本申请要求于2017年5月4日在美国专利和商标局(uspto)提交的美国临时专利申请第62/501,294号以及于2017年8月1日在美国专利和商标局(uspto)提交的美国非临时专利申请第15/666,275号的优先权，这些专利申请的全部内容以引用方式并入本文。
本公开总体上涉及无线通信系统，并且更具体地涉及一种用于第五代新空口(5g-nr)系统的多波束初始同步的装置和方法。
背景技术
人们提议将第五代(5g)移动网络作为超出当前第四代(4g)标准的下一个电信标准。具体地，5g-nr作为连续移动广泛演进过程的一部分以满足5g的要求。5g-nr的目的在于提供更出色的延迟水平、可靠性和安全性，从而实现大量物联网(iot)设备的连接性以及其他类型的关键性任务服务。
将毫米波用于5g接入的主要挑战在于在基站与用户设备(ue)之间的较高路径损耗和快速变化的信道状况下建立基站与ue之间的链路。在毫米波频率下，环境中的微小变化可以使信道状况发生改变并影响接收机的性能。在大规模多输入多输出(mimo)系统中需要模拟波束扫描及波束追踪技术来创建出高度定向的波束，这些波束有助于在基站与ue之间建立合适的链路。在基站与ue之间建立可靠链路的初始接入所需要的是波束控制。一旦建立了链路，那么就需要波束追踪技术来维持基站与ue之间的链路。否则，在毫米波频率下可能会因为环境变化而使接收信号强度出现明显的降低，进而导致基站与ue之间的链路断开。
nr已经提出了通过连接物理广播信道(pbch)、二次扩频序列(sss)和主扩频序列(pss)来形成同步(sync)信号块。尽管尚未确定同步信号块的格式，但已经提出了对同步子块进行布置的不同提议。
技术实现要素：
根据一个实施例，一种装置包括：相关器，所述相关器包括配置为接收本地生成的pss的第一输入端、配置为在第i个时间索引处接收输入信号zi的第二输入端、以及配置为输出yl，k、波束成形增益gk和相位θk以及噪声θk的输出端，其中yl，k在第k个同步信号块周期的第l个时刻，并且i、l和k是整数；连接到所述相关器的所述输出端的缓冲器，所述缓冲器包括配置为存储对应于多个同步信号块的每个yl，k的多个缓冲器组件；包括多个组合器的组合器阵列，其中所述多个组合器中的每一个包括多根总线和输出端，其中每根总线针对每一个同步信号块连接到与同步信号块相对应的一个缓冲器组件；以及连接到输出端和所述多个组合器中的每一个组合器的输出端的选择器，其中所述选择器配置为将预定函数f应用于与所述同步信号块中的每一个同步信号块相对应的所述多个组合器的输出端，确定应用所述预定函数f的最大值，并且确定在与和应用所述预定函数f的所述最大值相关联的时间相对应的时间处检测到pss。
根据一个实施例，一种方法包括：由相关器接收同步信号样本；由所述相关器将所述同步信号样本与本地生成的主扩频序列相关，其中所述相关器包括输出yl，k，该输出yl，k在第k个同步信号块周期的第l个时刻，并且l和k是整数；由组合器阵列计算所述同步信号样本中每一个同步信号块的噪声σk、波束成形增益gk和相位θk；由所述组合器阵列基于所述同步信号样本的相关结果以及所述同步信号样本中每一个同步信号块的所述噪声σk、所述波束成形增益gk和所述相位θk计算组合函数f；如果所述组合函数f的结果是所述组合函数f的初始结果或者大于所述组合函数f的前一个结果，则将所述组合函数f的所述结果识别为最大组合函数值；如果未达到观察窗口的端部，则返回到接收所述同步信号样本的步骤，否则进入下一步；以及由选择器确定检测到pss并且与所述最大组合函数值相对应的时间是所述pss的检测时间。
根据一个实施例，一种制造装置的方法包括：在晶片或封装上形成所述装置以及至少一个其他装置，其中所述装置包括相关器、缓冲器、组合器阵列和选择器，其中所述相关器包括输出yl，k，该输出yl，k在第k个同步信号块周期的第l个时刻，l和k是整数，并且所述选择器包括针对同步信号样本中每一个同步信号块应用于所述相关器的波束成形增益gk、相位θk、噪声σk和所述输出yl，k的组合函数f；以及对所述装置进行测试，其中对所述装置进行测试包括使用一个或多个电光转换器、将光信号分成两个或更多个光信号的一个或多个分光器以及一个或多个光电转换器来对所述装置进行测试。
