TWI645735B - 適用於毫米波通訊系統之網路登錄方法、及使用該方法之用戶設備與基站 - Google Patents

適用於毫米波通訊系統之網路登錄方法、及使用該方法之用戶設備與基站 Download PDF

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TWI645735B
TWI645735B TW105139911A TW105139911A TWI645735B TW I645735 B TWI645735 B TW I645735B TW 105139911 A TW105139911 A TW 105139911A TW 105139911 A TW105139911 A TW 105139911A TW I645735 B TWI645735 B TW I645735B
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Abstract

提出一種網路登錄方法可應用於用戶設備，並且包括： 在毫米波頻帶中，M個毫米波時間單元上接收具有Q個識別碼的Q個掃描波束，其中每個毫米波時間單元中包括負載區和包括N個波束搜尋訊號的波束成形標頭區，其中每個波束搜尋訊號對應於Q個掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；藉由Q個掃描波束的波束搜尋訊號以確定用戶設備的最佳波束；在確定用戶設備的最佳波束之後，藉由Q個掃描波束的波束搜尋訊號，以確定Q個掃描波束中的最佳掃描波束；以及在毫米波頻帶中發送隨機存取前置碼。

Description

適用於毫米波通訊系統之網路登錄方法、及使 用該方法之用戶設備與基站
本揭露係有關於一種毫米波通訊系統的網路登錄方法以及使用該方法之用戶設備與基站。
首先，介紹毫米波的天線陣列孔徑。用於一般電磁波於高頻傳播時的效能通常比在低頻傳播時還差。例如，電磁波以較高的頻率傳輸時，常會出現嚴重的路徑損耗，故在靠近毫米波(Millimeter Wave，mmWave)頻率附近時，電磁波的衰減程度通常高於在靠近微波頻率附近時的衰減程度。圖1繪示了在此種情境下傳送器(TX)向接收器(RX)傳輸的電磁波，且因為毫米波的波長小於微波的波長，因此毫米波孔徑101比微波孔徑102還小。針對配置於接收器及傳送器兩者的全向式(omni-directional)天線，其接收功率(P r)可表示為： A eff為天線有效孔徑、λ為波長、P r為傳輸功率，且d為傳輸天線與接收天線之間的距離。電磁波的頻率與電磁波的波長呈反比關係，且電磁波的波長與天線的尺寸呈正比。例如，若傳播頻率為30GHz，則波長為10mm；若傳播頻率為60GHz，則波長為5mm，以此類推。
請參考圖1，可由公式(1)推算出當系統驅動於較高的頻率時，會導致較小的天線有效孔徑，也因此降低了接收功率。例如，使用毫米波系統時，傳輸頻率會由3GHz提升到30GHz，因而可能增加了20dB的額外損耗。在這種狀況下，可以使用大型的天線陣列來增加天線有效孔徑以補償損耗。另一方面，如限制了在樹林中的覆蓋範圍的植披損耗(Foliage Loss)以及豪雨造成的100公尺鏈路中嚴重的分貝(dB)損耗，這些額外的損耗可能會因為高頻操作的關係而需要更多的鏈路預算額度。
此外，因為使用了較高頻率傳播，毫米波訊號相較於微波訊號而言，可能會對一些物品的阻隔更加敏感，如金屬或磚牆。這會造成使用毫米波的室內網路被阻隔於室外的網路之外。上述現象可透過比較直視線(Line of Sight，LOS)環境與非直視線(Non Line of Sight，NLOS)環境來解釋。圖2繪示了相對於非直視線環境的直視線環境。具體而言，在直視線環境中傳播訊號比較像是在路徑損耗指數(Path Loss Exponent，PLE)約為2~3的自由空間中傳播。然而，在非直視線環境中傳播的訊號會比較弱、對環境也更加地敏感，且路徑損耗指數約為3~4。為了進行不失一般性的精確分析，建立通道模型時可能須一併考慮阻塞效應 (Blockage Effect)。
為達到更高的資料傳輸率，毫米波無線寬頻系統尤其須要考慮使用更大的頻寬。在這種系統中，擁有較大頻寬的通訊鏈路可能會出現較高的雜訊功率，因而導致較低的訊號雜訊比(Signal to Noise Ratio，SNR)。圖3繪示相對於微波中雜訊頻寬的毫米波中雜訊頻寬。如圖3所示，毫米波雜訊頻寬301會大於微波雜訊頻寬302。由50MHz提升至500MHz可能會額外增加10dB的雜訊功率。因此，毫米波通訊系統需要更大的增益以補償因使用較大型的天線陣列而造成的功率損耗。
針對毫米波通訊系統的波束成形操作，可有許多類型的波束成形的方案，包括圖4(a)所示的數位基頻波束成形、圖4(b)所示的類比基頻波束成形，以及圖4(c)所示的類比無線電頻率(Radio Frequency，RF)波束成形。考量到功率損耗及成本的問題，傳送器或接收器的無線電頻率鏈(RF Chain)數量可能會被限制。因此，圖4(c)所示的類比無線電頻率波束成形可能是毫米波通訊中的合適選擇。
圖5繪示不同傳輸波長的輻射方向圖(Radiation Pattern)的範例。一般來說，操作於波長介於公分範圍內的微波頻帶的通訊系統，趨向使用少量的天線。一個微波頻率天線501的輻射方向圖通常具有長距離、廣闊的視野(Field of View，FOV)覆蓋範圍，且通常適用於使用微波頻帶及少量的基站(Base Station，BS)天線以達到較高的接收SNR品質的3G/4G通訊系統。然而，這種 系統會因存在著小型基站而導致資料傳輸率降低。為了使用較大的頻寬以增加資料傳輸率，未來的通訊系統(如：5G系統)考慮使用毫米波頻帶。一個毫米波頻率天線502的輻射方向圖覆蓋了較短的距離；然而，毫米波輻射方向圖503可透過在相同傳輸功率下使用適進行於波束成形的毫米波天線陣列來擴大傳輸範圍。每個基站波束(或稱BS波束)504可具有不同的波束ID(Beam ID)。一般來說，使用小型天線陣列的毫米波通訊系統通常具有較短的傳輸距離以及廣闊的覆蓋範圍，而使用大型天線陣列的毫米波通訊系統通常具有較長的傳輸距離以及狹窄的覆蓋範圍。
毫米波通訊系統的傳輸架構可基於無線電存取介面區分類為兩種類型。第一類型為多重無線電存取技術(Multiple Radio Access Technology，multi-RAT)，第二類型為單一無線電存取技術(Single Radio Access Technology，Single-RAT)。圖6繪示第一類型及第二類型5G多重無線電存取技術的範例。第一類型的多重無線電存取技術(multi-RAT)系統具有至少兩種無線電存取技術，如長期演進技術(Long Term Evolution，LTE)系統及毫米波系統，兩者被合稱為LTE+mmWave整合系統，通訊時兩者可共存。例如，控制訊號可透過傳統的LTE通訊頻率傳輸，而用戶資料可透過毫米波通訊頻率傳輸。在這種情況下，可使用載波聚合(Carrier Aggregation，CA)的架構。用戶資料可使用例如次成分載波(Secondary Component Carrier，SCC)以透過毫米波頻帶傳輸，但控制訊號可使用例如主成分載波(Primary Component Carrier，PCC)以透過微波頻帶傳輸。網路登錄可使用PCC以透過釐米波(cmWave)執行，藉此，可以在大覆蓋範圍、高移動性及低SNR的環境下維持控制信令的成功檢測率。另一方面，屬於第二類型的單一無線電存取技術(Single-RAT)通訊系統在通訊應用中僅使用一種無線電存取技術，故Single-RAT通訊系統須使用毫米波頻帶傳輸用戶資料與控制訊號兩者。網路登錄透過毫米波頻帶上的載波執行。因此，須在小覆蓋範圍、低移動性及高SNR的環境下維持住控制信令的成功檢測率。為了補正這種問題，可使用波束成形(Beamforming)技術。
