CN106487437B - 基于宽窄波束接入的高频同步实现方法、系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法、系统及装置，包括发射端在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；接收端接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；发射端在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；接收端根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。通过本发明提供的技术方案，实现了在波束训练的同时完成小区搜索，从而降低了波束搜索的时间消耗。

Description

基于宽窄波束接入的高频同步实现方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及第五代移动通信(5G)毫米波技术，尤指高频通信中一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法、系统及装置。
背景技术
人们对无线通信的需求越来越大，对用户体验的要求也越来越高，比如低时延、高的吞吐量等，这对通信技术也提出了越来越高的要求。根据香农定理：要想提高通信容量，可以增加带宽。
高频率(以下简称高频)有很多空闲频谱待开发，且带宽高达0.9GHz以上，是3GHz以下频谱的200多倍。高频的主要特征是定向性、大带宽，但是有高衰减。为了对抗严重的路损，发射端和接收端通常采用定向天线来获得高的天线增益。通过窄波束的定向通信，高频无线网络能够支持千兆数据速率。然而，目前的高频通信标准被两个问题阻碍：一个问题是发射波束和接收波束未对齐，另一个是波束搜索的时间消耗问题。
在高频通信开始前，设备需要将其波束指向的角度彼此对齐。因此，需要一个有效的搜索协议来获得最好的波束角度对，这个搜索协议叫做波束赋形训练协议。具体实现大致包括：首先，从发射端发射一个训练信号，而接收端必须同时调整方位角和仰角来搜索出最强的信号；然后，接收端应该固定到最强链路方向上，当发射方向或接收位置发生改变时，需要重复进行波束训练。这样，在波束搜索的时间消耗上会较长，因此，需要有一种方法来减少搜索时间。目前，分阶搜索可以减少搜索时间。分阶段搜索包括：首先，发射端发出一种方向覆盖范围宽的波束，简称宽波束，接收端搜索识别出这个宽波束方向；然后，发射端在接收端识别出的宽波束范围内，再发出一种方向覆盖范围小的若干个波束，简称窄波束。这样，在接收端完成这两次波束搜索后，就确定了最优波束方向。其中，宽波束指半功率波束宽(HPBW，half-power beam width)较大的波束；窄波束指HPBW较小的波束。具体哪些波束属于HPBW较大的波束，哪些波束属于HPBW较小的波束，业界目前并没有给出明确的限定，而其具体如何限定并不用于限定本发明的保护范围。
另外，对于高频蜂窝通信来说，由于高频载波的覆盖受限，要想提高通信容量就需要增加小区站点数。终端(或称UE)在与高频站点建立通信前还要进行时频同步、小区识别(以下称为小区标识(ID))或小区切换等。对于小区搜索，为了减少接收端的复杂度，目前，长期演进(LTE)的同步信道是两级结构：第一个是，发射主同步信号的主同步信道(P-SCH)，主要用于获得时间同步和粗频偏的估计以及小区组内ID的识别，P-SCH发射的是主同步序列(PSS)；另一个是辅同步信道(S-SCH)，用于携带小区ID或小区组ID。对于高频蜂窝系统来说，由于密集小区的部署，终端需要识别的小区ID数更多，大约是LTE系统的数倍。
综上所述，高频蜂窝通信既要进行波束训练又要进行小区搜索，而且，这种将下行同步和波束训练分开进行的实现方式，使得实现步骤繁琐，也增加了时延。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法、系统及装置，能够在波束训练的同时完成小区搜索，从而降低波束搜索的时间消耗。
为了达到本发明目的，本发明提供了一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法，包括：发射端在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；
发射端在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束。
可选地，所述主同步序列为恒包络零自相关CAZAC序列、或最长线性移位寄存器m序列、或格雷Golay序列；
所述主同步序列标识小区组内ID和宽波束ID。
可选地，所述辅同步序列标识小区组ID和窄波束ID。
可选地，每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组同步或正交Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
可选地，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的序列标识。
本发明还提供了一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法，包括：接收端接收到宽波束后，检测出小区组内标识ID和宽波束ID；
接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；
接收端根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
可选地，所述接收端检测出小区组内ID和宽波束ID包括：
所述接收端接收到宽波束，采用所述接收端本地保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到所述小区组内ID和宽波束ID。
可选地，所述接收端检测出小区组ID和窄波束ID包括：
所述接收端在检测出的所述宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束；
从中选出功率最大的一个，并采用本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，如果所述结果的峰值未超出所述第二门限，该方法还包括：
所述接收端从所述接收到的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
本发明还提供了一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法，包括：发射端在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；接收端接收到宽波束后，检测出小区组内标识ID和宽波束ID；
发射端在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；
接收端根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端.
