CN103703709B - 在无线通信系统中发送和接收同步信号和系统信息的方法和装置 - Google Patents

在无线通信系统中发送和接收同步信号和系统信息的方法和装置 Download PDF

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Abstract

基站在基于帧的无线通信系统的子帧的时隙中向移动站发送多个主同步信道(PSC)码元。基站还在子帧的时隙中向移动站发送多个副同步信道(SSC)码元。基于多个接收的连续PSC码元，移动站确定优选的接收器波束。

Description

在无线通信系统中发送和接收同步信号和系统信息的方法和 装置
技术领域
本申请总体涉及无线通信，更具体而言，涉及在无线通信系统中发送和接收同步信号和系统信息的方法和装置。
背景技术
移动通信已成为现代史上最成功的创新之一。最近，移动通信服务的用户数量超过五十亿，并且继续快速增长。同时，正在开发新的移动通信技术以满足不断增加的需求，并提供更多更好的移动通信应用和服务。这样的系统的一些实例是由3GPP2开发的1xEV-DO系统和cdma2000；由3GPP开发的LTE系统、HSPA和WCDMA；以及由IEEE开发的移动WiMAX系统。随着越来越多的人成为移动通信系统的用户，并且在这些系统上提供越来越多的服务，存在对具有更大容量、更高吞吐量、更低延时和更佳可靠性的移动通信系统的日益增加的需求。
发明内容
提供了一种在基站中使用的方法。该方法包括：在基于帧的无线通信系统的子帧的时隙中向移动站发送多个主同步信道(PSC)码元。该方法还包括：在所述子帧的所述时隙中向所述移动站发送多个副同步信道(SSC)码元。
提供了一种具有发送器路径的基站。所述发送器路径被配置为：在基于帧的无线通信系统的子帧的时隙中向移动站发送多个PSC码元。该发送器路径还被配置为：在所述子帧的所述时隙中向所述移动站发送多个SSC码元。
提供了一种具有接收器路径的移动站。所述接收器路径被配置为：在基于帧的无线通信系统的子帧的时隙中从基站接收多个PSC码元。所述接收器路径还被配置为：在所述子帧的所述时隙中从所述基站接收多个SSC码元。
在进行以下的具体实施方式之前，阐述贯穿本专利文件所使用的某些单词和短语的定义可能是有利的：术语“包括”和“包含”以及其派生词是指包括而没有限制；术语“或”是包括性的，是指和/或；短语“与...相关联”和“与其相关联”以及其派生词可能指包括、被包括在内、与……互连、包含、被包含在内、连接到或与……连接，耦合到或与……耦合、可与……通信、与……合作、插入、把……并列、接近……、被绑定到或与……绑定、具有、具有……属性等；术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部件，可以在硬件、固件或软件或者它们中的至少两个的某种组合中实现这样的设备。应当注意的是，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，无论是本地的还是远程的。贯穿本专利文件提供某些单词和短语的定义，本领域普通技术人员应该理解，在许多情况下，如果不是大多数情况下，这样的定义适用于这样定义的单词和短语的在先以及未来使用。
附图说明
为了更完整地理解本公开及其优点，现在参考下面结合附图进行的说明，在附图中相同的参考数字表示相同的部件：
图1示出根据此公开实施例的无线通信网络；
图2示出根据此公开实施例的正交频分多址(OFDMA)发送器路径的高层图；
图3示出根据此公开实施例的OFDMA接收器路径的高层图；
图4示出根据此公开实施例的5G系统的帧结构；
图5示出根据此公开实施例的5G系统的同步信号和广播控制信道的格式；
图6A和6B示出根据此公开实施例的5G系统的同步信号的示例；
图7示出根据此公开实施例的利用接收器波束成形的主同步信道(PSC)检测的方法；
图8A至8D示出根据此公开实施例的使用副同步信道(SSC)码元的循环前缀(CP)配置和码元定时的检测；
图9示出根据此公开实施例的使用广播控制信道(BCH)的子帧ID和发送器波束ID的检测的示例；
图10示出根据此公开实施例的用于在5G系统中发送同步信号和系统信息的另一种格式；
图11A和11B示出根据此公开实施例的PSC的示例；以及
图12示出根据此公开实施例的BCH发送的示例。
具体实施方式
下面论述的图1到图12以及用于描述此专利文件中本公开原理的各种实施例仅通过举例说明的方式，不应以任何方式解释为限制公开的范围。本领域技术人员将理解的是，可在任何适当布置的无线通信系统中实现本公开的原理。
以此方式将下列文件和标准描述并入本公开，如同在本文中完全阐述那样：(ⅰ)“Millimeter Wave Propagation:Spectrum Management Implications(毫米波传播：频谱管理含意)”，联邦通信委员会，工程和技术办公室，公告编号70，1997年7月(以下称为“REF1”)；(ⅱ)“An Introduction To Millimeter-Wave Mobile Broadband Systems(毫米波移动宽带系统介绍)”，Zhouyue Pi，Farooq Khan，IEEE通信杂志，2011年6月(以下称为“REF2”)；(ⅲ)3GPP技术规范第36.201号，“Evolved Universal Terrestrial RadioAccess(E-UTRA);Physical Layer-General Description（演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)；物理层-一般描述）”(以下称为“REF3”)；(ⅳ)3GPP技术规范第36.211号，“EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Physical