圖7繪示了傳統通訊系統(如4G LTE系統)的典型網路登錄程序。當開啟用戶設備UE(User Equipment)如步驟S701之後，用戶設備UE會執行時序/頻率同步(P-SCH & S-SCH)程序S702，細胞識別偵測(S-SCH&RS)程序S703，廣播訊號偵測(PBCH-MIB)程序S704，廣播訊號偵測(PDDCH/SI-RNTI-SIB1)程序S705與(PDDCH/SI-RNTI-SIB2)廣播訊號偵測程序S706中的至少一個程序。接著在步驟S711中，用戶設備UE藉由發送隨機存取前置碼(Random Access Preamble，RAP)到服務基站(Serving BS)，啟動隨機存取程序。基站BS可使用隨後在步驟S712中，發送至用戶設備UE的隨機存取前置碼RAP以計算時序提前(timing advance，TA)參數。在步驟S712中，藉由發送隨機存取回應(Random Access Response，RAR)回傳至用戶設備UE，而使基站BS回應用戶設備UE。隨機存取回應RAR包括多 個參數，如TA，上行授權(Uplink Grant，或稱UL Grant)，以及TC-RNTI。步驟S713中，用戶設備UE藉由發送一組訊息至基站BS以啟動網路競爭，其中該訊息至少包括40位元的S-TMSI訊號。在步驟S714中，基站BS會藉由發送一組至少包括C-RNTI的競爭解決訊息，通知用戶設備UE。然後C-RNTI可以被用戶設備UE用於對其資料封包進行解碼。
值得注意的，如圖7所示中並沒有與波束相關的處理。舉例說明，一般LTE系統中，參考訊號由基站BS發送至用戶設備UE以及後續的信令交換(如步驟S711~S714)都使用全向式的訊號。然而，對於在毫米波頻率下使用波束成形技術傳輸控制信令及資料信令兩者的通訊系統而言，現有的傳輸方案並不足夠。
本揭露提供一種毫米波通訊系統的網路登錄方法以及相關裝置。
根據本揭露的一實施例，本揭露提出一種由毫米波(mmWave)通訊系統基站BS所使用的網路登錄方法。該方法將包括不限於：在毫米波頻帶內，在M個毫米波時間單元上發送具有Q個識別碼的Q個掃描波束，其中每個毫米波時間單元中包括負載區和包括N個波束搜尋訊號(BSS)的波束成形(BF)標頭區，其中每個波束搜尋訊號對應於Q個掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q； 在毫米波頻帶內，接收隨機存取前置碼(RAP)響應於發送所述多個毫米波時間單元；在毫米波頻帶內自Q個基站掃描波束中，根據隨機存取前置碼，判斷單一該掃描波束；以及通過一個掃描波束發送隨機存取回應(RAR)。
根據範例性實施例之一，本揭露提出了由毫米波(mmWave)通信系統的用戶設備(UE)所使用的網路登錄方法。該方法將包括不限於：在毫米波頻帶中，M個毫米波時間單元上接收具有Q個識別碼的Q個掃描波束，其中每個毫米波時間單元中包括負載區和包括N個波束搜尋訊號(BSS)的波束成形(BF)標頭區，其中每個波束搜尋訊號對應於Q個掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；藉由Q個掃描波束的波束搜尋訊號以確定用戶設備的最佳波束；在確定用戶設備的最佳波束之後，藉由Q個掃描波束的波束搜尋訊號，以確定Q個掃描波束中的最佳掃描波束；以及通過用戶設備的最佳波束在毫米波頻帶中發送隨機存取前置碼(RAP)。
根據本揭露的一實施例，本揭露提出了基站BS，包括不限於：傳送器，用以在毫米波頻率中操作；接收器，用以在毫米波頻率中操作；以及處理器，耦接到傳送器和接收器，並且被配置為至少用於：藉由使用傳送器在毫米波頻帶內，M個毫米波時間單元上發送具有Q個識別碼的Q個基站掃描波束，其中每個毫米波時間單元包括負載區和包括N個波束搜尋訊號(BSS)的波束成形(BF)標頭區，其中每個BSS對應於Q個基站掃描波束中 的不同的一個基站掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；響應於發送多個毫米波時間單元，藉由使用接收器，在毫米波頻帶內，接收隨機存取前置碼(RAP)；藉由隨機存取前置碼，從Q個基站掃描波束中確定出一個基站掃描波束；以及藉由傳送器，使用基站排程波束來發送隨機存取回應(RAR)。
根據本揭露的一實施例，本揭露提出了一種用戶設備(UE)，包括不限於：傳送器，用以在毫米波頻率中操作；接收器，用以在毫米波頻率中操作；以及處理器，耦接到傳送器和接收器，並且被配置為至少用於：藉由使用傳送器在毫米波頻帶內，M個毫米波時間單元上接收具有Q個識別碼的Q個掃描波束，其中每個毫米波時間單元包括負載區和包括N個波束搜尋訊號(BSS)的波束成形(BF)標頭區，其中每個波束搜尋訊號對應於Q個掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；藉由Q個掃描波束的波束搜尋訊號，確定用戶設備的最佳波束；在確定用戶設備的最佳波束之後，藉由Q個掃描波束的波束搜尋訊號，確定Q個掃描波束中的最佳掃描波束；以及藉由傳送器，在毫米波頻帶內發送一隨機存取前置碼(RAP)。
為使本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合圖式作詳細說明如下。應當理解，前面的一般描述和以下詳細描述都是示例性的，並且旨在提供對所要求保護的本揭露的進一步解釋。
應當理解，然而，該概要可能不包含本揭露的所有方面和實施例，因此並不意味著以任何方式進行限製或限制。本揭露還包括對本領域技術人員顯而易見的改進和修改。
包括圖式用以提供對本揭露的進一步理解，並且圖式被併入並構成本說明書的一部分。圖式示出了本揭露的實施例，並與說明書一起用於解釋本揭露的原理。
101‧‧‧毫米波孔徑
102‧‧‧微波孔徑
301‧‧‧毫米波雜訊頻寬
302‧‧‧微波雜訊頻寬
501‧‧‧單一微波頻率天線
502‧‧‧單一毫米波單頻天線
503‧‧‧毫米波波束成形
504‧‧‧具有q識別碼的第q個波束
1001、1101、1201、1503、1710、1800‧‧‧波束成形標頭
1002、1102、1202、1506、1720‧‧‧負載區
1401、1402‧‧‧時隙
1501‧‧‧M個無線電訊框
1502、1505‧‧‧基站掃描波束
1504、1605、1901~1905‧‧‧訊框
1601、1701、BSS‧‧‧波束搜尋訊號
1602、1702、CSS‧‧‧細胞搜尋訊號
1700‧‧‧毫米波時間單元
1703、BCS‧‧‧廣播訊號
1704、RAP‧‧‧隨機存取前置碼
1730、1801‧‧‧下行波束成形標頭
1740、1803‧‧‧上行波束成形標頭
1802、S‧‧‧特殊子訊框
1804‧‧‧下行導引時隙
1805‧‧‧上行導引時隙
1911、1912‧‧‧用戶設備波束
2001‧‧‧最佳用戶設備波束
2801、2811‧‧‧處理單元
2802、2812‧‧‧傳送器
2803、2813‧‧‧接收器
2804、2814‧‧‧天線陣列
S701~S706、S711~S714‧‧‧步驟
S901、S902‧‧‧步驟
S2501~S2508‧‧‧步驟
S2601~S2507‧‧‧步驟
S2701~S2708‧‧‧步驟
S2801~S2804、S2811、S2814‧‧‧步驟
5G‧‧‧第5代移動通信系統
AGC‧‧‧自動增益控制
BF‧‧‧波束成形
BS‧‧‧基站
C-RNTI‧‧‧細胞無線電網路暫時識別碼
D、DL‧‧‧下行
DAC‧‧‧數位類比轉換器
DwPTS‧‧‧下行導引時隙
LOS‧‧‧直視線
LTE‧‧‧長期演進技術
LTE-A‧‧‧先進長期演進技術
NER‧‧‧網路登錄響應
NLOS‧‧‧非直視線
PA‧‧‧功率放大器
PDCCH‧‧‧實體下行控制通道
PDSCH‧‧‧實體下行共享通道
PL‧‧‧負載區
PSTN‧‧‧公共交換電話網
PUSCH‧‧‧實體上行共享通道
RA-RNTI‧‧‧隨機存取無線電網路暫時識別碼
RAC‧‧‧隨機存取前確認
RACH‧‧‧隨機存取通道
RAR‧‧‧隨機存取回應
RAT‧‧‧無線電存取技術
RX‧‧‧接收器
SF‧‧‧子訊框
SFN‧‧‧系統訊框編號
S-TMSI‧‧‧SAE移動用戶暫時識別碼
TA‧‧‧時序提前
TC-RNTI‧‧‧臨時細胞無線電網路暫時識別碼
TX‧‧‧傳送器
U、UL‧‧‧上行
UE‧‧‧用戶設備
UpPTS‧‧‧上行導引時隙
圖1繪示接收器中相對於微波孔徑的毫米波孔徑的範例。
圖2繪示相對於非直視線環境的直視線環境。
圖3繪示相對於微波中雜訊頻寬的毫米波中雜訊頻寬。
圖4繪示適用於無線通訊系統的多種類型的波束成形傳送器。
圖5繪示不同傳輸波長的輻射方向圖的範例
圖6繪示多重無線電存取技術通訊系統的範例。
圖7繪示傳統通訊系統的一般網路登錄程序。