可选地，所述主同步序列为恒包络零自相关CAZAC序列、或最长线性移位寄存器m序列、或格雷Golay序列；
所述主同步序列标识所述小区组内ID和所述宽波束ID。
可选地，所述辅同步序列标识所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组同步或正交Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同
可选地，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的序列标识。
可选地，所述接收端检测出小区组内ID和宽波束ID包括：
所述接收端接收到宽波束，采用所述接收端本地保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到所述小区组内ID和宽波束ID。
可选地，所述接收端检测出小区组ID和窄波束ID包括：
所述接收端在检测出的所述宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束；
从中选出功率最大的一个，并采用本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，如果所述结果的峰值未超出所述第二门限，该方法还包括：
所述接收端从所述接收到的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
本发明又提供了一种基于宽窄波束接入的高频同步实现系统，包括发射端和接收端；其中，
发射端，用于在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收端，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
可选地，所述发射端至少包括控制模块、发射模块和接收模块；其中，
控制模块，用于按照预先设置的发射方式，向发射模块发出主同步发射时刻通知或辅同步发射时刻通知；
发射模块，用于在接收到主同步发射时刻通知，发出承载有主同步序列的宽波束；在接收到辅同步发射时刻通知，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收模块，用于接收来自接收端反馈的检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
可选地，所述接收端至少包括处理模块，以及反馈模块；其中，
处理模块，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID；
反馈模块，将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
可选地，所述处理模块具体用于：
接收到高频发出的宽波束，采用保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到小区组内ID和宽波束ID；以及，在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束，从中选出功率最大的一个，并采用保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所述处理模块还用于：
如果所述相关结果的峰值未超出所述第二门限，从接收到的剩下的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所述主同步序列可以是CAZAC序列、或m序列、或Golay序列；
所述主同步序列标识所述小区组内ID和所述宽波束ID。
可选地，所述辅同步序列标识所述小区组ID和所述窄波束ID；
每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
可选地，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的Walsh序列标识。
可选地，所述发射端为高频站点；所述接收端为终端UE。
本发明再提供了一种高频站点，至少包括控制模块、发射模块和接收模块；其中，
控制模块，用于按照预先设置的发射方式，向发射模块发出主同步发射时刻通知或辅同步发射时刻通知；
发射模块，用于在接收到主同步发射时刻通知，发出承载有主同步序列的宽波束；在接收到辅同步发射时刻通知，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收模块，用于接收来自接收端反馈的检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
可选地，所述主同步序列可以是CAZAC序列、或m序列、或Golay序列；
所述主同步序列标识小区组内ID和宽波束ID。
可选地，所述辅同步序列标识小区组ID和窄波束ID；
每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所有所述窄波束采用相同的一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID。
可选地，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同
可选地，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的序列标识。
本发明还提供了一种UE，至少包括处理模块，以及反馈模块；其中，
处理模块，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID；
