CN111316571B - 高效波束搜索 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于生成由网络节点服务的小区的概率图的方法。该方法包括生成指示主波束方向的可能性的第一概率图（P1）（步骤602）。生成第一概率图包括记录第一用户设备（UE）的第一方向，该第一方向指示当第一UE出现在由网络节点服务的小区中时与第一UE相关联的第一波束（例如，天线权重的第一集合（也称为预编码向量））的方向。该方法还包括生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图（P2）（步骤604）。生成第二概率图包括：当第一UE从第一波束切换到第二波束时记录与第一UE相关联的第二波束的第二方向，第二方向与第一方向相关联地来记录。

Description

高效波束搜索
技术领域
公开了与波束搜索相关的实施例。
背景技术
在新兴的5G蜂窝系统中，波束成形和MIMO传输将是核心技术。原因是频谱资源正在低载波频率处用尽，这导致逐渐迁移到更高的频段(像毫米波(“mmw”)频段)中。在那里，需要波束成形和使用大规模天线阵列以实现足够的覆盖范围。例如，在美国和其他市场中，在28GHz和39GHz周围存在大量可用频谱。需要利用此频谱来满足不断增长的容量要求。预期5G频率迁移开始于3.5-5GHz，并且然后延续到预期在不太远的将来变得可用的这些28GHz和39GHz频段。
在以下描述中，因为5G对等物(counterpart)的标准化尚未完结，所以使用4G LTE系统的3GPP术语(除非另有说明)。
如今波束成形和MIMO传输是成熟的课题。本节介绍基础技术(basics)。
为了解释波束成形概念，考虑图1，其示出理想化的一维波束成形情况。在系统100中，如果假设UE 102位于远离天线阵列104(例如，在基站(BS)处被发现)，则由此可见，相邻天线元件之间从基站到UE的行进距离的差是l＝kλsin(θ)，其中kλ是天线元件间距(separation)。此处，k是间距因子，在典型的相关天线元件布置中，k可以例如是0.5-0.7。这意味着如果从第i个天线元件传送参考信号sie-jωt，则它将作为加权和到达用户设备(UE)天线：
这里ω是角载波频率；hi是来自第i个天线元件的复信道；t是时间；并且fc是载波频率。在上述等式中，θ和hi是未知的。在反馈解决方案的情况下，UE因此需要搜索所有复信道系数hi和未知角度θ。为此，该标准定义了由像wm,i＝e-jf(m,i)的导向矢量(steeringvector)系数给出的不同方向上的波束的码本，其中m指示定向码本条目，并且其中f()表示函数。然后，UE测试每个码本并估计信道系数。计算对于每个码本条目m所达到的信息速率，并且最佳的码本条目定义方向和信道系数。这是可能的，因为si是已知的。然后，该结果被编码并报告回到基站。这为基站提供了允许其建立信道矩阵H的信息和最佳方向(码本条目)。该矩阵表示从每个发射天线元件到每个接收天线元件的信道。通常，H的每个元素由复数表示。
然后，可以将信道矩阵用于波束成形计算，或者可以直接使用由所报告的码本条目表示的方向。在MIMO传输的情况下，需要确定MIMO波束成形权重矩阵W，使得实现例如对于条件WH＝I的最佳匹配。I表示单位矩阵。在精确匹配的情况下，每个层将变得独立于其他层。这个概念可以应用于单个用户或多个用户。
自从LTE中的版本11，信道状态信息(CSI)参考信号(CSI-RS)已经可用。这些信号(即，CSI-RS)支持波束成形。CSI-RS被指派到特定的天线端口。CSI-RS可以被传送到整个小区，或者可以采用UE特定的方式被波束成形。在3GPP中，自从版本13，已经引入了两类CSI-RS报告模式：A类CSI-RS模式使用基于固定波束码本的波束成形，而B类CSI-RS模式可以用任何方式发送波束成形的CSI-RS。
UE中的CSI-RS过程包括检测选择的CSI-RS信号，测量CSI干扰测量(IM)(CSI-IM)上的干扰和噪声，以及在CQI、RI和PMI方面报告相关的CSI信息。UE可以报告CQI、RI和PMI的不止一个集合，即，针对不止一个码本条目的信息。自从版本11，可为每个UE设立多达4个CSI-RS过程。
3GPP标准的码本被定义为表示某些方向。在版本13中，定义了在方位角和仰角两者上的方向，从而允许使用2D波束成形。这些4G码本在3GPP TR 36.897中被详细规定。对于3GPP 5G标准，预期类似的定义，但具有更精细的粒度。
为了说明码本确实定义了特定方向，能够注意到，对于k＝1,…,K，方位角码本的公式为它具有如上讨论的相同的结构。类似地，对于l＝1,…,L，垂直码本由下式给出：/>这些等式的进一步细节可以在规范文档3GPP TR 36.897中找到。
通过将上面两个等式(即，方位角和垂直码本的等式)相乘获得2D波束。
版本11和版本12均支持每UE 4个CSI-RS过程。但是，与版本13中的支持用于16个端口的2D码本相比，在这些版本中仅支持对应于8个天线端口的一维码本。
给定配备有单频带中通信的天线阵列的两个节点，信道互易性特性意味着在任何给定时间点，一个节点中的任何发射天线元件与另一节点中的任何接收天线元件之间的复信道系数在上行链路和下行链路中是相同的(直到共轭转置)。信道互易性是麦克斯韦方程的结果。因此，信道矩阵在传输方向被反转时在两个节点的天线阵列之间保持相同(除了表示方向改变的共轭转置之外)。两个节点通常可以是UE和eNB，或者在5G中是UE和gNB，其中gNB是对于5G基站通常接受的首字母缩写词。假定对于两个传输方向时间基本上相同。
为了利用互易性，可由基站从已知导频信号(例如，所谓的探测参考信号(SRS))的UE上行链路传输来直接估计信道系数。然后，所估计的信道可以用于通过所选择的原理来计算组合权重矩阵，并且然后用于下行链路传输。这是可行的，因为当互易性有效时，上行链路和下行链路信道是相同的(除了共轭转置之外)。
然而，重要的限制是，在应用基于时间互易性的传输期间，天线阵列的位置和无线电环境的其余部分保持相同。该限制例如在UE运动(移动性)的情况下不一定成立。根据经验，信道对于大约0.4波长的UE移动去相关。这意味着对于给定的UE移动性，载波频率越高，互易性保持的持续时间越短。在去相关之后，需要新的SRS测量，并且需要计算更新的波束成形解决方案。
