CN108293194B - 自适应波束成形扫描 - Google Patents

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Abstract

提供了用于自适应波束成形扫描的机制。一种方法由具有非均匀定向网络覆盖的网络设备来执行。该方法包括：获得指示空间方向的波束图案，所述空间方向是要对识别信号的接收进行扫描的空间方向，其中，所述波束图案由非均匀定向网络覆盖来定义。所述方法包括：针对从无线设备接收识别信号，根据该波束图案在空间方向上用定向波束进行扫描。

Description

自适应波束成形扫描
技术领域
本文提出的实施例涉及自适应波束成形扫描，特别是涉及用于自适应波束成形扫描的方法、网络设备、计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
在通信系统中，对于给定的通信协议、其参数和部署通信系统的物理环境，获得良好的性能和容量可能是一个挑战。
例如，对于任何蜂窝通信系统的基本要求是无线设备最初请求连接建立(通常称为随机接入)的可能性。在长期演进(LTE)通信系统中，随机接入过程有两种形式，允许随机接入是基于竞争的或无竞争的。基于竞争的过程包括四个步骤；前导码传输的第一步骤、随机接入响应的第二步骤、协议层2/层3消息传输的第三步骤以及竞争解决消息交换的第四步骤。
在LTE中，第一步中的前导码序列是根据根Zadoff-Chu(ZC)序列的循环移位来产生的。根据不同的ZC序列的循环移位获得的序列不是正交的。因此，通过循环移位单个根序列获得的正交序列应优于非正交序列。前导码序列由无线设备在时频隙(time-frequencyslot) 中向通信系统中的无线电接入网络节点发送。
一旦在时频隙中检测到前导码，无线电接入网络节点将在第二步中在所谓的物理下行链路共享信道(PDSCH)上发送随机接入响应(RAR)，并且通过身份(ID)(随机接入无线电网络临时标识符(RA-RNTI))来寻址，该随机接入响应(RAR)传送所检测的前导码的身份、用于同步来自无线设备的后续上行链路传输的定时对准指令、用于在第三步骤中传输消息的初始上行链路资源许可、以及临时小区无线电网络临时标识符(C-RNTI)的指派。
在第三步中，无线设备将传送实际的随机接入过程消息，例如无线电资源控制(RRC)连接请求、跟踪区域更新(TAU)或调度请求。
在第四步中，将由无线电接入网络节点发送竞争解决消息。
可以预见，新兴的无线通信系统可能受益于在无线电接入节点处 (可能还在无线设备处)使用大量的天线元件，特别是与当前无线通信系统中使用的更高的载波频率相结合。
因此，需要增强对来自无线设备的识别信号的接收。
发明内容
本文实施例的目的是提供对来自无线设备的识别信号的高效接收。
根据第一方面，提出了一种自适应波束成形扫描的方法。该方法由具有非均匀定向网络覆盖的网络设备执行。该方法包括：获得指示空间方向的波束图案，所述空间方向是要对识别信号的接收进行扫描的空间方向，其中，所述波束图案由非均匀定向网络覆盖来定义。所述方法包括：针对从无线设备接收识别信号，根据该波束图案在空间方向上用定向波束进行扫描。
有利的是，这种用于自适应波束成形扫描的方法提供了高效的波束成形扫描，其使得能够高效地接收来自无线设备的识别信号。
有利的是，这种用于自适应波束成形扫描的方法使得能够避免或者至少减少网络覆盖中出现网络中断的区域。
有利的是，这种用于自适应波束成形扫描的方法使得能够解决或者至少减少在网络设备要接收识别信号的场景中(例如，在随机接入过程期间)可能发生的瓶颈。
有利的是，所公开的用于接收识别信号的扫描对于无线设备是透明的，从而避免了网络设备和无线设备之间额外的信令复杂性，进一步避免了无线设备处的接收算法的任何改变，并且因此允许广泛的适用性。
根据第二方面，提出了一种用于自适应波束成形扫描的网络设备。该网络设备被配置用于非均匀定向网络覆盖。该网络设备包括处理电路。该处理电路被配置为使网络设备：获得指示空间方向的波束图案，空间方向是要对识别信号的接收进行扫描的空间方向，其中，该波束图案由非均匀定向网络覆盖来定义。该处理电路被配置为使网络设备：针对从无线设备接收识别信号，根据该波束图案在该空间方向上用定向波束进行扫描。
根据实施例，第二方面的网络设备还包括存储介质。该处理电路被配置为从存储介质取回操作集合，并且执行该操作集合，以便网络设备获得波束图案并用定向波束进行扫描。
根据第三方面，提出了一种用于自适应波束成形扫描的网络设备。该网络设备被配置用于非均匀定向网络覆盖。该网络节点包括处理电路。该网络节点包括存储指令的计算机程序产品，当由处理电路执行该指令时，该指令使得网络设备执行根据第一方面的方法。
根据第四方面，提出了一种用于自适应波束成形扫描的网络设备。该网络设备被配置用于非均匀定向网络覆盖。该网络节点包括：获得模块，被配置为获得指示空间方向的波束图案，该空间方向是要对识别信号的接收进行扫描的空间方向，其中，波束图案由非均匀定向网络覆盖来定义。该网络节点包括：扫描模块，被配置为针对从无线设备接收识别信号，根据该波束图案在该空间方向上用定向波束进行扫描。
根据第五方面，提出了一种用于自适应波束成形扫描的通信系统。该系统包括定义根据第二至第四方面中任一项的至少一个网络设备的功能的电路。
