CN110268766A - 通过物理随机接入通道进行波束识别以及有效运用物理随机接入通道资源的装置及方法 - Google Patents

通过物理随机接入通道进行波束识别以及有效运用物理随机接入通道资源的装置及方法 Download PDF

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CN110268766A CN201880010841.7A CN201880010841A CN110268766A CN 110268766 A CN110268766 A CN 110268766A CN 201880010841 A CN201880010841 A CN 201880010841A CN 110268766 A CN110268766 A CN 110268766A
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Abstract

提供包含无线收发器和控制器的用户设备。无线收发器执行从蜂窝站无线接收和向蜂窝站无线传输；控制器在多个下行链路参考信号中选择与候选波束相关联的下行链路参考信号，所述多个下行链路参考信号包括多个通道状态信息‑参考信号(CSI‑RS)资源，多个同步信号(SS)块，或者多个物理广播通道(PBCH)块，根据所述多个下行链路参考信号和多个PRACH资源之间配置的关联，从多组物理随机接入通道(PRACH)前导和RACH时机中确定一组PRACH前导和RACH时机，以用于所选择的下行链路参考信号，并且控制器使用确定的该组PRACH前导和RACH时机来通过所述无线收发器向所述蜂窝站执行PRACH传输。

Description

通过物理随机接入通道进行波束识别以及有效运用物理随机 接入通道资源的装置及方法
交叉引用
本申请要求2017年3月24日申请的美国临时申请No.62/475,966的优先权，其全文被本申请引用。而且，本申请要求2017年3月24日申请的美国临时申请No.62/475,970的优先权，其全文被本申请引用。
技术领域
本发明总体涉及物理随机接入通道(Physical Random Access Channel,PRACH)设计，特别涉及，通过PRACH识别波束和有效的利用PRACH资源的方法和装置。
背景技术
第五代(5G)新无线电(NR)技术是在第四代(4G)长期演进(Long Term Evolution，LTE)上的改进，其通过使用更高的未授权的频带(例如，30GHz以上，大致称为毫米波(millimeter Wave，mmWave))，提供极高的速度和容量，以用于无线宽带通信。由于在毫米波长处存在巨大的路径损耗和穿透损耗，所以采用称为“波束形成”的技术，并且其在建立和维持强健的通信链路中扮演重要角色。
波束成形通常需要一个或多个天线阵列，每个天线阵列包括多个天线。通过适当地设置定义每个天线对传输或接收操作的贡献的天线权重，可以在特定的波束形成方向上将传输/接收的灵敏度整形为特别高的值。通过应用不同的天线权重，可以实现不同的波束图案，例如，可以顺序地采用不同的定向波束。
在传输(Tx)操作期间，波束成形可以将信号引导至感兴趣的接收器。类似地，在接收(Rx)操作期间，波束成形可以在接收源自感兴趣的传输者的信号时提供高灵敏度。由于传输功率可以被非均匀地聚焦，例如聚焦成固定的兴趣角度，所以与不采用波束成形并且依赖于几乎各向同性传输的传统实践相比，由于需要较低的传输(Tx)功率和较高的接收信号功率，波束成形可以提供较好的链路预算(budget)。
然而，上述技术面临某些挑战。例如，在多波束操作中，用户设备(UE)的移动，UE的角度旋转或阻挡视线(line-of-light)的地形(terrain)可能导致有源波束的信号质量下降。在某些情况下，信号质量可能会迅速下降，并且可能没有足够的时间来切换波束，因此可能会发生波束失败。因此，希望有一种从波束失败中恢复的机制。
此外，在5G NR技术中，存在这样的情况：当不需要传输定时提前(TimingAdvance,TA)命令和临时小区无线电网络临时标识(Cell Radio Network TemporaryIdentifier,C-RNTI)来响应上行链路请求时，PRACH前导可以用于上行链路请求。因此，需要改进PRACH设计以更有效地利用PRACH资源来适应这种情况。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提出通过PRACH从波束失败中恢复。具体来说，提供下行链路参考信号(例如通道状态信息-参考信号(Channel State Information-ReferenceSignal,CSI-RS)资源，同步信号(Synchronization Signal,SS)块或物理广播通道(Physical Broadcast Channel,PBCH)块)与PRACH资源(诸如PRACH前导，RACH时机或上述的组合)用于波束识别以从波束失败中恢复或促进从一个小区到另一个小区的切换。另外，本申请提出了用于提高PRACH资源利用效率的更灵活的PRACH设计。具体而言，可以灵活地将不同的前导分割成用于PRACH时间-频率资源内的异步(asychronous)和同步(synchronous)传输，和/或用于同步传输的带宽和/或循环移位(cyclic shift)可以减小到小于用于异步传输的带宽和/或循环移位。