Channels And Modulation(演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)；物理信道和调制)”(以下称为“REF4”)；(ⅴ)3GPP技术规范第36.212号，“Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Multiplexing And Channel Coding(演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)；复用和信道编码)”(以下称为“REF5”)；(ⅵ)3GPP技术规范第36.213号，“Evolved UniversalTerrestrial Radio Access(E-UTRA);Physical Layer Procedures(演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)；物理层过程)”(以下称为“REF6”)；(ⅶ)3GPP技术规范第36.214号，“EvolvedUniversal Terrestrial Radio Access(E-UTRA);Physical Layer–Measurements(演进的通用陆地无线接入(E-UTRA)；物理层-测量)”(以下称为“REF7”)；以及(ⅷ)Zhouyue Pi的号码为61/434,687、名为“Methods And Apparatus For Fast Synchronization Using TailBiting Convolution Codes(用于使用咬尾卷积码快速同步的方法和装置)”、2011年1月20日申请的美国临时专利申请(以下称为“REF8”)。
毫米波通常是指波长在1mm-10mm范围内的无线电波，其对应于30GHz-300GHz的无线电频率。这些无线电波展现出独特的传播特性。(还可参见REF1)。例如，和较低频率的无线电波相比，毫米波与较高的传播损耗相关联，具有较差的穿透物体(例如建筑物、墙壁、叶子)的能力，并且由于空气中的颗粒(例如雨滴)而更容易受到大气吸收、偏转和衍射影响。可替换地，由于它们较短的波长，更多毫米波天线可被放置在相对小的面积中，从而使能小形状因素的高增益天线。此外，由于上述感知的缺点，这些无线电波已比其他较低频率的无线电波较少得到利用。因此，一些行业可能以较低成本获得在该频带内的频谱。
可在毫米波频带内获得大量的频谱。例如，在世界上许多国家中，60GHz附近的频率(其通常被称为60GHz频带)可用作免授权频谱(unlicensed spectrum)。在美国，60GHz左右的7GHz频谱(57GHz-64GHz)被分配给免授权的使用。在2003年10月16日，联邦通信委员会(FCC)发布了一份报告和命令，其为美国的高密度固定无线服务分配了12.9GHz的频谱(即71-76GHz，81-86GHz和92-95GHz，不包含供联邦政府使用的94.0-94.1GHz)。在71-76GHz、81-86GHz和92-95GHz中的频率统称为E-频带。
几家公司正在开发能够实现吉比特/秒(Gbps)数据速率的毫米波通信系统。然而，由于诸如成本、复杂性、功率消耗和形状因素的问题，这些技术不适合于商用移动通信。这些系统中使用的电子元件，包括功率放大器、低噪声放大器、混频器、振荡器、合成器、波导管，尺寸过大且消耗过多的功率而不适用于移动通信。
最近，很多工程和商业努力尝试使用毫米波用于短距离无线通信。少数公司和工业财团已开发出技术和标准，用以使用几米之内(即，可达10米)的免授权的60GHz频带而以Gbps速率传输数据。已经开发出一些工业标准(例如无线HD(wirelessHD)技术、ECMA-387和IEEE802.15.3c)，同时其他组织也在积极开发有竞争力的近距离60GHz Gbps的连接技术，诸如无线吉比特联盟(WGA)和IEEE802.11工作组(TGad)。基于集成电路(IC)的收发器也可用于这些技术中的一些。
在REF2中描述了毫米波移动宽带系统。宽频谱和小型天线元件尺寸与毫米波相关联，使得毫米波支持下一代(5G)高数据速率移动通信非常有吸引力。为了克服不利的传播特性，并实现更高的能源效率(在空气中递送的每比特能量)，发送器和接收器波束成形可用于毫米波移动宽带通信。因此，用发送器和接收器波束成形发送和接收这种系统中的同步信号和系统信息的创新方案是期望的。
按照此公开，描述了用发送器和接收器波束成形发送和接收在下一代(5G)移动通信系统中的同步信号和系统信息的方法和装置。注意的是，虽然按照毫米波通信描述此公开的实施例，此公开的实施例当然也适用于其它通信介质，例如和毫米波展现相似属性的具有3GHz-30GHz频率的无线电波。此外，此公开的一些实施例还适用于具有太赫兹频率的电磁波、红外线、可见光和其它光学介质。
图1示出根据此公开实施例的无线通信网络。图1示出的无线通信网络100的实施例仅用于说明。可使用无线通信网络100的其它实施例而不脱离此公开的范围。
在示出的实施例中，无线通信网络100包括基站(BS)101、基站(BS)102、基站(BS)103以及其他类似的基站(未示出)。基站101与基站102和基站103通信。基站101还与因特网130或类似的基于IP的系统(未示出)通信。
基站102向基站102的覆盖区域120内的第一多个用户站(本文中还被称为移动站)提供(通过基站101)到因特网130的无线宽带接入。第一多个用户站包括：可位于小企业(SB)的用户站111，可位于企业(E)的用户站112，可位于WiFi热点(HS)的用户站113，可位于第一住所(R)的用户站114，可位于第二住所(R)的用户站115，以及可以是诸如蜂窝电话机、无线膝上型电脑、无线PDA等移动设备(M)的用户站116。
