JP2018528655A - 無線ネットワークにおけるビーム検出及び追跡 - Google Patents

無線ネットワークにおけるビーム検出及び追跡 Download PDF

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Abstract

ビーム検出及び追跡の実施形態は、無線チャネルを介して基地局からセル固有パラメータを受信するステップを含む。複数のダウンリンクビームは、基地局から受信され、各ダウンリンクビームは、関連する時間オフセット情報を含むそれぞれの参照信号を有する。ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスは、複数のダウンリンクビームのうちの選択されたダウンリンクビームの時間オフセット情報により示されるタイムスロットで基地局へ送信される。

Description

［関連出願の参照］
本願は、米国非仮出願番号第１４／８０７,６１３号、２０１５年７月２３日出願、名称「Beam Detection And Tracking In Wireless Networks」の利益を請求し、該出願は参照によりここに組み込まれる。
［技術分野］
ここに記載の実施形態は、概して、無線ネットワークに関する。幾つかの実施形態は、概して、ミリ波無線ネットワークにおけるビーム検出に関する。
データ及び音声通信の両者のための無線システムの使用の増大は、追加無線帯域幅の必要を生じている。これは、現在使用されている周波数帯域におけるスペクトル効率又は追加帯域幅を通じて達成され得る。
より高い周波数帯は、無線通信システムに追加容量を追加するために使用されている。例えば、ミリ波（millimeter wave、ｍｍＷａｖｅ）無線通信は、主として利用可能帯域幅により、高データレート（例えば、ギガビット毎秒）を提供できる。ｍｍＷａｖｅ通信における深刻な経路損失により、ビーム形成が標準的に使用される。送信機及び／又は受信機は、高ビーム形成利得を有する狭ビームを形成するために、大規模なアンテナアレイを備えられる。他方で、ｍｍＷａｖｅ通信の高い指向特性は、セルラ通信に、特に混雑している都市環境において、理想的に適する。ｍｍＷａｖｅシステムは、アンテナアレイにより狭ビームを形成して、干渉を生じることなく通信装置の増大する密度を可能にする。より多数の高指向性アンテナが所与の領域内に配置され得るので、最終結果は、スペクトルのより高い再利用となる。
方法は、無線チャネルを介して基地局からセル固有パラメータを受信するステップを含む。複数のダウンリンクビームは、基地局から受信され、各ダウンリンクビームは、関連する時間オフセット情報を含むそれぞれのビーム形成参照信号を有する。ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスは、複数のダウンリンクビームのうちの選択されたダウンリンクビームの時間オフセット情報により示されるタイムスロットで基地局へ送信される。
一実施形態は、ｍｍＷａｖｅビーム検出及び追跡のための方法であって、前記方法は、基地局から、ブロードキャストチャネルを介して、知られている参照信号セットを受信するステップと、前記基地局からの複数のダウンリンクビームを検出するステップであって、各ダウンリンクビームは関連する時間オフセット情報を含むそれぞれの参照信号を含む、ステップと、前記複数のダウンリンクビームのうち好ましいダウンリンクビームを決定し、前記好ましいダウンリンクビームの中に埋め込まれた前記時間オフセット情報を復号化するステップと、前記好ましいダウンリンクビームの前記時間オフセット情報により示されるタイムスロットで、前記基地局へランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを送信するステップと、を含む方法を含み得る。
別の実施形態は、ｍｍＷａｖｅビーム検出及び追跡のための方法であって、前記方法は、無線チャネルを介してセル固有パラメータを送信するステップと、複数のダウンリンクビームを送信するステップであって、各ダウンリンクビームは関連する時間オフセット情報を有するビーム形成参照信号を含む、ステップと、前記複数のダウンリンクビームのうちの選択された１つの前記ダウンリンクビームの前記時間オフセット情報により示される時間に、ユーザ機器からランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを受信するステップと、を含む方法を含み得る。
別の実施形態は、ｍｍＷａｖｅビーム検出及び追跡のための方法であって、前記方法は、無線チャネルを介してセル固有パラメータを送信するステップと、複数のダウンリンクビームを送信するステップと、ブロードキャストチャネル（broadcast channel、ＢＣＣＨ）で時間オフセット情報をブロードキャストするステップと、前記複数のダウンリンクビームのうちの選択された１つの前記ダウンリンクビームの前記時間オフセット情報により示される時間に、ユーザ機器からランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを受信するステップと、を含む方法を含み得る。
