用於無線網絡中小區查找和同步的信號格式的製作方法

2023-05-09 17:03:06 4

本申請的權利要求範圍依據35U.S.C.§119要求如下申請的優先權：2014年10月7日遞交的申請號為62/060,781，標題為「Signal format for cell search/synchronization」的美國臨時案，以及2015年9月29日遞交的申請號為14/868,665的美國臨時案。在此合併參考上述美國臨時申請案的全部內容。

技術領域

本發明有關於無線通信，更具體地，有關於無線網絡中用於小區查找和同步的信號格式。

背景技術：

長期演進(LTE)是一種改進的通用移動通信系統(UMTS)，它提供了更高的數據速率，更低的時延，還提高了系統容量。為了在頻率選擇性衰落環境下提供更高的數據速率，下行傳輸利用了物理層的正交頻分多址(OFDMA)。在LTE系統中，一個演進通用陸地無線接收網(E-UTRAN)包括多個基站，這些基站被稱之為演進節點B(eNBs),它們和大量移動站通信，這些移動站被稱之為用戶裝置(UE)。一個用戶裝置能夠通過下行鏈路和上行鏈路同基站或演進節點B通信。

通過使用主要同步信號(PSS)和次要同步信號(SSS)在每臺用戶裝置上執行LTE系統中的小區搜索和同步。在物理層，將長期演進無線蜂窩系統和正交頻分多址(OFDMA)設計在一起。傳入的用戶數據位被復用到頻域上分配好的子載波上，並作為一個單一的時域信號在下行鏈路中傳輸。這是通過一個在用戶數據位上的逆快速傅立葉變換(IFFT)完成的。為了加快小區搜索進程，已知的位模式以特定時間和頻率槽傳輸，以便於行動裝置能識別小區的時間和它關聯的標識碼(cell ID)。在行動裝置開啟後，會嘗試測量接收帶寬功率，並嘗試使用下行鏈路同步信道來執行小區搜索。

小區搜索在蜂窩或無線網中非常重要。一部用戶裝置使用小區搜索過程獲取小區識別碼、時域/頻域/空域同步，或其他系統/網絡信息。在LTE系統中的小區搜索過程可以分成三步。第一步是通過關聯接收到的主同步信號(PSS)採樣，從三個可能的值中將小區的組識別碼找出來，並通過判斷小區信號傳輸的5毫秒邊界找出時間信息。後者是因為PSS信號被作為最後的OFDM標記，在一個10毫秒無線電幀的第0和第5子幀上進行傳輸。第二步是通過關聯接收到的輔同步信號(SSS)採樣來判斷小區標識碼和幀時序。第三步是驗證小區標識碼。小區搜索時間通常依賴於小區識別碼的數量，或者系統信息的攜帶量。

隨著對帶寬存儲越來越有經驗，移動運營商已經在為下一代寬帶移動通訊網絡積極發掘充分利用3G到300G赫茲之間毫米波(mmWave)頻譜的方法。毫米波帶寬的有效頻譜是傳統蜂窩系統的200倍。毫米波無線網絡使用帶有窄波束的定向通信，能支持數千兆數據速率。一個毫米波蜂窩系統基站可提供一組粗略收發控制波束進行控制。在控制信道的基站廣播同步信號，以及用於小區搜索和切換應用的空間域控制波束模式。同步信號會周期性傳輸一個小的佔空比，而不是持續廣播信號。

除了小區標識碼，對於定向蜂窩或無線網絡，控制波束標識信息也需要通過每個小區搜索過程中的用戶裝置進行解碼。結果是，小區搜索時間增加了。人們在尋找一種解決方案，通過設計一個同步信號來降低在定向蜂窩或無線系統中的小區搜索時間。

技術實現要素：

本發明提出一種用於小區搜索方法的信號格式以減少小區搜索複雜度和小區搜索時間。同步信號嵌入獨特序列，其中該獨特序列在時域中連續重複多次。不同的獨特序列表示不同的控制信息，控制信息透過同步信號傳輸從基站廣播至用戶裝置。根據同步信號提出兩階段小區搜索方法。在第一獲取階段，獲取同步信號的粗略位置。在第二精細搜索階段，在粗略位置的搜索範圍中檢測獨特序列。

在一個實施例中，用戶裝置在移動通信網絡中接收從基站傳輸的時域同步信號。該同步信號承載具有連續時域重複的獨特序列。UE通過自相關該同步信號來執行階段1信號檢測並推導該同步信號的粗略位置。UE通過基於該粗略位置以候選序列互相關該同步信號來執行階段2信號檢測從而檢測該同步信號的精確位置和該獨特序列。在一個實施例中，配置多個控制波束以覆蓋小區的整個服務區域以用於傳輸該同步信號。該獨特序列識別控制信息，該控制信息包括該基站的小區識別碼和波束識別碼中的至少一個。