根据第六方面，提出了一种用于自适应波束成形扫描的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码在网络设备上运行时使得该网络设备执行根据第一方面所述的方法。
根据第七方面，提出了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括根据第六方面的计算机程序和其上存储该计算机程序的计算机可读介质(例如，非易失性计算机可读介质)。
应当注意到：第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七方面中的任何特征可被应用于任何其他方面(只要在合适的情况下)。类似地，第一方面的任何优点可以同样分别适用于第二、第三、第四、第五、第六和/或第七方面，且反之亦然。根据以下详细公开、所附从属权利要求以及附图，所附实施例的其他目的、特征和优点将变得显而易见。
一般地，除非本文另有明确限定，否则权利要求中使用的所有术语要根据其技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，否则对“一/一个/所述元件、设备、组件、装置、步骤等”的所有引用应被开放地解释为指代元件、设备、组件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确声明，否则本文所公开的任何方法的步骤不一定按所公开的严格顺序来执行。
附图说明
下面参照附图以示例方式描述本发明构思，附图中：
图1是示出了根据实施例的通信系统的示意图；
图2a是示出了根据实施例的网络设备的功能单元的示意图；
图2b是示出了根据实施例的网络设备的功能模块的示意图；
图3示出了根据实施例的包括计算机可读装置在内的计算机程序产品的一个示例；
图4、图5和图6是根据实施例的方法的流程图；以及
图7示意地示出了根据实施例的波束图案。
具体实施方式
现在将在下文参考其中示出本发明构思的特定实施例的附图来更全面地描述本发明构思。然而，本发明构思可以按多种不同形式来体现，并且不应当被解释为受到本文阐述的实施例的限制；相反，通过示例给出这些实施例，使得本公开将透彻和完整，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明构思的范围。在说明书全文中，相似的标记指代相似的要素。由虚线示出的任何步骤或特征应当被视为可选的。
图1是示出了可应用本文提出的实施例的通信系统100的示意图。通信系统100包括无线电接入网络节点130、130a、130b、130c、130d。每个无线电接入网络节点130、130a、130b、130c、130d可以是无线电基站、基站收发台、节点B(Node B)和演进节点B或接入点。每个无线电接入网络节点130、130a、130b、130c、130d由各自的网络设备200、200a、200b、200c、200d控制。网络设备200的功能将在下面进一步公开。此外，在本公开全文中，术语无线电接入网络节点和网络设备可以互换使用。
无线电接入网络节点130、130a、130b、130c、130d被配置用于在定向波束中向无线设备120a、120b发送以及从无线设备120a、120b 接收。每个无线设备120a、120b可以是便携式无线设备、移动台、移动电话、手机、无线本地环路电话、用户设备(UE)、智能电话、膝上型计算机、平板计算机、无线调制解调器或传感器。
作为示例，无线电接入网络节点130被配置用于在定向波束110a、 110b、110c、110d中的这种发送和接收。由此，位于由定向波束110a、 110b、110c、110d定义的区域中的无线设备120a、120b能够接入由通信系统100提供的数据和服务。在图1的说明性示例中，无线设备 120a位于由无线电接入网络节点130的定向波束110a服务的区域中，并且无线设备120b位于由无线电接入网络节点130的定向波束110b 服务的区域中。
为了让无线设备120a、120b接入由通信系统100提供的数据和服务，无线设备120a、120b建立通向无线电接入网络节点130、130a、 130b、130c、130d中的至少一个无线电网络节点的有效连接。建立这种有效连接的过程涉及无线设备120a、120b执行随机接入过程。
该前导码序列的一个示例是通过多次重复短前导码序列来构建的。通过这种方式，针对多天线系统，显著减少了特殊随机接入相关的处理量和硬件支持量，并且检测器对来自其他上行链路信道和信号的载波间干扰也具有鲁棒性。此外，所提出的前导码检测器方案可用在具有大量相位噪声和频率误差的场景中。
无线电接入网络节点在随机接入时间窗期间通常可以通过混合波束成形切换(数字波束成形和模拟波束成形的组合)在空间上扫描其服务覆盖。换句话说，在切换到另一个定向波束之前，特定的接收波束通常停留在某些时隙，例如，对于总共1/N个定向波束，总前导码检测窗口长度的1/N处。
较短的信号累积持续时间降低了总接收信号功率以及随机接入信号的信号对噪声和干扰比，且因此最终降低了随机接入信号检测成功率和无线电接入网络节点可以接收随机接入信号的覆盖区域。因此，与不使用波束成形的场景相比，由于在每个定向波束中的短停留持续时间，降低了通过大量天线混合波束成形所获得的接收信号功率增益。
