用於MMC網絡的小區搜索的方法和裝置與流程

2023-06-26 05:59:56

本發明概括而言涉及無線通信領域，更具體而言，涉及一種用於MMC網絡的小區搜索的方法和裝置。

背景技術：

毫米波(Millimeter-Wave)是指頻率在30GHz到300GHz範圍內的電磁波，其波長為1mm-10mm，故稱毫米波。毫米波具有波長短、頻帶寬、抗幹擾性強、保密性好、設備體積小等優點，能夠有效地解決高速寬帶無線接入面臨的許多問題，因而引起廣泛的重視。然而，另一方面，毫米波在傳播過程中，受到雨、空氣等的吸收，可能造成嚴重的傳播損耗。

毫米波通信(Millimeter Wave Communication，MMC)被認為是未來的5G(第五代)無線通信領域的一種關鍵技術，預期其將支持吉比特(Gigabit)級數據通信。在5G網絡中，用來支持數據傳輸的許多傳統方案應當被重新考慮以適合新的傳輸場景。

例如，小區搜索是實現數據傳輸的必要條件，其用於實現用戶和網絡之間的同步，並且將一些基本的系統信息傳遞給用戶。然而，毫米波的嚴重的傳播損耗對於傳統的小區搜索方案造成巨大挑戰，並且影響數據傳輸。

技術實現要素：

針對以上問題，本發明提供了一種用於MMC網絡的小區搜索的方法和裝置。

根據本發明的第一個方面，提供了一種用於MMC網絡的小區搜索的方法，其中所述MMC網絡是單獨的MMC網絡，所述MMC網 絡包括具有大規模天線陣列的基站，所述方法包括，在所述基站處：利用所述大規模天線陣列的所有天線單元，同時產生多個發射波束；通過所述多個發射波束向MMC小區中的UE同時發射多個PSS和SSS，其中每個PSS或SSS中包含與其相對應的發射波束的波束索引。

根據本發明的第二個方面，提供了一種用於MMC網絡的小區搜索的方法，其中所述MMC網絡是單獨的MMC網絡，所述MMC網絡包括具有大規模天線陣列的基站，所述方法包括，在所述基站處：將所述大規模天線陣列的多個天線單元分成多個天線組；在每個時隙，利用所述多個天線組中的一個天線組產生一個發射波束；通過所述發射波束向MMC小區中的UE發射PSS和SSS，其中所述PSS或SSS中包含所述發射波束的波束索引以及指示所述發射波束的波束掃描周期的時間信息。

根據本發明的第三個方面，提供了一種用於MMC網絡的小區搜索的方法，其中所述MMC網絡是單獨的MMC網絡，所述MMC網絡包括具有大規模天線陣列的基站，所述方法包括，在所述基站處：將所述大規模天線陣列的多個天線單元分成多個天線組，所述多個天線組中的每兩個或更多個天線組構成一個天線組組合；在每個時隙，利用所述天線組組合中的兩個或更多個天線組產生包括兩個或更多個發射波束的發射波束組合；通過所述天線組組合向MMC小區中的UE發射PSS和SSS，其中所述PSS或SSS中包含與所述發射波束組合相對應的波束組合索引以及指示所述發射波束組合的波束掃描周期的時間信息。

根據本發明的第四個方面，提供了一種用於MMC網絡的小區搜索的方法，其中所述MMC網絡是單獨的MMC網絡，所述MMC網絡包括具有大規模天線陣列的基站，所述大規模天線陣列的多個天線單元被分成多個天線組或者多個天線組組合，所述方法包括，在所述基站處：接收來自UE的公共RS；根據所述公共RS，獲取所述UE的方向信息；根據所述UE的方向信息，將所述UE與多個天線 組中的一個天線組所對應的發射波束或者多個天線組組合中的一個天線組組合所對應的發射波束組合相關聯；利用所述發射波束或者所述發射波束組合向所述UE發射PSS和SSS。

根據本發明的第五個方面，提供了一種用於MMC網絡的小區搜索的方法，其中所述MMC網絡與低頻網絡並存，所述方法包括，在所述MMC網絡的UE處：與所述低頻網絡的基站建立連接；從所述低頻網絡的基站獲取所述MMC網絡的系統信息；利用所述MMC網絡的系統信息與所述MMC網絡的基站建立連接。