反馈模块，用于将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
可选地，所述处理模块具体用于：
接收到高频发出的宽波束，采用保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到所述小区组内ID和宽波束ID；以及，在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束，从中选出功率最大的一个，并采用保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所述处理模块还用于：
如果所述相关结果的峰值未超出所述第二门限，从接收到的剩下的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所述主同步序列可以是CAZAC序列、或m序列、或Golay序列；
所述主同步序列标识所述小区组内ID和所述宽波束ID。
可选地，所述辅同步序列标识所述小区组ID和所述窄波束ID；
每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
可选地，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
与现有技术相比，本申请技术方案包括发射端在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；接收端接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；发射端在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；接收端根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。通过本发明提供的技术方案，实现了在波束训练的同时完成小区搜索，从而降低了波束搜索的时间消耗。
进一步地，本发明采用相关性很好的序列，如CAZAC序列、或m序列、或Golay序列、Walsh序列等，作为波束训练序列标记小区ID信息和波束方向，很好地实现了在波束训练的同时也完成了小区搜索。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为高频站点支持的两种波束的示意图；
图2为本发明基于宽窄波束接入的高频同步实现方法的流程图；
图3为本发明高频站点发射波束和同步序列的第一实施例的示意图；
图4为本发明高频站点与UE实现高频同步的实施例的流程示意图；
图5为本发明第一实施例中，宽波束发射阶段，高频基站发射的宽波束和UE接收的宽波束的示意图；
图6为本发明第一实施例中，窄波束搜索阶段，高频基站发射的窄波束和UE接收的窄波束的示意图；
图7为本发明高频站点发射波束和同步序列的第二实施例的示意图；
图8为本发明第二实施例中，宽波束发射阶段，高频基站发射的宽波束和UE接收的宽波束的示意图。
图9为本发明第二实施例中，高频站点分时发射窄波束的时序示意图；
图10为本发明高频站点发射波束和同步序列的第三实施例的示意图；
图11为本发明基于宽窄波束接入的高频同步实现系统的组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1为高频站点支持的两种波束的示意图，如图1所示，左图为高频站点宽波束发射示意图，右图为高频站点窄波束发射示意图。图2为本发明基于宽窄波束接入的高频同步实现方法的流程图，如图2所示，包括：
步骤200：发射端在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；接收端接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID。
其中，宽波束指HPBW较大的波束。具体定义并不用于限定本发明的保护范围，这里不再这赘述。
其中，主同步序列在标识小区组内ID的同时，也标识了宽波束ID。小区组内ID也称为扇区ID，其值同时也表明了扇区方向信息；宽波束ID也称为宽波束索引，其值同时也表明了波束方向。其中，主同步序列可以是恒包络零自相关(CAZAC，Constant Amplitude ZeroAuto Correlation)序列、或最长线性移位寄存器(m)序列、或格雷(Golay)序列等。
其中，发射端可以是高频站点，接收端可以是UE。
本步骤中的接收端检测出小区组内ID和宽波束ID包括：
接收端接收到宽波束，采用接收端本地保存的主同步序列与其进行相关处理，当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第一门限T1时，检测出发射序列并得到小区组内ID和宽波束ID。
其中，接收端本地保存的主同步序列指的是本地保存的用于与接收信号进行相关处理的信号序列，在主同步阶段，就是本地保存的所有的主同步序列。
其中，接收端在扇区级扫描或小区组内ID检测阶段，可以采用多个宽波束全向或准全向接收。
假设接收端定向接收，并且接收端在m(指接收到的宽波束的个数)个方向上都有各自的接收。接收端计算m个接收信号的功率，选出接收信号功率最大的，与接收端本地保存的主同步序列进行相关处理。若峰值超出预先设置的第一门限T1，则可判断出小区组内ID和宽波束ID。
其中，第一门限T1的设置与噪声有关，也与预先设定的虚警概率有关，具体实现属于本领域技术人员的惯用技术手段，并不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。