在本申请的第一方面，提供了一种包括无线收发器和控制器的用户设备(UE)。无线收发器被配置为执行向蜂窝站无线传输和从蜂窝站无线接收。控制器被配置为在多个下行链路参考信号中选择与候选波束相关联的下行链路参考信号，该多个下行链路参考信号包括多个通道状态信息-参考信号CSI-RS资源，多个同步信号SS块，或者多个物理广播通道PBCH块。根据所述多个下行链路参考信号和多个物理随机接入通道PRACH资源之间的关系，从多组物理随机接入通道PRACH前导和RACH时机中确定一组PRACH前导和RACH时机，以用于所选择的下行链路参考信号，并使用确定的该组PRACH前导和RACH时机通过无线收发器执行到蜂窝站的PRACH传输。
在本申请的第二方面，提供一种通过PRACH识别波束的方法，其由无线连接到蜂窝站的用户设备执行，通过PRACH识别波束的方法包括：在多个下行链路参考信号中选择与候选波束相关的下行链路参考信号，所述多个下行链路参考信号包括多个CSI-RS资源，多个SS块，或者多个PBCH块；根据所述多个下行链路参考信号和多个PRACH资源之间配置的关联，从多组PRACH前导和RACH时机中确定一组PRACH前导和RACH时机，以用于所选择的下行链路参考信号；使用确定的该组PRACH前导和RACH时机来向所述蜂窝站执行PRACH传输。
在本申请的第三方面，提供一种蜂窝站，该蜂窝站包括：无线收发器和控制器。无线收发器，用于执行向UE无线传输和从UE无线接收；控制器，被配置为通过所述无线收发器接收来自用户设备的利用PRACH资源的PRACH传输，根据在下行链路参考信号与所述PRACH资源之间配置的关联，确定多个下行链路参考信号中的一个，并且识别与所确定的下行链路参考信号相关联的候选波束，其中所述多个下行链路参考信号包括多个CSI-RS资源，多个SS块或多个PBCH块。
在本申请的第四方面，提供一种通过PRACH识别波束的方法，其由无线连接到用户设备的蜂窝站执行。通过PRACH识别波束的方法包括步骤：接收来自用户设备的PRACH传输，所述PRACH传输利用PRACH资源；根据在下行链路参考信号与所述PRACH资源之间配置的关联，确定包括多个CSI-RS资源，多个SS块或多个PBCH块的多个下行链路参考信号中的一个；识别与所确定的下行链路参考信号关联的候选波束。
本领域技术人员在阅读以下关于UE，蜂窝站(cellular station)以及通过PRACH识别波束的方法和用于有效利用PRACH资源的方法的特定实施例的描述，本发明的其他方面和特征将变得显而易见。
附图说明
通过参考附图阅读随后的详细描述和示例，可以更全面地理解本申请，其中：
图1是根据本申请的实施例的无线通信环境的框图；，
图2是根据本申请的实施例的UE110的框图；
图3是根据本申请的实施例的蜂窝站的框图；
图4是根据本申请的实施例的CSI-RS资源，SS/PBCH块，和多组PRACH前导和PRACH时机之间的关联的示意图；
图5是根据本申请的实施例的CSI-RS资源，和多组PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图；
图6是根据本申请的另一实施例的CSI-RS资源，多组PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图；
图7是根据本申请的又一实施例的CSI-RS资源，多组PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图；
图8是根据本申请的实施例的CSI-RS资源，多组PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图；
图9是根据本申请的实施例的用于波束失败恢复的联合PRACH设计，和其他上行请求或者指示的示意图；
图10是根据本申请的实施例的用于异步和同步传输的PRACH资源利用的示意图；
图11是根据本申请的实施例的用于异步和同步传输的PRACH前导带宽的示意图；以及
图12是根据本申请的另一实施例的用于异步和同步传输的PRACH资源利用的示意图。
具体实施方式
下面的描述是为了说明本申请的一般原理的目的而做出的，并且不应被理解为限制意义。应该理解的是，这些实施例可以用软件，硬件，固件或其任何组合来实现。当在本文中使用时，术语“包括”，“包含”，“包含”和/或“包括”指明存在所声明的特征，整数，步骤，操作，组件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征，整数，步骤，操作，组件，组件和/或其组合。
图1是根据本申请实施例的无线通信环境的框图。无线通信环境100包括用户设备(UE)110和5G NR网络120，其中UE 110可以发起针对波束失败的恢复，波束切换或上行链路请求的随机接入过程，并且可以无线地连接到5G NR网络120，以获得移动服务。
UE 110可以是支持5G NR网络120所使用的蜂窝技术(即，5G NR技术)的功能手机，智能手机，面板个人计算机(PC)，膝上型计算机或任何无线通信设备。特别地，无线通信设备采用波束成形技术，以用于无线传输和/或接收。
5G NR网络120包括无线电接入网络(Radio Access Network，RAN)121和下一代核心网络(Next Generation Core Network，NG-CN)122。