在另一個實施例中，基站在移動通信網絡中分配多個無線電資源。該多個無線電資源為周期性分配用於多個同步信號傳輸。基站透過該多個分配的無線電資源傳輸同步信號至多個用戶裝置。該同步信號嵌入獨特序列，其中該獨特序列在時域中重複n次且插入在一或多個OFDM符號中。在一個示例中，該基站方向性配置有多個控制波束，其中，該多個控制波束覆蓋小區的整個服務區域以用於傳輸該同步信號。該獨特序列識別控制信息，該控制信息包括該基站的小區識別碼和波束識別碼中的至少一個。

下面詳細描述了其他實施例和優點。本發明內容並不意在限制本發明。本發明是由權利要求限定的。

附圖說明

附圖說明了本發明的各個實施例，其中，相同的數字指示相同元件。

圖1為根據一個新穎的方面具有新穎同步信號格式的波束成形毫米波移動通信網絡0的示意圖。

圖2為根據本發明特定實施例的用戶裝置的簡化模塊示意圖。

圖3為根據本發明實施例波束成形移動通信網絡中的兩階段小區搜索和同步方法。

圖4為波束成形系統中用於小區搜索和同步的同步信號的信號格式的示意圖。

圖5為基於同步信號格式的小區搜索方法的第一階段的示意圖。

圖6為基於同步信號格式的小區搜索方法的第二階段的示意圖。

圖7為根據本發明一個方面基於新穎同步信號格式的兩階段小區搜索方法的流程圖。

圖8為根據本發明一個方面傳輸具有新穎信號格式的同步信號以減少小區搜索時間的流程圖。

具體實施方式

現在將詳細參閱本發明的一些實施例，這些實施例顯示在附圖中。

圖1為根據一個新穎的方面具有新穎同步信號格式的波束成形(beamforming)毫米波移動通信網絡100的示意圖。波束成形毫米波移動通信網絡100包括基站BS101和用戶裝置UE102。毫米波蜂窩網絡使用具有窄波束的方向性通信且可支持數千兆位的數據速率。透過數字及/或模擬波束成形實現方向性通信，其中，多個天線元件具有多組波束成形權重以形成多個波束。例如，BS101方向性配置有多個小區，且每個小區(例如，小區110)由一組粗解析度控制波束CB1至CB8所覆蓋。

BS以空間域控制波束圖型在控制信道中廣播信標信號以用於小區搜索和切換應用。每個控制波束廣播最小數量的小區特定和波束特定信息，類似於LTE系統中的系統信息塊(System Information Block，SIB)或主信息塊(Master Information Block，MIB)。每個控制波束也承載UE特定控制或數據流量。每個控制波束傳輸一組已知信標信號以用於初始時間-頻率同步、對傳輸信標信號的控制波束的識別以及對傳輸信標信號的控制波束的無線電信道質量的測量。

小區搜索時間通常取決於小區個體的數目，或承載系統信息的數量。在LTE系統中，存在504個小區個體，其可分為3*168個小區組。通過同時使用主同步信號(Primary Synchronization Signal,PSS)及次同步信號(Secondary Synchronization Signal,SSS)執行小區搜索。PSS給予UE信息，該信息關於小區屬於三組物理層中的哪一個。在PSS之後解碼SSS，其直接定義小區組識別碼。設計分層PSS/SSS結構已減少小區搜索時間。然而，在方向毫米波網絡中，控制波束識別信息也需要由UE在小區搜索程序中解碼。例如，小區110配置有八個控制波束CB1至CB8，且控制波束ID和小區ID需要透過同步信號被發送至UE。如果每個小區配置有八個控制波束，則小區ID/波束ID的總數目可達到504*8。因此，小區搜索時間會增長。

根據本發明的一個方面，為減少小區搜索複雜度和小區搜索時間，提出一種小區搜索的同步信號格式。在圖1的示例中，下行鏈路信道使用OFDMA。每個OFDM無線電幀(例如幀111)為10ms時長。每個幀劃分為1ms的多個子幀。此時隙可包括七個具有普通循環前綴(Cyclic Prefix,CP)長度的OFDM符號，和六個具有擴展CP的OFDM符號。周期性分配同步信道，例如，在每隔一個子幀中的第一個OFDM符號。同步信道的周期性是可配置的。如圖1所示，每個同步信號嵌入獨特序列(unique sequence)，其中該獨特序列在時域中重複n次且插入在一或多個OFDM符號中。不同的獨特序列表示不同的控制信息。根據同步信號格式提出兩階段小區搜索方法以減少小區搜索時間。在第一獲取(acquisition)階段，獲取同步信號的粗略位置(coarse location)。在第二精細(fine)搜索階段，在粗略位置的搜索範圍中檢測獨特序列。

