CN104412519A - 在使用波束成形的无线通信系统中进行随机接入的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种装置在使用波束成形的无线通信系统中实施用于随机接入的方法。订户站(SS)测量从基站(BS)发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束，并且向BS发射随机接入信道(RACH)信息，其包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息。BS接收包括指示下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息，并且从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。

Description

在使用波束成形的无线通信系统中进行随机接入的装置和方法
技术领域
本发明涉及无线通信系统。更具体地，本发明涉及用于随机接入信道的发射和接收的装置和方法。
背景技术
为了满足无线数据业务的不断增加的需求，正在开发无线通信系统以用于支持更高的数据传送速率。为了增加数据传送速率，第四代(4G)系统当前朝主要地改善频谱效率的方向发起商业化探求的技术开发。但是，仅仅通过频谱效率提高技术，不容易满足无线数据业务的爆炸性的需求。
作为一种用于满足无线数据业务的需求的方式，能够考虑使用非常宽的频带的方式。因为当前在移动通信蜂窝式系统中使用的频带一般为10吉赫(GHz)或更少，所以在保证宽频带方面存在很大困难。因此，需要在更高的频带保证宽带频率。例如，为了保证宽频带，正提出毫米(mm)波系。但是，当用于无线通信的频率变得更高时，传播路径损耗增加。结果，传播距离相对降低，并且因此，服务覆盖范围减小。波束成形技术作为用于减轻传播路径损耗并且增加传播距离的技术之一而出现。
波束成形技术需要精确地测量基站(BS)的和订户站(SS)的发射和接收(Tx/Rx)波束并且报告最适当的波束的波束选择技术。不仅在网络进入之后需要波束成形技术和对应的波束选择技术，而且在网络进入过程时需要它们。相应地，在网络进入过程中使用的同步信道、广播信道、随机接入信道等等的结构已经应当能够支持高效波束成形技术和波束选择过程。
发明内容
解决方案
为了解决以上讨论的不足，本公开的实施例提供能够在使用波束成形的无线通信系统中有效地支持波束选择过程的随机接入信道装置和对应的信号发射/接收方法。
本公开的一些实施例包括在使用波束成形的无线通信系统中用于在网络进入过程时发射/接收关于最好的波束的信息的装置和方法。
本公开的一些实施例包括在使用波束成形的无线通信系统中通过随机接入信道发射关于最好的下行链路发射波束的信息的装置和方法。
本公开的一些实施例包括在使用波束成形的无线通信系统中接收随机接入信道并且检测关于最好的下行链路发射波束的信息的装置和方法。
通过提供用于在使用波束成形的无线通信系统中进行随机接入的装置和方法来实现以上实施例。
本公开的一些实施例包括在使用波束成形的无线通信系统中的订户站(SS)的方法。该方法包括：测量从基站(BS)发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束；并且向BS发射随机接入信道(RACH)信息，其包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息。
本公开的一些实施例包括在使用波束成形的无线通信系统中的SS装置。装置包括RACH信息生成器和发射机。RACH信息生成器生成包括指示在从BS发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息。发射机向BS发射所生成的RACH信息。
本公开的一些实施例包括在使用波束成形的无线通信系统中的BS的方法。该方法包括：接收包括指示在从BS向SS发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息；并且从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。
本公开的一些实施例包括在使用波束成形的无线通信系统中的BS装置。装置包括接收机和检测器。接收机接收包括指示在从BS向SS发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息。检测器从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。
在进行以下的具体实施方式之前，可以有利的是，阐述贯穿该专利文献所使用的一些语词的定义：术语“包括”和“包含”以及其派生意指不进行限制的包括；术语“或”是可兼的，意指和/或；字句“与...相关联的”和“与此相关联的”以及其派生可以意指包括、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、与...通信、与...协作、交织、并置、接近于、绑定到或与...绑定、具有、具有...的属性等等；并且术语“控制器”意指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分，这样的设备可以实施在硬件、固件或软件或者其至少两个的某组合中。应当注意到，与任何特定控制器相关联的功能不管是本地还是远程的都可以是集中的或分布的。贯穿该专利文献来提供对于一些语词的定义，那些本领域普通技术人员应该理解，在许多、即使不是最多的实例中，这样的定义适用于这样的定义的语词的在先的以及将来的使用。
附图说明
为了更完全地理解本公开及其优点，现在结合附图对以下描述进行参考，其中，同样的附图标记表示相同部分：
图1图示出应用本公开的实施例的无线网络；
图2A图示出在OFDMA方案中图1的基站(BS)和订户站(SS)的正交频分多址(OFDMA)发射路径的高层级图。
图2B图示出在OFDMA方案中图1的BS和SS的OFDMA接收路径的高层级图。
图3A和3B图示出根据本公开的实施例的用于在BS和SS之间的网络进入处理的过程；
图4图示出根据本公开的实施例的BS的功能图；
图5图示出根据本公开的实施例的SS的功能图；
图6是举例说明根据本公开的实施例的随机接入信道的结构的图；
图7图示出根据本公开的实施例的用于描述随机接入信道(RACH)信息发射操作的示例；
图8A和8B图示出根据本公开的实施例的用于描述RACH信息发射操作的示例；
图9图示出根据本公开的实施例的用于描述RACH信息发射操作的示例；
图10A和10B图示出根据本公开的实施例的SS的RACH信息发射操作的过程；和
