CN106797656A - 用于基于波束的物理随机接入的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种无线设备中的方法，用于执行对网络节点的随机接入。方法包括：从网络节点接收下行链路波束特定参考信号BRS的集合；以及基于每个BRS的接收信号功率来确定优选的BRS。该方法还包括：基于优选的BRS，选择将要用于向网络节点发送随机接入尝试的随机接入资源；以及当向网络节点发送随机接入尝试时，使用所选择的随机接入资源，由此随机接入资源的选择向网络节点指示无线设备优选哪个下行链路波束将要用于下行链路传输。

Description

用于基于波束的物理随机接入的系统和方法
技术领域
特定实施例整体上涉及无线通信，并且更具体地涉及用于基于波束的物理随机接入的系统和方法。
背景技术
在第三代合作伙伴计划(3GPP)长期演进(LTE)内的当前的第四代(4G)无线接入是基于下行链路中的正交频分复用(OFDM)以及上行链路中的离散傅里叶变换(DFT)扩频OFDM，也称为单载波频分多址(SC-FDMA)。
第五代(5G)空中接口的候选是利用缩短至1/N的传输持续时间来将当前LTE空中接口(其被限制在20MHz带宽)在带宽中缩放N倍。典型的值可以是N＝5，使得载波具有100MHz带宽和0.1毫秒的时隙长度。通过该方法，LTE中的许多功能可以保持相同，这将简化标准化工作并且允许技术组件的重新使用。
预期5G系统的载波频率可以高于当前4G系统。已经讨论了10-80GHz范围内的值。在这样高的频率，适合使用阵列天线来实现波束成形增益。由于波长小(例如，小于3cm)，具有大量天线元件的阵列天线可以装配到具有与今天的3G和4G基站天线相当尺寸的天线外壳中。
图1是示出无线电网络100的框图，无线电网络100包括一个或多个无线设备110A-C、网络节点115A-C(图1中示出为基站)、无线电网络控制器120以及分组核心网络130。
无线设备110可以通过无线接口与网络节点115通信。例如，无线设备110可以向网络节点115发送无线信号，和/或从网络节点115接收无线信号。无线信号可以包含语音业务、数据业务、控制信号、和/或其他合适的信息。
图2是示出网络200的框图，网络200包括三个传输点(TP)202，用于经由生成多个波束203的阵列天线与无线设备或其他用户设备(UE)进行通信。传输点可以包括任何网络节点，比如图1中所示的网络节点115。
由于大量天线元件参与形成波束，所以阵列天线生成的波束通常可以是高度指向性的并且给出20dB或更大的波束成形增益。这意味着每个波束的角度相对较窄，而半功率波束宽度(HPBW)为5度不太可能。因此，诸如基站等网络节点的扇区必须以大量的波束覆盖。
其中诸如图2的系统200的系统包括多个传输节点，每个节点可以具有阵列天线，其能够生成许多具有小的HPBW的波束203。这些节点则可以例如使用一个或多个载波，从而可以实现数百MHz的总传输带宽，导致下行链路(DL)峰值用户吞吐量达到高达10Gbit/s或更多。
在LTE接入过程中，无线设备或者UE，首先使用小区搜索过程来搜索小区，其中在LTE的上下文中从每个网络节点或eNodeB发送唯一的主和辅同步信号(分别为PSS和SSS)。当已经发现小区时，无线设备可以继续进行进一步的步骤以变得与该小区相关联，则该小区被称为该无线设备的服务小区。发现小区之后，无线设备能够读取被称为主信息块(MIB)的系统信息(在物理广播信道上传输)，其在相对于PSS和SSS位置的已知时间-频率位置中找到。在检测到MIB后，系统帧号(SFN)和下行链路系统带宽是已知的。
在LTE中，如在任何通信系统中那样，移动终端可能需要在从无线设备到网络节点或基站的上行链路不具备专用资源的情况下联系网络。为了处理这一点，随机接入过程是可用的，其中不具备专用上行链路资源的无线设备可以向基站发送信号。
图3是示出随机接入前置码传输300的框图。该过程的第一消息典型是在为随机接入保留的特殊通信资源的物理随机接入信道(PRACH)上发送。该信道例如可以在时间和/或频率上受到限制(如在LTE中那样)。
将可用于PRACH传输的通信资源提供给无线设备，作为系统信息块2(SIB-2)中广播系统信息的一部分或者作为例如切换的情况下专用无线资源控制(RRC)信令的一部分。
这些资源包括前置码序列以及时间/频率资源。在每个小区中，有64个可用的前置码序列。定义64个序列的两个子集，其中将每个子集中的序列集合作为系统信息的一部分发信号。
图4是示出在LTE中使用的基于竞争的随机接入过程的信令图。通过随机选择可用于基于竞争的随机接入的前置码之一，无线设备110启动随机接入过程。在步骤402，无线设备110在物理随机接入信道(PRACH)向网络节点115发送随机接入前置码(MSG1)。
在步骤404，无线电接入网络(RAN)通过从网络节点115发送随机接入响应(MSG2)来确认其检测到的任何前置码，随机接入响应(MSG2)包括在上行链路共享信道上使用的初始授权、无线电网络临时标识符(TC-RNTI)以及时间对准(TA)更新。当接收到响应时，在步骤406，无线设备110使用该授权向网络节点115发送调度的传输消息(MSG3)。
随着RAN解决多个无线设备在相同时间发送相同前置码的情况下可能发生的任何前置码竞争，该过程结束。因为每个无线设备110随机选择何时发送以及使用哪个前置码，该情况能够发生。如果多个无线设备选择相同的前置码用于在PRACH上的传输，将存在需要通过可以在步骤408中传输的竞争解决消息(MSG4)来解决的竞争。
图4也示出了混合自动重复请求确认消息(HARQ ACK)的传输。