圖2為根據本發明特定實施例的用戶裝置UE201的簡化模塊示意圖。UE201包括具有多天線元件的天線陣列215，用於傳輸和接收無線電信號。RF收發器模塊211耦接於天線，用於從天線214接收RF信號，將RF信號轉換為基帶信號並將基帶信號發送至處理器212。RF收發器模塊211也將從處理器212接收的基帶信號轉換為RF信號，並發送至天線215。處理器212處理接收的基帶信號並激發不同功能模塊執行UE201中的特徵。存儲器213存儲程序指令和數據214以控制UE201的操作。

根據本發明的多個實施例，UE201也包括執行不同任務的多個功能模塊。功能模塊為由硬體、固件、軟體或上述任意組合實施和配置的電路。例如，,UE201包括兩階段小區搜索電路220，用於執行小區搜索和與服務基站進行同步。兩階段小區搜索電路220更包括掃描單元221，用於在掃描間隔監聽同步信號。FFT電路對從時域接收的信號執行FFT轉換至頻域，IFFT電路對從頻域接收的信號執行IFFT轉換至時域，相關電路(correlation circuit)對兩個信號進行相關操作(包括自相關(self-correlation)和互相關(cross-correlation)),階段1檢測器，用於執行同步信號的粗略位置的階段1檢測，且階段2檢測器，用於執行同步信號的精確位置的階段2檢測並檢測同步信號中嵌入的獨特序列。基於精確的位置，UE201可與其服務基站同步。此外，基於獨特序列，UE201可解碼小區ID、波束ID以及服務基站廣播的其他控制信息。

圖3為根據本發明實施例波束成形移動通信網絡中的兩階段小區搜索和同步方法。移動通信網絡包括UE301和基站BS302。在步驟311中，BS302透過方向性配置的控制波束在分配的無線電資源中周期性廣播同步信號。控制信號嵌入在同步信號內部。在步驟321中，UE301在掃描間隔期間執行掃描並接收同步信號。在步驟322中，UE301執行階段1信號檢測，此為獲取階段。此階段的目的為減少搜索時間並發現可用於階段2的搜索範圍。在步驟323中，UE301執行階段2信號檢測，此為精確搜索階段。在階段2信號檢測期間，UE匹配同步信號以識別嵌入的控制信息。

圖4為波束成形系統中用於小區搜索和同步的同步信號的信號格式的示意圖。如圖4中所示，每個OFDM無線電幀(例如，無線電幀400)為10ms時長。每個無線電幀劃分為1ms的10個子幀。周期性分配同步信道，例如，在每隔一個子幀中的第一個OFDM符號。同步信道的周期性是可配置的。此外，同步信號嵌入有獨特序列xk，該獨特序列xk在時域中重複n次(例如，n＝2,如圖4中所示的重複兩次)。不同的獨特序列表示不同的控制信息。

在兩階段小區搜索方法的示例中，同步信號佔用一個OFDM符號長度(Nsym ms)，其包括N個時域採樣。獨特序列具有N/2時域值的長度。xk的第一拷貝插入在OFDM符號401的第一N/2時域採樣，且xk的第二拷貝插入在OFDM符號401的第二N/2時域採樣。另一方面，對於類似LTE小區搜索方法，同步信號也佔用一個OFDM符號402，其包括N個時域採樣。OFDM符號402承載具有長度N的獨特序列yk,且對於yk不存在時域重複。由於OFDM符號長度401中同步信號的時域重複，可通過如下實現提出的兩階段小區搜索方法。在第一階段中，由接收器運用自相關以找出同步信號的粗略位置。在第二階段中，接收器在粗略位置的搜索範圍內匹配獨特序列以找出控制信息。兩階段小區搜索方法的複雜度小於類似LTE小區搜索方法的複雜度。

圖5為基於同步信號格式的小區搜索方法的第一階段的示意圖。在第一階段期間，UE在觀察窗口期間接收時域信號501，以rk表示總共L採樣，其中k表示採樣點(sampling instance)。UE然後使用相關器510如下執行接收的時域信號rk的自相關：