基站103向基站103的覆盖区域125内的第二多个用户站提供(通过基站101)到因特网130的无线宽带接入。第二多个用户站包括用户站115和用户站116。在示例性实施例中，基站101-103可使用OFDM或OFDMA技术彼此通信并与用户站111-116通信。
虽然在图1中只描述了六个用户站，可理解的是，无线通信网络100可向另外的用户站提供无线宽带接入。注意的是，用户站115和用户站116位于覆盖区域120和覆盖区域125两者的边缘上。用户站115和用户站116每个都与基站102和基站103两者通信，并且可以说操作在切换(handoff)模式，正如本领域技术人员所知。
用户站111-116可通过因特网130接入语音、数据、视频、视频会议和/或其它宽带服务。例如，用户站116可以是多个移动设备中的任意一个，包括具有无线功能的膝上型电脑、个人数据助理、笔记本、手持设备或其它具有无线功能的设备。用户站114和115例如可以是具有无线功能的个人电脑(PC)、膝上型电脑、网关或其它设备。
图2是正交频分多址(OFDMA)发送路径的高层图。图3是OFDMA接收路径的高层图。在图2和图3中，例如可以在基站(BS)102中实现OFDMA发送路径200，例如可以在用户站(例如图1的用户站116)中实现OFDMA接收路径300。然而，将理解的是，可以在基站(例如图1的基站102)中实现OFDMA接收路径300，可在用户站中实现OFDMA发送路径200。
发送路径200包括：信道编码和调制块205、串行到并行(S-to-P)块210、尺寸为N的快速傅里叶逆变换(IFFT)块215、并行到串行(P-to-S)块220、添加循环前缀块225、上变频器(UC)230。接收路径300包括下变频器(DC)255、去除循环前缀块260、串行到并行(S-to-P)块265、尺寸为N的快速傅里叶变换(FFT)块270、并行到串行(P-to-S)块275、信道解码和解调块280。
图2和3中的至少一些组件可以在软件中实现，而其它组件可由可配置硬件或软件和可配置硬件的混合来实现。特别指出的是，此公开文件中所述的FFT块和IFFT块可被实现为可配置的软件算法，其中尺寸N的值可根据实现而修改。
此外，虽然此公开涉及实现快速傅立叶变换和快速傅立叶逆变换的实施例，这仅仅是通过说明的方式，不应解释为限制公开的范围。将理解的是，在此公开的替代实施例中，快速傅立叶变换函数和快速傅立叶逆变换函数分别易于由离散傅里叶变换(DFT)函数和离散傅立叶逆变换(IDFT)函数替换。将理解的是，对于DFT和IDFT函数，变量N的值可以是任意整数(即1、2、3、4等)，而对于FFT和IFFT函数，变量N的值可以是2的幂(即1、2、4、8、16等)的任意整数。
在发送路径200中，信道编码和调制块205接收一组信息位，应用编码(例如LDPC编码)并调制(例如正交相移键控(QPSK)或正交幅度调制(QAM))输入位以产生频域调制码元序列。串行到并行块210将串行调制的码元转换(即解复用)为并行数据以产生N个并行码元流，其中N是在BS102和SS116中使用的IFFT/FFT尺寸。尺寸为N的IFFT块215然后对N个并行码元流执行IFFT操作以产生时域输出信号。并行到串行块220转换(即复用)来自尺寸为N的IFFT块215的并行时域输出码元以产生串行时域信号。添加循环前缀块225然后插入循环前缀到时域信号中。最后，上变频器230将添加循环前缀块225的输出调制(即上变频)到用于通过无线信道发送的RF频率。在转换到RF频率之前还可在基带处对该信号进行滤波。
在通过无线信道后，发送的RF信号到达SS116，在BS102处的那些操作的反向操作被执行。下变频器255下变频接收的信号到基带频率，去除循环前缀块260去除循环前缀以产生串行的时域基带信号。串行到并行块265将时域基带信号转换为并行时域信号。尺寸为N的FFT块270然后执行FFT算法以产生N个并行频域信号。并行到串行块275将并行频域信号转换为调制的数据码元序列。信道解码和解调块280解调，并且然后解码调制的码元以恢复原始输入数据流。
基站101-103中的每一个可实现类似于在下行链路中向用户站111-116进行发送的发送路径，并可实现类似于在上行链路中从用户站111-116进行接收的接收路径。类似地，用户站111-116中的每一个可实现对应于在上行链路中向基站101-103进行发送的结构的发送路径，并可实现对应于在下行链路中从基站101-103接收的结构的接收路径。
图4示出根据此公开的实施例的5G系统的帧结构。图4所示的帧结构400的实施例仅用于说明。可使用帧结构400的其它实施例而不脱离此公开的范围。
如图4所示，帧400具有大约5ms的持续时间，并包括五(5)个子帧401-405，每个子帧具有1ms的持续时间。每个子帧401-405包括八(8)个时隙411-418，每个时隙具有大约125μs的持续时间。每个时隙411-418包括三十(30)个OFDM/单载波码元(由参考数字420共同表示)。每个码元420的持续时间大约为3.7μs，不包括循环前缀。(换句话说，OFDM副载波间距是270kHz)用于每个码元420的循环前缀(CP)的持续时间大约是0.46μs(OFDM/单载波码元持续时间的1/8)。5G系统的带宽可以是62.5MHz、125MHz、250MHz、500MHz、1GHz或2GHz，分别对应于256、512、1024、2048、4096和8192的快速傅立叶变换(FFT)尺寸。
图5示出根据此公开的实施例的5G系统的同步信号和广播控制信道的格式。图5所示的同步信号仅用于说明。可使用其他实施例而不脱离此公开的范围。根据下述实施例，同步信号和广播控制信道由发送器(例如基站101-103)发送并由接收器(例如移动站111-116)接收。