5G的主要多用户接入技术预期成为正交频分多址(OFDMA)的某种变体。如众所周知的，这种接入与在时间和频率上划分的资源网格相关联，如图2中所示。资源网格提供了由子载波定义的频率划分和由OFDM符号定义的时间划分。子载波和OFDM符号的乘积集合形成资源元素，并且如在LTE中，资源元素的时频块形成资源块。当前演进的3GPP NR 5G标准最近还定义了时隙和微时隙，给出了时间-频率资源的附加寻址模式。当使用多层(例如，MIMO)传输时，每层存在一个重叠资源网格，其通过空间预编码而分离。
波束成形意味着从天线阵列的多个天线元件传送相同的信号，其中针对每个天线元件将幅移和/或相移应用于信号。这些幅移/相移通常被表示为天线权重，并且每个天线的天线权重的集合是预编码向量。
不同的预编码向量引起所传送的信号的波束成形，并且可控制权重使得信号在从天线阵列所看到的特定角度方向上相干地组合，在这种情况下，称为在该方向上形成发射(Tx)波束。因此，在一些上下文中，当我们提及波束时，我们是指特定预编码向量(也称为“波束成形权重”)。如果阵列的天线以两个维度来放置，即，以平面来放置，则波束可在相对于与天线阵列垂直的平面的方位角和仰角方向上被操纵。
发明内容
当新的用户设备(UE)进入mmw无线系统时，很频繁地需要找到具有指向和/或来自UE的方向的初始波束。对此的现有技术解决方案包括盲扫描所有可能的方向，或者使用空间技术(例如，快速傅立叶变换(FFT)技术)来同时在天线阵列的所有波束方向上搜索。两种搜索方法(即，扫描和同时搜索方法)都存在缺点。
对于第一种方法(扫描)，最显著和明显的缺点是与按照一次一个波束方向来扫描所有波束方向相关联的长时延。对于第二种方法(同时搜索，例如使用FFT技术)，缺点是它导致降低的灵敏度。这是因为，例如，第二种方法需要基于每个方向的信号功率或信噪比(SNR)的搜索和检测，其为了避免虚警，随着波束空间的维度增加而需要更大的阈值。波束空间的维度大致等于波束的数量，所述波束的数量又近似等于天线阵列元件的数量。
实施例改进任一方法，例如这通过提供以下各项来实现：(1)例如在(例如，当使用有源天线系统(AAS)时)采用扫描来检测用户波束的情况下减少的扫描时延；以及(2)例如在此类波束检测基于瞬时测向(instantaneous direction finding)快速傅立叶变换(FFT)方法的情况下(例如，通过使得能够使用更严格的阈值)增加的波束检测灵敏度。
一个观察(observation)是，在对于小区的给定基站(例如，eNB、gNB)已知UE最经常出现在波束空间的子集中的情况下，则可解决现有技术方法的上述两个问题，从而得到改进的性能。例如，在使用第一方法(扫描)并且已知最经常发现UE的波束空间的子集的情况下，则如果在更可能的方向上花费更多时间搜索并且在不太可能的方向上花费更少时间进行搜索，则可以减少平均扫描时延。同样地，在使用第二种方法(同时搜索)的情况下，(与整个波束空间相比之下)波束空间的子集的这种搜索将使得能够增加检测算法的灵敏度(例如，因为可以降低检测用户的波束所要求的SNR和/或SINR)。检测用户的波束所要求的SNR和/或SINR可以被降低的原因是：例如，发现UE的可能性的数量减少意味着搜索空间的大小被减小，并且因此由于随机波动而造成的错误检测方向的可能性也被减小，这意味着SNR和/或SINR可更高，这可能导致增加的覆盖范围。
另一个观察是，在UE的主要波束(也称为主波束)已经在被跟踪的情况下，对于一般波束跟踪功能性来说，也发现和跟踪辅波束(也称为候选波束)能够是重要的。在mmw频率处，这具有主波束的突然消失不会导致失去连接的优点，因为通信然后可以通过辅波束继续。在mmw频率处，例如当出现障碍物时或者当用户绕过拐角时，波束质量可能极其快速地下降。这一事实使得次级波束的跟踪对于高载波频率(例如mmw频率)愈加重要。上面(和其它地方)提到的针对主波束的初始搜索的优点也适用于辅波束的初始搜索。
实施例提供了建立指示主波束方向的可能性的第一概率图。例如，第一概率图可包括例如二维或三维中的小区的覆盖区域，并且可指示在特定角方向(例如，仅方位角；方位角和仰角两者；和/或方位角、仰角和路径增益)和/或距离和/或位置上检测到新UE的第一波束的可能性。
实施例提供了建立指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图。例如，第二概率图可包括例如二维或三维中的小区的覆盖区域，并且可指示在特定角度(例如，仅方位角；方位角和仰角两者；和/或方位角、仰角和路径增益)和/或距离和/或位置上检测到辅波束的可能性，条件是第一波束的当前估计的角度方向和/或距离和/或位置。
实施例可以在对新UE的波束的搜索(例如，基于扫描和/或同时搜索)中以及还在对与第一波束相关联的UE的辅波束的搜索中利用第一和第二概率图中的一个或多个。
根据第一方面，提供了一种用于生成由网络节点服务的小区的概率图的方法。该方法包括生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。生成第一概率图包括记录第一用户设备(UE)的第一方向，该第一方向指示当第一UE出现在由网络节点服务的小区中时与第一UE相关联的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))的方向。该方法还包括生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)。生成第二概率图包括：当第一UE从第一波束切换到第二波束时记录与第一UE相关联的第二波束的第二方向，第二方向与第一方向相关联地来记录。
在一些实施例中，该方法还包括当第二UE出现在由网络节点服务的小区中时接收第一指示，第一指示包括第三方向，第三方向指示当第二UE出现在由网络节点服务的小区中时与第二UE相关联的第三波束的方向；以及在接收到第一指示时，更新第一概率图。更新第一概率图包括记录第二UE的第三方向。在实施例中，该方法还包括：当第二UE从第三波束切换到第四波束时，接收第二指示，第二指示包括第四方向，所述第四方向指示与第二UE相关联的第四波束的方向；以及在接收到第二指示时，更新第二概率图。更新第二概率图包括记录第二UE的第四方向，第四方向与第三方向相关联地来记录。
在一些实施例中，接收第一指示和第二指示中的一个或多个包括由网络节点跟踪由网络节点服务的小区中的第二UE。在实施例中，接收第一指示和第二指示中的一个或多个包括从网络节点接收关于由网络节点服务的小区中的第二UE的信息。在实施例中，该方法还包括周期性地或基于事件来更新第一概率图和第二概率图中的一个或多个，以包括关于位于由网络节点服务的小区内的UE的方向信息。在实施例中，该方法还包括向网络节点传送第一概率图和第二概率图中的一个或多个。
