基于图确定初始同步波束扫描制造技术

用于确定由网络中的若干接入节点在区域中发送的同步信号的波束扫掠图案的技术，其中每个接入节点连接到对应的天线元件阵列。一种示例方法包括：将在同步信号中发送的功率的总功率函数建模为具有多个检查节点和变量节点的因子图，每个检查节点对应于该区域中的虚拟无线设备并且每个变量节点对应于接入节点的可用波束。对虚拟无线设备进行仿真，以实现对虚拟无线设备接收的同步信号的服务质量约束。将迭代消息传递算法，例如最小和算法，应用于建模的总功率函数，以确定每个接入节点用于扫掠同步信号波束的功率电平序列，以最小化总功率函数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于图确定初始同步波束扫描
本公开技术和装置总体上涉及无线通信网络，并且更具体地，涉及用于确定扫描波束图案的技术和装置，该扫描波束图案将由接入节点用于在区域中发送同步信号，并且将由无线设备用于获得与接入节点的初始同步以接入通信服务。
技术介绍
无线电频谱的毫米波部分(例如，包括60GHz左右的范围内的频率)预计将为第五代(5G)无线通信系统提供许多益处。毫米波频带中的可接入信道带宽可能大于在较低频带操作的商业无线系统可用的信道带宽，例如使用由第三代合作伙伴计划(3GPP)的成员开发的当前长期演进(LTE)无线电接入技术的系统。此外，毫米波频带中较小的无线电波长允许无线电收发器在支持多个天线时具有更紧凑的硬件，这是因为多天线场景中的天线元件分离通常与波长成比例。毫米波频带的后一个优点的一个含义是，与先前部署的节点相比，大量天线元件可以连接到无线电接入节点(下文中简称为接入节点或AN)，同时保持相对“常规”的尺寸。可以布置成水平和/或垂直间隔元件的阵列的这些天线元件可以用于形成例如将接入节点的全部发送功率集中在特定/期望方向上的窄波束。这样，可以到达远程无线设备(在3GPP规范文档中通常称为用户设备或UE)，而不会对除接入节点特定目标的设备之外的设备造成高干扰。另一方面，毫米波无线网络中的UE的初始同步(这通常是UE在尝试接入网络以获得服务时所采取的第一步)引发了一些具有挑战性的问题。在此上下文中，关键挑战是确保每当新UE尝试加入这样的网络时，UE附近的至少一个AN应该能够为其提供足够好的信号质量以建立AN和UE之间的连接。然而，同时，应当将尽可能少的功率用于向UE发送的信号，以便允许支持许多其他UE，从而最小化对其他设备的干扰，并最小化网络的总功耗。然而，将窄波束用于初始同步目的仅为待覆盖区域的一小部分提供良好的信号质量。如果新UE到达覆盖不良的区域，则使用窄波束来发送同步信号的一个后果可能是该UE无法加入网络，这是因为它不能令人满意地监听和解码来自AN的任何同步信号。去激活在给定接入节点可用的天线元件阵列中的天线元件使得可以产生较宽的波束图案，当仅从单个天线元件发送时达到极限。然而，在一些可能的配置中，例如在每个天线元件有一个功率放大器的配置中，这可能需要降低进入阵列的总传导功率。因此，一般情况下，使用所有可用的天线元件来辐射功率是更有功率效率的。假设在给定区域中每个接入节点使用其可用的所有天线元件，因此期望通过在每个发送时间间隔中调整从每个接入节点的每个波束的功率电平来最小化总消耗功率，以使得该区域中的每个UE都可以执行初始同步。这导致波束扫掠过程，其中在每个AN处一个的窄波束以连续的发送时间间隔(即，波束扫掠实例)同时发送，以便在UE可能出现的区域辐射能量并尝试建立连接，直到扫描了整个区域。为了最小化该初始同步过程的总消耗功率，可以将优化问题公式化，其中目标在于最小化在波束扫描期间要使用的所有发送功率电平的总和。该目标服从一组服务质量(QoS)约束(例如，区域中的UE接收同步信号的最小信号与干扰加噪声比(SINR)要求)和一组发送功率约束。结果是对于所有发送的同步波束的可行功率设置，其中功率设置的按元件和被最小化。根据得到的功率设置，导出要在波束扫描中使用的波束扫掠图案。理想地，使用所得功率设置的同步信号的发送为区域中可能尝试与AN同步的任何新UE提供良好的信号质量。就其本质而言，上述问题与大型网络的高计算复杂度组合。因此，难以获得其最优解，这是因为对最优解的穷举搜索随着QoS约束的数量呈指数增长。尽管可以将该组合问题转换为混合整数线性程式以便以更有效的方式求解，但对于超大型网络来说仍然是难以处理的。定义ANS的波束扫掠图案的一种可能的低复杂度方法是在没有功率优化的情况下随机选择波束扫掠图案，即在波束扫掠实例中AN所遵循的波束序列。