CN109076533B - 利用波束成形信号初始附着在通信系统中的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种在毫米波(millimeter wave，简称mmWave)通信系统中运行用户设备(user equipment，简称UE)的方法包括：在初始时间间隔内从毫米波演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)接收第一宽波束波束成形参考信号，其中所述第一宽波束波束成形参考信号承载定时信息；在随后的时间间隔内检测在第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的宽波束边界，其中第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号都按照窄波束波束宽度在初始时间间隔和随后的时间间隔之间的每个中间时间间隔内进行旋转；将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB，其中所述指示用于向UE分配窄波束方向。

Description

利用波束成形信号初始附着在通信系统中的方法和系统
本申请要求于2016年4月20日递交的发明名称为"利用波束成形信号初始附着在通信系统中的方法和系统"的第15/133,285号美国非临时专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文。
技术领域
本发明大体涉及数字通信，尤其涉及一种利用波束成形信号初始附着在通信系统中的方法和系统。
背景技术
毫米波(millimeter wave，简称mmWave)通信系统在高频率(例如30GHz及以上)上运行。这种高频率的通信信道具有很高的路径损耗，导致其通信系统范围受限。通过波束成形技术，可以调整天线阵列的系数，使得天线阵列的辐射图被修改并指向特定方向。在发射波束成形中，修改的辐射图中增加了指向定向方向的能量，而在接收波束成形中，修改的辐射图中增加了定向方向的灵敏度。因此，波束成形增加了毫米波通信系统的范围。
发明内容
示例实施例提供一种利用波束成形信号初始附着在通信系统中的方法和系统。
根据一示例实施例，提供了一种在毫米波(millimeter wave，简称mmWave)通信系统中运行用户设备(user equipment，简称UE)的方法。所述方法包括：UE在初始时间间隔内从毫米波演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)接收第一宽波束波束成形参考信号，其中所述第一宽波束波束成形参考信号承载定时信息；UE在随后的时间间隔内检测在第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的宽波束边界，其中第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号都按照窄波束波束宽度在初始时间间隔和随后的时间间隔之间的每个中间时间间隔内进行旋转；UE将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB，其中所述指示用于向UE分配窄波束方向。
根据上述实施例所述的方法，所述在随后的时间间隔内检测宽波束边界包括：UE在初始时间间隔之后的时间间隔内监听其他宽波束参考信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测第一宽波束波束成形参考信号；当在相同时间间隔内检测到第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号时，并且当第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的接收信号强度差值小于指定的阈值，UE识别宽波束边界。
根据上述任一实施例所述的方法，还包括：UE在初始时间间隔之后的时间间隔内接收宽波束波束成形广播信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测所述第一宽波束波束成形参考信号；UE根据宽波束波束成形广播信号确定系统信息(systeminformation，简称SI)。
根据上述任一实施例所述的方法，SI包括下列信息的至少一个：第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号的接收信号强度差值的指定阈值，由毫米波eNB指示的宽波束边界和窄接收机波束之间的延迟，以及宽波束波束成形广播信号的定时。
根据上述任一实施例所述的方法，指示包括随后的时间间隔所对应的时隙。
根据上述任一实施例所述的方法，还包括：UE向毫米波eNB发起随机接入流程。
根据上述任一实施例所述的方法，所述发起随机接入流程包括：UE选择随机接入前导；所述UE根据毫米波eNB指示的宽波束边界与窄接收波束之间的延迟确定发送时间间隔；UE在发送时间间隔内发送随机接入前导。
根据上述任一实施例所述的方法，在宽波束波束成形广播信号中接收延迟。
根据上述任一实施例所述的方法，所述发起随机接入流程包括：UE将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示发送给普通eNB，进而触发随机接入流程协调。
根据上述任一实施例所述的方法，第一宽波束波束成形参考信号包括主同步信号(primary synchronization signal，简称PSS)。
根据上述任一实施例所述的方法，每个宽波束波束成形参考信号包括不同的参考信号或用不同的加扰掩码加扰的相同参考信号中的一个。
根据上述任一实施例所述的方法，第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号还包括辅同步信号(secondary synchronization signal，简称SSS)。
根据上述任一实施例所述的方法，所述向毫米波eNB通知指示包括：将所述指示发送到宏eNB，提示宏eNB将所述指示中继到毫米波eNB。
根据上述任一实施例所述的方法，所述向毫米波eNB通知指示包括：向毫米波eNB发起随机接入流程，以获得资源分配向毫米波eNB发信号通知该指示。