圖8為依據本揭露的一實施例所繪示的毫米波通訊系統的範例。
圖9為依據本揭露的一實施例所繪示的第二類型的毫米波通訊系統的毫米波通訊程序。
圖10為依據本揭露的一實施例所繪示的毫米波通訊系統的可調式訊框(Frame)架構。
圖11為依據本揭露的一實施例所繪示的基於分時長期演進(LTE Time-Division Duplex，或稱LTE TDD)技術的毫米波無線電訊框。
圖12為依據本揭露的一實施例所繪示的使用分時雙工技術的可調式毫米波無線電訊框。
圖13為依據本揭露的一實施例所繪示的使用分時雙工技術的可調式毫米波無線電訊框。
圖14為依據本揭露的一實施例所繪示基於LTE的分時雙工技術的毫米波訊框架構的範例。
圖15為依據本揭露的一實施例所繪示的夾帶了波束成形資訊的毫米波訊框。
圖16為依據本揭露的一範例性實施例所繪示透過掃描波束傳輸週期性信令。
圖17依據本揭露之一範例性實施例中所繪示的在網路登錄階段期間使用的毫米波訊框架構之示例。
圖18為依據本揭露的一範例性實施例所繪示的波束成形標頭。
圖19為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，在網路登錄階段中，在用戶設備UE波束擷取期間的基站BS掃描波束掃描和用戶設備UE掃描波束掃描。
圖20為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，在網路登錄階段中，在用戶設備UE波束擷取之後的基站BS掃描波束掃描和用 戶設備UE掃描波束掃描。
圖21為依據本揭露的一範例性實施例所繪示的對波束成形標頭中的基站掃描波束的數量盲測。
圖22為依據本揭露的一範例性實施例所繪示偵測波束成形標頭中的基站BS掃描波束數量的最短盲測時間的範例。
圖23為依據本揭露的一範例性實施例所繪示的具有波束處理功能的網路登錄程序。
圖24為依據本揭露的一範例性實施例所繪示的網路登錄程序的時間關係。
圖25為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，具有波束處理功能的網路登錄程序的流程圖。
圖26為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，從基站BS的角度來看的具有波束處理功能的網路登錄程序的流程圖。
圖27為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，從用戶設備UE的角度來看的具有波束處理功能的網路登錄程序的流程圖。
圖28A為依據本揭露的一範例性實施例所繪示的基站BS硬體的功能方塊圖。
圖28B為依據本揭露的一範例性實施例所繪示的用戶設備UE硬體的功能方塊圖。
圖28C為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，從基站BS的角度來看的毫米波通訊系統網路登錄方法。
圖28D為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，從用戶設備 UE的角度來看的毫米波通訊系統網路登錄方法。
請將詳細參考本發明的示例性實施例，其示例在圖式中示出。在可能的情況下，在圖式和說明書中使用相同的圖式標記來指代相同或相似的部件。
本揭露涉及一種毫米波通訊系統的網路登錄方法以及相關裝置。本揭露提出一種分時雙工(Time Division Duplexing，TDD)毫米波訊框架構，其包括了波束成形標頭(Beamforming Header，或稱BF標頭)以及BF標頭之後的負載(Payload，PL)區。BF標頭包括但不限於下行(Downlink，DL)區及上行(Uplink，UL)區。BF標頭提供的功能包括但不限於進行隨機存取時的(基站/用戶設備的)波束擷取(Beam Acquisition)、自動增益控制(Automatic Gain Control，AGC)、時序/頻率同步、細胞識別(Cell Identification)、系統資訊(System Information，SI)配置以及時序提前(Timing Advance，TA)設定。當進行網路登錄時，可基於波束搜尋訊號(Beam Search Signal，BSS)的自相關性以執行UE波束擷取。接著，在偵測到最佳UE波束之後，可偵測出時序並可設定AGC。隨後，可將AGC固定，並可完成BS波束擷取。當偵測到最佳BS波束時，便可維護AGC及偵測出頻率偏移(Frequency Offset)。接下來，可執行細胞識別，且可取得SI。此外，也可針對隨機存取(Random Access，RA)設定時序提前。
圖8依據本揭露的一實施例繪示毫米波通訊系統的範例。參照圖8可知，毫米波無線通訊可包括一或多個細胞(如：細胞i、細胞j、細胞k)，每個細胞位於基站(如：基站i、基站j、基站k)的覆蓋範圍內，且包括一或多個行動基地台(Mobile Station，MS，或稱UE)，每個MS至少由一個BS服務。可以假設BS及UE都具有多個天線，故BS及UE都具有進行波束成形的能力。為簡易起見，假設BS使用Q個波束且UE使用P個波束。BS及UE可分別透過所述Q個波束及所述P個波束以傳送/接收資料封包及多種訊號。毫米波無線通訊系統也可包括數個公共交換電話網(Public Switched Telephone Networks，PSTNs)、封包資料伺服器/閘道以及移動管理實體(Mobility Management Entities，MMEs)。BS可透過一或多個(核心)網路或互聯網以使用X2界面連接到至少一個PSTN或封包資料伺服器/閘道。當接受到Q個波束的任一個波束時，UE可判斷對應於所接收波束的波束ID。嵌入於BSS的波束ID可透過BS掃描波束傳輸。須注意的是，各細胞(如：細胞i、細胞j、細胞k)可能使用同一組波束ID。
圖9依據本揭露的一實施例繪示只使用毫米波無線電存取技術(第二類型)的通訊系統的毫米波通訊程序。本揭露提出的毫米波通訊系統可包括至少兩個階段。第一階段為網路登錄階段901，而第二階段為UE連結階段902。在網路登錄階段901時，可在網路登錄程序中透過使用BS掃描波束(Scan Beam，或稱控 制波束)及排程波束(Schedule Beam，或稱資料波束)以完成波束擷取、時序/頻率同步以及細胞識別(包括細胞搜尋)。當UE啟動後，UE會進入網路登錄階段901，獲取欲連接細胞的系統資源，並進行隨機存取程序。當隨機存取程序完成後，UE會進入UE連結階段902。在UE連結階段902時，可以在UE連結後透過僅使用BS掃描波束以完成波數追蹤/波束排程，並透過使用BS排程波束以完成資料封包傳輸。
圖10依據本揭露的一實施例繪示毫米波通訊系統的訊框架構。訊框架構可包括但不限於BF標頭1001以及負載區1002。BS掃描波束及BS排程波束可分別使用於BF標頭1001及負載區1002。透過使用BS掃描波束，可以在BF標頭1001中進行波束擷取、波束追蹤、細胞識別(包括細胞搜尋)以及同步。透過使用BS排程波束，可以在負載區1002中進行DL/UL封包資料傳輸的波束排程。
圖11依據本揭露的一實施例繪示基於LTE TDD技術的毫米波無線電訊框。毫米波無線電訊框可劃分為十個子訊框(Subframe，SF)或任意數量的子訊框。在圖11的範例中，約前3個子訊框可配置於BF標頭1101，且通常可包括DL子訊框及/或UL子訊框及/或特殊子訊框(Special Subframe)。其餘約7個子訊框可記置於負載區1102，且也包括了可由網路或BS配置的DL子訊框及/或UL子訊框及/或特殊子訊框。此外，在圖11的範例中，D、S及U分別表示DL、特殊(Special)及UL子訊 框。須注意的是，由D切換至U時，S可出現在D之後且在U之前，但由U切換至D時，S通常不會出現。
圖12依據本揭露的其中一個實施例繪示使用TDD技術的可調式毫米波無線電訊框。在本實施例中，BF標頭1201可以是固定的結構，且可包括例如D、S及U。然而，其餘位於負載區1202的7個子訊框可依據用戶需求、通道狀態及/或網路能力來調整組態。這將意味著，例如當7個子訊框的任一個子訊框被配置為DL子框訊時，此DL子框訊時可透過網路或BS改變為UL子框訊或特殊子框訊。