这是在[C.N.Barati，S.A.Hosseini，S.Rangan，P.Liu，T.Korakis，andS.S.Panwar，“Directionalcellsearchformillimeterwavecellularsystems，”inIEEE15thInternationalWorkshoponSignalProcessingAdvancesinWirelessCommunications(SPAWC)，June2014]中描述的方法。然而，该方法将使AN向UE从不(或很少)出现的区域发送同步信号。因此，消耗了不必要的功率。另外，UE可能会经受来自随机扫掠波束的高干扰电平。另一种方法是基于由无线网络收集的UE的历史统计数据来设计波束模式并优化功率设置。这是在[I.M.Guerreiro，J.D.Hui，andC.C.Cavalcante.“Power-efficientbeamsweepingforinitialsynchronizationinmm-Wavewirelessnetworks，”inIEEE16thInternationalWorkshoponSignalProcessingAdvancesinWirelessCommunications(SPAWC)，June2015]中描述的方法。根据这种数据集，AN次优地找到足以为UE提供良好的同步信号质量以进行同步的功率设置。因此，根据功率设置导出波束扫掠图案，其中仅使用与非零功率电平相关联的方向。然而，上面引用的论文中详述的特定算法是以集中方式执行的，并且提供远非最优的解。
技术实现思路
根据本文详述的一些技术，AN例如经由回程交换消息，以联合地找到每个AN的优化发送功率设置和优化波束扫掠图案。要传递的消息定义AN要遵循的协议，以便正确地执行消息传递算法。该算法可以以去中心化的方式离线执行，并且取决于系统收集的历史统计数据的可用性。所描述的解决方案的一些实施例的优点包括，利用该优化波束扫描模式，较少使用无线电信道。由于该优化功率设置，还节省了能量并减少了干扰。根据这些实施例中的一些实施例，如下面进一步描述的，基于由系统向AN提供的历史统计数据，在AN处本地计算消息。一种在无线通信系统的一个或多个节点中执行的示例方法用于联合地确定由无线网络中的多个接入节点中的每个接入节点在区域中发送的同步信号的波束扫掠图案，其中，每个接入节点连接到由水平和/或垂直间隔的天线元件构成的对应阵列并且被配置为使用所述对应阵列以节点特定波束序列扫掠同步信号，其中，对于每个接入节点，所述节点特定波束序列由与所述接入节点可用的不同波束角度相对应的功率电平的序列定义。所述示例方法包括：对与给定时段内由所述多个接入节点在所述同步信号中发送的总功率相对应的总功率函数进行建模，其中，对所述总功率函数的建模包括将所述总功率函数建模为具有多个检查节点和变量节点的因子图，所述检查节点中的每个检查节点对应于所述区域中的多个仿真的虚拟无线设备之一，并且所述变量节点中的每个变量节点对应于所述接入节点中的一个接入节点，并且对应于所述接入节点中的所述一个接入节点可用的波束角度中的一个波束角度。所述方法还包括：仿真所述多个虚拟无线设备，以实现对所述虚拟无线设备接收的同步信号的服务质量约束，以及将迭代消息传递算法应用于建模的总功率函数，以确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在无线通信系统的一个或多个节点中联合确定由无线网络中的多个接入节点中的每个接入节点在区域中发送的同步信号的波束扫掠图案的方法，其中每个接入节点连接到由水平和/或垂直间隔的天线元件构成的对应阵列并且被配置为使用对应阵列以节点特定波束序列来扫掠同步信号，其中，对于每个接入节点，所述节点特定波束序列由与所述接入节点可用的不同波束角度相对应的功率电平的序列定义，所述方法包括：对与给定时段内由所述多个接入节点在所述同步信号中发送的总功率相对应的总功率函数进行建模，其中，所述对总功率函数进行建模包括：将所述总功率函数建模为具有多个检查节点和变量节点的因子图，所述检查节点中的每个检查节点对应于所述区域中的多个仿真的虚拟无线设备之一，并且所述变量节点中的每个变量节点对应于所述接入节点中的一个接入节点，并且对应于所述接入节点中的所述一个接入节点可用的波束角度中的一个波束角度；仿真所述多个虚拟无线设备，以实现对所述虚拟无线设备接收的同步信号的服务质量约束；将迭代消息传递算法应用于建模的总功率函数，以确定所述多个接入节点中的每个接入节点的功率电平的序列，以在服从一个或多个迭代停止准则的情况下使所述总功率函数最小化。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.26 US 15/054,6751.