根据另一示例实施例，提供了一种在毫米波通信系统中运行eNB的方法。所述方法包括：eNB用多个宽波束形成参考信号和广播信号，由此产生多个宽波束波束成形参考信号和广播信号，其中所述多个宽波束提供对eNB的覆盖区域的覆盖；eNB在初始时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考信号和广播信号；eNB在随后的时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考和广播信号的旋转版本，其中多个宽波束波束成形参考信号和广播信号按照窄波束波束宽度在随后的每个时间间隔内进行旋转；eNB从UE接收宽波束边界的指示。
根据上述任一实施例所述的方法，还包括：eNB根据宽波束边界的指示向UE分配窄波束方向。
根据上述任一实施例所述的方法，还包括：eNB在窄接收波束中接收随机接入前导，其中所述随机接入前导发起随机接入流程。
根据另一示例实施例，提供了一种用于在毫米波通信系统中运行的UE。所述UE包括：处理器；存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，其中所述程序包括用于配置UE以执行以下操作的指令：在初始时间间隔内从毫米波eNB接收第一宽波束波束成形参考信号，其中所述第一宽波束波束成形参考信号承载定时信息；在随后的时间间隔内检测在第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的宽波束边界，其中第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号都按照窄波束波束宽度在初始时间间隔和随后的时间间隔之间的每个中间时间间隔内进行旋转；将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB，其中所述指示用于向UE分配窄波束方向。
根据上述任一实施例所述的UE，所述程序包括下列指令：在初始时间间隔之后的时间间隔内监听其他宽波束参考信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测第一宽波束波束成形参考信号；当在相同时间间隔内检测到第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号时，并且当第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的接收信号强度差值小于指定的阈值，识别宽波束边界。
根据上述任一实施例所述的UE，所述程序包括下列指令：在初始时间间隔之后的时间间隔内接收宽波束波束成形广播信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测所述第一宽波束波束成形参考信号；根据宽波束波束成形广播信号确定系统信息(system information，简称SI)。
根据上述任一实施例所述的UE，所述程序包括下列指令：选择随机接入前导；根据毫米波eNB指示的宽波束边界与窄接收波束之间的延迟确定发送时间间隔；在发送时间间隔内发送随机接入前导。
根据上述任一实施例所述的UE，所述程序包括下列指令：将所述指示发送到宏eNB，提示宏eNB将所述指示中继到毫米波eNB。
根据上述任一实施例所述的UE，所述程序包括下列指令：向毫米波eNB发起随机接入流程，以获得资源分配向毫米波eNB发信号通知该指示。
根据另一示例实施例，提供了一种用于在毫米波通信系统中运行的eNB。所述eNB包括：处理器；存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，其中所述程序包括用于配置eNB以执行以下操作的指令：用多个宽波束形成参考信号和广播信号，由此产生多个宽波束波束成形参考信号和广播信号，其中所述多个宽波束提供对eNB的覆盖区域的覆盖；在初始时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考信号和广播信号；在随后的时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考和广播信号的旋转版本，其中多个宽波束波束成形参考信号和广播信号按照窄波束波束宽度在随后的每个时间间隔内进行旋转；从UE接收宽波束边界的指示。
根据上述任一实施例所述的eNB，所述程序包括下列指令：根据宽波束边界的指示向UE分配窄波束方向。
根据上述任一实施例所述的eNB，所述程序包括下列指令：在窄接收波束中接收随机接入前导，其中所述随机接入前导发起随机接入流程。
通过实施前述实施例，从而降低利用波束成形信号用户设备初始附着在通信系统中时需要的时间开销。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考下文结合附图进行的描述，其中：
图1示出了根据所述示例实施例的一种示例无线通信系统；
图2示出了根据所述示例实施例的一种示例毫米波通信系统；
图3示出了用于波束检测的一种现有技术；
图4A示出了根据所述示例实施例的一种用于突出在宽波束上传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的通信系统；
图4B示出了根据所述示例实施例的一种用于突出在宽波束上传输波束成形参考信号和波束成形广播信号和在窄波束上传输波束形成数据的通信系统；
图5A示出了根据所述示例实施例的一种用于突出在宽波束上传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的通信系统；
图5B示出了根据所述示例实施例的一种用于突出用于传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的宽波束旋转示例的通信系统的示意图；
图5C示出了根据所述示例实施例的一种用于突出宽波束旋转示例的通信系统；
图6示出了根据所述示例实施例的一种用于通过宽波束传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的eNB示例操作流程图；
图7示出了根据所述示例实施例的一种通过宽波束传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的通信系统中运行的UE示例操作流程图；
图8示出了根据所述示例实施例的一种用于突出检测两个相邻宽波束之间边界的示例技术的图；
图9示出了根据所述示例实施例的一种用于突出支持随机接入流程的窄接收波束的通信系统；
图10示出了根据所述示例实施例的示例网络资源；
图11示出了根据所述示例实施例的eNB—UE通信对的框图；
图12示出用于执行本文所描述方法的实施处理系统的框图；
图13示出了根据所述示例实施例的用于通过电信网络发送和接收信令的收发器的框图。
具体实施方式