图5是示出基于竞争的随机接入的框图，其中在两个无线设备中存在竞争。具体地，两个无线设备110A、110B在相同时间发送相同的前置码p5。第三无线设备110C也在相同时间发送，但是由于它发送不同的前置码p1，在该无线设备与其他两个无线设备之间不存在竞争。
无线设备110也能够执行基于非竞争的随机接入。图6是示出无线设备110基于从网络节点115接收的随机接入(RA)顺序消息执行无竞争随机接入的过程的流程图。基于非竞争的随机接入通常用于两个网络节点的切换，比如图1中所示的网络节点115A、115B、115C中的任意两个。在这种情况下，从源网络节点发送基于非竞争的随机接入的顺序，而随机接入前置码(MSG 1)在另一个目标网络节点接收，该节点也发送随机接入响应(MSG 2)。与基于竞争的随机接入类似，在成功检测到随机接入前置码(MSG1)后，随机接入响应(MSG2)在下行链路(DL)中发送到无线设备110中。
发明内容
在基于波束的无线电接入系统中，网络侧即网络节点115选择哪个波束向无线设备110发送随机接入响应即MSG2，这是一个问题。
此外，网络侧在基于波束的无线电接入系统中检测随机接入前置码即MSG1是复杂的问题，因为网络节点不知道哪个接收波束接收前置码是最佳的，并且因此网络节点115需要在每个波束中重复搜索。使用上行链路接收的最佳波束也向相同的无线设备传输下行链路信号，要求网络中良好校准的上行链路和下行链路射频链(RF)，以确保在上行链路接收的最佳波束上的有利接收条件也反映在下行链路上，这实现起来成本高。
本公开的一个目标在于提供至少一种用于随机接入的无线设备、网络节点、以及方法，其寻求减轻、缓解或消除现有技术的上述标识的缺陷的一个或多个以及单独或以任何组合的缺点。
该目标通过在无线设备中执行向网络节点的随机接入的方法来实现。方法包括从网络节点接收下行链路波束特定参考信号BRS的集合，并且基于每个BRS的接收信号功率来确定优选的BRS。方法也包括基于优选的BRS，选择将要用于向网络节点传输随机接入尝试的随机接入资源，并且当向网络节点传输随机接入尝试时使用选择的随机接入资源，由此随机接入资源的选择向网络节点指示无线设备优选哪个下行链路波束将要用于下行链路传输。
因此，由于网络(即网络节点)知道随机接入响应使用的波束，随机接入响应的覆盖得到改善。此外，随机接入过程能够更早完成，这改善了等待时间并且降低网络中的干扰。
另一个技术优势可以是，不需要对用于上行链路和下行链路的RF进行校准和对准，这降低了实现成本以及功率消耗。
该目标也可以通过网络节点中用于支持来自无线设备的随机接入的方法来实现。方法包括发送波束特定参考信号(BRS)的集合，并且在从无线设备接收的信号中检测前置码。前置码检测指示无线设备优选的BRS。方法也包括以与前置码检测所指示的优选BRS相同的波束、和/或波束方向、和/或相同的波束成形权重发送随机接入响应。
再次，由于网络(即网络节点)知道随机接入响应使用的波束，随机接入响应的覆盖得到改善。此外，随机接入过程能够更早完成，这改善了等待时间并且降低网络中的干扰。
另一个技术优势可以是，不需要对用于上行链路和下行链路的RF进行校准和对准，这降低了实现成本以及功率消耗。
进一步的技术优势可以是通过本教导减少了在网络节点(比如eNodeB)中的计算复杂度。在网络节点中的随机接入前置码检测器只需要在每个上行链路接收器方向上搜索前置码序列的子集。该子集等价于映射到与接收机上行链路波束(或空间方向)相同的下行链路传输波束(或空间方向)的那些随机接入序列。
一些实施例可以受益于上述提到的优点中的一些或全部，或未受益于上述提到的优点。本领域技术人员可以容易地确定其他技术优点。
附图说明
出于对本发明以及其特点和优势的更充分的理解，现在参考结合附图进行的以下描述，附图中：
图1是示出无线电网络的框图；
图2是示出5G无线电网络的框图；
图3是示出随机接入前置码传输的框图；
图4是示出基于竞争的随机接入过程的流程图；
图5是示出用于执行基于竞争的随机接入过程的系统的框图；
图6是示出通过无线设备的无竞争随机接入执行的流程图；
图7是示出用于基于下行链路中接收信号强度的波束选择的系统的某些实施例的框图；
图8是示出用于执行优选下行链路波束选择的某些实施例的流程图；
图9是示出无线设备的某些实施例的框图；
图10是示出网络节点的某些实施例的框图；
图11是示出分组核心网络节点的某些实施例的框图；以及
图12是示出执行优选下行链路波束选择的某些实施例的流程图。
具体实施方式
下面参考附图的图7-12描述具体实施例，相同附图标记用于各个附图的相同和相应的部分。
图7示出根据某些实施例的系统700，系统700包括无线设备110(在图7中示出为“终端”)，无线设备110可操作成基于下行链路(DL)中的接收信号强度选择波束704。如图所示，系统700包括多个网络节点115A、115B，每个节点发送每波束唯一的参考信号。在具体实施例中，两个网络节点115A、115B可以是能够在相同的小区(相同的物理小区ID)中执行多波束传输的两个传输点(TP)，或者其可以是属于不同小区的节点。
在具体实施例中，无线设备110能够检测优选的下行链路波束(以及最终网络节点)。在所描述的示例中，无线设备110已经从网络节点1检测到波束特定参考信号(BRS-1-3)。无线设备110然后可以选择在上行链路上传输的PRACH信号，以使网络获得关于哪个BRS对于无线设备110最佳的信息，并且因此网络知道哪个下行链路波束用于诸如随机接入信道(RACH)响应等后续消息。注意到，如果两个网络节点被协调，则与网络节点115A关联的前置码也能够被网络节点115B检测到。
因此，传输在上行链路上的PRACH信号由UE或无线设备110基于从网络节点115到无线设备110的下行链路上的传输条件进行选择。