在一些实施例中，该方法还包括搜索波束空间以确定用于用户设备(UE)和节点之间的通信的初始波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定初始波束包括基于第一概率图来对波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。在实施例中，该方法还包括搜索波束空间以确定用于UE和节点之间的通信的备用波束(例如，天线权重的第二集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定备用波束包括基于第二概率图和初始波束来对波束空间内的方向(α2)进行优先级排序。
根据第二方面，提供了一种方法。该方法可以由网络中的节点执行，该网络节点服务于小区；和/或该方法可以由用户设备(UE)执行，该UE在由网络中的节点服务的小区中。该方法包括接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。该方法还包括搜索波束空间以确定用于用户设备(UE)和节点之间的通信的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定第一波束包括基于第一概率图来对波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
在一些实施例中，该方法还包括确定(例如，UE相对于节点的)朝向。在实施例中，例如，在UE从诸如基站之类的另一实体接收概率图的情况下，朝向可以用于确定相对于基站测量的角度或位置如何与UE相关。例如，基站可以确定初始波束最有可能在(相对于基站)大约15°的角度，并且UE然后可以使用其朝向的知识和基站的知识来确定(相对于UE的)对应角度。
在一些实施例中，搜索波束空间以确定第一波束还包括仅搜索波束空间的第一子集，第一子集包括波束空间内超过第一阈值(th1))的方向(α1)(例如，P1(α1)＞th1)。在实施例中，该方法还包括接收指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)；以及搜索波束空间以确定用于UE和节点之间的通信的第二波束(例如，天线权重的第二集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定第二波束包括基于第二概率图和第一波束来对波束空间内的方向(α2)进行优先级排序。在实施例中，搜索波束空间以确定第二波束还包括仅搜索波束空间的第二子集，第二子集包括波束空间内超过第二阈值(th2)的方向(α2)(例如，P2(α2|α1)＞th2)。这里，|表示统计条件。
根据第三方面，提供了一种由网络中的节点执行的方法。该方法包括接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)(步骤802)。该方法还包括向用户设备(UE)发信号通知第一概率图和第二概率图中的一个或多个(步骤804)。
根据第四方面，提供了一种用于生成由网络节点服务的小区的概率图的装置。该装置适于生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。生成第一概率图包括记录第一用户设备(UE)的第一方向，该第一方向指示当第一UE出现在由网络节点服务的小区中时与第一UE相关联的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))的方向。该装置还适于生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)。生成第二概率图包括：当第一UE从第一波束切换到第二波束时，记录与第一UE相关联的第二波束的第二方向，第二方向与第一方向相关联地来记录。
根据第五方面，提供了一种装置。该装置可以包括网络中的节点，该网络节点服务于小区；和/或用户设备(UE)，该UE在由网络中的节点服务的小区中。该装置适于接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。该装置还适于搜索波束空间以确定用于用户设备(UE)和节点之间的通信的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定第一波束包括基于第一概率图来对波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
根据第六方面，提供了一种装置。该装置可以是网络中的节点。该装置适于接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)(步骤802)。该装置还适于向用户设备(UE)发信号通知第一概率图和第二概率图中的一个或多个(步骤804)。
根据第七方面，提供了一种用于生成由网络节点服务的小区的概率图的装置。该装置包括生成模块。生成模块被配置成生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。生成第一概率图包括记录第一用户设备(UE)的第一方向，该第一方向指示当第一UE出现在由网络节点服务的小区中时与第一UE相关联的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))的方向。生成模块还被配置成生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)。生成第二概率图包括：当第一UE从第一波束切换到第二波束时记录与第一UE相关联的第二波束的第二方向，第二方向与第一方向相关联地来记录。
根据第八方面，提供了一种用于搜索波束空间的装置。所述装置包括：接收模块、确定模块和搜索模块。接收模块被配置成接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。该概率图可以是由生成模块902生成的图，或者它可以是由另一实体(例如，另一UE、节点和/或池化处理环境)传送的图。确定模块被配置成确定(例如，UE、节点和/或池化处理环境的)朝向。搜索模块被配置成搜索波束空间以确定用于用户设备(UE)和节点之间的通信的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定第一波束包括基于第一概率图来对波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
