无线通信系统中用于波束形成的装置和方法
【专利摘要】提供用于在无线通信系统中生成用于使用波束形成的通信的帧的装置和方法。一种用于在发送级中发送信号的方法包括：确定帧中用于发送信息的区域的波束改变时间，并且通过考虑该波束改变时间在用于发送信息的区域上将信息发送给接收级。所述帧包含基于发送给接收级的信息的类型划分的多个区域，并且所述多个区域包含不同的波束改变时间。
【专利说明】无线通信系统中用于波束形成的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信系统中用于波束形成的装置和方法。更具体来说，本发明涉及无线通信系统中生成用于使用波束形成的通信的帧的装置和方法。
【背景技术】
[0002]无线通信系统可以使用波束形成技术来提高数据传送速率。波束形成是使用高增益天线来提高发送和接收性能的一系列技术。
[0003]使用波束形成，无线通信系统需要减小天线波束宽度以便提高天线增益。无线通信系统需要使用多个窄波束来在各个方向上发送信号。
[0004]然而，因为在无线通信系统中没有为使用波束形成的通信定义帧，所以需要生成用于使用波束形成的通信的帧。
[0005]以上信息被作为背景信息来提供，仅仅是为了帮助对本公开的理解。关于以上任何信息是否可以作为关于本发明的现有技术来应用，尚未作出确定，并且不作出声明。
【发明内容】
[0006]本发明的方面将解决上面描述的问题和/或缺点，并且至少提供如下所述的优点。因此，本发明的一个方面将提供无线通信系统中生成用于使用波束形成的通信的帧的装置和方法。
[0007]本发明的另一个方面将提供在使用多个波束形成天线的无线通信系统中生成用于使用波束形成的通信的帧的装置和方法。
[0008]本发明的又一个方面将提供在无线通信系统中生成根据使用波束形成发送的信息的类型不同地设置波束改变时间的帧的装置和方法。
[0009]本发明的另一个方面将提供在无线通信系统中生成根据使用波束形成发送的信息的类型自适应地定义导频图案的帧的装置和方法。
[0010]本发明的再一个方面将提供在无线通信系统中通过考虑循环前缀(CP)长度确定构成时隙的码元的数目的装置和方法。
[0011]本发明的再一个方面将提供在无线通信系统中用于生成帧以使得波束改变点处的码元使用长CP的装置和方法。
[0012]根据本发明的一个方面，提供一种用于在包含多个天线并且形成多个波束的无线通信系统的发送级中发送信号的方法。该方法包括:确定帧的用于发送信息的区域的波束改变时间；以及在用于发送信息的区域上通过考虑波束改变时间向接收级发送信息，其中所述帧包括基于发送给接收级的信息的类型划分的多个区域，并且其中多个区域包括不同的波束改变时间。
[0013]根据本发明的另一方面，提供一种用于在形成多个波束的无线通信系统的发送级中发送信号的装置。该装置包括:天线单元，其包括多个天线元件；射频(RF)链，用于通过天线单元形成波束；和控制器，用于通过考虑帧中的用于发送信息的区域的波束改变时间来通过发送信息的区域向接收级发送信息，其中所述帧包含基于发送到接收级的信息的类型划分的多个区域，并且其中多个区域包含不同的波束改变时间。
[0014]从以下详细描述中，本发明的其它方面、优点和显著特征对于本领域技术人员将变得清楚，以下详细描述结合附图公开了本发明的示例性实施例。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]从以下结合附图的详细描述中，本发明的某些示例性实施例的上述及其它方面、特征和优点将更加清楚，附图中:
[0016]图1图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的帧；
[0017]图2A到2D图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的帧；
[0018]图3A和3B图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的参考信号；
[0019]图4图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的资源分配；
[0020]图5图解根据本发明的示例性实施例的采用分频双工(FDD)的无线通信系统的帧；
[0021]图6图解根据本发明的示例性实施例的采用时分双工(TDD)的无线通信系统的帧；
[0022]图7图解根据本发明的示例性实施例的收发器的框图；
[0023]图8A和8B图解根据本发明的示例性实施例的射频(RF)链；
[0024]图9图解根据本发明的示例性实施例的RF链；
[0025]图10图解根据本发明的示例性实施例的接收级的框图；
[0026]图11是图解根据本发明的示例性实施例的用于在发送级中使用波束形成发送信号的方法的流程图；
[0027]图12是图解根据本发明的示例性实施例的用于在接收级中接收信号的方法的流程图；
[0028]图13是图解根据本发明的示例性实施例的用于在发送级中使用波束形成发送信号的方法的流程图；和
[0029]图14是图解根据本发明的示例性实施例的用于在接收级中接收信号的方法的流程图.[0030]贯穿附图，应当注意，相同的参考标记将理解为指代相同的部分、组件与结构。【具体实施方式】
