用于MMC网络的小区搜索的方法和装置与流程

本发明概括而言涉及无线通信领域，更具体而言，涉及一种用于MMC网络的小区搜索的方法和装置。

背景技术：

毫米波(Millimeter-Wave)是指频率在30GHz到300GHz范围内的电磁波，其波长为1mm-10mm，故称毫米波。毫米波具有波长短、频带宽、抗干扰性强、保密性好、设备体积小等优点，能够有效地解决高速宽带无线接入面临的许多问题，因而引起广泛的重视。然而，另一方面，毫米波在传播过程中，受到雨、空气等的吸收，可能造成严重的传播损耗。

毫米波通信(Millimeter Wave Communication，MMC)被认为是未来的5G(第五代)无线通信领域的一种关键技术，预期其将支持吉比特(Gigabit)级数据通信。在5G网络中，用来支持数据传输的许多传统方案应当被重新考虑以适合新的传输场景。

例如，小区搜索是实现数据传输的必要条件，其用于实现用户和网络之间的同步，并且将一些基本的系统信息传递给用户。然而，毫米波的严重的传播损耗对于传统的小区搜索方案造成巨大挑战，并且影响数据传输。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种用于MMC网络的小区搜索的方法和装置。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于MMC网络的小区搜索的方法，其中所述MMC网络是单独的MMC网络，所述MMC网 络包括具有大规模天线阵列的基站，所述方法包括，在所述基站处：利用所述大规模天线阵列的所有天线单元，同时产生多个发射波束；通过所述多个发射波束向MMC小区中的UE同时发射多个PSS和SSS，其中每个PSS或SSS中包含与其相对应的发射波束的波束索引。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于MMC网络的小区搜索的方法，其中所述MMC网络是单独的MMC网络，所述MMC网络包括具有大规模天线阵列的基站，所述方法包括，在所述基站处：将所述大规模天线阵列的多个天线单元分成多个天线组；在每个时隙，利用所述多个天线组中的一个天线组产生一个发射波束；通过所述发射波束向MMC小区中的UE发射PSS和SSS，其中所述PSS或SSS中包含所述发射波束的波束索引以及指示所述发射波束的波束扫描周期的时间信息。

根据本发明的第三个方面，提供了一种用于MMC网络的小区搜索的方法，其中所述MMC网络是单独的MMC网络，所述MMC网络包括具有大规模天线阵列的基站，所述方法包括，在所述基站处：将所述大规模天线阵列的多个天线单元分成多个天线组，所述多个天线组中的每两个或更多个天线组构成一个天线组组合；在每个时隙，利用所述天线组组合中的两个或更多个天线组产生包括两个或更多个发射波束的发射波束组合；通过所述天线组组合向MMC小区中的UE发射PSS和SSS，其中所述PSS或SSS中包含与所述发射波束组合相对应的波束组合索引以及指示所述发射波束组合的波束扫描周期的时间信息。

根据本发明的第四个方面，提供了一种用于MMC网络的小区搜索的方法，其中所述MMC网络是单独的MMC网络，所述MMC网络包括具有大规模天线阵列的基站，所述大规模天线阵列的多个天线单元被分成多个天线组或者多个天线组组合，所述方法包括，在所述基站处：接收来自UE的公共RS；根据所述公共RS，获取所述UE的方向信息；根据所述UE的方向信息，将所述UE与多个天线 组中的一个天线组所对应的发射波束或者多个天线组组合中的一个天线组组合所对应的发射波束组合相关联；利用所述发射波束或者所述发射波束组合向所述UE发射PSS和SSS。

根据本发明的第五个方面，提供了一种用于MMC网络的小区搜索的方法，其中所述MMC网络与低频网络并存，所述方法包括，在所述MMC网络的UE处：与所述低频网络的基站建立连接；从所述低频网络的基站获取所述MMC网络的系统信息；利用所述MMC网络的系统信息与所述MMC网络的基站建立连接。

为了在5G网络中支持MMC，应当设计新的小区搜索方案来既支持单独的毫米波网络，又支持MMC与LTE小区共存的异构网络。

附图说明

通过以下参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施方式的用于MMC网络的小区搜索方法的示意图；

图2示出了根据本发明第二实施方式的用于MMC网络的小区搜索方法的示意图；

图3示出了根据本发明第三实施方式的用于MMC网络的小区搜索方法的示意图；

图4示出了根据本发明第四实施方式的用于MMC网络的小区搜索方法的示意图；

图5示出了根据本发明第五实施方式的用于MMC网络的小区搜索方法的系统示意图；

图6示出了图5所示的实施方式的小区搜索方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附 图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