从而无线设备120a、120b可以在其随机接入过程期间重复发送识别信号(例如，物理随机接入信道(PRACH)序列)，并且网络设备通过在定向波束中执行扫描来监视在不同方向上对PRACH序列的接收。由于至少两个原因，覆盖需求在网络设备200的不同方向上可能不同。首先，一些相邻网络设备200a、200b、200c、200d可以在由网络设备 200的定向波束覆盖的区域中提供网络接入。其次，与其他方向相比，由于环境因素而导致在特定方向上来自无线设备120a、120b的请求可能非常少或甚至完全没有，从而导致在该特定方向上无线设备120a、 120b相对非常小的存在性。相反，由于在一些其他特定方向上相邻网络设备远离，所以在这些其他特定方向上需要良好的网络覆盖。因此，用于基于每个定向波束中相等持续时间并且基于具有相等宽度的所有定向波束从无线设备接收识别信号的扫描过程不能与具有非均匀网络覆盖的通信系统100相匹配。
因此本文公开的实施例涉及自适应波束成形扫描。为了获得自适应波束成形扫描，提供了网络设备200、由网络设备200执行的方法、包括代码在内的计算机程序，该代码例如具有计算机程序产品的形式，其在网络设备200上运行时使得网络设备200执行该方法。
图2a以多个功能单元的方式示意性地示出了根据实施例的网络设备200的组件。使用能够执行计算机程序产品310(如图3)(例如，具有存储介质230的形式)中存储的软件指令的合适的中央处理单元 (CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等中的一种或多种的任意组合来提供处理电路210。
特别地，处理电路210被配置为使得网络设备200执行操作集合或步骤S102～S208。下面将公开图4、图5和图6中绘出的这些操作或步骤S102～S208。例如，存储介质230可以存储该操作集合，并且处理电路210可以被配置为从存储介质230取回该操作集合，以使网络设备200执行该操作集合。该操作集合可以被提供为可执行指令集合。
因此，处理电路210由此被布置为执行本文公开的方法。存储介质230还可以包括持久存储设备，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装存储器中的任意单独一个或组合。网络设备200还可以包括用于与至少一个无线设备120a、120b和可能至少一个其他网络设备200a、200b、200c、200d进行通信的通信接口220。因此，通信接口220可以包括一个或多个发射机和接收机，其包括模拟和数字组件。处理电路210通过例如向通信接口220和存储介质230 发送数据和控制信号、通过从通信接口220接收数据和报告、以及通过从存储介质230中取回数据和指令来控制网络设备200的总体操作。省略了网络设备200的其他组件以及有关功能以不使本文提出的概念模糊。
图2b中以多个功能模块的方式示意性地示出了根据实施例的网络设备200的组件。图2b的网络设备200包括多个功能模块；被配置为执行下面的步骤S102、S104的获得模块210a、以及被配置为执行下面的步骤S112的扫描模块210b。图2b的网络设备200还可以包括多个可选的功能模块，例如以下任何项：被配置为执行下面的步骤 S106、S108、S108b、S110的更新模块210c、被配置为执行下面的步骤S108a的识别模块210d、被配置为执行下面的步骤S108c的合并模块210e、以及被配置为执行下面的步骤S108d的分割模块210f。以下将在可以使用功能模块210a～210f的上下文中进一步公开每个功能模块210a～210f的功能。一般来说，在一个实施例中，每个功能模块 210a～210f可以仅在硬件中实现，和/或在另一个实施例中借助于软件来实现，即，后一个实施例具有存储在存储介质230上的计算机程序指令，当该计算机程序指令在处理电路上运行时使得网络设备200 执行以上结合图2b描述的相应步骤。对于硬件实现，功能模块210a～210f可以在处理电路210中实现，也可能在通信接口220和存储介质 230中实现。还应该提及的是：即使这些模块对应于计算机程序的各部分，它们也不必是其中的单独模块，但它们在软件中实现的方式取决于所使用的编程语言。优选地，一个或多个或所有功能模块210a～ 210f可以由处理电路210来实现(可能与功能单元220和/或230协作实现)。处理电路210可以因此被配置为从存储介质230抓取由功能模块210a～210f提供的指令，并且被配置为执行这些指令，由此执行下文将公开的任何步骤。
因此，与图2a相比，图2b提供了网络节点200的面向功能的描述，反之图2a提供了网络节点200的面向构建块的视图。图2a中的网络节点200的构建块(即，处理电路210、通信接口220和存储介质230)可被配置为执行由图2b中的网络节点200的功能模块210a～ 210f定义的功能。
网络设备200可以被提供为独立设备或作为至少一个另外的设备的一部分。例如，网络设备200可被提供在无线电接入网络的节点中或被提供在核心网络的节点中。备选地，网络设备200的功能可以分布在至少两个设备或至少两个节点之间。这些至少两个节点或至少两个设备可以是相同网络部分(例如无线电接入网络或核心网络)的一部分，或者可以散布在至少两个这样的网络部分之间。一般而言，与不需要实时执行的指令相比，需要实时执行的指令可以在更有效接近无线设备120a、120b的设备或节点中执行。