根据第九方面，提供了一种用于发信号通知概率图的装置。该装置包括接收模块和信令模块。接收模块被配置成接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)。所述信令模块被配置成向用户设备(UE)发信号通知第一概率图和第二概率图中的一个或多个。
根据第十方面，提供了计算机程序。所述计算机程序包括包含指令的计算机程序，所述指令当在至少一个处理器上执行时，使得至少一个处理器执行根据第一方面、第二方面和第三方面中的任一个方面的方法。根据第十一方面，提供了载体。所述载体包括下述载体：其包括第十方面的所公开的计算机程序中的任何一个，其中所述载体是电子信号、光信号、无线电信号或计算机可读存储介质之一。
附图说明
并入本文中并且形成说明书的一部分的附图图示了各种实施例。
图1图示了理想化的一维波束成形情况。
图2图示了按时间和频率划分的资源网格。
图3图示了根据一些实施例的系统。
图4图示了根据一些实施例的联合可能性概率图。
图5图示了根据一些实施例的虚警检测阈值作为搜索空间的尺寸的函数的曲线图。
图6图示了根据一些实施例的流程图。
图7图示了根据一些实施例的流程图。
图8图示了根据一些实施例的流程图。
图9是示出根据一些实施例的网络节点的功能模块的图。
图10是根据一些实施例的网络节点的框图。
具体实施方式
实施例利用能够跟踪小区中的波束的节点(例如，诸如gNB的基站)。波束可以指代例如天线权重集(也称为预编码向量)。在该上下文中，跟踪特定波束可以指接收与已经使用特定预编码向量传送的信号(例如，参考信号)有关的信号测量(诸如，信号功率、信号强度、SINR)。信号测量可以指示如由UE测量的信号的功率。这种信号测量可由于小区的几何形状而变化，例如由于波束反射、波束衍射和/或波束遮蔽(shadowing)效应而变化。基站可以能够测量它自己的小区内的波束的信号测量。例如，小区内的UE可以测量参考信号接收功率(RSRP)和/或参考信号强度指示符(RSSI)，并且可以向小区的基站报告这样的测量或其他质量指示符。基站还可以能够测量相邻小区内的波束的信号测量。例如，相邻基站可以向彼此报告它们自己的内部测量。跟踪波束可以取决于通信是在上行链路(从UE到BS)中还是在下行链路(从BS到DL)中；例如，在上行链路中，基站可以能够直接测量接收功率，而在下行链路中，基站可以使这种测量基于从UE接收的报告。
图3图示了室内小区的示例几何形状，并且还示出了针对系统300的、小区内的UE的模拟轨迹。使用一个基站与若干用户连接的室内场景来执行仿真。载波频率是28GHz，并且假定用户在所有方向上以相等的功率进行传送。在示例仿真中，基站为每个用户执行波束跟踪，在给定时间点处理(多达)十个波束。波束是用8x 8平面阵列生成的。
仍然参考图3，UE可以沿着受限的轨迹集合移动，其中一些UE可以共享轨迹的某一部分。在仿真中，基站和UE位于相同的高度，因此基站仅沿着方位角跟踪UE。在实施例中，跟踪还可以沿着UE的仰角、距离或位置发生。在示例图中没有附加物体，因此在示出的示例中仅在UE阻塞另一UE的传输路径时发生遮蔽。
现在将描述建立第一和第二概率图。
新用户能够以各种方式在小区中出现。例如，可以在小区内开启UE；或者UE可通过绕过拐角进入小区或者通过打开门(例如，对于室内小区)而出现。也就是说，UE可出现在小区中所采用的一些方式可以是接近随机的(例如，在开启UE的情况下)，而其他方式基于给定小区的几何形状而显得更规则。因此，在一些实施例中，可通过引入栅格来建立概率图，在所述栅格中，第一波束的初始角度作为事件被添加到栅格上的直方图。例如，在一些实施例中，每次检测到UE时，可以将初始角度添加到直方图(例如，可以针对每个角度保持区间(bin)，并且区间可以存储每次在该角度检测到UE的主波束的计数)。在其他实施例中，可以针对每个UE以规则的时间间隔来更新直方图(例如，区间可以存储在特定时刻或在时间段上求和的、针对UE的主波束具有特定角度的UE的计数)。
参考图3的几何形状，可以预期，表示第一概率图的直方图将大约在-15度处具有峰值，因为在此示例中基站位于x＝0、y＝22处。该角度(-15度)表示绕过拐角进入的用户首先进入基站的视线的角度。还可以存在直方图的背景水平(例如，噪声)，其对应于在小区中的任何地方开启UE的用户。第一概率图可基于UE的距离和位置以及方位角和仰角中的一个或多个。
如上文所讨论的，一旦找到主波束，找到给定UE的辅波束(也称为候选波束)通常(例如，在信号质量突然恶化的情况下)能够是有用的。在仿真中，已经发现在主波束和辅波束之间存在关系(例如，主波束和辅波束的角度之间的关系)。同时跟踪了UE的多个波束的由图3表示的仿真曾用于建立第二概率图，例如描述主波束和辅波束的方位角方向的联合可能性的二维直方图。图4中描绘了获得的直方图。这里，可以针对主波束和辅波束两者的每个方位角保持区间。在例如UE的主波束和辅波束的注册的方位角的情况下，在直方图更新过程的每个选择的时刻，直方图的对应区间增加1。第二概率图可以基于UE的距离和位置以及方位角和仰角中的一个或多个。如第一概率图的情况，可以采用多种方式更新该图(例如，直方图)。例如，可以在首次发现给定UE的主波束和辅波束时更新直方图，或者可以以规则的时间间隔为每个UE更新直方图。
如图4中所示，在主波束方向可用(在图4中表示为当前单脉冲)的情况下，则直方图示出主要在直方图的区间中的值大的方向上搜索辅波束(也称为候选波束)(在图4中表示为伴随单脉冲)是良好的策略。也就是说，用于波束发现的扫描方法或同时搜索方法应当优先考虑条件可能性超过阈值的方向，即，其中p(α2|α1)≥th(在该示例中，α2表示未知的辅波束方向，并且α1表示已知的主波束方向)。在实施例中，扫描方法可以通过按照条件可能性的降序来扫描方向，从而基于条件可能性来对方向进行优先级排序。
第一和/或第二概率图(例如，直方图或其部分)可被广播给UE以使得那些UE能够更快地检测来自基站的波束。UE发现基站的延迟还可通过UE知道其对于基站的朝向或位置或增益(例如，基于诸如陀螺仪之类的传感器)来减小。例如，如果UE测量对于基站的增益，则它可能使用一些广播的(或UE测量的)直方图信息来知道在哪里搜索波束。