需要说明的是，如果存在最大值不止一个，可以随机(或者按照UE接收波束编号大小)选择其中的一个，如果其相关值超出预先设置的第一门限T1即可检测出小区组内ID和宽波束ID；否则，如果其相关值未超出预先设置的第一门限T1，再从其余的最大值中选出一个，重复上述过程，直到确定出选择出的最大值的相关值超出预先设置的第一门限T1。进一步地，如果所有的最大值都尝试完毕也没有检测出峰值，则再从其余的接收结果中选出最大的，重复上述过程，直到检测出小区组内ID和宽波束ID。进一步地，如果所有接收结果都尝试完也不能检测出小区组内ID和宽波束ID，则确定出检测失败，结束。
步骤201：发射端在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID。
其中，窄波束指HPBW较小的波束。具体定义并不用于限定本发明的保护范围，这里不再这赘述。
辅同步序列标识小区组ID和窄波束ID，窄波束ID也称为窄波束索引。每个扇区内包含的窄波束采用一个或一组同步或正交(Walsh)序列来标志小区组ID和窄波束ID。因为1个宽波束内包含多个窄波束，还要识别窄波束ID。窄波束ID的识别，本发明的识别窄波束ID的方法为：所有窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，只需在不同窄波束后面附加信息指示窄波束ID即可；或者，同一个宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但是各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的小区组ID也是相同的。
窄波束方向可以用附加信息发射，也可以采用不同的序列标识。
本步骤中，接收端在检测出宽波束ID后，仅在检测出的宽波束ID即扇区ID的覆盖区内接收窄波束；本步骤中的接收端检测出小区组ID和窄波束ID包括：
接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束。从中选出功率最大的一个，并采用接收端本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第二门限T2时，可识别出小区组ID和窄波束ID。
其中，第二门限T2的设置与噪声有关，也与预先设定的虚警概率有关，具体实现属于本领域技术人员的惯用技术手段，并不用于限定本发明的保护范围，这里不再赘述。
其中，接收端本地保存的辅同步序列指的是本地保存的用于与接收信号进行相关的信号序列，在辅同步阶段，就是本地保存的所有的辅同步序列。
进一步地，如果相关结果的峰值未超出预先设置的门限，则再从接收到的剩下的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第二门限T2时，可识别出小区组ID和窄波束ID；如果峰值仍未超出预先设置的门限，重复上述处理直到检测出小区组ID和窄波束ID。如果在最后一个接收到的窄波束进行相关处理后仍然未超出预先设置的门限时，此次检测失败。
本发明方法中，发射端以一定的预设周期发射宽波束和窄波束，其中，宽波束承载的是小区组内ID，窄波束承载的是小区组ID。
步骤202：接收端根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端，以便发射端调度所用。
本发明的上述方法中，当小区组内ID和组ID被检测出后，以借鉴LTE小区分级搜索的方法为例，将待搜索的小区分为若干个组，每个组又包含几个(扇区个数)组内ID，则小区ID＝m*Gn+n。其中，m是一个组包含的总的组内ID的数量值，比如m＝6；Gn表示小区组ID，n表示小区组内ID。假设发射端为高频站点，接收端为UE，那么，
高频站点在主同步发射时刻，同时发出m个宽波束，这m个宽波束携带的序列为具有良好自相关性和互相关性的正交序列，比如CAZAC序列、或Golay序列、或m序列等，分别标识不同的扇区(即组内ID)和波束方向。比如，如图1作图所示，S0(0～60°)对应ZC0，标志扇区0；S1(60°～120°)对应ZC1，标志扇区1；S2(120°～180°)对应ZC2，标志扇区2；S3(180°～240°)对应ZC3，标志扇区3；S4(240°～300°)对应ZC4，标志扇区4；S5(300°～360°)对应ZC5，标志扇区5。
高频站点在辅同步发射时刻，利用窄波束标识小区的组编号Gn，本发明中，较佳地，采用Walsh序列做辅同步序列来标识小区组ID。同时，为了标识窄波束ID，识别精细的波束方向，本发明方法中，可以在辅同步序列后面附加信息来指示窄波束ID；也可以是扇区内的若干个窄波束采用不同的序列来标志扇区内的波束，同时它们标志的是同一个小区组即同一个小区组ID。
下面结合具体实施例对本发明方法进行详细描述。
图3为本发明高频站点发射波束和同步序列的第一实施例的示意图，如图3所示，高频站点在主同步发射时刻将所有的宽波束同时发出，在辅同步发射时刻将所有的窄波束同时发出。主同步发射和辅同步发射有一定的时序关系，且主同步发射和辅同步发射都是周期发射的。
图4为本发明高频站点与UE实现高频同步的实施例的流程示意图，如图4所示，具体实现包括：
步骤一：高频站点(mmWBS)发射承载主同步序列的宽波束，UE接收宽波束进行扇区级波束搜索同时完成扇区搜索和小区组内ID识别和帧定时。
其中，如图4所示，高频站点在主同步发射时刻，同时发出m个宽波束，在第一实施例中，假设这m个宽波束携带的序列为Zadoff-Chu序列，分别标识不同的扇区(小区组内ID)和波束方向(或扇区ID)。比如，如图5所示，图5为本发明第一实施例中，宽波束发射阶段，高频基站发射的宽波束和UE接收的宽波束的示意图，其中，S0(0～60°)对应ZC0，标志扇区0；S1(60°～120°)对应ZC1，标志扇区1；S2(120°～180°)对应ZC2，标志扇区2；S3(180°～240°)对应ZC3，标志扇区3；S4(240°～300°)对应ZC4，标志扇区4；S5(300°～360°)对应ZC5，标志扇区5。