首先，以LTE网络为例来对小区搜索过程进行简单介绍。

小区搜索就是用户设备(UE)和网络取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程，其通常包括以下步骤：

1.基站向小区内的UE广播PSS(Primary Synchronization Signal，主同步信号)和SSS(Secondary Synchronization Signal，辅同步信号)，UE接收到PSS和SSS之后，通过PSS获取物理层小区ID和时隙同步，并且通过SSS获取CP(Cyclic Prefix，循环前缀)长度、物理层小区组ID、帧同步，从而与基站建立下行同步。

2.UE通过来自基站的下行RS(Reference Signal，参考信号)进一步实现时间、频率同步和信道估计。

3.UE通过接收并解码来自基站的PBCH(Physical Broadcasting Channel，物理广播信道)，获得MIB(Master Information Block，主信息块)，并通过接收并解码来自基站的PDSCH(Physical Downlink Shared Channel，物理下行共享信道)，获得SIB(System Information Block，系统信息块)，从而获得与基站进行随机接入所需的配置信息和系统信息。

对于MMC网络中的小区搜索来说，可能存在两种应用场景。一种是仅存在毫米波小区的场景，另一种是毫米波小区和低频小区(如LTE小区、LTE-A小区等)共存的场景。以下，分别针对这两种场景给出本发明的建议的方案。

场景1：仅存在毫米波小区

在这种场景下，由于仅存在单独的毫米波网络，因此传播损耗很大。最近的研究表明，在半径为200米的MMC小区的小区边缘，传播损耗可能达到140dB(见参考文献[1])。与LTE的2.6GHz微波相比，有额外的20dB路径损耗。在这种情况下，与LTE网络中 相比，对于相同的用户与基站(eNB)间距离，用户在这种MMC网络中很难实现小区搜索并同步到搜索到的小区。

在MMC中，由于毫米波的波长更小，能够灵活地实现紧凑的天线阵列。因此可以在MMC网络的基站中使用具有大量天线单元(振子)的大规模天线阵列。发射侧的天线阵列可以用来形成发射波束以补偿某个覆盖范围内的信号传播损耗。例如，MMC中，包含128个天线单元的大规模天线阵列可以比一个全向发射天线多提供21dB的增益。

如上所述，发射波束可以增强某个覆盖范围内的传播质量，这表示在给定发射波束的情况下，只有部分用户能够成功执行小区搜索。为了实现MMC小区的完全覆盖，建议了下面的方案。

图1示出了根据本发明第一实施方式的用于MMC网络的小区搜索方法的示意图。如图1中所示，MMC网络是单独的MMC网络，其不与任何低频网络(如LTE或LTE-A网络)并存。在该MMC网络中，MMC基站10包括具有大量天线单元的大规模天线阵列。此外，假设基站10在小区A中执行小区搜索。

在这种实施方式中，基站10的大规模天线阵列的所有天线单元同时发射，以产生多个发射波束，如图1中所示的波束1、波束2、波束3。

接下来，基站10通过多个发射波束向MMC小区中的UE(未示出)同时发射PSS和SSS。其中每个PSS或SSS包含对应的发射波束的波束索引。

这里，波束索引可以被配置在已知的PSS或SSS格式中的预留位置，或者可以设计新的PSS或SSS格式。

通过这种方式，基站10的发射波束同时覆盖了整个MMC小区，接收并成功解码发射波束中所携带的PSS或SSS的UE能够获取对应的发射波束的波束索引以及PSS和SSS中所携带的其他常规信息(如小区ID等，如前所述)，以实现类似于比MMC网络频带更低的网络中(如3G或4G小区)的下行同步。进一步的，UE还将利 用波束索引进行上行传输以实现上行同步和其他功能。

在第一实施方式中，基站利用天线阵列的所有天线单元同时发射波束，从而产生的每个发射波束很宽(如图1中所示)，而小区覆盖范围(即，UE可以成功接入MMC基站的最大距离)有限。为了提高小区覆盖范围，建议了波束扫描方案，如下所述。

图2示出了根据本发明第二实施方式的用于MMC网络的小区搜索方法的示意图。如图2中所示，MMC网络是单独的MMC网络，其不与任何低频网络(如LTE或LTE-A网络)并存。在该MMC网络中，MMC基站10包括具有大量天线单元的大规模天线阵列。此外，假设基站10在小区A中执行小区搜索。