一种在无线通信系统的一个或多个节点中联合确定由无线网络中的多个接入节点中的每个接入节点在区域中发送的同步信号的波束扫掠图案的方法，其中每个接入节点连接到由水平和/或垂直间隔的天线元件构成的对应阵列并且被配置为使用对应阵列以节点特定波束序列来扫掠同步信号，其中，对于每个接入节点，所述节点特定波束序列由与所述接入节点可用的不同波束角度相对应的功率电平的序列定义，所述方法包括：对与给定时段内由所述多个接入节点在所述同步信号中发送的总功率相对应的总功率函数进行建模，其中，所述对总功率函数进行建模包括：将所述总功率函数建模为具有多个检查节点和变量节点的因子图，所述检查节点中的每个检查节点对应于所述区域中的多个仿真的虚拟无线设备之一，并且所述变量节点中的每个变量节点对应于所述接入节点中的一个接入节点，并且对应于所述接入节点中的所述一个接入节点可用的波束角度中的一个波束角度；仿真所述多个虚拟无线设备，以实现对所述虚拟无线设备接收的同步信号的服务质量约束；将迭代消息传递算法应用于建模的总功率函数，以确定所述多个接入节点中的每个接入节点的功率电平的序列，以在服从一个或多个迭代停止准则的情况下使所述总功率函数最小化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述迭代消息传递算法是最小和算法、最大和算法和最小乘积算法中的一项。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：通过应用所述接入节点中的一个接入节点的所确定的非零功率电平的序列，从所述接入节点发送同步信号。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，仿真所述多个虚拟无线设备是基于来自所述区域中的无线设备的历史信号测量数据，所述历史信号测量数据包括由所述多个接入节点发送的同步信号的接收信号强度数据。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述历史信号测量数据的至少一部分对应于来自由所述接入节点中的一个或多个接入节点进行的同步的全功率扫掠的测量结果。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述方法还包括，在所述建模、仿真和应用之后：使用来自无线设备的针对由所述多个接入节点使用所确定的非零功率电平的序列发送的同步信号的信号强度数据来更新所述历史信号测量数据；以及重复所述建模、仿真和应用，以获得所述接入节点中的一个或多个接入节点的更新的非零功率电平的序列。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述将迭代消息传递算法应用于建模的总功率函数包括：针对每个变量节点，生成以与虚拟无线设备相对应的每个检查节点为目标的初始聚合消息，所述虚拟无线设备基于历史信号质量数据被认为能够接收由与所述变量节点相对应的接入节点以与所述变量节点相对应的方位角和波束仰角的组合发送的同步信号，所述初始聚合消息中的每个初始聚合消息由变量节点功率函数构成，所述变量节点功率函数是所述变量节点的发送功率电平的函数；向相应的检查节点传递所述初始聚合消息；针对每个检查节点，计算以变量节点集合中的每个变量节点为目标的概要消息，所述变量节点集合基于历史信号质量数据而对应于能够由所述检查节点接收的波束，每个概要消息是目标变量节点的发送功率电平的函数并且针对目标变量节点的每个发送功率具有被计算为最小值的值，所述最小值是针对除目标变量节点之外的所有相邻变量节点的所有发送功率电平计算的(i)所述检查节点的指标函数和(ii)所述检查节点最近从所述集合中除目标变量节点之外的所有变量节点接收的聚合消息之和中的最小值，其中，所述检查节点的所述指标函数是目标变量节点的发送功率电平的函数，并且如果基于目标变量节点的发送功率电平和除了目标变量节点之外的相邻变量节点的发送功率电平而假定的所述检查节点能够接收的波束中的任何波束的信号质量超过预定阈值，则针对目标变量节点的给定发送功率电平提供零，否则提供预定的惩罚值；向相应变量节点传递所述概要消息；针对每个变量节点，确定使最近向所述变量节点传递的概要消息的总和最小化的发送功率电平；针对每个变量节点，计算以检查节点中与虚拟无线设备相对应的的每个检查节点为目标的更新的聚合消息，所述虚拟无线设备基于历史信号质量数据被认为能够接收由与所述变量节点相对应的接入节点以与所述变量节点相对应的方位角和波束仰角的组合发送的同步信号，每个更新的聚合消息被计算为(iii)作为所述变量节点的发送功率电平的函数的功率项和(iv)最近从除了目标检查节点之外的检查节点向所述变量节点传递的概要消息的总和之和减去(v)最近从除了目标检查节点之外的检查节点向所述变量节点传递的所有概要消息中的最小值；向相应的检查节点传递更新的聚合消息；重复地进行概要消息的计算、概要消息的传递、更新的聚合消息的计算、以及更新的消息的传递，直到达到迭代停止准则为止；以及其中，恰好在所述迭代停止准则之前确定的变量节点的发送功率电平表示所述多个接入节点的波束序列的所确定的非零功率电平。