如在背景技术部分提到的，PRACH资源包括前置码序列和时间/频率资源。PRACH资源能够从所有可用的前置码集合的子集中获取和/或无线设备能够在系统带宽内的某个频带中传输前置码。当网络已经检测到从无线设备传输的前置码，其知道哪个下行链路波束用于下行链路传输(比如随后的RACH响应)是优选的。
因此，为传输前置码而使用的前置码和/或时间/频率资源由UE或者无线设备110基于从网络节点115向无线设备110的下行链路的传输条件进行选择。
图8示出了根据某些实施例的描述为选择优选的下行链路波束而执行的示例性方法步骤的流程图。具体地，根据某些实施例，流程图的右手侧描述了可以由无线设备110执行的步骤，以及左手侧描述了可以由网络节点115执行的步骤。
更具体地，右手侧示出了在无线设备110中用于执行向网络节点115的随机接入的方法。方法包括从网络节点115接收804下行链路波束特定参考信号(BRS)的集合。方法也包括基于每个BRS的接收信号功率确定806优选的BRS，以及基于优选的BRS，选择808随机接入资源以用于向网络节点115传输随机接入尝试。方法进一步包括当向网络节点115传输随机接入尝试时使用810选择的随机接入资源，由此，随机接入资源的选择向网络节点指示无线设备优选哪个下行链路波束将要用于下行链路传输。
在图8中所示的流程图的左手侧示出了在网络节点115中用于支持从无线设备110的随机接入的方法。方法包括发送802波束特定参考信号(BRS)的集合。方法也包括检测820从无线设备110接收的信号中的前置码，所述前置码检测指示无线设备优选的BRS。方法进一步包括以与前置码检测所指示的优选BRS相同的波束、和/或波束方向、和/或以相同的波束成形权重发送814随机接入响应。
当然，网络节点115将尝试在给定持续时间期间检测多于一个单个前置码，并且因此将依次或并行尝试以在通信系统中检测所有相关的前置码。
图8中所示的方法可以在步骤802开始，其中网络节点115(eNB，基站)可以在下行链路中发送波束特定参考信号的集合。在步骤804，无线设备可以接收该信号。无线设备110然后可以在这些不同的(优选正交的)参考信号上执行测量，并且然后在步骤806确定优选BRS。这能够通过测量参考信号接收功率(RSRP)完成。参考信号能够是波束成形的同步信号(主同步信号PSS/辅同步信号SSS)、波束成形的信道状态信息参考信号(CSI-RS)、波束成形的发现信号或者其能够是新设计的波束特定参考信号(BRS)序列。本文中，为了简化，我们将波束特定参考信号表示和分类为BRS。
在无线设备开始测量和识别优选的下行链路波束之前，假定波束特定参考信号通过例如规范或从(广播的)系统信息中知道。然而，在一个实施例中，配置信令发生在识别之前，但是发生在基于非波束的遗留系统(比如LTE)上。在实际中，无线设备从波束特定参考信号的集合中检测优选波束特定参考信号，因此无线设备不知道波束辐射图案的实际波束方向，或者完全实现特定的发射机侧所使用的波束成形权重。
在步骤808，无线设备110选择随机接入资源，用于向网络节点115发送随机接入尝试。
根据一些实施例，选择808包括从前置码的集合中选择808a前置码，以用于发送随机接入尝试。
根据一些实施例，选择808包括选择808b将要用于发送随机接入尝试的时间和/或频率资源。根据这种实施例，当取决于检测到的优选BRS发送前置码时，使用PRACH资源(其潜在地是分布在时间或频率中的多个资源之一)。因此，网络将从该网络在上行链路中已经检测到前置码的频带和/或时域位置中获知无线设备或者UE侧优选哪个BRS。并且因此，网络知道发送随机接入响应(MSG 2)的方向，由于其和优选的BRS相同。该实施例能够和先前的实施例进行组合，包括选择前置码，以使前置码子集和某个频带两者和/或子帧能够用于传输前置码。
根据进一步的方面，选择808包括基于在无线设备中已知的预定义的关联规则，选择808c随机接入资源。
在一个实施例中，在确定优选下行链路BRS之后，无线设备使用在手册或标准中规定的、或由先前广播信令给定的、或在辅助遗留网络中由专用信令(比如RRC信令)配置的函数或查找表，以从前置码集合中选择808d随机接入前置码。无线设备然后在步骤810中在其随机接入尝试中使用该选择的前置码。
网络然后能够从检测PRACH前置码(在步骤820)确定无线设备已经发现的哪个下行链路波束是最强的，并且因此当网络在步骤814中发送随机接入响应消息(或多个随机接入响应消息)时将优选使用此波束。网络在为随机接入响应消息选择波束成形权重时有几种选择。它能够简单选择与在形成波束以发送无线设备优选的BRS时所使用的波束成形权重相同的波束成形权重。
根据一些实施例，网络节点根据在网络节点115处已知的一个或多个预定义的关联规则发送814a随机接入响应。
可选地，能够通过使用与用于BRS传输的波束成形权重不同的波束成形权重生成更宽的波束或更窄的波束或者具有更低旁瓣的波束，以用于后续的随机接入响应。可以使得以较大HPBW发送BRS，并且在具有较小的HPBW的波束中发送物理下行链路共享信道(PDSCH)波束(如随机接入响应)。在任何情况下，优选的BRS波束的波束方向提供后续随机接入响应波束的指向方向的网络信息(即使波束成形权重不完全相同)。
根据一些方面，图8中示出的方法进一步包括根据在网络节点115已知的一个或多个预定义的前置码和上行链路波束之间的关联规则，选择813上行链路波束，用于检测820前置码。
根据一些进一步的方面，方法进一步包括根据在网络节点115已知的一个或多个预定义的前置码和时间/频率资源之间的关联规则选择813a时间和/或频率资源，用于前置码检测。
