用于无线通信系统中的使用波束成形的多小区通信的设备和方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及在无线通信系统中使用波束成形的通信技术。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着包括智能电话的无线因特网通信设备快速地分布，移动通信数据需 求以大约50%到200%的年平均数快速地增加。为满足该快速增加的移动通信数据需求，正 在开发各种数据传输速率改进技术。提升数据传输速率的各种方法中的一种方法是使用更 宽频带。但是，在用于移动通信系统的当前频带中保证更宽频带是困难的。相反，在28GHz、 38GHz或者更高频带的情况下，频率使用频率低，以使得可以容易地保证几百MHz到几 GHz的 很宽的频带。
[0003] 但是，无线电通信信号具有信号衰减增加的特性，且在28GHz或者更高的超高频 中，信号衰减程度非常大且因此显著地限制小区大小和服务面积。相反，随着频率增加，天 线的尺寸减小，以使得在阵列中集成多个天线装置和在超高频中应用波束成形技术相对容 易。因此，可以经由波束成形获得非常大的增益。因此，期望使用在超高频中的宽频带提升 数据传输速率和使用波束成形天线解决超高频信号的衰减问题的技术用作未来的超高速 移动通信系统的技术。
[0004] 因此，需要用于在超高频带的宽频带中基于波束成形执行更有效率的通信的方 法。
[0005] 以上信息被呈现为背景信息仅为了帮助理解本公开。关于是否任意以上所述相对 于本公开可以可应用为现有技术还未做出确定，且不做出断言。
【发明内容】
[0006] 技术方案
[0007] 本公开的各方面至少解决上述问题和/或缺点和至少提供如下所述的优点。因此， 本公开的一方面提供用于在无线通信系统中基于波束成形执行更有效率的通信的设备和 方法。
[0008] 本公开的另一方面是提供用于在无线通信系统中允许具有多个波束成形天线的 终端与对于每个天线的优化小区通信的设备和方法。
[0009] 本公开的另一方面是提供用于在无线通信系统中将单小区连接转换为多小区连 接的设备和方法。
[0010] 本公开的另一方面是提供用于在无线通信系统中将多小区连接转换为单小区连 接的设备和方法。
[0011] 本公开的另一方面是提供用于在无线通信系统中同时执行多小区连接的设备和 方法。
[0012] 本公开的另一方面是提供用于在无线通信系统中在多小区连接状态下释放小区 之一的连接的设备和方法。
[0013] 本公开的另一方面是提供用于在无线通信系统中在多小区连接状态下释放所有 连接的设备和方法。
[0014] 本公开的另一方面是提供用于在无线通信系统中在多小区连接状态下改变优化 小区的设备和方法。
[0015] 根据本公开的一方面，提供了用于在无线通信系统中操作终端的方法。该方法包 括执行用于使用第一天线接入第一基站和使用第二天线接入第二基站的接入过程，和使用 第一天线执行与第一基站的通信和使用第二天线执行与第二基站的通信。
[0016] 根据本公开的另一方面，提供了用于在无线通信系统中操作第一基站的方法。该 方法包括:经由用于终端的第一天线的服务小区执行与端子的接入过程，和经由终端的第 一天线执行与终端的通信，其中，执行接入过程包括:在第一基站和终端，使用第二天线将 包括与第一基站和终端希望接入的第二基站有关的信息的消息发送到网关。
[0017] 根据本公开的另一方面，提供了用于在无线通信系统中操作网关的方法。该方法 包括，执行接入过程，其中终端使用第一天线接入第一基站且终端使用第二天线接入第二 基站的，和经由第一基站和第二基站执行与终端的通信，其中，执行接入过程包括从第一基 站接收包括与第一基站和第二基站有关的信息的消息。
[0018] 根据本公开的另一方面，提供了无线通信系统中的终端设备。该终端设备包括:控 制器，配置为执行用于使用第一天线接入第一基站和使用第二天线接入第二基站的接入过 程;和通信单元，配置为使用第一天线发送信号到第一基站/从第一基站接收信号和使用第 二天线发送信号到第二基站/从第二基站接收信号。
[0019] 根据本公开的另一方面，提供了无线通信系统中的第一基站设备。第一基站设备 包括:控制器，配置为经由用于终端的第一天线的服务小区执行与终端的接入过程；回程通 信单元，配置为在控制器的控制下，将包括与第一基站和终端希望使用第二天线接入的第 二基站有关的信息的消息发送到网关;和无线通信单元，配置为经由终端的第一天线发送 信号到终端/从终端接收信号。