圖13依據本揭露的其中一個實施例繪示使用TDD技術的可調式毫米波無線電訊框的範例。可將查找表儲存於記憶體中並記錄多種DL-UL組態。此表與目前的LTE DL-UL組態表相似，但訊框會被區分為BF標頭區以及之後的負載區。BF標頭包括了數個BF標頭子訊框，如本實施例中有3個，而負載區則包括了數個負載區子訊框。
圖14依據本揭露的其中一個實施例繪示使用基於LTE TDD技術的毫米波訊框架構的範例。在本實施例中，為期2ms的毫米波訊框可被區分為10個毫米波子訊框(Sub-mmWave Frame)或10個子訊框，各個為期0.2ms的子訊框可包括兩個時隙(如：1401、1402)且各個時隙(如：1401)可進一步地被區分為33個OFDM符號。在所述的兩個時隙中，第一個OFDM符號的循環冗餘(Cyclic Prefix，CP)長度(可例如是0.347μs)可與其餘OFDM 符號的長度(可例如是0.25μs)不同。明顯地，本領域技術人員可依據不同的設計需求改變各個子訊框、時隙及符號的持續時間以及數量。
圖15依據本揭露的其中一個實施例繪示夾帶了波束成形資訊的毫米波訊框。首先，假設BS傳送具有Q個不同序列的Q個掃描波束且各個掃描波束分別具有不同的ID，即共有Q個不同的ID。此外，假設Q個掃描波束可在M個毫米波無線電訊框(如：1501)中被清楚地定義並依序被傳送，且無線電訊框(如：1501)中的各個BF標頭(如：1503)被配置N個掃描波束，其中N=Q/M。每M個毫米波無線電訊框可重覆一次所述Q個波束的配置。本實施例中的參數‘M’可以是Q個BS掃描波束的信標週期(Beacon Period)。因此，BS掃描波束mN~(m+1)(N-1)可以在訊框nf+m的BF標頭中傳送，其中m=0,1,2等等。在本實施例中，BS掃描波束0~N-1(如：1502)可以在訊框nf 1504的BF標頭1503中傳送，BS掃描波束N~2N-1(如：1505)可以在訊框nf+1的BF標頭中傳送，以此類推。另一方面，針對本實施例中負載區1506的排程波束而言，Q個排程波束中僅有一個排程波束可以在預設的期間內，依據用戶需求、通道狀態、網路能力等因素而被BS自由地調度及選擇性地傳輸。
圖16依據本揭露的其中一個實施例繪示透過掃描波束傳輸週期性信令。週期性信令具有例如是行為的信標且是由BS傳輸到至少一個UE。由圖16可知在各個訊框中(如：訊框nf 1605)， 「波束搜尋訊號(BSS)1601」及「細胞搜尋訊號(CSS)1602」可被配置於BF標頭中，並由BS透過掃描波束傳輸至所述的至少一個UE。具有波束ID且信標週期為M個訊框的BSS 1601可被用以進行波束擷取或是用以在網路登錄模式(階段)901中進行波束搜尋、波束追蹤(如：進行波束搜尋以在UE連結模式(階段)902時進行資料傳輸)以及時序/頻率同步。具有細胞ID(Cell ID)且信標週期為一個訊框的CSS 1602可被用以進行細胞識別以及時序/頻率同步(若有需要)。BSS 1601及CSS 1602可具有不同的序列格式，也就是說，細胞序列的生成與波束序列的生成兩者之間是互相獨立的。此外，由前述內容可知，各個細胞可具有Q個BS波束以及同組Q個波束序列。
圖17依據本揭露之一範例性實施例中所繪示的在網路登錄階段期間使用的毫米波訊框架構之示例。在此實施例中，藉由在網路登錄階段期間從基站BS向用戶設備UE發送的掃描波束，可以在波束成形BF標頭中分配與發送多數個週期性訊號。在此實施例中，單一個毫米波時間單元1700的重複毫米波訊框架構包括但不限於經由基站BS依序掃描的掃描波束所發送之波束成形BF標頭1710，以及經由基站BS調度的排程波束所發送的負載區PL 1720。波束成形BF標頭1710包括不限於下行波束成形BF標頭1730和上行波束成形BF標頭1740。下行波束成形BF標頭1730包括不限於波束搜尋訊號BSS 1701、細胞搜尋訊號CSS 1702以及廣播訊號BCS 1703。上行波束成形BF標頭1740包括不限於隨機 存取前置碼RAP 1704。
在此實施例中的波束搜尋訊號(BSS)1701被表示為S BSS,q ，其中0 q Q-1，其中每M個訊框時，下行波束成形BF標頭1730中的波束識別碼q可透過基站BS掃描波束q以由基站BS發送到用戶設備UE，以執行包括用於波束擷取的基站BS波束識別碼偵測、用戶設備UE的自動增益控制(AGC)以及時序或頻率同步化。波束搜尋訊號BSS的特性包括在時域中重複於下行波束成形BF標頭1730，或是在頻域中降頻取樣。同一組Q個BBS可被不同細胞區的BS跨細胞區使用。細胞搜尋訊號(CSS)1702被表示為S CSS,i ，0 i S-1，其中細胞識別碼i可以由基站BS在下行波束成形BF標頭1730中，經由基站BS掃描波束於每一個訊框時發送到用戶設備UE。細胞搜尋訊號CSS的目的包括細胞識別碼偵測。每個細胞搜尋訊號CSS將對應於Q個掃描波束中之其一，並且N個發送中的每個細胞搜尋訊號CSS具有相同的細胞識別碼。
被表示為S BCS 的廣播訊號(BCS)1703可由基站BS在下行波束成形標頭1730中，經由基站BS掃描波束於每一時間單元發送至用戶設備UE以用於系統資訊偵測(如藉以獲得系統頻寬組態或用於負載區1720的TDD DL/UL組態)。隨機存取前置碼(RAP)1704是競爭式的隨機存取前置碼RAP並且被表示為S RAP ，其可以藉由上行波束成形BF標頭(如1740)中的用戶設備UE，經由(最佳)基站BS掃描波束發送每一個訊框到基站BS以 用於時序提前(TA)計算。
對於圖17的實施例，在網路登錄模式901中，數個週期性訊號可被配置於BF標頭1701中並透過由BS發送至UE的掃描波束傳輸。每個毫米波時間單元(如：1700)可以是訊框、子訊框、時隙、一或多個OFDM符號等等的形式。下行週期訊號可包括不限於波束搜尋訊號BSS 1701，細胞搜尋訊號CSS 1702，以及廣播訊號BCS 1703等等。
波束搜尋訊號BSS 1701的產生獨立於細胞搜尋訊號CSS 1702。波束搜尋訊號BSS 1701可以在時域中的下行波束成形標頭1730中重複多次，或者在頻域中降頻取樣。一個波束搜尋訊號BSS可以由每個基站BS波束的一個唯一碼表示，但是同一組的多個波束搜尋訊號BSS可以在多個基站BS上被使用。對於細胞搜尋訊號CSS 1702，相同的細胞搜尋訊號CSS 1702也可以在每個基站BS掃描波束中傳輸。響應於多個從基站BS發送的下行週期訊號，一個或多個用戶設備UE可以在網路登錄模式901中，使用其掃描波束接收在下行波束成形標頭1730中的每個基站BS掃描波束傳輸的下行週期訊號。換句話說，用戶設備UE還依序掃描其掃描波束，以偵測來自於基站BS的發送。假設在下行波束成形標頭(如1730)中使用的基站BS掃描波束數量被表示為N，其中(1≦N≦Q)，在每個基站BS掃描波束的傳輸中使用之用戶設備UE掃描波束數量可以表示為L，其中(1≦L≦P)。參數L可以由用戶設備UE知道，但由於用戶設備UE於每個基站BS掃描波束的傳輸 依序掃描其掃描波束，因此參數L對於基站BS而言是未知的。在每個基站BS掃描波束的傳輸中，任何下行波束成形標頭(例如1730)中的的用戶設備UE掃描波束L(L=1,2,...,P)可以由用戶設備UE決定，並不須知會基站BS。用戶設備UE會執行掃描週期為K=MP/L時間單元的掃描波束掃描。
圖18是根據本揭露之一實施例所繪示的波束成形BF標頭。除了將波束搜尋訊號BSS、細胞搜尋訊號CSS和廣播訊號BCS配置於下行波束成形標頭(例如1730)之外，也可將這些訊號配置於下行特殊子訊框且可從任意一個基站BS掃描波束開始進行。請參照圖18，圖18繪示了毫米波無線電訊框的波束成形BF標頭1800，波束成形BF標頭1800可包括不限於下行波束成形標頭1801、特殊子訊框1802以及上行波束成形標頭1803。隨機存取前置碼RAP可配置於上行波束成形標頭1803或是特殊子訊框1802的上行部分中，且可從任意一個基站BS掃描波束開始進行。基站BS可週期地並依序地掃描多個可被使用的基站BS掃描波束。下行波束成形標頭1801內掃描波束數量可以與上行波束成形標頭1803內的相同。然而，用於在特殊子訊框1802的下行傳輸(如：下行導引時隙，或稱Downlink Pilot Time Slot、DwPTS)或上行傳輸(如：上行導引時隙，或稱Uplink Pilot Time Slot、UpPTS)的掃描波束數量可與下行波束成形標頭1801或上行波束成形標頭1803內的掃描波束數量相同或相異。