[0031]提供下列参考附图的描述用于帮助对本发明的示例性实施例的全面理解，本发明通过权利要求及其等效物定义。本描述包括各种具体细节用于帮助理解但是仅应当被认为是示例性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，能够对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围与精神。此外，为了简明和清楚起见，可能略去了对公知功能与构造的描述。
[0032]在下面的描述和权利要求中使用的术语和措词不局限于它们的字典意义，而是仅仅被发明人用来实现对于本发明清楚一致的理解。因此，对本领域技术人员来说应当明显的是，提供以下对本发明的示例性实施例的描述仅用于说明的目的而非限制如所附权利要求及其等效物所定义的本发明的目的。
[0033]应当理解，单数形式的“一”、“该”和“所述”包括复数所指物，除非上下文清楚地指示其它含义。因此，例如，对“组件表面”的引用包括指代对一个或多个这样的表面的引用。
[0034]通过术语“基本上”来表示所叙述的特征、参数或者值不需要准确地实现，而是在量上可以存在不妨碍预计所述特征将提供的效果的偏差或者变化，包括例如，公差、测量误差、测量精度限制及本领域技术人员所知的其它因素。
[0035]本发明的示例性实施例提供一种在无线通信系统中生成用于使用波束形成的通信的帧的技术。
[0036]在下文中，假定无线通信系统采用天线波束形成技术。该天线波束形成技术通过改变通过每个天线发送和接收的射频信号的相位来形成波束。
[0037]下面讨论的图1到图14以及本专利文件中那些用于描述本公开的原理的各种实施例仅仅是为了说明并且不应当以限制本公开的范围的任何方式来解释。本领域技术人员将理解，本公开的原理可以在任何适当布置的通信系统中实现。用于描述各种实施例的术语是示例性的。应当理解，提供它们仅仅为了帮助对说明书的理解，并且它们的使用和定义绝不限制本发明的范围。第一、第二等等的术语用来区别具有相同术语的对象并且绝不意欲表示时间顺序，除非明确说明不是如此。集合被定义为包括至少一个元素的非空集合。
[0038]图1图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的帧.[0039]参考图1，该帧包括多个固定长度的子帧，并且一个子帧包括多个固定长度的时隙。一个时隙包括多个固定长度的码元。例如，该帧可以包括5个子帧，一个子帧可以包括20个时隙，并且一个时隙可以包括10个或者11个码元。在这种情况下，构成时隙的码元的数目由每个码元的循环前缀(CP)的长度确定。例如，当一个50US的时隙包括10码元时，每个码元的长度都是5us并且每个码元的CP长度都是lus。例如，当一个50us的时隙包括11码元时，该时隙的第一个码元的长度5us并且剩余的10个码元长度都是4.5us。此时，该时隙的第一个码元的CP长度是Ius并且剩余的10个码元的CP长度是0.5us。
`[0040]该无线通信系统将帧划分为用于同步信号和公共控制信息中的至少一个的第一时隙、训练信号时隙、控制时隙和数据时隙。该时隙可以如图2中所示那样根据通过相应时隙发送的信息的特性来构造。这里，第一时隙可以包括用于同步信号和公共控制信息的时隙、用于同步信号的时隙和用于公共控制信息的时隙中的任何一个。以下，假定第一时隙是用于同步信号和公共控制信息的时隙。
[0041]图2A到2D图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的帧。
[0042]图2A图解用于同步信号和公共控制信息的时隙，图2B图解用于数据和控制信息的子帧，图2C图解控制时隙，而图2D图解随机访问信道时隙。
[0043]参考图2A，用于同步信号和公共控制信息的时隙是该帧中用于携带同步信号和公共控制信息的最小单位，并且位于该帧的指定区域。发送级在用于同步信号和公共控制信息的时隙内在每个天线波束地改变波束的同时重复地发送同步信号和公共控制信息，以便接收级在小区中的任何位置都能够接收到同步信号和公共控制信息。例如，当图1的子帧#0的时隙#2是用于同步信号和公共控制信息的时隙时，发送级通过每个帧的子帧#0的时隙#2发送同步信号和公共控制信息。在这种情况下，发送级利用发送波束#0使用码元#0和#1来发送同步信号和公共控制信息，利用发送波束#1使用码元#2和#3来发送同步信号和公共控制信息，并且利用发送波束#2使用码元#4和#5来发送同步信号和公共控制信息。这里，公共控制信息包括以帧为基础发送的控制信息，比如，小区标识符、用于小区访问和接收级迁移的系统和小区公共系统信息、以及帧配置信息。例如，根据第三合作伙伴计划(3GPP)标准，该公共控制信息包括主信息块(MIB)、系统信息块(SIBl)和SIB2的部分或者全部。也就是说，该公共控制信息包括天线层的数目、下行链路带宽、基站和小区标识符、公共陆地移动网(PLMN)标识符、上行链路频率、上行线路带宽、双工类型、随机访问资源分配信息、以及帧数。
[0044]该发送级发送同步信号和公共控制信息，它们两个中的任一个包括波束标识符，以便接收级能够识别出波束，从而接收同步信号和公共控制信息。例如，当同步信号携带波束标识符时，该发送级不必将同步信号和公共控制信息相继地发送。也就是说，发送级可以通过与同步信号不毗连的其它固定时隙发送公共控制信息。例如，当公共控制信息携带波束标识符时，该发送级需要将同步信号和公共控制信息接连地发送。