別の実施形態は、無線通信装置であって、複数のアンテナ要素に結合された無線機と、前記無線機及びアンテナ要素に結合された制御部であって、無線チャネルを介してｍｍＷａｖｅ基地局からセル固有パラメータを受信し、前記基地局からの複数のダウンリンクビーム形成信号を検出し、各ダウンリンクビーム形成信号は関連する時間オフセットを有するそれぞれの参照信号を含み、前記複数のビーム形成信号のうちの選択されたビームの前記時間オフセットにより示されるタイムスロットで、アップリンクビーム形成信号により前記基地局へランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを送信する、制御部と、を含む装置を含み得る。
別の実施形態は、無線通信局であって、複数のアンテナ要素に結合された無線機と、前記無線機及びアンテナ要素に結合された制御部であって、ワイドビーム無線チャネルを介してセル固有パラメータを送信し、複数のビーム形成参照信号を送信し、各ビーム形成参照信号はそれぞれの時間オフセットを有し、前記ビーム形成参照信号のうちの選択された１つの前記時間オフセットにより示される時間に、ユーザ機器からランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを受信する、制御部と、を含む局を含み得る。
種々の実施形態に従う、無線通信システムの図を示す。 種々の実施形態に従う、セル固有パラメータ受信するユーザ機器（ＵＥ）を有する無線通信システムの図を示す。 種々の実施形態に従う、基地局ビームを検出するＵＥを有する無線通信システムの図を示す。 種々の実施形態に従う、基地局と競合に基づくランダムアクセスを実行するＵＥを有する無線通信システムの図を示す。 種々の実施形態に従う、ＵＥと基地局との間のビーム追跡を有する無線通信システムの図を示す。 種々の実施形態に従う、無線ネットワークにおけるＵＥによるビーム検出及び追跡のための方法のフローチャートを示す。 種々の実施形態に従う、無線ネットワークにおける基地局におけるビーム検出及び追跡のための方法のフローチャートを示す。 種々の実施形態に従う、通信装置を示すブロック図である。
以下の説明及び図面は、当業者が実施するのに十分に特定の実施形態を説明する。他の実施形態は、構造的、論理的、電子的、処理及び他の変化を組み込んで良い。幾つかの実施形態の部分及び特徴は、他の実施形態の部分及び特徴に含まれ又はそれらを置き換えて良い。請求の範囲に記載された実施形態は、該請求の範囲の全ての可能な等価物を含む。
種々の実施形態は、基地局とＵＥとの間のビーム形成信号の確立及び追跡に関して記載される。ＵＥは、基地局から送信される複数のビームのうちの１又は複数を、該ビームの中で伝達される参照信号に基づき選択し、該ビームに含まれる対応する時間オフセット情報を読み出して良い。この時間オフセットは、参照信号に関連付けられる又は具体的にビーム内で配信される。ＵＥは、次に、時間オフセット情報により指定されたタイムスロットで、基地局へランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを送信して良い。ＵＥ及び基地局は、ＵＥがダウンリンクビームの品質を周期的に検出し及び測定することにより、ビームを追跡して良い。検出及び追跡は、伝統的に有意な処理リソースを消費するビームトレーニング又はビームのブラインド検出を伴わずに達成できる。
ビーム検出は、基地局及びＵＥの両者が、最高信号対雑音比を有する最適方向を発見するために、それらの個々のビームを全ての可能な方向を通してスイープすることとして定められて良い。ｍｍＷａｖｅ通信装置のビーム幅は約１°程の低さである場合があるので、動作は重要である。ブラインド検出は、基地局とＵＥとの間の調整を伴わない網羅的探索のように実施されるビーム検出として定められて良い。
図１は、種々の実施形態に従う、無線通信システム１００の図を示す。例えば、無線通信システム１００は、無線通信装置１０１が１又は複数の基地局１０２（例えば、進化型ＮｏｄｅＢ、evolved Node B（ｅＮＢ））と、１又は複数の無線チャネルを介して、無線通信技術（例えば、ｍｍＷａｖｅ、時分割二重（time division duplex、ＴＤＤ）、周波数分割二重（frequency division duplex、ＦＤＤ））を用いて、通信することを可能にするセルラシステムであって良い。
無線通信装置１０１は、非固定装置であって良い。例えば、無線通信装置１０１は、モバイル無線電話機、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、及び基地局１０２と通信し得る他の装置を含み得る。一貫性及び簡単のために、無線通信装置１０１は、以降、ユーザ機器（user equipment、ＵＥ）として参照される。ＵＥは、複数のアンテナ要素に結合された通信機及び制御回路を含み、複数のアンテナ要素を通じて、ビーム形成が達成され得る。
基地局１０２は、通信機に結合された複数のアンテナ、並びに基地局動作を制御する制御回路を含んで良い。図１及び以降の図は、簡単及び明確さを目的として単一のアンテナのみを示す。しかしながら、当業者は、達成されるべきビーム形成のために、基地局１０２が複数のアンテナ要素を含むことを理解するだろう。
基地局１０２は、固定位置を有し、より大きなネットワークに結合される固定基地局ネットワークの部分であって良い。例えば、基地局１０２は、インターネットに結合される有線ネットワークの部分であって良い。ＵＥ１０１は、したがって、無線通信チャネルを介して基地局１０２と通信することにより、より大きなネットワークにアクセスして良い。