在这种实施方式中，基站10的大规模天线阵列的多个天线单元被分成多个天线组，每个天线组可以产生一个发射波束，如图2中所示的波束1、波束2、……波束N。

接下来，在每个时隙，基站10通过一个天线组产生一个发射波束，并且通过该发射波束向MMC小区中的UE发射PSS和SSS。其中该PSS或SSS包含对应的发射波束的波束索引以及该发射波束的波束扫描周期。

这里，波束索引可以被配置在已知的PSS或SSS格式中的预留位置，或者可以设计新的PSS或SSS格式。

通过这种方式，基站10通过执行波束扫描实现了对小区的完全覆盖。由于在一个时隙中，只有一个发射波束用于PSS和SSS传输，因此发射波束可以提供大的链路预算并扩展小区覆盖范围。

接收并成功解码发射波束中所携带的PSS和SSS的UE能够获取对应的发射波束的波束索引、波束扫描周期以及其他常规信息，以实现下行和上行同步。

在第二实施方式中，小区覆盖范围提高，但是小区搜索周期变长。因此提出了以下的实施方式以考虑小区搜索周期和小区覆盖范围的折中。

图3示出了根据本发明第三实施方式的用于MMC网络的小区搜 索方法的示意图。如图3中所示，MMC网络是单独的MMC网络，其不与任何低频网络(如LTE或LTE-A网络)并存。在该MMC网络中，MMC基站10包括具有大量天线单元的大规模天线阵列。此外，假设基站10在小区A中执行小区搜索。

在这种实施方式中，与第二实施方式类似，基站10的大规模天线阵列的多个天线单元被分成多个天线组，每个天线组可以产生一个发射波束，如图3中所示的波束1、波束2、……波束N。

与第二实施方式不同，将多个天线组中的两个或更多个天线组构成一个天线组组合。

接下来，在每个时隙，基站10通过一个天线组组合产生一个发射波束组合，并且通过该发射波束向MMC小区中的UE发射PSS和SSS。其中该PSS或SSS包含对应的发射波束组合的波束组合索引以及该发射波束组合的波束扫描周期。

这里，波束组合索引可以被配置在已知的PSS或SSS格式中的预留位置，或者可以设计新的PSS或SSS格式。

可以看出，与图1和图2中不同，在图3的实施方式中，基站既不是通过所有天线单元同时发射，也不是每次仅发射一个波束，而是每次发射两个或更多个波束的组合。例如，假设每次发射两个波束的组合，则基站10例如可以在第一时隙发射波束1和波束2(可以称为波束组合I)，在第二时隙发射波束3和波束4(可以称为波束组合II)，依此类推。当然，本发明并不局限于此，而是可以每次发射任意波束的组合。

在这种实现中，由于在每个时隙中，基站选择若干个波束组的组合用于PSS和SSS传输，所以实现了快速小区搜索和好的小区覆盖范围之间的平衡。

接收并成功解码发射波束中所携带的PSS和SSS的UE能够获取对应的发射波束组合的波束组合索引、波束扫描周期以及其他常规信息，以实现下行和上行同步。

图4示出了根据本发明第四实施方式的用于MMC网络的小区搜 索方法的示意图。如图4中所示，MMC网络是单独的MMC网络，其不与任何低频网络(如LTE或LTE-A网络)并存。在该MMC网络中，MMC基站10包括具有大量天线单元的大规模天线阵列。此外，假设基站10在小区A中执行小区搜索。

与图1-图3中所示的实施方式不同，图4的实施方式中，小区搜索由UE主动发起。

UE首先发送公共参考信号(RS)。

基站10根据UE的公共RS，获取UE的方向信息。

这里，与第二和第三实施方式中类似，基站10的大规模天线阵列中的天线单元被分为多个天线组或者天线组组合。

基站可以根据获取的UE的方向信息将UE与其中的一个天线组所对应的发射波束或者一个天线组组合所对应的发射波束组合进行关联，并通过该发射波束或者发射波束组合发射PSS和SSS，以进行下行和上行同步。

在这种实现中，根据需要，UE可以周期性或者非周期性地发射公共参考信号，以使得基站能够快速捕获UE方向并快速关联发射波束或发射波束组合，从而缩短了波束跟踪时间并且实现了低延迟服务需求。

这里，对于支持UE发送特定公共RS的MMC网络来说，第四实施方式的方案是优选的，因为能够更快地实现小区搜索。然而，若UE不支持这种特定的公共RS的发送，可以选择图1-图3的实施方式中的任一种。也就是说，第四实施方式与第一至第三实施方式能够很好地后向兼容。