在一些实施例中，前置码和资源的集合被分成群组，其中每个群组与波束特定参考信号(BRS)关联。BRS和前置码之间的关联可以由标准规范给出。无线设备从关联群组中随机或以其他方式选择808e前置码，以用于其随机接入尝试中。该群组可以例如是使用一个PRACH资源的所有可用的前置码序列。
如果可用的前置码集合被分成太多更小的群组，以至于每个群组中的前置码数量很小，这可以导致较大的RACH冲突概率。在相关实施例中，BRS的集合(多于一个BRS)与PRACH前置码的群组相关联。网络然后能够使用与邻近的下行链路波束(在下行链路发送波束方向上邻近)中相同PRACH前置码群组关联的BRS集合。如果有很多BRS，则与检测到的最佳BRS关联的可用PRACH前置码的集合是相当大的，使得前置码冲突概率(在基于竞争的随机接入的情况下)保持较低。
在该实施例的又一变形中，一些BRS和前置码能够与多个群组关联。波束方向能够在两个群组间部分重叠。如果前置码属于两个群组，网络节点应当使用这两个群组之间重叠的波束方向来发送DL RACH响应。
在进一步的网络实施例中，网络仅在每个上行链路波束中搜索820a前置码的子集，其中在下行链路中发送关联BRS。每个BRS指出在PRACH前置码接收器中使用的前置码子集。因此，在网络前置码检测的复杂度降低。然而，该解决方案要求上行链路接收波束和下行链路发送波束之间的关系通过例如在网络侧的RF校准是已知的。
在另一个实施例中，前置码序列和PRACH资源被重新用于与具有足够角度间隔的波束关联的BRS，使得它们可以通过使用不同上行链路波束进行区分。
根据一些方面，在步骤811，无线设备从网络节点接收随机接入响应。
例如在图1中示出的无线设备110和网络节点115，可以使用任何合适的无线电接入技术，比如长期演进(LTE)、LTE高级、通用移动电信系统(UMTS)、高速分组接入(HSPA)、全球移动通信系统(GSM)、CDMA 2000、WiMax、WiFi、另一个合适的无线电接入技术，或一个或多个无线电接入技术的任何合适的组合。为了示例的目的，可以在某些无线电接入技术的上下文内描述各种实施例。然而，本公开的范围不限于该示例，并且其他实施例能够使用不同无线电接入技术。无线设备110、网络节点115、无线电网络控制器120和分组核心网络30的每一个可以包括硬件和/或软件的任何合适的组合。下面参照图9、10、11，分别描述无线设备110、网络节点115和网络节点(比如无线电网络控制器120或者分组核心网络130)的具体实施例的示例。
图9是示出UE或者无线设备110的某些实施例的框图。无线设备110的示例包括移动电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、例如膝上型计算机等便携计算机、平板设备、传感器、调制解调器、机器类型(MTC)设备/机器到机器(M2M)设备、膝上型计算机嵌入式设备(LEE)、膝上型计算机安装设备(LME)、通用串行总线(USB)加密狗、具有设备到设备能力的设备、或者另一个能够提供无线通信的设备。无线设备110也可以是无线电通信设备、目标设备、设备到设备UE、机器类型UE或者能够进行机器到机器通信的无线设备、配备无线设备的传感器、iPad、平板电脑、移动终端、智能电话、笔记本电脑嵌入式设备(LEE)、笔记本电脑安装设备(LME)、USB加密狗、消费者房屋设备(CPE)等等。
尽管本文主要使用术语UE和无线设备110，但在一些实施例中，设备也可以被称为站(STA)、设备、或者终端。如图所示，无线设备110包括收发器910、处理器920和存储器930。
在一些实施例中，收发器910有助于向网络节点115发送无线信号和从网络节点115接收无线信号，比如，通过天线；处理器920执行指令以将上述功能性中的一些或全部提供为由无线设备110提供；并且存储器930存储由处理器920执行的指令。
处理器920可以包括实现于一个或多个模块中的硬件和软件的任何合适的组合，以执行指令和操作数据来执行无线设备110的一些或全部所描述的功能。在一些实施例中，处理器920可以包括，例如，一个或多个计算机、一个或多个中央处理单元(CPU)、一个或多个微处理器、一个或多个应用、和/或其他逻辑。
存储器930通常可操作以存储指令，例如，计算机程序、软件、应用(包括逻辑、规则、算法、代码、表格等中的一个或多个)和/或能够由处理器执行的其他指令。存储器930的示例包括计算机存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM))、大容量存储介质(例如，硬盘)、可移除存储介质(例如，光盘(CD)或数据视频盘(DVD))、和/或存储信息的任何其他易失性或非易失性、非暂时性计算机可读和/或计算机可执行存储器设备。
无线设备110的其他实施例可以包括图9中所示的部件以外的附加组件，其可以负责提供无线设备功能性的某些方面，包括上述的任何功能性和/或任何附加功能性(包括支持上述解决方案所需的任何功能性)。
图10是示出网络节点115的某些实施例的框图。网络节点115的示例包括eNodeB、节点B、基站、无线接入点(比如，Wi-Fi接入点)、低功率节点、基站收发台(BTS)、传输点、传输节点、远程射频单元(RRU)、远程无线电头(RRH)等等。网络节点115可以在整个网络100中部署为同构部署、异构部署或混合部署。同构部署通常可以描述由相同类型的网络节点115和/或类似的覆盖和小区尺寸以及站点间距离组成的部署。异构部署通常可以描述使用具有不同小区尺寸、发射功率、容量和站点间距离的不同类型的网络节点115的部署。例如，异构部署可以包括遍布宏小区布局放置的多个低功率节点。混合部署可以包括同构部分和异构部分的混合。
