CN106604325A

CN106604325A - 毫米波通信系统中的基站及其执行的方法

Info

Publication number: CN106604325A
Application number: CN201510673929.5A
Authority: CN
Inventors: 孙欢
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2015-10-16
Filing date: 2015-10-16
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: CN106604325B

Abstract

本公开的实施例提供了一种毫米波通信系统中的基站及其执行的方法。该方法可以包括：将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号，以扩展所述信号的覆盖范围，其中所述特定带宽小于所述全带宽。本公开的实施例是用以支持5G毫米波通信网络中的例如PBCH传输的高效解决方案，即使是在严重的传播损耗场景中，也可以帮助系统实现快速随机接入。它不仅能够实现5G毫米波系统中的快速随机接入，还能够与4G随机接入过程良好地向后兼容。

Description

毫米波通信系统中的基站及其执行的方法

技术领域

本公开的实施例一般性地涉及无线通信，并且更特别地涉及一种由毫米波通信系统中的基站执行的方法以及毫米波通信系统中的基站。

背景技术

为了支持5G网络中的超过千兆比特的数据速率，将利用毫米波频带用于未来的接入网络，这是因为毫米波频带具有丰富的可用频率资源。在毫米波频带中，一个关键性挑战是传播损耗。与传统工作在2.6GHz或3.5GHz上的4G网络相比，毫米波频段网络的传输信道将会存在额外的数十dB的传播损耗。

对于工作在毫米波频带的系统，由于波长非常短，可以设计和开发具有合理形状的超大型天线阵列。利用大规模多输入多输出MIMO技术，设计发射波束和接收波束来补偿严重的传播损耗。这意味着毫米波系统可以被称为基于波束的传输系统。

尽管窄波束能够改进信道质量，但是它仅具有窄的波束覆盖范围。这种传输模式将会显著地影响例如物理广播信道(PBCH)信号的传输，PBCH信号承载了用于小区覆盖范围内的所有候选用户的主要系统信息，以帮助用户随机接入并且构建链路连接。如果PBCH信号传输是基于窄波束，并在发射端进行波束扫描完成服务小区覆盖，则这种传输模式将会引起用户接入到网络的更长等待时间并且将延长传输时延。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本公开的实施例的目的在于提供一种用于毫米波通信系统的新解决方案，以解决现有技术中存在的上述和其他的技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种由毫米波通信系统中的基站执行的方法。该方法可以包括：将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号，以扩展所述信号的覆盖范围，其中所述特定带宽小于所述全带宽。

在一些实施例中，所述特定带宽可以是预定用于发射所述信号的带宽。在一些实施例中，所述信号可以包括物理广播信道PBCH信号。在一些实施例中，所述信号还可以包括以下各项中的至少一项：毫米波小区专用参考信号CRS、主同步序列PSS、以及辅同步序列SSS。在一些实施例中，所述毫米波CRS可以包括分别对应于多个天线端口的多种毫米波CRS。

在一些实施例中，将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号可以包括：在无线帧的特定时隙中，将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号。

在一些实施例中，所述特定时隙可以位于所述无线帧的后部。在一些实施例中，所述无线帧可以进一步包括以下各项中的一项或多项：上行链路UL控制时隙、下行链路DL控制时隙、UL/DL数据时隙、以及保护时段。在一些实施例中，在所述UL控制时隙之后跟随的可以是DL控制时隙。在一些实施例中，所述无线帧可以依次包括：UL控制时隙、DL控制时隙、第一保护时段、UL/DL数据时隙、所述特定时隙、以及第二保护时段。

根据本公开的第二方面，提供了一种毫米波通信系统中的基站。该基站可以包括：发射单元，被配置为将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号，以扩展所述信号的覆盖范围，其中所述特定带宽小于所述全带宽。

在一些实施例中，所述发射单元可以进一步被配置为：在无线帧的特定时隙中，将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号。在一些实施例中，所述特定时隙可以位于所述无线帧的后部。在一些实施例中，所述无线帧可以进一步包括以下各项中的一项或多项：上行链路UL控制时隙、下行链路DL控制时隙、UL/DL数据时隙、以及保护时段。在一些实施例中，在所述UL控制时隙之后跟随的可以是DL控制时隙。在一些实施例中，所述无线帧可以依次包括：UL控制时隙、DL控制时隙、第一保护时段、UL/DL数据时隙、所述特定时隙、以及第二保护时段。