為了在5G網絡中支持MMC，應當設計新的小區搜索方案來既支持單獨的毫米波網絡，又支持MMC與LTE小區共存的異構網絡。

附圖說明

通過以下參考下列附圖所給出的本發明的具體實施方式的描述之後，將更好地理解本發明，並且本發明的其他目的、細節、特點和優點將變得更加顯而易見。在附圖中：

圖1示出了根據本發明第一實施方式的用於MMC網絡的小區搜索方法的示意圖；

圖2示出了根據本發明第二實施方式的用於MMC網絡的小區搜索方法的示意圖；

圖3示出了根據本發明第三實施方式的用於MMC網絡的小區搜索方法的示意圖；

圖4示出了根據本發明第四實施方式的用於MMC網絡的小區搜索方法的示意圖；

圖5示出了根據本發明第五實施方式的用於MMC網絡的小區搜索方法的系統示意圖；

圖6示出了圖5所示的實施方式的小區搜索方法的流程圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本發明的優選實施方式。雖然附 圖中顯示了本發明的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本發明而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本發明更加透徹和完整，並且能夠將本發明的範圍完整的傳達給本領域的技術人員。

首先，以LTE網絡為例來對小區搜索過程進行簡單介紹。

小區搜索就是用戶設備(UE)和網絡取得時間和頻率同步，並檢測小區ID的過程，其通常包括以下步驟：

1.基站向小區內的UE廣播PSS(Primary Synchronization Signal，主同步信號)和SSS(Secondary Synchronization Signal，輔同步信號)，UE接收到PSS和SSS之後，通過PSS獲取物理層小區ID和時隙同步，並且通過SSS獲取CP(Cyclic Prefix，循環前綴)長度、物理層小區組ID、幀同步，從而與基站建立下行同步。

2.UE通過來自基站的下行RS(Reference Signal，參考信號)進一步實現時間、頻率同步和信道估計。

3.UE通過接收並解碼來自基站的PBCH(Physical Broadcasting Channel，物理廣播信道)，獲得MIB(Master Information Block，主信息塊)，並通過接收並解碼來自基站的PDSCH(Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道)，獲得SIB(System Information Block，系統信息塊)，從而獲得與基站進行隨機接入所需的配置信息和系統信息。

對於MMC網絡中的小區搜索來說，可能存在兩種應用場景。一種是僅存在毫米波小區的場景，另一種是毫米波小區和低頻小區(如LTE小區、LTE-A小區等)共存的場景。以下，分別針對這兩種場景給出本發明的建議的方案。

場景1：僅存在毫米波小區

在這種場景下，由於僅存在單獨的毫米波網絡，因此傳播損耗很大。最近的研究表明，在半徑為200米的MMC小區的小區邊緣，傳播損耗可能達到140dB(見參考文獻[1])。與LTE的2.6GHz微波相比，有額外的20dB路徑損耗。在這種情況下，與LTE網絡中 相比，對於相同的用戶與基站(eNB)間距離，用戶在這種MMC網絡中很難實現小區搜索並同步到搜索到的小區。

在MMC中，由於毫米波的波長更小，能夠靈活地實現緊湊的天線陣列。因此可以在MMC網絡的基站中使用具有大量天線單元(振子)的大規模天線陣列。發射側的天線陣列可以用來形成發射波束以補償某個覆蓋範圍內的信號傳播損耗。例如，MMC中，包含128個天線單元的大規模天線陣列可以比一個全向發射天線多提供21dB的增益。

如上所述，發射波束可以增強某個覆蓋範圍內的傳播質量，這表示在給定發射波束的情況下，只有部分用戶能夠成功執行小區搜索。為了實現MMC小區的完全覆蓋，建議了下面的方案。

圖1示出了根據本發明第一實施方式的用於MMC網絡的小區搜索方法的示意圖。如圖1中所示，MMC網絡是單獨的MMC網絡，其不與任何低頻網絡(如LTE或LTE-A網絡)並存。在該MMC網絡中，MMC基站10包括具有大量天線單元的大規模天線陣列。此外，假設基站10在小區A中執行小區搜索。