[0020] 根据本公开的另一方面，提供了无线通信系统中的网关设备。该网关设备包括:控 制器，配置为执行接入过程，其中终端使用第一天线接入第一基站和终端使用第二天线接 入第二基站;和通信单元，配置为从第一基站接收包括与第一基站和第二基站有关的信息 的消息，和在控制器的控制下经由第一基站和第二基站发送数据到终端/从终端接收数据。
[0021] 对于本领域技术人员，本公开的其它方面、优点和显著特征将从以下详细说明变 得清楚，以下的详细说明结合附图公开了本公开的各种实施例。
【附图说明】
[0022] 根据结合附图的以下描述，本公开的某些实施例的上述及其他方面、特征和优点 将更为明显，在附图中：
[0023] 图1是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的终端的天线特性的图；
[0024] 图2是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的终端的每个天线的小区面积 的示例的图；
[0025]图3A、图3B和图3C是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的服务小区选择 方法的示例的图；
[0026] 图4是图示根据本公开的实施例的无线通信系统的网络配置的示例的图；
[0027] 图5是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的与终端的用户平面对应的协 议栈的图；
[0028] 图6是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中与终端的控制平面对应的协议 枝的图；
[0029] 图7是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的下行链路数据传输过程的 图；
[0030] 图8和图9是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的发送下行链路数据分 组和信号的示例的图；
[0031] 图10是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的上行链路数据传输过程的 图；
[0032] 图11是图示根据本公开的实施例的在无线通信系统中发送上行链路数据分组和 信号的示例的图；
[0033] 图12是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的终端的位置的示例的图；
[0034] 图13是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的单小区接入过程的图；
[0035] 图14是图示根据本公开的实施例的在无线通信系统中用于从单小区接入改变为 多小区接入的过程的图；
[0036] 图15是图示根据本公开的实施例的在无线通信系统中根据基站或者网关资源不 存在的多小区同时接入过程的图；
[0037] 图16是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的经由基站资源的多小区同 时接入过程的图；
[0038] 图17是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的经由网关资源的多小区同 时接入过程的图；
[0039] 图18是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的优化的小区交换过程的图；
[0040] 图19是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的优化的小区交换过程的图；
[0041] 图20是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的优化的小区改变过程的图；
[0042] 图21是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的优化的小区改变过程的图；
[0043] 图22是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的一个小区的接入释放过程 的图；