基地局１０２は、基地局アンテナを実質的に取り囲む領域１１０に渡り通信する。この領域１１０は、標準的にセル１１０として参照され、１又は複数のセクタ１２０、１２１、１２２を含んで良い。３個の異なるセクタ１２０、１２１、１２２が図１のセル１１０を形成するように示されるが、他の実施形態は、異なるセクタ数を有して良い。
以下の実施形態では、基地局は、ｍｍＷａｖｅ帯（例えば、３０〜３００ＧＨｚ）で動作するとして開示される。しかしながら、本願の実施形態は、任意の１つの周波数又は周波数帯又は任意の１つの無線通信技術（例えば、時分割二重（time division duplex、ＴＤＤ）、周波数分割二重（frequency division duplex、ＦＤＤ））に限定されない。
ｍｍＷａｖｅ通信の特性のうちの幾つかは、短い波長／高い周波数、大きな帯域幅、大気成分との高い相互作用、比較的短い送信距離、及び大部分の固体を通じる高い減衰を含む。ｍｍＷａｖｅ及び他の同様の波長送信の高い減衰特性は、ＵＥ及び基地局の両者において、高い指向性アンテナ（例えば、ビーム形成）の使用により補償され得る。
ｍｍＷａｖｅシステムにおけるビーム形成は、２つの通信機の間で高いアンテナ利得により狭ビームを介して通信するために、ＵＥ及び基地局の両者の複数のアンテナ要素を使用する。例えば、ｅＮＢは、基地局にあるグループ化された数のアンテナ要素と通信するためにビーム形成で使用される数百個程度のアンテナ要素を無線チップ上に有し得る。
ｍｍＷａｖｅシステムにおいてビーム形成を使用することに伴う１つの問題は、ＵＥと基地局との間の通信を確立する前に、ＵＥ側と基地局側の両方で、ビーム方向が識別されなければならないことである。従来、ビーム検出は、基地局側とＵＥ側の両方で盲目的に行われ、結果として正しいビームを検出するために大量の処理オーバヘッドをもたらす。したがって、記載の実施形態は、従来のビーム検出及び追跡に比べて、削減された時間及びシグナリングオーバヘッドを提供する。ビームの検出及び追跡は、ＵＥ位置情報の知識を有さず、及びマクロｅＮＢの連携を有さず、実行され得る。
図２は、種々の実施形態に従う、セル固有パラメータ受信するＵＥ１０１を有する無線通信システムの図を示す。基地局１０２は、ワイドビーム２００を介してブロードキャストチャネル（broadcast channel、ＢＣＣＨ）を送信している。ワイドビーム２００は、セル１１０全体、又はセル１１０の１又は複数のセクタ１２０、１２１、１２２をカバーし得る。ＵＥにより検出されたＢＣＣは、信号２０１として示される。
ＢＣＣＨのワイドビーム送信は、ＵＥ１０２による、より容易な検出を提供し得る。ワイドビームを介するｍｍＷａｖｅ信号の送信から生じる信号減衰（つまり、経路損失）は、基地局１０２による増大した送信電力又は送信信号のより高い拡散利得により、補償されて良い。
基地局１０２は、（第３世代パートナシッププロジェクト（３rd Generation Partnership Project、３ＧＰＰ）／ロングタームエボリューション（Long Term Evolution、ＬＴＥ）標準で定められる）参照信号構成及びランダムアクセス・プリアンブル情報のような、セル固有パラメータをＢＣＣＨでブロードキャストする。例えば、ＢＣＣＨは、セル内の他のＵＥに関する情報、ダウンリンクシステム帯域幅、システムフレーム番号、物理ハイブリッドＡＲＱ指示チャネル（physical hybrid−ARQ indicator channel、ＰＨＩＣＨ）サイズ、アンテナ構成、及び参照信号電力のような、セル固有パラメータを有して良い。ＢＣＣＨは、ランダムアクセス・プリアンブル情報の部分として複数のランダムアクセス・プリアンブルシーケンスも含む。
このステップの最中に、ＵＥ１０１は、ＢＣＣＨ２０１を検出し、検出したＢＣＣＨ２０１から参照情報及びランダムアクセス・プリアンブルシーケンス情報を読み出す。この時点で、ＵＥは、また、ＵＥ１０１における受信ビームのどのセットが最も強い信号強度を有するかを決定し、この特定のビームセットを後続のステップの間のビーム検出のために使用して良い。
図３は、種々の実施形態に従う、基地局ビームを検出するＵＥ１０１を有する無線通信システムの図を示す。基地局１０２が複数のダウンリンクビーム形成参照信号３０１、３０２を特定の時間に順次送信するよう、及び検出した参照信号３０３がＵＥ１０１により受信されるよう示される。ＵＥ１０１は、参照信号セットの知識を有して良い。参照信号は、所定時間及び周波数リソースを用いて直交シーケンス（例えば、Ｚａｄｏｆｆ−Ｃｈｕ）により符号化されて良い。
例えば、第１ビーム形成参照信号３０１は、基地局１０２により時間ｔ１に送信されて良く、第２ビーム形成参照信号３０２は、基地局により時間ｔ２に送信されて良い。基地局１０２は、このとき、ＴＤＤモードで作動していて良い。各ビーム形成参照信号３０１、３０２は、セル１１０又は特定セクタ１２２の異なる角度領域をカバーする。ビーム形成参照信号３０１、３０２は、チャネル状態情報−参照信号（channel state information−reference signals、ＣＳＩ−ＲＳ）を有して良い。
各基地局１０２は、該特定のセル１１０によってのみ識別される複数の特定ＣＳＩ−ＲＳ３０１、３０２を割り当てられて良い。各参照信号３０１、３０２は、異なる方向に送信され、それ自身のそれぞれのビーム上に、可能なＵＥランダムアクセス動作のために基地局１０２が該それぞれの方向を監視しようとしている時間を示す関連する時間オフセット情報を含む。言い換えると、各参照信号は、その特定参照信号に関連付けられた異なる時間オフセット情報を有して良い。