[0045]如上所述，虽然同步信号的发送位置在帧中是固定的，但是用于同步信号和公共控制信息的时隙的数目可以变化。例如，用于同步信号和公共控制信息的时隙的数目可以根据发送级的发送波束的数目而不同。
[0046]参考图2B，在一个子帧中，至少一个时隙被分配给控制时隙以用于携带控制信息，而其它时隙被分配给数据时隙以用于携带数据。这里，对于每个子帧，子帧中的控制时隙和数据时隙的数目可以不同。
[0047]一个数据时隙中的所有码元使用相同波束。当数据时隙被改变时，用于发送数据的波束可以变更。例如，发送级通过时隙#1使用波束#3并且通过时隙#2和#3使用波束#0来发送数据。也就是说，利用相同波束携带用户数据的最小单位被定义为时隙。因此，一个时隙可以被设置为一个传输时间间隔(TTI)，从而接收仅仅一个时隙的接收级能够解码该数据。
[0048]当时隙#0被分配给图2B的子帧中的控制时隙时，控制时隙(时隙#0)如图2C中
所示那样来构造。
[0049]参考图2C，控制时隙能够基于至少一个码元来改变用于携带控制信息的波束。例如，发送级通过码元#0使用波束#3、通过码元#1使用波束#0、并且通过码元#9使用波束#5来发送控制信息。这里，控制信息包括用于数据发送的资源分配信息。
[0050]参考图2D，一个时隙中的每个资源都可以被分配给随机访问信道时隙。此时，随机访问信道时隙的资源分配信息通过公共控制信息携带至接收级。
[0051 ] 使用随机访问信道时隙，接收级发送随机访问前导码和随机访问信息信号。当接收级知道发送级的最佳发送波束时，接收级使用该最佳发送波束发送随机访问前导码和随机访问信息信号仅仅一次。相比之下，当接收级不知道发送级的最佳发送波束时，接收级在改变发送波束方向的同时重复地发送随机访问前导码和随机访问信息信号。这里，随机访问前导码指示用于检测上行线路信号的同步的信号。该随机访问信息信号包括接收级信息，该接收级信息包括接收级的发送波束标识符。
[0052]发送级在一个时隙内使用一个波束接收随机访问信号。当该时隙被改变时，发送级通过改变波束来接收随机访问信号。这里，该随机访问信号包括随机访问前导码和随机访问信息信号。[0053]在这个示例性实施例中，随机访问信道时隙使用一个时隙的资源。做为选择，随机访问信道时隙可以使用数据时隙的资源的一部分。
[0054]在该无线通信系统的帧中，波束改变时间根据信道类型而不同。该帧能够可以被构造为使得具有长CP的码元能够被放置在波束改变点。例如，当图2C的控制时隙能够基于至少一个码元来改变波束时，长CP (Ius)被用于每个码元。因此，该控制时隙能够包括基于该长CP的10个码元。与该控制时隙类似，用于同步信号和控制信号的时隙以及训练信号时隙，它们能够基于至少一个码元来改变波束，能够对于每个码元应用长CP。例如，图2B的数据时隙，其能够基于时隙来改变波束，在第一码元中使用长CP (lus)。在这种情况下，该数据时隙的除了第一码元的其它码元能够应用短CP (0.5us)来增加发送效率，或者根据信道特性而应用长CP (lus)。当数据时隙的除了第一码元之外的其它码元使用短CP时，数据时隙能够包括11个码元。相比之下，当数据时隙的除了第一码元之外的其它码元使用长CP时，数据时隙能够包括10个码元。
[0055]如此，每个码元能够包括不同的长度的CP。然而，该帧包括相同长度的该时隙。因此，该帧可以被构造为使得包括具有不同CP长度的码元的时隙能够共存。在这种情况下，该帧能够基于信道特性和波束改变时间选择性地使用最佳长度的CP。
[0056]如前所述，数据时隙和控制时隙对于波束改变具有不同单位。因此，发送级可以发送参考信号，比如，如图3中所示的导频。
[0057]图3A和3B图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的参考信号。
[0058]图3A图解数据时隙的参考信号，而图3B图解控制时隙的参考信号。数据时隙被假设为包括11个码元。
[0059]参考图3A，该数据时隙(其基于时隙来改变波束)基于时隙来产生参考信号。例如，该数据时隙能够在每个码元的子载波中一起携带四个独立的正交调幅(QAM)或者相移键控(PSK)码元。
[0060]参考图3B，该控制时隙(其基于至少一个码元来改变波束)基于至少一个码元来产生参考信号。
[0061]利用如上构造的帧，资源能够如图4中所示那样来分配。
[0062]图4图解根据本发明的示例性实施例的无线通信系统的资源分配。
[0063]参考图4，发送级能够将数据时隙#4、#5和#6的资源分配给使用波束#1的接收级#3，并且将数据时隙#7和#8的资源分配给使用波束#1的接收级#4。
[0064]另外，发送级能够将时隙#9到#13的资源分配给使用波束#4的接收级#5和#6。分配给接收级#5和#6的时隙#9到#13的资源被区分为不同的频率资源。
[0065]当分频双工(FDD)帧使用如上的帧结构来生成时，该无线通信系统能够生成如图5所示的FDD中贞。
[0066]图5图解根据本发明的示例性实施例采用FDD的无线通信系统的帧。
[0067]参考图5，根据FDD，下行链路和上行链路占据不同的频率资源。因此，该FDD帧被生成为使得下行链路帧和上行链路帧占据不同的频率。
[0068]该下行链路帧和该上行链路帧每个都包括5子帧，并且一个子帧包括20个时隙。一个时隙包括10个或者11个码元。
[0069]该下行链路帧将每个子帧的时隙#0分配给控制时隙并且将子帧#0的时隙#2分配给同步信号和公共控制信息时隙。
