小区/无线网络的波束管理方法技术

本发明专利技术提出一种小区/网络中的波束管理方法。运行在Ka或更高频段的小区/无线网络需要使用方向性天线(或通过基于阵列的波束成形)以补偿服务路径损失。维护天线指向和追踪准确性在通信过程的许多阶段是基本关键的。通过使用上行链路导频信号以用于波束校准，与UE端的切换波束成形以及BS端的自适应波束成形结合，可实现有效的波束管理，减少负载、复杂度以及成本。

Beam management method for cell / wireless network

The invention provides a beam management method in a cell / network. Cell / wireless networks operating in Ka or higher frequencies require directional antennas (or via array based beamforming) to compensate for loss of service paths. Maintaining antenna pointing and tracking accuracy is essential in many stages of the communication process. Through the use of an uplink pilot signal for beam calibration, adaptive beamforming and UE terminal switching beamforming and BS end forming combined beam can realize the effective management, reduce the load, complexity and cost.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】小区/无线网络的波束管理方法相关申请的交叉引用本申请的权利要求范围依据35U.S.C.§119要求如下申请的优先权：2014年10月7日递交的申请号为62/060,786，标题为“BeamAdministrationMethodsforCellular/WirelessNetworks”的美国临时案，以及2015年9月29日递交的申请号为14/868,705的美国临时案。在此合并参考上述美国临时申请案的全部内容。
本专利技术有关于无线通信，更具体地，有关于毫米波(MillimeterWave，mmW)波束形成(beamforming)系统中的波束管理方法。
技术介绍
移动载波遭遇的带宽短缺问题引发了对3G与300GHz之间未充分利用的毫米波频谱进行开发以用于下一代宽频蜂窝通信网。毫米波频带的可用频谱比传统蜂窝系统的大两百倍。毫米波无线网络使用与窄波束(narrowbeam)的定向通信并支持数千兆位(multi-gigabit)的数据速率。尚未充分利用的毫米波频谱具有从1mm到100mm的波长范围。毫米波频谱的极小波长可使大量的小型化天线(miniaturizedantenna)放置在小的区域内。这样的小型化天线可通过电可控阵列(electricallysteerablearray)产生定向传送而形成高波束形成增益。随着毫米波半导体电路的最新进展，毫米波无线系统已经成为真正落实可行的解决方案。然而，对于定向传输的严重依赖和传播环境的脆弱性对毫米波网络提出了特殊的挑战。一般而言，移动网络系统设计为要实现以下目标：1)同时服务具有广泛动态操作状况的多个用户；2)对于信道变化、流量负载及不同QoS需求具有鲁棒性；3)资源(例如带宽和功率)的有效利用。然而波束形成增加了实现这些目标的难度。保持天线指向(pointing)和追踪(tracking)的精确度在通信流程的多个阶段是很关键的。原则上，波束管理/训练机制确保基站(basestation，BS)波束和用户装置(userequipment，UE)被校准以用于数据通信，其中，波束管理/训练机制包括初始波束校准(alignment)或后续波束追踪。在无线或移动通信网络中假设分层层级波束模式(pattern)。不同的波束形成器(beamformer)可具有不同的空间解析度。例如，扇形(sector)天线可具有较短但较宽的空间覆盖，而波束形成天线可具有较长但较窄的空间覆盖。为提供适度的阵列增益，可需要大量的阵列元件。具有两种波束形成：切换波束形成和自适应波束形成。自适应波束形成意味着数字波束形成(digitalbeamforming)。自适应波束形成的复杂度高且具有灵活的波束模式，而波束校准时间是可接受的。切换波束形成是模拟或混合波束形成。切换波束形成的复杂度低，然而波束模式并不是灵活的且波束校准时间长。因此需要寻找波束管理方法以执行BS和UE的波束校准和波束追踪。
技术实现思路
本专利技术提出一种小区/网络中的波束管理方法。运行在Ka或更高频段的小区/无线网络需要使用方向性天线(或通过基于阵列的波束成形)以补偿服务路径损失。维护天线指向和追踪准确性在通信过程的许多阶段是基本关键的。通过使用上行链路导频信号以用于波束校准，与UE端的切换波束成形以及BS端的自适应波束成形结合，可实现有效的波束管理，减少负载、复杂度以及成本。在一个实施例中，基站提供波束训练信息至网络中的用户装置，其中，该波束训练信息包括训练周期，窗口大小及资源映射信息。基站接收该用户装置透过一或多个用户装置波束传输的上行链路导频信号；基站对每个用户装置使用多个基站波束波束执行自适应波束形成。最后，基站传输波束训练完成指令至用户装置。该波束训练完成指令包括选择的用户装置波束识别码和相应于该选择的用户装置波束的时序提前值以用于上行链路传输。在另一个实施例中，用户装置在无线通信网络中获取波束训练信息，其中，该波束训练信息包括训练周期，窗口大小及资源映射信息；由该用户装置基于接收的该波束训练信息透过一或多个用户装置波束传输上行链路导频信号；从基站接收波束训练完成指令，其中，该波束训练完成指令包括选择的用户装置波束识别码和相应于该选择的用户装置波束的时序提前值以用于上行链路传输。下面详细描述了其他实施例和优点。本
技术实现思路
