CN105027524B - 在使用波束成形的无线通信系统中发送和接收上行链路随机接入信道时隙的方法和装置 - Google Patents

在使用波束成形的无线通信系统中发送和接收上行链路随机接入信道时隙的方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供一种在使用波束成形的无线通信系统中发送和接收随机接入信道(RACH)的信号的方法和装置。所述接收方法包括：从发送器接收通过发送器的每一发送波束的由发送器在每个发送波束中发送的信号，所述信号包含与接收器的接收波束的总数一样多的重复码元，并通过在信号接收期间切换到对应于所述信号中包含的码元的接收波束来检测码元。

Description

在使用波束成形的无线通信系统中发送和接收上行链路随机 接入信道时隙的方法和装置
技术领域
本公开涉及一种在通过多个天线执行波束成形的无线通信系统中发送和接收随机接入信道时隙的方法和装置。
背景技术
为满足对无线数据业务日益增长的需求，已提出了在无线通信系统中增加数据率的技术。这些技术之一是增加信号带宽。因为在通常的无线通信系统中的10GHz或以下带宽中确保宽频带困难，所以应该在较高带宽中确保宽频带。在此背景下，在当前60G频带中的短距离通信标准(诸如无线高清(WirelessHD)、电气和电子工程师协会(IEEE)802.15.3c、IEEE802.11ad等等)都在针对毫米波通信系统积极地研究。
作为使用极高频率的结果，毫米波通信系统遭受路径损耗、弱穿透性能，并且因而服务覆盖范围减小。这样的问题可通过波束成形来解决，具体说，基于窄波束的波束成形限制多普勒频散和多路径分量。
波束成形通过将来自多个天线的信号导引(例如定向)到特定方向上而将波束集中在特定服务区域。波束成形可包含发送(TX)波束成形和接收(RX)波束成形。在TX波束成形中，几乎没有信号在除期望方向以外的方向发送。相比之下，在RX波束成形中，几乎没有信号从除期望方向以外的方向接收到。对于TX波束成形和RX波束成形，发送器和接收器可能需要通过顺序转向特定方向上的波束来检测具有最高信号强度的各自的最好TX波束和RX波束。
以上信息被提供作为背景信息，仅仅用于帮助理解本公开。对于以上所述是否可被用作本公开的现有技术，没有进行任何决定，并且没有进行任何主张。
发明内容
技术问题
同时，当移动站(MS)初始接入基站(BS)或执行向BS的切换时，MS执行随机接入(RA)过程。可在RA过程期间执行检测最佳TX波束和RX波束的过程。因此，RA被延迟了检测最佳TX波束和RX波束所花费的时间。
技术方案
本公开各方面解决至少上述的问题和/或缺点，并提供至少下述的优点。因此，本公开一方面提供一种使在随机接入(RA)期间检测最佳发送(TX)波束和接收RX波束所涉及的时间延迟最小的上行链路(UL)随机接入信道(RACH)时隙结构。
本公开另一方面提供一种用于发送和接收UL RACH时隙的方法和装置。
根据本公开一方面，提供一种在使用波束成形的无线通信系统中接收RACH的信号的方法。所述方法包括：从发送器接收通过发送器的每一发送波束的信号，并通过在RACH信号接收期间切换到对应于所述信号中包含的码元的接收波束来检测码元。
根据本公开另一方面，提供一种在使用波束成形的无线通信系统中接收RACH信号的接收器。所述接收器包括：收发器，被配置成从发送器接收通过发送器的每一发送波束的信号；和控制器，被配置成通过在RACH信号接收期间切换到对应于所述码元的接收波束来检测码元。
根据本公开另一方面，提供一种在使用波束成形的无线通信系统中发送RACH信号的方法。所述方法包括：生成包含与接收器的接收波束的总数一样多的重复码元的RACH信号，并且通过每一发送波束向接收器发送所述RACH信号。
根据本公开另一方面，提供一种在使用波束成形的无线通信系统中发送RACH信号的发送器。所述发送器包括：控制器，被配置成生成包含与接收器的接收波束的总数一样多的重复码元的RACH信号；以及收发器，被配置成通过每一发送波束向接收器发送所述RACH信号。
从以下结合附图进行的公开了本公开各种实施例的详细描述中，本公开的其它方面、优点和突出特性，对于本领域的技术人员来说将变得清楚。
附图说明
从以下结合附图进行的详细描述中，本公开特定实施例的以上和其它方面、特性和优点将更加清楚，在附图中：
图1图解根据本公开实施例的在使用波束成形的一般无线通信系统中的示范性上行链路(UL)通信；
图2图解根据本公开实施例的在长期演进(LTE)通信系统中的示范性物理随机接入信道(PRACH)前导码；
图3是根据本公开实施例的发送UL随机接入信道(RACH)码元的发送装置的方框图；
图4图解根据本公开实施例的UL RACH时隙的结构；
图5是根据本公开第二实施例的支持UL RACH时隙结构的发送装置的方框图；
图6是说明根据本公开第一实施例的UL RACH时隙结构的峰值平均功率比(PAPR)降低效果的图；
图7图解根据本公开第三实施例的UL RACH时隙的结构；
图8图解根据本公开第四实施例的在UL RACH时隙发送期间与ULRACH时隙结构相对应的接收(Rx)波束的示范性操作；
图9是图解根据本公开第四实施例的Rx波束操作的信号流的图；
图10是图解根据本公开第四实施例的执行时域检测的接收装置的方框图；
图11图解根据本公开实施例的在基站(BS)中由Rx波束切换所引起的参考时间中的变化；