時間オフセット情報は、ＵＥ１０１及び基地局１０２の両者に既知の基準時間からの特定時間単位を含んで良い。例えば、時間オフセットは、ＵＥ１０１及び基地局１０２の両者に知られている特定フレーム番号又はサブフレーム番号であって良い。
別の実施形態では、ＵＥ１０１がそれぞれの方向について自身の特定時間オフセットを選択できるように、基地局１０２は、複数の時間オフセットをＵＥ１０１へ送信して良い。基地局１０２は、したがって、基地局１０２がそれらの特定時間の各々で、時間オフセットのセットを含む参照信号３０１、３０２のそれぞれの方向を監視しようとしていることを、ＵＥ１０１に通知している。しかしながら、ＵＥ１０１は、自身の１つの選択された時間オフセットでのみ送信する。
時間オフセットがビーム３０１、３０２の全部について同じである、又はセル１１０若しくは特定セクタ内のビーム３０１、３０２の全部について固定パターンを有する場合、時間オフセットは、各ビームの中で示される代わりに、ＢＣＣＨでブロードキャストされて良い。
時間オフセットは、参照信号インデックスに埋め込まれることもできる。基地局１０２は複数の参照信号をブロードキャストすることがあり、各参照信号はビーム形成され１つのビーム方向にブロードキャストされるので、各参照信号はユニークな参照シーケンスインデックスにより識別される。したがって、ＵＥ１０１は、各特定の参照信号３０１、３０２を、それぞれの参照シーケンスインデックスにより識別できる。時間オフセットとそれぞれの参照シーケンスインデックスとの間のマッピングは、基地局１０２によりブロードキャストされるメッセージから、ＵＥ１０１により分かる。参照信号は、基地局により生成されたセル毎に又はセル内のセクタ毎に、ユニークであって良い。参照信号は、特定セル又はセクタ内のビーム毎にもユニークであって良い。
基地局がセル１１０全体又は任意の特定セクタ１２０、１２１、１２２をカバーするためにＮ個の狭ビームを形成すると仮定すると、参照信号は、アナログドメインビーム形成又はデジタルドメインビーム形成を用いて生成されて良い。アナログドメインでは、基地局が１つのアンテナアレイだけを備えられる場合、参照信号は、異なるビームを送信するためにタイムスロットを用いて時分割多重化されて良い。基地局が複数のアンテナアレイを備えられる場合、複数の参照信号は、異なるビーム方向にビーム形成され得る。後者の場合、全部の参照信号を送信するために少ない時間しか必要ない。デジタルビーム形成が基地局内で可能である場合、参照信号は、異なるサブキャリア又はリソースブロックを用いて周波数分割多重化されて良い。各参照信号は、異なるビーム方向に対応する直交ビーム形成ベクトルによりプリコードされる。
ｅＮＢ送信におけるアナログビーム形成の場合には、ＵＥ１０１は、Ｌ個の連続するタイムスロットの間、異なるビームから参照信号を検出する。ここで、Ｌは、Ｎと等しく又はそれより少なく、ｅＮＢがダウンリンクで同時にどれだけ多くのビームを形成できるかに依存する。さらに、ＵＥがＭ個のビームを形成できる場合、ＵＥ１０１が複数の受信機チェーンを有しない限り、ＵＥ１０１が１サイクルの検出を完了するのに、Ｌ＊Ｍ個のタイムスロットを要するだろう。Ｌパラメータは、ＢＣＣＨを介して基地局１０２から取得されて良い。
ｅＮＢ送信におけるデジタルビーム形成の場合には、ＵＥ１０１は、Ｎ個の異なるリソースブロック上の参照信号を検出する。ここで、異なるプリコーディング行列が各リソースブロックに適用される。各リソースブロックに埋め込まれた異なるビームの時間オフセットは、異なり得る。
ＵＥ１０１は、受信した参照信号から最良参照信号を検出すると、対応する時間オフセット情報を復号化する。一実施形態では、ＵＥ１０１は、アイドルモード又は接続モードで、このビーム検出を周期的に行う。ＵＥ１０１は、また、アイドルモード又は接続モードの間、ダウンリンクビーム品質を監視して良い。一実施形態では、ビームの品質は、ビームの測定信号対雑音比（signal−to−noise ratio、ＳＮＲ）又はビームの受信電力レベルのうちの１又は複数として定められて良い。
ＵＥ１０１が最高品質参照信号を決定する複数の方法が存在し得る。例えば、ＵＥ１０１は、受信した参照信号の全部を比較し、最高品質信号を選択して良い。別の例では、ＵＥ１０１は、受信電力閾又はＳＮＲ閾を有し、これらの閾のうちの１又は複数を超える最初の受信した参照信号を選択して良い。
図４は、種々の実施形態に従う、基地局１０２と競合に基づくランダムアクセスを実行するＵＥ１０１を有する無線通信システムの図を示す。同じセル内に、同じ要求を送信しようとしている多くの他のＵＥが存在し得るので、種々の他のＵＥから来る要求の間で衝突の可能性があり得る。この競合に基づくランダムアクセス手順における何らかの拡張は、このような衝突を軽減し又は防ぎ得る。
ＵＥ１０１は、プリアンブルシーケンスセットから予め選択されたランダムアクセス・プリアンブルシーケンス４０１を、さらに予め選択された（最良参照信号に対応する、又は特定参照信号のタイムスロットのセットからの）タイムスロットで送信する。上述のように、基地局１０２は、ＵＥ１０１により選択されたその特定ビーム４０２について該タイムスロットを監視する。基地局１０２がプリアンブルシーケンスを検出すると、基地局１０２は、同じビーム方向に、送信側ＵＥ１０１へランダムアクセス応答（random access response、ＲＡＲ）を送信する。基地局１０２は、次に、ＵＥ１０１からの追加送信について、このビーム４０２を監視する。