[0044] 图23是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的所有小区的接入释放过程 的图；
[0045] 图24是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的终端的框图；
[0046] 图25是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的基站的框图；和
[0047] 图26是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的网关的框图。
[0048]遍及附图中，相同的附图标记将理解为表示相同的部分、组成和结构。
【具体实施方式】
[0049]提供参考附图的以下描述以帮助如权利要求和它们的等效物所定义的本公开的 各种实施例的全面理解。它包括各种特定细节以帮助理解但是它们被认为仅是示例性的。 因此，本领域普通技术人员将认识到在不脱离本公开的范围和精神的情况下可以做出在这 里描述的各种实施例的各种改变和修改。另外，为了清楚和简明可以省略公知的功能和结 构的描述。
[0050] 以下说明书和权利要求中使用的术语和词不限于字面的含义，而是仅由本发明人 使用以使能本公开的清楚的和一致的理解。因此，对本领域技术人员显然仅为了说明的目 的而不是为了限制如所附权利要求和它们的等效物所定义的本公开的目的而提供本公开 的各种实施例的以下描述。
[0051] 将理解单数形式"一"、"一个"和"该"包括多个指代物除非上下文清楚地另外指 示。因此，例如，引用"组件表面"包括引用一个或多个这种表面。
[0052] 根据本公开的各种实施例，电子装置可以包括通信功能。例如，电子装置可以是智 能电话、平板个人计算机(PC)、移动电话、视频电话、电子书阅读器、桌面PC、膝上型PC、上网 本PC、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、移动医疗装置、相机、可 穿戴装置(例如，头戴装置(HMD)、电子衣服、电子手链、电子项链、电子配件、电子纹身或者 智能手表），等等。
[0053] 根据本公开的各种实施例，电子装置可以是具有通信功能的智能家用电器。智能 家用电器例如可以是电视、数字视频盘(DVD)播放器、音响、冰箱、空调、真空吸尘器、烤箱、 微波炉、洗衣机、烘干器、空气净化器、机顶盒、电视盒（例如，Samsung HomeSync?、Apple TV?或者Google TV?)、游戏控制台、电子词典、电子密钥、摄录一体机、电子相框，等等。 [0054]根据本公开的各种实施例，电子装置可以是医疗装置（例如，磁谐振血管造影 (MRA)装置、核磁共振成像(MRI)装置、计算断层分析(CT)装置、成像装置或者超声装置）、导 航装置、全球定位系统(GPS)接收器、事件数据记录器(EDR)、飞行数据记录器(FDR)、汽车信 息娱乐装置、船舶电子装置(例如，船舶导航装置、陀螺仪或者罗盘仪）、航空电子装置、安全 装置、工业或者消费机器人，等等。
[0055] 根据本公开的各种实施例，电子装置可以是包括通信功能的家具、建筑/结构的一 部分、电子板、电子签名接收装置、投影仪、各种测量装置(例如，水、电、气体或者电磁波测 量装置)，等等。
[0056] 根据本公开的各种实施例，电子装置可以是前述装置的任何组合。另外，对本领域 普通技术人员显然根据本公开的各种实施例的电子装置不限于前述装置。
[0057] 根据本公开的各种实施例，基站、终端、网关等可以分别是电子装置。
[0058] 描述用于在无线通信系统中基于波束成形执行更有效率的通信的技术。
[0059]在根据现有技术的移动通信系统中，提供给终端的天线是全向天线，且具有在所 有方向上均匀地发送/接收信号的特性。在一个终端具有多个全向天线的情况下，同一终端 中多个天线之间的距离与基站和终端之间的距离相比可忽略。因此，可以由提供给终端的 各个天线接收的基站信号的频率和时间平均幅值没有差异。换句话说，由一个终端中不同 天线感受的小区面积平均上是相同的。已经基于多个终端天线感受平均上相同的小区面积 的特性的前提开发了根据现有技术的蜂窝移动通信技术。