RAN 121负责处理无线电信号，终止无线电协议，并且将UE 110与NG-CN122连接。另外，RAN 121负责周期性地广播最小系统信息SI，并且通过周期性广播提供另一个SI或者在UE 110的请求下提供另一个SI。RAN 121可包括支持高频带(例如，高于24GHz)的一个或多个蜂窝站(例如，gNB)，并且每个gNB可进一步包括一个或多个传输接收点(TransmissionReception Point，TRP)，其中每个gNB或TRP可以被称为5G蜂窝站。一些gNB功能可能分布在不同的传输接收点TRP中，而另一些则可能是集中式的，从而使特定部署的灵活性和范围满足特定情况的要求。
NG-CN 122通常由各种网络功能组成，包括但不限于接入和移动功能(Access andMobility Function，AMF)，会话管理功能(Session Management Function，SMF)，策略控制功能(Policy Control Function，PCF)，应用功能(Application Function，AF)，认证服务器功能(Authentication Server Function，AUSF)，用户平面功能(User Plane Function，UPF)和用户数据管理(User Data
Management，UDM)，其中每个网络功能可以被实施为专用硬件上的网络组件，或者作为在专用硬件上运行的软件实例，或者作为在适当的平台(例如云基础设施)上的实体化的虚拟化功能。
AMF提供基于UE的认证，授权，移动性管理等。SMF负责会话管理并且将互联网协议(IP)地址分配给UE。它还选择和控制UPF进行数据传输。如果UE具有多个会话，则不同的SMF可以被分配给每个会话以单独管理它们并且可能在每个会话中提供不同的功能。AF为了支持服务质量(QoS)，向负责策略控制的PCF提供关于封包流的信息。基于这些信息，PCF确定有关移动性和会话管理的策略，以使AMF和SMF正常运行。AUSF存储用于UE认证的数据，同时UDM存储UE的签约数据。
应该理解的是，图1中描绘的5G NR网络120仅用于说明性目的，并非旨在限制本申请的范围。该申请也可以应用于其他蜂窝技术，例如5G NR技术的未来增强技术。
图2是示出根据本申请实施例的UE 110的框图。UE110包括无线收发器10，控制器20，存储设备30，显示设备40和输入/输出(I/O)设备50。
无线收发器10被配置为执行到RAN 121的无线传输和来自RAN 121的无线接收。具体地，无线收发器10包括射频(Radio Frequency，RF)设备11，基带处理设备12和天线13，其中天线13可以包括用于波束成形的一个或多个天线。基带处理设备12被配置为执行基带信号处理并控制使用者识别卡(未示出)和RF设备11之间的通信。基带处理设备12可以包含多个硬件组件以执行基带信号处理，包括模拟数字转换(Analog-to-Digital Conversion，ADC)/数字模拟转换(Digital-to-Analog Conversion，DAC)，增益调节，调制/解调，编码/解码等。RF设备11可以经由天线13接收RF无线信号，将接收到的RF无线信号转换为由基带处理设备12处理的基带信号，或者从基带处理设备12接收基带信号并且将接收的基带信号转换成RF无线信号，稍后通过天线13传输该RF无线信号。RF设备11还可以包含多个硬件装置以执行射频转换。例如，RF设备11可以包括混频器，以将基带信号与振荡在所支持的蜂窝技术的射频上的载波相乘，其中该射频可以是在5G NR技术中所使用的任何射频(例如， 用于毫米波)或另一射频，取决于所使用的蜂窝技术。
控制器20可以是通用处理器，微控制单元(Micro Control Unit，MCU)，应用处理器，数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)等，其包括各种电路，以用于提供数据处理和计算功能，控制无线收发器10以与RAN 121进行无线通信，存储和检索去往和来自存储设备30的数据(例如，程序代码)，传输一系列帧数据(例如表示文本消息，图形，图像等)到显示设备40，并且从I/O设备50接收信号。特别地，控制器20协调无线收发器10，存储设备30，显示设备40和I/O设备50的前述操作，用于通过PRACH执行用于波束识别的方法和执行用于有效的利用PRACH的方法。
在另一个实施例中，控制器20可以被合并到基带处理设备12中，以用作基带处理器。
如本领域技术人员将认识到的，控制器20的电路通常将包括晶体管，晶体管被配置为根据这里描述的功能和操作来控制电路的操作。如将进一步理解的那样，晶体管的特定结构或互连将典型地由编译程序(诸如寄存器传输语言(Register Transfer Language，RTL)编译程序)确定。RTL编译程序可以由处理器在与汇编语言(assembly language)代码非常相似的脚本上操作，将脚本编译为用于布局或制作最终电路的形式。事实上，RTL在促进电子和数字系统设计过程中的作用和用途是公知的。
存储设备30是非暂时性机器可读存储介质，包括诸如闪存或非易失性随机访问存储器(Non-Volatile Random Access Memory，NVRAM)之类的存储器或者诸如硬盘或磁带之类的磁存储设备或光盘或其任何组合，来存储通过PRACH进行波束识别和用于有效的利用PRACH的应用的指令和/或程序代码，通信协议和/或方法。