图11图示出根据本公开的实施例的BS的RACH信息接收操作的过程。
具体实施方式
以下讨论的图1至图11以及在该专利文献中用于描述本公开的原理的各种实施例是仅仅作为说明并且不管怎样不应当被理解为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，本公开的原理可以被实施在任何适当地布置的无线通信系统中。下面将在这里参考附图来描述本公开的实施例。在描述本公开的实施例时，将描述许多特定细节，但是将对本领域的技术人员明显的是，即使没有这些特定细节也能够执行本公开。同样，需要注意的是，在描述本公开的实施例时，不对众所周知的的方法、过程、组件、电路网络等等进行详细描述。
本公开的实施例涉及提供在使用波束成形的无线通信系统中能够支持波束选择过程的随机接入信道发射/接收装置和方法。波束成形能够被划分为在发射端中执行的发射波束成形以及在接收端中执行的接收波束成形。发射波束成形通常通过使用多个天线、增加方向性来将无线电波的范围集中到特定方向中。在一些实施例中，多个天线的集合的形式能够是天线阵列，包括在天线阵列中的每个天线能够是阵列元件。能够以诸如线性阵列、平面阵列等等的各种形式来构造天线阵列。发射波束成形的使用增加信号方向性，增加发射距离。此外，几乎不在所引导的方向之外的方向上发射信号，大大地减少了其它接收端中的信号干扰。通过使用接收天线阵列，接收端能够执行用于接收信号的接收波束成形。接收波束成形将无线电波的接收集中到特定方向中以增加按对应的方向输入的接收信号的灵敏度。并且，接收波束成形从接收信号中去除在对应的方向之外的方向上输入的信号以提供截止干扰信号的增益。
根据在以下将被描述的本公开的实施例，订户站(SS)通过随机接入信道来传送关于最好的下行链路发射波束的信息，并且基站(BS)接收随机接入信道来检测随机接入信道(RACH)序列和最好的下行链路发射波束。
图1图示出应用本公开的实施例的无线网络100的示例。在所图示出的实施例中，无线网络100包括BS 101、BS 102、BS 103和其他类似BS(未示出)。BS 101与BS 102和BS 103进行通信。BS 101也与因特网103或类似的基于网际协议(IP)的网络(未示出)进行通信。
BS 102(通过BS 101)向因特网130、向位于BS 102的覆盖范围120内的多个第一SS提供无线宽带接入。多个第一SS包括可以位于小型企业(SB)中的SS 111、可以位于企业(E)中的SS 112、可以位于无线保真度(WiFi)热点(HS)中的SS 113、可以位于第一住宅(R)中的SS 114、可以位于第二住宅(R)中的SS 115，和可以是包括蜂窝电话、无线膝上计算机、无线个人数字助理(PDA)及类似物的移动设备(M)的SS 116。
BS 103(通过BS 101)向因特网130、向位于BS 103的覆盖范围125内的多个第二SS提供无线宽带接入。多个第二SS包括SS 115和SS 116。在一些实施例中，通过使用正交频分多路复用(OFDM)或正交频分多址(OFDMA)技术，BS 101至103彼此进行通信并且与SS 111至116进行通信。
BS 101与更多BS或与更少BS进行通信。此外，应当理解，尽管图1仅仅图示出六个SS，但无线网络100向附加的SS提供无线宽带接入。SS 115和SS 116位于覆盖范围120和覆盖范围125之间的边界部分。SS 115和SS 116与BS 102和BS 103进行通信，并且以移交模式操作。
SS 111至116能通过因特网130访问语音、数据、视频、电视会议或其它宽带服务。在一些实施例中，一个或多个SS 111至116与WiFi无线局域网(WLAN)的接入点(AP)相关联。SS 116能够是具有无线通信能力的膝上型计算机、个人数据助理、笔记本计算机、手持设备，或包括具有无线通信能力的其他设备的任何多个移动终端。例如，SS 114或115能够是具有无线通信能力的个人计算机(PC)、膝上型计算机、网关或其他设备。
图2A图示出在OFDMA方案中图1的BS和SS的OFDMA发射路径200的高层级图。图2B图示出在OFDM方案中的图1的BS和SS的OFDM接收路径201的高层级图。在图2A和2B中图示出的是在BS 102和SS 116中实现OFDMA发射路径200并且在BS 102和SS 116中实现OFDMA接收路径201的示例。为了方便起见，将对于在BS 102中实现OFDMA发射路径200并且在SS 116中实现OFDMA接收路径201的示例作出本公开内的描述。但是，本领域技术人员将理解，能够在图1的其他BS 101和103和其他SS 111至115中实现OFDMA发射路径200和OFDMA接收路径201。
BS 102的OFDMA发射路径200包括信道编码和调制块205、串行至并行(S至P)转换器210、大小为“N”的快速傅里叶逆变换(IFFT)块215、并行至串行(P至S)转换器220、循环前缀添加器225、上变频器(UC)230和天线单元235。SS 116的OFDMA接收路径201包括天线单元250、下变频器(DC)255、循环前缀移除器260、串行至并行转换器265、大小为“N”的快速傅里叶变换(FFT)块270、并行至串行转换器275，以及信道解码和解调块280。
在图2A和图2B中，至少一些组成元件能够是软件，并且其他组成元件能够被实施为可配置的硬件或软件以及可配置的硬件的组合。具体地，根据本公开的实施例，在本公开文档中描述的FFT块270和IFFT块215能够被实施为可配置的软件算法。这里，能够根据适合于实施方式来修改大小“N”的值。
在BS 102中，信道编码和调制块205接收信息比特的集合、向信息比特应用编码(例如，低密度奇偶校验(LDPC)编码)、通过调制(例如，四相移相键控(QPSK)或正交调幅(QAM)调制)来处理信息比特，并且生成频率域调制码元的序列。串行至并行转换器210将串行调制的码元转换——即解复用——为并行数据，并且生成N个并行码元流。这里，“N”是在BS 102和SS 116中使用的IFFT/FFT大小。大小为“N”的IFFT块215对N个并行码元流执行IFFT运算，并且生成时间域输出信号。并行至串行转换器220对来自大小“N”的IFFT块215的并行输出码元进行转换(即，多路复用)，并且生成时间域串行信号。循环前缀添加器225将循环前缀码插入到时间域串行信号中。上变频器230将循环前缀添加器225的输出调制——即上变频——到RF频率中，以通过无线信道来传送。在一些实施例中，在于上变频器230中将信号转换到RF频率中之前，在基带中对信号进行滤波。天线单元235具有包括多个天线的集合的天线阵列结构并且支持发射波束成形。
