基于差分波束的随机接入方法、基站设备及用户设备技术

本发明专利技术提供了基于差分波束的随机接入方法、基站设备及用户设备；其中，一种基于差分波束的随机接入方法包括：基站设备通过差分波束接收方式接收来自第一UE的前导序列；基于前导序列，确定基站波束方向角度偏差；根据基站波束方向角度偏差进行基站波束调整，并通过调整后的基站波束向第一UE发送随机接入响应信号。本发明专利技术通过差分波束接收方式检测基站波束方向角度偏差，能够比现有技术中波束轮询的方式更快地调整基站接收波束至最优波束，提高随机接入过程的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于差分波束的随机接入方法、基站设备及用户设备
本专利技术涉及移动通信领域，具体而言，本专利技术涉及基于差分波束的随机接入方法、基站设备及用户设备。
技术介绍
随着信息产业的快速发展，特别是来自移动互联网和物联网(IoT,internetofthings)的增长需求，给未来移动通信技术带来前所未有的挑战。如根据国际电信联盟ITU的报告ITU-RM.[IMT.BEYOND2020.TRAFFIC]，可以预计到2020年，移动业务量增长相对2010年(4G时代)将增长近1000倍，UE(UserEquipment，用户设备)连接数也将超过170亿，随着海量的IoT设备逐渐渗透到移动通信网络，连接设备数将更加惊人。为了应对这前所未有的挑战，通信产业界和学术界已经展开了广泛的第五代移动通信技术研究(5G)，面向2020年代。目前在ITU的报告ITU-RM.[IMT.VISION]中已经在讨论未来5G的框架和整体目标，其中对5G的需求展望、应用场景和各项重要性能指标做了详细说明。针对5G中的新需求，ITU的报告ITU-RM.[IMT.FUTURETECHNOLOGYTRENDS]提供了针对5G的技术趋势相关的信息，旨在解决系统吞吐量显著提升、用户体验一致性、扩展性以支持IoT、时延、能效、成本、网络灵活性、新兴业务的支持和灵活的频谱利用等显著问题。随机接入(RandomAccess)过程是无线通信系统中的重要步骤，用于UE与基站间建立上行同步，以及基站为UE分配用于识别UE的ID等。随机接入的性能直接影响到UE的用户使用体验。传统的无线通信系统，如LTE以及LTE-Advanced中，随机接入过程被应用于如建立初始链接、小区切换、重新建立上行链接、RRC连接重建等多个场景，并根据UE是否独占前导序列资源划分为基于竞争的随机接入(Contention-basedRandomAccess)以及基于非竞争的随机接入(Contention-freeRandomAccess)。由于基于竞争的随机接入中，各个UE在尝试建立上行链接的过程中，从相同的前导序列资源中选择前导序列，可能会出现多个UE选择相同的前导序列发送给基站，因此冲突解决机制是随机接入中的重要研究方向，如何降低冲突概率、如何快速解决已经发生的冲突，是影响随机接入性能的关键指标。LTE-A中基于竞争的随机接入过程分为四步，如图2所示。第一步中，UE从前导序列资源池中随机选择一个前导序列，发送给基站。基站对接入信号进行相关性检测，从而识别出UE所发送的前导序列；第二步中，基站向UE发送随机接入响应(RandomAccessResponse,RAR)，包含随机接入前导序列标识符、根据UE与基站间时延估计所确定的定时提前指令、临时小区无线网络临时标识(Cell-RadioNetworkTemporaryIdentifier,C-RNTI)，以及为UE下次上行传输所分配的时频资源；第三步中，UE根据RAR中的信息，向基站发送消息3(Msg3)；Msg3中包含用于终端标识以及RRC链接请求等信息，其中，该终端标识是UE唯一的，用于解决冲突；第四步中，基站向UE发送冲突解决标识，包含了冲突解决中胜出的UE的终端标识。UE在检测出其标识后，将临时C-RNTI升级为C-RNTI，并向基站发送ACK信号，完成随机接入过程，并等待基站的调度。否则，UE将在一段延时后开始新的随机接入过程。对于基于非竞争的随机接入过程，由于基站已知UE标识，可以为UE分配前导序列。因此UE在发送前导序列时，不需要随机选择序列，而会使用分配好的前导序列。基站在检测到分配好的前导序列后，会发送相应随机接入响应，包括定时提前以及上行资源分配等信息。