图12图解根据本公开第四实施例的执行频域检测的接收装置的方框图；
图13是图解根据本公开实施例的在接收装置中的接收UL RACH时隙的操作的流程图；以及
图14是图解根据本公开实施例的在发送装置中的发送UL RACH时隙的操作的流程图。
贯穿附图，相似的附图标号将被理解为用来指相似的部分、组件和结构。
具体实施方式
提供下列参照附图的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同定义的本公开的各实施例。其包括各种特定细节以帮助理解，但是这些将被认为仅仅是示范性的。相应地，本领域普通技术人员将认识到：在不脱离本公开的范围和精神的前提下，可以对在此描述的实施例进行各种变化和修改。另外，为了清楚和简洁，将省略对公知功能和结构的描述。
在下面描述和权利要求中使用的术语和词汇不限于字面含义，而是仅仅被发明人用来使得能够清楚和一致地理解本公开。因此，对于本领域技术人员来说，很显然，提供下面对本公开各实施例的描述仅仅是出于说明的目的，而不是出于限制由所附权利要求及其等同定义的本公开的目的。
需要理解的是，单数形式“一”、“一个”、“所述”，除非文中清楚地指示，否则包括复数指代，因此，例如，对“一个组件表面”的指代包括对一个或多个这样的表面的指代。
通过术语“基本上”，表示所陈述特性、参数或值不需要精确地达到，而是可以以不影响所述特性期望提供的效果的量出现偏差或者变化，例如包括公差、测试误差、测试精度限制和本领域技术人员公知的其它因素。
根据本公开各种实施例，电子设备可包含通信功能。例如，电子设备可能是智能电话机、平板个人电脑(PC)、移动电话机、视频电话机、电子书阅读器、台式PC、笔记本PC、上网PC、个人数据助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、移动医疗设备、照相机、可穿戴设备(例如，头戴式设备(HMD)、电子服装、电子发夹、电子项链、电子配件、电子纹身或智能手表)和/或类似。
根据本公开各种实施例，电子设备可以是具有通信功能的智能家庭设备。智能家庭设备例如可以电视机、数字视频光盘(DVD)播放器、音频、冰箱、空调、吸尘器、烤箱、微波炉、洗衣机、烘干机、空气净化器、机顶盒、电视盒(例如，Samsung HomeSyncTM、Apple TVTM或Google TVTM)、游戏机、电子词典、电子钥匙、摄像机、电子相框和/或类似。
根据本公开各种实施例，电子设备可能是医疗设备(例如，磁共振血管成像(MRA)设备、磁共振成像(MRI)设备、CT设备、成像设备或超声波设备)、导航设备、全球定位系统(GPS)接收器、事件数据记录器(EDR)、飞行数据记录仪(FDR)、汽车信息娱乐设备、海上电子设备(例如，海上导航设备、陀螺或指南针)、航空电子设备、安全设备、工业或消费机器人和/或类似。
根据本公开各种实施例，电子设备可能是家具、建筑/结构的一部分、电子板、电子签名接收设备、投影机、各种测量设备(例如，水、电、气或电磁波测量设备)和/或类似包含通信功能的设备。
根据本公开各种实施例，电子设备可能是前述设备的任何结合。另外，对于本领域普通技术人员来说，很明显，根据本公开各种实施例的电子设备不限于前述设备。
根据本公开各种实施例，移动站(MS)可能是电子设备。
图1图解根据本公开实施例的在使用波束成形的通常无线通信系统中的示范性上行链路(UL)通信。
参照图1，例如，基站(BS)100和MS 105中的每一个都使用多天线波束。具体地，作为示例，BS 100被假定为使用N个接收(Rx)波束，而MS 105被假定为使用M个发送(Tx)波束。在UL传输中，BS 100从MS 105通过N个Rx波束(从Rx波束#1到Rx波束#N顺序扫描Rx波束)来接收UL信号。MS 105同时通过M个Tx波束(从Tx波束#1到Tx波束#M顺序扫描Tx波束)来发送UL信号，在BS 100的RX波束中，最接近UL信号的到达度(Degree of Arrival，DoA)的Rx波束可以以最高信噪比(SNR)从MS 105接收到UL信号。
MS 105执行随机接入(RA)以向BS 100发送UL信号。通常，没有连接至BS的MS执行RA以向BS请求资源。因此，MS 105可被假定为上电或尝试通过切换来接入网络。在这种情况下，MS 105通过DL同步信道(SCH)获取下行链路(DL)同步，基于从DL控制信道获取的UL传输参数随机选择RA序列码，并将所选择的RA序列码发送给BS 100。接着，BS 100基于从MS接收的RA序列码检测每个MS的随机接入信道(RACH)，并向MS发送功率信息、定时提前信息和类似信息以用于MS在所检测到的RACH上的发送。
MS 105向BS 100发送物理随机接入信道(PRACH)。如果MS 105在预定时间内没有从BS 100接收到对于所发送PRACH的响应，那么MS 105确定BS 100的RACH检测失败，并且MS105向BS 100重新发送PRACH。RA过程被执行以用于MS的网络进入并且最小化从MS的PRACH发送到BS的RACH检测所花费的时间是重要的。例如，在长期演进(LTE)系统中，MS在RA过程中使用PRACH向BS请求接入。根据本公开各种实施例，对于不考虑系统带宽的传输，MS在1.08MHz的频带(例如，6个资源块(RB))中发送PRACH。