利用根据本公开的实施例的功率提升方案、以及相对应的帧结构和窄带的小区专用参考信号CRS，例如，物理广播信道PBCH的传输能够高效地被实施在5G毫米波通信网络中。本公开的实施例是用以支持5G毫米波通信网络中的例如PBCH传输的高效解决方案，即使是在严重的传播损耗场景中，也可以帮助系统实现快速随机接入。它不仅能够实现5G毫米波系统中的快速随机接入，还能够与4G随机接入过程良好地向后兼容。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开的实施例的上述以及其他目的、特征和优点将变得容易理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施例，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的由毫米波通信系统中的基站执行的方法的示意性流程图。

图2示出了通信系统中的基站在全带宽内的等功率分配示意图。

图3示出了根据本公开的实施例的以给定的总发射功率进行窄带功率提升的示意图。

图4示出了根据本公开的实施例的示例性帧结构的示意图。

图5示出了利用根据本公开的实施例的帧结构进行PBCH传输的示意图。

图6示出了四种毫米波小区专用参考信号在一个资源块内的符号分配的示意图。

图7示出了根据本公开的实施例的毫米波通信系统中的基站的示意性框图。

具体实施方式

下面将参考附图中所示出的若干示例性实施例来描述本公开的原理和精神。应当理解，描述这些具体的实施例仅是为了使本领域的技术人员能够更好地理解并实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。

图1示出了根据本公开的实施例的由毫米波通信系统中的基站执行的方法100的示意性流程图。如图1中所示出的，方法100在开始之后可以前进到步骤101。在步骤101中，毫米波通信系统中的基站可以将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号，以扩展所述信号的覆盖范围，其中所述特定带宽小于所述全带宽。

本领域的技术人员可以理解，基站通常具有固定的总发射功率并且均匀地分配在全带宽中，在工作频带提高至毫米波频带时，传播损耗将会大为增加。因此，方法100在较窄的特定带宽中使用总发射功率进行信号发射，相比于传统的发射方式，可以提升所述信号的发射功率，从而扩展所述信号的覆盖范围，使得更多的与基站进行通信的用户设备或者其他设备能够接收到基站发射的信号。

根据本公开的一些实施例，所述特定带宽可以是预定用于发射所述信号的带宽。本领域的技术人员可以理解，尽管基站可以在任何小于全带宽的特定带宽上进行对信号的功率提升的发射，但是通常特定的信号具有其预定用于发射的带宽。因此，在预定用于发射所述信号的带宽上执行方法100的步骤101可能是有利的，这样可以使得所发射的信号的功率最大化地进行提升，从而最大化该信号的覆盖范围。

根据本公开的一些实施例，所述信号可以包括物理广播信道PBCH信号。本领域的技术人员可以理解，方法100的步骤101中的发射信号原理上可以是任何种类的信号，基站发射的任何信号都可以通过方法100进行功率提升。但是，可能更为有利的是使用方法100来对通信系统中的携带了公共信号的广播信号进行功率提升，使得更多的用户设备或者其他设备能够接收到这些公共信号。进一步地，该信号可以是LTE系统中的物理广播信道PBCH。

在下文中，采用PBCH信号来具体地描述根据本公开的一个具体示例，给出关于如何实现毫米波通信系统中的PBCH传输的详细解释。应当注意，本公开的实施例可以应用到任何广播信号甚至任何其他信号，本公开的范围不受该具体示例的限制。

在讨论之前，不失一般性，可以假设载波基站的中心频率是f₀，总发射带宽是f_B，用于PBCH传输的带宽是f_A，并且总发射功率是P₀。此外，还可以使用资源块RB作为单位，例如，在全带宽内可以存在总共N_B个RB，并且可以使用其中的N_A个RB用于PBCH传输。

