用于无线网络中小区查找和同步的信号格式的制作方法

本申请的权利要求范围依据35U.S.C.§119要求如下申请的优先权：2014年10月7日递交的申请号为62/060,781，标题为“Signal format for cell search/synchronization”的美国临时案，以及2015年9月29日递交的申请号为14/868,665的美国临时案。在此合并参考上述美国临时申请案的全部内容。

技术领域

本发明有关于无线通信，更具体地，有关于无线网络中用于小区查找和同步的信号格式。

背景技术：

长期演进(LTE)是一种改进的通用移动通信系统(UMTS)，它提供了更高的数据速率，更低的时延，还提高了系统容量。为了在频率选择性衰落环境下提供更高的数据速率，下行传输利用了物理层的正交频分多址(OFDMA)。在LTE系统中，一个演进通用陆地无线接收网(E-UTRAN)包括多个基站，这些基站被称之为演进节点B(eNBs),它们和大量移动站通信，这些移动站被称之为用户装置(UE)。一个用户装置能够通过下行链路和上行链路同基站或演进节点B通信。

通过使用主要同步信号(PSS)和次要同步信号(SSS)在每台用户装置上执行LTE系统中的小区搜索和同步。在物理层，将长期演进无线蜂窝系统和正交频分多址(OFDMA)设计在一起。传入的用户数据位被复用到频域上分配好的子载波上，并作为一个单一的时域信号在下行链路中传输。这是通过一个在用户数据位上的逆快速傅里叶变换(IFFT)完成的。为了加快小区搜索进程，已知的位模式以特定时间和频率槽传输，以便于移动设备能识别小区的时间和它关联的标识码(cell ID)。在移动设备开启后，会尝试测量接收带宽功率，并尝试使用下行链路同步信道来执行小区搜索。

小区搜索在蜂窝或无线网中非常重要。一部用户装置使用小区搜索过程获取小区识别码、时域/频域/空域同步，或其他系统/网络信息。在LTE系统中的小区搜索过程可以分成三步。第一步是通过关联接收到的主同步信号(PSS)采样，从三个可能的值中将小区的组识别码找出来，并通过判断小区信号传输的5毫秒边界找出时间信息。后者是因为PSS信号被作为最后的OFDM标记，在一个10毫秒无线电帧的第0和第5子帧上进行传输。第二步是通过关联接收到的辅同步信号(SSS)采样来判断小区标识码和帧时序。第三步是验证小区标识码。小区搜索时间通常依赖于小区识别码的数量，或者系统信息的携带量。

随着对带宽存储越来越有经验，移动运营商已经在为下一代宽带移动通讯网络积极发掘充分利用3G到300G赫兹之间毫米波(mmWave)频谱的方法。毫米波带宽的有效频谱是传统蜂窝系统的200倍。毫米波无线网络使用带有窄波束的定向通信，能支持数千兆数据速率。一个毫米波蜂窝系统基站可提供一组粗略收发控制波束进行控制。在控制信道的基站广播同步信号，以及用于小区搜索和切换应用的空间域控制波束模式。同步信号会周期性传输一个小的占空比，而不是持续广播信号。

除了小区标识码，对于定向蜂窝或无线网络，控制波束标识信息也需要通过每个小区搜索过程中的用户装置进行解码。结果是，小区搜索时间增加了。人们在寻找一种解决方案，通过设计一个同步信号来降低在定向蜂窝或无线系统中的小区搜索时间。

技术实现要素：

本发明提出一种用于小区搜索方法的信号格式以减少小区搜索复杂度和小区搜索时间。同步信号嵌入独特序列，其中该独特序列在时域中连续重复多次。不同的独特序列表示不同的控制信息，控制信息透过同步信号传输从基站广播至用户装置。根据同步信号提出两阶段小区搜索方法。在第一获取阶段，获取同步信号的粗略位置。在第二精细搜索阶段，在粗略位置的搜索范围中检测独特序列。

在一个实施例中，用户装置在移动通信网络中接收从基站传输的时域同步信号。该同步信号承载具有连续时域重复的独特序列。UE通过自相关该同步信号来执行阶段1信号检测并推导该同步信号的粗略位置。UE通过基于该粗略位置以候选序列互相关该同步信号来执行阶段2信号检测从而检测该同步信号的精确位置和该独特序列。在一个实施例中，配置多个控制波束以覆盖小区的整个服务区域以用于传输该同步信号。该独特序列识别控制信息，该控制信息包括该基站的小区识别码和波束识别码中的至少一个。

