CN116405140A - 新无线电系统的自适应波束管理/同步方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种在导频污染较低时使用主同步信号(PSS)执行波束管理(BM)和/或同步(Sync)以提高系统性能的方法。UE首先根据不同的网络部署场景(network deployment scenario)确定同步信号块(SSB)的PSS上的导频污染(pilot contamination)等级。然后，UE通过动态调整PSS上的导频污染等级来自适应地执行BM和/或Sync。如果导频污染等级高，则UE遵循3符号模式，例如，仅使用PBCH0、SSS和PBCH2符号来执行BM和/或Sync。否则，如果导频污染等级低，则UE遵循4符号模式，例如，使用PSS作为BM或Sync的额外符号以提高系统性能。

Description

新无线电系统的自适应波束管理/同步方法

交叉引用

本申请享有2021年8月19日提交的申请号为63/296,892、发明名称为“AdaptiveBeam Management Approach for New Radio Systems”的美国临时专利申请之优先权，该先前申请在此全文引用。

技术领域

所公开的实施例总体上涉及无线通信，并且更具体地涉及一种用于在5G新无线电(NR)蜂窝通信网络中进行自适应波束管理和同步的方法。

背景技术

多年来，无线通信网络呈指数增长。长期演进(LTE)系统提供高峰值数据速率、低延迟、改进的系统容量以及简化的网络架构带来的低运营成本。LTE系统，也称为4G系统，还提供与旧无线网络(例如GSM、CDMA和通用移动电信系统(UMTS))的无缝集成。在LTE系统中，演进的通用陆地无线电接入网络(E-UTRAN)包括多个演进的Node-B(eNodeB或eNB)，其与多个移动台(称为用户设备(UE))通信。第三代合作伙伴项目(3GPP)网络通常包括2G/3G/4G系统的混合体。下一代移动网络(NGMN)委员会已决定将未来NGMN活动的重点放在定义5G新无线电(NR)系统的端到端要求上。在5GNR中，基站也称为gNodeB或gNB。

5G NR的频带被分成两个不同的频率范围。频率范围1(FR1)包括低于6GHz的频段，其中一些是以前标准传统上使用的频段，但已经扩展到涵盖从410MHz到7125MHz的潜在新频谱产品。频率范围2(FR2)包括从24.25GHz到71.0GHz的频段。在此毫米波(mmWave)范围内，FR2中的频段具有比FR1中的频段更短的传播范围，但可用带宽更高。为了补偿5G毫米波系统中的高传播损耗，UE通常配备多个天线以实现波束成形。对于下行链路数据接收，UE需要波束管理(BM)、同步(时间和频率)以及参考信号的准确第1层(L1)测量。

与LTE一样，5G NR中的主同步信号(PSS，primary synchronization signal)和辅同步信号(SSS，secondary synchronization signal)代表物理小区标识(PCI)，物理广播信道(PBCH，Physical broadcast channel)携带主信息块(MIB，master informationblock)。5G NR中的SS块(SSB，SS Block)代表同步信号块，它参考同步信号(PSS/SSS)和PBCH块，因为同步信号和PBCH信道被打包为一个块。SSB周期性传输，每个SSB突发包含PSS/SSS和PBCH。具体地，具有四个OFDM符号(PSS、PBCH0、SSS、PBCH2)的SSB是在UE处执行波束管理(BM，beam management)和同步(Sync，synchronization)的良好参考信号。在传统的基于SSB的BM和Sync中，UE仅使用PBCH0、SSS和PBCH2，因为PSS可能会受到导频污染(pilotcontamination)。使用PSS(当其导频污染较低时)作为UE处BM和Sync的一个额外符号可以提高系统性能。需寻求解决方案。

发明内容

提出了一种在其导频污染低时使用主同步信号(PSS)执行波束管理(BM)和/或同步(Sync)以提高系统性能的方法。UE首先根据不同的网络部署场景确定同步信号块(SSB)的PSS上的导频污染等级。然后，UE通过动态调整PSS上的导频污染等级来自适应地执行BM或Sync。如果导频污染等级高，则UE遵循3符号模式，例如，仅使用PBCH0、SSS和PBCH2符号来执行BM或Sync。否则，如果导频污染等级低，则UE遵循4符号模式，例如，使用PSS作为BM或Sync的额外符号以提高系统性能。