图2示出了通信系统中的基站在全带宽内的等功率分配示意图。如图2中所示出的，通常P₀是固定的并且均匀地分配在所有的资源块RB之中。图3示出了根据本公开的实施例的以给定的总发射功率进行窄带功率提升的示意图。如图3中所示出的，如果在一个时刻或者一个时段，基站采取图3中所示出的具有给定总发射功率P₀的窄带f_A传输，则发射信号的功率可以被提升。

例如，可以采用LTE系统的一些参数来说明该功率提升。在LTE中，全带宽的RB数目可以是N_B＝100，用于PBCH传输的RB数目可以是N_B＝6，那么功率提升增益大约是G_PB＝12.2dB。根据路径损耗的相关公式，PBCH覆盖范围在小区半径方面得到了扩展：对于视距(LOS)传输，扩展可以超过4倍，而对于非视距(NLOS)传输，扩展可以超过2.6倍。相比之下，现有的基于窄波束的方案缩小了有效的覆盖范围。应当注意，尽管进行功率提升发射的窄带f_A在图3中被示出位于全宽带的中心处，但是本领域的技术人员可以理解，这仅是一种便于进行图示的示例性实施方式，本公开内容的范围不受该具体实施方式的限制。

根据本公开的一些实施例，为了灵活地实现根据本公开的实施例的功率提升方案，还提出了一种新的无线帧结构。因此，在一些实施例中，方法100的步骤101可以包括：在无线帧的特定时隙中，将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号。本领域的技术人员可以理解，功率提升的发射可以在该帧结构中的特定时隙中进行，而不是在任何时候进行。

在一些实施例中，所述特定时隙可以位于所述无线帧的后部。在这些实施例中，可以保持连续的资源块用于数据信号传输和控制信号传输，从而提高资源的效率。在一些实施例中，所述无线帧可以进一步包括以下各项中的一项或多项：上行链路UL控制时隙、下行链路DL控制时隙、UL/DL数据时隙、以及保护时段。这些时隙分别具有各自的特定功能。在一些实施例中，在所述UL控制时隙之后可以跟随的是DL控制时隙。在这些实施例中，一个帧具有UL控制时隙和DL控制时隙两者，保证了传输往返时间尽可能地小。在一些实施例中，所述无线帧可以依次包括：UL控制时隙、DL控制时隙、第一保护时段、UL/DL数据时隙、所述特定时隙、以及第二保护时段。在这些实施例中，使用了尽可能少的保护时段，从而降低了开销。

下面结合图4和图5来详细地描述根据本公开的实施例的一种示例性的帧结构。

图4示出了根据本公开的实施例的示例性帧结构400的示意图。如图4中所示出的，帧结构400是一种被设计用于5G毫米波系统的示例性帧结构。帧结构400除了可以实施功率提升方案之外还可以具有多种功能。帧结构400可以具有四个功能区。第一个功能区是上行链路控制时隙，其用于传输上行链路控制信号和一些上行链路反馈信息。随后可以是第二个功能区，即下行链路控制时隙，其用于传输下行链路控制信号和一些上行链路反馈信息。第三个功能区可以是进行窄带传输的功率提升时隙。最后一个功能区可以是保护时段(GP)，其可以被用来对齐传输。当传输从上行链路变为下行链路时，GP可能不是必要的，因为来自不同用户设备UE的UL传输的传播延迟可以通过与现有的LTE/LTE-A系统相类似的定时提前过程来加以补偿。

帧结构400可以具有以下优点：更宽的PBCH覆盖范围，功率提升可以加宽PBCH覆盖范围；低时延接入，因为其优化了功率提升时隙和上行链路控制时隙的位置，所以可以快速接入；低时延传输，一个帧可以具有上行链路控制区和下行链路控制区两者，并且可以保证传输往返时间尽可能地小；低开销，GP数目被尽可能地减少；高资源效率，功率提升时隙可以位于帧的后部，以便于保持使资源块可以持续地用于数据传输和控制信令传输。此外，帧结构400还允许可调节的传输能力以实现5G毫米波系统中的多种潜在的目的。