在這種實施方式中，基站10的大規模天線陣列的所有天線單元同時發射，以產生多個發射波束，如圖1中所示的波束1、波束2、波束3。

接下來，基站10通過多個發射波束向MMC小區中的UE(未示出)同時發射PSS和SSS。其中每個PSS或SSS包含對應的發射波束的波束索引。

這裡，波束索引可以被配置在已知的PSS或SSS格式中的預留位置，或者可以設計新的PSS或SSS格式。

通過這種方式，基站10的發射波束同時覆蓋了整個MMC小區，接收並成功解碼發射波束中所攜帶的PSS或SSS的UE能夠獲取對應的發射波束的波束索引以及PSS和SSS中所攜帶的其他常規信息(如小區ID等，如前所述)，以實現類似於比MMC網絡頻帶更低的網絡中(如3G或4G小區)的下行同步。進一步的，UE還將利 用波束索引進行上行傳輸以實現上行同步和其他功能。

在第一實施方式中，基站利用天線陣列的所有天線單元同時發射波束，從而產生的每個發射波束很寬(如圖1中所示)，而小區覆蓋範圍(即，UE可以成功接入MMC基站的最大距離)有限。為了提高小區覆蓋範圍，建議了波束掃描方案，如下所述。

圖2示出了根據本發明第二實施方式的用於MMC網絡的小區搜索方法的示意圖。如圖2中所示，MMC網絡是單獨的MMC網絡，其不與任何低頻網絡(如LTE或LTE-A網絡)並存。在該MMC網絡中，MMC基站10包括具有大量天線單元的大規模天線陣列。此外，假設基站10在小區A中執行小區搜索。

在這種實施方式中，基站10的大規模天線陣列的多個天線單元被分成多個天線組，每個天線組可以產生一個發射波束，如圖2中所示的波束1、波束2、……波束N。

接下來，在每個時隙，基站10通過一個天線組產生一個發射波束，並且通過該發射波束向MMC小區中的UE發射PSS和SSS。其中該PSS或SSS包含對應的發射波束的波束索引以及該發射波束的波束掃描周期。

這裡，波束索引可以被配置在已知的PSS或SSS格式中的預留位置，或者可以設計新的PSS或SSS格式。

通過這種方式，基站10通過執行波束掃描實現了對小區的完全覆蓋。由於在一個時隙中，只有一個發射波束用於PSS和SSS傳輸，因此發射波束可以提供大的鏈路預算並擴展小區覆蓋範圍。

接收並成功解碼發射波束中所攜帶的PSS和SSS的UE能夠獲取對應的發射波束的波束索引、波束掃描周期以及其他常規信息，以實現下行和上行同步。

在第二實施方式中，小區覆蓋範圍提高，但是小區搜索周期變長。因此提出了以下的實施方式以考慮小區搜索周期和小區覆蓋範圍的折中。

圖3示出了根據本發明第三實施方式的用於MMC網絡的小區搜 索方法的示意圖。如圖3中所示，MMC網絡是單獨的MMC網絡，其不與任何低頻網絡(如LTE或LTE-A網絡)並存。在該MMC網絡中，MMC基站10包括具有大量天線單元的大規模天線陣列。此外，假設基站10在小區A中執行小區搜索。

在這種實施方式中，與第二實施方式類似，基站10的大規模天線陣列的多個天線單元被分成多個天線組，每個天線組可以產生一個發射波束，如圖3中所示的波束1、波束2、……波束N。

與第二實施方式不同，將多個天線組中的兩個或更多個天線組構成一個天線組組合。

接下來，在每個時隙，基站10通過一個天線組組合產生一個發射波束組合，並且通過該發射波束向MMC小區中的UE發射PSS和SSS。其中該PSS或SSS包含對應的發射波束組合的波束組合索引以及該發射波束組合的波束掃描周期。

這裡，波束組合索引可以被配置在已知的PSS或SSS格式中的預留位置，或者可以設計新的PSS或SSS格式。

可以看出，與圖1和圖2中不同，在圖3的實施方式中，基站既不是通過所有天線單元同時發射，也不是每次僅發射一個波束，而是每次發射兩個或更多個波束的組合。例如，假設每次發射兩個波束的組合，則基站10例如可以在第一時隙發射波束1和波束2(可以稱為波束組合I)，在第二時隙發射波束3和波束4(可以稱為波束組合II)，依此類推。當然，本發明並不局限於此，而是可以每次發射任意波束的組合。