UE接收到随机接入响应后，认为已完成上行同步，等待基站的进一步调度。因此，基于非竞争的随机接入过程仅包含两个步骤：步骤一为发送前导序列；步骤二为随机接入响应的发送。毫米波通信是5G可能的一项关键技术。通过提高载波频率到毫米波频段，可用带宽将大大增加，因此能够极大的提高系统的传输速率。为对抗毫米波波段无线信道中高衰落、高损耗等特性，毫米波通信系统一般采用波束赋形(Beamforming)技术，即通过使用加权因子，将波束能量集中于某一方向。进行无线通信时，基站与UE通过轮询等方式搜索出最优的波束对，从而最大化UE侧的接收信噪比。由于建立初始链接时UE与基站并不知晓最优波束对的方向，因此毫米波通信系统中随机接入面临着极大的挑战。一种可能的方式如文献[RandomAccessinMillimeter-WaveBeamformingCellularNetworks:IssuesandApproaches]中所述，在第一步UE发送前导序列时尝试全部可能的波束配对，从中找出最优的波束对，随机接入的后续步骤中均采用该最优的波束对。该方案虽然能够在随机接入过程的第一步就得到最优的波束对，但是会导致第一步的前导序列发送与检测的时间变长，因此还有较大的性能提升空间。综上所述，为了进一步提升毫米波通信系统在5G候选技术中的竞争力，有必要提出有效的解决毫米波系统中随机接入过程的性能的技术方案，提高毫米波通信系统中随机接入过程的性能，最终达到在UE侧为用户提供更低的接入延时和更好的接入体验的目的。
技术实现思路
为了解决现有技术中，在基于波束赋形的毫米波通信系统中随机接入过程寻找最优波束对时需要较长时间，导致前导序列发送时间过长的问题。本专利技术实施例提供了一种随机接入方法，该方法包括：基站设备通过差分波束接收方式接收来自第一UE的前导序列；基于前导序列，确定基站波束方向角度偏差；根据基站波束方向角度偏差进行基站波束调整，并通过调整后的基站波束向第一UE发送随机接入响应信号。。本专利技术实施例还提供了一种随机接入方法，该方法包括：基站设备接收第二UE通过差分波束发送方式发送的前导序列；基于前导序列，确定发送能量最大的UE波束方向以及UE波束方向角度偏差；向第二UE发送随机接入响应信号，其中，随机接入响应信号包括用于指示发送能量最大的UE波束方向的波束指示信息以及UE波束方向角度偏差。本专利技术实施例还提供了一种随机接入方法，该方法包括：第二UE通过差分波束发送方式向基站设备发送前导序列；接收来自基站设备的随机接入响应信号，其中，随机接入响应信号包括用于指示发送能量最大的UE波束方向的波束指示信息以及UE波束方向角度偏差；根据波束指示信息以及UE波束方向角度偏差进行UE波束调整，并通过调整后的UE波束发送和接收数据。本专利技术实施例还提供了一种随机接入方法，该方法包括：第二UE向基站设备发送前导序列；接收基站设备通过基于差分波束接收方式调整后的基站波束方向发送的随机接入响应信号，随机接入响应信号包括用于指示发送能量最大的UE波束方向的波束指示信息；通过发送能量最大的UE波束方向发送和接收数据。本专利技术实施例还提供了一种用于随机接入的基站设备，该基站设备包括：第一接收模块，用于通过差分波束接收方式接收来自第一UE的前导序列；第一偏差检测模块，用于基于针对前导序列确定基站波束方向角度偏差；第一调整及发送模块，用于根据基站波束方向角度偏差进行基站波束调整，并通过调整后的基站波束向第一UE发送随机接入响应信号。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机接入方法，其特征在于，该方法包括：基站设备通过差分波束接收方式接收来自第一UE的前导序列；基于所述前导序列，确定基站波束方向角度偏差；根据所述基站波束方向角度偏差进行基站波束调整，并通过调整后的基站波束向所述第一UE发送随机接入响应信号。

【技术特征摘要】