[0070]该下行链路帧将每个子帧的时隙#5分配给训练信号时隙并且将其它时隙分配给数据时隙。
[0071]该上行链路帧将每个子帧的时隙#0分配给控制时隙并且将其它时隙分配给数据时隙。这里，由接收级通过上行链路控制时隙发送的控制信息包括混合自动重复请求(HARQ)、确认/非确认(ACK/NACK)信息、信道质量指示符(CQI)反馈信息、预编码矩阵指示符(PMI)信息、秩指示符信息、调度请求信息、基站的发送波束信息、以及训练信号请求信肩、O
[0072]该无线通信系统能够生成如图6中所示的时分双工(TDD)帧。
[0073]图6图解根据本发明的示例性实施例的采用TDD的无线通信系统的帧。
[0074]参考图6，根据TDD，下行链路和上行链路占据不同的时间资源。因此，该TDD帧利用时间资源划分下行链路帧和上行链路帧。
[0075]该TDD帧包括5子帧，并且一个子帧包括20个时隙。一个时隙包括10个或者11个码元。
[0076]在一个子帧中，时隙#0到#10被分配给下行链路帧，而时隙#11到#19被分配给
上行链路帧。
[0077]该下行链路帧将每个子帧的时隙#0分配给下行链路控制时隙并且将子帧#0的时隙#2分配给同步信号和公共控制信息时隙。
[0078]该下行链路帧将每个子帧的时隙#5分配给训练信号时隙并且将其它时隙分配给数据时隙。
[0079]该上行链路帧将每个子帧的时隙#11分配给上行链路控制时隙并且将其它时隙分配给数据时隙。
[0080]每个子帧的时隙#10被用作用于操作切换的CP。用于操作切换的CP (未在图中示出)插在子帧之间。
[0081]如此，训练信号时隙被分配给用于选择用来发送与接收数据的窄波束。在该训练信号时隙内，发送级能够基于至少一个码元来改变波束方向。这里，该训练信号时隙被周期性地分配到固定位置，如图5和6中所示，或者可以根据接收级的请求而被非周期性地分配。
[0082]该同步信号使用同步信号码的一部分或使用公共控制信息来携带波束标识符。该训练信号不是直接携带波束标识符，而是能够使用训练信号时隙中的训练信号的位置和次序来间接地通知波束标识符。
[0083]训练信号时隙中的训练信号应当被选择为使小区间的干扰最小化。例如，该训练信号以规则的子载波间隔来布置，像图3B参考信号那样，并且该训练信号的位置在每个小区中不同。例如，训练信号序列可以根据小区标识符而正交地生成，从而减轻干扰。
[0084]该无线通信系统能够使用多个不同的带宽来提供通信服务。因此，无线通信系统的帧需要被设计为支持多带宽。
[0085]为了支持这些带宽，该帧被设计为使得同步信号和公共控制信息使用最小带宽来发送而其它信号占据整个频带。例如，当支持具有16个资源块(RB)的带宽IGHz时，该无线通信系统能够支持四个带宽:125MHz、250MHz、500MHz和1GHz。因此，该帧将同步信号和公共控制信息分配到与最小带宽125MHz对应的两个中心RB，并且将其它信号分配到IGHz的整个频带。
[0086]如此，用于控制信息的控制时隙被单独提供。当发送级发送的控制信息的量与时隙的资源量的倍数匹配时，不会发生控制时隙的不必要的资源浪费。然而，当发送级发送的控制信息的量与时隙的资源量的倍数不匹配时，控制时隙产生不必要的资源浪费。例如，当一个时隙包括10个码元并且发送级需要12个码元来发送控制信息时，该帧将两个时隙分配给控制时隙。在这种情况下，第二控制时隙的八个码元会被不必要地浪费掉。
[0087]为了减少控制时隙的资源浪费，当发送级发送的控制信息的量与时隙的资源量的倍数不匹配时，发送级可以通过将数据时隙的一部分穿孔来发送控制信息。当数据时隙的参考信号被穿孔以发送该控制信息时，接收级的信道估计性能可能被降低。因此，发送级可以通过如图3A中所示那样在时隙上均匀地分布参考信号来减轻穿孔所导致的性能下降。
[0088]在这个示例性实施例中，发送级对数据时隙进行穿孔以用于控制信息。类似地，发送级可以通过对数据时隙进行穿孔来发送同步信号和公共控制信息或者训练信号。
[0089]图7图解根据本发明的示例性实施例的收发器的框图。
[0090]参考图7，该收发器包括控制器700、波束选择器710、天线单元720、发送器730和接收器740。
[0091]该控制器700控制该收发器的操作。
[0092]根据图1、图5和图6的帧结构中的任何一个，该控制器700形成波束以便发送同步信号和公共控制信息、控制信息、训练信号、以及数据。例如，控制器700通过放置在帧的指定区域中的同步信号和公共控制信息时隙来发送同步信号和公共控制信息。在这种情况下，该控制器700在如图2A中所示的同步信号和公共控制信息时隙内在每个天线波束地改变波束的同时重复地发送同步信号和公共控制信息。该控制器700发送同步信号和公共控制信息，它们两个中的任何一个包括波束标识符，以便接收级能够识别出波束，从而接收同步信号和公共控制信息。
[0093]例如，该控制器700基于子帧中分配给数据时隙的区域中的时隙来改变波束，如图2B中所示。在这种情况下，该控制器700基于数据时隙中的时隙来发送参考信号，如图3A中所示。
[0094]例如，该控制器700基于子帧中分配给控制时隙的区域中的至少一个码元来改变波束，如图2C中所示。在这种情况下，该控制器700基于控制时隙中的至少一个码元来发送参考信号，如图3B中所示。