相应地，如图4所示，UE以多个宽波束在不同的方向上进行接收，在第一实施例中，假设接收到的6个接收信号记为y0,y1,…,y5。并且，在第一实施例中，假设UE的波束S3的接收信号y3效果最好(即接收功率最大)，或者说UE采用波束S3接收到的来自毫米波基站的信号最好。那么，UE利用本地保存的主同步序列，即标识6个扇区的Zadoff-Chu序列：ZC0、ZC1、ZC2、ZC3、ZC4、ZC5与接收到的最好信号进行相关，要是相关值超出某一预先设置的门限，那么该序列对应的扇区就是UE的服务扇区，由此可以检测出组内ID。同时，UE也知道了粗略的发射角度。需要说明的是，如果帧结构确定也知道了帧定时信息，本发明不涉及帧结构的设计，因此这里不再赘述。
步骤二：高频站点发射承载辅同步序列的窄波束，UE进行窄波束搜索(或精细波束训练)同时完成小区组ID识别、准确的时频同步、小区ID检测。其中，毫米波基站在辅同步发射时刻可以以多个窄波束同时发射并保证覆盖全方向。窄波束承载的是小区组ID，
较佳地，采用Walsh序列来标识小区组ID。
其中，为了识别窄波束，较佳地，本发明可以有两种方法。一种方法是：基站在发射窄波束时，分别在每个Walsh序列后面附加1个“符号”来标识窄波束。图6为本发明第一实施例中，窄波束搜索阶段，高频基站发射的窄波束和UE接收的窄波束的示意图，如图6所示，如果宽波束内有3个窄波束，则可以用“00”，“01”，“10”来标记指示方向从低度数到高度数的窄波束即用1个QPSK符号来表示，举例来看，如在宽波束S1内的3个窄波束分别记为b0、b1、b2，则，00表示30°～50°(b0)的窄波束，01表示50°～70°(b1)的窄波束，11表示70°～90°(b2)的窄波束。另一种方法是：属于同一个宽波束的窄波束采用不同的Walsh序列，仍以宽波束内有3个窄波束为例，则需要序列为H0、H1、H2，而这三个序列标识的小区组ID是同一个。不难看出，上述第二种识别窄波束的方法需要的Walsh序列个数是第一种方法的三倍。
检测出小区组内ID和小区组ID后(此时即可得到cell ID)，还要识别出详细的波束方向。仍以步骤一中的假设UE的波束S3的接收信号y3效果最好为例，在UE处，只需要在步骤一搜索到的波束S3“包含的窄波束”范围内搜索，假定接收分别为y0，y1，y2找出信号接收强度最大的，假设为y1。则利用UE本地保存的辅同步序列对y1进行相关，峰值超出门限的则小区组ID为该Walsh序列对应的小区组ID。这里，
如果基站在发射窄波束时，分别在每个Walsh序列后面附加1个“符号”来标识窄波束，那么，UE对标识序列Walsh序列后面的1个符号进行解调，这种情况下，假如解调后的结果为“01”，则可判定UE接收基站发射窄波束指向0°(S0内的窄波束b1)方向的效果最好。
如果属于同一个宽波束的窄波束采用不同的Walsh序列，那么，UE采用本地保存的辅同步序列与接收信号进行相关处理，峰值超出门限的对应的序列标识的小区组ID和波束编号就是检测的结果。
这样，UE可以通过上行信道将该波束训练的结果即宽波束编号和窄波束编号反馈给基站，基站可以参考该信息对UE进行定向发射业务等UE专用信息。
图7为本发明高频站点发射波束和同步序列的第二实施例的示意图，如图7所示，承载主同步序列的宽波束按照一定周期轮发，即宽波束分别在m个时刻周期发射。承载辅同步的窄波束也在其对应的时刻轮发，这里的轮发指的是宽波束包含的窄波束轮发，即某一时刻发射的是宽波束包含的若干个窄波束。
图8为本发明第二实施例中，高频站点分时发射窄波束的时序示意图,如图8所示，高频站点在t0时刻(第1个宽波束发射时刻)发射宽波束S0，在t1时刻发射宽波束S1，……，在t5时刻发射宽波束S5。
而UE采用多个宽波束全向接收。且在每个时刻，UE都尝试主同步检测，直到检测到超出门限值，确定为相对最佳或最优的宽波束发射方向，同时也检测出了小区组内ID。具体实现时，也可以接收宽波束发射周期内的所有信号，将UE本地保存的主同步序列与之进行滑动相关处理，得到的峰值超出门限的序列就是主同步序列。
图9为本发明第二实施例中，高频站点分时发射窄波束的时序示意图，如图9所示，基站在辅同步发射时刻，每次发出若干个窄波束(宽波束包含的窄波束)。UE仅采用图6所示的波束(即仅在确定出的最优方向)进行尝试接收，并按照与第一实施例相同的方法检测出辅同步序列识别小区组ID和波束方向。这样，UE在它发现的最好的宽波束范围内，尝试接收窄波束。检测出小区组ID，识别出窄波束方向。
图10为本发明高频站点发射波束和同步序列的第三实施例的示意图，如图10所示，高频站点在主同步信号发射时刻，按照时序轮流发出宽波束，然后再在辅同步信号发射时刻，轮流发射窄波束。其中，主同步信号和辅同步信号都是周期发射的。第三实施例中，仍以图8为例，首先，高频站点在t0时刻(第1个宽波束发射时刻)发射宽波束S0，在t1时刻发射宽波束S1，……，在t5时刻发射宽波束S5。UE在一定的周期内，尝试检测宽波束，识别小区组内ID。整个过程与第二实施例相同，并完成小区组内ID，粗略波束方向的搜索。
然后，高频站点在窄波束发射时刻集中发射辅同步，如图9所示，UE在一定的周期内，尝试检测窄波束，识别小区组ID，具体实现过程与第一实施例中的实现相同，这里不再赘述。
需要强调的是，与第二实施例不同的是，第三实施例中的主同步和辅同步是分开发射的，主同步集中发射，辅同步集中发射，二者的发射时刻不相邻。
图11为本发明基于宽窄波束接入的高频同步实现系统的组成示意图，如图11所示，包括发射端和接收端；其中，