1.一种随机接入方法，其特征在于，该方法包括：基站设备通过差分波束接收方式接收来自第一UE的前导序列；基于所述前导序列，确定基站波束方向角度偏差；根据所述基站波束方向角度偏差进行基站波束调整，并通过调整后的基站波束向所述第一UE发送随机接入响应信号。2.一种随机接入方法，其特征在于，该方法包括：基站设备接收第二UE通过差分波束发送方式发送的前导序列；基于所述前导序列，确定发送能量最大的UE波束方向以及UE波束方向角度偏差；向所述第二UE发送随机接入响应信号，其中，所述随机接入响应信号包括用于指示发送能量最大的UE波束方向的波束指示信息以及UE波束方向角度偏差。3.一种随机接入方法，其特征在于，该方法包括：第二UE通过差分波束发送方式向基站设备发送前导序列；接收来自基站设备的随机接入响应信号，其中，所述随机接入响应信号包括用于指示发送能量最大的UE波束方向的波束指示信息以及UE波束方向角度偏差；根据所述波束指示信息以及所述UE波束方向角度偏差进行UE波束调整，并通过调整后的UE波束发送和接收数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二UE通过差分波束发送方式向基站设备发送前导序列的步骤，包括：第二UE在多个UE波束方向上通过和波束及差分波束发送前导序列。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述和波束采用和波束权重系数作为波束赋形权重系数，且所述差分波束采用差分波束权重系数作为波束赋形权重系数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述和波束权重系数分为第一和波束部分及第二和波束部分，且所述差分波束权重系数分为第一差分波束部分及第二差分波束部分；其中，第一和波束部分与第一差分波束部分相同，且第二差分波束部分中的多个元素为第二和波束部分中相应元素的相反数。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述和波束权重系数通过下式表示：其中，Nsum为采用和波束权重系数的接收阵列所用的天线数，θ为和波束中心方向，d为接收阵列天线阵元间的间距，λ为接收信号波长；和波束权重系数为Nsum维向量，其中第n个元素为1≤n≤Nsum；所述差分波束权重系数通过下式表示：其中，Ndif为采用差分波束权重系数的发送阵列所用的天线数，Nsum＝Ndif；差分波束权重系数为Ndif维向量，其中，差分波束权重系数的前Ndif/2个元素与和波束权重系数的前Nsum/2个元素相同，差分波束权重系数的后Ndif/2个元素为和波束权重系数的后Nsum/2个元素的相反数。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二UE通过差分波束发送方式向基站设备发送前导序列的步骤，具体包括：第二UE在多个UE波束方向上通过差分波束发送方式发送相同或不同的前导序列。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在多个UE波束方向上发送相同的前导序列时采用的序列长度大于发送不同的前导序列时采用的序列长度。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述前导序列集合包括多个互不相交的子集，所述第二UE在多个UE波束方向上通过差分波束发送方式发送不同的前导序列的步骤，具体包括：各个UE波束方向从互不相同的子集中选择任一前导序列，并通过差分波束发送方式进行发送。11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述波束指示信息以及所述UE波束方向角度偏差进行UE波束调整的步骤，具体包括：根据所述波束指示信息以及所述UE波束方向角度偏差对UE波束方向及UE波束宽度进行调整。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在UE波束方向上使用第三波束宽度进行所述前导序列的发送；在调整后的UE波束方向上使用第四波束宽度进行所述消息3的发送；所述第三波束宽度不小于所述第四波束宽度。13.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述第二UE通过差分波束发送方式向基站设备发送前导序列的步骤，包括：通过差分波束发送方式在随机接入信道中向基站设备发送前导序列。14.根据权利要求13所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱辰，喻斌，熊琦，孙程君，
申请(专利权)人：北京三星通信技术研究有限公司，三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：北京,11