在另一个实施例中，基站在移动通信网络中分配多个无线电资源。该多个无线电资源为周期性分配用于多个同步信号传输。基站透过该多个分配的无线电资源传输同步信号至多个用户装置。该同步信号嵌入独特序列，其中该独特序列在时域中重复n次且插入在一或多个OFDM符号中。在一个示例中，该基站方向性配置有多个控制波束，其中，该多个控制波束覆盖小区的整个服务区域以用于传输该同步信号。该独特序列识别控制信息，该控制信息包括该基站的小区识别码和波束识别码中的至少一个。

下面详细描述了其他实施例和优点。本发明内容并不意在限制本发明。本发明是由权利要求限定的。

附图说明

附图说明了本发明的各个实施例，其中，相同的数字指示相同元件。

图1为根据一个新颖的方面具有新颖同步信号格式的波束成形毫米波移动通信网络0的示意图。

图2为根据本发明特定实施例的用户装置的简化模块示意图。

图3为根据本发明实施例波束成形移动通信网络中的两阶段小区搜索和同步方法。

图4为波束成形系统中用于小区搜索和同步的同步信号的信号格式的示意图。

图5为基于同步信号格式的小区搜索方法的第一阶段的示意图。

图6为基于同步信号格式的小区搜索方法的第二阶段的示意图。

图7为根据本发明一个方面基于新颖同步信号格式的两阶段小区搜索方法的流程图。

图8为根据本发明一个方面传输具有新颖信号格式的同步信号以减少小区搜索时间的流程图。

具体实施方式

现在将详细参阅本发明的一些实施例，这些实施例显示在附图中。

图1为根据一个新颖的方面具有新颖同步信号格式的波束成形(beamforming)毫米波移动通信网络100的示意图。波束成形毫米波移动通信网络100包括基站BS101和用户装置UE102。毫米波蜂窝网络使用具有窄波束的方向性通信且可支持数千兆位的数据速率。透过数字及/或模拟波束成形实现方向性通信，其中，多个天线元件具有多组波束成形权重以形成多个波束。例如，BS101方向性配置有多个小区，且每个小区(例如，小区110)由一组粗分辨率控制波束CB1至CB8所覆盖。

BS以空间域控制波束图型在控制信道中广播信标信号以用于小区搜索和切换应用。每个控制波束广播最小数量的小区特定和波束特定信息，类似于LTE系统中的系统信息块(System Information Block，SIB)或主信息块(Master Information Block，MIB)。每个控制波束也承载UE特定控制或数据流量。每个控制波束传输一组已知信标信号以用于初始时间-频率同步、对传输信标信号的控制波束的识别以及对传输信标信号的控制波束的无线电信道质量的测量。

小区搜索时间通常取决于小区个体的数目，或承载系统信息的数量。在LTE系统中，存在504个小区个体，其可分为3*168个小区组。通过同时使用主同步信号(Primary Synchronization Signal,PSS)及次同步信号(Secondary Synchronization Signal,SSS)执行小区搜索。PSS给予UE信息，该信息关于小区属于三组物理层中的哪一个。在PSS之后解码SSS，其直接定义小区组识别码。设计分层PSS/SSS结构已减少小区搜索时间。然而，在方向毫米波网络中，控制波束识别信息也需要由UE在小区搜索程序中解码。例如，小区110配置有八个控制波束CB1至CB8，且控制波束ID和小区ID需要透过同步信号被发送至UE。如果每个小区配置有八个控制波束，则小区ID/波束ID的总数目可达到504*8。因此，小区搜索时间会增长。

根据本发明的一个方面，为减少小区搜索复杂度和小区搜索时间，提出一种小区搜索的同步信号格式。在图1的示例中，下行链路信道使用OFDMA。每个OFDM无线电帧(例如帧111)为10ms时长。每个帧划分为1ms的多个子帧。此时隙可包括七个具有普通循环前缀(Cyclic Prefix,CP)长度的OFDM符号，和六个具有扩展CP的OFDM符号。周期性分配同步信道，例如，在每隔一个子帧中的第一个OFDM符号。同步信道的周期性是可配置的。如图1所示，每个同步信号嵌入独特序列(unique sequence)，其中该独特序列在时域中重复n次且插入在一或多个OFDM符号中。不同的独特序列表示不同的控制信息。根据同步信号格式提出两阶段小区搜索方法以减少小区搜索时间。在第一获取(acquisition)阶段，获取同步信号的粗略位置(coarse location)。在第二精细(fine)搜索阶段，在粗略位置的搜索范围中检测独特序列。