如图5所示，同步信号包括主同步信道(PSC)502和副同步信道(SSC)504。PSC502占据系统带宽的中心部分(例如图5所示的中心的216个副载波)，虽然PSC502可占据整个系统带宽或系统带宽中心部分外的系统带宽的其它部分。PSC502跨越时隙中NPSC个OFDM/单载波码元。正如图5所示，NPSC=5，虽然NPSC的其他值是可能的。更具体而言，在图5的实施例中，PSC502发生在时隙中的码元(N-12)-(N-8)中，其中N是时隙中OFDM/单载波码元的数量，其中码元从0到N-1编号。
SSC504也占据了系统带宽的中心部分，虽然SSC504可占据整个系统带宽或系统带宽的其它部分。SSC504跨越NSSC个OFDM/单载波码元。如图5所示，NSSC=2，虽然NSSC的其他值是可能的。更具体而言，在图5的实施例中，SSC504发生在和PSC502相同的时隙中的码元(N-6)和码元(N-5)中。
在PSC502和SSC504之间提供间隙508，用以在接收器开始接收SSC504之前，允许接收器处理PSC502的时间，并在必要时做出调整。如图5所示，在码元(N-7)处提供一个码元间隙。
在一些实施例中，PSC502和SSC504发生在每个子帧(具有1ms的持续时间)的第一时隙(具有125μs的持续时间)中。
广播控制信道(BCH)506跟随SSC504。在图5所示的实施例中，BCH506发生在和PSC502相同时隙的码元(N-4)-(N-1)中。在一些实施例中，BCH506发生在每个子帧的第一时隙中。
图6A和6B示出根据此公开的实施例的5G系统的同步信号的示例。图6A和6B所示的同步信号仅用于说明。可使用其他实施例而不脱离此公开的范围。
如图6A和图6B所示，通过重复多次比PSC码元602中每一个都短的基础序列，生成多个连续的PSC码元602。基础序列包含4个段A、B、C和D，每个段具有32个采样。因此，基础序列包含128个采样。
在图6A中，每个PSC码元602具有短循环前缀(CP)。无CP的每个PSC码元602的长度为256个采样，其对应于8个段A-D。每个PSC码元602的CP长度是32个采样，其对应于一个段。因此，图6A中的每个PSC码元602具有288个采样或者九个段的长度。
在图6A中，发送5个PSC码元602，每个码元由288个采样组成。288个采样被进一步分成九个段，每个段由32个采样组成。通过连续重复基础序列[A B C D]并依次采用9段(288个采样)以形成PSC码元＃0、＃1、＃2、＃3和＃4，生成PSC码元602。结果，PSC码元＃0包含序列[A B C D A B C D A]，PSC码元＃1包括序列[B C D A B C D A B]，PSC码元＃2包括序列[C D A B C D A B C]，PSC码元＃3包括序列[D A B C D A B C D]，而PSC码元＃4包括序列[A B C D A B C D A]。
在图6B中，每个PSC码元602具有长循环前缀(CP)。无CP的每个PSC码元602的长度为256个采样，其对应于8个段A-D。每个PSC码元602的CP长度为64个采样，其对应于两段。因此，图6B中的每个PSC码元602具有320个采样或者10个段的长度。
在图6B中，发射5个PSC码元602，每个码元由320个采样组成。320个采样可被进一步分为10个段，每个段由32个采样组成。通过连续地重复基础序列[A B C D]并依次采用10个段(320个采样)以形成PSC码元＃0、＃1、＃2、＃3和＃4，生成PSC码元602。结果，PSC码元＃0包含序列[A B C D A B C D A B]，PSC码元＃1包括序列[C D A B C D A B C D]，PSC码元＃2包括序列[A B C D A B C D A B]，PSC码元＃3包括序列[C D A B C D A B CD]，而PSC码元＃4包括序列[A B C D A B C D A B]。
为了便于CP配置的检测，不同的基础序列可用于不同的CP配置。然而，在该公开中，为了简单说明，假定相同的基础序列用于短CP和长CP。
PSC码元602可用于接收器来获得时间和频率同步、小区ID检测以及初始的发送器和接收器波束选择。
假定使用OFDM波形，FFT尺寸优选是基础序列长度的整数倍。对于图6A和6B所示的实施例，对于128个采样的基础序列，FFT的尺寸可以是256。这种时间上的重复结构导致仅在频域中每个其它的副载波上为OFDM码元调制的信息。剩下的副载波可以关闭(即没有在这些副载波上发送的功率或信号)。这种结构有利于频率同步，因为发送器和接收器之间的频率偏移表现为2次重复的相同基础序列的相位旋转，这可通过计算两次重复的接收信号之间的互相关来容易地检测。
通过检测互相关的峰值，接收器还可检测PSC的位置。有了时隙和帧内PSC定时的先前了解，接收器能够获得关于时隙和帧定时的信息。然而，在某些实施例中，解决OFDM码元定时可能不是简单的，因为由于PSC码元的重复结构而可能有多个峰值。
多个基础序列可用于携带一些小区标识信息。例如三个或六个不同的基础序列可用于指示小区识别信息的第一部分，在此称为NCELL-ID-1。
接收器还可使用PSC码元602确定优选的接收器波束。一个实例示于图6A中。
对于给定的接收器波束＃x，x=0，1，2，...，通过形成接收器波束＃x并利用接收器波束接收发送信号的至少256个采样，接收器可为波束＃x执行PSC检测。接收器将256个采样分为前128个采样和后128个采样。接收器然后计算前128个采样和后128个采样之间的互相关。互相关的绝对值(或其他度量)可用作PSC检测度量。
虽然图6A和6B示出用于5G系统的同步信号的两个实例，但是可对图6A和6B做出各种改变。例如，虽然图6A和6B都显示4个接收器波束(Rx波束＃0到Rx波束＃3)，但是接收器可用更多或更少的接收器波束进行操作。此外，虽然图6A和6B显示发送器发送5个连续的PSC码元，但发送器可发送更多或更少的连续PSC码元。
图7示出根据此公开的实施例的利用接收器波束成形的PSC检测方法。图7所示的用接收器波束成形方法的检测仅用于说明。可使用其他实施例而不脱离此公开的范围。用于接收器波束选择(以及同步、小区ID检测)的接收器算法700如下。
