associated with two parameters, wherein the two parameters are associated with two directions perpendicular to a transmission direction of the one or more data streams, respectively, and the two directions are perpendicular to each other.

[0205] In some embodiments, a total number of the one or more data streams is determined based on pre-configuration, or the one or more TEM modes are determined based on pre-configuration.

[0206] In some embodiments, the method further includes transmitting, to the receiving apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of the one or more data streams or index (es) associated with the one or more TEM modes.

[0207] In some embodiments, the signaling is transmitted using a default TEM mode, whose index is pre-configured.

[0208] In some embodiments, one of the one or more data streams is transmitted with the default TEM mode.

[0209] In some embodiments, the signaling indicates index (es) associated with the one or more TEM modes excluding the default TEM mode or including the default TEM mode.

[0210] In some embodiments, the method further includes receiving, from the receiving apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of data stream (s) supported by the receiving apparatus or index (es) associated with TEM mode (s) supported by the receiving apparatus.

[0211] In some embodiments, the transmitting apparatus further includes a rectangular antenna array for transmitting the one or more data streams.

[0212] In some embodiments, each data stream is transmitted with the rectangular antenna array using a transmission spatial filter associated with a corresponding TEM mode.

[0213] In some embodiments, the one or more data streams are transmitted with a same transmission power or different transmission powers.

[0214] It should be noted that the method described herein describes a possible implementation, and that the operations and the steps may be rearranged or otherwise modified and that other implementations are possible.

[0215] Figure 12 illustrates a flowchart of an exemplary method in accordance with aspects of the present disclosure. The operations of the method may be implemented by a receiving apparatus as described herein or other apparatus with the like functions. In some implementations, the receiving apparatus may execute a set of instructions to control the function elements of the receiving apparatus to perform the described operations or functions.

[0216] At 1202, the method may include determining one or more TEM modes for one or more data streams. The operations of 1202 may be performed in accordance with examples as described herein. In some implementations, aspects of the operations of 1202 may be  performed by a UE as described with reference to Figure 8, or an NE as described with reference to Figure 10. It should be noted that the operations of 1202 are optional.

[0217] At 1204, the method may include receiving, from the receiving apparatus, the one or more data streams simultaneously, wherein each data stream is associated with a corresponding TEM mode in the one or more TEM modes. The operations of 1204 may be performed in accordance with examples as described herein. In some implementations, aspects of the operations of 1204 may be performed by a UE as described with reference to Figure 8, or an NE as described with reference to Figure 10.

[0218] In some embodiments, each TEM mode is a Hermite-Gaussian mode and is associated with an index associated with two parameters, wherein the two parameters are associated with two directions perpendicular to a transmission direction of the one or more data streams, respectively, and the two directions are perpendicular to each other.

[0219] In some embodiments, a total number of the one or more data streams is determined based on pre-configuration, or the one or more TEM modes are determined based on pre-configuration.

[0220] In some embodiments, the method further includes receiving, from the transmitting apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of the one or more data streams or index (es) associated with the one or more TEM modes.

[0221] In some embodiments, the signaling is received on a data stream associated with a default TEM mode, whose index is pre-configured.

[0222] In some embodiments, one of the one or more data streams is associated with the default TEM mode.

[0223] In some embodiments, the signaling indicates index (es) associated with the one or more TEM modes excluding the default TEM mode or including the default TEM mode.

[0224] In some embodiments, the method further includes transmitting, to the transmitting apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of data stream (s)  supported by the receiving apparatus or index (es) associated with TEM mode (s) supported by the receiving apparatus.

[0225] In some embodiments, the receiving apparatus further includes a rectangular antenna array for receiving the one or more data streams.

[0226] In some embodiments, each data stream is received with the rectangular antenna array using a reception spatial filter associated with a corresponding TEM mode.

[0227] It should be noted that the method described herein describes a possible implementation, and that the operations and the steps may be rearranged or otherwise modified and that other implementations are possible.