并不意在限制本专利技术。本专利技术是由权利要求限定的。附图说明附图说明了本专利技术的各个实施例，其中，相同的数字指示相同元件。图1是根据本专利技术一个方面波束形成毫米波移动网络100中基站和用户装置间控制波束和专用波束及波束管理的示意图。图2为根据本专利技术一些实施例的基站和用户装置的简化方块示意图。图3为波束形成网络300中的波束校准和波束追踪的波束管理示意图。图4用于波束形成的波束形成的不同选择的示意图。图5为随机存取程序及随后的UE初始化波束校准程序的实施例示意图。图6为波束形成系统中基于竞争的联合随机存取和波束管理程序的示意图。图7为波束形成系统中非基于竞争的联合随机存取和波束管理程序的示意图。图8为波束形成系统中的UE初始化波束形成程序的示意图。波束追踪程序仅在波束校准的情形下操作。图9为波束形成系统中BS初始化波束追踪程序的示意图。图10为根据本专利技术一个方面波束形成系统中UE角度的波束管理方法的流程图。图11为根据本专利技术一个方面波束形成系统中BS角度的波束管理方法的流程图。具体实施方式现在将详细参阅本专利技术的一些实施例，这些实施例显示在附图中。图1是根据本专利技术一个方面波束形成毫米波移动网络100中基站和用户装置间控制波束和专用波束及波束管理的示意图。波束形成毫米波移动通信网络100包括基站BS101和UE102。毫米波移动网络使用具有窄波束的定向通信且可支持数千兆的数据速率。定向通信通过数字(自适应)及/或模拟(切换)波束形成实现，其中，多天线元件应用了多组波束形成权重以形成多个波束。在图1的示例中，BS101定向地配置了多个小区，且每个小区覆盖有一组粗TX/RX控制波束。例如，小区110由一组四个控制波束CB1、CB2、CB3及CB4覆盖。控制波束CB1-CB4的集合覆盖了小区110的整个服务区域，且每个控制波束具有更广且更短的空间覆盖，其具有更小阵列增益(gain)。每个控制波束相应地由一组专用数据波束覆盖。例如，CB2由一组四个专用数据波束DB1、DB2、DB3及DB4所覆盖。专用数据波束的集合覆盖了一个控制波束的服务区域，且每个专用数据波束具有更窄且更长的空间覆盖，其具有更大阵列增益。在无线或移动网络中设定分层波束模式。层级0波束模式为全向(omni-directional)且用于宏小区(macrocell)站。控制波束的集合为低层级(层级1)波束，其提供低速率控制信令以促进高层级(层级2)专用数据波束上的高速率数据通信。控制波束的组合覆盖整个小区覆盖面积且具有适度的波束形成增益。每个控制波束广播最小数量的小区专用(cell-specific)和波束专用(beam-specific)信息，上述信息类似于LTE系统中的系统信息块(SystemInformationBlock，SIB)或主信息块(MasterInformationBlock，MIB)。控制波束和专用数据波束结构提供强健的控制信令机制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法：由基站提供波束训练信息至网络中的用户装置，其中，该波束训练信息包括训练周期，窗口大小及资源映射信息；接收该用户装置透过一或多个用户装置波束传输的上行链路导频信号；使用多个基站波束对每个用户装置波束执行自适应波束形成；以及由该基站传输波束训练完成指令，其中，该波束训练完成指令包括选择的用户装置波束识别码和相应于该选择的用户装置波束的时序提前值以用于上行链路传输。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.07 US 62/060,786;2015.09.29 US 14/868,7051.一种方法：由基站提供波束训练信息至网络中的用户装置，其中，该波束训练信息包括训练周期，窗口大小及资源映射信息；接收该用户装置透过一或多个用户装置波束传输的上行链路导频信号；使用多个基站波束对每个用户装置波束执行自适应波束形成；以及由该基站传输波束训练完成指令，其中，该波束训练完成指令包括选择的用户装置波束识别码和相应于该选择的用户装置波束的时序提前值以用于上行链路传输。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该波束训练信息透过小区/波束特定系统信息提供。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该波束训练关于初始波束校准程序或后续波束追踪程序。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该基站通过发送波束追踪请求初始化该波束追踪程序并接收波束容量报告作为响应，其中，该波束容量报告包括用于追踪的多个用户装置波束模式。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该自适应波束形成关于基于最大信号功率、最大信噪比或信号干扰及噪声比、最小干扰及到达角度估计中的一个选择最佳基站波束。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，接收该上行链路导频信号作为随机存取前缀，该随机存取前缀在随机存取接入信道程序中透过随机存取信道传输。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该随机存取信道程序为基于竞争以用于初始波束校准。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该随机存取信道程序为非基于竞争以用于后续波束追踪，且其中该基站透过该资源映射信息校准该随机存取前缀并分配随机存取信道资源。9.一种方法，包括：由无线通信网络中的用户装置获取波束训练信息，其中，该波束训练信息包括训练周期，窗口大小及资源映射信息；由该用户装置基于接收的该波束训练信息透过一或多个用户装置波束传输上行链路导频信号；从基站接收波束训练完成指令，其中，该波束训练完成指令包括选择的用户装置波束识别码和相应于该选择的用户装置波束的时序提前值以用于上行链路传输。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，该用户装置对该一或...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈儒雅，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71