图2图解根据本公开实施例的在通常的LTE通信系统中的示范性PRACH前导码。
参照图2，PRACH前导码200包括长度为TCP的循环前缀(CP)、长度为TSEQ的前导码序列和长度为TGT的保护时间。根据本公开各种实施例，通过高层信号来设定的PRACH前导码200的长度等于一个子帧的长度TSub。
例如，MS 105可被假定为向BS 100发送如图2所示的PRACH前导码200。BS 100通过顺序扫描N个RX波束检测PRACH前导码200。根据本公开各种实施例，可在一帧中发送传统LTE PRACH前导码。在这种情况下，为检测PRACH前导码，BS 100可在一帧的持续时间期间不改变RX波束。根据本公开各种实施例，为使BS 100确定最佳RX波束，MS 105一般应发送与BS100中的RX波束一样多的PRACH前导码。贯穿说明书，最佳TX波束或者最佳RX波束可对应于携带具有最大TX或者RX信号强度的信号的波束。例如，MS 105通过顺序扫描TX波束成形中的M个TX波束、通过每一TX波束发送与BS 100的RX波束一样多(这里为N)的PRACH信号。因此，MS105总共发送N×M个PRACH前导码。因此，RA被延迟对应于N×M个子帧的总长度的时间，从而大大降低了网络性能。
通信系统一般使用比PRACH的带宽宽的总带宽。除PRACH带宽之外的剩余带宽可被用于UL数据传输。如之前所述，BS应顺序扫描所有RX波束以接收PRACH信号。因此，在接收PRACH信号的同时发送所调度的UL数据可能是困难的。结果，资源被消耗，UL数据容量同时被减少。特别是，如果MS在小区内没有被平均分布，或者如果非常(例如，相对)少的MS位于小区内，那么PRACH传输进一步减少了UL数据传输效率。因此，在使用波束成形的无线通信系统中的PRACH发送期间只发送PRACH可能更有效率。
在此背景下，本公开各种实施例提供为携带UL RACH信号设计的时隙结构(之后，被称为UL RACH时隙)，以用于最小化确定最佳TX/RX波束过程中的RA延迟时间，以及提供在接收装置中接收UL RACH时隙的方法。虽然通过举例方式在毫米波通信系统中的使用波束成形的无线通信系统的背景中描述本公开，但是本公开各种实施例也可应用于其它通信系统。具体说，本公开各种实施例提供其中相同RACH码元发生与BS中的RX波束数相同的次数的UL RACH时隙。MS通过每一TX波束发送本公开的UL RACH时隙。接着，BS通过顺序扫描对于每一TX波束的RX波束，检测UL RACH时隙中的RACH码元。例如，根据本公开各种实施例，BS在一个UL RACH时隙的持续时间期间通过所有RX波束检测RACH码元。与相关技术的通过在每个子帧中切换RX波束来接收RACH信号的方法相比，RA时间延迟被显著减少。因为根据本公开各种实施例的UL RACH时隙是只用于RA的独立时隙，不携带UL数据，所以可以最小化UL数据传输的容量的减少。
为帮助理解本公开各种实施例，下面将首先描述配置了根据本公开各种实施例的UL RACH时隙的帧结构。例如，一帧为5ms长，并且该帧可包括5个子帧，其中每个子帧具有固定长度1ms。每个子帧可进一步被分为20个时隙，其中每个时隙具有固定长度50μs。每个时隙可包括10或11个正交频分复用(OFDM)码元。一个OFDM码元包括一个快速傅里叶变换(FFT)时间段和一个CP时间段。例如，FFT时间段可为4μs，而CP可以是1或者0.5μs。一个OFDM码元可以是5或者4.5μs长。因此，如果一个时隙为50μs长，那么该时隙可包括10个OFDM码元。
例如，在频分复用(FDD)无线通信系统中，BS在每个DL帧中发送至少一个同步和广播信道(BCH)时隙。在接收到同步和BCH时隙时，MS获取对该BS的同步，接收系统控制信息，并在每个子帧的至少一个控制时隙中发送控制信息。另外，BS在每个帧的至少一个波束测量(BM)时隙中发送DL训练信号。每个子帧在至少一个数据时隙中携带用户数据。虽然系统可为数据时隙选择10或11个OFDM码元，但是每个其它类型的时隙可以总是包括10个OFDM码元。同样，存在控制时隙、BM时隙、用于UL的数据时隙。根据本公开各种实施例，使用UL RACH时隙。
根据本公开各种实施例，提供一种适用于使用TX波束成形和RX波束成形的无线通信系统的UL RACH码元结构。根据本公开各种实施例，UL RACH码元可被假定为以例如图2中所示的结构配置。然而，UL RACH码元中包含的字段的长度和RACH序列的长度根据本公开被应用的无线通信系统(例如，之前描述的毫米波通信系统)而被自适应地调整。具体说，CP长度TCP等于三个OFDM码元的长度，RACH序列长度TSEQ等于六个OFDM码元的长度，保护时间TGT等于一个UL RACH时隙的除CP和RACH序列之外的剩余长度。根据本公开各种实施例，ULRACH序列可以以最小带宽发送以便UL RACH序列可被检测到而不用考虑系统带宽。可基于根索引而生成UL RACH序列，其中根索引u是通过使用例如从DL SCH中估计的小区标识符(ID)，c(c＝0,...,Ncell)而选择的以便考虑小区内干扰或小区间干扰。这里，Ncell是小区的数目。根据另一实施例，根索引u可能是比RACH序列长度小的随机值。在这种情况下，如果RACH序列长度为“1571”，则根索引u的范围为0到1570。为保证互相关特性而不管MS所选的根索引，RACH序列长度可被设定为小于最小带宽的6倍的质数。例如，如果最小系统带宽是264个子载波，那么RACH码元长度可被设定为小于1584的质数1571，更多MS可借助CPv来彼此区分以使用RACH序列的互相关特性。