在一个实施例中，UE监视来自移动通信网络中的服务小区和相邻小区的同步信号块(SSB)传输，其中每个SSB传输包括主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)和物理广播信道(PBCH)。UE确定服务小区PSS上的导频污染等级。当导频污染等级高于阈值时，UE使用第一BM模式执行波束管理(BM)。当导频污染等级低于或等于阈值时，UE使用第二BM模式执行波束管理。

在另一个实施例中，UE监视来自移动通信网络中的服务小区和相邻小区的同步信号块(SSB)传输，其中每个SSB传输包括主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)和物理广播信道(PBCH)。UE确定服务小区PSS上的导频污染等级。当导频污染等级高于阈值时，UE使用第一SYNC模式执行同步(SYNC)。当导频污染等级低于或等于阈值时，UE使用第二SYNC模式执行同步。

在下面的详细描述中描述了其他实施例和优点。该概述并不旨在定义本发明。本发明由请求保护范围限定。

附图说明

附图中相似的数字表示相似的部件，说明了本发明的实施例。

图1说明了根据本发明的方面使用同步信号块(SSB)支持波束管理和同步的示例性5G新无线电(NR)网络。

图2示出了根据本发明的实施例的无线设备的简化框图，例如，UE和gNB。

图3说明了不同网络部署中SSB的生成和SSB的相关性。

图4示出了基于PSS上的导频污染等级执行基于SSB的波束管理和同步的实施例，其中每个SSB传输具有四个OFDM符号(PSS、PBCH0、SSS、PBCH2)。

图5图示了确定PSS上的导频污染等级的实施例。

图6是根据一个新颖方面的当PSS上的导频污染低时使用PSS执行波束管理(BM)的方法的流程图。

图7是根据一个新颖方面的当PSS上的导频污染低时使用PSS执行同步(Sync)的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的一些实施例，其示例在附图中示出。

图1说明了根据本发明的使用同步信号块(SSB)支持波束管理和同步的示例性5G新无线电(NR)网络100。5G NR网络100包括用户设备(UE)101和多个基站，包括服务基站gNB102。UE 101通信连接到服务gNB 102，后者使用无线电接入技术(RAT)提供无线电接入(例如，5G NR技术)。UE 101可以是智能手机、可穿戴设备、物联网(IoT)设备和平板电脑等。可选地，UE 101可以是笔记本(NB)或个人计算机(PC)，插入或安装有数据卡，包括调制解调器和RF收发器，以提供无线通信功能。为了补偿5G毫米波系统中的高传播损耗，UE通常配备多个天线以实现波束成形。对于下行链路(DL)数据接收，UE需要波束管理(BM)、同步(Sync)和参考信号的准确L1测量。

与LTE一样，5G NR中的主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)代表物理小区标识(PCI)，物理广播信道(PBCH)携带主信息块(MIB)。5GNR中的SS块(SSB)代表同步信号块，它指的是同步信号(PSS/SSS)和PBCH块，因为同步信号和PBCH信道被打包为一个块。SSB周期性传输，每个SSB突发包含PSS/SSS和PBCH。具体来说，具有四个OFDM符号(PSS、PBCH0、SSS、PBCH2)的SSB是UE进行BM和Sync的良好参考信号。在传统的基于SSB的BM和Sync中，UE仅利用PBCH0、SSS和PBCH2来执行BM或Sync(如110所示)，因为PSS可能遭受导频污染。使用PSS(当其导频污染较低时)作为BM或Sync(如120所示)的一个额外符号可以提高系统性能。

根据一个新颖的方面，为了提高系统性能，提出了一种在导频污染低时使用主同步信号(PSS)执行波束管理(BM)和同步(Sync)的方法。在图1的示例中，UE 101首先根据不同的网络部署场景确定PSS上的导频污染等级。UE 101然后可以通过动态调整到PSS上的导频污染等级来自适应地执行BM和/或Sync。如果导频污染等级高，则UE 101遵循3符号模式，例如，仅使用PBCH0、SSS和PBCH2符号来执行BM或Sync。否则，如果导频污染等级低，则UE101遵循4符号模式，例如，使用PSS作为BM或Sync的额外符号以提高系统性能。

