用于分别发送和检测同步信号和相关联的信息的网络节点、无线设备及其中的方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及用于向无线设备发送第一同步信号和相关联的信息消息以使无线设备与网络节点同步的网络节点以及其中的方法。本公开还总体上涉及用于检测第一同步信号和相关联的信息消息的无线设备以及其中的方法。本公开还总体上涉及用以执行这些方法的计算机程序以及将计算机程序存储其上以执行这些方法的计算机可读存储介质。
【背景技术】
[0002]诸如终端等通信设备也称为例如用户设备(UE)、无线设备、移动终端、无线终端和/或移动台。终端能够在蜂窝通信网络或无线通信系统(有时也称为蜂窝无线电系统或蜂窝网络)中无线地通信。通信可以例如经由被包括在蜂窝通信网络内的无线电接入网(RAN)以及可能的一个或多个核心网在两个终端之间、在终端与普通电话之间和/或在终端与服务器之间进行。
[0003]仅为了提及另外的示例，终端还可以称为移动电话、蜂窝电话、膝上型计算机或者具有无线能力的上网冲浪板等。本上下文中的终端可以是例如能够经由RAN与诸如另一终端或服务器等另一实体通信语音和/或数据的便携式、口袋可存储、手持式、计算机包含式、或者车辆安装式移动设备。
[0004]蜂窝通信网络覆盖被分为小区区域的地理区域，其中每个小区区域由诸如基站(例如无线电基站(RBS))等接入点来服务，取决于所使用的技术和术语，接入点有时也可以称为例如“eNB”、“eNodeB”、“NodeB”、“B node”或BTS (基站收发台)。基于传输功率以及小区尺寸，基站可以是不同的种类，诸如例如宏eNodeB、家庭eNodeB或微微基站。小区是其中无线电覆盖范围由基站在基站站址提供的地理区域。位于基站站址的一个基站可以服务一个或若干小区。另外，每个基站可以支持一个或若干通信技术。基站通过在射频操作的空中接口与基站的范围内的终端通信。在本公开的上下文中，表述下行链路(DL)用于从基站到移动台的传输路径。表述上行链路(UL)用于相反方向上的传输路径，即从移动台到基站的传输路径。
[0005]在第三代合作伙伴项目(3GPP)长期演进(LTE)中，可以称为eNodeB或甚至eNB的基站可以直接连接至一个或多个核心网。
[0006]3GPP LTE无线电接入标准已经编写以便针对上行链路和下行链路业务二者支持高比特率和低延迟。LTE中的所有数据传输由无线电基站来控制。
[0007]第五代(5G)接入技术和空中干扰的研究仍然非常不成熟，但是已经有一些关于潜在的技术候选的早期公开。5G空中接口的候选是扩展当前LTE(其被限制为20兆赫兹(MHz)带宽)，带宽为N倍以及更短的持续时间为I/N，在此简写为LTE-Nx。典型的值可以是N=5，使得载波具有100MHz的带宽以及0.1毫秒的间隙长度。通过这一缩放方法，可以在LTE-Nx中重新使用LTE中的很多功能，这简化了标准化工作并且使得能够重新使用技术组件。
[0008]预期的5G系统的载波频率可以远高于当前3G和第四代(4G)系统，已经讨论了在10-80千兆赫兹(GHz)的范围内的值。在这些高频处，可以使用阵列天线通过波束成形增益来实现覆盖，诸如图1中所描绘的。图1描绘了 5G系统示例，其具有三个传输点(TP)—一传输点I (TPI)、传输点2 (TP2)、传输点3 (TP3)——以及UE。每个TP使用波束成形用于传输。由于波长小于3厘米(cm)，具有大量天线单元的阵列天线可以被装配到尺寸与当今的3G和4G基站天线相当的天线外壳中。为了实现合理的链路预算，总的天线阵列的尺寸的典型示例与A4纸相当。
[0009]波束通常非常具有方向性并且给出20分贝(dB)或更大的波束成形增益，因为这么多的天线单元参与形成波束。这表示每个波束的水平和/或方位角相对较窄，5度的半功率波束宽度(HPBW)很普遍。因此，小区的扇区可能必须由大量潜在波束覆盖。波束成形可以被视为在这样的窄HPBW中传输信号时，其意在针对单个无线设备或在相似地理位置的一组无线设备。这可以被视为与其他波束成形技术(诸如小区成形(cell shaping)，其中小区覆盖被动态地调节以跟随一组用户在小区中的地理位置)相对。虽然波束成形和小区成形使用类似的技术，即在多个天线单元上传输信号并且向这些天线单元应用各个复数权重，然而本文中描述的实施例中的波束成形和波束的概念涉及基本上意图用于单个无线设备或终端位置的窄HPBW。
[0010]在本文中的一些实施例中，考虑具有多个传输节点的系统，其中每个节点具有能够生成具有小HPBW的若干波束的阵列天线。这些节点因此比如可以使用一个或多个LTE-Nx载波，使得能够实现几百MHz的总传输带宽，从而实现达到10千兆字节(Gbit/s)或更大的下行链路峰值用户吞吐量。