セル１１０内の衝突の可能性を低減するために、ＵＥは、特定ビーム４０２に関連付けられたプリアンブルシーケンスの比較的大きなセットから、自身のプリアンブルシーケンスを選択して良い。また、複数の時間オフセットが特定ダウンリンクビームに関連付けられる場合、ＵＥ１０１は、プリアンブルシーケンスを送信するために１つのタイムスロットをランダムに選択して良い。基地局１０２は、また、ランダムアクセスの試みを再試行する前に、ある時間期間の間バックオフするようＵＥ１０１に指示して良い。
基地局１０２へプリアンブルシーケンスを送信するためのＵＥ１０１の初期送信電力は、基地局からのフィードバックを使用しない開ループ送信電力推定に基づいて良い。開ループ電力制御は、基地局により送信される信号から取得した測定を用いて、ＵＥ送信電力を最初に設定する。初期送信電力は、指定ビーム４０２の中で経路損失のために調整されて良い。
ランダムアクセス手順が失敗し（例えば、基地局１０２からのフィードバックが無い）及びＵＥ１０１がランダムアクセス手順で同じダウンリンクビームを再び検出した又は複数の受信タイムスロットが参照信号の中で示される一実施形態では、ＵＥ１０１は、（例えばＢＣＣＨにより示されるような）所定電力レベルだけ自身の送信電力を増大し、ランダムアクセス手順を再び試みて良い。電力増加及び試みられるランダムアクセス手順は、ＵＥ１０１が成功する又は試みの閾に達するまで、何回も繰り返されて良い。
ランダムアクセス手順が失敗し及びＵＥ１０１が異なるダウンリンクビームを検出する別の実施形態では、ＵＥ１０１は、依然として前に示された初期電力設定を使用し、ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを再び送信することを試みて良い。この試みも失敗した場合、ＵＥ１０１は、所定量だけ自身の送信電力を増大し、成功又は試みの閾に達するまで、試みを繰り返して良い。
基地局１０２は、セル１１０全体又はセル１１０のセクタ１２０、１２１、１２２全体をカバーするＮ個の狭ビームを実質的に同時に監視する能力を有して良い。このような実施形態では、基地局１０２は、時間オフセットを無効指示（例えば、−１）に設定して良い。ＵＥ１０１が無効時間オフセットを検出すると、ＵＥ１０１は、いつでもランダムアクセス手順を開始して良い。このような実施形態では、基地局１０２は、該特定ＵＥ１０１と通信するために使用されるべきビーム／複数のビームを識別する。
基地局１０２がセル１１０又は特定セクタ１２０、１２１、１２２内で複数の狭ビームを形成する能力を有するが、セル１１０又はセクタ１２０、１２１、１２２全体をカバーできない場合、基地局１０２は、空間的に離れた（つまり、互いに隣接しない）受信ビームを実質的に同時に形成して良い。これは、より多くのＵＥが基地局１０２にアクセスすることを可能にし、競合の可能性を減じる。このような実施形態では、ＵＥ１０１は、上述のランダムアクセス手順（つまり、指定された時間オフセットで、検出されたダウンリンクビーム上で送信された選択されたプリアンブルシーケンス）に依然として従う。
ＵＥ１０１と基地局１０２との間の通信が検出されたビーム上で確立されると、上述のように、ビームは、セル１１０を又は異なるセルへ移動するとき、ＵＥにより追跡されて良い。ＵＥ１０１は、１つのビーム（つまり、サービングビーム）の領域を離れ、別のビーム（つまり、目標ビーム）へ移動して良い。この移動は追跡され、ＵＥ１０１と基地局１０２との間の通信のために使用されるビームは変更される。
図５は、種々の実施形態に従う、ＵＥ１０１と基地局１０２との間のビーム追跡を有する無線通信システムの図を示す。ＵＥ１０１は、接続モード及びアイドルモードの両方の間に、基地局１０２からの異なるビームの中の参照信号を検出することにより、ダウンリンクビームを周期的に監視する。ＵＥ１０１が移動すると、そのサービングビーム５００の信号品質は劣化することがある。ＵＥ１０１が（例えば、ＳＮＲ又は受信電力を通じて）高品質ビーム５０１、５０２を識別すると、検出処理は、目標ビーム５０１がサービングビーム５００と同じセル１１０内にあるか又は目標ビーム５０２が近隣セル５１０内にあるかどうかに依存して幾らか異なって良い。
目標ビーム５０１がサービングビーム５００と同じセル１１０内に位置する場合、ＵＥ１０１は、サービングビーム品質が通信のために依然として十分良好であるならばサービングビーム５００を通じて、又は（例えば、ＳＮＲ及び／又は受信信号電力により決定されるように）サービングビーム品質が信頼できる通信のためには低すぎるならば新たに検出した目標ビーム５０１を通じて、基地局１０２へビーム情報を送信して良い。ビーム情報は、目標ビーム５０１の参照信号インデックス、目標ビーム参照信号から検出された時間オフセット、又は参照信号インデックス及び時間オフセットの両方を含んで良い。後者の場合には、ＵＥ１０１がビーム５０１で基地局へ情報を送信することを基地局が知らないので、情報は、ランダムアクセス手順に従うことにより配信される。
目標ビーム５０１が同じＵＥ受信ビームをサービングビーム５００として調整する場合、基地局１０２は、ＵＥ１０１と通信するために目標ビーム５００に単に切り換え、又は空間ダイバーシチを活用するためにビーム５００、５０１の両方でダウンリンクデータを送信して良い。後者の場合には、基地局１０２及び／又はＵＥ１０１は、依然として全てのビームの信号品質を監視し、最低品質ビームをドロップして良い。ＵＥ１０１及び基地局１０２は、サービングビームとして新しい目標ビーム５０１を設定する際に、上述のような実質的に同様の処理を通る。