其中，

—接收的時域信號表示為rk

—獨特序列xk的長度為N/2

—接收信號的觀察長度為L

—復用器的數量為L-(N/2)+1

—加法器的數量為2L-(N/2)+2

基於自相關結果，如果達到最大相關，可找到粗略位置請注意，此處為簡潔未顯示功率標準(normalization)。此外，最大不是唯一方式。如果相關結果達到閾值也可找到粗略位置。可見，由於在自相關之中，同一序列僅在時域中位移(shift)，自相關中所需的計算量相對較小。基於時域重複的信號格式，如果在觀察窗口期間在準確時間點進行捕獲rk，rk和rk+(N/2-1)(例如，具有N/2時間點的兩個序列)實質上是相同的。因此，rk和rk+(N/2-1)之間的自相關將產生最大結果。

圖6為基於同步信號格式的小區搜索方法的第二階段的示意圖。在第二階段期間，UE在觀察窗口期間接收時域信號501，以rk表示總共L採樣，其中k表示採樣點。UE然後使用相關器610如下執行接收的時域信號rk與每個可能的獨特序列xk之間的互相關，然後通過互相關找到獨特序列(j1)和精確符號時序(i1)，如下所示：

其中，

—xk(j)為第j個獨特序列

—獨特序列的數目為J，其取決於控制波束和小區ID的數目

—特定精確查找範圍的長度為2M+1

—復用器的數量為J(2M+1)(N/2)

—加法器的數量為J(2M+1)((N/2)-1)

當在所有候選序列之間實現最大相關結果時檢測該精確位置和該獨特序列。獨特序列(j1)。在階段2中的互相關查找範圍為從階段1確定的粗略位置的正負M個採樣點。因此，由於(2M+1)的受限搜索範圍,此互相關所需計算量相對較小。復用器的總數量為L-(N/2)+1+J(2M+1)/(N/2),且加法器的總數量為2L-(N/2)+2+J(2M+1)/((N/2)-1)。總之，兩階段小區搜索方法的複雜度小於類似LTE小區搜索方法的複雜度。

對於類似LTE小區搜索，同步信號包括具有長度N的獨特序列yk。獨特序列佔用整個OFDM符號且沒有時域重複。對應的小區搜索方法是在整個範圍中通過互相關查找獨特序列(j2)和精確符號時序(i2)，如下所示：

其中，

—接收的時域信號表示為rk

—獨特序列yk的長度為N

—接收信號的觀察長度為L

—yk(j)為第j個獨特序列

—獨特序列的數目為J，其取決於控制波束和小區ID的數目

—復用器的數量為J(L-N+1)N

—加法器的數量為J(L-N+1)(N-1)

在一個特定示例中，假設N＝2048，L＝286720,J＝4032以及M＝128。該兩階段方法中復用器/加法器的總數目為1.1*109，且類似LTE方法中復用器/加法器的總數目為2.4*1012。可見此實施例中，類似LTE小區搜索方法的複雜度是兩階段小區搜索方法的複雜度的2000倍。

圖7為根據本發明一個方面基於新穎同步信號格式的兩階段小區搜索方法的流程圖。在步驟701中，由UE在移動通信網絡中接收從基站傳輸的時域同步信號。其中，該同步信號承載具有連續時域重複的獨特序列。在步驟702中，UE通過自相關該同步信號來執行階段1信號檢測並推導該同步信號的粗略位置。在步驟703中，UE通過基於該粗略位置以候選序列互相關該同步信號來執行階段2信號檢測從而檢測該同步信號的精確位置和該獨特序列。

圖8為根據本發明一個方面傳輸具有新穎信號格式的同步信號以減少小區搜索時間的流程圖。在步驟801中，基站在移動通信網絡中分配多個無線電資源。其中，該多個無線電資源為周期性分配用於多個同步信號傳輸。在步驟802中，基站透過該多個分配的無線電資源傳輸同步信號至多個UE。該同步信號嵌入獨特序列，其中該獨特序列在時域中重複n次且插入在一或多個OFDM符號中，其中，n為大於一的整數。在一個示例中，該基站方向性配置有多個控制波束，其中，該多個控制波束覆蓋小區的整個服務區域以用於傳輸該同步信號。該獨特序列識別控制信息，該控制信息包括該基站的小區ID和波束ID中的至少一個。

本發明雖為說明的目的以若干特定實施例進行描述，但本發明並不限於此。相應地，在不脫離本發明的權利要求所設定的範圍內，當可對上述實施例的些許特徵作些許修改、潤飾和組合。