通过天线单元235发射的RF信号穿过无线信道并且然后到达SS 116。根据以下说明，SS 116执行BS 102的操作的逆操作。天线单元235具有包括多个天线的集合的天线阵列结构并且支持接收波束成形。下变频器255将所接收的信号下变频到基带频率中。循环前缀移除器260移除循环前缀码并且生成时间域串行基带信号。串行至并行转换器265将时间域串行基带信号转换为时间域并行信号。大小为“N”的FFT块270执行FFT算法并且生成频率域上的N个并行信号。并行至串行块275将频率域并行信号转换为已调制的数据码元的序列。信道解码和解调块280对已调制的数据的码元进行解调并且然后进行解码，以恢复原始输入数据流。
BS 101至103中的每个能够包括类似于在下行链路中到SS 111至116的发射的发射路径200并且能够包括类似于在上行链路中从SS 111至116的接收的接收路径201。类似地，SS 111至116中的每个能够包括与用于在上行链路中向BS 101至103进行发射的结构相对应的发射路径200，并且能够包括与用于在下行链路中从BS 101至103进行接收的结构相对应的接收路径201。
图3A和图3B是举例说明根据本公开的实施例的用于BS和SS之间的网络进入处理的过程的图。在这里，将描述其中使用波束成形的图1的BS 102和SS 116执行网络进入过程的示例。但是，需要注意的是，网络进入过程操作没有被仅仅限制在BS 102和SS 116之间。
参考图3A，在框310A中310，BS 102周期性地生成和发射同步信道(SCH)作为波束可测量的基准信道和广播信道(BCH)(通过315共同参考)。在这时，因为同步信道和广播信道315被波束成形和发射(也就是说，使用具有特定波束宽度的波束被发射)，所以通过改变下行链路发射(Tx)波束，反复地发射同步信道和广播信道315若干次，以便向小区内的所有覆盖范围广播同步信道和广播信道。也就是说，下行链路发射波束被波束扫频。这里，NTx是下行链路发射波束的数量(NTx>1)，并且NRx是用于下行链路接收(Rx)波束成形支持的重复发射的数量(NRx≥1)。广播信道包括随机接入信道(RACH)配置信息。代替广播信道，能够使用由BS 102广播的其它类型的媒体访问控制(MAC)消息。
在框320A中，SS 116对同步信道和广播信道进行检测和解码。通过对广播信道的检测和解码，SS 116能够识别包括在广播信道中的RACH配置信息。在同步信道检测和解码操作时，SS 116测量和选择最好的信道状态的发射/接收波束对(Tx和Rx最好的波束对)，并且存储最好的发射/接收(Tx/Rx)波束对的信息。在框330A中，SS 116通过随机接入信道来尝试系统进入。即使在该过程中，也使用发射/接收波束成形。使用具有特定波束宽度的波束来发射随机接入信道335，并且在所有方向改变发射波束来发射随机接入信道335。根据本公开的实施例，SS 116基于从BS 102发射的RACH配置信息来发射RACH信息。通过随机接入信道335发射的RACH信息包括RACH序列和指示最好的下行链路发射波束的指示信息。
根据本公开的一些实施例，在RACH信息发射操作，SS 116选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列，确定所选择的特定群组的RACH序列之中的一个RACH序列，并且将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。特定群组的RACH序列能够被设置为对应于指示信息。
根据本公开的一些实施例，在RACH信息发射操作，SS 116确定多个RACH序列之中的任何一个RACH序列，并且在多个发射机会之中与最好的下行链路发射波束相对应的机会将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。
根据本公开的一些实施例，在RACH信息发射操作，SS 116选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列，确定所选择的特定群组的RACH序列之中的一个RACH序列，并且在从多个发射机会中选择的机会将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。特定群组的RACH序列能够被设置为对应于指示信息。本公开的一些实施例是本公开的其他实施例的组合。
在框340A中，BS 102接收随机接入信道，并且从所接收的随机接入信道中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束指示信息。而且，BS 102测量接收信号并且选择最好的上行链路(UL)发射/接收波束。在框350A中，BS 102通过由所检测的最好的下行链路发射波束指示信息所指示的最好的下行链路发射波束来向SS 116发射RACH响应消息355。在一些实施例中，RACH响应消息355包括关于所选择的最好的上行链路发射波束的信息。
根据本公开的一些实施例，在接收随机接入信道335时，BS 102检测RACH信息之中的与预定义数量一样多的比特作为RACH序列，并且检测RACH信息之中的由除RACH序列之外的剩余比特所指示的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
根据本公开的一些实施例，在接收随机接入信道335时，BS 102检测包括在RACH信息中的序列作为RACH序列，并且检测与多个发射机会之中的接收RACH信息的机会相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
根据本公开一些实施例，在接收随机接入信道335时，BS 102检测RACH信息之中与预定义数量一样多的比特作为RACH序列，并且检测与RACH信息之中除RACH序列之外的剩余比特以及多个发射机会之中接收RACH信息的机会相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
参考图3B，在框310B中，BS 102周期性地生成并发射广播信道(BCH)317。在这时，因为广播信道317被波束成形和发射(也就是说，使用具有特定波束宽度的波束被发射)，所以通过改变将向小区内的所有覆盖范围广播的下行链路发射波束，来反复地发射广播信道317若干次。也就是说，下行链路发射波束被波束扫频。这里，NTx是下行链路发射(Tx)波束的数量(NTx>1)，并且NRx是用于下行链路接收(Rx)波束成形支持的重复发射的数量(NRx≥1)。广播信道包括RACH配置信息。代替广播信道317，可以使用由BS 102广播的其它类型的MAC消息。