显示设备40可以是用于提供显示功能的液晶显示器(Liquid-Crystal Display，LCD)，发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)显示器或电子纸显示器(ElectronicPaper Display，EPD)等。或者，显示设备40还可以包括设置在其上或其下方的一个或多个触摸侦测器(touch sensor)，用于侦测物体的触摸，接触或物体的接近，例如手指(finger)或指示笔(stylus)。
I/O设备50可以包括用作人机界面(Man-Machine Interface，MMI)的一个或多个按钮，键盘，鼠标，触摸板，摄像机，麦克风和/或扬声器等，以用于与用户进行交互。
应该理解的是，图2的实施例中描述的组件仅用于说明的目的，并不意图限制本申请的范围。例如，UE 110可以包括更多组件，诸如电源或全球定位系统(GlobalPositioning System，GPS)设备，其中电源可以是向UE 110的所有其他组件供电的移动/可替换电池，并且GPS设备可以提供UE 110的位置信息，以用于一些基于位置的服务或应用。
图3是示出根据本申请实施例的蜂窝站的框图。蜂窝站可以是5G蜂窝站，例如gNB或TRP。蜂窝站包括无线收发器60，控制器70，存储设备80和有线接口90。
无线收发器60被配置为执行来自UE 110的无线接收和执行向UE 110的无线传输。具体地，无线收发器60包括RF设备61，基带处理设备62和天线63，其中天线63可以包括用于波束成形的一个或多个天线。RF设备61，基带处理设备62和天线63的功能与图2的实施例所示的RF设备11，基带处理设备12和天线13的功能类似，因此，为简洁起见，此处不再赘述。
控制器70可以是通用处理器，MCU，应用处理器，DSP等，其包括各种电路，以用于提供数据处理和计算的功能，控制无线收发器60以用于与UE 110无线通信，进行存储和检索去往和来自存储设备80的数据(例如，程序代码)，并且通过有线接口90将消息传输到其他网络实体(例如，RAN 121中的其他蜂窝站或者NG-CN 122中的其他网络实体)或者从其他网络实体接收消息。具体而言，控制器70协调无线收发器60，存储设备80和有线接口90的上述操作，以执行用于通过PRACH进行波束识别的方法和执行用于有效的利用PRACH的方法。
在另一个实施例中，控制器70可以被合并到基带处理设备62中，以用作基带处理器。
正如本领域技术人员将认识到的，控制器70的电路通常包括晶体管，晶体管被配置为根据这里描述的功能和操作来控制电路的操作。如将进一步理解的，晶体管的特定结构或互连将典型地由编译程序(例如RTL编译程序)确定。RTL编译程序可以由处理器在与汇编语言代码非常相似的脚本上操作，将脚本编译为用于布局或制作最终电路的形式。事实上，RTL在促进电子和数字系统设计过程中的作用和用途是公知的。
存储设备80可以是诸如闪存或NVRAM的存储器，或者诸如硬盘或磁带的磁存储设备，或者光盘，或者其任何组合，用于存储用于通过PRACH进行波束识别和用于有效的利用PRACH的应用的指令和/或程序代码，通信协议，和/或方法。
有线接口90负责提供与其他网络实体(诸如RAN 121中的其他蜂窝站或NG-CN 122中的其他网络实体)的有线通信。有线接口90可以包括缆线调制解调器，非对称数字用户线(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)调制解调器，光纤调制解调器(Fiber-Optic Modem，FOM)和/或以太网接口。
应该理解的是，图3的实施例中描述的组件仅用于说明性目的，并非旨在限制本申请的范围。例如，蜂窝站可以进一步包括其他功能设备，诸如显示设备(例如，LCD，LED显示器或EPD等)，I/O设备(例如，按钮，键盘，鼠标，触摸板，摄像机，麦克风，扬声器等)和/或电源等。
请注意，在本申请中，下行链路参考信号与PRACH前导和RACH时机(例如，时间-频率资源)之间的关联被配置，以用于当PRACH前导由UE传输并由蜂窝站检测到时，向蜂窝站指示由UE选择的下行链路参考信号。RACH时机被定义为使用配置的PRACH前导格式传输PRACH消息1的时频资源，在其上使用单个TX波束来传输PRACH消息1。此外，使用PRACH传输包括识别新的候选波束，以从波束失败中恢复或方便从一个小区到另一个小区的切换。当发生波束失败或小区切换被触发时，将在与所有波束相关联的一组下行链路参考信号中选择与候选波束相关联的下行链路参考信号，其中该组下行链路参考信号包括CSI-RS资源，SS块或PBCH块，或其任何组合。基于该关联，可以确定与候选波束的新选择的下行链路参考信号(即，CSI-RS资源或SS/PBCH块)对应的PRACH前导和RACH时机，并且根据在确定的RACH时机上所确定的给gNB的PRACH前导，UE可以传输随机接入前导(preamble)。在另一方面，根据该关联，当接收到随机接入前导时，gNB知道发生了波束失败或者小区切换被触发，并且在接收到随机接入前导时，知道哪个波束是UE选择的新候选波束。
图4是示出根据本申请实施例的CSI-RS资源，SS/PBCH块与多组PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图。
在该实施例中，每个CSI-RS资源的波束宽度基本上与每个SS/PBCH块的波束宽度相同，因此，CSI-RS资源与PRACH前导和RACH时机之间的关联可以是SS/PBCH块与PRACH前导和RACH时机之间的关联相同。也就是说，该关联将一个CSI-RS资源或一个SS/PBCH块与一组PRACH前导和RACH时机相关联。
