阶层式波束形成方法及其基站与用户设备技术

一种阶层式波束形成方法及其基站与用户设备。所述方法包括：经由多个粗波束分别利用对应至各粗波束的超帧的超帧标头来执行网络登录程序。响应于接收到关联于网络登录程序的成功讯息时，利用粗波束中的选定粗波束传送网络登录完成讯息。经该选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用对应至各细波束的基本帧的帧标头从上述多个细波束中决定选定细波束，并利用选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组传输。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及阶层式波束形成方法及其基站与用户设备。
技术介绍
随着科技的进步，使用毫米波(MillimeterWave，简称mmWave)的无线通信技术依然存在一些技术困难。基本上，使用毫米波首先面对的在于传播过程中可能遇到波能严重衰减，这跟毫米波通信系统操作于高频带并使用相当大的带宽进行通信有非常大的关联。进一步来说，相较于现今普遍使用的第三代(3G)或第四代(4G)通信系统，毫米波通信系统使用相对高频的频段来进行通信。可以知道的是，接收机所接收到的电磁波能量强弱会与信号传送距离的平方成反比并与电磁波信号的波长成正比，于是毫米波通信系统将会因为使用短波长的高频信号而大幅提升信号能量衰减的幅度。并且，高频信号的使用也将造成天线孔径骤降，并可能导致毫米波通信系统中的传送信号的信号能量递减。再者，由于使用高频段的电磁波信号，因此毫米波通信系统中收发信号穿透障碍物的能力明显降低。一般来说，对于毫米波通信系统来说，系统效能对于信号传送路径中的障碍物非常敏感。即信号传输的直视性(LineofSight，LOS)与非直视性(NonLineofSight，NLOS)属于非常重要的考虑。另外，雨天、空气中的氧气跟水蒸气等等也都会吸收掉毫米波能量。除此之外，为了达到高数据传输效率，毫米波通信系统使用相当大的带宽(例如500MHz～1GHz)进行数据传输，此举也将大幅提高噪声能量并因此降低信噪比。因此，为了确保通信质量，毫米波通信系统中的收发器通常需要使用到多天线波束成形技术来改善信号能量衰减用以增益收发信号的效能。一般来说，相关技术是在基站/用户设备上配置包括多个天线的天线阵列，藉由控制这些天线让基站/用户设备可产生具有指向性的波束。藉由天线阵列所达成的波束形成技术是影响毫米波无线通信系统的效能的关键因素之一。进一步来说，由于基站/用户设备所产生的波束具有可调整的波束指向与波束场型，因此波束的波束场型与波束指向将直接影响基站与用户设备之间是否可建立数据传输路径。比如，基站可通过波束扫描来与用户设备建立数据传输路径，而所述波束扫描为基站于蜂窝小区内依序朝不同方向发射涵盖范围有限的波束。因此，波束宽度与波束的涵盖范围也成为决定基站与用户设备建立数据传输路径所需耗费时间的重要因素之一。基此，如何藉由波束形成技术来提升毫米波无线通信系统的效能着实为本领域技术所关心的重要议题之一。
技术实现思路
因此，本公开是关于阶层式波束形成方法以及使用此方法的基站与用户设备。本公开提供一种阶层式波束形成方法，适于一基站。所述方法包括：经由多个粗波束分别利用对应至各粗波束的超帧的超帧标头来执行网络登录程序。从这些粗波束其中之一接收到关联于网络登录程序的成功讯息。经该选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用分别对应至细波束的多个基本帧的帧标头从细波束中决定选定细波束，并利用选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组传输。本公开提供一种基站，其包括收发器电路以及处理电路。收发器电路经配置用以传送与接收无线信号。处理电路耦接至收发器电路，且经配置以执行下列操作：经由多个粗波束分别利用对应至各粗波束的超帧的超帧标头来执行网络登录程序。从这些粗波束其中之一接收到关联于网络登录程序的成功讯息。经选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用分别对应至细波束的多个基本帧的帧标头从细波束中决定选定细波束，并利用选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组传输。本公开提供一种阶层式波束形成方法，适于一用户设备。所述方法包括下列步骤：经由多个粗波束分别利用对应至各粗波束的超帧的超帧标头来执行网络登录程序。响应于藉由粗波束中的选定粗波束传送关联于网络登录程序的成功讯息，而藉由选定粗波束接收网络登录完成讯息。经该选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用分别对应至细波束的多个基本帧的帧标头从细波束中决定选定细波束，并利用选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组传输。本公开提供一种用户设备，其包括收发器电路以及处理电路。收发器电路经配置用以传送与接收无线信号。处理电路耦接至收发器电路，且经配置以执行下列操作：经由多个粗波束分别利用对应至各粗波束的超帧的超帧标头来执行网络登录程序。响应于藉由粗波束中的选定粗波束传送关联于网络登录程序的成功讯息，而藉由选定粗波束接收网络登录完成讯息。经该选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用分别对应至细波束的多个基本帧的帧标头从细波束中决定选定细波束，并利用选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组传输。基于上述，本公开中的基站与用户设备可通过波束宽度较大的粗波束来执行网络登录程序，并通过波束宽度较小的细波束来进行数据分组传输。再者，本公开更提出一种超帧的帧格式，基站与用户设备可利用经由粗波束所传输的超帧的超帧标头来执行网络登录程序，而超帧内的多个基本帧经由对应的细波束来传输并用以传输数据分组。为让本公开的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明附图包含于本文中以便于进一步理解本公开，且并入于本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本公开的实施例，并与描述一起用以解释本公开的原理。图1A为说明根据本公开的范例性实施例的基站的方块图。图1B为说明根据本公开的范例性实施例的用户设备的方块图。图2A与2B为说明根据本公开的范例性实施例的阶层式波束形成方法的示意图。图3A为说明根据本公开的范例性实施例的基站操作阶层式波束形成方法的流程图。图3B为说明根据本公开的范例性实施例的用户设备操作阶层式波束形成方法的流程图。图4A为说明根据本公开的范例性实施例的超帧的示意图。图4B为说明根据本公开的范例性实施例的基本帧的示意图。图4C为说明根据本公开的范例性实施例的基本帧的示意图。图5为说明根据本公开的范例性实施例的帧结构的示意图。图6为说明根据本公开的范例性实施例的细波束传输的示意图。图7为说明根据本公开的范例性实施例的基站操作阶层式波束形成方法的流程图。图8为说明根据本公开的范例性实施例的用户设备操作阶层式波束形成方法的流程图。【符号说明】100：基站200：用户设备110、210：收发器电路120、220：处理电路130、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阶层式波束形成方法，适于基站，包括：经由多个粗波束分别利用配置在对应至各这些粗波束的一超帧中的超帧标头来执行网络登录程序；从这些粗波束其中之一接收到该网络登录程序的成功讯息；以及经选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用分别对应至所述细波束的多个基本帧的帧标头从所述细波束中决定选定细波束，并利用所述选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组传输。