在框320B中，SS 116对广播信道317进行检测和解码。通过这样，SS 116能够识别包括在广播信道317中的RACH配置信息。
在框315B中，BS 102周期性地生成并且发射基准信号(RS)319作为波束可测量的信号。在这时，因为基准信号319被波束成形和发射(也就是说，使用具有特定波束宽度的波束被发射)，所以通过改变将向小区内的所有覆盖范围广播的下行链路发射波束，来反复地发射基准信号319若干次。也就是说，下行链路发射波束被波束扫频。这里，NTx是下行链路发射(Tx)波束的数量(NTx>1)，并且NRx是用于下行链路接收(Rx)波束成形支持的重复发射的数量(NRx≥1)。
在框325B中，SS 116接收基准信号319来测量最好的下行链路发射/接收波束。在该操作时，SS 116测量和选择最好的信道状态的发射/接收波束对(Tx和Rx最好的波束对)，并且存储最好的发射/接收波束对的信息。在框330B中，SS 116通过随机接入信道来尝试系统进入。即使在该处理中，也使用发射/接收波束成形。使用具有特定波束宽度的波束来发射随机接入信道335，并且在所有方向改变发射波束来发射随机接入信道335。根据本公开的实施例，SS 116基于从BS 102发射的RACH配置信息来发射RACH信息。通过随机接入信道发射的RACH信息包括RACH序列和指示最好的下行链路发射波束的指示信息。
根据本公开的一些实施例，在RACH信息发射操作，SS 116选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列，确定所选择的特定群组的RACH序列之中的一个RACH序列，并且将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。特定群组的RACH序列能够被设置为对应于指示信息。
根据本公开的一些实施例，在RACH信息发射操作，SS 116确定多个RACH序列之中的任何一个RACH序列，并且在多个发射机会之中与最好的下行链路发射波束相对应的机会将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。
根据本公开的一些实施例，在RACH信息发射操作，SS 116选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列，确定所选择的特定群组的RACH序列之中的一个RACH序列，并且在从多个发射机会中选择的机会将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。特定群组的RACH序列能够被设置为对应于指示信息。一些实施例是其他实施例的组合。
在框340B中，BS 102接收随机接入信道335，并且从所接收的随机接入信道335中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束指示信息。而且，BS 102测量所接收的信号并且BS 102选择最好的上行链路发射/接收波束。在框350中，BS 102通过由所检测的最好的下行链路发射波束指示信息所指示的最好的下行链路发射波束来向SS 116发射RACH响应消息355。在一些实施例中，RACH响应消息355包括关于所选择的最好的上行链路发射波束的信息。
根据本公开的一些实施例，响应于随机接入信道335的接收(也就是说，在接收时)，BS 102检测RACH信息之中的与预定义数量一样多的比特作为RACH序列，并且检测RACH信息之中由除RACH序列之外的剩余比特所指示的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
根据本公开的一些实施例，响应于随机接入信道335(也就是说，在接收时)，BS 102检测包括在RACH信息中的序列作为RACH序列，并且检测与多个发射机会之中接收RACH信息的机会相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
根据本公开一些实施例，在接收随机接入信道335时，BS 102检测RACH信息之中与预定义数量一样多的比特作为RACH序列，并且检测与RACH信息之中除RACH序列之外的剩余比特以及多个发射机会之中接收RACH信息的机会相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
图4是图示出根据本公开的实施例的BS的功能图。在这里，将把图1的BS 102的构造描述为示例，但是需要注意的是，该构造不被限制为BS 102。仅仅就执行根据本公开的实施例的功能方面图示出BS 102的构造。尽管执行相同的功能，但可以以不同的形式图示出BS 102的构造。需要注意的是，BS102能够被构造为进一步包括其它组成元件。
BS 102包括天线410、发射机/接收机420、SCH生成器430、BCH生成器440、RACH响应信息生成器450、RACH检测器460、信号测量器470和控制器480。
天线410支持波束成形，并且从SS 116接收信号，和发射将被发射到SS 116的信号。发射机/接收机420将用于发射的信息处理为适合于发射的信号，并且将信号输出到天线410。发射机/接收机420通过编码、复用等等来处理用于发射的信息以生成基带或中频(IF)信号，并且也将基带或IF信号上变频为RF信号。用于发射的信息能够是由SCH生成器430生成的SCH信息、由BCH生成器440生成的BCH信息或由RACH响应信息生成器450生成的RACH响应信息。BCH信息能够包括RACH配置信息。RACH响应信息能够包括指示最好的上行链路发射波束的指示信息。
发射机/接收机420对通过天线410接收的信号进行处理。发射机/接收机420进行处理以将通过天线410接收的RF信号转换为基带或IF信号，并且还通过滤波、解码等等来处理基带或IF信号，以生成基带信号。RACH检测器460从自发射机/接收机420接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束指示信息。信号测量器470测量由发射机/接收机420接收的信号的强度。例如，信号测量器470测量通过随机接入信道接收的信号的强度。也就是说，信号测量器470能够测量最好的上行链路发射/接收波束。