发射端，用于在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收端，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
其中，发射端至少包括控制模块、发射模块和接收模块；其中，
控制模块，用于按照预先设置的发射方式，向发射模块发出主同步发射时刻通知或辅同步发射时刻通知；
发射模块，用于在接收到主同步发射时刻通知，发出承载有主同步序列的宽波束；在接收到辅同步发射时刻通知，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收模块，用于接收来自接收端反馈的检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
接收端至少包括处理模块，以及反馈模块；其中，
处理模块，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID；
反馈模块，用于将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
具体地，处理模块具体用于：
接收到宽波束，采用保存的主同步序列与其进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第一门限T1时，检测出发射序列并得到小区组内ID和宽波束ID；以及，在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束。从中选出功率最大的一个，并采用保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第二门限T2时，识别出小区组ID和窄波束ID。
进一步地，处理模块还用于：
如果相关结果的峰值未超出预先设置的第二门限，则再从接收到的剩下的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第二门限T2时，可识别出小区组ID和窄波束ID；如果峰值仍未超出预先设置的门限，重复上述处理直到检测出小区组ID和窄波束ID。
进一步地，处理模块还用于：如果在最后一个接收到的窄波束进行相关处理后仍然未超出预先设置的门限时，此次检测失败。
其中，宽波束指HPBW较大的波束；窄波束指HPBW较小的波束。具体定义并不用于限定本发明的保护范围，这里不再这赘述。
其中，主同步序列可以是CAZAC序列、或m序列、或Golay序列等，主同步序列在标识小区组内ID的同时，也标识了宽波束ID。辅同步序列标识小区组ID和窄波束ID，窄波束ID，每个扇区内包含的窄波束采用一个或一组Walsh序列来标志小区组ID和窄波束ID，所有窄波束采用相同的Walsh序列来标志小区组ID，可以在辅同步信号后面附加信息来标志窄波束ID。
其中，窄波束方向可以用附加信息发射，也可以采用不同的序列标识。
发射端可以是高频站点，接收端可以是UE。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (41)

1.一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法，其特征在于，包括：发射端在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；
发射端在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束。
2.根据权利要求1所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述主同步序列为恒包络零自相关CAZAC序列、或最长线性移位寄存器m序列、或格雷Golay序列；
所述主同步序列标识小区组内ID和宽波束ID。
3.根据权利要求1所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述辅同步序列标识小区组ID和窄波束ID。
4.根据权利要求3所述的高频同步实现方法，其特征在于，每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组同步或正交Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
5.根据权利要求3所述的高频同步实现方法，其特征在于，
所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
6.根据权利要求1所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的序列标识。
7.一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法，其特征在于，包括：接收端接收到宽波束后，检测出小区组内标识ID和宽波束ID；
接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；
接收端根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
8.根据权利要求7所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述接收端检测出小区组内ID和宽波束ID包括：
所述接收端接收到宽波束，采用所述接收端本地保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到所述小区组内ID和宽波束ID。
9.根据权利要求7所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述接收端检测出小区组ID和窄波束ID包括：