图2示出了无线设备的简化框图，例如5G NR网络200中根据本发明的实施例的UE201和gNB 211。gNB 211具有天线215，其发送和接收无线电信号，RF收发器模块214，与天线215耦合，接收来自天线215的RF信号，将它们转换为基带信号并将它们发送给处理器213。RF收发器214还转换从处理器213接收到的基带信号，将它们转换为RF信号，并发送到天线215。处理器213处理接收到的基带信号并调用不同的功能模块来执行gNB 211中的特征。存储器212存储程序指令和数据220以控制gNB 211的操作。在图2的示例中，gNB 211还包括协议栈(protocol stack)280和一组控制功能模块和电路290。协议栈280可以包括非接入层(NAS)层以与AMF/SMF通信/连接到核心网的MME实体、用于高层配置和控制的无线电资源控制(RRC)层、分组数据汇聚协议/无线电链路控制(PDCP/RLC)层、媒体访问控制(MAC)层和物理(PHY)层。在一个示例中，控制功能模块和电路290包括用于为UE配置测量报告和激活集(measurements report and active set)的配置/控制电路291，用于在切换决定时向UE发送小区切换的切换处理电路，以及控制进程的调度电路(SCHEDULE)292。

类似地，UE 201具有存储器202、处理器203和RF收发模块204。RF收发模块204与天线205耦合，接收来自天线205的RF信号，并将其转换为基带信号，以及发送给处理器203。射频收发器204还将接收到的来自处理器203的基带信号进行转换，转换为射频信号，发送给天线205。处理器203对接收到的基带信号进行处理，调用不同的功能模块和电路以执行UE201中的特征。存储器202存储数据和程序指令210以由处理器203执行以控制UE 201的操作。合适的处理器例如包括专用处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、一个或多个与DSP内核关联的微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、文件程序门阵列(FPGA)电路和其他类型的集成电路(IC)和/或状态机。与软体相关联的处理器可用于实现和配置UE201的特征。

UE 201还包括协议栈260和一组控制功能模块和电路270。协议栈260可以包括用于与连接到核心网络的AMF/SMF/MME实体通信的NAS层、用于高层配置和控制的RRC层、PDCP/RLC层、MAC层和PHY层。控制功能模块和电路270可以通过软体、韧体、硬体和/或其组合来实现和配置。控制功能模块和电路270在由处理器203经由包含在存储器202中的程序指令执行时相互配合以允许UE 201在网络中执行实施例和功能任务和特征。在一个示例中，控制功能模块和电路270包括用于获取测量和配置信息并控制相应操作的配置/控制电路271、用于执行DL和UL波束管理的波束管理电路272、以及用于基于从网络接收到的配置执行同步功能的同步处理电路273。

图3示出了在各种网络部署场景下来自不同小区的SSB的SSB生成和关联。同步信号/PBCH块(SSB)由PSS、SSS和PBCH组成。UE还可以使用同步信号进行RSRP/RSRQ和SNR L1测量。此外，5G NR中使用波束管理(BM)程序来获取和维护一组波束，以确保gNB和UE波束对齐以进行数据通信。具体来说，SSB中封装了4个OFDM符号(PSS、PBCH0、SSS、PBCH2)，供UE使用全部或部分符号进行BM和Sync。每个基站和服务/相邻小区根据物理小区ID(NIDCELL)和SSB索引(SBI)生成自己的SSB。服务小区和邻区的服务基站和邻区基站发送的单边带可能存在相关性。根据网络部署，相关性也不同。

对于PSS生成，PSS的值取决于扇区小区

因此PSS只有三个序列可供选择；对于SSS的生成，SSS的顺序取决于复合小区ID

因此SSS有336个序列可供选择；对于PBCH生成，PBCH-DMRS的序列取决于SSB索引和物理小区ID，其中SSB索引决定其加扰序列，物理小区ID决定其频率位置。如图3所示，PSS上的导频污染等级因此取决于网络部署场景。在更密集的网络部署的示例中，如图3(a)所示，相邻小区很可能使用与服务小区相同的PSS。因此，服务小区的PSS可能遭受导频污染。作为比较，在较稀疏部署的示例中，如图3(b)所示，相邻小区和服务小区很可能使用不同的PSS。当服务小区的PSS被相邻小区污染时，使用PSS进行BM和Sync是不可靠的。相反，如果服务小区的PSS没有导频污染，它可以用作BM和Sync的额外符号以提高性能，例如，提高BM的鲁棒性和Sync的准确性。