在這種實現中，由於在每個時隙中，基站選擇若干個波束組的組合用於PSS和SSS傳輸，所以實現了快速小區搜索和好的小區覆蓋範圍之間的平衡。

接收並成功解碼發射波束中所攜帶的PSS和SSS的UE能夠獲取對應的發射波束組合的波束組合索引、波束掃描周期以及其他常規信息，以實現下行和上行同步。

圖4示出了根據本發明第四實施方式的用於MMC網絡的小區搜 索方法的示意圖。如圖4中所示，MMC網絡是單獨的MMC網絡，其不與任何低頻網絡(如LTE或LTE-A網絡)並存。在該MMC網絡中，MMC基站10包括具有大量天線單元的大規模天線陣列。此外，假設基站10在小區A中執行小區搜索。

與圖1-圖3中所示的實施方式不同，圖4的實施方式中，小區搜索由UE主動發起。

UE首先發送公共參考信號(RS)。

基站10根據UE的公共RS，獲取UE的方向信息。

這裡，與第二和第三實施方式中類似，基站10的大規模天線陣列中的天線單元被分為多個天線組或者天線組組合。

基站可以根據獲取的UE的方向信息將UE與其中的一個天線組所對應的發射波束或者一個天線組組合所對應的發射波束組合進行關聯，並通過該發射波束或者發射波束組合發射PSS和SSS，以進行下行和上行同步。

在這種實現中，根據需要，UE可以周期性或者非周期性地發射公共參考信號，以使得基站能夠快速捕獲UE方向並快速關聯發射波束或發射波束組合，從而縮短了波束跟蹤時間並且實現了低延遲服務需求。

這裡，對於支持UE發送特定公共RS的MMC網絡來說，第四實施方式的方案是優選的，因為能夠更快地實現小區搜索。然而，若UE不支持這種特定的公共RS的發送，可以選擇圖1-圖3的實施方式中的任一種。也就是說，第四實施方式與第一至第三實施方式能夠很好地後向兼容。

場景2：MMC小區和低頻小區共存的異構網絡

在5G網絡的初始階段，很可能部署5G小區和4G小區共存的異構網絡，如圖5中所示。在這種場景下，由於存在高信道質量的低頻小區，因此有可能利用與MMC小區和低頻小區的多連接來克服MMC網絡的大的傳播損耗，實現快速的小區搜索。

圖5示出了根據本發明第五實施方式的用於MMC網絡的小區搜 索方法的系統示意圖；圖6示出了圖5所示的實施方式的小區搜索方法的流程圖。與圖1-圖4中所示的實施方式不同，該MMC網絡不是單獨的MMC網絡，其與低頻網絡(如LTE或LTE-A網絡)並存。MMC網絡包括MMC基站10，低頻網絡包括低頻基站20，UE30處於MMC網絡和低頻網絡二者的覆蓋範圍內，並且具有與MMC網絡和該低頻網絡進行通信的能力。

如圖6中所示，在這種實施方式中，MMC基站10與低頻基站20預先建立關聯，以共享彼此的信息。更具體而言，低頻基站20從MMC基站10獲取MMC網絡的系統信息並將其存儲在低頻基站20中。

這裡，MMC網絡的系統信息例如可以包括以下各項中的至少一項：MMC網絡的系統帶寬、UE的頻域和/或時域波束模式和UE的低頻網絡小區推薦信息。

首先，UE 30與低頻基站20執行隨機接入，以建立連接。UE 30與低頻基站20建立連接的過程與現有技術中類似，因此不再贅述。

不同之處在於，在UE 30與低頻基站20建立連接之後，其從低頻基站20獲取MMC網絡的系統信息。該系統信息例如通過物理下行共享信道(PDSCH)從低頻基站20發送給UE 30。

接下來，UE 30利用所獲得的MMC網絡的系統信息執行與MMC基站10的初始接入，以建立連接。

由於UE 30能夠快速獲得MMC網絡的系統信息，因此其能夠快速地與MMC基站執行波束關聯，從而完成小區搜索。

這裡，在獲得MMC網絡的系統信息之後，UE 30與MMC基站10的接入過程與低頻網絡(如4G或3G網絡)中類似，因此不再贅述。

在場景1的方案中，UE與MMC網絡僅能夠在時域執行波束關聯。與場景1中不同，在場景2的方案中，UE提前知道MMC網絡的系統信息，因此可以在頻域和時域中都執行波束關聯，從而進一步降低了接入延遲。