场景2：MMC小区和低频小区共存的异构网络

在5G网络的初始阶段，很可能部署5G小区和4G小区共存的异构网络，如图5中所示。在这种场景下，由于存在高信道质量的低频小区，因此有可能利用与MMC小区和低频小区的多连接来克服MMC网络的大的传播损耗，实现快速的小区搜索。

图5示出了根据本发明第五实施方式的用于MMC网络的小区搜 索方法的系统示意图；图6示出了图5所示的实施方式的小区搜索方法的流程图。与图1-图4中所示的实施方式不同，该MMC网络不是单独的MMC网络，其与低频网络(如LTE或LTE-A网络)并存。MMC网络包括MMC基站10，低频网络包括低频基站20，UE30处于MMC网络和低频网络二者的覆盖范围内，并且具有与MMC网络和该低频网络进行通信的能力。

如图6中所示，在这种实施方式中，MMC基站10与低频基站20预先建立关联，以共享彼此的信息。更具体而言，低频基站20从MMC基站10获取MMC网络的系统信息并将其存储在低频基站20中。

这里，MMC网络的系统信息例如可以包括以下各项中的至少一项：MMC网络的系统带宽、UE的频域和/或时域波束模式和UE的低频网络小区推荐信息。

首先，UE 30与低频基站20执行随机接入，以建立连接。UE 30与低频基站20建立连接的过程与现有技术中类似，因此不再赘述。

不同之处在于，在UE 30与低频基站20建立连接之后，其从低频基站20获取MMC网络的系统信息。该系统信息例如通过物理下行共享信道(PDSCH)从低频基站20发送给UE 30。

接下来，UE 30利用所获得的MMC网络的系统信息执行与MMC基站10的初始接入，以建立连接。

由于UE 30能够快速获得MMC网络的系统信息，因此其能够快速地与MMC基站执行波束关联，从而完成小区搜索。

这里，在获得MMC网络的系统信息之后，UE 30与MMC基站10的接入过程与低频网络(如4G或3G网络)中类似，因此不再赘述。

在场景1的方案中，UE与MMC网络仅能够在时域执行波束关联。与场景1中不同，在场景2的方案中，UE提前知道MMC网络的系统信息，因此可以在频域和时域中都执行波束关联，从而进一步降低了接入延迟。

在一种实现中，在UE 30与MMC基站10建立连接之后，UE 30仍然维持与低频基站20的连接。在这种情况下，UE 30的控制可以由低频基站20实现，而UE 30与MMC基站10之间仅进行数据交互。

在另一种实现中，UE 30在与MMC基站10建立连接之后，不再维持与低频基站20的连接。例如，UE可以仅在开机或刚刚漫游进入MMC网络时维持与低频基站之间的连接，而在获得MMC网络的系统信息之后，建立与MMC基站10的连接并断开与低频基站20的连接。在这种情况下，在UE 30与MMC基站10建立连接之后，UE 30由MMC基站10完全控制。由于这种方式不需要总是维护多连接，因此能够节省低频网络的资源和UE的功耗。

本发明提供了实现5G MMC接入和数据传输的一些解决方案，以支持所有典型的传输场景，包括4G和MMC小区共存的场景以及单独部署MMC小区的场景。

在一个或多个示例性设计中，可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现本申请所述的功能。如果用软件来实现，则可以将所述功能作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上，或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码来传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括有助于计算机程序从一个地方传递到另一个地方的任意介质。存储介质可以是通用或专用计算机可访问的任意可用介质。这种计算机可读介质可以包括，例如但不限于，RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储设备、磁盘存储设备或其它磁存储设备，或者可用于以通用或专用计算机或者通用或专用处理器可访问的指令或数据结构的形式来携带或存储希望的程序代码模块的任意其它介质。并且，任意连接也可以被称为是计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波之类的无线技术来从网站、服务器或其它远程源传输的，那么同轴电缆、光纤光缆、双绞线、DSL或诸如红外线、 无线电和微波之类的无线技术也包括在介质的定义中。

可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑、分立硬件组件或用于执行本文所述的功能的任意组合来实现或执行结合本公开所描述的各种示例性的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，或者，处理器也可以是任何普通的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器也可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP内核的结合，或者任何其它此种结构。

本领域普通技术人员还应当理解，结合本申请的实施例描述的各种示例性的逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现成电子硬件、计算机软件或二者的组合。为了清楚地表示硬件和软件之间的这种可互换性，上文对各种示例性的部件、块、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般性描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本发明。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本发明并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。

参考文献：

[1].Mustafa Riza Akdeniz,Yuanpeng Liu:Millimeter Wave Channel Modeling and Cellular Capacity Evaluation.IEEE Journal on Selected Areas in Communications 32(6):1164-1179(2014)