图5示出了利用根据本公开的实施例的帧结构400进行PBCH传输的示意图。如图5中所示出的，此处给出了利用所提出的帧结构400和功率提升方案的用户随机接入过程的一个示例。为了清楚地示出在每个时隙中的每个功能区处的操作，图5中描绘了多个连续的帧结构400。应当理解，帧结构400的许多参数，诸如广播信道传输的时段等，可以根据具体的技术环境和应用场景来进行设置。

进一步参考图4和图5，利用帧结构400的随机接入过程可以至少包括如下的步骤。首先，基站可以在功率提升时段中发射主同步序列(PSS)、辅同步序列(SSS)和PBCH信号，用户设备可以同步到下行链路并且得到主要的系统信息。其次，用户设备可以在随后的上行链路控制时隙中发射上行链路前导码，然后可以在基站处实现上行链路同步。再次，基站可以在下行链路控制时隙中向用户设备发射定时提前TA和资源分配信息，以用于上行链路数据传输。最后，基站和用户设备可以在UL/DL数据时隙中进行下行链路数据传输或者上行链路数据传输。

根据本公开的一些实施例，还提供了一种窄带的小区专用的天线端口，这些天线端口可以被设计用于5G毫米波系统。在4G网络的随机接入过程中，一些基本信号以及与所谓的主信息块(MIB)相对应的有限量的系统信息是使用广播信道BCH发射的。对于BCH，多天线传输被限制为发射分集。实际上，对于发射分集方案，如果在小区内有两个天线端口{0,1}可用，则必须使用空频块码SFBC用于BCH，并且如果四个天线端口{0,1,2,3}可用，则必须使用SFBC频率切换发射分集FSTD。在实践中，至少对于下行链路，每个天线端口可以被视为对应于特定的参考信号。终端的接收机然后可以假设能够使用这个参考信号来估计与特定天线端口相对应的信道。

因此，在一些实施例中，方法100的步骤101中的信号还可以包括以下各项中的至少一项：毫米波小区专用参考信号CRS、主同步序列PSS、以及辅同步序列SSS。在这些实施例中，同步序列PSS、以及辅同步序列SSS的功能对于本领域的技术人员而言是已知的，本文对此不再赘述，下文进一步讨论毫米波小区专用参考信号CRS。

在一些实施例中，所述毫米波CRS可以包括分别对应于多个天线端口的多种毫米波CRS。在这个方面，图6示出了四种毫米波小区专用参考信号在一个资源块内的符号分配的示意图。如图6中所示出的，其中描绘了与天线端口{0,1,2,3}相对应的毫米波小区专用参考信号，还示出了一个资源块(RB)内的四个参考信号的符号分配。它们可以被用于整个发射频带的信道评估，并且还可以用于包括PBCH块解码的多解调应用。

如上文所讨论的，由于毫米波的信道传播特性，宽带的CRS将严重劣化并且甚至不能在用户侧检测到。所以，为了支持根据本公开的实施例的利用功率提升方案的PBCH传输，应当与PBCH传输相伴随地进行窄带毫米波CRS发射，这意味着毫米波CRS也将被功率提升。专用的窄带毫米波CRS可以应用于5G毫米波系统，并且良好地进行工作。此外，它具有以下的优点：首先，它能够充分地支持PBCH传输，并且可以使得5G网络中的所有接入过程与4G网络中的接入过程向后兼容。其次，它还能够帮助基于波束的数据传输用于创建快速波束对准。

在完成步骤101之后，方法100可以结束。

图7示出了根据本公开的实施例的毫米波通信系统中的基站700的示意性框图。如图7中所示出的，基站700可以包括发射单元701，发射单元701可以被配置为将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号，以扩展所述信号的覆盖范围，其中所述特定带宽小于所述全带宽。本领域的技术人员可以理解，图7中仅示出了基站700中与本公开的技术方案相关的功能模块，在实践中，基站700还可以包括其他的功能模块或者部件。