[0011]在LTE接入过程中，UE可以首先使用小区搜索过程搜索小区，以检测LTE小区并且解码向小区注册所需要的信息。当UE已经连接到小区以寻找相邻小区时，可能还需要识别新的小区。在这种情况下，UE可以向其服务小区报告检测到的相邻小区标识和一些测量值，以便准备切换。为了支持小区搜索，可以从每个eNB传输唯一的主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)。同步信号用于频率同步和时间同步。也就是说，为了使无线设备(例如UE)的接收器对准网络节点(例如eNB)传输的信号。PSS包括使得LTE中的无线设备能够检测小区的5ms定时以及小区标识组内的小区标识的信息。SSS使得LTE中的无线设备能够获取帧定时和小区标识组。PSS可以根据长度为63的Zadoff-Chu序列来构造，其被映射到未使用的中间(所谓的DC)子载波的中心64个子载波。LTE中可以有三个PSS，对应于三个物理层标识。SSS可以分别根据长度为31的两个交织的M序列来构造，并且通过向两个M序列中的每个序列施加不同的循环移位，可以获取不同的SSS。一共可以有两个M序列的168个有效组合，其表示小区标识组。组合PSS和SSS，因此LTE中总共可以有504个物理小区标识。
[0012]在找到小区时，UE可以继续进行进一步的步骤以与该小区相关联，这因此可以称为该UE的服务小区。找到小区之后，UE可以例如在物理广播信道(PBCH)中读取系统信息
(SI)，其被称为主信息块(MIB)，其在与PSS和SSS位置有关的时频位置中被找到。SI包括无线设备使用随机接入过程接入网络所需要的所有信息。在检测到MIB之后，系统帧号(SFN)和系统带宽已知。UE可以通过在物理随机接入信道(PRACH)中传输消息来让网络知道其存在。
[0013]当小区具有多个天线时，每个天线可以向无线设备或UE传输单独的编码消息，从而以传输的层数倍增容量。这公知为MMO传输，并且所传输的层数称为传输的秩(rank)。传统上，波束成形等同于秩为I的传输，其中仅传输一个编码消息，但是同时来自具有每天线单独设定的复数波束成形权重的所有天线。因此，在波束成形中，在单个波束中仅传输单个层的物理下行共享信道(PDSCH)或演进的物理下行控制信道(EHXXH)。这一波束成形传输在LTE中也是可能的，因此在UE与小区相关联之后，可以配置N=1、2、4或8个信道状态信息参考信号(CS1-RS)的集合用于UE处的测量参考，因而UE可以基于CS1-RS测量来报告包含复数波束成形权重的优选秩为I的Nxl预编码矢量。预编码矢量可以选自秩为I的预编码矢量的码本(codebook)。在Rel-8中，定义有16个秩为I的预编码矢量，在Rel-12中，新的码本设计有256个秩为I的预编码矢量。
[0014]“波束”因此可以是针对传输信号的一个层跨天线单元而施加的某个预编码矢量的结果，其中每个天线单元在一般情况下可以具有幅度权重和相位偏移，或者等同地，可以将从天线单元传输的信号乘以复数、权重。如果天线单元被放置在两个或三个维度中，因而不仅是在直线上，则二维波束成形是可能的，其中可以以水平角和方位角二者转向波束指向。有时，也提及三维(3D)波束成形，其中可变传输功率也被考虑在内。另外，天线阵列中的天线单元可以包括不同的极化，并且因此能够通过调节天线权重来动态地改变所传输的电磁波的极化状态。因此，具有不同极化的单元的二维阵列可以带来波束成形的很大灵活性，这取决于天线权重。有时，将预编码权重的某个集合表示为“波束状态”，以生成按照方位、高度和极化以及功率的某个波束。
[0015]最灵活的实现可以是使用全数字波束成形器，其中每个权重可以彼此独立来施加。然而，为了减小硬件成本、尺寸和功耗，可以将其中一些加权功能放置在硬件中，例如使用Butler矩阵，而其他部分可以用软件来控制。比如，仰角可以通过Bulter矩阵实现来控制，而方位角可以用软件来控制。硬件波束成形的问题可能在于，其涉及切换器和相位平移器，这可能存在一些切换延迟，使得不能够实现波束的即时切换。
[0016]PBCH使用作为解调参考的公共参考信号(CRS)来传输。由于PSS、SSS和PBCH信道意图用于想要附接到小区的任何UE，所以它们通常使用例如120度扇区在小区宽覆盖范围内来传输。因此，这样的信号在LTE中没有被波束成形，因为存在风险，例如PSS和SSS将在旁瓣中或者甚至在波束成形辐射图案的空方向上。这将导致与小区的同步时失败或者检测MIB时失败。