在块701中，接收器为PSC检测确定阈值。例如，可基于接收的信号强度确定阈值。
在块703中，计数器K被设置为零。计数器K表示接收器波束的数量。在块705中，接收器切换到接收器波束＃K。然后，在块707中，接收器为接收器波束＃K执行PSC检测。
在块709中，比较PSC检测度量与PSC检测阈值。如果PSC检测度量大于PSC检测阈值，则该方法移动到块713。可替换地，如果PSC检测度量小于PSC检测阈值，则该方法移动到块711，并且K增加1。该操作然后移动回块705。
返回到块705，接收器切换到接收器波束＃1并为接收器波束＃1执行PSC检测。注意，接收器波束切换花费某一时间，因此可为不同的接收器波束创建接收的信号之间的间隙(正如由图6A和6B中参考数字604所指示)。为其它的接收器波束(例如图6A和图6B中的Rx波束＃2和Rx波束＃3)重复块705-711，直到PSC检测度量大于PSC检测阈值。
返回到块709，如果PSC检测度量大于PSC检测阈值，则接收器已检测到PSC，正如块713所指示。在一些实施例中，在声明之前，接收器可校验两次以减少PSC检测错误报警的概率。例如，(可能在频率同步之后)，接收器可检测相关峰值是否确实对应于有效的PSC序列。
在块715中，基于互相关的相位，接收器可估计跨越128个采样的相位旋转，从而得出频率偏移。然后接收器可补偿频率偏移并实现频率同步。也可适当选择该序列，使得可使用其他频率同步方法。
在块717中，有了补偿的频率偏移，接收器可尝试检测PSC中携带的序列。如果PSC序列被映射到小区ID信息(例如Ncell-ID-1)，因此可检测小区ID信息。
虽然图7示出用于PSC检测的方法700的一个实例，但是可对图7做出各种改变。例如图7中各种块可以重叠、并行发生、以不同顺序发生或发生多次。作为另一个例子，不是比较每个Rx波束的PSC检测度量和PSC检测阈值，接收器可以等待直到为所有的4个波束完成PSC检测过程，然后在4个接收器波束中选择最大的PSC检测度量，用以和PSC检测阈值比较。接收器可以从多个接收器波束中结合接收的信号或PSC检测度量以提高检测性能。因为接收器可能在一个操作中尝试频率同步、小区ID检测和接收器波束成形的全部，所以接收器还可进一步优化检测以共同检测这些信息块。该PSC序列还被认真选择以促进这种优化提高PSC检测性能。
此外，虽然在图6A、6B和7所示的实施例中，该接收器在4个接收器波束中选择优选的接收器波束，但是接收器可从更少或更多的接收器波束中选择优选的接收器波束是可能的。注意的是，通过发送从基础序列的重复生成的5个连续的PSC码元，其确保在5个PSC码元的时间跨度内，可为4个接收器波束中的每一个接收完整的基础序列(或基础序列的循环移位版本)而不管接收器波束切换定时。当然，接收器波束切换时间(被示为图6A和6B中接收器波束之间的间隙)不应太长。在图6A和图6B所示的实施例中，接收器波束切换时间可以长达5×32/3≈53个采样，以便确保在5个PSC码元的时间跨度内，可为4个接收器波束中的每一个接收完整的基础序列(或基础序列的循环移位版本)而不管接收器波束切换定时。
在接收器波束选择之后，接收器可通过反馈信道向发送器报告优选的接收器波束。反馈信道可以是随机接入前导码、随机接入报告或信道状态信息反馈报告。
此公开的实施例还支持发送器波束成形。在一个实施例中，发送器使用第一发送器波束来发送第一组PSC码元，并使用第二发送波束来发送第二组PSC码元。第一组PSC码元和第二组PSC码元可在相同时隙或不同时隙中。
在另一个实施例中，发送器使用第一发送器波束发送第一时隙中的第一组PSC码元，并使用第二发送波束发送第二时隙中的第二组PSC码元。例如发送器为帧的5个子帧中每一个中的PSC码元使用不同的发送器波束。从发送器波束ID到子帧ID的映射可以是确定的或由小区ID导出。通过这样做，接收器可基于子帧定时识别发送器波束ID。
在实施例中，发送器可发送第一组PSC码元中的第一PSC序列和第二组PSC码元中的第二PSC序列。第一PSC序列可被映射到第一发送器波束，第二PSC序列可被映射到第二发送器波束。这可以帮助接收器检测它正在接收哪个发送器波束。
在发送器波束选择之后，接收器可通过反馈信道向发送器报告优选的发送器波束。反馈信道可以是随机接入前导码、随机存取报告或信道状态信息反馈报告。
在PSC检测之后，接收器能够获得频率同步，实现某一电平的发送器和接收器波束成形，并检测PSC中携带的小区ID信息。可在PSC码元和SSC码元之间引入间隙(例如处理间隙508)，用以允许接收器处理PSC检测的时间，以及为SSC检测切换到优选的接收器波束的时间。
如果使用发送器波束成形，则用于PSC码元的相同发送器波束可用于相同时隙中的SSC码元。在可替代实施例中，相同子帧中的PSC码元和SSC码元可位于不同但连续的时隙中。在这种实施例中，用于PSC码元的相同发送器波束可用于相同子帧中的SSC码元。
如果使用接收器波束成形，在PSC检测阶段获得的优选接收器波束应该用于SSC检测。或者发送器波束成形，或者接收器波束成形，或者两者都可以显著提高SSC和BCH检测的信号质量和性能。
副同步信道(SSC)携带部分小区ID信息Ncell-ID-2。SSC还可用于进一步精细化频率同步，检测CP配置，并检测OFDM/SC码元定时，时隙定时和子帧定时。
SSC包括两个SSC码元(如图4所示)。在一个实施例中，SSC序列的长度是256个采样。对于短CP配置，CP长度是32个采样。对于长CP配置，CP长度是64个采样。两个SSC码元可重复相同的SSC序列。这允许简单的方法(例如滑动相关器)来检测OFDM/SC码元定时、时隙定时和子帧定时。还可通过比较峰值互相关值和两个不同的CP配置假定来检测CP持续时间。
