用于在无线网络中利用多个天线的随机接入的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本申请一般涉及无线通信，并且更具体地，涉及用于使用多个天线执行随机接入 的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 预计下一代移动宽带通信系统（5G)将需要传递比当前4G系统（诸如长期演进 (LTE)和全球微波互联接入（WiMAX))多100?1000倍的容量来满足期望的移动业务量增 长。现有的增加谱效率的方法不太可能满足无线数据的爆炸性需求。当前4G系统使用包 括正交频分复用（OFDM)、多输入多输出（MMO)、多用户分集、空分多址（SDMA)、高阶调制和 高级编码和链路适配的各种高级技术来实质上消除理论极限和实际达到的之间的差异。因 此，预计像载波聚合、高阶MM0、协调多点（CoMP)传输和中继的更新的技术在谱效率上仅 提供轻微改善。增加已经在过去表现良好的系统容量的一个策略是使用更小的小区。然 而，要求获取的资本和操作成本、安装和维持大量的小区可能是挑战性的，这是因为容量上 增加1000倍，理论上将使得所部署的小区数量增加1000倍。此外因为小区尺寸缩小，所以 需要执行频繁的切换，其增加了网络信令开销和延迟。
【发明内容】
[0003] 技术方案
[0004] 提供了一种移动站。该移动站包括被配置为与至少一个基站通信的多个天线。该 移动站还包括被耦接到多个天线的处理电路。处理电路被配置为在随机接入信道（RACH) 突发脉冲期间执行随机接入。处理电路还被配置为执行以下至少一个：以初始发送功率电 平和初始发送波束宽度中的至少一个发送随机接入信号，以及响应于随机接入尝试失败， 改变发送（Tx)功率电平和Tx波束宽度中的至少一个并且重发随机接入信号。
[0005] 提供了一种方法。该方法包括通过移动站在随机接入信道（RACH)突发脉冲期间 尝试至少一个基站的随机接入。该方法还包括以下至少一个：以初始发送功率电平和初始 发送波束宽度中的至少一个发送随机接入信号，以及响应于随机接入尝试失败，改变发送 (Tx)功率电平和Tx波束宽度中的至少一个并且重发随机接入信号。
[0006] 提供了一种基站。该基站包括被配置为与至少一个移动站通信的多个天线。该基 站还包括被耦接到多个天线的处理电路。处理电路被配置为使得至少一个移动站能够在随 机接入信道（RACH)突发脉冲期间执行随机接入。所述至少一个移动站被配置为执行以下 至少一个：以初始发送功率电平和初始发送波束宽度中的至少一个发送随机接入信号，以 及响应于随机接入尝试失败，改变发送（Tx)功率电平和Tx波束宽度中的至少一个并且重 发随机接入信号。
[0007] 在进行下面的"【具体实施方式】"之前，阐述遍及此专利文档中使用的某些词语和 短语的定义可能是有利的：术语"包括"和"包含"及其衍生词意思是没有限制的包括；术 语"或"是包括的，意思是和/或；短语"与……相关联"和"与其相关联的"及其衍生词可 以意指包括、被包括在……之内、与……互连、包含、被包含在……之内、连接到或与……连 接、耦接到或与……耦接、与……可通信的、与……合作、交织、并置、接近、绑定到或与…… 绑定、具有、具有……的属性等等；并且术语"控制器"意思是控制至少一个操作的任何设 备、系统或其部分，这样的设备可以用硬件、固件或软件、或至少其中两个的某种组合来实 现。应该注意到，与任何特定的控制器相关联的功能可以是集中或分布的，不管是本地的还 是远程的。贯穿此专利文档提供某些词语和短语的定义，本领域普通技术人员应该理解，如 果不是大多数情况，也是在许多情况中，这样的定义适用于如此定义的词语和短语的先前 以及未来的使用。
【附图说明】
[0008] 为了更完全地理解本公开及其优点，现在参考以下结合附图的描述，在附图中，相 似的参考标号代表相似的部分：
[0009] 图1示出根据本公开一实施例的无线网络；
[0010] 图2A示出根据此公开一实施例的无线发送路径的高层示图；
[0011] 图2B示出根据此公开一实施例的无线接收路径的高层示图；
[0012] 图3示出根据本公开一示范性实施例的用户站；
[0013] 图4示出根据本公开的实施例的用于波束成形的示例系统架构；
[0014] 图5A示出根据本公开的各种实施例的用于多输入多输出（MMO)基带处理和利用 大量天线的模拟波束成形的发送路径；
[0015] 图5B示出根据本公开的各种实施例的用于MMO基带处理和利用大量天线的模拟 波束成形的另一发送路径；