【技术特征摘要】
2015.10.02 TW 104132653;2014.12.03 US 62/087,2041.一种阶层式波束形成方法，适于基站，包括：
经由多个粗波束分别利用配置在对应至各这些粗波束的一超帧中的超帧
标头来执行网络登录程序；
从这些粗波束其中之一接收到该网络登录程序的成功讯息；以及
经选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用
分别对应至所述细波束的多个基本帧的帧标头从所述细波束中决定选定细波
束，并利用所述选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组传
输。
2.如权利要求1所述的阶层式波束形成方法，还包括：将这些粗波束其
中之该一识别为该选定粗波束，以利用该选定粗波束回传对应至该成功讯息
的该网络登录完成讯息，其中对应至该选定粗波束的超帧包括分别对应至所
述细波束的这些基本帧，且这些粗波束的波束宽度大于这些细波束的波束宽
度。
3.如权利要求2所述的阶层式波束形成方法，其中在该选定粗波束的指
向范围之内的这些细波束的指向范围彼此不同且与该选定粗波束的指向范围
重叠。
4.如权利要求2所述的阶层式波束形成方法，其中经由多个粗波束分别
利用对应至各这些粗波束的该超帧的该超帧标头来执行该网络登录程序的步
骤包括：
配置对应至各这些粗波束的该超帧，以将这些粗波束分别关联至对应的
该超帧；以及
在粗波束发送期间内，发送各这些粗波束，其中经由各这些粗波束传输
的该超帧标头包括该网络登录程序的网络系统信息、波束搜寻信号、小区搜
寻信号以及下行链路控制信号。
5.如权利要求4所述的阶层式波束形成方法，其中该粗波束周期包括分
别对应至这些粗波束的M个超帧，且M相同于这些粗波束的个数且为大于0
的正整数。
6.如权利要求4所述的阶层式波束形成方法，其中该波束搜寻信号对于
在这些粗波束的涵盖范围下的用户设备提供波束搜寻、频率同步以及定时信