以下详细论述当前实例实施例的操作和其结构。但应了解，本发明提供的许多适用发明概念可实施在多种具体环境中。所论述的具体实施例仅仅说明本发明的具体结构以及用于操作本发明的具体方式，而不应限制本发明的范围。
一实施例涉及利用波束成形信号初始附着在通信系统中的方法和系统。例如，UE在初始时间间隔内从毫米波演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)接收第一宽波束波束成形参考信号，其中所述第一宽波束波束成形参考信号承载定时信息；在随后的时间间隔内检测在第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的宽波束边界，其中第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号都按照窄波束波束宽度在初始时间间隔和随后的时间间隔之间的每个中间时间间隔内进行旋转；将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB，其中所述指示用于向UE分配窄波束方向。
在特定上下文中结合示例实施例来描述所述实施例，即在使用波束成形信号的通信系统中。这些实施例可以应用于使用波束成形信号的符合标准的通信系统，比如符合第三代合作伙伴计划(3rd Generation Partnership Project，简称3GPP)和IEEE802.11等标准兼容通信系统，技术标准和不符合标准的通信系统。
图1示出了一种示例无线通信系统100。通信系统100包括服务于诸如UE 110，UE112和UE 114的多个用户设备(user equipment，简称UE)的演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)105。在第一种运行模式中，UE的发送和接收都要通过eNB。eNB为UE的发送和接收分配网络资源。eNB也可以通常被称为基站、基站、远程射频头和接入点等，而UE也可以通常被称为移动站点、移动站、终端、订阅者、用户和站等。服务于一个或多个UE的基站(或者eNB、基站、远程射频头、接入点和传输点等)可以被称为服务基站(serving base station，简称SBS)。传输点(transmission point，简称TP)可以用于指代能够传输的任何设备。因此，传输点可以指eNB、基站、基站、远程射频头、接入点、UE、移动站点、移动站、终端、订阅者、用户等。
可以理解，通信系统可以采用能够与多个UE进行通信的多个eNB，但为了方便描述，仅示出了一个eNB和多个UE。
小区是用来指eNB的覆盖区域的常用术语。通常，由eNB扇区化天线的一个或多个扇区来服务小区。因此，eNB的覆盖区域包括划分成多个扇区的小区。作为说明性示例，在eNB使用三扇区天线系统的情况下，eNB的小区可以被划分为三个扇区，每个扇区被单独的天线(具有120度的示例波束宽度)或整个天线系统的单独部分所覆盖。在另一说明性示例中，在eNB使用六扇区天线系统(例如，其中每个天线可以覆盖60度扇区)的情况下，eNB的小区可以被分成六个扇区或三个扇区，每个扇区分别由天线系统的一个或两个天线或部分扇区所覆盖。
图2示出了一种示例毫米波通信系统200。毫米波通信系统200包括多个毫米波TP，包括毫米波TP 210至222。毫米波TP服务毫米波UE，例如毫米波UE 225，毫米波UE 227和毫米波UE 229。如图2所示，每个毫米波UE由多个毫米波TP服务。例如，毫米波UE 225由毫米波TP 210、毫米波TP 214和毫米波TP 216服务。
当在通信中使用波束成形时，因为最大能量被对准在通信波束的方向上，所以通常需要尽可能多地识别指向设备的通信波束(发射波束、接收波束或发射波束和接收波束)。如果通信波束没有正确对准设备，结果可能会是次优的。因此，通信设备可能需要识别产生最优性能的通信波束。换句话说，通信设备可能需要确定哪些通信波束指向设备的方向。这种通信波束被称为最优波束。应注意到，可能会有这种情况：在没有直接指向通信设备的通信波束。在这种情况下，最接近指向通信设备的通信波束就是最优波束。图2中的阴影通信波束是各个设备的最优波束(例如，毫米波UE 229的波束230和232)，而非阴影波束表示可用的通信波束，但并非任何图2所示设备的最优波束。图2所示的通信波束发射波束。接收波束类似于发射波束，但为了保持简单，未在图2中示出。
在毫米波eNB和毫米波UE之间的进行通信之前，毫米波UE必须获得与毫米波eNB相关的定时信息并且与毫米波eNB同步。此外，必须确定毫米波eNB和毫米波UE的通信波束方向。通信波束的确定则被称为波束检测。
传统的波束检测可能涉及波束训练或盲检测，这可能导致极大的检测开销。在说明性示例中，为了确定毫米波eNB向毫米波UE的发射波束，毫米波eNB必须在其多个发射波束中的每一个上发送波束成形参考信号，并且毫米波UE必须在其多个接收波束中的每一个上接收波束成形参考信号。通常在获得定时信息之后进行波束检测，这也可能需要两个设备使用它们各自的通信波束发送或接收波束成形参考信号。
图3示出了用于波束检测的一种现有技术300。现有技术300包括：毫米波eNB 305在多个发射波束比如发射波束315至321上发射波束成形参考信号。毫米波eNB 305通过多个发射波束进行循环。在说明性示例中，毫米波eNB 305在第一时间间隔内在发射波束315上发送波束成形参考信号，毫米波eNB 305在第二时间间隔内在发射波束316上发送波束成形参考信号，以此类推。类似地，毫米波UE 310通过多个接收波束进行循环，比如接收波束325，以检测发射的波束成形参考信号。通常，只有至少部分朝向毫米波UE 310的传输波束将被毫米波UE 310检测到。此外，只有当毫米波UE 310具有至少部分指向毫米波UE 310的接收波束时，毫米波UE 310才能检测到来自毫米波eNB 305的传输。
根据一示例实施例，提供了一种用于降低利用波束成形信号用户设备初始附着在通信系统中时需要的时间开销的技术。UE的初始附着可以涉及：UE基于从eNB发送的波束成形参考信号中获取的定时信息与eNB同步，UE基于由eNB发送的波束成形广播信号从eNB获得系统信息，UE确定针对UE—eNB的最优波束对(来自eNB的最优发射波束以及在UE处的最优接收波束)。
根据一示例实施例，eNB在多个宽波束上发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。每个宽波束相当于多个窄波束的宽度。在说明性示例中，每个宽波束涵盖了eNB的覆盖区域的整个扇区。多个宽波束提供对eNB的整个覆盖区域的覆盖。因此，波束成形参考信号和波束成形广播信号完全覆盖了eNB的覆盖区域，从而简化了UE对波束成形参考信号和波束成形广播信号的检测。