能够通过一个或多个微处理器来实现控制器480，并且控制器480控制根据本公开的实施例的通用操作。控制器480能够与存储器(未示出)耦合。存储器能够存储在根据本公开的实施例的操作向SS 116提供的RACH配置信息。RACH配置信息用于接收和检测来自SS 116的RACH信息的操作。更具体地，控制器480控制SCH生成器430、BCH生成器440和RACH响应信息生成器450的操作。控制器480控制RACH检测器460和信号测量器470的操作。除此之外，根据本公开的实施例控制器480控制RACH信息的接收的操作。这里，尽管已经对于通过各种组成元件来执行根据本公开的实施例接收RACH信息作出了描述，但能够通过单个控制器480来执行操作或接收。
图4的BS 102的构造对应于图3A的过程，并且图4的BS 102的构造能够被修改为对应于图3B的过程。例如，用于生成波束可测量的基准信号的组成元件能够是基准信号发生器而不是SCH生成器430。
图5图示出根据本公开的实施例的SS的功能图。这里，将把图1的SS 116的构造描述为示例，但是需要注意的是，该构造不被限制为SS 116。仅仅就执行根据本公开的实施例的功能方面图示出SS 116的构造。尽管执行相同的功能，但可以以不同的形式图示出SS 116的构造。需要注意的是，SS 116能够被构造为进一步包括其它组成元件。
SS 116包括天线510、发射机/接收机520、信号测量器530、BCH解码器540、RACH信息生成器550和控制器560。
天线510支持波束成形，并且从BS 102接收信号，和发射将被发射到BS 102的信号。发射机/接收机520对通过天线510接收的信号进行处理。发射机/接收机520将通过天线510接收的RF信号转换为基带或IF信号，并且还通过滤波、解码等等来处理基带或IF信号，以生成基带信号。信号测量器530测量由发射机/接收机520接收的信号的强度。例如，信号测量器530测量通过诸如同步信道之类的波束可测量的基准信道接收的信号的强度。也就是说，信号测量器530能够测量最好的下行链路发射/接收波束。BCH解码器540对由发射机/接收机520接收的广播信道信号进行解码。例如，通过BCH解码器540来对包括在BCH信息中的RACH配置信息进行解码。
发射机/接收机520将用于发射的信息处理为适合于发射的信号，并且将信号输出到天线510。发射机/接收机520通过编码、复用等来处理用于发射的信息以生成基带或中频(IF)信号，并且也将基带或IF信号上变频为RF信号。用于发射的信息能够是由RACH信息生成器550生成的RACH信息。RACH信息包括RACH序列和指示最好的下行链路发射波束的指示信息。
控制器560能够被实施为一个或多个微处理器，并且控制器560能够控制根据本公开的实施例的通用操作。控制器560能够耦合到存储器(未示出)。存储器能够存储在根据本公开的实施例的操作从BS 102提供的RACH配置信息。RACH配置信息用于向BS 102发射RACH信息的操作。详细地，控制器560不只控制信号测量器530、BCH解码器540和RACH信息生成器550的操作，而且根据本公开的实施例也控制RACH信息的发射的操作。这里，通过各种组成元件来实施根据本公开的实施例的RACH信息的发射的操作，但是也能够通过单个控制器560来实施该操作。
图5的SS 116的构造对应于图3A的过程，并且图5的SS 116的构造能够被修改为对应于图3B的过程。例如，信号测量器530测量基准信号而不是同步信道信号的接收信号强度。
图6图示出根据本公开的实施例的随机接入信道的结构。在上行链路(UL)60中从SS 116向BS 102发射随机接入信道(RACH)62。随机接入信道62的结构是用于支持图1中图示的SS 116和BS 102之间的发射/接收波束成形的结构的示例。该结构对应于时分双工(TDD)方案，并且在频分双工(FDD)方案的情况下，能够被修改和图示。SS 116执行对BS 102的波束扫频。这里，“N”意指UL TX波束的数量，并且“M”意指用于RX波束成形支持的重复的发射的数量。当通过以上结构的随机接入信道62发射信息时，SS 116向BS 102发射在先前的处理中通过同步信道等等所选择的最好的下行链路波束信息。也就是说，当SS 116通过使用RACH序列而具有对系统的访问时，SS 116发射最好的下行链路波束信息。为了该随机接入信道发射操作，BS 102通过广播信道向SS 116提供与随机接入信道的结构相关联的RACH配置信息，即，信道分配时段、在时间和频率资源中的位置、关于RACH序列的信息，以及关于“N”和“M”值的信息等等。并且，SS 116从所提供的RACH配置信息获得随机接入信道发射所必需的信息。基于所获得的信息，SS 116发射RACH信息。图6图示出SS 116对BS 102执行(N×M)波束扫频的情况，但是能够使用修改的示例。例如，修改的示例能够是其中SS 116固定上行链路发射波束并且BS 102执行接收波束扫频的方法。
图7图示出根据本公开的实施例的用于描述RACH信息发射操作的示例。根据一些实施例，为了在RACH序列发射时一起发射最好的下行链路波束信息，SS 116使用码分方法。假定RACH序列的数量总共是“A”并且RACH序列的索引70用“R”个比特来表示(R＝log2A)。在前述的假定中，“P”比特72被定义为用户标识序列索引，并且“Q”比特74被定义为最好的下行链路发射波束索引。在这里，R＝P+Q。BS 102通过广播信道向SS 116发射总数量“A”的RACH序列和关于“P”和“Q”的信息。因此，SS 116获得信息，并且，基于所获得的信息，SS 116随机接入BS 102。这里，能够以诸如索引比特信息、序列配置等等的各种形式来表示关于“P”和“Q”的信息。SS 116任意地选择0至2P-1的值之一，并且，按照预定义规则，SS 116将所选择的值与使用同步信道等等所选择的最好的下行链路发射波束索引(0至2Q-1)相组合，并且选择一个RACH序列。如果SS 116向BS 102发射所选择的RACH序列，则当BS 102成功检测对应的RACH序列时，BS 102能够借助于所检测的RACH序列来获得SS 116的最好的下行链路发射波束信息。
在随机接入信道中检测对应的RACH序列的BS 102选择一个或多个最好的上行链路发射/接收波束对，并且通过使用从SS 116接收的最好的下行链路发射波束信息来发射RACH响应消息。RACH响应消息包括关于随机接入成功或失败的信息、时间和频率同步校正信息、最好的上行链路发射波束信息，等等。
根据一些实施例，图5的SS 116的RACH信息生成器550生成RACH信息，其包括指示从BS 102发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息。发射机520通过天线510向BS 102发射所生成的RACH信息。