图3是根据本公开第一实施例的发送UL RACH码元的发送器的方框图。
参照图3，发送器300包括RACH序列生成器302、离散傅里叶变换(DFT)处理器304、子载波映射器306、逆快速傅里叶变换(IFFT)处理器308和CP插入器310。
RACH序列生成器302生成上述UL RACH序列。DFT处理器304通过DFT来变换从RACH序列生成器302接收的UL RACH序列以降低峰均平均功率比(PAPR)。可有选择性执行DFT。相应地，子载波映射器306可以以RACH序列的当前状态接收RACH序列或从DFT处理器304接收经DFT处理的RACH序列。
子载波映射器306为RACH序列分配与最小系统带宽一样多的子载波。如前所述，ULRACH码元中CP和保护时间的长度通过考虑UL RACH码元的总OFDM长度而被调整。例如，子载波映射器306设定1/6子载波间距以便6个UL RACH码元可对应于6个OFDM码元。
IFFT处理器308通过IFFT处理经长度调整的UL RACH码元。CP插入器310将CP插入从IFFT处理器308接收的IFFT RACH码元。
在根据本公开第一实施例的检测UL RACH码元中，BS在时域或频域执行互相关。通过将RACH码元对每个根索引相关，BS可获取RACH码元以及在MS与BS之间的定时。然而，因为传统RACH码元在如前所述的本公开第一实施例中仍然被使用，所以，与RA延迟和减少UL数据容量相关的问题仍然保留。因此，本公开另一实施例提供可克服根据本公开第一实施例的UL RACH码元结构导致的问题的UL RACH时隙结构。
图4图解根据本公开实施例的示范性UL RACH时隙结构。
参照图4，UL RACH时隙400被配置以便包含与BS的RX波束总数一样多的重复的上述UL RACH码元。例如，UL RACH时隙400的RACH码元402的长度等于两个OFDM码元的长度2×TFFT，并且RACH码元402在UL RACH时隙400中出现5次。类-CP保护码元404被插入UL RACH时隙400以保证信号连续性，并且考虑到传输延迟，与一个OFDM码元一样长的保护时间406被插入UL RACH时隙400。
与根据本公开第一实施例配置的RACH序列相比，包含5个RACH码元402的RACH序列被分配在整个系统频带上。虽然对于RACH码元可被发送的距离存在限制，但是RACH码元在时间轴上可被配置为更短。因此，RACH码元402可在一个RACH时隙400中被重复多次。同时，根据本公开各种实施例，所考虑的无线通信系统的服务覆盖范围可为1km或以下。因此，面临根据本公开第二实施例的RACH时隙结构的传播距离限制没有太大关系。
图5是根据本公开第二实施例的支持RACH时隙结构的发送装置的方框图。
参照图5，发送装置500包括RACH序列生成器502、DFT处理器504、子载波映射器506、IFFT处理器508、重复器510和CP插入器512。RACH序列生成器502、DFT处理器504和CP插入器512分别以与图3所示并且与其相关地讨论的各个对应器件相类似的方式运行。因此，在这里将不再详细描述RACH序列生成器502、DFT处理器504和CP插入器512以避免冗余描述。
根据本公开第二实施例，RACH序列生成器502生成其中相同码元被重复的RACH序列，如前所述。
与图3的子载波映射器306相类似，子载波映射器506通过改变RACH子载波之间的间距来调整RACH码元的长度。例如，子载波映射器506可通过将分配给UL RACH时隙400的子载波间距减少(例如，将分配给UL RACH时隙400的子载波间距减少到一半)来增加(例如，两倍)RACH码元402的长度。根据本公开各种实施例，应考虑UL RACH时隙400中的重复模式的长度来设定RACH码元402的长度2×TFFT。例如，RACH码元402出现与接收装置中RX波束总数相同的次数，例如通过重复器510达5次。可根据重复数和RACH码元的长度而改变保护时间长度。为减轻UL数据量减少的问题，在本公开第二实施例中，UL RACH时隙只包含RACH码元，而不将RACH码元与UL数据复用。因此，RACH时隙结构被解除施加在RACH码元和UL数据码元之间的复用上的约束，即分配给UL数据码元的子载波之间的间距被设定为RACH码元的子载波间距的整数倍数。如本公开第一实施例，DFT处理器504可有选择地执行DFT。根据本公开各种实施例，如果DFT被执行，那么PAPR被降低。
图6是说明根据本公开第一实施例的UL RACH时隙结构的PAPR降低效果的图。
参照图6，根据本公开第一实施例配置的UL RACH时隙的调制(包括DFT扩展)导致在正交频分多址(OFDMA)中为单个用户使用系统带宽的全部子载波的效果。例如，发送装置将串行RACH序列转换为并行RACH信号，DFT对该并行RACH信号扩频，IFFT处理经DFT扩频的RACH信号以抵消DFT扩频效应，并将并行IFFT信号转换为串行RACH信号，因此在操作605保护间隔插入之前，在调制操作600输出与单载波系统相同类型的信号。因此，如果DFT被执行，那么根据本公开第一实施例的RACH时隙也具有低PAPR。