[0228] The description herein is provided to enable a person having ordinary skill in the art to make or use the disclosure. Various modifications to the disclosure will be apparent to a person having ordinary skill in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other variations without departing from the scope of the disclosure. Thus, the disclosure is not limited to the examples and designs described herein but is to be accorded the broadest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

Claims

1.A transmitting apparatus for wireless communication, comprising:at least one memory; andat least one processor coupled with the at least one memory and configured to cause the transmitting apparatus to:determine one or more transverse electromagnetic (TEM) modes for one or more data streams; andtransmit, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously;wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.2.The transmitting apparatus of claim 1, wherein each TEM mode is a Hermite-Gaussian mode and is associated with an index associated with two parameters, and wherein the two parameters are associated with two directions perpendicular to a transmission direction of the one or more data streams, respectively, and the two directions are perpendicular to each other.3.The transmitting apparatus of claim 1, wherein a total number of the one or more data streams is determined based on pre-configuration, or the one or more TEM modes are determined based on pre-configuration.4.The transmitting apparatus of claim 1, wherein the at least one processor is further configured to cause the transmitting apparatus to:transmit, to the receiving apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of the one or more data streams or index (es) associated with the one or more TEM modes.5.The transmitting apparatus of claim 4, wherein the signaling is transmitted using a default TEM mode, whose index is pre-configured.6.The transmitting apparatus of claim 5, wherein one of the one or more data streams is transmitted with the default TEM mode.7.The transmitting apparatus of claim 5, wherein the signaling indicates index (es) associated with the one or more TEM modes excluding the default TEM mode or including the default TEM mode.8.The transmitting apparatus of claim 1, wherein the at least one processor is further configured to cause the transmitting apparatus to:receive, from the receiving apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of data stream (s) supported by the receiving apparatus or index (es) associated with TEM mode (s) supported by the receiving apparatus.9.The transmitting apparatus of claim 1, further comprising:a rectangular antenna array for transmitting the one or more data streams, wherein each data stream is transmitted with the rectangular antenna array using a transmission spatial filter associated with a corresponding TEM mode.10.A receiving apparatus for wireless communication, comprising:at least one memory; andat least one processor coupled with the at least one memory and configured to cause the receiving apparatus to:receive, from a transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously;wherein each data stream is associated with a corresponding transverse electromagnetic (TEM) mode in one or more TEM modes.11.The receiving apparatus of claim 10, wherein the at least one processor is further configured to cause the receiving apparatus to:determine the one or more TEM modes for the one or more data streams.12.The receiving apparatus of claim 10, wherein a total number of the one or more data streams is determined based on pre-configuration, or the one or more TEM modes are determined based on pre-configuration.13.The receiving apparatus of claim 10, wherein the at least one processor is further configured to cause the receiving apparatus to:receive, from the transmitting apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of the one or more data streams or index (es) associated with the one or more TEM modes.14.The receiving apparatus of claim 13, wherein the signaling is received on a data stream associated with a default TEM mode, whose index is pre-configured.15.The receiving apparatus of claim 14, wherein one of the one or more data streams is associated with the default TEM mode.16.The receiving apparatus of claim 14, wherein the signaling indicates index (es) associated with the one or more TEM modes excluding the default TEM mode or including the default TEM mode.17.The receiving apparatus of claim 10, wherein the at least one processor is further configured to cause the receiving apparatus to:transmit, to the transmitting apparatus, a signaling indicating at least one of a total number of data stream (s) supported by the receiving apparatus or index (es) associated with TEM mode (s) supported by the receiving apparatus.18.The receiving apparatus of claim 10, further comprising:a rectangular antenna array for receiving the one or more data streams, wherein each data stream is received with the rectangular antenna array using a reception spatial filter associated with a corresponding TEM mode.19.A processor for wireless communication, comprising:at least one controller coupled with at least one memory and configured to cause the processor to:determine one or more transverse electromagnetic (TEM) modes for one or more data streams; andtransmit, to a receiving apparatus, the one or more data streams with the one or more TEM modes simultaneously;wherein each data stream is transmitted with a corresponding TEM mode.20.A processor for wireless communication, comprising:at least one controller coupled with at least one memory and configured to cause the processor to:receive, from a transmitting apparatus, one or more data streams simultaneously;wherein each data stream is associated with a corresponding transverse electromagnetic (TEM) mode in one or more TEM modes.

Images