第一和/或第二概率图(例如，直方图)可以被建立并存储在各种位置处。一种选择是在服务于特定小区的基站(例如，eNB、gNB)中建立这样的直方图。另一选项是在池化(pooled)处理环境(例如，云计算环境)中建立这样的直方图。例如，在将基带的部分(其中可以执行使用直方图的处理)从基站中移除并且放置在这样的池化处理环境中的情况下，云可能需要接收(并且基站或其他网络实体可能需要发信号通知)波束方向或指示波束方向的索引。此类信令可以发生在基带的驻留在基站中的部分与驻留在云中的部分之间。在这样的情况下，可以从基站向云发信号通知角度对或对应的索引。在云中建立和管理的直方图可以被下载到基站(例如，通过来自基站的请求，从云自动推送)。又一选项是UE建立并保存直方图，以供UE使用或用于向网络(例如，基站、其他UE)发信号通知。
也可以从以上描述扩展直方图以提供方位角和仰角对。这在5G无线系统中可以是有用的，其中预期天线阵列提供二维(角度)波束成形。
如图4中可见的，大多数区间(在该示例中)具有非常小的值，并且在给定主波束方向的条件下，可存在5-15％之间的具有大值的区间。这直接转化成扫描时延降低为原来的1/20-1/7。这是极其显著的系统增益，因为扫描的主要损害被认为是时延。
对于检测阈值，要搜索的区间的数量相应地减少。为了量化增益，考虑通过功率检测的虚警阈值的概率。虚警对应于当仅存在噪声时的信号的检测；并假定复信号和卡方分布，这给出了
这里，Pfa表示虚警概率，SNR是信噪比，N是要搜索的区间的数量。计算针对Pfa＝0.01的SNR得到图5中的曲线图。该图示出了在SNR方面的阈值。取决于要搜索的区间的数量，对于搜索空间减少为原来的1/10的情况，阈值减少可达到1.5dB。
图6图示了根据一些实施例的流程图。
过程600是用于生成由网络节点服务的小区的概率图的方法。该方法包括生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)(步骤602)。生成第一概率图包括记录第一用户设备(UE)的第一方向，该第一方向指示当第一UE出现在由网络节点服务的小区中时与第一UE相关联的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))的方向。该方法还包括生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)(步骤604)。生成第二概率图包括当第一UE从第一波束切换到第二波束时，记录与第一UE相关联的第二波束的第二方向，第二方向与第一方向相关联地来记录。
在一些实施例中，该方法还包括当第二UE出现在由网络节点服务的小区中时接收第一指示，第一指示包括第三方向，所述第三方向指示当第二UE出现在由网络节点服务的小区中时与第二UE相关联的第三波束的方向；以及在接收到第一指示时，更新第一概率图。更新第一概率图包括记录第二UE的第三方向。在实施例中，该方法还包括：当第二UE从第三波束切换到第四波束时接收第二指示，第二指示包括第四方向，所述第四方向指示与第二UE相关联的第四波束的方向；以及在接收到第二指示时，更新第二概率图。更新第二概率图包括记录第二UE的第四方向，第四方向与第三方向相关联地来记录。
在一些实施例中，接收第一指示和第二指示中的一个或多个包括由网络节点跟踪由网络节点服务的小区中的第二UE。在实施例中，接收第一指示和第二指示中的一个或多个包括从网络节点接收关于由网络节点服务的小区中的第二UE的信息。在实施例中，该方法还包括周期性地或基于事件来更新第一概率图和第二概率图中的一个或多个，以包括关于位于由网络节点服务的小区内的UE的方向信息。例如，周期性更新可以基于固定时间间隔发生，和/或基于事件的更新可以由于触发更新的特定事件而发生。在实施例中，该方法还包括向网络节点传送第一概率图和第二概率图中的一个或多个。
在一些实施例中，该方法还包括搜索波束空间以确定用于用户设备(UE)和节点之间的通信的初始波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定初始波束包括基于第一概率图来对波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。在实施例中，该方法还包括搜索波束空间以确定用于UE和节点之间的通信的备用波束(例如，天线权重的第二集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定备用波束包括基于第二概率图和初始波束来对波束空间内的方向(α2)进行优先级排序。
图7图示了根据一些实施例的流程图。
过程700是由网络中的节点执行的方法(该网络节点服务于小区)，和/或由用户设备(UE)执行的方法(该UE在由网络中的节点服务的小区中)。该方法包括接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)(步骤702)。该方法还包括搜索波束空间以确定用于用户设备(UE)和节点之间的通信的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))(步骤704)。搜索波束空间以确定第一波束包括基于第一概率图来对波束空间内的方向(α1)进行优先级排序(步骤706)。
在一些实施例中，该方法还包括确定(例如，UE相对于节点的)朝向。在实施例中，例如，在UE从诸如基站之类的另一实体接收概率图的情况下，朝向可以用于确定相对于基站测量的角度或位置如何与UE相关。例如，基站可以确定初始波束最有可能在(相对于基站)大约15°的角度，并且UE然后可以使用其朝向的知识和基站的知识来确定(相对于UE的)对应角度。
在一些实施例中，搜索波束空间以确定第一波束还包括仅搜索波束空间的第一子集，第一子集包括波束空间内超过第一阈值(th1)的方向(α1)(例如，P1(α1)＞th1)。在实施例中，该方法还包括接收指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)；以及搜索波束空间以确定用于UE和节点之间的通信的第二波束(例如，天线权重的第二集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定第二波束包括基于第二概率图和第一波束来对波束空间内的方向(α2)进行优先级排序。在实施例中，搜索波束空间以确定第二波束还包括仅搜索波束空间的第二子集，该第二子集包括波束空间内超过第二阈值(th2)的方向(α2)(例如，P2(α2|α1)＞th2)。注意，如此处和通篇所使用的，α1和α2可以表示角度方向的集合，例如对应于直方图中的区间，而不是单个角度。
图8图示了根据一些实施例的流程图。