网络节点115可以包括一个或多个收发器1010、处理器1020、存储器1030、以及网络接口1040。在一些实施例中，收发器1010有助于向网络节点110发送无线信号和从网络节点110接收无线信号(比如，通过天线)，处理器1020执行指令以将上述描述的功能性中的一些或全部提供为由网络节点115提供，并且存储器1030存储由处理器1020执行的指令，并且网络接口1040将信号传送到后端网络组件，比如网关、交换机、路由器、因特网、公共交换电话网(PSTN)、分组核心网络130、无线电网络控制器120等。
处理器1020可以包括实现于一个或多个模块中的硬件和软件的任何合适的组合，以执行指令和操作数据来执行网络节点115的一些或全部所描述的功能。在一些实施例中，处理器1020可以包括，例如，一个或多个计算器、一个或多个中央处理单元(CPUs)、一个或多个微处理器、一个或多个应用、和/或其他逻辑。
存储器1030通常可操作以存储指令，比如计算机程序、软件、应用(包括逻辑、规则、算法、代码、表格等中的一个或多个)、和/或能够由处理器执行的其他指令。存储器1030的示例包括计算机存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM))、大容量存储介质(例如，硬盘)、可移除存储介质(例如，光盘(CD)或数据视频盘(DVD))、和/或存储信息的任何其他易失性或非易失性、非暂时性计算机可读和/或计算机可执行存储器设备。
在一些实施例中，网络接口1040可以通信地耦合到处理器1020并且可以指任何合适的设备，其可操作以接收网络节点115的输入、发送来自网络节点115的输出、对输入或输出或两者执行适当处理、与其他设备通信、或者前述的任何组合。网络接口1040可以包括通过网络进行通信的合适的硬件(比如，端口、调制解调器、网络接口卡等)和包括协议转换和数据处理能力的软件。
网络节点115的其他实施例可以包括图10中所示的组件以外的附加组件，其可以负责提供无线节点功能性的某些方面，包括上述的任何功能性和/或任何附加功能性(包括支持上述解决方案所需的任何功能性)。各种不同类型的网络节点可以包括具有相同物理硬件但配置成(比如，通过编程)支持不同无线电接入技术的组件，或可以代表部分或完全不同的物理组件。
在一些实施例中也是通用术语，可以使用“网络节点”或简单的“网络节点(NW节点)”。所述术语可以指任何种类的网络节点，其可以包括基站、无线电基站、基站收发台、基站控制器、网络控制器、演进节点B(eNB)、节点B、RNC、中继节点、定位节点、E-SMLC、位置服务器、中继器、接入点、无线电接入点、远程无线电单元(RRU)、远程无线电头(RRH)、分布式天线系统(DAS)中的多标准无线电(MSR)无线电节点(比如MSR BS节点)、SON节点、O&M、OSS、MDT节点、核心网络节点、MME等等。
图11是示出无线网络控制器120或分组核心网络130中的节点的某些实施例的框图。网络节点的示例能够包括移动交换中心(MSC)、服务GPRS支持节点(SGSN)、移动性管理实体(MME)、无线电网络控制器(RNC)、基站控制器(BSC)等。网络节点包括处理器1120、存储器1130以及网络接口1140。在一些实施例中，处理器1120执行指令以将上述描述的功能中的一些或全部提供为由网络节点提供，存储器1130存储由处理器1120执行的指令，并且网络接口1140将信号传送到合适的节点，比如网关、交换机、路由器、因特网、公共交换电话网(PSTN)、网络节点115、无线电网络控制器120、分组核心网络130中的节点等。
处理器1120可以包括实现于一个或多个模块中的硬件和软件的任何合适的组合，以执行指令和操作数据来执行网络节点的一些或全部所描述的功能。在一些实施例中，处理器1120可以包括，例如，一个或多个计算机、一个或多个中央处理单元(CPU)、一个或多个微处理器、一个或多个应用、和/或其他逻辑。
存储器1130通常可操作以存储指令，比如计算机程序、软件、应用(包括逻辑、规则、算法、代码、表格等中的一个或多个)、和/或能够由处理器执行的其他指令。存储器1130的示例包括计算机存储器(例如，随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM))、大容量存储介质(例如，硬盘)、可移除存储介质(例如，光盘(CD)或数据视频盘(DVD))和/或存储信息的任何其他易失性或非易失性、非暂时性计算机可读和/或计算机可执行存储器设备。
在一些实施例中，网络接口1140可通信地耦合到处理器1120并且可以指任何合适的设备，其可操作以接收网络节点的输入、发送来自网络节点的输出、对输入或输出或两者执行适当处理、与其他设备通信、或者前述的任何组合。网络接口1140可以包括通过网络进行通信的合适的硬件(比如，端口、调制解调器、网络接口卡等)和包括协议转换和数据处理能力的软件。
所述网络节点的其他实施例可以包括图11中所示的组件以外的附加组件，其可以负责提供网络节点功能性的某些方面，包括上述的任何功能性和/或任何附加功能性(包括支持上述解决方案所需的任何功能性)。
图12示出了根据某些实施例的描绘的为选择优选的下行链路波束执行的示例性方法步骤的流程图。特别地，根据某些实施例，流程图的右侧描绘了可以由UE 110执行的步骤，并且左侧描绘了可以由网络节点115执行的步骤。
方法可以在步骤1802开始，其中网络节点115(eNB，基站)可以在下行链路中发送波束形成的参考信号集合。在步骤804中可以由UE接收信号。UE 110然后可以对这些不同的(优选正交的)参考信号执行测量，并且然后在步骤1806确定优选的下行链路波束。这能够通过测量每个波束的接收信号功率(RSRP)完成。参考信号能够是波束成形的同步信号(PSS/SSS)、波束成形的信道状态信息信号(CSI-RS)、波束成形的发现信号(DSS)或者能够是新设计的波束参考信号序列(BRS)。下文中为了简化，我们将波束特定参考信号表示和分类为BRS。