在控制器560的控制下，RACH信息生成器550选择多个RACH序列之中的通过用户标识序列索引72所指示的特定群组的RACH序列，并且生成一个RACH序列(例如，序列2)，作为RACH信息。根据将所选择的群组的RACH序列(其由用户标识序列索引72指示)与指示最好的下行链路发射波束的指示信息(即，最好的下行链路发射波束索引74)相组合的结果(即，RACH序列索引70)来确定所生成的RACH序列(例如，序列2)。也就是说，在一个示例中，在控制器550的控制下，RACH信息生成器550随机地选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列，搜索所选择的群组的RACH序列内的由最好的下行链路发射波束索引74所指示(即，映射)的RACH序列，并且将所搜索的RACH序列确定为一个RACH序列(例如，序列2)。
在另一个示例中，在控制器560的控制下，RACH信息生成器550选择多个RACH序列之中被映射到最好的下行链路发射波束索引74的特定群组的RACH序列，随机地选择特定群组的RACH序列内的一个RACH序列(例如，序列2)，并且生成所选择的一个RACH序列(例如，序列2)作为RACH信息。
根据本公开的实施例，图4的BS 102的发射机/接收机420接收包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息。RACH检测器460从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。
在控制器480的控制下，RACH检测器460检测RACH信息之中与预定义数量一样多的比特(即，对应于用户标识序列索引72的“P”比特)，并且检测RACH信息之中由除RACH序列之外的剩余比特(即，对应于最好的下行链路发射波束索引74的“Q”比特)所指示的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
根据前述的实施例，当存在关于最好的下行链路发射波束的大量信息时(即，当为了表示下行链路波束索引而需要许多比特时)，需要非常长的RACH序列。这增加在BS中检测随机接入信道的复杂度，并且通过使用给定时间和频率资源而限制了随机接入信道的设计。而且，如果在BS中下行链路发射波束宽度的各种设置是可能的，则为了支持这一点，各种设置在诸如设计用于各种组合的所有RACH序列、根据最小波束宽度设计RACH序列等等的系统设计方面引起巨大负担。
一些实施例用于解决本公开的其他实施例的限制等等，并且提出通过使用随机接入信道位置或机会来加载最好的下行链路发射波束信息的方式。图8A和图8B是用于描述根据本公开的一些实施例的RACH信息发射操作的图。
例如，当利用两个比特来表示最好的下行链路发射波束索引时，如在图8A中与最好的下行链路发射波束索引相关联地限制SS 116的可用的RACH机会。也就是说，假定SS 116的使用同步信道等等所测量和选择的最好的下行链路发射波束索引被给定为“b00“82，则SS 116在与“b00”对应的RACH机会向BS 102发射RACH序列82。因此，BS 102将“b00”解释为在与“b00”对应的RACH机会发射的SS 116的最好的下行链路发射波束索引，因此获得最好的下行链路发射波束信息。为了该操作，BS 102通过广播信道向SS 116发射RACH机会(在图8A中由阴影线来描绘)和最好的下行链路发射波束索引之间的映射信息、关于每个RACH机会的序列的信息，等等。因此，SS116获得从BS 102发射的RACH配置信息，并且，基于所获得的RACH配置信息，能随机接入BS 102。
如图8A所图示的，RACH机会是在时间轴上的发射机会。最好的下行链路发射波束索引“b00”82与上行链路RACH发射机会81对应，并且最好的下行链路发射波束索引“b01”84与一上行链路RACH发射机会83对应，并且最好的下行链路发射波束索引“b11“86与上行链路RACH发射机会85对应。
如图8B所图示的，RACH机会是在频率轴上的发射机会。最好的下行链路发射波束索引“b00”92和最好的下行链路发射波束索引“b01”93能够与上行链路RACH发射机会91对应，并且最好的下行链路发射波束索引“b10”95和最好的下行链路发射波束索引“b11”96能够与上行链路RACH发射机会94对应。
在另一个方式中，RACH机会能够被区分为时间轴和频率轴的组合。能够根据所映射的最好的下行链路发射波束索引来不同地设置RACH机会的时段。
在随机接入信道中检测对应的RACH序列的BS 102选择一个或多个最好的上行链路发射/接收波束对，并且通过使用从SS 116接收的最好的下行链路发射波束信息来发射RACH响应消息。RACH响应消息包括关于随机接入成功或失败的信息、时间和频率同步校正信息、最好的上行链路发射波束信息，等等。
根据一些实施例，图5的SS 116的RACH信息生成器550生成RACH信息，其包括指示从BS 102发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息。发射机520通过天线510向BS 102发射所生成的RACH信息。
在控制器560的控制下，RACH信息生成器550确定多个RACH序列之中的任何一个的RACH序列，并且在多个发射机会之中与最好的下行链路发射波束相对应的机会将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。
根据本公开的一些实施例，图4的BS 102的发射机/接收机420接收包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息。RACH检测器460从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。
在控制器480的控制下，RACH检测器460检测包括在RACH信息中的序列作为RACH序列，并且检测与多个发射机会之中接收RACH信息的机会相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
用于SS 116在RACH序列发射时一起发射最好的下行链路波束信息的方式能够是将第一实施例的方式与第二实施例的方式组合。图9是用于描述根据本公开的组合实施例的RACH信息发射操作的图。