在一種實現中，在UE 30與MMC基站10建立連接之後，UE 30仍然維持與低頻基站20的連接。在這種情況下，UE 30的控制可以由低頻基站20實現，而UE 30與MMC基站10之間僅進行數據交互。

在另一種實現中，UE 30在與MMC基站10建立連接之後，不再維持與低頻基站20的連接。例如，UE可以僅在開機或剛剛漫遊進入MMC網絡時維持與低頻基站之間的連接，而在獲得MMC網絡的系統信息之後，建立與MMC基站10的連接並斷開與低頻基站20的連接。在這種情況下，在UE 30與MMC基站10建立連接之後，UE 30由MMC基站10完全控制。由於這種方式不需要總是維護多連接，因此能夠節省低頻網絡的資源和UE的功耗。

本發明提供了實現5G MMC接入和數據傳輸的一些解決方案，以支持所有典型的傳輸場景，包括4G和MMC小區共存的場景以及單獨部署MMC小區的場景。

在一個或多個示例性設計中，可以用硬體、軟體、固件或它們的任意組合來實現本申請所述的功能。如果用軟體來實現，則可以將所述功能作為一個或多個指令或代碼存儲在計算機可讀介質上，或者作為計算機可讀介質上的一個或多個指令或代碼來傳輸。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質，其中通信介質包括有助於電腦程式從一個地方傳遞到另一個地方的任意介質。存儲介質可以是通用或專用計算機可訪問的任意可用介質。這種計算機可讀介質可以包括，例如但不限於，RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光碟存儲設備、磁碟存儲設備或其它磁存儲設備，或者可用於以通用或專用計算機或者通用或專用處理器可訪問的指令或數據結構的形式來攜帶或存儲希望的程序代碼模塊的任意其它介質。並且，任意連接也可以被稱為是計算機可讀介質。例如，如果軟體是使用同軸電纜、光纖光纜、雙絞線、數字用戶線(DSL)或諸如紅外線、無線電和微波之類的無線技術來從網站、伺服器或其它遠程源傳輸的，那麼同軸電纜、光纖光纜、雙絞線、DSL或諸如紅外線、 無線電和微波之類的無線技術也包括在介質的定義中。

可以用通用處理器、數位訊號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其它可編程邏輯器件、分立門或者電晶體邏輯、分立硬體組件或用於執行本文所述的功能的任意組合來實現或執行結合本公開所描述的各種示例性的邏輯塊、模塊和電路。通用處理器可以是微處理器，或者，處理器也可以是任何普通的處理器、控制器、微控制器或者狀態機。處理器也可以實現為計算設備的組合，例如，DSP和微處理器的組合、多個微處理器、一個或多個微處理器與DSP內核的結合，或者任何其它此種結構。

本領域普通技術人員還應當理解，結合本申請的實施例描述的各種示例性的邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可以實現成電子硬體、計算機軟體或二者的組合。為了清楚地表示硬體和軟體之間的這種可互換性，上文對各種示例性的部件、塊、模塊、電路和步驟均圍繞其功能進行了一般性描述。至於這種功能是實現成硬體還是實現成軟體，取決於特定的應用和施加在整個系統上的設計約束條件。本領域技術人員可以針對每種特定應用，以變通的方式實現所描述的功能，但是，這種實現決策不應解釋為背離本發明的保護範圍。

本公開的以上描述用於使本領域的任何普通技術人員能夠實現或使用本發明。對於本領域普通技術人員來說，本公開的各種修改都是顯而易見的，並且本文定義的一般性原理也可以在不脫離本發明的精神和保護範圍的情況下應用於其它變形。因此，本發明並不限於本文所述的實例和設計，而是與本文公開的原理和新穎性特性的最廣範圍相一致。

參考文獻：

[1].Mustafa Riza Akdeniz,Yuanpeng Liu:Millimeter Wave Channel Modeling and Cellular Capacity Evaluation.IEEE Journal on Selected Areas in Communications 32(6):1164-1179(2014)