值得注意的是，將DL切換至UL須要使用保護時間 (Guard Period，GP)。下行波束成形標頭1801或上行波束成形標頭1803可被區分為N個區，mN~(m+1)N-1，其中0mM-1，若每個下行波束成形標頭1801或上行波束成形標頭1803皆使用N個BS基站掃描波束，則N個區中的每個區可以透過N個基站BS掃描波束中的其中一個獨特的波束來傳送。在種這情況下，波束搜尋訊號BSS、細胞搜尋訊號CSS以及廣播訊號BCS可透過N個區中的每一個區的下行波束成形標頭180傳輸，而隨機存取前置碼RAP可透過N個區中的每一個區的上行波束成形標頭1803傳輸。基站BS波束識別碼為(mN+n)的第(mN+n)個波束搜尋訊號BSS可以透過Q個掃描波束中的第(mN+n)個掃描波束傳輸，其中0mM-1，0nN-1且MN=Q。
圖19示出根據本揭露之一實施例，在網路登錄模式901中的用戶設備UE波束擷取期間的基站BS掃描波束掃描和用戶設備UE掃描波束掃描。對於此實施例，假設Q個掃描波束由基站BS使用，P個掃描波束由用戶設備UE使用。Q個基站BS掃描波束可以被BS依序掃描到，使得波束0~N-1可以由基站BS在訊框nf 1901中的波束成形標頭被發送，波束N~2N-1可以由基站BS在訊框nf+1 1902中的波束成形標頭被發送等等。另一方面，用戶設備UE波束0 1911可以由用戶設備UE在訊框nf 1901~nf+M-1 1903中的波束成形標頭中依序被發送，用戶設備UE波束1 1912可以在訊框nf+M 1904~nf+2M-1 1905中的波束成形標頭中依序被發送等等，其中Mmax=Q。在此實施例中，用戶設備UE掃描波束的信標週期大於基站BS掃描波束的信標週期，儘管這不一 定必要的情況。
圖20示出了根據本揭露的另一個範例性實施例的在網路登錄模式901中，在用戶設備UE波束擷取之後的基站BS掃描波束掃描和用戶設備UE掃描波束掃描。對於該範例性實施例，假設Q個掃描波束由基站BS使用，P個掃描波束由用戶設備UE使用。Q個基站BS掃描波束可以由基站BS依序掃描，以使波束0~N-1可被基站BS在訊框nf的波束成形標頭中被發送，波束N~2N-1可被基站BS在訊框nf++1的波束成形標頭中被發送，等等。然而，對於該範例性實施例，最佳(優選)用戶設備UE波束2001被選擇(並且不從用戶設備UE波束0，用戶設備UE波束1等依序被掃描)並且在最佳或優選用戶設備UE掃描波束2001已經被識別之後，在波束成形標頭中被用戶設備UE所使用，直到用戶設備UE移出當前用戶設備UE掃描波束的視野(Field of View，FoV)。在該範例性實施例中，用戶設備UE掃描波束的信標週期大於BS掃描波束的信標週期，儘管這不一定必要的情況。
在網路登錄模式901期間檢測BS掃描波束的數量將被述明如下。雖然基站BS掃描波束Q的總數可以是固定的並且對於用戶設備UE是已知的，但是在網路登錄模式901開始時，在波束成形標頭N中的基站BS掃描波束的數量對於用戶設備UE而言可能是未知的。因此，首先用戶設備UE可能需要盲測在波束成形標頭N中的基站BS掃描波束的數量。利用該資訊，可以在網路登錄模式901期間成功地執行波束擷取、細胞識別、同步化、系統 資訊偵測等。圖21繪示出根據本公開的範例性實施例之一，對波束成形標頭中的基站掃描波束的數量盲測。在用戶設備UE位置所接收到的波束搜尋訊號BSS的自相關性輸出，可基於如先前如圖19所示的基站BS與用戶設備UE波束掃描機制，用於波束成形標頭N中的盲測，如圖21所示，其中用戶設備UE波束的信標週期大於基站BS波束的信標週期。請參考圖21，在圖21中，假設基站BS和用戶設備UE分別使用Q=8個波束和P個波束，對於N有四個假設：(1)M=8,N=1,(2)M=4,N=2,(3)M=2,N=4以及(4)M=1,N=8。對於每個假設，在用戶設備UE波束擷取期間，用戶設備UE波束的信標週期是TBP，UE=MP，L=1。以如圖21所示之假設3(例如，M=2，N=4)為例，可得知用戶設備UE波束的信標週期是TBP,UE=MP=2P。
根據圖21所示的示例性實施例，可得知在用戶設備UE波束擷取期間，用戶設備UE波束的信標週期是TBP,UE=MP，因此盲測時間TBD將是用戶設備UE波束的最大信標週期αTBD,UE,max的倍數，即TBD=αTBD,UE,max，其中α=1、2、...，以及TBD,UE,max=MmaxP=QP。這是由於需要所接收的波束搜尋訊號BSS的自相關性輸出的足夠的統計值(如“可靠”波峰的數量)，以確保在盲測中的成功擷取率。可靠波峰被定義為在預定保護範圍內的波峰值。盲測時間的最小要求可以是TBD=TBD,UE,max(即α=1)。
圖22繪示了根據本揭露之一範例性實施例，用於檢測波束成形標頭中的BS掃描波束的數量的最小盲測時間的示例。類似 於圖21，假設基站BS和用戶設備UE分別使用Q=8個波束和P個波束，對於N有四個假設：(1)M=8,N=1,(2)M=4,N=2,(3)M=2,N=4以及(4)M=1,N=8。對於該範例性實施例，在這種情況下的最小盲測時間可以是TBD,min=TBP,UE,max=MmaxP=QP=8P。
圖23為依據本揭露的一範例性實施例所繪示的具有波束處理功能的網路登錄程序。所提出的網路登錄程序可包括不限於波束擷取、用戶設備UE的自動增益控制AGC、時序/頻率同步化、細胞識別、SI偵測以及時序提前調整。在步驟S2301中，基站BS可以發送毫米波時間單元，其中具有N個BS波束識別碼的多個波束搜尋訊號BSS mN~(m+1)N-1和具有一個細胞識別碼的細胞搜尋訊號CSS i可經由每毫米波時間單元基站BS掃描波束mN~(m+1)N-1上的下行波束成形標頭被發送。在步驟S2301-1中，響應於接收到波束搜尋訊號BSS，用戶設備UE將在下行波束成形標頭中接收到的波束搜尋訊號BSS執行自相關性計算，以識別用戶設備UE波束、偵測時序以及調整自動增益控制AGC。
基於接收到的波束搜尋訊號BSS的自相關性輸出峰值的用戶設備UE波束擷取，可在每PM時間單元中被執行，因為Q個BS波束在M個時間單元上發送，並且P個用戶設備UE波束中的其一(如L=1)被使用於每M個時間單元。以時間單元表示的用戶設備UE波束擷取時間可表示為Tac,UE=aPM，a=1,2,... 等等。基於自相關性峰值位置偵測的訊框時序偵測可在每PM時間單元被執行，因為Q個基站BS波束在M個時間單元上發送，並且P個用戶設備UE波束中的其一(如L=1)被使用於每M個時間單元。在最佳用戶設備UE波束被識別之後，訊框時序維持可被執行於每M個時間單元。可在每PM個時間單元基於波束搜尋訊號BSS的自相關性的最大值設置自動增益控制AGC初始化，因為Q個基站BS波束在M個時間單元上發送，並且P個用戶設備UE波束的其一(如L=1)被使用於每M個時間單元。在最佳用戶設備UE波束被識別出之後，自動增益控制AGC維持可以被執行於每M個時間單元。
在步驟S2301-2中，可以使用用戶設備UE所接收到的波束搜尋訊號BSS的匹配濾波器(Matched-filter MF)輸出與下行波束成形標頭中的Q個波束搜尋訊號BSS，用以偵測基站BS掃描波束識別碼和頻率偏移(Frequency Offset，FO)。對於基站BS波束擷取，可以每QM個時間單元執行基於MF輸出的峰值的基站BS掃描波束(或BS波束ID)擷取，因為Q個基站BS波束在M個時間單元上發送，並且Q個波束搜尋訊號BSS中的其一被匹配於每M個時間單元。以時間單元表示的基站BS波束擷取時間可以表示為：Tac,BS=bQM，b=1,2等等。對於頻率偵測和維護，可以在識別出最佳基站BS波束之後，基於每M個時間單元的MF輸出的任何兩個峰值之間的相位差來執行頻率偵測和維護。在步驟S2301-3中，可以使用用戶設備UE所接收到細胞搜尋訊號CSS 的MF輸出與下行波束成形標頭中的S個細胞搜尋訊號CSS，用以偵測細胞識別碼(以及檢測時間/頻率偏移，如果需要)。細胞識別和細胞鏈路監測可以獨立於每S個時間單元的BS/UE波束擷取來完成，因為全部共S個細胞搜尋訊號CSS(細胞)需要被檢查於每個時間單元。在步驟S2301-4中，在下行波束成形標頭中，在位於用戶設備UE處被接收到的廣播訊號BCS可用於偵測系統資訊(SI)。SI偵測可完成於每個時間單元，以藉由跟隨分組資料傳輸，來獲得例如系統頻寬，分時雙工下行/上行組態等資訊。