[0060]本公开考虑的波束成形天线可以生成一个波束以在一个时刻发送或者接收信号， 并在下一时刻改变发送/接收信号的波束的方向。但是，根据天线的物理特性，可以由一个 波束成形天线形成的波束的方向不能覆盖360度的所有方向，且限于一部分方向。因为终端 应该在所有方向上发送/接收信号，所以终端通过布置其波束方向受限的多个波束成形天 线以使得它们面对不同方向，而可以在360度的所有方向上发送/接收信号。本公开的各种 实施例涉及包括使用多个波束成形天线的终端的未来的蜂窝移动通信系统的方法和设备。
[0061] 图1是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的终端的天线特性的图。图1图 示本公开考虑的终端的天线特性，且图示根据在不同方向设置多个波束成形天线的示例。
[0062] 参考图1，每个天线可以生成一个波束以在一个时刻发送/接收信号，并在下一时 刻改变该波束。但是，由每个天线生成的波束的方向由天线的安装位置、设置方向等限制。 参考图1，由天线#1 110生成的波束限于左上方向，天线#2 120仅在右上方向上生成波束， 天线#3 130覆盖左下部，且天线#4 140覆盖右下部。在图1中，各个天线可以生成的波束的 数目是N，其在所有天线上相同。但是，根据本公开的各种实施例，可以由各个天线生成的波 束的数目可以彼此不同，且形成的波束宽度也可以彼此不同。
[0063] 终端使用可以由每个天线生成的所有波束找出优化基站以与基站通信。但是，作 为如图1所示的示例，因为由具有不同特性的各个天线生成的波束范围不同，优化基站可能 对于每个天线不同。在该情况下，每个天线的小区面积可以如图2所示。
[0064] 图2是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的终端的每个天线的小区面积 的示例的图。图2图示在终端具有多个波束成形天线且由各个天线形成的波束的方向彼此 不同的情况下，每个天线的小区面积。
[0065]参考图2,终端200的天线Al在左边方向上生成波束，且在右边方向上不生成波束。 终端200的天线A2在右边方向上生成波束，且在左边方向上不生成波束。在该情况下，位于 终端200的两侧的基站210和220的小区面积可以取决于天线确定不同。天线Al可以将在位 于左边的基站1 210的信号放大波束增益并接收其，但是取决于波束方向图（beam pattern)以衰减的强度接收位于右边的基站2 220的信号。结果，在天线Al中，基站1 210的 小区-1面积211变得非常大，且基站2 220的小区-2面积221变得非常小。相反，天线A2可以 将基站2 220的信号放大波束增益并接收其，但是以取决于波束方向图以衰减的强度接收 基站1 210的信号。因此，在天线A2中，基站2 220的小区-2面积222变得非常大，且基站1 210的小区-1面积212变得非常小。
[0066] 如图2所示，在具有多个波束成形天线的终端200中，发生即使在相同位置上实质 的小区面积对于每个天线不同且优化基站和小区对于每个天线不同的特性。根据现有技术 的蜂窝移动通信技术的前提是终端基于平均来说小区面积对于每个终端天线相同的特性 与一个服务小区通信。因此，因为根据现有技术的技术不适于优化小区可能对于每个天线 改变的本公开的通信环境，所以需要新的蜂窝移动通信技术。
[0067] 在下文中，本公开描述用于通过考虑终端的多个天线的特性而选择服务小区的多 小区通信技术。此外，本公开描述用于多小区通信的网络结构和每个网络元件的功能，并描 述使用多小区的控制消息和数据的发送/接收标准。本公开描述取决于终端的位置的控制 消息和数据发送/接收方法，并描述多小区通信的每个步骤的操作过程。
[0068] 可以多样地限定考虑波束成形天线特性的服务小区选择方法。
[0069]图3A、图3B和图3C是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的服务小区选择 方法的示例的图。
[0070] 参考图3A，终端300通过考虑所有天线和小区之间的无线电质量而选择可以提供 最好的无线电质量的单个服务小区，并经由该单个服务小区发送/接收数据和控制信息。在 图3A的情况下，已经选择了基站1 310。控制信息包括各种物理层控制信道信号、媒体接入 控制(MAC)和无线电资源控制(RRC)控制消息。如图3A所示的方法类似于根据终端300与一 个服务小区通信的现有技术的蜂窝移动通信方法。