由“Q”比特74(或“X”比特76)和“Y”比特78来映射最好的下行链路发射波束索引。在根据本公开的实施例的码分方法中发射“Q”比特74(或“X”比特76)，并且根据本公开的实施例，“Y”比特78被映射到RACH机会索引并且被发射。在这里，Q＝X并且R＝P+Q。BS 102通过广播信道向SS 116发射每个RACH机会的总数量“A”的RACH序列、关于“P”的信息(即，用户标识序列索引比特)、“X”和“Y”，等等。因此，SS 116获得信息，并且，基于所获得的信息，SS 116能随机接入BS 102。SS 116任意地选择0至2P-1的值之一，并且，按照预定义规则，SS 116将所选择的值与使用同步信道等等所选择的最好的下行链路发射波束索引(0至2X-1)相组合，并且选择一个RACH序列。而且，SS 116在利用“Y”比特78所映射的一个RACH机会向BS 102发射所选择的RACH序列。因此，当BS 102成功检测对应的RACH序列时，BS 102能够借助于所检测的RACH序列来获得SS 116的最好的下行链路发射波束信息。
在随机接入信道中检测对应的RACH序列的BS 102选择一个或多个最好的上行链路发射/接收波束对，并且通过使用从SS 116接收的最好的下行链路发射波束信息来发射RACH响应消息。RACH响应消息包括关于随机接入成功或失败的信息、时间和频率同步校正信息、最好的上行链路发射波束信息，等等。
根据一些实施例，图5的SS 116的RACH信息生成器550生成RACH信息，其包括指示从BS 102发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息。发射机520通过天线510向BS 102发射所生成的RACH信息。
在控制器560的控制下，在RACH信息发射操作，RACH信息生成器550选择多个RACH序列之中由用户标识序列索引72指示的特定群组的RACH序列，确定所选择的特定群组的RACH序列中的由发射波束索引74指示的一个RACH序列(例如，序列2)，并且在从多个发射机会中选择的机会(由“Y”比特限定)将所确定的RACH序列作为RACH信息来发射。也就是说，从多个发射机会中选择的机会和在特定群组的RACH序列内确定的一个RACH序列是指示最好的下行链路发射波束的指示信息。
在另一个示例中，在控制器560的控制下，RACH信息生成器550选择多个RACH序列之中被映射到下行链路发射波束索引74的特定群组的RACH序列，随机地选择特定群组的RACH序列内的一个RACH序列(例如，序列2)，并且确定所选择的一个RACH序列(例如，序列2)。根据本公开的一些实施例，图4的BS 102的发射机/接收机420接收包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息。RACH检测器460从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。
在控制器480的控制下，RACH检测器460检测RACH信息之中与预定义数量一样多的比特(即，对应于用户标识序列索引72的“P”比特)，并且检测与RACH信息之中除RACH序列之外的剩余一些比特(即，“X”比特)以及多个发射机会之中接收RACH信息的机会(由“Y”比特来限定)相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
图10A图示出根据本公开的实施例的SS的RACH信息发射处理的示例。该操作对应于图3A的流程图，并且能够由图5中所图示的组成元件来执行。
参考图10A，在框1010A中，SS从BS接收SCH和BCH。接下来，在框1020A中，通过测量所接收的SCH，SS测量从BS发射的下行链路发射波束之中的最好的下行链路发射/接收波束。在框1030A中，SS解码所接收的BCH的信息。根据所解码的BCH信息，获得RACH配置信息。在那之后，SS生成包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息并且向BS发射所生成的RACH信息(在框1040A中)。基于参考BS较早地讨论的信息(即，RACH配置信息)来执行生成RACH信息的操作。例如，能够使用本公开的实施例中的任何一个。
图10B图示出根据本公开的实施例的SS的RACH信息发射处理的另一个示例。该操作对应于图3A的流程图，并且能够由图5中所图示的组成元件来执行。
参考图10B，SS从BS接收BCH(在框1010B中)，并且对所接收的BCH的信息进行解码(在框1020B中)。从所解码的BCH信息中，获得RACH配置信息。接下来，SS接收基准信号(RS)(在框1030B中)，并且，通过测量所接收的RS，SS测量从BS发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射/接收波束(在框1040B中)。在那之后，SS生成包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息并且向BS发射所生成的RACH信息(在框1050B中)。基于参考BS较早地讨论的信息(即，RACH配置信息)来执行生成RACH信息。例如，能够使用本公开的实施例中的任何一个。
图11图示出根据本公开的实施例的BS的RACH信息接收操作的过程。能够通过类似于图4中的那些组成元件的组成元件来执行该操作。
参考图11，在框1110中，BS接收RACH信息，该RACH信息包括指示从BS向SS发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息。接下来，在框1120中，BS从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。在那之后，在框中1130，BS测量最好的上行链路发射/接收波束，并且在框1140中，BS通过所测量的最好的下行链路发射波束向SS通知最好的上行链路发射波束。基于参考BS较早地讨论的信息(即，RACH配置信息)来执行接收和检测RACH信息的操作。例如，能够使用本公开的实施例中的任何一个。
如上所述，本公开的实施例通过在使用波束成形的无线通信系统中在网络进入处理时使得SS能够不通过单独的信道而是通过随机接入信道向BS发射最好的下行链路波束信息而具有能够支持波束成形技术中所要求的波束选择过程的效果。
尽管本公开包括对一些实施例的参考，但本领域技术人员将理解，在不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节方面的各种改变。例如，在本公开的实施例中，已经对于在测量最好的下行链路发射波束时使用的信道是同步信道的情况进行了描述，但是这不是必然地意图限制保护范围，这是因为能够代替同步信道等同地使用波束可测量的基准信号或信道。