例如，图8A至8D示出根据本公开的实施例的使用SSC码元检测CP配置和码元定时。滑动相关器计算由延迟分开的两个256采样序列的内积，该延迟或者等于码元长度加短CP(256个采样+32个采样=288个采样)，或者等于码元长度加长CP(256个采样+64个采样=320个采样)。在图8A和8B中，SSC包括短CP，例如图6A所示。在图8C和8D中，SSC包括长CP，例如图6B所示。
图8A和8C示出具有等于码元长度加短CP的延迟的滑动窗口，而图8B和8D示出具有等于码元长度加长CP的延迟的滑动窗口。当存在SSC且延迟与CP配置匹配时检测峰值。例如，在图8A中检测到峰值，这是因为等于码元长度加短CP的延迟匹配具有短CP的SSC。同样，在图8D中检测到峰值，这是因为等于码元长度加长CP的延迟匹配具有长CP的SSC。相反，在图8B和8C中没有检测到峰值，这是因为该延迟不匹配CP配置(例如长CP/短CP或短CP/长CP)。
基于峰值检测，可检测CP配置和码元定时。因为SSC码元的位置是固定的(例如在每个子帧的第一时隙的某个码元中)，所以还可得到时隙定时和帧定时。
在SSC检测期间，可估计使用PSC码元的频率同步之后的剩余频率偏移。例如，可通过第一SSC码元和第二SSC码元之间的相位旋转估计剩余频率偏移，从而补偿剩余频率偏移。
可在SSC序列中编码部分小区ID信息Ncell-ID-2。检测SSC码元后，接收器可检测SSC序列ID，并因此确定在SSC码元上携带的Ncell-ID-2。然后可从PSC中编码的小区ID信息Ncell-ID-1以及SSC中编码的小区ID信息Ncell-ID-2中导出基站的小区ID Ncell-ID。为了减轻相邻小区之间的SSC冲突，为小区选择SSC序列可能依赖于Ncell-ID-1和Ncell-ID-2两者。
根据某些实施例，在PSC和SSC检测之后，接收器尝试BCH检测。在一个实施例中，例如图5中所示，紧随SSC码元发送BCH。
如果使用发送器波束成形，和用于发送PSC和SSC码元的那些发送器波束相同的发送器波束可用于发送紧随PSC和SSC码元的BCH。在图5所示的实施例中，相同的发送器波束用于发送相同时隙中的PSC、SSC和BCH。
如果使用接收器波束成形，则在PSC检测阶段期间获得的优选接收器波束可用于接收紧随那些PSC码元的BCH。在图5所示的实施例中，在PSC检测阶段期间获得的优选的接收器波束可用于接收在和PSC码元相同时隙中发送的BCH。也是在接收器波束成形中，用于SSC检测的相同接收器波束可用于接收紧随那些SSC码元的BCH。在图5所示的实施例中，用于SSC的相同接收器波束可用于接收在和SSC相同的时隙中发送的BCH。通过这样做，SSC码元可用作BCH的参考信号，使能BCH的相干检测。
图9示出根据本公开的实施例的使用BCH的子帧ID和发送器波束ID检测的实例。图9所示的使用BCH的子帧ID和发送器波束ID检测的实施例仅用于说明。可使用其他实施例而不脱离此公开的范围。
如图9所示，在帧的由参考数字901-905指示的每个子帧中传输相同的BCH消息。然而，相同BCH消息的编码在相同帧的不同子帧中可以不同。结果，可隐含检测子帧ID。在实施例中，特定于小区的扰码可应用于TBCC(咬尾卷积码)编码器之后、速率匹配器之后、调制器之后或资源映射器之后的BCH信号以随机化BCH信号。在图9中，特定于小区的扰码应用于调制器之后。因为接收器可从PSC和SSC检测小区ID，所以如果正确地检测到小区ID，则接收器可正确地解扰BCH信号。
对于子帧中的BCH传输，在TBCC编码前可根据子帧ID循环移位BCH的CRC(循环冗余校验)编码器输出。相应地，在接收器处的TBCC解码之后，接收器可通过尝试利用解码消息的不同循环移位版本的CRC解码来检测子帧ID(即帧定时)。在实施例中，只有正确的子帧ID假定导致正确的CRC校验。因此，隐含地发信号通知子帧ID(即帧定时)，这减少了BCH开销。此外，通过在帧内保持BCH有效载荷相同，可跨越相同帧中的多个子帧组合接收的BCH码元，这提高了BCH检测性能。
如果还在子帧ID和发送器波束ID之间建立映射，则一旦检测子帧ID，还可检测到发送器波束ID。通过这样做，发送器波束ID被隐含地发信号通知，这减少了BCH开销。此外，通过在帧内保持BCH有效载荷相同，可跨越相同帧中的多个子帧组合接收的BCH码元，这提高了BCH检测性能。
可替换地，可由不同序列或相同序列的不同部分对不同子帧中的BCH传输进行加扰，其中可由相同序列生成器利用不同初始值来生成该不同序列。接收器可通过尝试对采用不同扰码序列的BCH传输的解码并通过对解码结果执行CRC校验来检测子帧ID。
同样，可通过不同序列或相同序列的不同部分来对使用不同发送器波束的BCH传输加扰，其中，可由相同序列生成器利用不同初始值来生成该不同序列。，接收器可通过尝试对采用不同扰码序列的BCH传输的解码并通过对解码结果执行CRC校验来检测发送器波束ID。
图10示出根据此公开的实施例的在5G系统中传输同步信号和系统信息的另一种格式。图10包括和图5中所示的格式相同或相似的多个特征。此处将不重复对这些特征的详细说明。
如图10所示，多个OFDM/单载波码元用于同步信号和系统信息广播。例如，PSC/SSC/BCH资源集(诸如在参考数字1002-1008处指示的资源集)包括用于主同步信道的一个码元(NPSC=1)、用于副同步信道的一个码元(NSSC=1)以及用于广播控制信道的一个码元(NBCH=1)。在每个码元内，某一带宽(例如，如图10所示的216个副载波)由这些信道使用。在一些实施例中，这些码元是连续的，虽然由于设计考虑(例如为了避免与其他控制信道或信号冲突)，一些码元可由一个或多个其他码元分离是可能的。此外，为了说明的目的，在图10中，在每个PSC/SSC/BCH资源集1002-1008内的码元处于相同时隙中，虽然码元可占用两个相邻时隙是可能的。PSC/SSC/BCH资源集以及NPSC、NSSC和NBCH的其他值的其他配置是可能的。