在步驟S2302中，在基站BS到用戶設備UE波束已被對準、時序/頻率已被偵測以及細胞識別碼被定義之後，用戶設備UE可經由在最佳用戶設備UE波束與最佳基站BS掃描波束上的上行波束成形標頭中的隨機存取通道(random access channel，RACH)發送隨機存取前置碼(RAP)至基站BS，以使基站BS計算用於用戶設備UE執行時序提前的時序提前(TA)值。可以使用具有序列索引及週期的競爭式序列(或由用戶設備UE隨機選擇的序列)來產生隨機存取前置碼RAP。
在步驟S2303中，基站BS可向用戶設備UE發送可以嵌入時序提前值的隨機存取回應(RAR)。可以經由在最佳用戶設備UE波束和最佳基站BS排程波束上的PL區的實體下行共享通道(physical downlink shared channel，PDSCH)在隨機存取前置碼RAP傳輸的一個時間單元之後，發送隨機存取回應RAR，以允許用戶設備UE獲取時序提前值，其可以被視為作為L3信令(例如 使用11位元的下行媒體存取控制(media access control，MAC)負載)，以便進一步確保基站BS排程波束的下行功能。BS可基於特定的下行控制資訊(Downlink Control Information，DCI)格式來為當前負載區中的實體下行共享通道(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)分配DL配置。
在步驟S2304中，用戶設備UE可經由在最佳用戶設備UE波束和最佳基站BS掃描波束上的波束成形標頭的實體上行共享通道(physical uplink shared channel，PUSCH)在隨機存取回應RAR傳輸的m個時間單元之後，發送嵌入時序提前值的隨機存取確認(random access confirm，RAC)，以允許基站BS確認用戶設備UE所接收到的時序提前值是否正確。經由PUSCH發送的該時序提前值可以被視為是L3信令(例如使用11位元的DL MAC負載)。基於另一特定DCI格式，用於PL區的當前PUSCH的上行授權可以被基站BS所分配。
在步驟S2305中，基站BS可向用戶設備UE發送嵌入UE-ID的網路登錄響應(network entry response，NER)。網路登錄響應NER可經由在最佳用戶設備UE波束和最佳基站BS排程波束上的PL區的PDSCH，在RAC傳輸的n個時間單元之後，由基站BS來發送，以允許用戶設備UE獲得UE-ID。UE ID可以被視為另一個L3信令(例如使用16位元的DL MAC負載)。可以由基站BS基於另一個特定DCI格式為PL區的當前PDSCH進行包括序列索引和週期的信息的非競爭式(或由基站分配)RA序列的 DL分配，以使用戶設備UE在後續封包資料傳輸期間執行時序提前維護。時域中的網路登錄流程的示例如圖24所示。
圖25為依據本揭露的一範例性實施例所繪示，具有波束處理功能的網路登錄程序的流程圖。在步驟S2501之後，在用戶設備UE開啟或離開睡眠模式期間，在步驟S2502中，用戶設備UE將藉由執行接收到的波束搜尋訊號BSS的自相關性計算輸出來進行用戶設備UE波束擷取。在已經選擇了最佳用戶設備UE波束之後，在步驟S2503中，可分別基於接收到的波束搜尋訊號BSS的波峰值位置和自相關性計算輸出的波峰值以檢測訊框時序和設定初始自動增益控制AGC。接著在步驟S2504中，可以基於Q個波束搜尋訊號BSS以藉由所接收到的波束搜尋訊號BSS的匹配濾波器輸出來完成基站BS波束擷取。在此步驟中，自動增益控制AGC可以被確定和被固定，並且將選擇最佳基站BS波束。在步驟S2505中，基於Q個波束搜尋訊號BSS以藉由所接收到的波束搜尋訊號BSS的匹配濾波器輸出的任何兩個峰值之間的相位差，頻率偏移可以偵測且自動增益控制AGC可以被維持。在步驟S2506中，可以使用所接收的細胞搜尋訊號CSS的匹配濾波器輸出以完成細胞識別。在步驟S2507中，可以基於所接收到的廣播訊號BCS來偵測系統資訊。在步驟S2508中，為隨機存取(RA)設定時序提前(TA)。
圖26是根據本揭露的範例性實施例，用於網路登錄程序的基站BS處的整體訊號流程圖。在步驟S2601中，基站BS連續 發送Q個掃描波束，每個掃描波束具有不同的波束搜尋訊號BSS，其暗示下行波束成形標頭中具有不同的波束ID，下行波束成形標頭還包括涉及細胞識別碼的細胞搜尋訊號CSS和廣播訊號BCS。在步驟S2602中，基站BS將確定是否已經從波束成形標頭的隨機存取通道(RACH)中的特定(和最佳)基站BS掃描波束接收到來自於用戶設備UE所發送的隨機存取前置碼RAP。如果不是，則重複步驟S2602；否則繼續進行步驟S2603。在步驟S2603中，基站BS將基於所接收的隨機存取前置碼RAP來計算時序提前(TA)值，並且隨後使用所計算的時序提前值來藉由負載區PL的PDSCH中的最佳基站BS排程波束發送隨機存取回應RAR至用戶設備UE。在步驟S2604中，基站BS會從波束成形標頭的PUSCH中的最佳基站BS掃描波束，確定由用戶設備UE所發送的具有時序提前值的隨機存取確認(RAC)，是否已經被接收到。如果是，則執行步驟S2605。否則，將通過在大於零的預定義持續時間A內等待和檢查該值來執行步驟S2607。如果等待時間已經超過預定義持續時間A，則重複步驟S2602；否則該程序將從步驟S2604進行。在步驟S2605中，基站BS將確定所接收的時序提前值是否正確。如果是，則執行步驟S2606；否則將重複步驟S2602。在步驟S2606中，基站BS會藉由負載區PL的PDSCH中的最佳基站BS排程波束向用戶設備UE發送包括UE ID的網路登錄響應NER。
圖27繪示了根據本公開的範例性實施例之一，從用戶設備的角度示出具有波束處理功能的網路登錄程序的流程圖。在步 驟S2701中，在用戶設備UE開啟或離開睡眠模式之後，用戶設備UE接收Q個基站BS掃描波束，其中每個波束具有不同的波束搜尋訊號BSS，其涉及下行波束成形區中的基站BS波束識別碼，下行波束成形區還包括涉及細胞識別碼的細胞搜尋訊號CSS和廣播訊號BCS。在接收到掃描波束後，用戶設備UE會執行如前所述的用戶設備UE波束擷取、自動增益控制AGC調整、基站BS波束擷取、時序/頻率同步化、系統信息配置以及細胞識別。在步驟S2702中，用戶設備UE會確定上述流程是否已經完成。在步驟S2703中，用戶設備UE會經由最佳用戶設備UE波束和波束成形標頭的RACH中的最佳基站BS掃描波束向基站BS發送隨機存取前置碼RAP。在步驟S2704中，用戶設備UE可由最佳用戶設備UE波束檢查從基站BS經由負載區PL的PDSCH中的最佳基站BS排程波束發送的具有時序提前值的隨機存取回應RAR，是否被接收。如果是，則執行步驟S2705；否則將執行步驟S2707。如果執行步驟S2707，則基站BS將等待特定的持續時間B，其是大於零的時間值。如果等待時間超過B，則重複步驟S2701。否則，流程從步驟S2704進行。在步驟S2705中，響應於接收到隨機存取回應RAR，用戶設備UE將由最佳用戶設備UE波束和波束成形標頭的PUSCH中的最佳基站BS掃描波束發送具有從基站BS接收到的時序提前值的RAC到基站BS。在步驟S2706中，用戶設備UE檢查是否從最佳用戶設備UE波束和負載區PL的PDSCH中的最佳BS排程波束接收到具有包括UE ID的網路登錄響應NER。 如果不是，則執行步驟S2708。在步驟S2708中，用戶設備UE將等待特定的持續時間C，其是大於零的數。如果等待時間超過特定的持續時間，則重複步驟S2701；否則，流程從S2706進行。
本揭露中的術語“基站(BS)”可以是例如“演進節點B”(eNodeB，或稱eNB)，節點B(Node-B)，先進基站(advanced BS，或稱ABS)，基站收發器系統(Base Transceiver System，BTS)，存取點(Access Point)，家庭BS(Home BS)，中繼站(Relay Station)，散射器(Scatterer)，中繼器(Repeater)，中繼節點(Intermediate Node)，中繼設備(Intermediary)，基於衛星的通信基站(Satellite-Based Communication BSs)等變化的同義詞。