目標ビーム５０２が近隣セル５１０内に位置する場合、ＵＥは、サービング基地局１０２を通じて目標基地局５０３へのハンドオーバを要求する。目標基地局５０３とサービング基地局１０２との間のネットワーク接続５２０は、ＵＥ１０１を目標基地局５０３へ移す際に、２つの基地局１０２、５０３の間の通信のために使用されて良い。例えば、サービング基地局１０２は、ＵＥ１０１に関する任意の既知の情報を目標基地局５０３へ転送して良い。ＵＥ１０１及び目標基地局５０３は、サービングビームとして新しい目標ビーム５０２を設定する際に、上述のような実質的に同様の処理を通る。
図６は、種々の実施形態に従う、無線ネットワークにおけるＵＥによるビーム検出及び追跡のための方法のフローチャートを示す。ブロック６０１で、セル固有パラメータが、基地局（例えば、ｅＮＢ）から無線チャネルを介して受信される。セル固有パラメータは、ｍｍＷａｖｅ、ワイドビーム・ブロードキャストチャネルを介して送信され、複数のランダムアクセス・プリアンブルシーケンス情報を含んで良い。
ブロック６０３で、複数のダウンリンクビームが、基地局から検出される。各ダウンリンクビームは、関連する時間オフセット情報を含むそれぞれの参照信号を有する。
ブロック６０５で、ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスは、複数のダウンリンクビームのうちの選択されたダウンリンクビームの時間オフセット情報により示されるタイムスロットで基地局へ送信される。選択されたダウンリンクビームは、上述のように、その信号品質に基づき選択される。
図７は、種々の実施形態に従う、無線ネットワークにおける基地局におけるビーム検出及び追跡のための方法のフローチャートを示す。ブロック７０１で、セル固有パラメータは、無線チャネルを介してＵＥへ送信される。
ブロック７０３で、複数のダウンリンクビームが送信される。各ダウンリンクビームは、関連する時間オフセット情報を有するビーム形成参照信号を含む。各ダウンリンクビームは、各ダウンリンクビームと共に送信される複数の関連する時間オフセットを更に含んで良い。ブロック７０５で、ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスが、ダウンリンクビームのうちの選択された１つの時間オフセット情報により示される時間に、ユーザ機器から受信される。
図８は、種々の実施形態に従う、無線通信装置を示すブロック図である。通信装置８００は、ＵＥ、セルラ基地局（例えば、ｅＮｏｄｅＢ、ｅＮＢ）、アクセスポイント（access point、ＡＰ）、又は何らかの他の無線局の例示的な形式であって良い。例えば、通信装置８００は、コンピュータ、パーソナルコンピュータ（personal computer、ＰＣ）、タブレットＰＣ、ハイブリッドタブレット、パーソナルデジタルアシスタント（personal digital assistant、ＰＤＡ）、又は通信装置８００により行われるべき動作を指定する（シーケンシャル又は他の）命令を実行するよう構成された任意の装置の部分、であって良い。
用語「プロセッサに基づくシステム」は、ここで議論した方法のうちの任意の１又は複数を実行するために個別に又は協働で命令を実行するよう処理回路（例えば、制御部）により制御され又は作動される１又は複数の通信装置の任意のセットを含むと考えられるべきである。命令のセット又はシーケンスは、例示的な実施形態に従いここに議論された方法のうちの任意の１つを通信装置に実行させるために実行されて良い。
通信装置８００は、リンク８０８（例えば、バス）を介して互いに通信する、少なくとも１つの制御部８０２（例えば、中央処理ユニット（central processing unit、ＣＰＵ）、画像処理ユニット（graphics processing unit、ＧＰＵ）、又はそれらの両者、プロセッサコア、計算ノード、等）、メモリ８０４を含んで良い。通信装置８００は、ＵＥである場合、ディスプレイ装置８１０（例えば、ビデオ、ＬＥＤ、ＬＣＤ）及び英数字入力装置８１２（例えば、キーパッド、キーボード）を更に有して良い。一実施形態では、ディスプレイ装置８１０及び入力装置８１２は、タッチスクリーンディスプレイとして１つのユニットとして組み込まれて良い。
通信装置８００は、追加で、大容量記憶装置８１６（例えば、ドライブユニット、ハードディスクドライブ、固体ドライブ、光ドライブ）及びネットワークインタフェース装置８２０を有して良い。ネットワークインタフェース装置８２０は、図１に示したように、無線ネットワークチャネル８２６を介して通信するために、複数のアンテナ要素に結合された１又は複数の無線機（例えば、送信機及び受信機（通信機））を有して良い。１又は複数の無線機は、ここに開示されたビーム検出及び追跡方法を含む１又は複数の通信技術を用いて動作するよう構成されて良い。制御部の無線機及び複数のアンテナ要素との結合は、制御部がアンテナ要素を用いてビーム形成を制御することを可能にする。ネットワークインタフェース装置８２０は、有線ネットワークインタフェースも含んで良い。
記憶装置８１６は、本願明細書に記載の方法又は機能のうちの１又は複数を実施する又はそれにより利用される１又は複数のデータ構造及び命令セット８２４（例えば、ソフトウェア）が格納されたコンピュータ可読媒体８２２を有する。命令８２４は、通信装置８００による命令８２４の実行中に、メモリ８０４内に及び／又は制御部８０２内にも完全に又は少なくとも部分的に存在して良い。