发送器可使用时隙内的多个PSC/SSC/BCH资源集以递送同步信号和系统信息。例如在图7中显示了在时隙内的4个PSC/SSC/BCH集1002-1008。PSC/SSC/BCH资源集1002-1008优选是连续的，虽然由于设计考虑(例如为了避免与其他控制信道或信号冲突)，资源集可由一个或多个码元分离是可能的。PSC/SSC/BCH资源集1002-1008被放置在不同的OFDM/单载波码元中，虽然PSC/SSC/BCH资源集1002-1008可被放置在相同OFDM/单载波码元中但处于不同频率上是可能的。
在一些实施例中，发送器可在不同PSC/SSC/BCH资源集中应用不同的发送器波束成形。在一实施例中，在一PSC/SSC/BCH资源集内优选地应用相同的发送器波束成形。
在图10所示的格式中，12个码元用于在一时隙(125μs)内的4个PSC/SSC/BCH资源集1002-1008的传输。如果发送器重复每个子帧(1ms)的4个PSC/SSC/BCH资源集的发送，则同步和系统信息广播的开销大约是12/(30×8)=5％，假设具有每个时隙30个码元的帧结构(例如图4所示的帧结构)用于具有小带宽(相当于216个副载波，如图10所示)的系统。
图10所示的格式允许接收器获取一个子帧(1ms)内的同步和系统信息。
接收器还可在同步和系统信息获取中应用接收器波束成形。优选地，不同的接收器波束成形可应用在其中传输PSC/SSC/BCH的不同时隙中，而相同的接收器波束成形用于相同时隙内的PSC/SSC/BCH。通过这样做，一旦被检测，PSC/SSC可用于促进在相同资源集或时隙内的BCH的接收。
图11A和11B示出根据此公开的实施例的主同步信道(PSC)、副同步信道(SSC)和广播控制信道(BCH)的实例。图11A示出包括短CP的帧结构，而图11B示出包括长CP的帧结构。在PSC码元中引入时域重复结构。由于PSC码元展现出OFDM码元的结构，所以可通过无效(null out)频域中的每个其它副载波而等效地实现这个时域重复结构。在图11A和11B所示的实例中，时域中的PSC序列长度为128，利用一次重复以获得OFDM码元的256个采样，假设256点IFFT用于生成OFDM码元。注意可在两次重复之间引入恒定相位偏移(180度)，如果包括DC副载波的偶数编号的副载波被无效的话。PSC还可用于携带小区ID信息的一部分，例如Ncell-ID-1。例如，不同的PSC序列可用于Ncell-ID-1的不同值。优选地，PSC序列应具有良好的性能，诸如低的自动相关和互相关值以最小化错误检测。
接收器可使用一个滑动相关器或多个滑动相关器(例如用于每个PSC序列的一个相关器)来检测PSC码元。可从相同PSC码元中的2次时域重复之间的相位旋转中检测发送器和接收器之间的频率偏移，因此该频率偏移可被补偿。接收器还可使用和图8A至8D中所述的相似方法检测CP配置。
在成功检测PSC时，接收器应该能够获得频率同步、CP配置、OFDM/单载波码元定时以及小区ID信息的一部分，例如Ncell-ID-1。SSC可携带小区ID信息的另一部分，例如Ncell-ID-2。
如果使用发送器波束成形，则用于PSC的相同发送器波束成形应该用于相同PSC/SSC/BCH资源集中的SSC发送。同样，如果使用接收器波束成形，用于PSC的相同接收器波束成形应该用于相同PSC/SSC/BCH资源集中的SSC接收。
在成功检测到SSC时，接收器应该能够获得小区ID。换句话说，基于PSC中携带的小区ID信息的部分Ncell-ID-1以及SSC中携带的小区ID信息的部分Ncell-ID-2，接收器应该能够唯一地确定小区ID。可使用简单的关系，例如Ncell-ID=Ncell-ID-1×K+Ncell-ID-2，或者Ncell-ID=Ncell-ID-2×L+Ncell-ID-1，其中K和L是依赖于系统中小区ID数量的常数。
特定于小区的扰码可被额外地应用到BCH信号以随机化相邻小区之间的BCH信号。因为接收器可从PSC和SSC检测小区ID，如果小区ID被正确地检测到，则接收器可以正确地解扰该BCH信号。
BCH可携带系统信息，诸如发送器天线阵列配置、发送器波束成形配置、系统带宽配置等。此外，BCH传输还可携带子帧定时(例如子帧ID)、帧定时(例如帧ID)以及有关用于当前BCH传输的发送器波束成形的信息(例如发送器波束ID)。可在BCH消息(例如BCH的有效载荷)中显式地发信号通知子帧ID、帧ID或发送器波束ID。
在另一个实施例中，可使用CRC掩码或CRC编码消息的循环移位隐含地发信号通知子帧ID、帧ID或发送器波束ID。这种隐含地发信号通知的一个实例示于图12中。在图12中，使用每个子帧的第一时隙中的发送器波束0、1、2和3传输BCH(连同PSC和SSC)。
接收器能够从一个或多个发送器波束接收BCH。为了接收器区分BCH传输中使用的发送器波束，发送器可为每个发送器波束ID提供不同的CRC掩码，如图12中参考数字1202所指示。然后接收器可通过执行CRC校验并比较CRC校验和以及所有可能的发送器波束ID的CRC掩码而检测发送器波束ID。
也可通过建立CRC掩码(或发送器波束ID)和用于BCH传输的OFDM码元之间的映射来检测时隙定时(即时隙边界)。例如，如图10所示，发送器可使用码元18-20中的发送器波束＃0，使用码元21-23中的发送器波束＃1，使用码元24-26中的发送器波束＃2，并使用码元27-29中的发送器波束＃3。码元20中的BCH传输包含由第一CRC掩码进行掩码的CRC，码元23中的BCH传输包含由第二CRC掩码进行掩码的CRC，码元26中的BCH传输包含由第三CRC掩码进行掩码的CRC，而码元29中的BCH传输包含由第四CRC掩码进行掩码的CRC。假设仅在子帧的第一时隙传输PSC/SSC/BCH，还可从时隙定时中确定子帧定时(即子帧边界)。