图7图解根据本公开第三实施例的UL RACH时隙的结构。
参照图7，根据本公开第三实施例的UL RACH时隙700被配置以便RACH码元在ULRACH时隙700中出现与接收装置的RX波束总数相同的次数，如在本公开第二实施例中那样。例如，假定RACH码元702在UL RACH时隙700中出现5次。RACH码元702与两个OFDM码元一样长。在RACH码元702在UL RACH时隙700中出现5次之后，在UL RACH时隙700中，作为CP的保护码元704被插入以保证信号连续性，并且考虑到传输延迟，与一个OFDM码元一样长的保护时间706被设定。与本公开第二实施例相比，在本公开第三实施例中，UL RACH时隙被配置在通过划分系统带宽而得到的708a到708i每个子带中。子带708a到708i的带宽可相同或不同。在图7所示的情形中，系统带宽总共被划分为i个子带，i基于RACH序列的相关特性来确定。根据本公开各种实施例，不同MS可通过将RACH码元分配给各个子带708a到708i来配置RACH时隙。
虽然没有示出，但是根据本公开第三实施例的UL RACH时隙在图5所示的发送装置中生成。虽然在本公开第二实施例中可与系统带宽的全部子载波相对应地设计DFT处理器504，但是在本公开第三实施例中，可与形成系统带宽的每个子带的子载波相对应地设计DFT处理器504。因为多个用户使用分配给其的不同子带，所以在本公开第三实施例中，资源可依据子载波如何被分配给多个用户以分布式FDMA(DFDMA)或集中式FDMA(LFDMA)被分配给用户。在DFDMA中，输入数据的DFT输出被分布在整个带宽上，而在LFDMA中，输入数据的DFT输出被分配到连续子载波上。例如，图7中，在LFDMA中，RACH码元被分配到具有连续子载波的每个子带上。
在本公开第三实施例中，RACH序列比本公开第一实施例中短。因此，更高的功率被分配给所分配的子载波，从而扩展服务覆盖范围。而且，因为MS从多个子带中随机选择子带，所以另一MS可能与该MS竞争相同子带。然而，相对于传统RACH时隙结构，不同用户的RACH时隙之间的冲突概率的显著降低减少了由来自相邻MS的信号引起的干扰。作为缩短后的RACH序列的结果，扩频增益可被降低。例如，折中发生在RACH序列长度和扩频增益之间。因此，可考虑到扩频增益的降低和相邻MS的信号与干扰加噪声比(SINR)而确定RACH序列的长度和子带总数。
图8图解根据本公开第四实施例的UL RACH时隙发送期间与UL RACH时隙结构相对应的Rx波束的示范性操作。
参照图8，考虑到在对应于UL RACH时隙的一个时隙800中的传输延迟，在第一和最后一个码元时间段中设置保护时间802a和802b。为便于描述，根据之前所述本公开实施例的UL RACH时隙结构，每个保护时间802a和802b的长度可被假定为等于一个OFDM码元的长度。另外，MS可被假定为发送根据本公开第三实施例的如图7所示配置的UL RACH时隙。
在这种情况下，BS可在由MS发送的UL RACH时隙中的一个RACH码元的持续时间2×TFFT期间执行保持RX波束的互相关。接着，BS可为UL-RACH时隙中包含的五个RACH码元顺序扫描BS的五个Rx波束。例如，BS从RX波束#0到RX波束#4顺序切换其RX波束。因为BS可能在RX波束切换期间没有接收到信号，所以分配在图8中阴影部分的长度为TFFT/8的保护间隔。因此，考虑到时隙800中用于RX波束切换的阴影的保护间隔的长度和RACH码元的长度，可以改变第一和最后一个码元的长度时间(例如，保护时间802a和802b的长度)。
图9是图解根据本公开第四实施例的使用Rx波束操作的信号流的图。
参照图9，BS 900可被假定使用N个RX波束，而MS 902被假定使用M个TX波束。
参照图9，在操作904，MS 902从BS 900接收DL SCH。MS 902接着在顺序扫描M个TX波束(例如，一个接一个顺序扫描M个TX波束)的同时，向BS 900发送根据本公开第一、二和三实施例配置的UL RACH时隙。
如果MS 902通过TX波束#0发送UL RACH时隙，那么BS 900通过从RX波束#0到RX波束#(N-1)顺序切换其RX波束来检测在TX波束#0中发送的UL RACH时隙。根据本公开第二和第三实施例之一，相同RACH码元出现与BS 900的RX波束总数(例如，N次)相同的次数。因此，BS900可在通过TX波束#0发送的UL RACH时隙的持续时间期间通过所有RX波束检测RACH码元。每次当BS 900对于一个TX波束通过每一RX波束检测到RACH码元时，BS 900计算RACH码元的功率延迟分布(PDP)，将该PDP与预定PDP阈值相比较，然后确定最佳RX波束。BS 900检测指示对应于最佳RX波束的TX波束的UL RACH检测信息以及该TX波束和最佳RX波束的定时。根据本公开各种实施例，在图9中，在操作906，在接收到M个TX波束的所有UL RACH时隙之后确定UL RACH检测信息。
根据本公开另一实施例，每次当BS 900在MS 902的每个TX波束中接收到UL RACH时隙时，BS 900确定对于该TX波束的最佳RX波束以及相关UL RACH检测信息，并可以向MS902发送该UL RACH检测信息。