圖28A依據本揭露的其中一個實施例繪示BS硬體的功能方塊圖。本揭露提出的毫米波通訊系統的BS包括但不限於處理單元2801、毫米波傳送器2802、毫米波接收器2803以及天線陣列2804。毫米波傳送器2802以及毫米波接收器2803可執行如低雜訊放大、阻抗匹配、混頻、升頻或降頻轉換、濾波以及放大等功能。傳送器2802以及接收器2803可包括一或多個類比數位(Analog to Digital，A/D)轉換器以及數位類比(Digital to Analog，D/A)轉換器，兩者可經配置以在上行訊號程序中將類比訊號格式轉換為數位訊號格式，以及在下行訊號程序中將數位訊號格式轉換為類比訊號格式。天線陣列2804包括多個可傳送及接收指向式天線波束的天線。
處理單元2801中的處理器經配置以處理數位訊號，並執 行本揭露實施例提出的用於毫米波通訊系統的網路登錄方法的程序。此外，處理單元2801也可存取非暫時性儲存媒介，非暫時性儲存媒介可儲存程式碼、碼本組態(Codebook Configuration)、緩衝資料或可記錄處理單元2801配置過的組態。處理單元2801豬的處理器可以是例如微處理器、微控制器、數位訊號處理(Digital Signal Processor，DSP)晶片、可程式化邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等可編程元件。處理器中的功能也可由不同的電子設備或積體電路(Integrated Circuit，IC)實施。須注意的是，處理器中的功能可由硬體或軟體實施。
本揭露中的“用戶設備(UE)”可例如是行動基地台、先進行動基地台(Advanced Mobile Station，AMS)、用戶端、桌上型電腦、筆記型電腦、網路電腦、工作站、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)，個人平板電腦、掃描器、電話裝置、呼叫器、相機、電視、可攜式電子遊戲機、音樂設備、無線感測器以及類似的物品。在一些應用中，UE可以是操作於移動環境(如：客車、火車、飛機、船以及車等等)中的固定式電腦。
圖28B依據本揭露的其中一個實施例繪示UE硬體的功能方塊圖。本揭露提出的毫米波通訊系統的UE包括但不限於處理單元2801、毫米波傳送器2812、毫米波接收器2813以及天線陣列2814。毫米波傳送器2812以及毫米波接收器2813也可執行如低雜訊放大、阻抗匹配、混頻、升頻或降頻轉換、濾波以及放大等功能。傳送器2812以及接收器2813可包括一或多個A/D轉換 器以及D/A轉換器，兩者可經配置以在上行訊號程序中將類比訊號格式轉換為數位訊號格式，以及在下行訊號程序中將數位訊號格式轉換為類比訊號格式。天線陣列2814包括多個可傳送及接收指向式天線波束的天線。
處理單元2811中的處理器經配置以處理數位訊號，並執行本揭露實施例提出的用於毫米波通訊系統的網路登錄方法的程序。此外，處理單元2811也可存取非暫時性儲存媒介，非暫時性儲存媒介可儲存程式碼、碼本組態、緩衝資料或可記錄處理單元2801配置過的組態。處理單元2801豬的處理器可以是例如微處理器、微控制器、DSP晶片、FPGA等可編程元件。處理器中的功能也可由不同的電子設備或IC實施。須注意的是，處理器中的功能可由硬體或軟體實施。
圖28C為依據本揭露的一實施例所繪示，從基站BS的角度來看的毫米波通訊系統網路登錄方法。在步驟S2801中，基站BS在毫米波頻帶內，M個毫米波時間單元上發送具有Q個識別碼的Q個掃描波束，其中每個毫米波時間單元包括負載區和包括N個波束搜尋訊號(BSS)的波束形成(BF)標頭區，其中每個BSS對應於Q個BS掃描波束中的不同的一個BS掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q。在步驟S2802中，基站BS將響應於發送多個毫米波時間單元而在毫米波頻帶內接收隨機存取前置碼(RAP)。在步驟S2803中，基站BS會從Q個掃描波束中基於隨機存取前置碼RAP確定出一個掃描波束。在步驟 S2804中，基站BS會通過使用最佳一個排程波束來發送隨機存取回應(RAR)。
圖28D為依據本揭露的一實施例所繪示，從用戶設備UE的角度來看的毫米波通訊系統網路登錄方法。在步驟S2811中，用戶設備UE在毫米波頻帶內，M個毫米波時間單元上接收具有Q個識別碼的Q個掃描波束，其中每個毫米波時間單元包括負載區和包括N個波束搜尋訊號(BSS)的波束形成(BF)標頭區，其中每個BSS對應於Q個BS掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q。在步驟S2812中，用戶設備UE會基於Q個掃描波束的波束搜尋訊號BSS以確定用戶設備UE的最佳波束。在步驟S2813中，用戶設備UE在確定了用戶設備UE的最佳波束之後，基於Q個掃描波束的波束搜尋訊號BSS來確定Q個掃描波束的最佳掃描波束。在步驟S2814中，用戶設備UE將通過使用用戶設備UE的最佳波束和基站BS的最佳掃描波束在毫米波頻帶內發送隨機存取前置碼(RAP)。
綜上所述，本揭露適合用於在毫米波頻帶中操作的無線通信系統之中，並且提供網路登錄程序，使得基站和用戶設備將能夠在毫米波頻帶上發送和接收波束成形的控制訊號和用戶資料封包。
在本揭露的所公開實施例的詳細描述中使用的元件，動作或指令不應被解釋為對本揭露是絕對關鍵或必要的，除非明確描述如此。此外，如本說明書所使用的，不定冠詞“一”和“一 個”可以包括多於一個的項目，如果僅想要一個項目，則使用術語“單個”或類似的語言。此外，如本說明書所使用的術語“任何”之後是多個項目和/或多個項目類別的列表旨在包括“任何”，“任何組合”，“任何倍數的“和/或”項目的倍數的任何組合和/或項目的類別，單獨地或與其他項目和/或其他類別的項目相結合“。此外，如本說明書所使用的，術語“組”旨在包括任何數量的項目，包括零。此外，如本說明書所使用的，術語“數量”旨在包括任何數量，包括零。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (26)

  1. 一種毫米波(mmWave)通訊系統的網路登錄方法，該方法包括在一毫米波頻帶內，在M個毫米波時間單元上透過具有Q個識別碼(IDs)的Q個掃描波束發送多個波束搜尋訊號(BBS)，其中每個該毫米波時間單元中包括被多個基站排程波束所使用的一負載區和被該些掃描波束所使用並且包括N個該波束搜尋訊號的一波束成形(BF)標頭區，其中每個該波束搜尋訊號對應於Q個該掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；在該毫米波頻帶內，響應於發送所述多個該毫米波時間單元而透過使用Q個該掃描波束中之一者以在該波束成形標頭區中接收一隨機存取前置碼(RAP)；在該毫米波頻帶內自Q個該掃描波束中，根據該隨機存取前置碼，判斷單一該掃描波束；以及藉由使用該些基站排程波束中之一者以在該負載區發送一隨機存取回應(RAR)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中每個該波束搜尋訊號涉及不同的一波束識別碼以及被重複於每M個該毫米波時間單元，其中該波束識別碼的範圍為0該波束識別碼Q-1。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中在所述M個該毫米波時間單元期間，一組該波束識別碼被另一個細胞重複使用。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中該波束成形標頭區包括在每個該掃描波束中發送的多個細胞搜尋信號訊號(CSS)，並且N個傳輸中的每個該細胞搜尋信號訊號CSS具有相同的一細胞識別碼。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中基於該隨機存取前置碼，從Q個該掃描波束確定出單一該掃描波束，所述方法包括：基於該波束成形標頭的一隨機存取通道(RACH)中的該隨機存取前置碼，從Q個該掃描波束中確定出一最佳掃描波束。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中藉由使用該些基站排程波束中之一者以在該負載區發送該隨機存取回應包括：基於該隨機存取前置碼確定依時序提前(TA)；藉由使用該基站排程波束經由該毫米波時間單元的該負載區的該實體下行共享通道(PDSCH)，發送具有時序提前的該隨機存取回應(RAR)。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中用於發送該隨機存取回應的該些基站排程波束中之一者是從Q個基站波束中所選定的一最佳基站排程波束。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，更包括：經由該些毫米波時間單元中之一者的該波束成形標頭區的一實體上行共享通道(PUSCH)，使用一最佳基站掃描波束來接收一隨機存取確認(RAC)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中藉由使用該些基站排程波束中的一最佳基站排程波束，經由另一該毫米波時間單元的另一該負載區的該實體下行共享通道(PDSCH)，發送一網路登錄響應(NER)。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中該些毫米波時間單元的每一個是一訊框、一子訊框、一時隙以及一正交頻分多址(OFDM)符號中的一個。