根据一个实施例，一种构造集成电路的方法包括：为所述集成电路层的特征集生成掩模布局，其中所述掩模布局包括用于一个或多个电路特征的标准单元库宏，所述一个或多个电路特征包括装置，所述装置包括相关器、缓冲器、组合器阵列和选择器，其中所述相关器包括输出yl，k，该输出yl，k在第k个同步信号块周期的第l个时刻，l和k是整数，并且所述选择器包括针对同步信号样本中每一个同步信号块应用于所述相关器的波束成形增益gk、相位θk、噪声σk和所述输出yl，k的组合函数f；在生成所述掩模布局期间，忽略用于符合布局设计规则的所述宏的相对位置；在生成所述掩模布局之后，检查用于符合布局设计规则的所述宏的所述相对位置；在检测到所述宏中的任意个宏与所述布局设计规则不符时，通过将每一个不符的宏修改为符合所述布局设计规则来修改所述掩模布局；根据经修改的掩模布局，生成具有所述集成电路层的所述特征集的掩模；以及根据所述掩模制造所述集成电路层。
附图说明
结合附图，通过以下详细描述，本公开的某些实施例的以上及其他方面、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1示出了根据一个实施例的同步信号块；
图2示出了根据一个实施例的同步信号块的突发脉冲集；
图3是根据一个实施例的确定5g-nr系统的主扩频序列(pss)定时索引的方法的流程图；
图4是根据一个实施例的用于确定5g-nr系统的pss定时索引的装置的框图；
图5示出了根据一个实施例的制造用于确定5g-nr系统的pss定时索引的装置的方法的示例性流程图；以及
图6示出了根据一个实施例的构造集成电路的方法的示例性流程图。
具体实施方式
在下文中，参照附图详细描述了本公开的实施例。应该注意的是，尽管相同的元件在不同的附图中进行了示出，但它们将由相同的附图标记加以表示。在以下描述中，为了便于全面地理解本公开的实施例，仅提供了诸如详细配置和组件之类的具体细节。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本公开范围的情况下对这里描述的实施例作出各种改变和修改。另外，为了清楚和简明起见，省略了对公知功能和结构的描述。下面描述的术语是在考虑本公开中功能的情况下进行定义的术语，并且可以根据用户、用户意图或习俗而有所不同。因此，术语的定义应基于整个说明书中的内容来确定。
本公开可以具有各种修改和各种实施例，其中实施例在下面参照附图进行详细描述。然而，应该理解的是，本公开不局限于这些实施例，而是包括在本公开范围内的所有修改、等同物和替代。
尽管可以使用包括如第一、第二等序数在内的术语来描述各种元件，但是结构性元件不受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一结构性元件可以被称为第二结构性元件。类似地，第二结构性元件也可以被称为第一结构性元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关项目的任何及所有组合。
本文使用的术语仅用于描述本公开的各种实施例，而不旨在限制本公开。除非上下文另有明确指示，否则单数形式旨在包括复数形式。在本公开中，应该理解，术语“包括”或“具有”表示特征、数字、步骤、操作、结构性元件、部分或其组合的存在，而没有排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、结构性元件、部分或其组合的存在或者被添加的可能性。
除非作出了不同的定义，否则本文使用的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员所理解的相同的含义。在常用字典中定义的那些术语被解释为具有与相关领域中的上下文含义相同的含义，而不应被解释为具有理想的或过于正式的含义，除非在本公开中明确进行了定义。
本公开涉及一种用于5g-nr系统的多波束初始同步的装置和方法。
图1示出了根据一个实施例的同步信号块100。同步信号块100包括至少一个pbch101、sss103、pss105和循环前缀(cp)107。
参考图1，同步信号块100的格式采用的是pbch/sss/pss/pbch的形式。然而，本公开并不限于此。在不偏离本公开范围的情况下，可以使用其他同步信号块格式，诸如pss/pbch/pbch/sss和pbch/pss/sss/pbch。