例如，在操作908，BS 900在随机接入响应中向MS 902发送UL RACH检测信息。在图9所示的情形中，当BS 900检测到对于MS的所有TX波束的UL RACH检测信息时，BS 900在随机接入响应中向MS 902发送所有UL RACH检测信息。根据本公开另一实施例，每次当BS 900检测到对于每个TX波束的UL RACH检测信息时，BS 900在随机接入响应中向MS 902发送该UL RACH检测信息。
在操作904-1至904-(M-1)，BS 900分别以与操作904-0相同的方式接收在MS 902的TX波束#1至TX波束#(M-1)中发送的UL RACH时隙。在操作908，BS 900可向MS 902发送包含对于所有TX波束的所有UL RACH检测信息的随机接入响应，或者每当BS 900检测到UL RACH检测信息时，BS 900在随机接入响应中向MS 902发送对于每个TX波束的UL RACH检测信息。
因此，与涉及根据其中所有TX波束和所有RX波束被组合以确定最佳TX波束和最佳RX波束的相关技术的波束成形情形的(N×M)的RA时间延迟相比，本公开第二实施例或第三实施例中配置的UL RACH时隙减小了RA时间延迟。
在BS中使用从MS接收的UL RACH时隙检测RACH码元和定时的操作可被分为时域检测操作和频域检测操作。
图10是图解根据本公开第四实施例的用于时域检测的接收装置的方框图。
参照图10，作为示例，假定根据本公开第二实施例配置的UL RACH时隙被接收到。如果接收装置根据本公开第三实施例检测UL RACH时隙，则多个用户的RACH码元在相同时间区域中被重叠，因此来自MS的信号可能干扰另一相邻MS。
参照图10，BS 1000包括接收器1002、RX波束切换器1004、相关器1006、复共轭器1008、循环移位器1010、比较器1012、PDP阈值设定器1014、波束决策器1016和定时估计器1018。
接收器1002接收在MS的每个TX波束中发送的一个UL RACH时隙。
波束切换1004重置RX波束(例如，将RX波束设置为RX波束#0)并接收RX波束中的ULRACH时隙。当通过RX波束#0接收到对应于一个RACH码元的持续时间的信号时，循环移位器1010对预先存储在存储器(未示出)中的RACH码元进行循环移位。例如，循环移位器1010将预先存储在存储器(未示出)中的RACH码元循环移位图8所示的为RX波束切换插入的长度为TFFT/8的保护间隔。
复共轭器1008通过经循环移位的RACH码元的复共轭生成互相关的RACH码元，(RACH码元)*。
相关器1006通过将接收器1002接收的RACH码元与复共轭RACH码元，(RACH码元)*，进行互相关而计算得到在接收器1002接收的RACH码元的PDP。
比较器1012将所计算的PDP与PDP阈值设定器1014设定的PDP阈值进行比较。如果所计算的PDP等于或大于PDP阈值，那么比较器1012向波束决策器1016指示在该RX波束中检测到RACH码元。接着波束决策器1016将该RX波束确定为最佳RX波束。定时估计器1018为该最佳RX波束估计在MS和BS之间的定时。
反之，如果所计算的PDP小于PDP阈值，那么比较器1012向RX波束切换器1004指示在该RX波束中没有检测到RACH码元。接着该RX波束切换器1004将RX波束切换到下一个RX波束，RX波束#1，并通过定时估计器1018重复相关器1006的操作。
根据本公开实施例，在定时估计操作中，每次当RX波束被顺序切换时，参考时间就被改变。
图11图解根据本公开实施例的在BS中由RX波束切换引起的参考时间变化。
参照图11，通过举例方式，在假定BS接收到根据本公开第二实施例的UL RACH时隙并总共使用5个RX波束的情况下提供下列描述。
参照图11，例如，与BS的RX波束总数一样多的重复的RACH码元(例如，在一个接收的UL RACH时隙中出现五个相同的RACH码元)。在考虑到在BS和MS之间的传输延迟而设定的长度为TFFT的保护时间之后设定其间BS通过RX波束#0接收RACH码元的时间段。如果在BS和MS之间发生定时误差δ，那么被循环移位TFFT+δ的信号被接收作为Rx波束#0中的RACH码元。为便于描述，BS和MS之间的传输延迟被假设为0。这里，通过RX波束#0接收的RACH码元可能具有由MS发送的RACH码元的反相位。当BS通过RX波束#1接收到RACH码元时，RACH码元被从通过Rx波束#0接收的RACH码元循环移位长度为TFFT/8的保护间隔。因此，可推断出，应当考虑到通过Rx波束#(M-1)接收的RACH码元被从通过RX波束#0接收的RACH码元循环移位达波束切换数与保护间隔的乘积，(m-1)TFFT/8，而计算定时。
图12图解根据本公开第四实施例的执行频域检测的接收装置的方框图。
参照图12，接收装置被假定接收根据本公开第三实施例的UL RACH时隙。
参照图12，接收装置1200包括接收器1202、RX波束切换器1204、FFT处理器1206、子载波去映射器1208、DFT处理器1210、复共轭器1212、乘法器1214、零插入器1216、IFFT处理器1218、比较器1220、PDP阈值设定器1222、波束决策器1224和定时估计器1226。
接收器1202接收在MS的每个TX波束中发送的一个UL RACH时隙。