如图4所示，根据关联，第一SS/PBCH块和第一CSI-RS资源对应于第一组PRACH前导和RACH时机，并且因此用于第一SS/PBCH块和第一CSI-RS资源的波束对应于用于第一组PRACH前导和RACH时机的波束。
类似地，根据所述关联，第二SS/PBCH块和第二CSI-RS资源对应于第二组PRACH前导和RACH时机，因此，用于第二SS/PBCH块和第二CSI-RS资源的波束对应于用于第二组PRACH前导和RACH时机的波束。根据关联，第三块/PBCH块和第三CSI-RS资源对应于第三组PRACH前导和RACH时机，因此，用于第三SS/PBCH块和第三CSI-RS的波束是对应于用于第三组PRACH前导和RACH时机的波束。根据关联，第四SS/PBCH块和第四CSI-RS资源对应于第四组PRACH前导和RACH时机，因此，用于第四SS/PBCH块和第四CSI-RS资源的波束对应于用于第四组PRACH前导和RACH时机的波束。
请注意，在另一个实施例中，在CSI-RS资源和PRACH前导之间配置关联。例如，第一CSI-RS资源与第一组PRACH前导相关联，第二CSI-RS资源与第二组PRACH前导相关联，等等。在另一个实施例中，在SS/PBCH块和PRACH前导之间配置关联。例如，第一SS/PBCH块与第一组PRACH前导相关联，第二SS/PBCH块与第二组PRACH前导相关联，等等。在另一个实施例中，在CSI-RS资源和RACH时机之间配置关联。例如，第一CSI-RS资源与第一RACH时机相关联，第二CSI-RS资源与第二RACH时机相关联，等等。在另一个实施例中，在SS/PBCH块和RACH时机之间配置关联。例如，第一SS/PBCH块与第一RACH时机相关联，第二SS/PBCH块与第二RACH时机相关联，等等。在另一个实施例中，在CSI-RS资源与PRACH前导和RACH时机两者之间配置关联。例如，第一CSI-RS资源与第一组PRACH前导和第一RACH时机相关联，第二CSI-RS资源与第二组PRACH前导和第二RACH时机相关联，等等。在另一个实施例中，在SS/PBCH块与PRACH前导和RACH时机两者之间配置关联。例如，第一SS/PBCH块与第一组PRACH前导和第一RACH时机相关联，第二SS/PBCH块与第二组PRACH前导和第二RACH时机相关联，等等。
也就是说，为了不限于波束失败恢复，识别新波束和切换的目的，(1)在CSI-RS资源与包括前导，时机(例如，时间-频率资源)或其组合的RACH资源之间配置关联；(2)在SS/PBCH块与包括前导，时机(例如，时间-频率资源)或其组合的RACH资源之间配置关联；(3)在CSI-RS资源和SS/PBCH块与包括前导，时机(例如，时间-频率资源)或其组合的RACH资源之间配置关联。
图5是示出根据本申请实施例的CSI-RS资源与多组PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图。
在该实施例中，每个CSI-RS资源的波束宽度比下行链路参考信号(例如，SS/PBCH块)的波束宽度窄，PRACH前导和RACH时机被配置为与该下行链路参考信号(例如，SS/PBCH块)相关联。具体而言，每个CSI-RS资源的波束宽度基本上是PRACH前导和RACH时机所关联的下行链路参考信号的波束宽度的一半。也就是说，该关联将多个(例如，两个)CSI-RS资源与一组PRACH前导和RACH时机相关联。
如图5所示，根据该关联，第一和第二CSI-RS资源对应于第一组PRACH前导和RACH时机，因此，用于第一和第二CSI-RS资源的波束对应于用于第一组PRACH前导和RACH时机的波束。根据该关联，第三和第四CSI-RS资源对应于第二组PRACH前导和RACH时机，因此，用于第三和第四CSI-RS资源的波束对应于用于第二组PRACH前导和RACH时机的波束。根据该关联，第五和第六CSI-RS资源对应于第三组PRACH前导和RACH时机，因此用于第五和第六CSI-RS资源的波束对应于用于第三组PRACH前导和RACH时机的波束。根据该关联，第七和第八CSI-RS资源对应于第四组PRACH前导和RACH时机，因此，用于第七和第八CSI-RS资源的波束对应于用于第四组PRACH前导和RACH时机的波束。
在另一个实施例中，在CSI-RS资源和PRACH前导之间配置关联。例如，第一和第二CSI-RS资源与第一组PRACH前导相关联，第三和第四CSI-RS资源与第二组PRACH前导相关联，依此类推。在另一个实施例中，在CSI-RS资源和RACH时机之间配置关联。例如，第一和第二CSI-RS资源与第一RACH时机相关联，第三和第四CSI-RS资源与第二RACH时机相关联，等等。
也就是说，为了不限于波束失败恢复，识别新波束和切换，在CSI-RS资源与包括前导，时机(例如，时频-资源)或者其组合的RACH资源之间配置有关联。
这种关联(即，多个CSI-RS资源到一组PRACH前导和RACH时机的映射)的优点是需要更少的PRACH资源。这种关联的缺点在于，新的波束信息通过随机接入过程的第一步仅被部分地传送，并且对于在基于竞争的随机接入过程的第三步的消息(即，调度请求)和第四步的消息(即，竞争解决)使用更宽的波束。然而，可以通过基于竞争的随机接入过程的第三步的消息(即，上行链路传输)来完成新的波束信息的传递。
图6是示出根据本申请另一实施例的CSI-RS资源与多组PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图。