  11. 一種由毫米波(mmWave)通信系統的用戶設備(UE)所執行的網路登錄方法，包括：在一毫米波頻帶中，M個毫米波時間單元上透過具有Q個識別碼的Q個掃描波束接收多個波束搜尋訊號(BSS)，其中每個該毫米波時間單元中包括被多個基站排程波束所使用的一負載區和被Q個該掃描波束所使用且包括N個該波束搜尋訊號的一波束成形(BF)標頭區，其中每個該波束搜尋訊號對應於Q個該掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；藉由Q個該掃描波束中的的該些波束搜尋訊號以確定該用戶 設備的一最佳波束；在確定該用戶設備的該最佳波束之後，藉由Q個該掃描波束中的該些波束搜尋訊號，以確定Q個該掃描波束中的一最佳掃描波束；在該毫米波頻帶中，通過該些掃描波束中之一者以在該波束成形標頭區中發送一隨機存取前置碼(RAP)；以及在該毫米波頻帶中，通過該些掃描波束中之一者以在該負載區中接收一隨機存取回應(RAR)。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中接收自用戶設備的每個該波束搜尋訊號涉及不同的一波束識別碼(ID)以及被重複於每M個毫米波時間單元，其中該波束識別碼的範圍為0該波束識別碼Q-1。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中確定該用戶設備的該最佳波束包括：基於每個該波束搜尋訊號的一自相關性計算以確定該用戶設備的一最佳波束。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中確定Q個該掃描波束的該最佳掃描束包括：基於Q個該掃描波束的該波束搜尋訊號的不同波束識別碼和所接收的該波束搜尋訊號的一匹配濾波器輸出，以確定Q個該掃描波束中的該最佳掃描波束。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，更包括：藉由該波束成形標頭區內的一細胞搜尋信號訊號(CSS)和在每個該掃描波束中被發送的每個該細胞搜尋信號訊號，以確定一細胞識別碼，並且在確定Q個該掃描波束的該最佳掃描波束之後，具有相同的該細胞識別碼。
  16. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中發送該隨機存取前置碼，包括：在該毫米波頻帶中，藉由Q個掃描波束的該最佳掃描波束，使用該用戶設備的該最佳波束在該波束成形標頭內的一隨機存取通道(RACH)中發送該隨機存取前置碼。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，更包括：經由每個該毫米波時間單元的該負載區的一實體下行共享通道(PDSCH)，從該用戶設備的該最佳波束和該些基站排程波束中之一者，接收該隨機存取回應(RAR)。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，更包括：藉由使用該用戶設備的該最佳波束經由另一個該毫米波時間單元的另一該波束成形標頭區的另一個實體上行共享通道(PUSCH)中的Q個該掃描波束中的該最佳掃描波束，發送一隨機存取確認(RAC)。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，更包括：經由來自該用戶設備的該最佳波束和該些基站排程波束的另一該毫米波時間單元的另一該負載區的該實體下行共享通道(PDSCH)，以接收一網路登錄響應(NER)。
  20. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中該些毫米波時間單元中的每一個是一訊框、一子訊框、一時隙以及一正交頻分多址(OFDM)符號中的一個。
  21. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，更包括：藉由該些波束搜尋訊號的一自相關性計算以執行一自動增益控制(AGC)。
  22. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，更包括：基於多個波束搜尋訊號的一自相關性計算和一匹配濾波輸出，以執行時序或頻率同步化。
  23. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中該波束成形標頭區還包括一廣播訊號(BCS)，更包括：藉由該廣播訊號以檢測系統資訊。
  24. 如申請專利範圍第11項所述的毫米波通訊系統的網路登錄方法，其中，藉由使用該用戶設備的該最佳波束，發送該隨機存取前置碼。
  25. 一基站，用以毫米波通訊，包括：一傳送器，用以在一毫米波頻率中操作；一接收器，用以在一毫米波頻率中操作；以及一處理器，耦接到該傳送器和該接收器，並且被配置為至少用於：藉由使用該傳送器在一毫米波頻帶內，M個毫米波時間單元上透過具有Q個識別碼的Q個掃描波束發送多個波束搜尋訊號(BSS)，其中每個該毫米波時間單元包括被多個基站排程波束所使用的一負載區和被該些掃描波束所使用且包括N個波束搜尋訊號的一波束成形(BF)標頭區，其中每個該波束搜尋訊號對應於Q個該掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；響應於發送多個該毫米波時間單元，藉由使用該接收器，透過使用Q個該掃描波束中之一者以在該波束成形標頭區中接收一隨機存取前置碼(RAP)；藉由該隨機存取前置碼，從Q個該掃描波束中確定出單一個該掃描波束；以及藉由該傳送器，使用該些基站排程波束中之一者以在該負載區發送一隨機存取回應(RAR)。
  26. 一用戶設備，用於毫米波通訊系統，包括：一傳送器，用以在一毫米波頻率中操作；一接收器，用以在一毫米波頻率中操作；以及一處理器，耦接到該傳送器和該接收器，並且被配置為至少用於：藉由使用該傳送器在一毫米波頻帶內，M個毫米波時間單元上透過具有Q個識別碼的Q個掃描波束接收多個波束搜尋訊號(BSS)，其中每個該毫米波時間單元包括被多個基站排程波束所使用的一負載區和被Q個該掃描波束所使用且包括N個該波束搜尋訊號的一波束成形(BF)標頭區，其中每個該波束搜尋訊號對應於Q個該掃描波束中的不同的一個掃描波束，其中M，N和Q是大於1的整數，並且M * N=Q；藉由Q個該掃描波束中的該些波束搜尋訊號，確定該用戶設備的一最佳波束；在確定該用戶設備的該最佳波束之後，藉由Q個該掃描波束中的該些波束搜尋訊號，確定Q個該掃描波束中的一最佳掃描波束；藉由該傳送器，在該毫米波頻帶內通過該些掃描波束中之一者以在該波束成形標頭區中發送一隨機存取前置碼(RAP)；以及藉由該傳送器，在該毫米波頻帶中，通過該些基站排程波束中之一者以在該負載區接收一隨機存取回應(RAR)。
TW105139911A 2015-12-04 2016-12-02 適用於毫米波通訊系統之網路登錄方法、及使用該方法之用戶設備與基站 TWI645735B (zh)

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