图4图示了基于PSS上的导频污染等级执行基于SSB的波束管理和同步的实施例，其中每个SSB传输具有四个OFDM符号(PSS、PBCH0、SSS、PBCH2)。在步骤410中，UE监测来自服务小区和相邻小区的SSB传输。在步骤411中，UE确定来自相邻小区的PSS上的导频污染。在步骤412中，UE检查PSS上的污染是否低于预定阈值。如果答案为假，则UE进行到步骤413，并通过使用PBCH0、SSS和PSCH2三个符号来执行波束管理和/或同步，以避免PSS上潜在的导频污染。如果答案为真，则UE进行到步骤414，并通过使用PSS、PBCH0、SSS和PBCH2所有四个符号来执行波束管理和/或同步，以提高系统性能。因此，自适应BM和同步可以通过首先检测PSS上的导频污染然后执行基于3符号的BM/Sync(以避免PSS污染)或基于4符号的BM/Sync(以实现更好的信道测量和估计)动态适应网络环境。

图5图示了确定PSS上的导频污染等级的实施例。UE首先监视来自服务小区和相邻小区的SSB传输。然后，UE从接收到的服务小区和相邻小区的SSB中解码小区ID和SBI。在步骤511中，UE找到具有与服务小区的PSS相同的PSS的相邻小区。在步骤512中，UE检查是否存在至少一个具有与服务小区相同的PSS的相邻小区。如果答案为假(没有相邻小区具有相同的PSS)，则在步骤513，UE得出PSS上的导频污染低的结论。如果答案为真，则UE继续执行步骤521。

在步骤521中，在具有相同PSS的相邻小区内，UE找到具有与来自服务小区的目标SBI相似的到达定时(例如，在CP长度内)的SBI，即所述相邻小区的SSB到达定时在距服务小区的目标SSB的到达定时的时间窗内。在步骤522中，UE检查是否找到至少一个SBI。如果答案为假(没有相邻小区具有与服务小区的目标SBI具有相似到达定时的SBI)，则在步骤523中，UE得出PSS上的导频污染低的结论。如果答案为真，则UE继续执行步骤531。

在步骤531中，对于该SBI，UE在相邻小区中找到最高信号强度/质量(SNR/RSRP)，表示为SNRNC和RSRPNC。在步骤532中，UE计算服务小区和相邻小区之间的SNR/RSRP差异，表示为(SNRSC-SNRNC)和(RSRPSC-RSRPNC)。在步骤533中，UE确定服务小区和相邻小区之间的信号强度/质量差异是否大于预定阈值(TH)，例如，UE确定是否(SNRSC-SNRNC)>TH和(RSRPSC-RSRPNC)>TH。如果答案为真，则UE断定PSS上的污染很低(步骤534)。否则，UE确定PSS上的污染不低(步骤535)。

图6是根据一个新颖方面的当导频污染低时使用PSS执行波束管理(BM)的方法的流程图。在步骤601中，UE监测来自移动通信网络中的服务小区和相邻小区的同步信号块(SSB)传输，其中每个SSB传输包括主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)和物理广播信道(PBCH)。在步骤602中，UE确定服务小区的PSS上的导频污染等级。在步骤603中，当导频污染等级高于阈值时，UE使用第一BM模式(例如，3符号BM模式)执行波束管理(BM)。在步骤604中，当导频污染等级低于或等于阈值时，UE使用第二BM模式(例如，4符号BM模式)执行波束管理。

图7是根据一个新颖方面的当导频污染低时使用PSS执行同步(Sync)的方法的流程图。在步骤701中，UE监测来自移动通信网络中的服务小区和相邻小区的同步信号块(SSB)传输，其中每个SSB传输包括主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)和物理广播信道(PBCH)。在步骤702中，UE确定服务小区的PSS上的导频污染等级。在步骤703中，当导频污染等级高于阈值时，UE使用第一SYNC模式(例如，3符号SYNC模式)执行同步(SYNC)。在步骤704中，当导频污染等级低于或等于阈值时，UE使用第二SYNC模式(例如，4符号SYNC模式)执行同步。