图2为根据本发明特定实施例的用户装置UE201的简化模块示意图。UE201包括具有多天线元件的天线阵列215，用于传输和接收无线电信号。RF收发器模块211耦接于天线，用于从天线214接收RF信号，将RF信号转换为基带信号并将基带信号发送至处理器212。RF收发器模块211也将从处理器212接收的基带信号转换为RF信号，并发送至天线215。处理器212处理接收的基带信号并激发不同功能模块执行UE201中的特征。存储器213存储程序指令和数据214以控制UE201的操作。

根据本发明的多个实施例，UE201也包括执行不同任务的多个功能模块。功能模块为由硬件、固件、软件或上述任意组合实施和配置的电路。例如，,UE201包括两阶段小区搜索电路220，用于执行小区搜索和与服务基站进行同步。两阶段小区搜索电路220更包括扫描单元221，用于在扫描间隔监听同步信号。FFT电路对从时域接收的信号执行FFT转换至频域，IFFT电路对从频域接收的信号执行IFFT转换至时域，相关电路(correlation circuit)对两个信号进行相关操作(包括自相关(self-correlation)和互相关(cross-correlation)),阶段1检测器，用于执行同步信号的粗略位置的阶段1检测，且阶段2检测器，用于执行同步信号的精确位置的阶段2检测并检测同步信号中嵌入的独特序列。基于精确的位置，UE201可与其服务基站同步。此外，基于独特序列，UE201可解码小区ID、波束ID以及服务基站广播的其他控制信息。

图3为根据本发明实施例波束成形移动通信网络中的两阶段小区搜索和同步方法。移动通信网络包括UE301和基站BS302。在步骤311中，BS302透过方向性配置的控制波束在分配的无线电资源中周期性广播同步信号。控制信号嵌入在同步信号内部。在步骤321中，UE301在扫描间隔期间执行扫描并接收同步信号。在步骤322中，UE301执行阶段1信号检测，此为获取阶段。此阶段的目的为减少搜索时间并发现可用于阶段2的搜索范围。在步骤323中，UE301执行阶段2信号检测，此为精确搜索阶段。在阶段2信号检测期间，UE匹配同步信号以识别嵌入的控制信息。

图4为波束成形系统中用于小区搜索和同步的同步信号的信号格式的示意图。如图4中所示，每个OFDM无线电帧(例如，无线电帧400)为10ms时长。每个无线电帧划分为1ms的10个子帧。周期性分配同步信道，例如，在每隔一个子帧中的第一个OFDM符号。同步信道的周期性是可配置的。此外，同步信号嵌入有独特序列x_k，该独特序列x_k在时域中重复n次(例如，n＝2,如图4中所示的重复两次)。不同的独特序列表示不同的控制信息。

在两阶段小区搜索方法的示例中，同步信号占用一个OFDM符号长度(Nsym ms)，其包括N个时域采样。独特序列具有N/2时域值的长度。x_k的第一拷贝插入在OFDM符号401的第一N/2时域采样，且x_k的第二拷贝插入在OFDM符号401的第二N/2时域采样。另一方面，对于类似LTE小区搜索方法，同步信号也占用一个OFDM符号402，其包括N个时域采样。OFDM符号402承载具有长度N的独特序列y_k,且对于y_k不存在时域重复。由于OFDM符号长度401中同步信号的时域重复，可通过如下实现提出的两阶段小区搜索方法。在第一阶段中，由接收器运用自相关以找出同步信号的粗略位置。在第二阶段中，接收器在粗略位置的搜索范围内匹配独特序列以找出控制信息。两阶段小区搜索方法的复杂度小于类似LTE小区搜索方法的复杂度。

图5为基于同步信号格式的小区搜索方法的第一阶段的示意图。在第一阶段期间，UE在观察窗口期间接收时域信号501，以r_k表示总共L采样，其中k表示采样点(sampling instance)。UE然后使用相关器510如下执行接收的时域信号r_k的自相关：