因此，由网络设备200执行的指令的第一部分可以在第一设备中执行，并且由网络设备200执行的指令的第二部分可以在第二设备中执行；本文公开的实施例不限于可以在其上执行由网络设备200执行的指令的任何特定数量的设备。因此，根据本文公开的实施例的方法适用于由驻留在云计算环境中的网络设备200来执行。因此，尽管在图2a中示出单个处理电路210，但处理电路210可以分布在多个设备或节点中。这同样适用于图2b的功能模块210a～210f和图3的计算机程序320(见下文)。
图3示出了包括计算机可读装置330在内的计算机程序产品310 的一个示例。在该计算机可读装置330上，可以存储计算机程序320，该计算机程序320可以使得处理电路210和与其有效耦接的实体和设备(例如，通信接口220和存储介质230)执行根据本文描述的实施例的方法。计算机程序320和/或计算机程序产品310可以因此提供用于执行如本文公开的任何步骤的手段。
在图3的示例中，计算机程序产品310被示出为光盘，例如CD (高密度盘)或DVD(数字多功能盘)或蓝光盘。计算机程序产品310 还可以体现为存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、或电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)和更具体地作为外部存储器中的设备的非易失性存储介质，例如USB(通用串行总线)存储器或闪存(例如高密度闪存)。因此，尽管计算机程序320这里示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，计算机程序320可以用适于计算机程序产品310的任意方式进行存储。
图4和图5是示出了用于自适应波束成形扫描的方法的实施例。这些方法由网络设备200执行。有利地将这些方法提供为计算机程序 320。
现在参考图4，其示出了根据实施例的由网络设备200执行的用于自适应波束成形扫描的方法。
网络设备200具有非均匀定向网络覆盖。一般而言，网络设备200 的网络覆盖可以被定义为网络设备200可以向无线设备120a、120b 提供网络接入的区域。网络接入涉及网络设备从无线设备120a、120b 接收识别信号等。
如上所述，无线设备120a、120b执行随机接入过程以获得网络接入。该随机接入过程涉及无线设备120a、120b发送识别信号。网络设备200因此执行针对识别信号的接收的扫描。该扫描是根据波束图案来执行的。
因此，网络设备200被配置为在步骤S102中获得波束图案。就此而言，获得模块210a可以包括指令，该指令在由网络设备200执行时使处理电路210(可能结合通信接口220和存储介质230)获得波束图案，以便网络设备200执行步骤S102。下面将公开可以如何获得波束图案的示例。波束图案指示要对识别信号的接收进行扫描的空间方向。波束图案由网络设备200的非均匀定向网络覆盖来定义。下面将公开可以如何由非均匀定向网络覆盖来定义波束图案的示例。
一旦已经获得波束图案，网络设备200可以使用该波束图案进行针对识别信号的接收的扫描。网络设备200被配置为：在步骤S112 中，针对从无线设备120a、120b接收识别信号，根据该波束图案在空间方向上用定向波束110a、110b、110c、110d进行扫描。就此而言，扫描模块210b可以包括指令，该指令在由网络设备200执行时使处理电路210(可能结合通信接口220和存储介质230)用定向波束110a、 110b、110c、110d进行扫描，以便网络设备200执行步骤S112。
这种用于自适应波束成形扫描的方法使得用于接收识别信号的有条件的(即，以非均匀网络覆盖为条件)不相等持续时间波束扫描过程能够与网络设备200在不同方向上的覆盖需求相匹配。
由此，代替用于接收识别信号的相等时间-空间波束扫描，这种用于自适应波束成形扫描的方法使得定向波束的覆盖能够与在不同扫描方向上的非均匀定向网络覆盖相匹配。
本文公开的波束扫描过程可以由此自适应地提高接收信号质量，以便减轻由在网络设备200的网络覆盖的特定区域中进行的随机接入尝试而引起的任何瓶颈。
现在将公开与自适应波束成形扫描的更多细节有关的实施例。
如步骤S112中，当网络设备200要执行针对识别信号的接收的扫描时可能有不同的情况。例如，识别信号可以是随机接入过程的一部分。因此，针对识别信号的接收的扫描可以是随机接入过程的一部分。
此外，可能有不同类型的识别信号要扫描。例如，每个识别信号可以包括物理随机接入信道(PRACH)前导码。也就是说，识别信号可以是由多个重复的短前导码构成的随机接入前导码信号。
可以有不同的方式来定义非均匀空间网络覆盖。例如，非均匀空间网络覆盖可以识别具有相互不同的网络覆盖水平的至少两个网络覆盖区域。因此，非均匀空间网络覆盖可以包括至少一个区域，该至少一个区域具有比非均匀空间网络覆盖中的另一区域低的网络覆盖。如技术人员将理解的：本文公开的实施例不限于非均匀空间网络覆盖中任何特定数量的覆盖水平。