尽管出于说明的目的结合某些具体实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。因此，在不脱离根据权利要求中所阐述的本发明的范围的情况下，可以实践所描述的实施例的各种特征的各种修改、改编和组合。

Claims (21)

1.一种无线通信方法，包括：

监控移动通信网络中用户设备(UE)从服务小区和相邻小区发送的同步信号块(SSB)传输，其中每个SSB传输包括主同步信号(PSS)、辅助同步信号(SSS)，以及物理广播信道(PBCH)；

确定该服务小区接收到的该PSS上的导频污染等级；

当该导频污染等级高于阈值时，使用第一波束管理(BM)模式执行BM；以及

当该导频污染等级低于或等于该阈值时，使用第二BM模式进行波束管理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PSS、SSS和PBCH被分配在时域中每个SSB传输内的连续OFDM符号中。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一BM模式涉及仅使用SSS和PBCH符号进行波束管理。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二BM模式涉及使用PSS、SSS和PBCH符号进行波束管理。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当该导频污染等级高于该阈值时UE不使用PSS符号进行同步，并且当该导频污染等级低于或等于该阈值时使用PSS符号进行同步。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频污染的确定涉及寻找具有与所述服务小区相同的PSS的相邻小区。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频污染的确定涉及找到相邻小区的SSB的到达定时，所述相邻小区的SSB到达定时在距服务小区的目标SSB的到达定时的时间窗内。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导频污染的确定涉及找到所述服务小区和相邻小区之间的SSB传输的信号质量差异。

9.一种无线通信方法，包括：

监视移动通信网络中用户设备(UE)从服务小区和相邻小区发送的同步信号块(SSB)传输，其中每个SSB传输包括主同步信号(PSS)、辅助同步信号(SSS)，以及物理广播信道(PBCH)；

确定所述服务小区接收到的所述PSS上的导频污染等级；

当所述导频污染等级高于阈值时，使用第一同步(SYNC)模式执行SYNC；以及

当所述导频污染等级低于或等于所述阈值时，使用第二SYNC模式进行同步。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述PSS、SSS和PBCH被分配在时域中每个SSB传输内的连续OFDM符号中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一SYNC模式涉及仅使用SSS和PBCH符号进行同步。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二SYNC模式涉及使用PSS、SSS和PBCH符号进行同步。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，当所述导频污染等级高于所述所述阈值时，UE不使用PSS符号进行波束管理，而当所述导频污染等级低于或等于所述阈值时，UE使用PSS符号进行波束管理。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述导频污染的确定涉及寻找具有与所述服务小区相同的PSS的相邻小区。

15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述导频污染的确定涉及找到相邻小区的SSB的到达定时，所述到达定时在距服务小区的目标SSB的到达定时的时间窗内。

16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述导频污染的确定涉及找到所述服务小区和相邻小区之间的SSB传输的信号质量差异。

17.一种用户设备(UE)，包括：

接收器，接收来自移动通信网络中的服务小区和相邻小区的同步信号块(SSB)传输，其中每个SSB传输包括主同步信号(PSS)、辅助同步信号(SSS)和物理广播信道(PBCH)；

控制器，用于确定所述服务小区的接收到的所述PSS上的导频污染等级；以及

波束管理(BM)处理电路，当所述导频污染等级高于阈值时使用第一BM模式执行波束管理，并且当所述导频污染等级低于或等于阈值时使用第二BM模式执行波束管理。

18.根据权利要求17所述的UE，其特征在于，在时域中，在每个SSB传输内的连续OFDM符号中分配PSS、SSS和PBCH。

19.根据权利要求18所述的UE，其特征在于，所述第一BM模式涉及仅使用SSS和PBCH符号来进行波束管理。

20.根据权利要求18所述的UE，其特征在于，所述第二BM模式涉及使用PSS、SSS和PBCH符号来进行波束管理。

21.根据权利要求18所述的UE，其特征在于，当所述导频污染等级高于所述阈值时UE不使用PSS符号执行同步，并且当所述导频污染等级低于或等于所述阈值时使用PSS符号执行同步。

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