[0016] 图5C示出根据本公开的各种实施例的用于MMO基带处理和利用大量天线的模拟 波束成形的接收路径；
[0017] 图?示出根据本公开的各种实施例的用于MMO基带处理和利用大量天线的模拟 波束成形的另一接收路径；
[0018] 图6示出根据本公开的各种实施例的使用天线阵列的无线通信系统；
[0019] 图7A示出根据本公开的实施例的随机接入资源配置。
[0020] 图7B示出根据本公开的实施例的上行链路通信；
[0021] 图8示出根据本公开的实施例的阶段性随机接入重发；
[0022] 图9示出根据本公开的实施例的第一波束宽度和功率缓升、重发过程；
[0023] 图10示出根据本公开的实施例的第二波束宽度和功率缓升、重发过程；
[0024] 图11示出根据本公开的实施例的第三波束宽度和功率缓升、重发过程；
[0025] 图12示出根据本公开的实施例的第一、第二和第三重发方案；
[0026] 图13示出根据本公开的实施例的BS的最优化随机接入；以及
[0027] 图14示出根据本公开的实施例的MS的最优化随机接入。
【具体实施方式】
[0028] 下面讨论的图1至14以及此专利文献中用于描述本公开的原理的各种实施例仅 作为说明，而不应该以任何方式解释为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解可以在 任何适当布置的无线通信系统中实现本公开的原理。
[0029] 据此将以下文献和标准描述合并到本公开中就像在此被完全阐述一样：Z. Pi和 F.Khan，''An introduction to millimeter-wave mobile broadband systems(毫米波 移动宽带系统的介绍），"IEEE通信杂志，2011年6月（REF 1)，Z. Pi和F. Khan，"System design and network architecture for a millimeter-wave mobile broadband(MMB) system(关于毫米波移动宽带（MMB)系统的系统设计和网络架构），"Proc. Sarnoff论 文集，2011 年（REF 2);以及 3GPP TS36.221，"Evolved Universal Terresti^al Radio Access (E-UTRA) ;Medium Access Control (MAC) protocol specification (演进通用陆地 无线电接入（E-UTRA);媒体访问控制（MAC)协议规范），"版本10,2012年（REF 3)。
[0030] 关于下一代移动通信（5G)的一个提议是毫米波移动宽带（MMB)系统，其提倡使 用3-300GHZ范围中的大量未使用的频谱。在这样的高频处成功操作的主要障碍是严峻的 (harsh)传播环境。毫米波信号不能很好地穿透固体物质，并且被树叶和雨严重吸收。替换 地，在更高频率处，用在基站（BS)和移动设备中的天线可以被做得更小，这允许更大量的 天线（有时候被称为大量MIM0)被挤入紧凑的区域中。大量天线的可用性通过使用发送和 /或接收波束成形给予实现高增益的能力，其中可以采用波束成形来减轻传播路径损耗。使 用大量天线，在BS和多个移动设备之间在空间上分离下行链路和上行链路传输也变得可 能，从而收获增加系统容量的空分多址的能力。例如，在6千兆赫（GHz)处的宽带通信系统 的波长仅为五厘米（cm)，这允许以合理的形成因子在移动站（MS)处放置64单元天线。这 样的MS可以容易地形成大量具有不同的方向增益级别的关于上行链路发送和下行链路接 收的波束图案。随着天线技术的发展和更高频率的使用，以更高级别的方向性形成甚至更 大数量的波束图案将变得可行。
[0031] 关于在BS和MS处都采用多天线的系统的随机接入机制的设计提供了挑战和机遇 两者。MS和BS可以使用不同的Tx(发送）和接收（Rx)波束的组合来接收随机接入消息 来确保充分的覆盖。因为蜂窝系统中的随机接入通常具有很紧的延迟要求（常常是数十毫 秒），所以要求用于确定合适的Rx-Tx对的高效过程。在信道相互性保持的一些情形（例 如，TDD)中，MS可以依赖于下行链路Tx波束测量来识别合适的上行链路Tx波束。然而 在很多其它情形中这样的假设不可靠。例如，在FDD系统中，或者当MS使用分开的数字链 (digital chain)用于Tx和Rx时。甚至在TDD系统中，以高速移动的MS可能不能依赖于 下行链路测量来形成上行链路Tx波束。
[0032] MS还需要选择用于发送随机消息的波束的种类。具体地，具有多