在该实施例中，该关联通过码分复用(Code Division Multiplexing，CDM)将多个CSI-RS资源与多组PRACH前导和RACH时机相关联。
如图6所示，在每个RACH时机存在至少两组PRACH前导，其中来自两个PRACH前导组的前导可以在码域(即，前导域)上是有区别的。
第一和第二CSI-RS资源分别对应于第一RACH时机内的第一组和第二组PRACH前导。第三和第四CSI-RS资源分别对应于第二RACH时机内的第一组和第二组PRACH前导。第五和第六CSI-RS资源分别对应于第三RACH时机内的第一组和第二组PRACH前导。第七和第八CSI-RS资源分别对应于第四RACH时机内的第一组和第二组PRACH前导。
图7是示出根据本申请又一实施例的CSI-RS资源与多个PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图。
在该实施例中，该关联通过频分复用(Frequency Division Multiplexing，
FDM)将一个CSI-RS资源关联到一组RACH时机。
如图7所示，在每个PRACH时间段存在两个RACH时机，其中两个RACH时机可以在频域上被区分。
第一CSI-RS资源和第二CSI-RS资源分别对应于第一PRACH时间段内的第一RACH时机和第二RACH时机。第三CSI-RS资源和第四CSI-RS资源分别对应于第二PRACH时间段内的第一RACH时机和第二RACH时机。第五CSI-RS资源和第六CSI-RS资源分别对应于第三PRACH时间段内的第一RACH时机和第二RACH时机。第七CSI-RS资源和第八CSI-RS资源分别对应于第四PRACH时间段内的第一RACH时机和第二RACH时机。
图8是示出根据本申请又一实施例的CSI-RS资源与多个PRACH前导和RACH时机之间的关联的示意图。
在该实施例中，该关联通过时分复用(Time Division Multiplexing，TDM)将一个CSI-RS资源关联到一组PRACH前导和RACH时机。
如图8所示，四个RACH时机在时域上复制，其中八个RACH时机中的每一个可以在具有相同频率范围的时域上被区分。
第一CSI-RS资源和第二CSI-RS资源分别对应于时域的第一时间段内的第一RACH时机和时域的第二时间段内的第一RACH时机。第三CSI-RS资源和第四CSI-RS资源分别对应于时域的第一时间段内的第二RACH时机和时域的第二时间段内的第二RACH时机。第五CSI-RS资源和第六CSI-RS资源分别对应于时域的第一时间段内的第三RACH时机和时域的第二时间段内的第三RACH时机。第七CSI-RS资源和第八CSI-RS资源分别对应于时域的第一时间段内的第四RACH时机和时域的第二时间段内的第四RACH时机。
图6至图8中的关联的优点在于：通过随机接入过程的第一步新的波束信息可以被完全传递，并且对于基于竞争的随机接入过程中的第三步的消息(即上行链路传输)和第四步的消息(例如竞争解决)，可以使用较窄的波束(较窄的波束可以提供更好的频谱效率)。请注意，下行链路参考信号(即，CSI-RS资源和/或SS/PBCH块)与多组PRACH前导和/或RACH时机之间的关联可以基于上述CDM，FDM，和TDM方法。
图9是示出根据本申请实施例的用于波束失败恢复和其他上行链路请求或指示的联合PRACH设计的示意图。
在该实施例中，专用前导可以被分配用于波束失败恢复和其他上行链路请求或指示，诸如调度请求或确认(ACK)或非确认(NACK)信号。
具体地，当在服务波束中的一个(在图9中表示为波束1)上传输时，专用前导用作调度请求或ACK/NACK信号。当在非服务波束中的一个(在图9中表示为波束2到波束4)上传输时，专用前导用作请求波束失败恢复的请求。
如图9所示，当在波束1(即服务波束)上传输时，该前导可以用作调度请求SR，并且当在波束4(即非服务波束)上传输时，该前导可以用作波束失败恢复的请求。
请注意，在本申请中，提出了用于提高PRACH资源利用效率的更灵活的PRACH设计。例如，不同的前导可以被灵活地分割，以用于RACH时机内的异步和同步传输，通过利用具有较小序列长度的前导格式或是配置较小的子载波间隔减少用于同步传输的带宽，使得用于同步传输的带宽比用于异步传输的频宽窄，和/或用于同步传输的循环移位可以被减少以小于用于异步传输的循环移位。
图10是示出根据本申请实施例的用于异步和同步传输的PRACH资源利用的示意图。
如图10所示，针对相同的PRACH时频资源有四种不同的PRACH配置。在第一个PRACH配置(在图10中表示为Config.0)中，使用所有Zadoff-Chu(ZC)根生成的前导用于异步传输，并且用于使用不同前导的异步传输的PRACH资源块被表示为Async.B1到Async.B4。
在剩余的PRACH配置(在图10中表示为Config.1至Config.3)中，使用所有ZC根生成的前导被分离以用于在同一PRACH时间-频率资源内的异步和同步传输，并且用于使用不同前导的异步传输的PRACH资源块被表示为Async.B5到Async.B6，而用于使用不同前导的同步传输的PRACH资源块被表示为Sync.B1到Sync.B2。
表1中提供了在每个PRACH配置中用于异步和同步传输的前导和ZC根的数量的示例如下(假设PRACH子载波间隔(Subcarrier Spacing，SCS)是30KHz，并且站点间距离(Inter-Site Distance，ISD)是500米)。
表1.