其中，

—接收的时域信号表示为r_k

—独特序列x_k的长度为N/2

—接收信号的观察长度为L

—复用器的数量为L-(N/2)+1

—加法器的数量为2L-(N/2)+2

基于自相关结果，如果达到最大相关，可找到粗略位置请注意，此处为简洁未显示功率标准(normalization)。此外，最大不是唯一方式。如果相关结果达到阈值也可找到粗略位置。可见，由于在自相关之中，同一序列仅在时域中位移(shift)，自相关中所需的计算量相对较小。基于时域重复的信号格式，如果在观察窗口期间在准确时间点进行捕获r_k，r_k和r_k+(N/2-1)(例如，具有N/2时间点的两个序列)实质上是相同的。因此，r_k和r_k+(N/2-1)之间的自相关将产生最大结果。

图6为基于同步信号格式的小区搜索方法的第二阶段的示意图。在第二阶段期间，UE在观察窗口期间接收时域信号501，以r_k表示总共L采样，其中k表示采样点。UE然后使用相关器610如下执行接收的时域信号r_k与每个可能的独特序列x_k之间的互相关，然后通过互相关找到独特序列(j₁)和精确符号时序(i₁)，如下所示：

其中，

—x_k^(j)为第j个独特序列

—独特序列的数目为J，其取决于控制波束和小区ID的数目

—特定精确查找范围的长度为2M+1

—复用器的数量为J(2M+1)(N/2)

—加法器的数量为J(2M+1)((N/2)-1)

当在所有候选序列之间实现最大相关结果时检测该精确位置和该独特序列。独特序列(j1)。在阶段2中的互相关查找范围为从阶段1确定的粗略位置的正负M个采样点。因此，由于(2M+1)的受限搜索范围,此互相关所需计算量相对较小。复用器的总数量为L-(N/2)+1+J(2M+1)/(N/2),且加法器的总数量为2L-(N/2)+2+J(2M+1)/((N/2)-1)。总之，两阶段小区搜索方法的复杂度小于类似LTE小区搜索方法的复杂度。

对于类似LTE小区搜索，同步信号包括具有长度N的独特序列y_k。独特序列占用整个OFDM符号且没有时域重复。对应的小区搜索方法是在整个范围中通过互相关查找独特序列(j₂)和精确符号时序(i₂)，如下所示：

其中，

—接收的时域信号表示为r_k

—独特序列y_k的长度为N

—接收信号的观察长度为L

—y_k^(j)为第j个独特序列

—独特序列的数目为J，其取决于控制波束和小区ID的数目

—复用器的数量为J(L-N+1)N

—加法器的数量为J(L-N+1)(N-1)

在一个特定示例中，假设N＝2048，L＝286720,J＝4032以及M＝128。该两阶段方法中复用器/加法器的总数目为1.1*10⁹，且类似LTE方法中复用器/加法器的总数目为2.4*10¹²。可见此实施例中，类似LTE小区搜索方法的复杂度是两阶段小区搜索方法的复杂度的2000倍。

图7为根据本发明一个方面基于新颖同步信号格式的两阶段小区搜索方法的流程图。在步骤701中，由UE在移动通信网络中接收从基站传输的时域同步信号。其中，该同步信号承载具有连续时域重复的独特序列。在步骤702中，UE通过自相关该同步信号来执行阶段1信号检测并推导该同步信号的粗略位置。在步骤703中，UE通过基于该粗略位置以候选序列互相关该同步信号来执行阶段2信号检测从而检测该同步信号的精确位置和该独特序列。

图8为根据本发明一个方面传输具有新颖信号格式的同步信号以减少小区搜索时间的流程图。在步骤801中，基站在移动通信网络中分配多个无线电资源。其中，该多个无线电资源为周期性分配用于多个同步信号传输。在步骤802中，基站透过该多个分配的无线电资源传输同步信号至多个UE。该同步信号嵌入独特序列，其中该独特序列在时域中重复n次且插入在一或多个OFDM符号中，其中，n为大于一的整数。在一个示例中，该基站方向性配置有多个控制波束，其中，该多个控制波束覆盖小区的整个服务区域以用于传输该同步信号。该独特序列识别控制信息，该控制信息包括该基站的小区ID和波束ID中的至少一个。

本发明虽为说明的目的以若干特定实施例进行描述，但本发明并不限于此。相应地，在不脱离本发明的权利要求所设定的范围内，当可对上述实施例的些许特征作些许修改、润饰和组合。