在UE能够开始测量和识别优选的下行链路波束之前，假定波束特定参考信号通过规范或从广播系统信息中获知，以便在网络节点115和UE 110之间无需专用配置信令。然而，在一个实施例中，配置信令发生在识别之前，但是在基于非波束的遗留系统比如LTE上。(在实际中，UE从波束特定RS的集合中检测优选的波束特定RS，从而UE没有意识到波束辐射图的实际波束方向，或者完全实现特定的发射机侧使用的波束成形权重)。
在步骤1808，终端110选择随机接入响应资源。在一个实施例中，在确定优选的下行链路波束RS之后，UE使用由手册或标准指定的，或由之前广播信令给定的或在辅助遗留网络中由专用信令(比如RRC信令)配置的函数或查询表，以从前置码集合中选择随机接入前置码。UE然后在步骤1810在其随机接入尝试中使用该选择的前置码。
在进一步的实施例中，当取决于检测的优选的BRS传输前置码时，使用PRACH资源(其是分布在时间或频率中的多个资源中的一个)。因此，网络将从该网络在上行链路中检测到前置码的频带中获知哪个BRS从UE侧是优选的。并且因此，网络获知发送随机接入响应(MSG2)的方向，由于其和优选的BRS相同。该实施例能够和先前的实施例进行组合，以使前置码子集和某些频带(和/或子帧)两者能够用于传输前置码。
网络然后能够从检测PRACH前置码(在步骤1812)确定UE已经发现的哪个下行链路波束是最强的，并且因此当在步骤1814中发送随机接入响应消息时将优选使用此波束。网络在为随机接入响应消息选择波束成形权重时有几种选择。它能够简单选择与当形成波束以发送UE优选的BRS时使用的波束成形权重相同的波束成形权重。可选地，与用于BRS传输相比，更宽的波束或更窄的波束或者具有较低旁瓣的波束能够通过使用用于后续随机接入响应的不同的波束成形权重生成。可以使得以较大HPBW发送BRS，并且在具有较小HPBW的波束中发送PDSCH波束(如随机接入响应)。在任何情况下，优选的BRS的波束的波束方向提供后续随机接入响应波束的指向方向的网络信息(即使波束成形权重是不完全一样的)。
在一个实施例中，前置码和资源集合被分成组，其中每个组与波束特定参考信号(BRS)相关联。BRS和前置码之间的关联则可以由标准规范给出。UE从关联的组中随机选择前置码，以用于其随机接入尝试中。组可以例如是使用一个PRACH资源的所有可用的前置码序列。
如果可用的前置码集合被分成太多更小的组，从而每个组中的前置码数量很小，则可能会成为问题，这是因为可以导致较大的RACH冲突概率。在相关实施例中，BRS集合(多于一个BRS)都与一组PRACH前置码相关联。在步骤1813，网络则能够使用与邻近的下行链路波束(在下行链路发送波束方向上相邻)中相同PRACH前置码组相关联的BRS集合。如果有很多BRS，则与检测到的最佳BRS相关联的可用PRACH前置码集合是相当大的，使得前置码冲突概率(在基于竞争的随机接入情况下)保持较低。
在该实施例的又一变型中，一些BRS和前置码能够与多个组相关联。波束方向可以在两个组间部分重叠。如果选择了属于两个组的前置码，则网络节点应当使用这两个组之间重叠的BRS发送DL RACH响应。
在进一步的网络实施例中，网络仅在每个上行链路波束中搜索前置码的子集，其中在下行链路中发送相关联的BRS。每个BRS指出在PRACH前置码接收器中使用的前置码的子集。因此，在网络前置码检测复杂度方面降低。然而，该解决方案要求上行链路接收波束和下行链路发送波束之间的关系通过例如在网络侧的RF校准是已知的。
在又一个实施例中，前置码序列和PRACH资源被重新用于与具有足够角度间隔的波束相关联的BRS，使得它们可以通过使用不同上行链路波束进行区分。
本文还进一步公开了各种附加的示例性实施例。一些这样的实施例提出用于基于在下行链路中接收的最强的波束来选择物理随机接入信道的解决方案。在一个示例性实施例中，用户设备可以执行步骤：
·接收并检测发送波束特定参考信号(BRS)；
·基于所接收的BRS功率确定优选的BRS；
·基于优选的BRS，选择随机接入响应资源；
·通过所选择的资源向网络节点发送物理随机接入信道(PRACH)；
·可选地，基于在用户设备已知的预定义的关联规则选择随机接入响应资源；
·可选地，随机接入响应资源是所述前置码和/或时间/频率资源；
在另一个示例性实施例中，网络节点可以执行步骤：
·在每个下行链路波束中发送唯一BRS；
·随机选择新的前置码以便检测；
·根据在网络节点已知的预定义的关联规则选择上行链路波束；
·检测前置码；
·以与由前置码检测指示的优选的BRS相同的波束/波束方向/波束成形权重发送随机接入响应；
·可选地，根据网络节点已知的预定义的关联规则选择可能的时间/频率资源；
·可选地，根据网络节点已知的预定义的关联规则发送随机接入响应。
其他实现可以包括配置成实现所描述的方法的无线通信设备和/或接入节点，或者无线通信系统，在其中无线通信设备和/或接入节点实现所描述的方法。
本公开的一些实施例可以提供一个或多个技术优势。例如，在某些实施例中，由于网络获知用于随机接入信道响应的波束，随机接入信道响应的覆盖得到改善。另一个技术优势可以是，随机接入信道过程能够更早地完成，其改善了等待时间并降低网络中的干扰。另一技术优势可以是对于上行链路和下行链路无需具有校准和对准的RF，这降低实现成本和功率消耗。
进一步的技术优势可以是降低eNode中的计算复杂度。在eNode B中，物理随机接入信道前置码检测器只需要在每个上行链路接收器方向搜索序列子集。该子集等效于映射到与接收器上行链路波束(或空间方向)相同的下行链路传输波束(或空间方向)的那些物理随机接入信道序列。