[0095]例如，当通过如图2D中所示分配的随机访问信道时隙来接收随机访问信号时，控制器700在一个时隙内使用一个波束来接收随机访问信号。当通过随机访问信道时隙来发送随机访问信号时，控制器700使用用于携带随机访问信号的最佳发送波束来发送随机访问信号一次。当不知道最佳发送波束时，控制器700通过改变发送波束方向来重复地发送随机访问信号。
[0096]例如，该控制器700通过固定位置的训练信号时隙发送训练信号。该训练信号时隙可以非周期性地分配。控制器700可以基于训练信号时隙内的至少一个码元来改变波束。
[0097]例如，该控制器700可以通过对数据时隙的一部分进行穿孔来发送控制信息、同步信号和公共控制信息、以及训练信号中的至少一个。在这种情况下，该控制器700可以使用控制信息将数据时隙的穿孔信息发送给接收级。
[0098]该波束选择器710在控制器700的控制下选择具有相应图案的波束。在该发送波束形成过程中，该波束选择器710将所选择的波束图案信息发送到发送器730。在该接收波束形成过程中，该波束选择器710将所选择的波束图案信息发送到接收器740。
[0099]该天线单元720包括多个天线元件。例如，该天线单元720包括多个全向天线元件，如图8A和图SB中所示。例如，该天线单元720可以包括多个用于在不同方向中发送信号的定向天线元件，如图9中所示。
[0100]该发送器730包括发送调制解调器732和发送RF链734。
[0101]该发送调制解调器732对数据进行编码和调制以便通过天线发送到接收级，并且将调制信号转换成模拟信号。该发送调制解调器732将该模拟基带信号到该发送RF链734。
[0102]该发送RF链734包括多条用于将信号递送到天线元件的RF路径。在这种情况下，该发送RF链734可以由波束选择器710选择的波束图案和波束宽度而使用仅仅一些天线元件并且一些RF路径。
[0103]图8A和图8B图解根据本发明的示例性实施例的射频(RF)链，并且图9图解根据本发明的示例性实施例的RF链。
[0104]参考图图7，图8A，图8B和图9，该发送RF链734将从发送调制解调器732输出的基带信号复用到至少一个激活的RF路径，在每个RF路径中将相应的基带信号转换成RF信号，并且通过天线单元720发送该信号。在这种情况下，该发送RF链734控制基带信号以形成由波束选择器710选择的波束图案中的波束。例如，如图8A中所示当该天线单元720包括全向天线元件时，发送RF链734包括移相器800-1到800-N，用于改变在天线元件810-1到810-N的每一个的RF路径中发送的信号的相位。该移相器800-1到800-N根据波束选择器710选择的波束图案和波束宽度改变要通过每个天线元件发送的信号的相位。
[0105]例如，如图9中所示当该天线单元720包括多个定向天线元件910-1到910-N时，发送RF链734包括开关900，其用于根据波束图案将发送调制解调器732和天线元件互连。该开关900根据波束选择器710选择的波束图案和波束宽度将至少一个天线元件和发送调制解调器732互连。这里，该开关900可以将一个发送调制解调器732和至少一个天线元件互连。
[0106]该接收器740包括接收RF链742和接收调制解调器744。
[0107]该接收RF链742包括多条用于经由天线元件接收的RF信号的RF路径。在这种情况下，该接收RF链742可以根据波束选择器710选择的波束图案和波束宽度而使用仅仅一些天线元件并且一些RF路径。
[0108]该接收RF链742将从天线元件接收的RF信号转换成基带信号并且将该基带信号发送到该接收调制解调器744。在这种情况下，该接收RF链742控制基带信号以形成波束选择器710选择的波束图案中的波束。例如，如图8A中所示当该天线单元720包括多个全向天线元件时，接收RF链742包括移相器820-1到820-N，用于改变通过天线元件810-1到810-N接收的信号的相位。该移相器820-1到820-N根据波束选择器710选择的波束图案和波束宽度改变通过每个天线元件接收到的信号的相位。
[0109]例如,如图9中所示当该天线单元720包括定向天线元件910-1到910-N时,接收RF链742包括开关900，其用于根据波束图案将接收调制解调器744和天线元件互连。该开关900根据波束选择器710选择的波束图案和波束宽度将至少一个天线元件和接收调制解调器744互连。这里，该开关900可以将一个接收调制解调器744和至少一个天线元件互连。
[0110]该接收调制解调器744将从接收RF链742输出的模拟信号转换成数字信号，并且对该数字信号进行解调和解码。
[0111]在这个示例性实施例，该收发器共用单个天线单元720。做为选择，发送器和接收器可以使用不同的天线单元。做为选择，发送器和接收器可以为单独的模块。
[0112]如上所述，图8A或图8B的天线单元720改变每个天线元件的相位或者根据图9的结构改变开关。在改变相位或者开关的过程中，由于元件的物理限制，该天线单元720经历用于稳定的延时。因此，为了减轻来自天线单元720的波束改变的干扰，该发送级可以在波束改变点使用具有长CP的码元。
[0113]图10图解根据本发明的示例性实施例的接收级的框图。
[0114]参考图10，该接收级包括双工器1001、接收器1003、控制器1005、波束选择器1007和发送器1009。
[0115]双工器1001根据双工方式通过天线发送从发送器1009输出的发送信号并且将从天线接收的信号提供给接收器1003。