通过执行CRC校验并检测CRC掩码值，接收器能够识别在接收器能够正确接收的那个码元中的BCH传输的码元ID。因此，接收器可从码元ID中确定的时隙定时(即时隙边界)。同样，也可通过发送器波束ID和CRC掩码之间的映射识别接收器能够正确接收的BCH传输的发送器波束ID。在一些实施例中，接收器可能能够从多个OFDM码元中的多个发送器波束中正确地检测BCH传输。在这种实施例中还可识别时隙定时和发送器波束ID。
在另一个实施例中，发送器可根据发送器波束ID循环移位CRC编码的BCH消息。在这种实施例中，接收器可通过执行利用多个循环移位值的假设的CRC校验而检测发送器波束ID。此外，接收器可组合来自多个发送器波束(可能在多个OFDM码元中)的BCH的接收的调制码元，以改善BCH检测的可靠性。在REF8中详细描述了有效利用不同循环移位的相同消息组合接收的码元的过程。
为了接收器检测帧定时(即帧边界)，发送器可在BCH传输中隐含地嵌入子帧ID信息。基于当前BCH传输的时隙定时(时隙边界)、子帧定时(子帧边界)或子帧ID，接收器可以容易地推导出帧定时(帧边界)。在图12所示的实施例中，发送器根据子帧ID循环地移位CRC编码的BCH消息，正如由参考数字1204所指示的。通过执行利用多个子帧ID假设的CRC校验，接收器可检测子帧ID。此外，接收器可组合来自相同帧内多个子帧的BCH的接收的调制码元，以改善BCH检测的可靠性。
在另一实施例中，发送器可为每个子帧ID应用不同的CRC掩码。在这种实施例中，通过执行CRC校验并比较CRC校验和以及所有可能的子帧ID的CRC掩码，接收器可检测子帧ID。
如上所述，当成功检测BCH时，接收器可确定时隙定时(时隙边界)、子帧定时(子帧边界)以及帧定时(帧边界)。如果在BCH中携带帧ID信息，则接收器还可确定帧ID。此外，接收器还可确定优选的发送器波束ID(或多个发送器波束ID)。
然后接收器可将信息反馈回发送器或网络，该信息诸如是小区ID、小区信号质量指示、小区的优选的发送器波束ID以及与小区通信的优选的接收器波束ID。可在各种各样的反馈信道中携带反馈，诸如随机接入信道、随机接入报告、切换请求或报告或者测量报告。
虽然已用示例性实施例描述了本公开，但可向本领域技术人员建议各种变化和修改。本公开旨在包括落入所附权利要求范围内的这种变化和修改。

Claims (14)

1.一种在基站中使用的方法，该方法包括：
在基于帧的无线通信系统的子帧的时隙内向移动站发送第一多个码元，主同步信道(PSC)映射到所述第一多个码元；以及
在所述子帧的所述时隙内向所述移动站发送第二多个码元，副同步信道(SSC)映射到所述第二多个码元，
其中，所述时隙包括至少一个码元，所述至少一个码元在所述时隙内隔开所述第一多个码元和所述第二多个码元。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
在所述子帧的所述时隙内向所述移动站发送第三多个码元，广播控制信道(BCH)映射到所述第三多个码元。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一多个码元包括在所述时隙内的连续码元，
还包括：
通过重复段的序列而生成所述连续码元，每个段包括多个采样。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一多个码元中的每个码元包括多个段，并且
其中，在每个码元中的多个段的数目部分基于每个码元的循环前缀的长度。
5.一种基站，包括：
发送器路径，被配置为：
在基于帧的无线通信系统的子帧的时隙内向移动站发送第一多个码元，主同步信道(PSC)映射到所述第一多个码元；以及
在所述子帧的所述时隙内向所述移动站发送第二多个码元，副同步信道(SSC)映射到所述第二多个码元，
其中，所述时隙包括至少一个码元，所述至少一个码元在所述时隙内隔开所述第一多个码元和所述第二多个码元。
6.如权利要求5所述的基站，所述发送器路径还被配置为：
在所述子帧的所述时隙内向所述移动站发送第三多个码元，广播控制信道(BCH)映射到所述第三多个码元。
7.如权利要求5所述的基站，其中，所述第一多个码元包括在所述时隙内的连续码元，以及
其中，所述发送器路径还被配置为：
通过重复段的序列而生成所述连续码元，每个段包括多个采样。
8.如权利要求7所述的基站，其中，所述第一多个码元中的每个码元包括多个段，并且
其中，每个码元中的多个段的数目部分基于每个码元的循环前缀的长度。
9.一种移动站，包括：
接收器路径，被配置为：
在基于帧的无线通信系统的子帧的时隙内从基站接收第一多个码元，主同步信道(PSC)映射到所述第一多个码元；以及
在所述子帧的所述时隙内从所述基站接收第二多个码元，副同步信道(SSC)映射到所述第二多个码元，
其中，所述时隙包括至少一个码元，所述至少一个码元在所述时隙内隔开所述第一多个码元和所述第二多个码元。
10.如权利要求9所述的移动站，所述接收器路径还被配置为：
在所述子帧的所述时隙内从所述基站接收第三多个码元，广播控制信道(BCH)映射到所述第三多个码元。
11.如权利要求9所述的移动站，其中，所述第一多个码元包括在所述时隙内的连续码元，以及
其中通过重复段的序列而生成所述连续码元，每个段包括多个采样。
12.如权利要求9所述的移动站，其中，所述第一多个码元包括在所述时隙内的连续码元，以及
其中，所述接收器路径还被配置为：
基于接收到的第一多个码元确定优选的接收器波束。
13.如权利要求9所述的移动站，所述接收器路径还被配置为：
使用多个接收器波束中的每一个，尝试检测所述第一多个码元；以及
当与所述第一多个码元相关联的接收信号强度大于预定阈值时确定检测到所述PSC。
14.如权利要求11所述的移动站，其中，所述第一多个码元中的每个码元包括多个段，并且
其中，每个码元中的多个段的数目部分基于每个码元的循环前缀的长度。
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