每一个同步信号块100是利用从发射机(tx)码本中选出的特定波束图案来形成的波束。多个同步信号块100被重复多次。接收机必须标识出pss105以获得正确的定时和小区组标识符(id)。
图2示出了根据一个实施例的同步信号突发脉冲201、203和205的多个突发脉冲集200。
参考图2，图1中所示的多个同步信号块100被级联，以形成包括图2中所示的同步信号突发脉冲201、203和205的多个突发脉冲集200，其中同步信号块100可以是连续的或不连续的，其中同步块100可以在突发脉冲内或突发脉冲之间被组合，并且其中多个突发脉冲集200包含多个同步信号块100。
在5g-nr系统中，由于存在tx波束控制，接收到的pss的功率可能会从一个同步信号块到另一个同步信号块发生明显的变化。假定在接收机处可以使用信道增益信息和噪声方差信息，本公开通过多个同步信号块的组合来提供可靠的定时估计。信道增益并不一定被要求是接收机所观察到的绝对增益。相反，可以使用同步信号块之间的相对增益来组合多个同步信号块。本公开还可以根据接收到的信号确定信道增益并且估计噪声。
根据一个实施例，在图2的同步信号突发脉冲201、203和205的多个突发脉冲集200上，本公开针对每个时刻为图1的每一个同步信号块100确定滑动窗口互相关器输出。对于每个时刻，本公开在同步信号突发脉冲201、203和205的多个突发脉冲集200上组合相关器输出，并将与最大组合值相对应的定时选择为期望pss定时。在存在多个同步信号块的情况下，期望使用组合函数f来组合多个同步信号块，从而提高估计pss同步定时的可靠性。下面描述了各种组合函数f。可以假定每一个组合块的波束成形增益和相位是不同的，其中可以分别从接收到的样本估计出增益和噪声的组合函数f变量gk和σk。
图3是根据一个实施例的确定5g-nr系统的pss定时索引的方法的流程图。
参考图3，在301处接收同步信号样本。
在303处，将接收到的同步信号样本与本地生成的pss相关。相关结果可以存储在缓冲器中。
在305处，计算同步信号样本中每一个同步信号块的噪声方差、波束成形增益和相位。
在307处，基于同步信号样本的相关结果以及同步信号样本中每一个同步信号块的噪声方差、波束成形增益和相位来计算组合函数。
在309处，如果组合函数的结果是初始值或者是大于先前最大组合函数值的值，则将组合函数的结果记录为最大组合函数值。
在311处，如果未达到同步信号的观察窗口的端部，则处理返回至301，以便从同步信号接收另一样本。否则，处理进行到313。
在313处，确定是否检测到了pss，并且确定对应于pss的时间是否是作为pss的检测时间的最大组合函数值。
图4是根据一个实施例的用于确定5g-nr系统的pss定时索引的装置400的框图。
参考图4，装置400包括相关器401、缓冲器组件403、405、407、409、411、413、415、417和419、组合器阵列421、423和425以及选择器427。
相关器401包括用于接收本地生成的pss的第一输入端、用于在第i个时间索引处接收输入信号zi的第二输入端、以及输出端。相关器401的输出yl，k在第k个同步信号块的第l个时刻处，接收机的波束成形增益gk和相位θk被观察到，并且噪声方差为σk2。
缓冲器组件403、405和407存储最近的同步信号块的相关结果，而缓冲器组件409、411和413存储前一个同步信号块的相关结果，并且缓冲器组件415、417和419存储第一同步信号块的相关结果。
组合器阵列组件421、423和425各自包括输入总线和输出端，该输入总线连接到每一个同步信号块当中的对应行中的一个寄存器阵列元件，其中这些同步信号块存储在寄存器阵列元件中。也就是说，组合器阵列组件421包括与缓冲器组件403、409和415的输出端连接的输入总线，组合器阵列组件423包括与缓冲器组件405、411和417的输出端连接的输入总线，并且组合器阵列组件425包括与缓冲器组件407、413和419的输出端连接的输入总线。
选择器427包括多个输入端以及输出端。选择器427的多个输入端中的每一个输入端连接到组合器阵列421、423和425中的组合器的输出端。选择器427选择要应用于组合器阵列421、423和425的输出端的组合函数f。