波束切换器1204重置RX波束(例如，将RX波束设置为RX波束#0)并在RX波束中接收UL RACH时隙。通过RX波束#0接收到对应于一个RACH时隙的持续时间的信号。FFT处理器1211将所接收的RACH码元转换为频率信号。根据本公开第三实施例，MS的RACH码元被分配到划分全部系统带宽得到的子带上。因此，RACH码元被映射到在存储器(未示出)中其被分配至的子带上。对于在存储器中存储的RACH码元，DFT处理器1210对被分配到每个子带的子载波执行DFT。如果发送装置(例如，MS)使用DFT处理器，那么DFT处理器1210对应于MS的DFT处理器操作。
复共轭器1212复共轭每个子带的DFT RACH码元。
乘法器1214将经复共轭的RACH码元的子载波乘以分配给从子载波去映射器1208接收的RACH码元的子载波。
在对应于在所接收的UL RACH时隙中包含的RACH序列的长度的子载波的乘积之后，零插入器1216为IFFT插入零码元。
IFFT处理器1218对插入了零码元的子载波进行IFFT处理。得到的IFFT信号与互相关结果等效，并且因此，计算出时域PDP。
比较器1220将从IFFT处理器1218接收到的PDP与PDP阈值设定器1222设定的PDP阈值进行比较。如果所接收的PDP等于或大于PDP阈值，那么比较器1220向波束决策器1224指示在该RX波束中检测到RACH码元。接着波束决策器1224将该RX波束确定为最佳RX波束。
定时估计器1226估计对于该最佳RX波束的在MS和BS之间的定时。
反之，如果所接收的PDP小于PDP阈值，那么比较器1220向RX波束切换器1204指示在该RX波束中没有检测到RACH码元。接着RX波束切换器1204将RX波束切换到下一个RX波束，RX波束#1，并且对RX波束#1重复后续操作。
图13是图解根据本公开实施例的接收装置中接收UL RACH时隙操作的流程图。
参照图13，接收装置和发送装置被假定已经完成前面参考图1所述的执行RA以发送UL信号所需的过程，例如，DL SCH获取过程和类似过程。
参照图13，在操作1300，接收装置接收发送装置在每个TX波束中发送的UL RACH时隙。UL RACH时隙包含与接收装置中使用的RX波束总数一样多的重复的RACH码元。
以相同的方式对接收装置中的每个TX波束执行操作1305至1340。为便于描述，将针对一个TX波束描述操作1305至1340。
在操作1305，在接收到发送装置在TX波束中发送的UL RACH时隙时，接收装置重置RX波束。
在操作1310，接收装置计算通过重置RX波束在UL RACH时隙的持续时间期间检测到的RACH码元的PDP。
在操作1315，接收装置将所计算的PDP与PDP阈值比较。
如果所计算的PDP等于或大于PDP阈值，那么接收装置进行到操作1320，在此，接收装置将当前RX波束确定为最佳RX波束，并生成有关当前RX波束的检测信息。例如，所生成的检测信息可包括关于在接收装置和发送UL RACH的发送装置之间的定时的信息、以及关于通过其来发送在当前RX波束中检测到的RACH码元的TX波束的信息。
在操作1325，接收装置向MS发送包含检测信息的随机接入响应。
根据本公开各种实施例，生成检测信息的操作和向发送装置发送随机接入响应的操作可对通过TX波束接收到的每个UL RACH时隙执行，或者如图9所示在所有TX波束接收到UL RACH时隙之后一次性执行。
反之，在操作1315，如果所计算的PDP小于PDP阈值，那么接收装置进行到操作1330，在此，接收装置确定是否当前RX波束是接收器的最后一个RX波束。
在操作1330，如果接收装置确定当前RX波束不是最后一个RX波束，那么接收装置可进行到操作1335，在此，接收装置切换到下一个RX波束。之后，接收装置返回操作1310。
反之，在操作1330，如果接收装置确定当前RX波束是最后一个RX波束，那么，接收装置可进行到操作1340，在此，接收装置将具有从相应TX波束检测到的RACH码元的最高PDP的RX波束确定为最佳RX波束。之后，接收装置返回操作1320，在此，接收装置生成有关所确定最佳RX波束的检测信息。之后，接收装置进行到操作1325。
图14是图解根据本公开实施例的发送装置中发送UL RACH时隙的操作的流程图。
参照图14，在操作1400，发送装置生成根据上述本公开第二或第三实施例的ULRACH时隙。在UL RACH时隙中，相同RACH码元出现与接收装置中使用的RX波束数相同的次数。根据本公开第三实施例生成如果ULRACH时隙，那么发送装置将总系统带宽为多个用户划分为子带，并将每个用户的RACH码元分配到为该用户分配的子带。之前已经描述了根据本公开第二和第三实施例的UL RACH时隙的详细配置，因此在此将不再描述。
在操作1405，发送装置通过它的每个TX波束向接收装置发送UL RACH时隙。
接着，发送装置从接收装置接收与对于每个TX波束的最佳RX波束有关的检测信息。可在所有TX波束发送UL RACH时隙后，或在每次一个TX波束发送UL RACH时隙后接收到与对于每个TX波束的最佳RX波束有关的检测信息。
根据本公开各种实施例，在使用波束成形的无线通信系统中发送和接收UL RACH时隙的方法和装置可以被实现为在非暂时性计算机可读记录介质中的计算机可读代码。非暂时性计算机可读记录介质可包括存储计算机可读数据的各种记录设备。记录介质的示例可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、光盘、磁带、软盘、硬板、非易失性存储器和/或类似，并且也可包括以载波形式(例如，在互联网上的传输)实现的介质。另外，非暂时性计算机可读记录介质可分布在通过网络连接的计算机系统上，并且可以以分布式方式存储和运行计算机可读代码。