在一些实施例中，发射单元701可以进一步被配置为：在无线帧的特定时隙中，将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号。在一些实施例中，所述特定时隙可以位于所述无线帧的后部。在一些实施例中，所述无线帧可以进一步包括以下各项中的一项或多项：上行链路UL控制时隙、下行链路DL控制时隙、UL/DL数据时隙、以及保护时段。在一些实施例中，在所述UL控制时隙之后跟随的可以是DL控制时隙。在一些实施例中，所述无线帧可以依次包括：UL控制时隙、DL控制时隙、第一保护时段、UL/DL数据时隙、所述特定时隙、以及第二保护时段。

如上文所述，当前用于例如PBCH传输的已有解决方案是基于用于5G毫米波系统的窄波束。但是，基于窄波束的方案将会使随机接入和传输时延这两个系统性能恶化。因此，本公开的实施例提出了一种毫米波通信系统中的基站及其执行的方法，用以解决现有技术中存在的上述和其他的技术问题。本公开的实施例对现有技术的贡献至少包括：首先，提出了一种可以用于例如PBCH传输的功率提升的方案，以便于实现宽的PBCH覆盖范围。其次，提出了一种可以支持实现功率提升方案的新型帧结构。最后，还提出了一种可以用于PBCH解码的新型天线端口。利用本公开的实施例所提出的新型帧结构和新型天线端口，本公开的实施例所提出的可以用于PBCH传输的功率提升方案可以通过毫米波系统而更加高效地工作。

在对本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。

应当注意，本公开的实施例可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开的方法的操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，流程图中描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤组合为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。还应当注意，根据本公开的两个或更多装置的特征和功能可以在一个装置中具体化。反之，上文描述的一个装置的特征和功能可以进一步划分为由多个装置来具体化。

虽然已经参考若干具体实施例描述了本公开，但是应当理解，本公开不限于所公开的具体实施例。本公开旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等效布置。

Claims

1.一种由毫米波通信系统中的基站执行的方法，包括：

将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号，以扩展所述信号的覆盖范围，其中所述特定带宽小于所述全带宽。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定带宽是预定用于发射所述信号的带宽。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述信号包括物理广播信道PBCH信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述信号还包括以下各项中的至少一项：毫米波小区专用参考信号CRS、主同步序列PSS、以及辅同步序列SSS。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述毫米波CRS包括分别对应于多个天线端口的多种毫米波CRS。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号包括：

在无线帧的特定时隙中，将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述特定时隙位于所述无线帧的后部。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述无线帧进一步包括以下各项中的一项或多项：上行链路UL控制时隙、下行链路DL控制时隙、UL/DL数据时隙、以及保护时段。

9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述UL控制时隙之后跟随的是DL控制时隙。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述无线帧依次包括：UL控制时隙、DL控制时隙、第一保护时段、UL/DL数据时隙、所述特定时隙、以及第二保护时段。

11.一种毫米波通信系统中的基站，包括：

发射单元，被配置为将全带宽内的总发射功率集中于特定带宽内来发射信号，以扩展所述信号的覆盖范围，其中所述特定带宽小于所述全带宽。

12.根据权利要求11所述的基站，其中所述特定带宽是预定用于发射所述信号的带宽。

13.根据权利要求12所述的基站，其中所述信号包括物理广播信道PBCH信号。

14.根据权利要求13所述的基站，其中所述信号还包括以下各项中的至少一项：毫米波小区专用参考信号CRS、主同步序列PSS、以及辅同步序列SSS。

15.根据权利要求14所述的基站，其中所述毫米波CRS包括分别对应于多个天线端口的多种毫米波CRS。

16.根据权利要求11所述的基站，其中所述发射单元进一步被配置为：

17.根据权利要求16所述的基站，其中所述特定时隙位于所述无线帧的后部。

18.根据权利要求16所述的基站，其中所述无线帧进一步包括以下各项中的一项或多项：上行链路UL控制时隙、下行链路DL控制时隙、UL/DL数据时隙、以及保护时段。

19.根据权利要求18所述的基站，其中在所述UL控制时隙之后跟随的是DL控制时隙。

20.根据权利要求19所述的基站，其中所述无线帧依次包括：UL控制时隙、DL控制时隙、第一保护时段、UL/DL数据时隙、所述特定时隙、以及第二保护时段。