[0116]接收器1003将从双工器1001馈送的RF信号转换成基带信号并且对该基带信号进行解调。例如，该接收器1003可以包括RF处理块、解调块、信道解码块，以及消息处理块。RF处理块将从双工器1001馈入的RF信号转换成基带信号。解调块通过对从RF处理块输出的信号应用快速傅里叶变换(FFT)来从每个子载波提取数据。信道解码块包括解调器、去交织器和信道解码器。消息处理块从接收的信号提取控制信息并且将所提取的控制信息提供给控制器1005。
[0117]该控制器1005控制该接收级的操作。例如，该控制器1005使用通过同步信号和公共控制信息时隙从该发送级周期性地接收的同步信号来检测最大接收功率的该发送级的发送波束，来获得与基站的同步。该控制器1005通过检测到的该发送级的发送波束从该发送级接收公共控制信息，来最初访问该发送级。
[0118]例如，该控制器1005控制该波束选择器1007选择用于接收数据的波束。
[0119]例如，该控制器1005通过波束选择器1007选择的波束接收控制信息和数据。该控制器1005可以使用控制信息和数据的参考信号来估计信道。例如，该控制器1005使用如图3A中所示的数据的基于时隙的参考信号来估计信道。例如，该控制器1005可以使用如图3B中所示的控制信息的基于码元的参考信号来估计信道。也就是说，该控制器1005使用由发送级通过在控制时隙中每个码元地改变波束来发送的参考信号中的通过波束选择器1007选择的波束接收的参考信号，来估计信道。
[0120]该控制器1005通过上行链路帧的控制时隙发送控制信息给发送级并且通过数据时隙发送数据给发送级。上行链路帧的控制时隙如图2C中所示那样生成，并且数据时隙如图2B中所示那样生成。
[0121]该波束选择器1007使用从通过训练信号时隙从发送级提供的训练信号选择用于接收控制信息和数据的最佳波束。例如，该波束选择器1007使用训练信号选择用于发送控制信息和数据的发送级的发送波束，并且选择用于从发送级接收控制信息和数据的接收波束。
[0122]该发送器1009将要发送到发送级的数据和控制消息编码并且转换成RF信号，并且将该RF信号输出到双工器1001。例如，该发送器1009可以包括消息生成块、信道编码块、调制块和RF处理块。
[0123]该消息生成块产生包括波束选择器1007选择的窄波束的信息的控制消息。例如，该消息生成块产生包括波束选择器1007选择的波束信息的控制消息。在另一例子中，该消息生成块产生要通过上行链路控制时隙发送的控制信息、探测信号和训练信号请求信息中的至少一个控制消息。
[0124]该信道编码块包括调制器、交织器和信道编码器。该调制块使用逆FFT (IFFT)将从信道编码块输出的信号映射到载波。该RF处理块将从调制块输出的基带信号转换成RF信号并且将该RF信号输出到双工器1001。
[0125]图11是图解根据本发明的示例性实施例的用于在发送级中使用波束形成发送信号的方法的流程图。
[0126]参考图11，在步骤1101中发送级通过该同步信号和公共控制信息时隙将同步信号和公共控制信号发送到接收级。例如，该发送级通过帧中固定的该同步信号和公共控制信息时隙发送同步信号和公共控制信息。在这种情况下，该发送级如图2A中所示在该同步信号和公共控制信息时隙内每个天线波束地重复发送同步信号和公共控制信息，以便该同步信号和公共控制信息能够在小区内的任何位置被接收到。这里，该同步信号或者该公共控制信息包括该波束标识符。
[0127]在步骤1103中，该发送级通过训练信号时隙发送训练信号。例如，该发送级通过将波束方向改变成用于发送数据的各个方向来发送训练信号。
[0128]在步骤1105，该发送级确定是否从接收级接收到波束选择信息。这里，该波束选择信息包括接收级选择的窄波束的信息。例如，该发送级确定是否通过上行链路控制时隙接收到波束选择信息。
[0129]在接收到波束选择信息时，在步骤1107中，该发送级识别在该波束选择信息中由相应接收级选择的窄波束。
[0130]在步骤1109中，发送级使用该接收级选择的窄波束来发送该接收级的控制信息和数据。例如，发送级通过图2B和2C的控制时隙和数据时隙发送该接收级的控制信息和数据。在这种情况下，该发送级基于时隙将参考信号添加到数据，如图3A中所示，并且基于至少一个码元将参考信号添加到控制信息，如图3B所示。这里，该控制信息包括HARQ ACK/NACK信息、功率控制信息、分页信息、资源分配信息、信号传输方案、发送波束信息、以及训练信号时隙信息。接下来，该发送级结束这个过程。
[0131]在这个示例性实施例中，在确定没有接收到波束选择信息时，该发送级等待接收该波束选择信息。做为选择，在确定在参考时间内没有接收到波束选择信息时，该发送级可以再次发送该训练信号。
[0132]现在，解释接收级接收由发送级执行波束形成的信号的示例性方法。
[0133]图12是图解根据本发明的示例性实施例的用于在接收级中接收信号的方法的流程图。[0134]参考图12，在步骤1201，该接收级获得与该发送级的同步。例如，该接收级通过使用通过该同步信号和公共控制信息时隙从该发送级周期性地接收的同步信号来检测具有最大接收功率的该发送级的发送波束，来获得与该发送级的同步。
[0135]在步骤1203，该接收级确认从发送级接收的公共控制信息。例如，该接收级通过在步骤1201中检测出的该发送级的发送波束在该同步信号和公共控制信息时隙从该发送级接收公共控制信息。