图4A示出了一种用于突出在宽波束上传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的通信系统400。通信系统400包括eNB 405和UE 410。eNB 405和UE 410均使用波束成形。如图4A所示，eNB 405在宽波束415和宽波束417等宽波束上发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。每个宽波束涵盖eNB 405覆盖区域的整个扇区。在说明性示例中，eNB 405的覆盖区域被划分为4个扇区，并且每个扇区被单个宽波束所覆盖。
由于eNB 405的整个覆盖区域被波束成形参考信号和波束成形广播信号所覆盖，所以只要UE410有指向(或基本上指向)eNB 405的接收波束，并且只要UE 410足够靠近eNB405使得波束成形参考信号和波束成形广播信号的信号强度高到可以被检测到，任何时间一旦发送了波束成形参考信号和波束成形广播信号，UE 410就能够检测到波束成形参考信号和波束成形广播信号。
需要注意的是，图4A中所示和本文讨论的四个宽波束仅用于说明。在此呈现的示例实施例可用2、3、5、6、7和8等其他数目的宽波束进行操作。因此，四个宽波束的说明和讨论不应被解释为限制示例实施例的范围或精神。
在图3中所示的用于发送波束形成参考信号和波束形成广播信号的现有技术中，除非有指向UE的发射波束，UE通常不能够检测到波束形成参考信号和波束形成广播信号。与现有技术相比，图4A中示出的宽波束技术可以显著降低初始附着中涉及的时间开销，因为UE不需要等到发射波束指向UE。
根据一示例实施例，通过宽波束来发送波束成形参考信号和波束成形广播信号，通过窄波束来发送波束成形数据。在初始附着完成后，UE和eNB之间传输的数据也是波束形成的，但是是使用窄波束进行传输。例如，可以根据在初始附着时由UE指示的最优波束对来选择窄波束。
图4B示出了一种用于突出在宽波束上传输波束成形参考信号和波束成形广播信号和在窄波束上传输波束形成数据的通信系统450。通信系统450包括eNB 455和UE 460。eNB 455和UE 460都使用波束成形。如图4B所示，eNB 455在宽波束上发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。但是，波束成形数据通信通过窄波束进行。在说明性示例中，将波束成形数据在窄波束457上发送给UE 460，并在接收波束462上由UE 460接收。需要注意的是，图4B中示出的窄波束(24)的数量仅用于说明的，并且在此呈现的示例实施例适用于任何数量的窄波束。
根据一示例实施例，旋转承载波束成形参考信号和波束成形广播信号的宽波束。每次eNB发送这些信号时，宽波束都旋转一定的量。在说明性示例中，每次发送这些信号时，宽波束就要按照窄波束宽度的量进行旋转。换句话说，宽波束旋转的度数与每个窄波束的波束宽度相同。宽波束的旋转不会影响UE对波束成形参考信号和波束成形广播信号的检测。然而，宽波束的旋转有助于UE确定eNB和UE的最优波束对。
图5A示出了一种用于突出在宽波束上传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的通信系统500。通信系统500包括eNB 505和UE 510。eNB 505在宽波束515和宽波束517等宽波束上发送波束形成形参考信号和波束成形广播信号。如前所述，图5A中所示的4个宽波束用于说明，而不是为了限制示例实施例的范围或精神。
图5B示出了一种用于突出用于传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的宽波束旋转示例的通信系统500的示意图550。在第一时间间隔内在宽波束上发送波束成形参考信号和波束成形广播信号之后，如图5A所示，eNB 505旋转宽波束以产生新的宽波束。例如，宽波束旋转的量等于窄波束的波束宽度。eNB 505使用新的宽波束发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。如图5B所示，新的宽波束包括新的宽波束555和新的宽波束557。圆弧560表示与图5B中所示的新的宽波束相比，图5A中所示的宽波束的旋转。如图5B所示，当使用新的宽波束发送信号时，UE 510仍然能够接收到波束成形参考信号和波束成形广播信号。图5C示出了一种用于突出宽波束旋转示例的通信系统575。通信系统575包括服务于UE585的eNB 580。eNB 580发送包含波束成形参考信号和波束成形广播信号的宽波束。在一个时隙等特定情况下发送宽波束之后，在另一特定情况下，eNB 580在发送包含波束成形参考信号和波束成形广播信号的宽波束之前旋转宽波束。在正常操作中继续旋转和传输。
图6示出了一种用于通过宽波束传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的eNB示例操作600的流程图。操作600可以指在毫米波eNB等eNB进行的操作，通过宽波束来发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。宽波束提供对eNB的覆盖区域的全面覆盖。
操作600开始：eNB通过宽波束发送波束成形参考信号和波束成形广播信号(方框605)。eNB通过发送波束成形参考信号(例如，主同步信号(primary synchronizationsignal，简称PSS)和/或辅同步信号(secondary synchronization signal，简称SSS))和波束成形广播信号(例如，广播信道(broadcast channel，简称BCH)和物理广播信道(physical broadcast channel，简称PBCH))。通过宽波束发送波束成形参考信号和波束成形广播信号可以包括：用对应的宽波束波束形成参考信号和广播信号，并且发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。在时域和/或频域中使用较长的参考信号或广播信号和/或使用序列重复会改进链路预算。参考信号和/或广播信号的重复还可以补偿由于用宽波束进行波束形成而降低的天线增益，因为指向UE的能量更少了。
每个宽波束可以用不同的参考信号来标识。或者，每个宽波束都使用相同的参考信号，但是每个宽波束都使用不同的加扰掩码。可以由技术标准或通信系统运营商来指定不同的参考信号和/或不同的加扰掩码，以确保eNB和UE都知道正在使用的参考信号和/或加扰掩码。在将PSS和SSS都用作参考信号的情况下，可以在所有宽波束中使用相同的SSS，同时具有或不具有不同的扰码。参考信号的定时可以在所有宽波束中对齐。