所述接收端在检测出的所述宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束；
从中选出功率最大的一个，并采用本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
10.根据权利要求9所述的高频同步实现方法，其特征在于，如果所述结果的峰值未超出所述第二门限，该方法还包括：
所述接收端从所述接收到的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
11.一种基于宽窄波束接入的高频同步实现方法，其特征在于，包括：发射端在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；接收端接收到宽波束后，检测出小区组内标识ID和宽波束ID；
发射端在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；接收端在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；
接收端根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
12.根据权利要求11所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述主同步序列为恒包络零自相关CAZAC序列、或最长线性移位寄存器m序列、或格雷Golay序列；
所述主同步序列标识所述小区组内ID和所述宽波束ID。
13.根据权利要求11所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述辅同步序列标识所述小区组ID和所述窄波束ID。
14.根据权利要求13所述的高频同步实现方法，其特征在于，每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组同步或正交Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
15.根据权利要求13所述的高频同步实现方法，其特征在于，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
16.根据权利要求11所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的序列标识。
17.根据权利要求11所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述接收端检测出小区组内ID和宽波束ID包括：
所述接收端接收到宽波束，采用所述接收端本地保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到所述小区组内ID和宽波束ID。
18.根据权利要求11所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述接收端检测出小区组ID和窄波束ID包括：
所述接收端在检测出的所述宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束；
从中选出功率最大的一个，并采用本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关处理的结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
19.根据权利要求18所述的高频同步实现方法，其特征在于，如果所述结果的峰值未超出所述第二门限，该方法还包括：
所述接收端从所述接收到的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述本地保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
20.一种基于宽窄波束接入的高频同步实现系统，其特征在于，包括发射端和接收端；其中，
发射端，用于在主同步发射时刻，发出承载有主同步序列的宽波束；在辅同步发射时刻，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收端，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID，并将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
21.根据权利要求20所述的高频同步实现系统，其特征在于，所述发射端至少包括控制模块、发射模块和接收模块；其中，
控制模块，用于按照预先设置的发射方式，向发射模块发出主同步发射时刻通知或辅同步发射时刻通知；
发射模块，用于在接收到主同步发射时刻通知，发出承载有主同步序列的宽波束；在接收到辅同步发射时刻通知，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收模块，用于接收来自接收端反馈的检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
22.根据权利要求20所述的高频同步实现系统，其特征在于，所述接收端至少包括处理模块，以及反馈模块；其中，
处理模块，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID；
反馈模块，将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