コンピュータ可読媒体８２２は例示的な実施形態で単一媒体であるように図示されたが、用語「コンピュータ可読媒体」は、１又は複数の命令８２４を格納する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、中央又は分散型データベース、及び／又は関連キャッシュ及びサーバ）を含み得る。
実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちの１つ又はそれらの組合せで実施されて良い。実施形態は、本願明細書に記載の動作を実行するために少なくとも１つのプロセッサにより読み出され実行され得る、コンピュータ可読記憶装置に格納された命令として実施されて良い。コンピュータ可読記憶装置は、機械（例えばコンピュータ）により読み出し可能な形式で情報を格納する任意の非一時的メカニズムを含み得る。例えば、コンピュータ読み取り可能な記憶装置は、読み出し専用メモリ（read−only memory、ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（random−access memory、ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置及びその他の記憶装置及び媒体を包含し得る。幾つかの実施形態では、システムは、１又は複数のプロセッサを有して良く、コンピュータ可読記憶装置に格納された命令で構成されて良い。
実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、及びソフトウェアのうちの１つ又はそれらの組合せで実施されて良い。実施形態は、本願明細書に記載の動作を実行するために少なくとも１つのプロセッサにより読み出され実行され得る、コンピュータ可読記憶装置に格納された命令として実施されても良い。コンピュータ可読記憶装置は、機械（例えばコンピュータ）により読み出し可能な形式で情報を格納する任意の非一時的メカニズムを含み得る。例えば、コンピュータ読み取り可能な記憶装置は、読み出し専用メモリ（read−only memory、ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（random−access memory、ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置及びその他の記憶装置及び媒体を包含し得る。幾つかの実施形態では、システムは、１又は複数のプロセッサを有して良く、コンピュータ可読記憶装置に格納された命令で構成されて良い。
要約は請求項の範囲又は意味を解釈又は限定するために用いられるべきでないという理解と共に提供される。ここで、添付の請求項は、各請求項が別個の実施形態として存在するとして、詳細な説明に組み込まれる。
ここに記載の実施形態は、概して、無線ネットワークに関する。幾つかの実施形態は、概して、ミリ波無線ネットワークにおけるビーム検出に関する。

Claims (26)

  1. ｍｍＷａｖｅビーム検出及び追跡のための方法であって、前記方法は、
    基地局から、ブロードキャストチャネルを介して、既知の参照信号のセットを受信するステップと、
    前記基地局からの複数のダウンリンクビームを検出するステップであって、各ダウンリンクビームは関連する時間オフセット情報を含むそれぞれの参照信号を含む、ステップと、
    前記複数のダウンリンクビームのうち好ましいダウンリンクビームを決定し、前記好ましいダウンリンクビームの中に埋め込まれた前記時間オフセット情報を復号化するステップと、
    前記好ましいダウンリンクビームの前記時間オフセット情報により示されるタイムスロットで、前記基地局へランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを送信するステップと、
    を含む方法。
  2. 前記参照信号は、所定時間及び周波数リソースを有する直交シーケンスにより符号化される、請求項１に記載の方法。
  3. 既知の参照信号の前記セットは、前記基地局と隣接基地局との間で異なる、請求項１に記載の方法。
  4. 既知の参照信号の前記セットは、前記基地局により生成されるセルのセクタ間で異なる、請求項１に記載の方法。
  5. アイドルモード又は接続モードで、前記基地局又は第２基地局からの前記複数のダウンリンクビームを監視するステップ、を更に含む請求項１に記載の方法。
  6. 前記ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを送信する送信電力は、前記基地局からのフィードバックを使用しない開ループ送信電力制御に基づく、請求項１に記載の方法。
  7. 前記開ループ送信電力制御は、前記基地局からの信号からの測定を用いて前記送信電力を初期設定する、請求項６に記載の方法。
  8. 前記基地局からのフィードバックを検出するステップと、
    前記基地局からフィードバックが検出されない及び同じダウンリンクビームが再び検出されると、前記送信電力を増大するステップと、
    前記増大した送信電力により、前記基地局へ前記ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを再送信するステップと、
    を更に含む請求項６に記載の方法。