对于没有被物理上行链路控制通道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)或物理上行链路共享通道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)传输跟随的上行链路同步PRACH尝试或PRACH尝试，gNB不需要包括定时提前(Timing Advance，TA)命令和临时小区无线网络临时标识(Cell Radio Network Temporary Identifier，C-RNTI)来响应这些PRACH尝试。
图11是示出根据本申请实施例的用于异步和同步传输的PRACH前导带宽的示意图。
在图11的左侧示出用于异步传输的PRACH时间-频率资源，其中ZC根的数量是8，并且前导序列的长度是839。在图11的右侧示出了用于同步传输(其中，不需要TA估计)的PRACH时间-频率资源，其中ZC根的数量是2，并且前导序列的长度是139。即，用于同步传输的PRACH前导带宽是比用于异步传输的PRACH前导带宽窄。换句话说，可以通过配置具有较小序列长度的前导格式或通过配置较小的子载波间隔来减少PRACH带宽。
由于前导序列被缩短并且用于同步传输的PRACH时频-资源内的ZC根的数量减少，所以可以减少来自其他根序列的多址干扰(Multiple Access Interference，MAI)。
另外，由于对于同步PRACH传输不需要TA估计，所以循环移位不需要覆盖往返(round-trip)传播延迟，并且用于生成前导的循环移位被减少。
或者，用于同步传输的PRACH前导带宽和循环移位可以减小到小于用于异步传输的那些带宽和循环移位。
图12是示出根据本申请另一实施例的用于异步和同步传输的PRACH资源利用的示意图。
用于异步传输的PRACH时间-频率资源在图12的左侧示出，其中ZC根的数量是8，前导序列的长度是839，并且循环移位是9。用于同步传输的PRACH时间-频率资源在图12的右侧示出，其中ZC根的数量是2，前导序列的长度是139，并且循环移位是2。
如图12所示，存在有多个PRACH时间-频率资源，以用于在相同的PRACH时间段内分配的同步传输。有利的，这种分配可以提供想要达到的前导机会，而不会从其他根序列引入严重的MAI。
鉴于前述实施例，将认识到，本申请通过提供下行链路参考信号(例如，CSI-RS资源，和/或SS/PBCH块)和PRACH资源(包括PRACH前导组，RACH时机或其任何组合)之间的关联来识别波束，以通过PRACH实现波束失败恢复或者波束切换。而且，本申请通过允许在PRACH时间-频率资源内灵活地分割不同的前导以用于异步和同步传输，和/或将用于同步传输的带宽和/或循环移位减小，以小于用于异步传输的带宽和/或循环移位，实现灵活的PRACH设计。有利地，可以显著提高频谱效率和PRACH利用率。
尽管已经通过示例和优选实施例的方式描述了本申请，但是应该理解的是，本申请不限于此。在不脱离本申请的范围和精神的情况下，熟悉本技术的人员仍然可以进行各种改变和修改。因此，本申请的范围应由以下权利要求及其等同物限定和保护。
在权利要求中使用诸如“第一”，“第二”等的序数术语来修饰权利要求的要素本身并不意味着一个权利要求的要素相对于另一个权利要求的要素的优先权或者级别或者次序，或者执行方法的动作的时间顺序，但仅用作标签以将具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但使用序数术语)的另一要素区分开，以区分权利要求要素。

Claims (24)

1.一种用户设备，包括：
无线收发器，用于执行从蜂窝站无线接收和向蜂窝站无线传输；
控制器，用于在多个下行链路参考信号中选择与候选波束相关的下行链路参考信号，所述多个下行链路参考信号包括多个通道状态信息-参考信号CSI-RS资源，多个同步信号SS块，或者多个物理广播通道PBCH块，根据多个下行链路参考信号和多个物理随机接入通道资源之间的关联，从多组PRACH前导和随机接入通道RACH时机中确定一组物理随机接入通道前导和随机接入通道时机，以用于所选择的下行链路参考信号，并且使用确定的该组物理随机接入通道前导和随机接入通道时机来通过所述无线收发器向所述蜂窝站执行物理随机接入通道传输。
2.如权利要求1所述的用户设备，其中，所述候选波束用于波束失败恢复，或者用于从一小区切换到另一小区。
3.如权利要求1所述的用户设备，其中，所述多个物理随机接入通道资源包括多个物理随机接入通道前导，多个随机接入通道时机或者其组合，并且所述关联被配置于所述多个下行链路参考信号与所述多个物理随机接入通道前导之间，或者所述关联被配置于所述多个下行链路参考信号与所述多个随机接入通道时机之间，或者所述关联被配置于所述多个下行链路参考信号与所述多个物理随机接入通道前导和所述多个随机接入通道时机之间。
4.如权利要求1所述的用户设备，其中，当所述物理随机接入通道传输包括使用与所选择的下行链路参考信号对应的第一随机接入通道时机传输第一物理随机接入通道前导，所述第一物理随机接入通道前导用于一个目的；并且当所述物理随机接入通道传输包括使用与另一个下行链路参考信号对应的第二随机接入通道时机传输所述第一物理随机接入通道前导时，所述第一物理随机接入通道前导用于另一个目的。
5.如权利要求4所述的用户设备，其中，当所述第一物理随机接入通道前导被在服务波束上传输时，所述第一物理随机接入通道前导用作调度请求或者确认ACK或者非确认NACK信号，并且当所述第一物理随机接入通道前导被在所述候选波束上传输时，所述第一物理随机接入通道前导用作恢复波束失败的请求。
6.如权利要求1所述的用户设备，其中，在所述多个下行链路参考信号和所述多个物理随机接入通道资源之间配置的关联将一个CSI-RS资源，一个SS块，或者一个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联，或者将多个CSI-RS资源，多个SS块，或者多个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联。
7.如权利要求6所述的用户设备，其中，当配置在所述多个下行链路参考信号和所述多个物理随机接入通道资源之间的关联将多个CSI-RS资源，多个SS块，或者多个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联时，所述控制器进一步用于通过所述无线收发器向所述蜂窝站传输上行链路传输，以标识所述多个CSI-RS资源中哪一个，所述多个SS块中哪一个，或者所述多个PBCH块中哪一个与所述候选波束相关联。
8.如权利要求6所述的用户设备，其中，在所述多个下行链路参考信号和所述多个物理随机接入通道资源之间配置的关联通过码分复用CDM，频分复用FDM，时分复用TDM中至少一个，将一个CSI-RS资源，一个SS块，或者一个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联。