从前面描述中，很明显，与根据其中通过每个子帧扫描一个RX波束来检测RACH码元的相关技术的方案相比，因为BS在对应于根据本公开各种实施例的UL RACH时隙结构的UL RACH时隙的持续时间期间通过一个接一个顺序扫描其RX波束来检测RACH码元，所以时间延迟被减小。而且，本公开的UL RACH时隙是用于RA的独立时隙，不携带数据。因此，最小化UL数据传输容量的减小。
虽然参考本公开各种实施例对本公开进行了展示和描述，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求及等同定义的本公开的精神和范围的前提下，可以在此在形式和细节上进行各种变化。

Claims (18)

1.一种在无线通信系统中由基站接收随机接入信道(RACH)的信号的方法，所述方法包括：
从移动站接收通过发送波束的在时隙中发送的RACH的信号，所述信号包括用于移动站的发送波束的多个码元；以及
通过在所述信号的接收期间切换至与所述多个码元相对应的多个接收波束来检测包括在时隙中的所述多个码元。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述信号被分配到无线通信的整个频带上。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述信号被分配到通过划分整个频带而获得的子带中的一个上，并且
其中，其它子带被分配给由其它移动站发送的信号。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
当接收到所述信号时，重置所述基站的接收波束，
如果检测到的码元的信号强度等于或大于阈值，则将该接收波束确定为最佳接收波束，以及
向所述基站发送包括与所述最佳接收波束和映射到所述最佳接收波束的发送波束有关的信息的检测信息。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：
如果检测的码元的信号强度小于所述阈值，则将通过下一接收波束检测到的码元的信号强度与所述阈值进行比较。
6.一种在无线通信系统中接收随机接入信道(RACH)的信号的基站，所述基站包括：
收发器；以及
控制器，被配置成控制所述收发器，所述收发器被配置为：
从移动站接收在时隙中发送的RACH的信号，所述信号包括用于移动站的发送波束的多个码元；以及
通过在所述信号的接收期间切换至与所述多个码元相对应的多个接收波束来检测包括在时隙中的所述多个码元，
其中，所述多个接收波束对应于所述多个码元。
7.如权利要求6所述的基站，其中，所述信号被分配到无线通信的整个频带上。
8.如权利要求6所述的基站，其中，所述信号被分配到通过划分整个频带而获得的子带中的一个上，并且
其中，其它子带被分配给由其它移动站发送的信号。
9.如权利要求6所述的基站，其中，所述控制器 还被配置为：
当接收到所述信号时，重置所述基站的接收波束，
如果检测到的码元的信号强度等于或大于阈值，则将该接收波束确定为最佳接收波束，以及
向所述基站发送包括与所述最佳接收波束和映射到所述最佳接收波束的发送波束有关的信息的检测信息。
10.如权利要求9所述的基站，其中，所述控制器还被配置为：
如果检测到的码元的信号强度小于所述阈值，则将通过下一接收波束检测到的码元的信号强度与所述阈值进行比较。
11.一种在无线通信系统中由移动站发送随机接入信道(RACH)的信号的方法，所述方法包括：
生成RACH的信号；以及
通过发送波束向基站发送在时隙中发送的所述RACH的信号，所述RACH的信号包括用于移动站的发送波束的多个码元，
其中，包括在时隙中的所述多个码元对应于所述基站的多个接收波束。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述信号被分配到通过划分整个频带而获得的子带中的一个上，并且
其中，其它子带被分配给由其它移动站发送的所述信号。
13.如权利要求11所述的方法，其中，生成所述信号包括：
考虑到在所述基站的所述多个接收波束之间的切换时间，在码元之间插入保护间隔。
14.一种在无线通信系统中发送随机接入信道(RACH)的信号的移动站，所述移动站包括：
收发器；以及
控制器，被配置成控制所述收发器，其中，所述控制器被配置成：
生成RACH的信号；以及
通过发送波束向基站发送在时隙中发送的所述RACH的信号，所述RACH的信号包括用于移动站的发送波束的多个码元，
其中，包括在时隙中的所述多个码元对应于所述基站的多个接收波束。
15.如权利要求14所述的移动站，其中，所述信号被分配到通过划分整个频带而获得的子带中的一个上，并且
其中，其它子带被分配给由其它移动站发送的信号。
16.如权利要求14所述的移动站，其中，所述控制器被配置为考虑到在所述基站的所述多个接收波束之间的切换时间，在码元之间插入保护间隔。
17.如权利要求11所述的方法，其中，所述信号被分配到无线通信的整个频带上。
18.如权利要求14所述的移动站，其中，所述信号被分配到无线通信的整个频带上。
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