对于另一个示例，已经作出描述，其中通过均在图4和图5中被图示的BS和SS的组成元件来实施本公开的实施例，但是也能够通过单个控制器560来实现根据本公开的实施例的操作。在该情况下，用于执行由各个计算机实现的操作的程序指令能够被记录在计算机可读介质中。计算机可读介质能够包括仅仅程序指令、数据文件、数据结构等等或其组合。程序指令能够是为了本公开的实施例所特别地设计和配置的指令或者是为本领域的技术人员所公知且可得到的指令。计算机可读的记录介质的示例包括诸如硬盘、软盘和磁带的磁介质、诸如紧致磁盘只读存储器(CD-ROM)或数字通用磁盘(DVD)的光记录介质、诸如软式光盘的磁性光学介质，以及诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪速存储器等等的特别地被构造为存储和执行程序指令的硬件设备。程序指令的示例包括诸如由编译器作出的代码之类的机器语言代码以及可由计算机通过使用解译器而执行的高级语言代码，等等。如果在本公开中描述的BS的所有或一部分或者中继器由计算机程序来实现，则即使存储计算机程序的计算机可读的记录介质也被包括在本公开中。因此，本公开的范围不应当由所描述的实施例来限制和限定，并且应当由所附权利要求来限定并且等同于权利要求。

Claims (15)

1.一种在使用波束成形的无线通信系统中由订户站(SS)实施的方法，该方法包括：
测量从基站(BS)发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束；以及
向BS发射随机接入信道(RACH)信息，其包括指示最好的下行链路发射波束的指示信息。
2.一种在使用波束成形的无线通信系统中使用的订户站(SS)装置，该装置包括：
随机接入信道(RACH)信息生成器，被配置为生成包括指示从基站(BS)发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息的RACH信息；和
发射机，被配置为向BS发射所生成的RACH信息。
3.一种在使用波束成形的无线通信系统中由基站(BS)实施的方法，该方法包括：
接收包括指示从BS向订户站(SS)发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息的随机接入信道(RACH)信息；以及
从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。
4.一种在使用波束成形的无线通信系统中使用的基站(BS)装置，该装置包括：
接收机，被配置为接收包括指示从BS向订户站(SS)发射的下行链路发射波束之中最好的下行链路发射波束的指示信息的随机接入信道(RACH)信息；以及
检测器，被配置为从所接收的RACH信息中检测RACH序列和最好的下行链路发射波束。
5.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的装置，其中，向BS发射RACH信息包括：
选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列，并且确定特定群组的RACH序列内的一个RACH序列；以及
将所确定的RACH序列作为RACH信息发射到BS。
6.根据权利要求5所述的方法或装置，其中，确定RACH序列包括：
随机地选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列；以及
搜索特定群组的RACH序列内的被映射到指示信息的序列并且将所搜索的序列确定为一个RACH序列。
7.根据权利要求5所述的方法或装置，其中，确定RACH序列包括：
选择多个RACH序列之中的被映射到指示信息的特定群组的RACH序列；以及
随机地选择特定群组的RACH序列内的序列并且将所选择的序列确定为一个RACH序列。
8.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的装置，其中，向BS发射RACH信息包括：
确定多个RACH序列之中的任何一个RACH序列；以及
在多个发射机会之中与最好的下行链路发射波束相对应的机会将所确定的RACH序列作为RACH信息发射到BS。
9.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的装置，其中，向BS发射RACH信息包括：
选择多个RACH序列之中的特定群组的RACH序列，并且确定特定群组的RACH序列内的一个RACH序列；以及
在从多个发射机会中选择的机会将所确定的RACH序列作为RACH信息发射到BS。
10.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的装置，进一步包括从BS接收与RACH信息的发射相关联的RACH配置信息，
其中，接收RACH配置信息包括接收从BS广播的RACH配置信息，并且
其中，选择最好的发射波束包括：测量通过波束可测量的基准信道从BS发射的下行链路发射波束之中最好的发射波束，并且选择最好的发射波束。
11.根据权利要求3所述的方法或根据权利要求4所述的装置，其中，检测包括：
检测RACH信息之中与预定义数量一样多的比特作为RACH序列；以及
检测RACH信息之中由除RACH序列之外的剩余比特所指示的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
12.根据权利要求3所述的方法或根据权利要求4所述的装置，其中，检测包括：
检测包括在RACH信息中的序列作为RACH序列；以及
检测与多个发射机会之中接收RACH信息的机会相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
13.根据权利要求3所述的方法或根据权利要求4所述的装置，其中，检测包括：
检测RACH信息之中与预定义数量一样多的比特作为RACH序列；以及
检测与RACH信息之中的除RACH序列之外的剩余比特以及多个发射机会之中接收RACH信息的机会相对应的下行链路发射波束作为最好的下行链路发射波束。
14.根据权利要求3所述的方法或根据权利要求4所述的装置，进一步包括：
向SS发射与RACH信息的发射相关联的RACH配置信息；
测量RACH信息；
根据测量结果来确定最好的上行链路发射波束；以及
向SS发射关于最好的上行链路发射波束的信息，
其中，发射RACH配置信息包括向SS广播RACH配置信息。
15.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的装置或根据权利要求3所述的方法或根据权利要求4所述的装置，其中，通过以下中的至少一个来区分多个发射机会：时间轴、频率轴以及时间轴和频率轴的组合。
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