[0017]现有的用于从网络节点向无线设备传输同步信号的方法被设计用于以比期望在未来的系统中所使用的更低的传输载波频率的广区域覆盖。这些当前方法当在使用高频载波(诸如计划要在未来的5G系统中使用的载波)的通信系统中使用时可能导致大量同步失败。
【发明内容】
[0018]本文中的实施例的目的是通过提供一种改进的用于网络节点发送同步信号以用于无线设备与网络节点的同步并且用于无线设备检测这些同步信号的方式来改善无线通信网络中的性能。在实施例中，网络可以使用波束成形以用于向无线设备传输同步信号。
[0019]根据本文中的实施例的第一方面，上述目的通过由网络节点执行的用于向无线设备发送第一同步信号和相关联的信息消息的方法来实现。这被进行以用于无线设备与网络节点的同步。网络节点和无线设备在无线通信网络中操作。网络节点在子帧内的N个OFDM符号中、至少一次在N个OFDM符号中的每个OFDM符号中的时间和频率位置发送第一同步信号。N等于或大于2。针对第一同步信号的每次发送，网络节点在OFDM符号中的预定义的时间和频率位置处发送相关联的信息消息。预定义的时间和频率位置与第一同步信号的时间和频率位置有关。相关联的信息消息与第一同步信号相关联。
[0020]根据本文中的实施例的第二方面，上述目的通过由无线设备执行的用于检测由网络节点发送的第一同步信号和相关联的信息消息的方法来实现。这被进行以用于无线设备与网络节点的同步。网络节点和无线设备在无线通信网络中操作。无线设备检测第一同步信号。第一同步信号由网络节点在子帧内的N个OFDM符号中、至少一次在N个OFDM符号中的每个OFDM符号中的时间和频率位置发送。N等于或大于2。无线设备在预定义的时间和频率位置处检测相关联的信息消息。预定义的时间和频率位置与所检测的第一同步信号的时间和频率位置有关。相关联的信息消息与所述第一同步信号相关联。无线设备通过检测相关联的信息消息中所包括的索引来获取子帧定时和/或帧定时。
[0021]根据本文中的实施例的第三方面，上述目的通过一种网络节点来实现。网络节点被配置成向无线设备发送第一同步信号和相关联的信息消息。这被进行以用于无线设备与网络节点同步。网络节点和无线设备被配置成在无线通信网络中操作。网络节点被配置成:在子帧内的N个OFDM符号中、至少一次在N个OFDM符号中的每个OFDM符号中的时间和频率位置发送第一同步信号。N等于或大于2。针对第一同步信号的每次发送，网络节点被配置成在OFDM符号中(即时间位置)的预定义的频率位置发送相关联的信息消息。预定义的时间和频率位置与第一同步信号的时间和频率位置有关。相关联的信息消息与所述第一同步信号相关联。
[0022]根据本文中的实施例的第四方面，上述目的通过一种无线设备来实现。无线设备被配置成检测第一同步信号和相关联的信息消息，第一同步信号和相关联的信息消息被配置成由网络节点来发送。这被进行以用于无线设备与网络节点同步。网络节点和无线设备在无线通信网络中操作。无线设备被配置成检测第一同步信号。第一同步信号被配置成由网络节点在子帧内的N个OFDM符号中、至少一次在N个OFDM符号中的每个OFDM符号中的时间和频率位置发送。N等于或大于2。无线设备还被配置成在预定义的时间和频率位置处检测相关联的信息消息。预定义的时间和频率位置与所检测到的第一同步信号的时间和频率位置有关。相关联的信息消息与第一同步信号相关联。无线设备还被配置成通过检测相关联的信息消息中所包括的索引来获取子帧定时和/或帧定时。
[0023]根据本文中的实施例的第五方面，上述目的通过一种包含指令的计算机程序来实现，这些指令当在至少一个处理器上被执行时引起至少一个处理器执行上述由网络节点来执行的方法。
[0024]根据本文中的实施例的第六方面，上述目的通过一种将包含指令的计算机程序存储其上的计算机可读存储介质来实现，这些指令当在至少一个处理器上被执行时引起至少一个处理器执行上述由网络节点来执行的方法。
[0025]根据本文中的实施例的第五方面，上述目的通过一种包含指令的计算机程序来实现，这些指令当在至少一个处理器上被执行时引起至少一个处理器执行上述由无线设备来执行的方法。
[0026]根据本文中的实施例的第六方面，上述目的通过一种将包含指令的计算机程序存储其上的计算机可读存储介质来实现，这些指令当在至少一个处理器上被执行时引起至少一个处理器执行上述由无线设备来执行的方法。
[0027]通过网络节点在子帧内的N个OFDM符号中重复地传输相同的第一同步信号，无线设备可以更有可能在所使用的符号中的至少一个符号中检测到第一同步信号和相关联的信息消息。因此，提供了一种用于使无线设备与网络节点同步的方式，其被优化用于使用窄波束的高频载波。这