所有定向波束110a、110b、110c、110d都具有一定的波束宽度。可以有不同的方式来确定这些波束宽度的值。定向波束110a、110b、 110c、110d可以具有从根据波束图案确定的非均匀集合中取得的波束宽度值。因此，定向波束110a、110b、110c、110d可以具有非均匀的波束宽度或波瓣。然而，为了最小化网络覆盖空洞的风险，可以要求定向波束110a、110b、110c、110d宽于或等于某个最小波束宽度。因此，波束宽度值可以均不小于预配置的第一阈值。
在每个定向波束110a、110b、110c、110d中，扫描保持一定量的时间。例如，定向波束110a、110b、110c、110d可能从非均匀的持续时间值集合中取得用于扫描的持续时间值，其中非均匀的持续时间值是根据波束图案来确定的。然而，为了最小化网络覆盖空洞的风险，扫描可能需要在每个定向波束110a、110b、110c、110d中停留一段等于或长于某个最小停留时间的时间。因此，持续时间值可以均不小于预配置的第二阈值。就此而言，网络节点200还可以被配置为在每个定向波束110a、110b、110c、110d中的至少两个频率区域中接收识别信号。换句话说，网络节点200可以使用单个方向的单个定向波束在至少两个不同的频谱中针对识别信号的接收进行扫描。
确定持续时间值的机制可以基于线性方程，该线性方程具有定义定向波束110a、110b、110c、110d之间的持续时间比例的参数，且各比例之和为1。
接下来将公开用于确定表示持续时间值的系数的不同示例。
根据第一示例，约束关系定义如下。对于总计n个定向波束，并且x[k]是定向波束k的停留持续时间比例，并且a[k]是相应系数，设
Figure GDA0002957732680000111
根据第二示例，设a[k]：a[k+1]＝Qedge，k：Qedge，k+1，其中Qedge，k是定向波束k的边缘质量(例如，测量为信号强度、信号功率、信号对干扰和噪声比(SINR)、信噪比SNR等)。
根据第三示例，使用诸如
Figure GDA0002957732680000121
之类的非线性关系，其中，f(y)是带有输入参数y的非线性函数。
此外，总扫描持续时间也可以经由参数显式重新配置，或者经由缺省扫描图案来隐式重新配置。也就是说，根据实施例，用于在所有定向波束110a、110b、110c、110d中扫描的总持续时间是随时间变化的并且根据波束图案来确定。由此扫描的总持续时间可以根据网络设备200的覆盖要求进行调整。
根据实施例，波束图案被定义为使得：指向第一网络覆盖的方向的定向波束比指向低于第一网络覆盖的第二网络覆盖的方向的定向波束具有较宽的宽度和/或较小的持续时间。
由此，可以增加具有糟糕网络覆盖的任何定向波束覆盖区域的持续时间，同时可以减少具有良好网络覆盖的任何定向波束覆盖区域的持续时间，而不是在每个定向波束中花费相等的持续时间在不同方向上进行扫描。这允许扫描在具有糟糕网络覆盖的定向波束覆盖区域花费的时间比在具有良好网络覆盖的定向波束覆盖区域花费的时间多，由此允许将用于扫描的总时间的较大部分花费在最需要的地方(即，在具有糟糕网络覆盖的定向波束覆盖区域中)。
进一步地，由此，可以将具有糟糕网络覆盖的任何定向波束覆盖区域的宽度缩窄以增加波束成形增益，并使得具有糟糕网络覆盖的区域可通过多个窄定向波束来扫描，同时可以将具有良好网络覆盖的任何定向波束覆盖区域的宽度变宽以监视更宽的区域，而不是所有定向波束具有相等的宽度。
现在参考图5，其示出了根据另外的实施例的由网络设备200执行的用于自适应波束成形扫描的方法。
可以有不同的方式供网络设备200用于确定并更新波束图案。最初还对图6的流程图进行了平行参考，图6示出了用于更新波束图案的实施例。
在步骤S202中，网络设备200获得足够的测量结果以确定每个定向波束之间的覆盖差异。实现步骤S202的一种方式是执行步骤S104。在步骤S204中，网络设备200评估不同方向(即，与不同的定向波束相对应)之间的覆盖差异(例如，与覆盖需求成比例)。实现步骤S204 的一种方式是执行步骤S106。在步骤S206中，网络设备200根据本文公开的其他实施例基于覆盖差异来确定波束图案。实现步骤S206 的一种方式是执行步骤S108。一旦如步骤S206一样确定了波束图案，则如反馈步骤S208所指示的，可以在新发生的步骤S202中获得新的测量信息。因此，之后可以基于新的测量信息来确定经更新的覆盖差异，并且可以基于经更新的覆盖差异来确定经更新的波束图案。
现在将更详细地公开步骤S202、S204和S206中的每一个步骤。一般而言，如上所述，可以由网络设备200分别执行步骤S104、S106 和S108来实现步骤S202、S204和S206。
现在将公开步骤S202的细节。具体地，根据实施例，网络设备 200被配置为：在步骤S104中从无线设备120a、120b获得测量信息。网络设备200可以从无线设备120a、120b获得不同种类的测量信息。例如，测量信息可以指示切换测量、在驻留的定向波束110a、110b、110c、110d上的测量、导频信号量、由无线设备120a、120b做出的失败的随机接入尝试的次数、或其任何组合。由此，可以由网络设备 200获得切换事件的测量报告。具体地，当无线设备120a、120b切换到另一网络设备时，切换之前的服务网络设备可以记录无线设备120a、120b在切换之前所驻留的定向波束以及来自无线设备的相应的上一次导频信号质量报告。切换后的新服务网络设备可以立即配置被切换的无线设备120a、120b以报告新服务网络设备的新驻留的定向波束以及相应的导频信号质量。在初始随机接入之后，网络设备可以配置无线设备120a、120b以报告服务网络设备的驻留的定向波束以及相应的导频信号质量，并且可选地，还报告相邻网络设备的任何定向波束和相应的导频信号质量。