过程800是由网络中的节点执行的方法。该方法包括接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)(步骤802)。该方法还包括向用户设备(UE)发信号通知第一概率图和第二概率图中的一个或多个(步骤804)。
图9是示出根据一些实施例的UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)的功能模块的图。如图9中所示，UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)包括生成模块902、接收模块904、信令模块906、搜索模块908和确定模块910。
在实施例中，UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)被配置用于生成由网络节点服务的小区的概率图。生成模块902被配置成生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。生成第一概率图包括记录第一用户设备(UE)的第一方向，该第一方向指示当第一UE出现在由网络节点服务的小区中时与第一UE相关联的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))的方向。生成模块902还被配置成生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)。生成第二概率图包括：当第一UE从第一波束切换到第二波束时记录与第一UE相关联的第二波束的第二方向，第二方向与第一方向相关联地来记录。
在实施例中，UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)被配置用于搜索波束空间。接收模块904被配置成接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)。该概率图可以是由生成模块902生成的图，或者它可以是由另一实体(诸如，另一UE、节点和/或池化处理环境)传送的图。确定模块910被配置成确定(例如，UE 102、节点104和/或池化处理环境的)朝向。搜索模块906被配置成搜索波束空间以确定用于用户设备(UE)和节点之间的通信的第一波束(例如，天线权重的第一集合(也称为预编码向量))。搜索波束空间以确定第一波束包括基于第一概率图来对波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
在实施例中，UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)被配置用于发信号通知概率图。接收模块904被配置成接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)。这个(或这些)概率图(P1、P2)可以是由生成模块902生成的图，或者它可以是由另一实体(诸如另一UE、节点和/或池化处理环境)传送的图。信令模块906被配置成向用户设备(UE)发信号通知第一概率图和第二概率图中的一个或多个。
图10是根据一些实施例的UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)的框图。如图9中所示，UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)可以包括：数据处理设备(DPA)1002，其可以包括一个或多个处理器(P)1055(例如，通用微处理器和/或一个或多个其他处理器，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)；网络接口1048，其包括用于使得UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)能够向连接到网络1010(例如，因特网协议(IP)网络)的其他节点传送数据以及从所述其他节点接收数据的传送器(Tx)1045和接收器(Rx)1047，网络接口1048连接到所述网络1010；电路1003(例如，无线电收发器电路)，其耦合到天线系统1004以用于与(一个或多个)UE进行无线通信；以及本地存储单元(也称为“数据存储系统”)1008，其可以包括一个或多个非易失性存储装置和/或一个或多个易失性存储装置(例如，随机存取存储器(RAM))。在UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)包括通用微处理器的实施例中，可以提供计算机程序产品(CPP)1041。CPP 1041包括计算机可读介质(CRM)1042，所述计算机可读介质(CRM)1042存储包括计算机可读指令(CRI)1044的计算机程序(CP)1043。CRM1042可以是非暂时性计算机可读介质，诸如但不限于磁介质(例如，硬盘)、光介质、存储器装置(例如，随机存取存储器、闪速存储器)等。在一些实施例中，计算机程序1043的CRI 1044被配置以使得CRI在由数据处理设备1002执行时，使UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)执行上述步骤(例如，上面参考流程图描述的步骤)。在其他实施例中，UE 102、节点104和/或池化处理环境(例如，云处理环境)可以被配置成在不需要代码的情况下执行本文描述的步骤。也就是说，例如，数据处理设备1002可以仅由一个或多个ASIC组成。因此，本文描述的实施例的特征可以采用硬件和/或软件来实现。
虽然本文描述了本公开的各种实施例(如果有的话，包括附录)，但是应当理解，它们已经通过仅示例并且非限制的方式呈现。因此，本公开的广度和范围不应被上述示例性实施例中的任何一个限制。此外，除非本文另有指示或上下文另有明显矛盾，否则本公开涵盖上述元素在其所有可能变化中的任何组合。
另外，虽然以上描述的和在附图中图示的过程被示出为步骤序列，但是这仅仅是为了说明起见而进行了的。因此，设想的是，可以添加一些步骤，可以省略一些步骤，可以重新布置步骤的顺序，并且可以并行地执行一些步骤。

Claims (33)

1.一种用于生成由网络节点(104)服务的小区的概率图的方法，所述方法包括：
生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)，其中生成所述第一概率图包括记录第一用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述第一UE(102)出现在由所述网络节点(104)服务的所述小区中时与所述第一UE(102)相关联的第一波束的方向；以及