23.根据权利要求22所述的高频同步实现系统，其特征在于，所述处理模块具体用于：
接收到高频发出的宽波束，采用保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到小区组内ID和宽波束ID；以及，在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束，从中选出功率最大的一个，并采用保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
24.根据权利要求23所述的高频同步实现系统，其特征在于，所述处理模块还用于：
如果所述相关结果的峰值未超出所述第二门限，从接收到的剩下的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
25.根据权利要求20～24任一项所述的高频同步实现系统，其特征在于，所述主同步序列可以是CAZAC序列、或m序列、或Golay序列；
所述主同步序列标识所述小区组内ID和所述宽波束ID。
26.根据权利要求20～24任一项所述的高频同步实现系统，其特征在于，所述辅同步序列标识所述小区组ID和所述窄波束ID；
每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
27.根据权利要求26所述的高频同步实现系统，其特征在于，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
28.根据权利要求20所述的高频同步实现系统，其特征在于，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的Walsh序列标识。
29.根据权利要求20～24任一项所述的高频同步实现方法，其特征在于，所述发射端为高频站点；所述接收端为终端UE。
30.一种高频站点，其特征在于，至少包括控制模块、发射模块和接收模块；其中，
控制模块，用于按照预先设置的发射方式，向发射模块发出主同步发射时刻通知或辅同步发射时刻通知；
发射模块，用于在接收到主同步发射时刻通知，发出承载有主同步序列的宽波束；在接收到辅同步发射时刻通知，发出承载有辅同步序列的窄波束；
接收模块，用于接收来自接收端反馈的检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
31.根据权利要求30所述的高频站点，其特征在于，所述主同步序列可以是CAZAC序列、或m序列、或Golay序列；
所述主同步序列标识小区组内ID和宽波束ID。
32.根据权利要求30所述的高频站点，其特征在于，所述辅同步序列标识小区组ID和窄波束ID；
每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
33.根据权利要求32所述的高频站点，其特征在于，所有所述窄波束采用相同的一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID。
34.根据权利要求33所述的高频站点，其特征在于，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
35.根据权利要求30所述的高频站点，其特征在于，所述窄波束的方向采用附加信息发射；或者，采用不同的序列标识。
36.一种UE，其特征在于，至少包括处理模块，以及反馈模块；其中，
处理模块，用于接收到宽波束后，检测出小区组内ID和宽波束ID；在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到窄波束后，检测出小区组ID和窄波束ID；根据检测出的小区组内ID和小区组ID确定出小区ID；
反馈模块，用于将检测出的宽波束ID和窄波束ID反馈给发射端。
37.根据权利要求36所述的UE，其特征在于，所述处理模块具体用于：
接收到高频发出的宽波束，采用保存的主同步序列与其进行相关处理；当相关结果的峰值超出预先设置的第一门限时，检测出发射序列并得到所述小区组内ID和宽波束ID；以及，在检测出的宽波束ID的覆盖区内接收到多个窄波束，从中选出功率最大的一个，并采用保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出预先设置的第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
38.根据权利要求37所述的UE，其特征在于，所述处理模块还用于：
如果所述相关结果的峰值未超出所述第二门限，从接收到的剩下的其它窄波束中选出功率最大的一个，并采用所述保存的辅同步序列与之进行相关处理，当相关结果的峰值超出所述第二门限时，识别出所述小区组ID和所述窄波束ID。
39.根据权利要求36、37或38所述的UE，其特征在于，所述主同步序列可以是CAZAC序列、或m序列、或Golay序列；
所述主同步序列标识所述小区组内ID和所述宽波束ID。
40.根据权利要求36、37或38所述的UE，其特征在于，所述辅同步序列标识所述小区组ID和所述窄波束ID；
每个扇区内包含的所述窄波束采用一个或一组Walsh序列来标志所述小区组ID和所述窄波束ID。
41.根据权利要求40所述的UE，其特征在于，所有所述窄波束采用相同的Walsh序列来标志所述小区组ID，在不同窄波束后附加信息指示所述窄波束ID；
或者，同一个所述宽波束包含的窄波束采用不同的Walsh序列，但各个宽波束包含的Walsh序列相同，且这些Walsh序列指示的所述小区组ID相同。
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