现在将公开步骤S204的细节。在获得测量信息之后，网络设备 200可以识别其非均匀定向网络覆盖的不同区域之间的覆盖差异。网络设备200因此可以被配置为在步骤S106中根据测量信息来更新非均匀定向网络覆盖。更详细地，网络设备可以被配置为确定波束覆盖边缘处的导频信号质量。例如，特定定向波束的波束覆盖边缘可以根据无线设备120a、120b新近接入或离开该特定定向波束时无线设备120a、 120b报告的最差质量来确定。网络设备200由此可以被配置为根据边缘质量对定向波束进行排名。
现在将公开步骤S206的细节。网络设备200可以被配置为在步骤S108中根据经更新的非均匀定向网络覆盖来更新波束图案，并基于此来更新波束图案。下面将结合步骤S108a、S108b、S108c和S108d 来公开特定实施例，该特定实施例公开了网络设备200可以如何更新波束图案。这些实施例涉及根据在步骤S104中获得的测量信息在时间和/或空间上调整波束图案。
用于更新波束图案的实施例涉及将网络设备200配置为：在步骤 S108a中，识别定向波束110a、110b、110c、110d中的哪个定向波束 110a、110b、110c、110d与哪个测量信息相对应。根据该实施例，网络设备200还被配置为：在步骤S108b中，根据各个定向波束110a、110b、110c、110d的测量信息来更新定向波束110a、110b、110c、110d 的波束宽度值和持续时间值中的至少一个。
如下面将进一步公开的，更新波束图案可以包括：将该定向波束集合中的至少两个相邻定向波束合并成一个定向波束和/或将该定向波束集合110a、110b、110c、110d中的至少一个定向波束110a、110b、 110c、110d分割成至少两个定向波束。为了这样做，网络设备200可以被配置为：基于来自缺省波束图案的定向波束集合，估计波束图案是否导致尺寸过大或尺寸不足的定向波束覆盖并且作为其结果，确定经调整的定向波束，以相应地定义经更新的波束图案。将在下面公开缺省波束图案的属性。
根据实施例，在网络设备200配置有缺省定向波束集合的情况下，网络设备200被配置为：在步骤S108c中，将该定向波束集合中的至少两个相邻定向波束合并成一个定向波束。在良好网络覆盖的方向上合并相邻定向波束使得在具有糟糕网络覆盖的方向上能够增加扫描时间。
现在将公开波束合并过程的示例。
对于要合并的定向波束集合，确定定向波束集合中具有最差边缘质量的定向波束。然后确定该定向波束的最差边缘质量(表示为 Qedge，min)，并且将其与预定的最小可接受边缘质量(表示为Qthres) 相比较，以如下获得波束尺寸失配因子(表示为Δ)：
Δ＝Qedge，min-Qthres(dB)
然后使用如下函数db2lin将波束尺寸失配因子从分贝尺度转换成线性尺度：
m＝db2lin(Δ)
这里，m表示定向波束宽度调整。如果m≥2，则有可能将具有最差边缘质量的定向波束与相邻定向波束合并。因此，网络设备200 可以被配置为使用一个加宽的定向波束(而不是使用两个单独的(窄的)定向波束)来接收在这样的波束方向上的识别信号。在这个空间加宽(合并)的定向波束中的停留持续时间可以保持为一个扫描时隙，或者根据本文公开的实施例进行调整，其中，定向波束110a、110b、 110c、110d从非均匀的持续时间值集合中取得用于扫描的持续时间值。
根据实施例，在网络设备200配置有缺省的定向波束集合的情况下，网络设备200被配置为：在步骤S108d中，将定向波束集合110a、 110b、110c、110d中的至少一个定向波束110a、110b、110c、110d 分割成至少两个定向波束。
现在将公开波束分割过程的示例。
对于定向波束k，将尺寸失配(表示为Δk)定义为
Δk＝Qedge，k-Qthres(dB)
其中，Qthres是最小可接受边缘质量，并且Qedge，k是定向波束k的边缘质量。
然后如下根据函数db2lin根据定向波束k的波束尺寸失配来确定波束波瓣宽度调整因子mk：
mk＝db2lin(Δk)
如果mk＜1，定向波束k尺寸不足并且其波束波瓣宽度将减小(并且由于定向波束k覆盖更窄的区域，定向波束的数量可能增加)。网络设备200可以被配置为使用整个天线阵列的天线元件的子集(可能是“端口”)来生成经更新的定向波束以替换由整个天线阵列生成的先前使用的定向波束。每个定向波束的停留持续时间可以保持为一个扫描时隙，或者根据本文公开的实施例进行调整，其中定向波束110a、 110b、110c、110d从非均匀的持续时间值集合中取得用于扫描的持续时间值。
网络设备200原始使用的波束图案可以是缺省波束图案。缺省波束图案可以被硬编码在网络设备200中，或者可以从另一个网络设备 200a、200b、200c、200d获得。在任何初始波束扫描阶段中，或者在网络设备200的部署或安装时，可以使用缺省扫描图案。缺省波束图案可以定义每个定向波束110a、110b、110c、110d中相等的持续时间和/或定义每个定向波束110a、110b、110c、110d的相等的波束宽度。也就是说，可以定义缺省波束图案，使得所有定向波束具有相同的波束宽度，并且在每个定向波束中的停留时间是相等的。备选地，可以定义缺省波束图案，使得根据网络设备200的缺省非均匀定向网络覆盖来设置波束宽度和停留时间。网络设备200然后可以被配置为：在步骤S110中，更新缺省波束图案以获得经更新的波束图案。