生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中生成所述第二概率图包括：当所述第一UE(102)从所述第一波束切换到与所述第一UE(102)相关联的第二波束时记录所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
当第二UE(102)出现在由所述网络节点(104)服务的所述小区中时接收第一指示，所述第一指示包括第三方向，所述第三方向指示当所述第二UE(102)出现在由所述网络节点(104)服务的所述小区中时与所述第二UE(102)相关联的第三波束的方向；以及
在接收到所述第一指示时，更新所述第一概率图，其中更新所述第一概率图包括记录所述第二UE(102)的所述第三方向。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
当所述第二UE(102)从所述第三波束切换到第四波束时接收第二指示，所述第二指示包括第四方向，所述第四方向指示与所述第二UE(102)相关联的所述第四波束的方向；以及
在接收到所述第二指示时，更新所述第二概率图，其中更新所述第二概率图包括记录所述第二UE(102)的所述第四方向，所述第四方向被与所述第三方向相关联地记录。
5.如权利要求4所述的方法，其中接收所述第一指示和所述第二指示中的一个或多个包括由所述网络节点(104)跟踪由所述网络节点(104)服务的所述小区中的所述第二UE(102)。
6.如权利要求4所述的方法，其中接收所述第一指示和所述第二指示中的一个或多个包括从所述网络节点(104)接收关于由所述网络节点(104)服务的所述小区中的所述第二UE(102)的信息。
7.如权利要求2-6中的任一项所述的方法，还包括周期性地或基于事件更新所述第一概率图和所述第二概率图中的一个或多个，以包括关于位于由所述网络节点(104)服务的所述小区内的UE(102)的方向信息。
8.如权利要求2-6中的任一项所述的方法，还包括向所述网络节点(104)传送所述第一概率图和所述第二概率图中的一个或多个。
9.如权利要求2-6中的任一项所述的方法，还包括：
搜索波束空间以确定用于用户设备UE(102)和所述节点之间的通信的初始波束，
其中搜索所述波束空间以确定所述初始波束包括基于所述第一概率图对所述波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述初始波束是也称为预编码向量的天线权重的第二集合。
11.如权利要求10所述的方法，还包括：
搜索所述波束空间以确定用于所述UE(102)和所述节点之间的通信的备用波束，
其中搜索所述波束空间以确定所述备用波束包括基于所述第二概率图和所述初始波束对所述波束空间内的方向(α2)进行优先级排序。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述备用波束是也称为预编码向量的天线权重的第三集合。
13.一种由网络中的节点执行的方法，包括：
接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)，其中所述第一概率图记录有用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述UE(102)出现在由网络中的节点(104)服务的小区中时与所述UE(102)相关联的第一波束的方向；
接收指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中所述第二概率图记录有当所述UE(102)从所述第一波束切换到与所述UE(102)相关联的第二波束时所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录；
搜索波束空间以确定用于所述UE(102)和所述节点之间的通信的所述第一波束，
其中搜索所述波束空间以确定所述第一波束包括基于所述第一概率图对所述波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
15.如权利要求13所述的方法，其中搜索所述波束空间以确定所述第一波束还包括仅搜索所述波束空间的第一子集，所述第一子集包括所述波束空间内超过第一阈值(th1)的方向(α1)。
16.如权利要求13-15中的任一项所述的方法，还包括：
搜索所述波束空间以确定用于所述UE(102)和所述节点之间的通信的所述第二波束，
其中搜索所述波束空间以确定所述第二波束包括基于所述第二概率图和所述第一波束对所述波束空间内的方向(α2)进行优先级排序。
17.如权利要求16所述的方法，其中搜索所述波束空间以确定所述第二波束还包括仅搜索所述波束空间的第二子集，所述第二子集包括所述波束空间内超过第二阈值(th2)的方向(α2)。
18.如权利要求13所述的方法，还包括确定所述UE(102)相对于所述节点的朝向。
19.一种由网络中的节点执行的方法，所述方法包括：
接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中：
所述第一概率图记录有用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述UE(102)出现在由网络中的节点(104)服务的小区中时与所述UE(102)相关联的第一波束的方向，并且
所述第二概率图记录有当所述UE(102)从所述第一波束切换到与所述UE(102)相关联的第二波束时所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录；以及
向所述UE(102)发信号通知所述第一概率图和所述第二概率图中的所述一个或多个。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
21.一种用于生成由网络节点(104)服务的小区的概率图的装置，所述装置适于：
生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)，其中生成所述第一概率图包括记录第一用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述第一UE(102)出现在由所述网络节点(104)服务的所述小区中时与所述第一UE相关联的第一波束的方向；以及