  9. 前記基地局からのフィードバックを検出するステップと、
    前記基地局からフィードバックが検出されない及び異なるダウンリンクビームが検出されると、前記の初期送信電力レベルで前記ランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを再送信するステップと、
    を更に含む請求項６に記載の方法。
  10. ｍｍＷａｖｅビーム検出及び追跡のための方法であって、前記方法は、
    無線チャネルを介してセル固有パラメータを送信するステップと、
    複数のダウンリンクビームを送信するステップであって、各ダウンリンクビームは関連する時間オフセット情報を有するビーム形成参照信号を含む、ステップと、
    前記複数のダウンリンクビームのうちの選択された１つの前記ダウンリンクビームの前記時間オフセット情報により示される時間に、ユーザ機器からランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを受信するステップと、
    を含む方法。
  11. 前記複数のダウンリンクビームのうちの各々からの前記関連するタイムスロット情報を監視するステップ、を更に含む請求項１０に記載の方法。
  12. 前記無線チャネルを介して前記セル固有パラメータを送信するステップは、ワイドビームブロードキャスト制御チャネルを介して前記セル固有パラメータを送信するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記セル固有パラメータを送信するステップは、複数のランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを送信するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
  14. 各ビーム形成参照信号と共に複数の関連する時間オフセットを送信するステップ、を更に含む請求項１０に記載の方法。
  15. 前記複数のダウンリンクビームは、それぞれ、前記基地局により異なる時間に順次送信される、請求項１０に記載の方法。
  16. 前記複数のダウンリンクビームは、時分割二重モードで送信される、請求項１０に記載の方法。
  17. 前記複数のダウンリンクビームは、周波数分割二重モードで送信される、請求項１０に記載の方法。
  18. 前記時間オフセット情報を無効指示に設定するステップ、を更に含み、
    前記時間オフセット情報により示される前記時間は、任意の時間である、
    請求項１０に記載の方法。
  19. ｍｍＷａｖｅビーム検出及び追跡のための方法であって、前記方法は、
    無線チャネルを介してセル固有パラメータを送信するステップと、
    複数のダウンリンクビームを送信するステップと、
    ブロードキャストチャネル（broadcast channel、ＢＣＣＨ）で時間オフセット情報をブロードキャストするステップと、
    前記複数のダウンリンクビームのうちの選択された１つの前記ダウンリンクビームの前記時間オフセット情報により示される時間に、ユーザ機器からランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを受信するステップと、
    を含む方法。
  20. 前記時間オフセット情報を無効指示に設定するステップ、を更に含み、
    前記時間オフセット情報により示される前記時間は、任意の時間である、
    請求項１９に記載の方法。
  21. 無線通信装置であって、
    複数のアンテナ要素に結合された無線機と、
    前記無線機及びアンテナ要素に結合された制御部であって、無線チャネルを介してｍｍＷａｖｅ基地局からセル固有パラメータを受信し、前記基地局からの複数のダウンリンクビーム形成信号を検出し、各ダウンリンクビーム形成信号は関連する時間オフセットを有するそれぞれの参照信号を含み、前記複数のビーム形成信号のうちの選択されたビームの前記時間オフセットにより示されるタイムスロットで、アップリンクビーム形成信号により前記基地局へランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを送信する、制御部と、
    を含む装置。
  22. 前記制御部は、前記無線機及び複数のアンテナ要素により、デジタルドメインビーム形成を実行する、請求項２１に記載の装置。
  23. 前記制御部は、前記無線機及び複数のアンテナ要素により、アナログドメインビーム形成を実行する、請求項２１に記載の装置。
  24. 無線通信局であって、
    複数のアンテナ要素に結合された無線機と、
    前記無線機及びアンテナ要素に結合された制御部であって、ワイドビーム無線チャネルを介してセル固有パラメータを送信し、複数のビーム形成参照信号を送信し、各ビーム形成参照信号はそれぞれの時間オフセットを有し、前記ビーム形成参照信号のうちの選択された１つの前記時間オフセットにより示される時間に、ユーザ機器からランダムアクセス・プリアンブルシーケンスを受信する、制御部と、
    を含む局。
  25. 前記制御部は、さらに、拡散利得を用いて前記セル固有パラメータの送信を制御する、請求項２４に記載の局。
  26. 前記制御部は、さらに、各ビーム形成参照信号に複数の時間オフセットを含める、請求項２４に記載の局。
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