一旦在步骤S112中发生了在空间方向上使用定向波束110a、110b、 110c、110d的扫描，就如反馈步骤S114、S116指示的，可以在新发生的步骤S102中获得新的波束图案，和/或可以在新发生的步骤S104 中获得新的测量信息。然后可以基于新的波束图案和/或新的测量信息来执行新发生的步骤S106～S112。然而，如本领域技术人员所理解的，在下一次发生的步骤S112之前，并非必须执行所有步骤S104～S110。要执行步骤S104～S110中的哪一个(如果有的话)取决于对于网络设备200可用的测量信息等。
一般而言，波束图案被确定、更新和调整以便实现针对由网络设备200所服务的无线设备的整体的优化的网络覆盖。因此，对于优化特定无线设备的网络覆盖或优化这种特定无线设备的初始接入过程，波束图案不一定被确定、更新或调整。就此而言，与由网络设备200 执行的移动性控制周期相比，可以认为确定、更新和调整波束图案的操作周期相当长。一般而言，在时间域或空间域中确定、更新和调整波束图案可因此使用测量的长期统计；该长期统计可以表示在几分钟或几小时期间收集的统计数据，这取决于通信系统100中无线设备的密度变化以及网络设备200的每个特定部署的流量负载变化。因此，可以根据长期统计来定义波束图案。
再次具体参考图1的通信系统100。
在该说明性示例中，网络设备200a最靠近网络设备200；网络设备1第二靠近网络设备200；以及网络设备200d和200c离网络设备 200最远。由于不同的相邻距离，不同定向波束110a、110b、110c、 110d中的服务提供网络覆盖是不同的：定向波束110a占据最小的覆盖；定向波束110b占据较大的覆盖；以及定向波束110d和110c占据相似的最大的覆盖。对于该说明性示例的根据本文公开实施例来确定的作为结果的波束图案700在图7中示出，其中，符号“波束#x”(其中x是1、2、3或4)表示哪个定向波束被网络设备200用来对来自无线设备120a、120b的识别信号的接收进行扫描，识别信号以图7 中的用户数据表示。因此，关于图1，波束#1可以与定向波束110b 相对应，波束#2可以与定向波束110d相对应，波束#3可以与定向波束110c相对应，并且波束#4可以与定向波束110a相对应。定向波束110a中的持续时间最短，并且波束波瓣宽度最大；定向波束110b 中的持续时间较长，并且波束波瓣宽度较大；定向波束110d和110c 中的持续时间取最长的持续时间，并且波束波瓣宽度最窄。
有利的是，本文公开的用于自适应波束成形扫描的方法和网络设备200提供高效的波束成形扫描，其能够高效地从无线设备接收识别信号。
有利的是，本文公开的用于自适应波束成形扫描的方法和网络设备200能够避免或者至少减少网络覆盖中具有网络中断的区域。
有利的是，本文公开的用于自适应波束成形扫描的方法和网络设备200能够解决或者至少减少在网络设备要接收识别信号的场景中 (例如，在随机接入过程期间)可能发生的瓶颈。
有利的是，所公开的针对识别信号的接收的扫描对于无线设备是透明的，从而避免了网络设备和无线设备之间额外的信令复杂性，进一步避免了无线设备处的接收算法的任何改变，并且因此允许广泛的适用性。
有利的是，本文公开的用于自适应波束成形扫描的方法和网络设备200使得能以有条件的(即，以非均匀网络覆盖为条件)不等持续时间波束扫描过程来接收识别信号以匹配网络设备200的不同方向上的覆盖需求。由此，代替针对识别信号的接收的相等时间-空间波束扫描，这种用于自适应波束成形扫描的方法使得定向波束的覆盖能够匹配在不同扫描方向上的非均匀定向网络覆盖。
有利的是，本文公开的用于自适应波束成形扫描的方法和网络设备200由此可以被用于自适应地提升接收信号质量，以便减轻由于在网络设备200的网络覆盖的特定区域中进行的随机接入尝试所引起的任何瓶颈。
以上已经参考一些实施例主要地描述了本发明构思。然而，本领域技术人员容易理解的是：上述公开之外的其它实施例在如由所附专利权利要求所限定的本发明构思的范围之内同样是可能的。

Claims (16)

1.一种用于自适应波束成形扫描的方法，所述方法由控制无线电接入节点(130、130a、130b、130c、130d)并在通信系统(100)中操作的网络设备(200)来执行，以由发送识别信号的无线设备(120a、120b)来接入所述通信系统(100)提供的数据和服务，所述网络设备(200)具有非均匀定向网络覆盖，所述非均匀定向网络覆盖与在不同方向上不同的覆盖需求成比例，所述方法包括：
基于来自所述无线设备(120a、120b)的测量信息来获得(S102)波束图案，所述波束图案指示了为了接收无线设备(120a、120b)的识别信号而要扫描的空间方向，其中，所述波束图案由所述非均匀定向网络覆盖来定义；以及