一些实施例可以受益于这些优势中的一些或全部，或不受益于这些优势。其他技术优势可以由本领域技术人员很容易地确定。
在具体示例性实现中，所提出的解决方案可以提供用于优选下行链路波束的随机接入选择的方法。在一个示例性实施例中，用户设备可以执行步骤：
·接收和检测发送波束特定参考信号(BRS)；
·基于接收的BRS功率确定优选的BRS；
·基于优选的BRS，选择随机接入响应资源；
·通过所选择的资源向网络节点发送物理随机接入信道(PRACH)；
·可选地，基于用户设备已知的预定义的关联规则选择随机接入响应资源；
·可选地，随机接入响应资源是所述前置码和/或时间/频率资源；
在另一个示例性实施例中，网络节点可以执行步骤：
·在每个下行链路波束中发送唯一BRS；
·随机选择新的前置码以便检测；
·根据在网络节点已知的预定义的关联规则选择上行链路波束；
·检测前置码；
·以与由前置码检测指示的优选的BRS相同的波束/波束方向/波束成形权重发送随机接入响应；
·可选地，根据网络节点已知的预定义的关联规则选择可能的时间/频率资源；
·可选地，根据网络节点已知的预定义的关联规则发送随机接入响应。
其他实现可以包括配置成实现所描述的方法的无线通信设备和/或接入节点，或者无线通信系统，在其中无线通信设备和/或接入节点实现所描述的方法。
本公开的一些实施例可以提供一个或多个技术优势。例如，在某些实施例中，由于网络获知用于随机接入信道响应的波束，随机接入信道响应的覆盖得到改善。另一个技术优势可以是，随机接入信道过程能够更早地完成，其改善了等待时间并降低网络中的干扰。另一个技术优势可以是对于上行链路和下行链路无需具有校准和对准RF，其降低实现成本和功率消耗。
进一步的技术优势可以是降低eNode中的计算复杂度。在eNode B中物理随机接入信道前置码检测器只需要在每个上行链路接收器方向搜索序列子集。该子集等效于映射到与接收器上行链路波束(或空间方向)相同的下行链路传输波束(或空间方向)的那些物理随机接入信道序列。
一些实施例可以受益于这些优势中的一些或全部，或不受益于这些优势。其他技术优势可以由本领域技术人员很容易地确定。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本文公开的系统和装置进行修改、添加或省略。系统和装置的组件可以被集成或分离。此外，系统和装置的操作可以由更多、更少或其他组件执行。此外，可以使用包括软件、硬件和/或其他逻辑的任何合适的逻辑来执行系统和装置的操作。如本文中使用的，“每个”指集合中的每个成员或者集合的子集中的每个成员。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本文公开的方法进行修改、添加或省略。方法可以包括更多、更少或其他步骤。此外，可以按照任何合适的顺序执行步骤。
尽管已经根据某些实施例描述了本公开，但是实施例的改变和置换对于本领域技术人员将是明显的。因此，实施例的上述描述不限制本公开。在不脱离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，其他改变、替代和变更是可能的。

Claims (31)

1.一种无线设备(110)中的方法，用于执行对网络节点(115)的随机接入，所述方法包括：
-从所述网络节点(115)接收(804)下行链路波束特定参考信号BRS的集合；
-基于每个BRS的接收信号功率来确定(806)优选的BRS；并且
-基于所述优选的BRS，选择(808)将要用于向所述网络节点(115)发送随机接入尝试的随机接入资源；以及
-当向所述网络节点(115)发送随机接入尝试时，使用(810)所选择的随机接入资源，由此随机接入资源的所述选择向所述网络节点指示所述无线设备优选哪个下行链路波束将要用于下行链路传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择(808)包括从前置码的集合中选择(808a)将要用于发送所述随机接入尝试的前置码。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述选择(808)包括使用在手册或标准中指定的、或由先前的广播信令给出的、或由所述无线设备(110)的辅助遗留网络上的专用信令配置的函数或查询表来从前置码的集合中选择(808d)随机接入前置码。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述选择(808)包括选择(808b)将要用于发送所述随机接入尝试的时间和/或频率资源。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述选择(808)包括基于所述无线设备(110)已知的一个或多个预定义的关联规则来选择(808c)所述随机接入资源。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中所述随机接入资源被分成组，其中每个组与波束特定参考信号关联，BRS和前置码之间的关联由标准规范给出。
7.一种网络节点(115)中的方法，用于支持来自无线设备(110)的随机接入，所述方法包括：
-发送(802)波束特定参考信号BRS的集合；
-检测(820)从所述无线设备(110)接收的信号中的前置码，所述前置码检测指示所述无线设备优选的BRS；以及
-以与所述前置码检测所指示的所述优选的BRS相同的波束、和/或波束方向、和/或以相同的波束成形权重，发送(814)随机接入响应。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括