[0136]在步骤1205，该接收级确定是否接收到训练信号。例如，该接收级确定是否通过训练信号时隙接收到训练信号。
[0137]在接收到该训练信号时，在步骤1207，该接收级选择要用于接收数据的窄波束并且将数据发送到发送级。在这种情况下，该接收级使用训练信号选择用于发送控制信息和数据的发送级的发送波束，并且选择用于从发送级接收控制信息和数据的接收波束。
[0138]在步骤1209，该接收级通过该窄波束接收控制信息和数据。在这种情况下，接收级通过图2B和图2C的控制时隙和数据时隙接收控制信息和数据。例如，该接收级在通过控制时隙接收的控制信息中确认数据时隙和资源分配信息。接下来，该接收级使用该数据时隙和该资源分配信息来接收数据。此时，接收级能够使用控制信息和数据的参考信号来估计信道。例如，该接收级使用如图3A中所示的数据的基于时隙的参考信号来估计信道。例如，该接收级可以使用如图3B中所示的控制信息的基于码元的参考信号来估计信道。也就是说，该接收级使用发送级通过在控制时隙中每个码元地改变波束来发送的参考信号当中的、通过在步骤1207中选择的波束接收的参考信号，来估计信道。接下来，该接收级结束这个过程。
[0139]在这个示例性实施例中，接收级从发送级接收信号。当该接收级具有要发送给该发送级的控制信息和数据时，该接收级通过图5或图6的上行链路帧的控制时隙将控制信息发送给该发送级，并且通过数据时隙将数据发送给该发送级。
[0140]在这个示例性实施例中，该接收级发送使用该训练信号将所选择的窄波束信息发送到该发送级。
[0141]做为选择，该发送级可以使用垂直波束和水平波束来发送该训练信号，如图13所示。在这种情况下，该接收级能够将其选择的垂直波束和水平波束信息发送到该发送级，以便该发送级能够选择窄波束。这里，该垂直波束指示窄且垂直的长波束，并且该水平波束指示短且宽的波束。
[0142]图13是图解根据本发明的示例性实施例的用于在发送级中使用波束形成来发送信号的方法的流程图。
[0143]参考图13，在步骤1301中，发送级通过该同步信号和公共控制信息时隙将同步信号和公共控制信号发送到接收级。例如，该发送级通过帧中固定的该同步信号和公共控制信息时隙发送同步信号和公共控制信息。在这种情况下，该发送级在该同步信号和公共控制信息时隙内每个天线波束地重复发送同步信号和公共控制信息，如图2A中所示，以便该同步信号和公共控制信息能够在小区内的任何位置被接收到。这里，该同步信号或者该公共控制信息包括该波束标识符。
[0144]在步骤1303中，该发送级通过训练信号时隙发送训练信号。例如，该发送级通过将波束方向改变成用于发送数据的各个方向来发送训练信号。该发送级通过更改垂直波束和水平波束的方向来发送该训练信号。
[0145]在步骤1305，该发送级确定是否从接收级接收到训练信号接收信息。这里，该训练信号接收信息包括由相应接收级选择的最佳垂直波束和最佳水平波束的信息。该最佳垂直波束指示在接收级接收到的垂直波束当中具有最大接收功率的垂直波束，而最佳水平波束指示接收级接收到的水平波束当中具有最大接收功率的水平波束。
[0146]在接收到该训练信号接收信息时，在步骤1307，该发送级使用该接收级选择的并且包含在训练信号接收信息中的最佳垂直波束和水平波束，来选择要用于将控制信息和数据发送到接收级的窄波束。例如，该发送级选择在由接收级选择的最佳垂直波束和最佳水平波束之间重叠的窄波束，作为要被用于将控制信息和数据发送到接收级的窄波束。
[0147]在步骤1309中，发送级使用所选择的窄波束来发送该接收级的控制信息和该数据。例如，发送级通过图2B和图2C的控制时隙和数据时隙发送该接收级的控制信息和该数据。在这种情况下，该发送级基于时隙将参考信号添加到数据，如图3A中所示，并且基于至少一个码元将参考信号添加到控制信息，如图3B所示。接下来，该发送级结束这个过程。
[0148]在这个示例性实施例中，在确定没有接收到训练信号接收信息时，该发送级等待接收该训练信号接收信息。做为选择，在确定在参考时间内没有接收到训练信号接收信息时，该发送级可以再次发送该训练信号。
[0149]图14是图解根据本发明的示例性实施例的用于在接收级中接收信号的方法的流程图。
[0150]参考图14，在步骤1401，该接收级获得与该发送级的同步。例如，该接收级通过使用通过该同步信号和公共控制信息时隙从该发送级周期性地接收的同步信号来检测具有最大接收功率的该发送级的发送波束，来获得与该基站的同步。
[0151]在步骤1403，该接收级确认从发送级接收的公共控制信息。例如，该接收级通过在步骤1401中检测出的该发送级的发送波束在该同步信号和公共控制信息时隙上从该发送级接收公共控制信息。
[0152]在步骤1405，该接收级确定是否接收到训练信号。例如，该接收级确定是否通过训练信号时隙接收到训练信号。
[0153]在接收该训练信号时，在步骤1407，该接收级将该训练信号接收信息发送到该发送级。例如，该发送级通过改变波束方向顺序地使用垂直波束和水平波束来发送训练信号。在这种情况下，该接收级通过从垂直波束中选择最佳垂直波束并且从水平波束中选择最佳水平波束，来将信号发送到发送级。这里，该最佳垂直波束指示垂直波束当中具有最大接收功率的垂直波束，而最佳水平波束指示水平波束当中具有最大接收功率的水平波束。
[0154]在步骤1409，该接收级使用该最佳垂直波束和该最佳水平波束选择要被用于接收控制信息和数据的窄波束。例如，该接收级选择在该最佳垂直波束和该最佳水平波束之间重叠的窄波束，作为要被用于接收数据的窄波束。在这种情况下，该接收级使用训练信号选择用于发送控制信息和数据的发送级的发送波束，并且选择用于从发送级接收控制信息和数据的接收波束。