生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中生成所述第二概率图包括：当所述第一UE(102)从所述第一波束切换到与所述第一UE(102)相关联的第二波束时记录所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录。
22.如权利要求21所述的装置，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
23.一种网络节点装置，适于：
接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)，其中所述第一概率图记录有用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述UE(102)出现在由网络中的节点(104)服务的小区中时与所述UE(102)相关联的第一波束的方向；
接收指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中所述第二概率图记录有当所述UE(102)从所述第一波束切换到与所述UE(102)相关联的第二波束时所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录；
搜索波束空间以确定用于所述UE(102)与所述节点之间的通信的所述第一波束，
其中搜索所述波束空间以确定所述第一波束包括基于所述第一概率图对所述波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
24.如权利要求23所述的网络节点装置，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
25.一种网络节点装置，适于：
接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中：
所述第一概率图记录有用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述UE(102)出现在由网络中的节点(104)服务的小区中时与所述UE(102)相关联的第一波束的方向，并且
所述第二概率图记录有当所述UE(102)从所述第一波束切换到与所述UE(102)相关联的第二波束时所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录；以及
向所述UE(102)发信号通知所述第一概率图和所述第二概率图中的所述一个或多个。
26.如权利要求25所述的网络节点装置，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
27.一种用于生成由网络节点(104)服务的小区的概率图的装置，所述装置包括：
生成模块，所述生成模块被配置成生成指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)，其中生成所述第一概率图包括记录第一用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述第一UE(102)出现在由所述网络节点(104)服务的所述小区中时与所述第一UE(102)相关联的第一波束的方向；以及
所述生成模块还被配置成生成指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中生成所述第二概率图包括：当所述第一UE(102)从所述第一波束切换到与所述第一UE(102)相关联的第二波束时记录所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
29.一种网络节点装置，包括：
接收模块，所述接收模块被配置成接收指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)和指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中：
所述第一概率图记录有UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述UE(102)出现在由网络中的节点(104)服务的小区中时与所述UE(102)相关联的第一波束的方向，并且
所述第二概率图记录有当所述UE(102)从所述第一波束切换到与所述UE(102)相关联的第二波束时所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录；
搜索模块，所述搜索模块被配置成搜索波束空间以确定用于所述UE(102)与所述节点之间的通信的所述第一波束，
其中搜索所述波束空间以确定所述第一波束包括基于所述第一概率图对所述波束空间内的方向(α1)进行优先级排序。
30.如权利要求29所述的网络节点装置，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
31.一种网络节点装置，包括：
接收模块，所述接收模块被配置成接收以下中的一个或多个：(1)指示主波束方向的可能性的第一概率图(P1)以及(2)指示主波束方向和辅波束方向的联合可能性的第二概率图(P2)，其中：
所述第一概率图记录有用户设备UE(102)的第一方向，所述第一方向指示当所述UE(102)出现在由网络中的节点(104)服务的小区中时与所述UE(102)相关联的第一波束的方向，并且
所述第二概率图记录有当所述UE(102)从所述第一波束切换到与所述UE(102)相关联的第二波束时所述第二波束的第二方向，所述第二方向被与所述第一方向相关联地记录；以及
信令模块，所述信令模块被配置成向所述UE(102)发信号通知所述第一概率图和所述第二概率图中的所述一个或多个。
32.如权利要求31所述的网络节点装置，其中所述第一波束是也称为预编码向量的天线权重的第一集合。
33.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序包括指令，所述指令当在至少一个处理器上执行时使所述至少一个处理器执行根据权利要求1至20中的任一项所述的方法。
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