-根据所述网络节点(115)已知的前置码和上行链路波束之间的一个或多个预定义的关联规则来选择(813)上行链路波束以用于所述前置码的所述检测(820)。
9.根据权利要求7-8中的任一项所述的方法，进一步包括：
-根据所述网络节点(115)已知的前置码和时间/频率资源之间的一个或多个预定义的关联规则来选择(813a)时间和/或频率资源以用于前置码检测。
10.根据权利要求7-9中的任一项所述的方法，其中所述发送(814)进一步包括：
-根据所述网络节点(115)已知的所述一个或多个预定义的关联规则来发送(814a)所述随机接入响应。
11.根据权利要求7-10中的任一项所述的方法，其中所述检测(820)进一步包括在每个上行链路波束中搜索(820a)前置码的子集，对于该子集在下行链路中发送关联的BRS，每个BRS指出将要被搜索的前置码的子集。
12.根据权利要求7-11中的任一项所述的方法，其中前置码序列和资源被重新用于与具有预定角度间隔的下行链路波束关联的BRS。
13.根据权利要求7-12中的任一项所述的方法，其中随机接入资源被分成组，其中每个组与波束特定参考信号关联，BRS和前置码之间的关联由标准规范给出。
14.一种无线设备(110)，配置成执行对网络节点(115)的随机接入，所述无线设备包括处理部件，配置成：
-从所述网络节点(115)接收下行链路波束特定参考信号BRS的集合；
-基于每个BRS的接收信号功率，确定优选的BRS；并且
-基于所述优选的BRS，选择将要用于向所述网络节点(115)发送随机接入尝试的随机接入资源；以及
-当向所述网络节点(115)发送随机接入尝试时，使用所选择的随机接入资源，由此随机接入资源的所述选择向所述网络节点指示所述无线设备优选哪个下行链路波束将要用于下行链路传输。
15.根据权利要求14所述的无线设备(110)，其中所述处理部件进一步配置成：
-从前置码的集合中选择将要用于发送所述随机接入尝试的前置码。
16.根据权利要求15所述的无线设备(110)，其中所述处理部件进一步配置成：
-使用在手册或标准中指定的、或由先前的广播信令给出的、或由所述无线设备(110)的辅助遗留网络的专用信令配置的函数或查询表，从前置码的集合中选择随机接入前置码。
17.根据权利要求14-16中的任一项所述的无线设备(110)，其中所述处理部件进一步配置成：
-选择将要用于发送所述随机接入尝试的时间和/或频率资源。
18.根据权利要求14-17中的任一项所述的无线设备(110)，其中所述处理部件进一步配置成：
-基于所述无线设备(110)已知的一个或多个预定义的关联规则来选择所述随机接入资源。
19.根据权利要求14-18中的任一项所述的无线设备(110)，其中所述随机接入资源被分成组，其中每个组与波束特定参考信号关联，BRS和前置码之间的关联由标准规范给出。
20.根据权利要求14-19中的任一项所述的无线设备(110)，其中所述处理部件包括处理器(920)和存储器(930)，其中所述存储器包含可由所述处理器执行的指令。
21.根据权利要求14-20中的任一项所述的无线设备(110)，进一步包括收发器(910)，布置为向所述网络节点(115)发送无线信号并且从所述网络节点(115)接收无线信号。
22.一种网络节点(115)，配置成支持来自无线设备(110)的随机接入，所述网络节点包括处理部件，配置成：
-发送波束特定参考信号BRS的集合；
-检测从所述无线设备(110)接收的信号中的前置码，所述前置码检测指示所述无线设备优选的BRS；以及
-以与所述前置码检测指示的所述优选的BRS相同的波束、和/或波束方向、和/或以相同的波束成形权重，发送随机接入响应。
23.根据权利要求22所述的网络节点(115)，其中所述处理部件进一步配置成：
-根据所述网络节点(115)已知的前置码和上行链路波束之间的一个或多个预定义的关联规则选择上行链路波束以用于检测所述前置码。
24.根据权利要求22-23中的任一项所述的网络节点(115)，其中所述处理部件进一步配置成：
-根据所述网络节点(115)已知的前置码和时间/频率资源之间的一个或多个预定义的关联规则来选择时间和/或频率资源以用于前置码检测。
25.根据权利要求22-24中的任一项所述的网络节点(115)，其中所述处理部件进一步配置成：
-根据所述网络节点(115)已知的所述一个或多个预定义的关联规则来发送所述随机接入响应。
26.根据权利要求22-25中的任一项所述的网络节点(115)，其中所述处理部件进一步配置成：
-在每个上行链路波束中搜索前置码的子集，对该子集在下行链路中发送关联的BRS，每个BRS指出将要被搜索的前置码的子集。
27.根据权利要求22-26中的任一项所述的网络节点(115)，其中前置码序列和资源被重新用于与具有预定角度间隔的下行链路波束关联的BRS。
28.根据权利要求22-27中的任一项所述的网络节点(115)，其中随机接入资源被分成组，其中每个组与波束特定参考信号关联，BRS和前置码之间的关联由标准规范给出。
29.根据权利要求22-28中的任一项所述的网络节点(115)，其中所述处理部件包括处理器(1020)和存储器(1030)，其中所述存储器包含可由所述处理器执行的指令。
30.根据权利要求22-29中的任一项所述的网络节点(115)，进一步包括：
-收发器(1010)，布置为向所述无线设备(110)发送无线信号并且从所述无线设备(110)接收无线信号；以及
-网络接口(1040)，布置成向后端网络组件传送信号。
31.一种无线通信系统，包括根据权利要求14-20中的任一项所述的无线设备，以及根据权利要求22-30中的任一项所述的网络节点。
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