为了接收无线设备(120a、120b)的识别信号，根据所述波束图案在所述空间方向上用定向波束(110a、110b、110c、110d)来进行扫描(S112)，其中，用于通过所有定向波束(110a、110b、110c、110d)进行扫描的总持续时间是随时间变化的并且是根据所述波束图案来确定的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定向波束具有根据所述波束图案来确定的非均匀波束宽度，其中，所述波束宽度均不小于预配置的第一阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定向波束的用于扫描的持续时间值是根据所述波束图案来确定的非均匀的持续时间值，其中，所述持续时间值均不小于预配置的第二阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波束图案被定义为使得：指向第一网络覆盖的方向的定向波束比指向低于所述第一网络覆盖的第二网络覆盖的方向的定向波束具有较宽的宽度和/或较小的持续时间。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
从所述无线设备获得(S104)指示以下各项的测量信息：切换测量、在驻留的定向波束上的测量、导频信号量、或由所述无线设备做出的失败的随机接入尝试的次数；
根据所述测量信息来更新(S106)所述非均匀定向网络覆盖；以及
根据经更新的非均匀定向网络覆盖来更新(S108)所述波束图案，并由此更新所述波束图案，其中，更新所述波束图案包括：
识别(S108a)所述定向波束中的哪个定向波束与哪个测量信息相对应；以及
根据各定向波束的测量信息来更新(S108b)定向波束的波束宽度值和持续时间值中的至少一项。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述网络设备配置有缺省的定向波束集合，并且更新所述波束图案包括：
将所述定向波束集合中的至少两个相邻定向波束合并(S108c)为一个定向波束，或者
将所述定向波束集合中的至少一个定向波束分割(S108d)为至少两个定向波束。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述波束图案是在部署或安装所述网络设备(200)时使用的缺省波束图案。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
更新(S110)所述缺省波束图案以获得经更新的波束图案。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别信号是随机接入过程的一部分，其中，每个识别信号包括物理随机接入信道“PRACH”前导码。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波束图案是根据长期统计来定义的。
11.一种用于自适应波束成形扫描的网络设备(200)，所述网络设备(200)被配置用于控制无线电接入节点(130、130a、130b、130c、130d)并在通信系统(100)中操作以由发送识别信号的无线设备(120a、120b)来接入所述通信系统(100)提供的数据和服务，且所述网络设备(200)还被配置用于具有非均匀定向网络覆盖，所述非均匀定向网络覆盖与在不同方向上不同的覆盖需求成比例，所述网络设备(200) 包括：
获得模块(210a)，被配置为：基于来自所述无线设备(120a、120b)的测量信息来获得波束图案，所述波束图案指示了为了接收无线设备(120a、120b)的识别信号而要扫描的空间方向，其中，所述波束图案由非均匀定向网络覆盖来定义；以及
扫描模块(210b)，被配置为：为了接收无线设备(120a、120b)的识别信号，根据所述波束图案在所述空间方向上用定向波束(110a、110b、110c、110d)进行扫描，其中，用于通过所有定向波束进行扫描的总持续时间是随时间变化的并且是根据所述波束图案来确定的。
12.根据权利要求11所述的网络设备(200)，其中，所述获得模块(210a)和所述扫描模块(210b)是在处理电路(210)中实现的。
13.根据权利要求12所述的网络设备(200)，还包括存储介质(230)，其中，所述处理电路被配置为：从所述存储介质(230)中取回操作集合并执行所述操作集合，以用于所述获得模块(210a)获得所述波束图案以及用于所述扫描模块(210b)使用所述定向波束来进行扫描。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的网络设备(200)，其中，所述网络设备(200)是无线电接入网络节点(130)的一部分，所述无线电接入网络节点(130)是无线电基站、节点B、演进节点B和接入点中的任一种。
15.一种用于自适应波束成形扫描的通信系统(100)，所述系统包括定义根据权利要求11至14中任一项所述的网络设备(200)的功能的电路。
16.一种包括计算机代码在内的计算机可读存储介质(310)，所述计算机代码在网络设备(200)的处理电路(210)上运行时被配置为使所述网络设备(200)执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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