8.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，仿真所述多个虚拟无线设备以实现对由所述虚拟无线设备接收的同步信号的服务质量约束被执行以忽略干扰。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述将迭代消息传递算法应用于建模的总功率函数包括：针对每个变量节点，生成以与虚拟无线设备相对应的每个检查节点为目标的初始聚合消息，所述虚拟无线设备基于历史信号质量数据被认为能够接收由与所述变量节点相对应的接入节点以与所述变量节点相对应的方位角和波束仰角的组合发送的同步信号，所述初始聚合消息中的每个初始聚合消息由变量节点功率函数构成，所述变量节点功率函数是所述变量节点的发送功率电平的函数；向相应的检查节点传递所述初始聚合消息；针对每个检查节点，计算以变量节点集合中的每个变量节点为目标的概要消息，所述变量节点集合基于历史信号质量数据而对应于所述检查节点能够接收的波束，每个概要消息被计算为(i)零，如果所述变量节点的波束功率超过对应波束服务与所述检查节点相对应的虚拟节点所需的最小功率电平；否则被计算为(b)最小值，所述最小值是针对最近由所述检查节点从所述集合中除目标变量节点以外的所有变量节点接收的所有聚合消息而计算的一系列聚合消息中的聚合消息的值中的最小值，在所述一系列聚合消息中对应变量节点的发送功率超过对应变量服务与所述检查节点相对应的虚拟节点所需的最小功率电平；向相应变量节点传递所述概要消息；针对每个变量节点，确定使最近向所述变量节点传递的所述概要消息的总和最小化的发送功率电平；针对每个变量节点，计算以与虚拟无线设备相对应的检查节点中的每个检查节点为目标的更新的聚合消息，所述虚拟无线设备基于历史信号质量数据被认为能够接收由与所述变量节点相对应的所述接入节点以与所述变量节点相对应的方位角和波束仰角的组合发送的同步信号，每个更新的聚合消息被计算为(iii)作为所述变量节点的发送功率电平的函数的功率项和(iv)最近从除了目标检查节点之外的检查节点向所述变量节点传递的所述概要消息的总和之和减去(v)最近从除了目标检查节点之外的检查节点向所述变量节点传递的所有所述概要消息中的最小值；向相应的检查节点传递更新的聚合消息；重复地进行概要消息的计算、概要消息的传递、更新的聚合消息的计算、以及更新的消息的传递，直到达到迭代停止准则为止；以及其中，恰好在所述迭代停止准则之前确定的变量节点的发送功率电平表示所述多个接入节点的波束序列的所确定的非零功率电平。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述方法以分布式方式在所述多个接入节点中实现，每个接入节点计算与相应节点相对应的变量节点的消息。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述接入节点中的一个或多个接入节点中的每个接入节点执行对所述多个无线设备的对应子集的仿真。12.一种用于联合确定由无线网络中的多个接入节点中的每个接入节点在区域中发送的同步信号的波束扫掠图案的系统，其中，每个接入节点连接到由水平和/或垂直间隔的天线元件构成的对应阵列并且被配置为使用所述对应阵列以节点特定波束序列扫掠同步信号，其中，对于每个接入节点，所述节点特定波束序列由与所述接入节点可用的不同波束角度相对应的功率电平的序列定义，所述系统包括一个或多个节点，所述一个或多个节点适于：对与给定时段内由所述多个接入节点在所述同步信号中发送的总功率相对应的总功率函数进行建模，其中，所述对总功率函数进...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾格·摩科·古雷罗，约翰·艾克斯纳斯，罗伯特·巴尔德麦尔，许清汉，艾利瑟里奥斯·卡里皮迪斯，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE