用于具有波束成形技术的无线通信系统的波束管理方法与流程

本发明请依据35u.s.c.§119要求2017年5月26日递交，申请号为62/501,936，标题为“methodforbeammanagementforwirelesscommunicationsystemwithbeamforming”的美国临时申请的优先权。上述申请的标在此合并作为参考。

所揭露实施例一般有关于无线通信，以及更具体地，有关于毫米波(millimeterwave，mmwave)波束成形系统中波束管理和报告。

背景技术：

越来越频繁地遭遇带宽不足，促使移动运营商探索3g到300ghz之间的未充分利用的毫米波频谱，以用于下一代宽带蜂窝通信网络。mmwave频段的可用频谱是传统蜂窝系统的两百倍。毫米波无线网络使用窄波束定向通信，并且可支持多吉比特数据速率。毫米波频谱的未充分利用的带宽的波长范围从1毫米到100毫米。由于毫米波频谱波长非常小，使得大量小型化天线可以放置在小区域中。这种小型化天线系统可以通过电可操控方向性天线阵列产生定向传输，以产生高波束成形增益。

根据毫米波半导体电路的最新进展，毫米波无线系统已经成为用于真正实现的希望解决方案。然而，严重依赖定向传输和传播环境的易损性给毫米波网络带来了特别挑战。一般而言，设计蜂窝网络系统实现以下目标：1)同时为批量用户提供广泛地动态操作条件；2)对信道变化、流量负载和不同服务质量(qualityofservice，qos)需求的动态变化具有稳健性；3)高效利用带宽和功耗等资源。波束成形增加了实现这些目标的难度。

模拟波束成形是应用在毫米波波束成形无线系统中的优良候选方案。它提供阵列增益可以补偿由于恶劣无线传播环境导致的严重路径损耗，并且在发送/接收(transmit/receive,tx/rx)侧的多个天线单元之间不需要训练信道响应矩阵。不同的波束成形器可以有不同的空间分辨率。例如，扇形天线可具有更短且更宽的空间覆盖范围，而波束成形天线具有更长且更窄的空间覆盖范围。为了提供适度的阵列增益，需要大量的阵列单元。原则上，包含初始波束对准和后续波束追踪的波束训练机制，确保用于数据通信的基站(basestation，bs)波束和用户设备(userequipment，ue)波束对准。

在下行链路(downlink，dl)基于dl的波束管理中，bs侧为ue提供测量不同bs波束和ue波束组合的波束成形信道的机会。例如，bs对各个bs波束上携带的参考信号(referencesignal，rs)执行周期性波束扫描(periodicbeamsweeping)。ue可以通过使用不同ue波束收集波束成形信道状态以及向bs报告收集的信息。类似地，在上行链路(uplink，ul)基于ul的波束管理中，ue侧为bs提供测量不同ue波束和bs波束组合的波束成形信道的机会。例如，ue对各个ue波束上携带的rs执行周期性波束扫描。bs可以通过使用不同bs波束收集波束成形信道状态以及向ue报告收集的信息。

因此，波束报告是信道状态信息(channelstateinformation，csi)反馈的重要部分，以及需要确定波束报告机制。

技术实现要素：

提出一种基于组的波束报告的方法。对bstx波束分组，以提升波束报告效率。在测量用于波束管理的rs之后，ue以波束组的形式向网络(network，nw)报告rs质量。波束分组可以隐式或显式地完成。波束报告中的分组可以通过ue在网络帮助下或不借助网络帮助完成。根据分组机制的原理，分组方法可以分为两类。第一类称作基于波束集分组，其中ue基于rx波束集在波束报告中对tx波束信息进行分组。第二类称作基于天线组分组，其中，ue基于ue天线组在波束报告中对tx波束信息进行分组。

在一个实施例中，ue通过波束成形无线通信网络中ue从基站接收多个发送波束携带的参考信号。每个发送波束具有发送波束标识符。ue对该多个发送波束执行测量并且确定对应的波束值度量。ue将该多个发送波束分组成多个波束组。分组是基于每个发送波束与若干用户设备接收面板或用户设备天线子阵列之间的关联而确立。ue按照与每个波束组相关联的顺序报告该多个发送波束的该波束值度量。

在下文详细的描述中阐述了其他实施例和有益效果。发明内容并不旨在定义本发明。本发明由权利要求书定义。

附图说明

附图用于说明本发明的实施例，其中相同数字代表相同组件。

图1是根据一个新颖方面描述的具有波束管理和波束报告的毫米波波束成形无线通信系统。

图2是执行本发明所述某些实施例的基站和用户设备的简化方块示意图。

图3是根据一个新颖方面描述的以波束组的形式进行波束报告的波束管理的进程。

图4描述了用于波束报告的不同波束分组方法的示例。

图5描述了在ue具有多个接收面板或天线子阵列的波束成形网络中基于波束集分组的第一实施例。

图6a描述了用于具有附加信息的波束报告的基于波束集分组的示例。

图6b描述了具有差分波束报告和附加信息的组合的基于波束集分组。

图7描述了在ue具有多个接收面板或天线子阵列的波束成形网络中基于天线组分组的第二实施例。

图8a描述了用于具有附加信息的波束报告的基于天线组分组的示例。

图8b描述了具有差分波束报告和附加信息的组合的基于天线组分组。

图9是根据一个新颖方面从ue角度描述的在波束形成系统中波束报告的方法的流程图。

具体实施方式

下文将详细地对本发明的一些实施例给出参考，所述示例如附图所示。

图1是根据一个新颖方面描述的具有波束管理和波束报告的毫米波波束成形无线通信系统100。波束成形毫米波移动通信网络100包含基站bs101和用户设备ue102。毫米波蜂窝网络使用窄波束定向通信，可支持多吉比特数据速率。定向通信通过数字和/或模拟波束成形实现，其中为了形成多个波束，应用具有多个波束成形权重集合的多个天线单元。模拟波束成形是应用在毫米波波束成形无线系统中的优良候选方案。它提供阵列增益可以补偿由于恶劣无线传播环境导致的严重路径损耗，并且在tx/rx侧的多个天线单元之间不需要训练信道响应矩阵。不同的波束成形器可以有不同的空间分辨率，例如，波束宽度。例如，扇形天线可形成具有更低的阵列增益然而更宽的空间覆盖范围之波束，而波束成形天线可具有更高的阵列增益然而更窄的空间覆盖范围。为了提供适度的阵列增益，需要大量的阵列单。

在下行链路基于dl的波束管理中，bs侧为ue提供测量不同bs波束和ue波束组合的波束成形信道的机会。例如，bs对各个bs波束上携带的rs执行周期性波束扫描。ue可以通过使用不同ue波束收集波束成形信道状态以及向bs报告收集的信息。在图1所示示例中，在测量用于波束管理的rs之后，ue报告n个tx波束标识符(identifier，id)以及其对应的测量度量(metric)。基于当前和/或过去的测量结果和配置原理来确定n个tx波束，其中n是正整数。n可以由网络配置的阈值(threshold)来确定，例如，ue报告所有测量度量高于配置的阈值的tx波束。tx波束标识符可以是，例如，资源id(csi-rs资源id，也称为cri)、序列或时间索引。测量度量可以是，例如，参考信号接收功率(referencesignalreceivedpower，rsrp)或csi或者两者。

根据一个新颖的方面，对bstx波束分组，以提升波束报告效率。在测量用于波束管理的rs之后，ue以组的形式向网络报告rs质量。波束分组可以隐式或显式地完成。对于隐式分组，形成的波束组在波束报告中没有组标识符。例如，ue报告n个tx波束并且在波束报告中使用另一个字段来指示每个波束组的波束数量(k)。对于显式分组，形成m个波束组，並且每个波束组与组标识符相关联，第m个波束组包含nm个波束。m可以由网络通过介质访问控制(mediaaccesscontrol，mac)控制单元(controlelement，ce)或无线资源控制(radioresourcecontrol，rrc)消息配置，并且nm可以通过nw配置、比较测量度量与nw配置的阈值或ue能力确定。波束报告中的分组可以通过ue在网络帮助下或不借助网络帮助完成。

图2是执行本发明所述某些实施例的基站和用户设备的简化方块示意图。bs201包含具有发射和接收无线电信号的多个天线单元的天线阵列211、一个或多个射频(radiofrequency，rf)收发器模块212，其耦接于天线阵列，从天线211接收rf信号，将rf信号转换为基带信号并发送到处理器213。rf收发器212还将从处理器213接收的基带信号转换为rf信号并发送到天线211。处理器213处理接收到的基带信号以及调用不同功能模块以行bs201中的特征。存储器214存储程序指令和数据215以控制bs201的操作。根据本发明的实施例，bs201还包含执行不同任务的多个功能模块。

类似地，ue202具有发射和接收无线电信号的天线231。rf收发器模块232，耦接于天线，从天线231接收rf信号，将rf信号转换为基带信号并发送到处理器233。rf收发器232还将从处理器233接收的基带信号转换成rf信号并发送到天线231。处理器233处理接收的基带信号以及调用不同功能模块以执行ue202中的特征。存储器234存储程序指令和数据235以控制ue202的操作。根据本发明的实施例，ue202还包含执行不同的任务的多个功能模块和电路。

功能模块和电路可以通过硬件、固件、软件及其任何组合来实现和配置。例如，bs201包含波束管理模块220，其进一步包含波束形成电路221、波束监视器222和波束报告电路223。波束形成电路221可以属于rf链的一部分，其将各种波束形成权重应用于天线211的多个天线单元并由此形成各种波束。波束监视器222监视接收到的无线电信号以及通过各种ue波束执行无线电信号测量。波束报告电路223为每个接收到的ue波束报告的波束监测结果。

类似地，ue202包含波束管理模块240，其进一步包含波束形成电路241、波束监视器242、波束分组电路243以及波束反馈电路244。波束形成电路241可以属于rf链的一部分，其将各种波束成形权重应用于天线231的多个天线单元并由此形成各种波束。对于ue侧，因为ue202可以使用全向波束代替，所以波束形成电路241是可选的。波束监视器242监视接收到的无线电信号以及通过各个波束执行无线电信号测量。波束分组电路基于特定标准将不同bs波束分组成波束组。波束反馈电路244提供波束质量度量以及基于每个bs波束的波束监视结果以波束组的形式向bs201发送报告。

图3是根据一个新颖方面描述的以波束组的形式进行波束报告的波束管理的进程。bs301定向配置有多个小区，并且每个小区被粗糙的tx/rx控制波束集覆盖。最初，ue302使用控制波束执行扫描、波束选择和与bs301同步。在步骤311中，bs301和ue302通过基于波束训练操作(在执行同步、随机接入和rrc连接建立之后)的训练专用数据波束建立数据连接。在步骤321中，bs301向ue302提供波束管理配置。波束管理配置包含csi-rs资源配置、波束报告设置等。在步骤331中，bs301使用不同的tx波束向ue302周期性地发送下行链路参考信号。基于参考信号发送，ue302针对rsrp和/或csi度量递归地监视和测量tx波束(步骤332)。在步骤341中，ue302基于某种波束分组方法对不同tx波束进行分组。在步骤341中，ue302向bs301发送基于组的波束报告。在步骤351中，bs301基于具有或不具有附加信息构成的波束报告确定不同tx波束状态。

图4描述了用于波束报告的不同波束分组方法的示例。对于隐式波束分组，形成的波束组在波束报告中没有组标识符。如表410所示，ue报告n个tx波束并且在波束报告中使用另一个字段指示每个波束组的波束数量(k)。对于显式分组，形成m个波束组，並且每个波束组与组标识符相关联，第m个波束组包含nm个波束。如表420所示，在n＝8个tx波束之中形成三个波束组，组1包含三个波束1-3，组2包含三个波束4-6，组3包含两个波束7-8。m可以由网络通过macce或rrc消息配置，并且nm可以通过nw配置、比较测量度量与nw配置的阈值或ue能力确定。

波束报告中的分组通过ue在网络帮助下或不借助网络帮助完成。根据分组机制原理，分组方法可以分为两类。第一类称作基于波束集分组，其中ue基于rx波束集在波束报告中对tx波束信息进行分组。第二类称作基于天线组分组，其中，ue基于ue天线组在波束报告中对tx波束信息进行分组。

图5描述了在ue具有多个接收面板或天线子阵列的波束成形网络中基于波束集分组的第一实施例。在基于波束集分组中，ue基于rx波束集在波束报告中对tx波束信息进行分组。rx波束集指的是用于下行链路信号接收的一个uerx波束集合。rx波束集由ue实现构建，并且对网络是透明的。例如，一个rx波束集的每个波束对应于每个ue接收面板或天线子阵列中的选定波束。基于这种分组，对于同一rx波束集在一个波束组中报告的tx波束可以在ue侧被同时接收。另一方面，对于不同rx波束集在不同波束组中报告的tx波束不能在ue侧同被时接收。

在图5的示例中，bs501具有两个发送点(transmissionpoint，trp)和十二个tx波束，波束#1-6从第一trp#1发送，并且波束#7-12从第二trp#2。ue502具有两个接收面板—ue面板#1和ue面板#2，并且通过每个ue面板对应的选定tx波束构建rx波束集。rx波束集中的每个tx波束对应于每个ue面板中的选定波束。例如，tx波束#3和#5属于第一rx波束集，而tx波束#4和#10属于第二rx波束集。这是因为tx波束#3对应于ue面板#2并且tx波束#5对应于ue面板#1。类似地，tx波束#4对应于ue面板#1，并且tx波束#10对应于ue面板#2。因此，ue502可以同时接收属于rx波束集#1的tx波束#3和#5，并且可以同时接收属于rx波束集#2的tx波束#4和#10。

图6a描述了用于具有附加信息的波束报告的基于波束集分组的示例。为了促进基于波束集分组和报告，可以使用附加信息。在第一示例中，使用附加信息，ue能够构建tx波束的波束组，其中上述波束组1)能够在nw中同时传输；和2)能够在ue侧被同时接收用于基于组的波束报告。附加信息可以是1)通过rrc消息或macce或下行链路控制信息(downlinkcontrolinformation，dci)来自nw的显式或隐式的tx波束分组信息；2)nw能力，例如，来自trp的tx波束的数量；3)隐藏假设，例如，可以假设ue在不同无线资源上同时接收的tx波束能够在nw中同时传输。附加信息可以通过rrc消息与波束管理资源配置一起配置，例如，csi-rs资源集中所有csi-rs资源与nw中能够同时传输的tx波束一起发送。附加信息还可以通过指示nw能力的rrc消息配置-例如，来自trp的tx波束的数量。返回参考图5，tx波束#3和#5属于rx波束集#1，然而bs501不能同时从同一trp#1发射这些波束。tx波束#4和#10属于rx波束集#2，并且bs501可以从不同trp#1和trp#2同时发送那些波束。

在第二示例中，使用附加信息，网络能够从基于波束集分组和对应的波束报告中得到天线组信息。如表610所示，附加信息可以假设每个波束组中前x个tx波束分别形成天线组。在表610中，ue在波束报告中报告了三个组1、2和3。波束组1包含tx波束#1和#2，波束组2包含tx波束#3和#7，波束组3包含tx波束#4和#8。因此，分别来自波束组1、2和3的第一tx波束#1、#3和#4形成第一天线组。分别来自波束组1、2和3的第二tx波束#2、#7和#8形成第二天线组。如表620所示，如果波束组不具有属于天线组k的tx波束，则对于第k个tx波束可以报告0/null。例如，波束组1不具有属于天线组3的tx波束，则对于波束组1中的第三tx波束报告0。附加信息可以是现存假设并且不需要配置，例如，x是常数(x＝1)。为了指示假设是开启还是关闭，附加信息还可以通过rrc消息使用字段配置，例如，x是常数或者在波束报告配置中指示x。

在第三示例中，使用附加信息，网络能够在报告的波束组和tx波束中基于它们在波束报告中的位置识别ue偏好。附加信息可以是1)波束报告中的组的位置，和/或2)指示ue偏好的每个组中的tx波束的位置。在一个示例中，ue偏好组1超过组2。在另一个示例中，如果需要选择一个组内三个tx波束中的两个，并且ue偏好是组中报告的前两个tx波束。附加信息可以是现存假设并且不需要配置。为了指示假设是开启还是关闭，附加信息还可以通过rrc消息使用字段配置。请注意，可以同时使用上述所有不同附加信息。

图6b描述了具有差分波束报告和附加信息的组合的基于波束集分组。使用差分报告(differentialreporting)减小波束报告的大小。当报告中有n个波束和n个度量值时，如果不应用差分报告，则n个报告值是基于ue测量的量化值。例如，每个值由7比特表示。7比特的表示可以映射成绝对度量值。如果应用差分报告，则报告一个参考值和n-1个差分值。参考值可以是n个值中的最大值或最小值，并且参考值由全比特宽度表示，例如，上文所述示例7比特。参考值(波束)可由报告示例中的位置指示，例如波束报告中第一组中第一波束或最后一组中最后波束。n-1个差分值是n-1个原始值与参考值之间的差值。差分值具有较小的比特宽度，例如4比特。在表630的示例中，波束#7和值#7是最大值和参考值。

表640描述了同时具有差分报告的不同附加信息的使用。在表640的示例中，基于其在波束报告中的位置，具有id2的波束集组是最偏好的组。每个组中的第一波束(波束#7、#2和#8)属于同一天线组，而每个组中的第二波束(波束#3、#1和#4)属于另一个天线组。每个波束的度量值可以从相对于参考值(即，波束报告中的第一个值，值#7)的差值推导出。报告参考值作为组2中的第一波束(波束#7)。

图7描述了在ue具有多个接收面板或天线子阵列的波束成形网络中基于天线组分组的第二实施例。在基于天线组的分组中，ue基于ue天线组在波束报告中对tx波束信息进行分组。ue天线组指的是ue接收面板或天线子阵列。基于这种分组，对于同一ue天线组在一个组中报告的tx波束不能在ue侧被同时接收。另一方面，对于不同ue天线组在不同组中报告的tx波束可以在ue侧被同时接收。

在图7的示例中，bs701具有两个trp和十二个tx波束，波束#1-6从第一trp#1发送，并且波束#7-12从第二trp#2发送。ue702具有两个接收面板—ue面板#1和ue面板#2，因此构建两个天线组—分别为天线组1和天线组2。例如，tx波束#3和#10属于天线组2，而tx波束#4和#5属于天线组1。这是因为tx波束#3和#10可以通过ue面板#2在ue侧被接收，tx波束#4和#5可以通过ue面板#1在ue侧被接收。因此，ue702不能同时接收属于天线组2的tx波束#3和#10，ue702也不能同时接收属于天线组1的tx波束#4和#5。然而，ue702可以同时接收在不同天线组中报告的tx波束，例如，tx波束#10和#4。

图8a描述了用于具有附加信息的波束报告的基于天线组分组的示例。为了促进基于天线组分组和报告，可以使用附加信息。在第一示例中，使用附加信息，网络能够从基于天线组分组和对应的波束报告中识别rx波束集信息。如表810所示，附加信息可以假设每个波束组中前x个tx波束分别形成rx波束集。因此，每个组中的前x个tx波束用于通过ue同时传输的建议tx波束。在表810中，ue在波束报告中报告两个组1和2。波束组1包含tx波束#1、#3和#4，波束组2包含tx波束#2、#7和#8。因此，分别来自波束组1和2的第一tx波束#1和#2形成第一rx波束集；分别来自波束组1和2的第二tx波束#3和#7形成第二rx波束集；以及分别来自波束组1和2的第三tx波束#4和#8形成第三rx波束集。如表820所示，如果组中第k个tx波束不属于基于rx波束集的组k，则对于第k个tx波束报告0/null。例如，波束组3的第二tx波束不属于基于波束集的组2，则对于基于天线组的波束组3中的第二tx波束报告0。附加信息可以是现存假设并且不需要配置，例如，x是常数(x＝1)。为了指示假设是开启还是关闭，附加信息还可以通过rrc消息使用字段配置，例如，x是常数或者在波束报告配置中指示x。

在第二示例中，使用附加信息，网络能够在报告的波束组和tx波束中基于它们在波束报告中的位置识别ue偏好。附加信息可以是1)波束报告中的组的位置，和/或2)指示ue偏好的每个组中的tx波束的位置。在表820的示例中，可以同时接收波束#1、#2、#5。如果网络旨在仅选择两个波束用于后续传输，则ue建议组1和组2中的tx波束(例如，波束#1和#2)。附加信息可以是现存假设并且不需要配置。为了指示假设是开启还是关闭，附加信息还可以通过rrc消息使用字段配置。请注意，可以同时使用上述所有不同附加信息。

图8b描述了具有差分波束报告和附加信息的组合的基于天线组分组。使用差分报告减小波束报告的大小。当报告中有n个波束和n个度量值时，如果不应用差分报告，则n个报告值是基于ue测量的量化值。例如，每个值由7比特表示。7比特的表示可以映射成绝对度量值。如果应用差分报告，则报告一个参考值和n-1个差分值。参考值可以是n个值中的最大值或最小值，并且参考值由全比特宽度表示，例如，上文所述示例的7比特。参考值(波束)可由报告示例中的位置指示，例如，波束报告中第一组中第一波束或最后一组中最后波束。n-1个差分值是n-1个原始值与参考值之间的差。差分值具有较小的比特宽度，例如4比特。在表830的示例中，波束#7和值#7是最大值和参考值。

表840描述了同时具有差分报告的不同附加信息的使用。在表840的示例中，每个组中的第一波束(波束#7、#3)属于同一rx波束集组，而每个组中的第二波束(波束#2、#1)属于另一个rx波束集组。每个波束的度量值可以从相对于参考值(即，波束报告中的第一个值，值#7)的差值推导出。报告参考值作为天线组2中的第一波束(波束#7)。

图9是根据一个新颖方面从ue角度描述的在波束形成系统中基于组的波束报告的方法的流程图。在步骤901中，ue通过波束成形无线通信网络中ue从基站接收多个tx波束上携带的参考信号。每个tx波束具有tx波束标识符。在步骤902中，ue对多个tx波束执行测量并且确定对应的波束值度量。在步骤903中，ue将多个tx波束分组成多个波束组。分组是基于每个tx波束与若干ue接收面板或ue天线子阵列之间的关联而确立。在步骤904中，ue按照与每个波束组相关联的顺序报告多个tx波束的波束值度量。在一个实施例中，ue基于rx波束集在波束报告中对tx波束信息进行分组。在另一个实施例中，ue基于天线组(例如，接收面板/子阵列)在波束报告中对tx波束信息进行分组。

出于说明目的，已结合特定实施例对本发明进行描述，但本发明并不局限于此。因此，在不脱离权利要求书所述的本发明范围之情况下，可对描述实施例的各个特征实施各种修改、改编和组合。