[0155]在步骤1411，该接收级通过该窄波束接收控制信息和数据。在这种情况下，接收级通过图2B和图2C的控制时隙和数据时隙接收控制信息和数据。例如，该接收级在通过控制时隙接收的控制信息中确认数据时隙和资源分配信息。接下来，该接收级使用该数据时隙和该资源分配信息来接收数据。此时，接收级能够使用控制信息和数据的参考信号来估计信道。例如，该接收级使用如图3A中所示的数据的基于时隙的参考信号来估计信道。例如，该接收级可以使用如图3B中所示的控制信息的基于码元的参考信号来估计信道。也就是说，该接收级使用发送级通过在控制时隙中每个码元地改变波束来发送的参考信号当中的通过在步骤1409中选择的波束接收的参考信号，来估计信道。接下来，该接收级结束这个过程。
[0156]在这个示例性实施例中，接收级从发送级接收信号。当接收级具有要发送给该发送级的控制信息和数据时，它通过图5或6的上行链路帧的控制时隙将控制信息发送给该发送级，并且通过数据时隙将数据发送给该发送级。
[0157]如上所述，依靠用于无线通信系统中的使用波束形成的通信的帧，所述通信能够使用波束形成来实现。
[0158]在本发明的示例性实施例中，在无线通信系统构造一种帧，以便区分用于同步信号和公共控制信息中的至少一个的时隙、训练信号时隙、控制时隙和数据时隙。因此，移动站的接收性能能够提高，并且接收复杂度和开销能够减小。
[0159]该无线通信系统通过对该数据时隙的一部分穿孔来发送控制信息。因此，该控制信息的传输效率能够增加，由此在发送控制信息时减少资源浪费。
[0160]由于在该无线通信系统中控制时隙被放置在子帧的前部，所以能够通过防止不必要的数据接收来减少移动站的功耗。
[0161]虽然已经参考本发明的某些示范性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以对它们进行形式和细节上的各种改变而不脱离如所附权利要求及其等效物所限定的本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种用于在包含多个天线并且形成多个波束的无线通信系统的发送级中发送信号的方法，该方法包括: 确定帧中用于发送信息的区域的波束改变时间；并且 通过考虑该波束改变时间在用于发送信息的区域上将信息发送给接收级， 其中所述帧包含基于发送给接收级的信息的类型划分的多个区域，并且 其中所述多个区域包含不同的波束改变时间。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述帧包含多个子帧，其中子帧包含多个时隙，其中时隙包含多个码元，并且其中子帧包含第一区域、第二区域、第三区域、第四区域和第五区域中的至少一个，所述第一区域包含用于发送同步信号和公共控制信息中的至少一个的至少一个时隙，所述第二区域包含用于发送控制信息的至少一个时隙，所述第三区域包含用于发送数据的至少一个时隙，所述第四区域包含用于发送训练信号的至少一个时隙，而所述第五区域包含用于发送随机访问信号的至少一个时隙。
3.如权利要求2所述的方法，其中信息的发送包括: 当用于发送信息的区域是第一区域时，基于至少一个码元来改变波束并且将同步信号和公共控制信息中的至少一个发送到接收级。
4.如权利要求2所述的方法，其中信息的发送包括: 当用于发送信息的区域是第二区域时，基于至少一个码元来改变波束并且将控制信息发送到接收级。
5.如权利要求2所述的方法，其中第二区域包含基于至少一个码元的参考信号。
6.如权利要求2所述的方法，其中信息的发送包括: 当用于发送信息的区域是第三区域时，基于时隙来改变波束并且将数据发送到接收级。
7.如权利要求2所述的方法，其中第三区域包含基于时隙的参考信号。
8.如权利要求2所述的方法，其中信息的发送包括: 当用于发送信息的区域是第四区域时，基于至少一个码元来改变波束并且将训练信号发送到接收级。
9.如权利要求2所述的方法，还包括: 在第五区域中基于至少一个码元来改变波束并且从所述接收级接收随机访问信号。
10.如权利要求2所述的方法，其中时隙中的多个码元的数目由至少一个码元的循环前缀(CP)长度确定。
11.如权利要求10所述的方法，其中第二区域的时隙包含10个码元，所述10个码元包含具有第一长度的CP，并且 具有第一长度的CP包括比能够被添加到至少一个码元的具有第二长度的CP长的CP。
12.如权利要求10所述的方法，其中第三区域的时隙包括，包含具有第一长度的CP的I个码元以及包含具有第二长度的CP的10个码元，并且 具有第一长度的CP包括比具有第二长度的CP长的CP。
13.如权利要求10所述的方法，其中第三区域的时隙包含10个码元，所述10个码元包含具有第一长度的CP，并且 具有第一长度的CP包括比能够被添加到至少一个码元的具有第二长度的CP长的CP。
14.一种用于在形 成多个波束的无线通信系统的发送级中发送信号的装置，被配置为实现权利要求1-13中的一项所述的方法。
【文档编号】H01Q3/26GK103748801SQ201280041361
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年7月28日
【发明者】金暎秀 申请人:三星电子株式会社