在一个实施例中，定时索引
要组合的同步信号块的数量是l。
根据一个实施例，在假定可以根据接收到的样本估计出gk和σk并且可以将
其中零阶i0是修正贝塞尔函数，而n是表示pss的长度的整数。
根据一个实施例，对于低工作信噪比(snr)，组合函数f可以由如下的等式(3)表示：
根据一个实施例，假定可以估计出接收到的信号的相位θk和幅度gk，则组合函数f可以由如下的等式(4)表示：
根据一个实施例，假定可以根据接收到的样本估计出接收到的信号的相位θk和幅度gk并且噪声在同步信号突发脉冲上是恒定的，则组合函数f可以由如下的等式(5)表示：
f(gk，θk，σk，yk，l)＝gk|yk，l|...(5)
根据一个实施例，假定相位
f(gk，θk，σk，yk，l)＝|yl，k|2...(6)
根据一个实施例，假定加权因子为snr，则组合函数f可以由如下的等式(7)表示：
根据一个实施例，如果接收机不知道波束成形增益gk或相位θk，则组合函数f可以由如下的等式(8)表示：
f(gk，θk，σk，yk，l)＝|yk，l|...(8)
根据一个实施例，装置400将输入信号zi传递到将输入信号zi与本地生成的pss相关的相关器401(或搜索器)。相关器401的输出yi存储在尺寸为ssblockl的缓冲器组件403、405、407、409、411、413、415、417和419中。确定缓冲器组件403、405、407、409、411、413、415、417和419的每个条目的噪声方差σk2、波束成形增益gk和θk。如下所述，可能不需要上述参数的估计值。在一个实施例中，确定
根据一个实施例，提供了噪声及增益估计值。第i个时刻的互相关器输出可以由如下的等式(9)表示：
如果出现了相关峰值，则相关器输出yi可以由如下的等式(10)表示：
此等式简化为
如果观察到相关器输出yi距离峰值相对较远，则等式(12)可以表示为如下：
根据上述等式(11)和(12)，噪声方差和信道增益可以在如下的等式(13)和(14)中进行估计和表示：
可以根据如图1所述的帧格式并通过观察与检测到的峰值距离两个快速傅立叶变换(fft)符号的窗口来计算噪声。观察窗口可以位于第一个pbch符号内。
根据一个实施例，如果在发射机与接收机之间存在载波频率偏移(fo)，则可以评估针对不同定时和频率假设的组合函数f，并且期望pss定时可以是与在所有考虑到的定时和频率假设上评估的组合函数f的最大值相对应的时间假设。
根据一个实施例，组合多个同步信号块可以包括在多个同步信号突发脉冲上，针对每个时刻为每一个同步信号块确定滑动窗口互相关器输出；在多个突发脉冲上针对每个时刻组合相关器输出；以及将与最大组合值相对应的定时选择为pss定时。
图5示出了根据一个实施例的制造用于确定5g-nr系统的pss定时索引的装置的方法的示例性流程图。
参考图5，在501处，在晶片或封装上形成该装置以及至少一个其他装置，其中该装置包括相关器、缓冲器组件、组合器组件和选择器。
在503处，对装置进行测试。对装置进行测试包括使用一个或多个电光转换器、将光信号分成两个或更多个光信号的一个或多个分光器以及一个或多个光电转换器来对装置进行测试。
图6示出了根据一个实施例的构造集成电路的方法的示例性流程图。
参考图6，在601中构造初始布局数据。例如，为集成电路层的特征集生成掩模布局，其中该掩模布局包括用于一个或多个电路特征的标准单元库宏，所述一个或多个电路特征包括装置，该装置包括相关器、缓冲器组件、组合器组件和选择器；以及在生成掩模布局期间，忽略用于符合布局设计规则的宏的相对位置。
在603处，执行设计规则检查。例如，该方法可以在生成掩模布局之后，检查用于符合布局设计规则的宏的相对位置。
在605处，对布局进行调整。例如，该方法可以在检测到任意宏与布局设计规则不符时，通过将每一个不符的宏修改为符合布局设计规则来修改掩模布局。
在607处，生成新的布局数据。例如，该方法可以根据经修改的掩模布局，生成具有集成电路层的特征集的掩模。然后可以根据该掩模制造集成电路层。
尽管已经在本公开的详细描述中描述了本公开的某些实施例，但是可以在不脱离本公开范围的情况下以各种形式修改本公开。因此，本公开的范围不应仅基于所描述的实施例来确定，而是基于所附权利要求及其等同物来确定。