9.一种通过物理随机接入通道识别波束的方法，由无线连接到蜂窝站的用户设备执行，所述方法包括：
在多个下行链路参考信号中选择与候选波束相关的下行链路参考信号，所述多个下行链路参考信号包括多个通道状态信息-参考信号CSI-RS资源，多个同步信号SS块，或者多个物理广播通道PBCH块；
根据所述多个下行链路参考信号和多个物理随机接入通道资源之间配置的关联，从多组物理随机接入通道前导和随机接入通道时机中确定一组物理随机接入通道前导和随机接入通道时机，以用于所选择的下行链路参考信号；以及
使用确定的该组物理随机接入通道前导和随机接入通道时机执行向所述蜂窝站的物理随机接入通道传输。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述候选波束用于波束故障恢复，或者用于从一小区切换到另一小区。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述多个物理随机接入通道资源包括：多个物理随机接入通道前导，多个随机接入通道时机或者其组合，并且所述关联被配置于所述多个下行链路参考信号与所述多个物理随机接入通道前导之间，所述多个下行链路参考信号与所述多个随机接入通道时机之间，或者所述多个下行链路参考信号与所述多个物理随机接入通道前导和所述多个随机接入通道时机之间。
12.如权利要求9所述的方法，其中，当所述物理随机接入通道传输包括使用与所选择的下行链路参考信号对应的第一随机接入通道时机传输第一物理随机接入通道前导，所述第一物理随机接入通道前导用于一个目的；并且当所述物理随机接入通道传输包括使用与另一个下行链路参考信号对应的第二随机接入通道时机传输第一物理随机接入通道前导时，所述第一物理随机接入通道前导用于另一个目的。
13.如权利要求12所述的方法，其中，当所述第一物理随机接入通道前导被在服务波束上传输时，所述第一物理随机接入通道前导用作调度请求或者确认或者非确认信号，并且当所述第一物理随机接入通道前导被在所述候选波束上传输时，所述第一物理随机接入通道前导用作恢复波束失败的请求。
14.如权利要求9所述的方法，其中，在所述多个下行链路参考信号和所述多个物理随机接入通道资源之间配置的关联将一个CSI-RS资源，一个SS块，或者一个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联，或者将多个CSI-RS资源，多个SS块，或者多个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：当在所述多个下行链路参考信号和所述多个物理随机接入通道资源之间配置的关联将多个CSI-RS资源，多个SS块，或者多个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联时，向所述蜂窝站传输上行链路传输，以标识所述多个CSI-RS资源中哪一个，所述多个SS块中哪一个，或者所述多个PBCH块中哪一个与所述候选波束相关联。
16.如权利要求9所述的方法，其中，所配置的在所述多个下行链路参考信号和所述多个物理随机接入通道资源之间的关联至少通过码分复用，频分复用，时分复用中至少一个，将一个CSI-RS资源，一个SS块，或者一个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联。
17.一种蜂窝站，包括：
无线收发器，用于执行从用户设备无线接收和向用户设备无线传输；
控制器，被配置为通过所述无线收发器接收来自用户设备的利用物理随机接入通道资源的物理随机接入通道传输，根据在下行链路参考信号与所述物理随机接入通道资源之间配置的关联，确定多个下行链路参考信号中的一个，并且识别与所确定的下行链路参考信号相关联的候选波束，其中所述多个下行链路参考信号包括多个通道状态信息-参考信号CSI-RS资源，多个同步信号SS块或多个PBCH块。
18.如权利要求17所述的蜂窝站，其中，所述候选波束被识别出以用于波束失败恢复，或者用于从一个小区切换到另一个小区。
19.如权利要求17所述的蜂窝站，其中，所述物理随机接入通道传输包括在随机接入通道时机上传输的物理随机接入通道前导，和所述关联被配置在所述下行链路参考信号与所述物理随机接入通道前导之间，或者所述关联被配置在所述下行链路参考信号与所述随机接入通道时机之间，或者所述关联被配置在所述下行链路参考信号与所述物理随机接入通道前导和所述随机接入通道时机之间。
20.如权利要求17所述的蜂窝站，其中，在所述下行链路参考信号和所述物理随机接入通道资源之间配置的关联将一个CSI-RS资源，一个SS块，或者一个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联，或者将多个CSI-RS资源，多个SS块，或者多个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联。
21.一种通过物理随机接入通道识别波束的方法，由无线连接到用户设备的蜂窝站执行，该方法包括：
接收来自用户设备的物理随机接入通道传输，所述物理随机接入通道传输利用物理随机接入通道资源；
根据在下行链路参考信号与所述物理随机接入通道资源之间配置的关联，确定多个下行链路参考信号中的一个，该多个下行链路参考信号包括多个通道状态信息-参考信号CSI-RS资源，多个同步信号SS块或多个PBCH块；
识别与所确定的下行链路参考信号相关联的候选波束。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述候选波束被识别出，以用于波束失败恢复，或者用于从一个小区切换到另一个小区。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述物理随机接入通道传输包括在随机接入通道时机上传输的物理随机接入通道前导，和所述关联被配置在所述下行链路参考信号与所述物理随机接入通道前导之间，或者所述关联被配置在所述下行链路参考信号与所述随机接入通道时机之间，或者所述关联被配置在所述下行链路参考信号与所述物理随机接入通道前导和所述随机接入通道时机之间。
24.如权利要求21所述的方法，其中，在所述下行链路参考信号和所述物理随机接入通道资源之间配置的关联将一个CSI-RS资源，一个SS块，或者一个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联，或者将多个CSI-RS资源，多个SS块，或者多个PBCH块与一组物理随机接入通道资源关联。
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