\t息。
7.如权利要求2所述的阶层式波束形成方法，其中利用分别对应至所述
细波束的所述基本帧的帧标头从所述细波束中决定所述选定细波束的步骤包
括：
响应于分别经由这些细波束利用各这些基本帧的该帧标头传送波束搜寻
信号和/或测量信号，而经由这些细波束接收分别对应至这些细波束的多个细
波束信号参数或一细波束搜寻结果；以及
依据这些细波束信号参数或该细波束搜寻结果从这些细波束中挑选该选
定细波束。
8.如权利要求2所述的阶层式波束形成方法，还包括：
经由这些细波束中的该选定细波束传送下行指派信息或上行准予信息。
9.如权利要求1所述的阶层式波束形成方法，其中该超帧的超帧为期时
间包括至少一细波束周期，该至少一细波束周期包括N个基本帧，且N相同
于这些细波束的个数。
10.一种基站，包括：
收发器电路，经配置用以传送与接收无线信号；以及
处理电路，耦接至该收发器电路，且经配置以：
经由多个粗波束分别利用对应至各这些粗波束的一超帧的超帧标头来执
行网络登录程序；
从这些粗波束其中之一接收到关联于该网络登录程序的成功讯息时；以
及
经选定粗波束的指向范围之内的多个细波束执行用户链路连线，以利用
分别对应至所述细波束的多个基本帧的帧标头从所述细波束中决定一选定细
波束，并利用所述选定细波束所对应的基本帧的分组传输区段进行数据分组
传输。
11.如权利要求10所述的基站，所述处理电路经进一步配置以：
将这些粗波束其中之该一识别为该选定粗波束，以利用该选定粗波束回
传对应至该成功讯息的该网络登录完成讯息，其中对应至该选定粗波束的超
帧包括分别对应至所述细波束的这些基本帧，且这些粗波束的波束宽度大于
这些细波束的波束宽度。
12.如权利要求11所述的基站，其中这些粗波束的波束宽度大于这些细

\t波束的波束宽度，且在该选定粗波束的指向范围之内的这些细波束的指向范
围彼此不同且与该选定粗波束的指向范围重叠。
13.如权利要求11所述的基站，所述处理电路经进一步配置以：
配置对应至各这些粗波束的该超帧，以将这些粗波束分别关联至对应的
该超帧；以及
在粗波束发送期间内，发送各这些粗波束，其中经由各这些粗波束传输
的该超帧标头包括该网络登录程序的网络系统信息、波束搜寻信号、小区搜
寻信号以及下行链路控制信号。
14.如权利要求13所述的基站，其中该粗波束周期包括分别对应至这些
粗波束的M个超帧，且M相同于这些粗波束的个数且为大于0的正整数。
15.如权利要求13所述的基站，其中该波束搜寻信号对于在这些粗波束
的涵盖范围下的用户设备提供波束搜寻、频率同步以及定时信息。
16.如权利要求11所述的基站，所述处理电路经进一步配置以：
响应于分别经由这些细波束利用各这些基本帧的该帧标头传送搜寻和/
或测量信号，而经由这些细波束接收分别对应至这些细波束的多个细波束信
号参数或一细波束搜寻结果；以及
依据这些细波束信号参数或该细波束搜寻结果从这些细波束中挑选该选
定细波束。
17.如权利要求11所述的基站，所述处理电路经进一步配置以：
经由这些细波束中的该选定细波束传送下行指派信息或上行准予信息。
18.如权利要求11所述的基站，其中该超帧的一超帧为期时间包括至少
一细波束周期，该至少一细波束周期包括分别对应至这些细波束的N个基本
帧，且N相同于这些细波束的个数。
19.一种阶层式波束形...

【专利技术属性】
技术研发人员：何从廉，陈仁智，王逸婷，陈文江，丁邦安，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71