广播信号可以包括可以UE可解码出的系统信息(system information，简称SI)。SI可以包括用于支持通信的信息。SI中信息的示例包括：UE用来确定宽波束边界的波束检测阈值(以下详细描述了确定宽波束边界的示例)和在宽波束边界和指定用于随机接入的窄接收波束之间的时间偏移等。广播信号的定时应该与所有下行宽波束对齐。例如，SI还可以用其他方法传输，比如由传统宏eNB进行传输。
eNB旋转宽波束(框610)。在发送波束成形参考信号和波束成形广播信号之前，eNB旋转宽波束。在说明性示例中，宽波束旋转的量可以等于窄波束的波束宽度。但是，可以使用其他旋转量。在说明性示例中，考虑使用3GPP和LTE帧结构的情况。在3GPP和LTE中，PSS和/或SSS每5毫秒发送一次，PBCH每10毫秒发送一次。eNB可以每5毫秒旋转一次宽波束，只有在PSS和/或SSS和PBCH传输时才需要使用宽波束。需要注意的是，可以更快(更频繁)的PSS和/或SSS和PBCH传输可用来支持更快的初始附着(更快的同步和最佳波束对检测)。
eNB接收宽波束边界的指示(框615)。宽波束边界的指示可以来自UE但是由宏eNB中继，因为UE和eNB之间没有链路。该指示可以是对应于UE何时能够检测到宽波束边界的时隙的形式。该时隙可以参照与UE何时与eNB同步相关的系统定时(例如，帧边界和子帧边界)。eNB返回到方框605以发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。或者，UE可以按照宽波束边界与eNB进行随机接入流程，而不是将相对定时上报给会将报告中继给eNB的宏eNB。下面从UE的角度详细描述了与eNB的随机接入流程。
图7示出了一种通过宽波束传输波束成形参考信号和波束成形广播信号的通信系统中运行的UE示例操作700的流程图。操作700可以指在毫米波UE等UE进行的操作，通过宽波束上的波束成形参考信号和波束成形广播信号在通信系统中运行。
操作700开始：UE确定eNB的定时信息(块705)。UE可以通过检测eNB发送的参考信号来确定eNB的定时信息。PSS和/或SSS等参考信号可以由比多个窄波束的宽的宽波束进行波束成形形成的。由于波束成形参考信号提供对eNB的覆盖区域的全覆盖，所以UE能够快速地检测到参考信号(例如，一旦UE具有指向eNB的接收波束)，而不需要等待eNB将携带波束成形参考信号的窄波束指向UE。
UE检测波束成形广播信号(方框710)。在UE确定eNB的定时信息之后，UE可以检测到波束成形广播信号。波束成形广播信号可以与波束成形参考信号同时发送。UE可以从波束成形广播信号中确定SI。SI中的信息示例性包括：由UE用来确定宽波束的边界的波束检测阈值(以下详细给出了确定宽波束的边界的示例)和在宽波束边界和指定用于随机接入的窄接收波束之间的时间偏移等。
UE确定宽波束边界(方框715)。例如，UE可以通过比较两个相邻宽波束的接收信号强度来确定两个相邻宽波束之间的边界。两个相邻宽波束的边界可以对应于最好指向UE的窄波束。换句话说，两个相邻宽波束的边界可以对应于UE的最优窄波束。
图8示出了一种用于突出检测两个相邻宽波束之间边界的示例技术的图800。图800按照时间示出了两个波束成形参考信号PSS1 805和PSS2 810的接收信号强度。通常，在UE较为稳定时旋转宽波束，此时宽波束中携带的参考信号的接收信号强度将随着宽波束初始朝向UE而增加(如上升区间807所示)，随着宽波束变得完全朝向UE而保持不变(如稳定区间808所示)，之后随着宽波束开始远离UE而减少(如下降区间809所示)。需要注意的是，图800在X轴上显示连续时间。然而，由于宽波束的旋转以分立步骤进行，例如窄波束的波束宽度，所以波束成形参考信号的实际接收信号强度也是分立的，并且表现为图8中所示接收信号强度曲线的样本一样，例如，样本820、822、824和826。
需要注意的是，在两个相邻宽波束之间的边界区域内，第一宽波束中的第一波束形成参考信号的接收信号强度正在减小，而第二宽波束中的第二波束形成参考信号的接收信号强度正在增加。例如，边界区域812中的PSS1 805和PSS2 810有这样的边界区域。起初，PSS1 805等第一波束形成参考信号的接收信号强度高，而PSS2 810等第二波束形成参考信号的接收信号强度低。然而，随着宽波束继续旋转，第一波束形成参考信号的接收信号强度下降，而第二波束形成参考信号的接收信号强度增加，并且最终变得近似相等。最后，第一波束成形参考信号的接收信号强度低，第二波束成形参考信号的接收信号强度高。因此，当两个相邻宽波束之间出现边界时，两个波束形成参考信号的接收信号强度大致相等。由于宽波束的旋转以分立步骤进行，所以UE可能并不在两个波束成形参考信号的接收信号强度大致相等所需的准确位置。因此，检测阈值820被定义为允许确定边界，而不必要求两个波束形成参考信号的接收信号强度大致相等。检测阈值820的使用导致检测区域820，其中UE可以在检测区域820的任何部分内并仍然确定边界的存在。检测阈值820的值可以在技术标准中或由通信系统的运营商来规定。
为了识别宽波束边界，需要可以将一个小区的相邻宽波束区分开。实现上述目的的一种方法是使用不同的参考信号。一个小区的所有宽波束的参考信号模式可以在技术标准中或由通信系统的运营商预定义，因此eNB和UE通常已知该参考信号模式。此外，在多小区场景中，相邻小区应该使用不同的参考信号集以避免在宽波束边界检测中可能存在的模糊。不同的参考信号集也可以在技术标准中或由通信系统的运营商预定义。
现在回到图7，UE通知eNB宽波束边界的指示(方框720)。该指示可以指示对应于UE何时能够检测到宽波束边界的时隙。或者，该指示可以指示UE何时能够检测到宽波束边界以及何时UE与eNB同步之间的时间偏移或差异。由于eNB和UE之间没有连接，所以向eNB通知该指示会涉及将该指示发送给宏eNB，由该宏eNB将该指示中继给eNB。或者，UE可以与eNB进行随机接入流程。将指示用信号发送给eNB的随机接入流程可以包括UE选择随机接入前导并将该随机接入前导发送到eNB。eNB可以分配资源以作为回应，使得UE可以向eNB发信号通知该指示。
UE接入通信系统(方框725)。在说明性示例中，UE执行随机接入流程以获得对通信系统的接入。随机接入流程可以包括UE选择随机接入前导并将该随机接入前导发送给eNB。eNB可以分配资源以作为回应，允许UE进行通信。
根据一示例实施例，eNB配置窄接收波束遵循宽波束边界，以提高随机接入流程性能。窄接收波束按照指定的时间量(即，延迟)遵循宽波束边界，该时间量可以在包括在波束成形广播信号中的SI中指定，并且通过提高eNB的接收能力来提高随机接入过程性能。图9示出了一种用于突出支持随机接入流程的窄接收波束的通信系统900。如图9所示，在宽波束边界920等宽波束边界后，按照跨度915等指定的时间量或指定的度数，eNB 905配置窄接收波束910等窄接收波束。根据示例性实施例，每个宽波束边界至少有一个窄接收波束。
UE能够确定对应于与窄接收波束相关的延迟的时隙，并且在该时隙内发起随机接入流程。如果eNB成功从UE接收到随机接入前导，则随机接入流程继续使用定向在窄接收波束的波束方向上的通信波束。
图10示出了示例网络资源1000。为了支持UE的随机接入(通常称为直接随机接入)，UE向eNB发送随机接入前导，可能需要分配正交网络资源用于下行宽波束(PBCH、PSS和SSS)和上行窄波束(PRACH)。网络资源1000包括分配给波束成形广播信号1005(例如，PBCH)的正交网络资源，分配给波束成形参考信号(例如，SSS 1010和PSS 1015)的网络资源以及分配给随机接入1020的网络资源的网络资源。需要注意的是，对于具有高级自干扰消除能力的eNB，可以放宽正交网络资源的需求。
图11示出了eNB—UE通信对1100的框图。通信对1100包括eNB 1105和UE 1110。eNB1105中的发送器1115发送波束成形参考信号和波束成形广播信号。例如，在第一时间(方框1120)，第一次旋转内，发射机1115发送波束成形参考信号和波束成形广播信号；在第二时间(方框1122)，第二次旋转内，发射机1115发送波束成形参考信号和波束成形广播信号；在第三时间(方框1124)，第三次旋转内，发射机1115发送波束成形参考信号和波束成形广播信号，以此类推。
UE 1110的缓存器(或存储器)1125用于缓存接收到的波束成形参考信号和波束成形广播信号。例如，缓存器1125在位置1130存储第一时间对应的数据，在位置1132存储第二时间对应的数据，在位置1134存储第三时间对应的数据，以此类推。UE 1110中的检测器1135通过存储在缓存器1125中的数据从而在获取定时后检测PSS和SSS等波束成形信号以及PBCH等波束成形广播信号。例如，检测器1140进行PSS检测以及定时信息检测(例如，频率偏移估计)，同时检测器1142进行SSS检测和PSS测量等，检测器1144还进行PBCH检测和PSS测量等。检测器1135的输出被提供给波束检测单元1150，该波束检测单元1150可以通过输出来确定相邻宽波束的边界。PSS测量单元1160可用于比较接收到的参考信号的接收信号强度以确定宽波束边界。因为对应于不同时间的数据被存储在存储器1125中，所以很容易确定对应于宽波束边界的时隙或时间偏移。
根据一示例实施例，根据宽波束边界确定的最优波束是波束追踪的起点。根据宽波束边界确定的最优波束可以用作波束追踪的起点，UE继续监测波束成形参考信号和波束成形广播信号。可以使用UE的所有接收波束进行继续监测。由UE检测到的任何新的宽波束边界可以如上所述被识别，并且可以用于微调最优波束。在说明性示例中，可以比较多个宽波束边界来微调最优波束。在另一说明性示例中，可以比较多个宽波束边界来微调最优波束，但是较大权重用于最近发现的宽波束边界。
或者，可以使用根据宽波束边界确定的最优波束来降低基于波束成形信道状态信息参考信号(channel state information-reference signal，简称CSI-RS)的波束追踪技术的搜索空间。在说明性示例中，基于波束成形CSI-RS的波束追踪技术的搜索空间可以被减小到宽波束边界加上或减去窄波束的波束宽度的一小部分后所确定的方位。
图12示出用于执行本文所描述方法的实施处理系统1200的框图，其中所述处理系统1200可以安装在主机设备中。如图所示，处理系统1200包括处理器1204、存储器1206和接口1210至1204，它们可以(或可以不)如图12所示排列。处理器1204可以是用于执行计算和/或其他处理相关任务的任何组件或组件集合，存储器1206可以是用于存储程序和/或指令以供处理器1204执行的任何组件或组件集合。在一个实施例中，存储器1206包括非瞬时性计算机可读介质。接口1210、1212和1214可以是任何允许处理系统1200与其他设备/组件和/或用户通信的组件或组件的集合。例如，接口1210、1212和1214中的一个或多个可以用于将数据、控制或管理消息从处理器1204传送到安装在主机设备和/或远端设备上的应用。作为另一示例，接口1210、1212和1214中的一个或多个可以用于允许用户或用户设备(例如，个人计算机(personal computer，简称PC))与处理系统1200进行交互/通信。处理系统1200可以包括图12中未示出的附加组件，例如，长期存储器(例如，非易失性存储器)。
在一些实施例中，处理系统1200包括在接入电信网络或另外作为电信网络的部件的网络设备中。在一个实例中，处理系统1200处于无线或有线电信网络中的网络侧设备中，例如基站、中继站、调度器、控制器、网关、路由器、应用程序服务器，或电信网络中的任何其他设备。在其他实施例中，处理系统1200处于接入无线或有线电信网络的用户侧设备中，例如，用于接入电信网络的移动台、用户设备(user equipment，简称UE)、个人计算机(personal computer，简称PC)、平板电脑、可穿戴通信设备(例如，智能手表等)或任意其他设备。
在一些实施例中，接口1210、1212和1214中的一个或多个连接处理系统1200和用于通过电信网络发送和接收信令的收发器。图13示出了用于通过电信网络发送和接收信令的收发器1300的框图。收发器1300可以安装在主机设备中。如图所示，收发器1300包括网络侧接口1302、耦合器1304、发送器1306、接收器1308、信号处理器1310以及设备侧接口1312。网络侧接口1302可以包括任何用于通过无线或有线电信网络传输或接收信令的组件或组件的集合。耦合器1304可以包括任何有利于通过网络侧接口1302进行双向通信的组件或组件的集合。发送器1306可以包括任何用于将基带信号转化为可通过网络侧接口1302传输的调制载波信号的组件(例如上变频器和功率放大器等)或组件的集合。接收器1308可以包括任何用于将通过网络侧接口1302接收的载波信号转化为基带信号的组件(例如下变频器和低噪声放大器等)或组件的集合。信号处理器1310可以包括任何用于将基带信号转换成适合通过设备侧接口1312传送的数据信号或将数据信号转换成适合通过设备侧接口712传送的基带信号的组件或组件的集合。设备侧接口1312可以包括任何用于在信号处理器1310和主机设备内的组件(例如，处理系统1200、局域网(local area network，简称LAN)端口等)之间传送数据信号的组件或组件的集合。
收发器1300可通过任意类型的通信媒介发送和接收信令。在一些实施例中，收发器1300通过无线媒介发送和接收信令。例如，收发器1300可以为用于根据无线电信协议进行通信的无线收发器，比如蜂窝协议(例如长期演进(Long Term Evolution，简称LTE)协议等)、无线局域网(wireless local area network，简称WLAN)协议(例如Wi-Fi协议等)或任意其他类型的无线协议(例如蓝牙协议、近距离通讯(near field communication，简称NFC)协议等)。在此类实施例中，网络侧接口1302包括一个或多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口1302可以包括单个天线，多个单独的天线，或用于多层通信，例如单收多发(single-input multiple-output，简称SIMO)、多输入单输出(multiple-input-single-output，简称MISO)、多输入多输出(multiple-input multiple-output，简称MIMO)等的多天线阵列。在其他实施例中，收发器1300通过有线介质例如双绞线电缆、同轴电缆、光纤等发送和接收信令。具体的处理系统和/或收发器可以使用示出的全部组件或使用组件的子集，设备的集成程度可能互不相同。
应当理解，此处提供的实施例方法的一个或多个步骤可以由相应的单元或模块执行。例如，信号可以由发送单元或发送模块进行发送。信号可以由接收单元或接收模块进行接收。信号可以由处理单元或处理模块进行处理。其他步骤可以由检测单元/模块，监听单元/模块，识别单元/模块，确定单元/模块，选择单元/模块和/或波束形成单元/模块来执行。各个单元/模块可以是硬件，软件或其组合。例如，一个或多个单元/模块可以是集成电路，例如，现场可编程门阵列(field programmable gate array，简称FPGA)或专用集成电路(application-specific integrated circuit，简称ASIC)。
虽然已详细地描述了本发明及其优点，但是应理解，可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。

Claims (26)

1.一种在毫米波(millimeter wave，简称mmWave)通信系统中运行用户设备(userequipment，简称UE)的方法，其特征在于，所述方法包括：
UE在初始时间间隔内从毫米波演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)接收第一宽波束波束成形参考信号，其中所述第一宽波束波束成形参考信号承载定时信息；
UE在随后的时间间隔内检测在第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的宽波束边界，所述宽波束边界为相邻两个宽波束波束成形参考信号之间重叠的区域，其中第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号都按照窄波束波束宽度在初始时间间隔和随后的时间间隔之间的每个中间时间间隔内进行旋转；
UE将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB，其中所述指示用于向UE分配窄波束方向。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在随后的时间间隔内检测宽波束边界包括：UE在初始时间间隔之后的时间间隔内监听其他宽波束参考信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测第一宽波束波束成形参考信号；
当在相同时间间隔内检测到第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号时，并且当第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的接收信号强度差值小于指定的阈值，UE识别宽波束边界。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
UE在初始时间间隔之后的时间间隔内接收宽波束波束成形广播信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测所述第一宽波束波束成形参考信号；
UE根据宽波束波束成形广播信号确定系统信息(systeminformation，简称SI)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，SI包括下列信息的至少一个：第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号的接收信号强度差值的指定阈值，由毫米波eNB指示的宽波束边界和窄接收机波束之间的延迟，以及宽波束波束成形广播信号的定时。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，指示包括随后的时间间隔所对应的时隙。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：UE向毫米波eNB发起随机接入流程。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发起随机接入流程包括：
UE选择随机接入前导；
所述UE根据毫米波eNB指示的宽波束边界与窄接收波束之间的延迟确定发送时间间隔；UE在发送时间间隔内发送随机接入前导。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在宽波束波束成形广播信号中接收延迟。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发起随机接入流程包括：
UE将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示发送给普通eNB，进而触发随机接入流程协调。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一宽波束波束成形参考信号包括主同步信号(primary synchronization signal，简称PSS)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，每个宽波束波束成形参考信号包括不同的参考信号或用不同的加扰掩码加扰的相同参考信号中的一个。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号还包括辅同步信号(secondary synchronization signal，简称SSS)。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UE将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB包括：将所述指示发送到宏eNB，提示宏eNB将所述指示中继到毫米波eNB。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述UE将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB包括：向毫米波eNB发起随机接入流程，以获得资源分配向毫米波eNB发信号通知该指示。
15.一种在毫米波(millimeter wave，简称mmWave)通信系统中运行演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)的方法，其特征在于，所述方法包括：
eNB用多个宽波束形成参考信号和广播信号，由此产生多个宽波束波束成形参考信号和广播信号，其中所述多个宽波束提供对eNB的覆盖区域的覆盖；
eNB在初始时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考信号和广播信号；
eNB在随后的时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考和广播信号的旋转版本，其中多个宽波束波束成形参考信号和广播信号按照窄波束波束宽度在随后的每个时间间隔内进行旋转；eNB从用户设备(user equipment，简称UE)接收宽波束边界的指示，所述宽波束边界为相邻两个宽波束波束成形参考信号之间重叠的区域。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：eNB根据宽波束边界的指示向UE分配窄波束方向。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：eNB在窄接收波束中接收随机接入前导，其中所述随机接入前导发起随机接入流程。
18.一种用于在毫米波(mmWave)通信系统中运行的用户设备(user equipment，简称UE)，其特征在于，UE包括：
处理器；
存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，其中所述程序包括用于配置UE以执行以下操作的指令：
在初始时间间隔内从毫米波演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)接收第一宽波束波束成形参考信号，其中所述第一宽波束波束成形参考信号承载定时信息；
在随后的时间间隔内检测在第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的宽波束边界，所述宽波束边界为相邻两个宽波束波束成形参考信号之间重叠的区域，其中第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号都按照窄波束波束宽度在初始时间间隔和随后的时间间隔之间的每个中间时间间隔内进行旋转；
将在随后的时间间隔内UE检测到了宽波束边界的指示通知给毫米波eNB，其中所述指示用于向UE分配窄波束方向。
19.如权利要求18所述的UE，其特征在于，所述程序包括下列指令：在初始时间间隔之后的时间间隔内监听其他宽波束参考信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测第一宽波束波束成形参考信号；当在相同时间间隔内检测到第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号时，并且当第一宽波束波束成形参考信号和第二宽波束波束成形参考信号之间的接收信号强度差值小于指定的阈值，识别宽波束边界。
20.如权利要求18所述的UE，其特征在于，所述程序包括下列指令：在初始时间间隔之后的时间间隔内接收宽波束波束成形广播信号，同时UE在初始时间间隔之后的时间间隔内继续检测所述第一宽波束波束成形参考信号；根据宽波束波束成形广播信号确定系统信息(systeminformation，简称SI)。
21.如权利要求18所述的UE，其特征在于，所述程序包括下列指令：选择随机接入前导；根据毫米波eNB指示的宽波束边界与窄接收波束之间的延迟确定发送时间间隔；在发送时间间隔内发送随机接入前导。
22.如权利要求18所述的UE，其特征在于，所述程序包括下列指令：将所述指示发送到宏eNB，提示宏eNB将所述指示中继到毫米波eNB。
23.如权利要求18所述的UE，其特征在于，所述程序包括下列指令：向毫米波eNB发起随机接入流程，以获得资源分配向毫米波eNB发信号通知该指示。
24.一种用于在毫米波(mmWave)通信系统中运行的演进型基站(evolved NodeB，简称eNB)，其特征在于，eNB包括：
处理器；
存储由所述处理器执行的程序的计算机可读存储介质，其中所述程序包括用于配置eNB以执行以下操作的指令：
用多个宽波束形成参考信号和广播信号，由此产生多个宽波束波束成形参考信号和广播信号，其中所述多个宽波束提供对eNB的覆盖区域的覆盖；
在初始时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考信号和广播信号；
在随后的时间间隔内发送多个宽波束波束成形参考和广播信号的旋转版本，其中多个宽波束波束成形参考信号和广播信号按照窄波束波束宽度在随后的每个时间间隔内进行旋转；
从用户设备(user equipment，简称UE)接收宽波束边界的指示，所述宽波束边界为相邻两个宽波束波束成形参考信号之间重叠的区域。
25.如权利要求24所述的eNB，其特征在于，所述程序包括下列指令：根据宽波束边界的指示向UE分配窄波束方向。
26.如权利要求24所述的eNB，其特征在于，所述程序包括下列指令：在窄接收波束中接收随机接入前导，其中所述随机接入前导发起随机接入流程。
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