[0071] 参考图3B，用于控制信息和数据的服务小区彼此不同。通过考虑终端300的所有天 线经由一个优化小区发送/接收控制信息，且经由终端300的每个天线的优化小区发送/接 收数据。在图3B的情况下，经由基站1 310发送/接收控制信息，且经由基站1 310和基站2 320发送/接收数据。因此，发送/接收控制信息的基站1 310发送/接收数据以及控制信息。 但是，作为不同小区的基站2 320仅发送/接收数据。控制信息包括各种物理层控制信道信 号以及MAC和RRC控制消息。如图3B所示的方法类似于根据经由多个小区发送/接收数据但 是仅经由一个小区发送/接收控制信息的现有技术的合作多点(CoMP)技术。
[0072] 参考图3C，终端300选择可以对于每个天线提供优化的无线电质量的小区作为每 个天线的服务小区。在图3C的情况下，基站1 310已经被相对于一个天线选为服务小区，且 基站2 320已经被相对于其余的天线选为服务小区。因此，每个天线发送/接收与每个天线 对应的优化小区、控制信息和数据。例如，每个天线独立地发送/接收控制信息和数据。控制 信息包括各种物理层控制信道信息，以及MAC和RRC控制消息。
[0073]在参考图3A到图3C描述的示例中，物理层控制信道信号包括发送/接收数据所需 的物理层无线电资源分配信息、调制和编码方案(MCS)信息、功率控制信息、混合自动重传 请求(HARQ)确认/无确认(ACK/NACK)有关信息、信道质量信息（CQI)、用于波束成形天线的 天线和波束信息或者多天线方法有关信息、随机接入信道(RACH)等中的至少一个。
[0074]表1示出了参考图3A到图3C描述的服务小区选择方法的比较。在表1中，方法1表示 图3A，方法2表示图3B，且方法3表示图3C。
[0075]表 1
[0077]如表1所示，方法1对于每个天线执行与一个服务小区的通信且不执行与优化小区 的通信。因此，在传输速率和容量方面未实现优化性能。但是，因为方法1类似于根据现有技 术的移动通信系统，所以方法1具有的优点在于终端、基站和网络的复杂度低。
[0078] 因为方法2对于每个天线经由优化小区通信数据，方法2在传输速率和容量方面实 现了优化性能。但是，应该经由一个小区发送/接收控制信息，特别是物理层控制信道。为了 稳定的控制信息发送/接收，多个基站应该在物理层无线电资源分配处理期间彼此协作，或 者应该至少交换物理层无线电资源分配信息并向终端通知该信息。在执行该过程的情况 下，非常高地提升基站和网络的复杂度。
[0079] 因为方法3对于每个天线使用优化服务小区发送/接收数据和控制信息，所以方法 3在传输速率和容量方面实现了优化性能。另外，因为每个小区独立地执行通信，所以实现 复杂度稍低。例如，一个终端经由两个天线与一个小区通信的实现复杂度与一个终端同时 与两个小区通信的实现复杂度比较如下。当以实现相同数据传输速率的条件做出比较时， 在终端与一个小区通信的情况下，需要2x2 MHTO发射/接收装置，但是在一个终端发送数据 到两个小区/从两个小区接收数据的情况下，仅需要两个Ixl单输入单输出（SISO)发射/接 收装置。虽然取决于使用的前向纠错(FEC)方法和MMO接收技术复杂度可能稍微不同，但是 两个IxISISO的调制解调器的复杂度和一个2x2 MHTO的调制解调器的复杂度基本上彼此类 似。因此，不认为同时与和最大终端天线的数目一样多的小区通信的本公开的终端的实现 比根据仅使用一个小区通信的现有技术的终端的实现更复杂或者更困难。
[0080] 因此，方法3是最有效率的。在下文中，本公开描述应用方法3的多小区通信技术。
[0081] 在根据本公开的各种实施例的多小区通信技术中，终端对于每个天线发送控制信 息和数据到优化小区/从优化小区接收控制信息和数据。因此，期望实现波束成形基站和终 端的最佳性能。特别地，根据本公开的各种实施例，当向终端分配用于发送/接收数据的无 线电资源时，每个基站可以独立地操作而不与其他基站协作或者交换每个基站的无线电资 源分配信息。结果，根据本公开的各种实施例的无线电网络和基站的复杂度低。即使在根据 本公开的各种实施例的终端的情况下，与根据仅与一个小区通信的现有技术的终端相比， 复杂度的增加也极端地难以察觉。
[0082] 以下描述根据本公开的实施例的用于多小区通信的无线网络结构。
[0083] 图4是图示根据本公开的实施例的无线通信系统的网络配置的示例的图。
[0084] 参考图4,网关460与多个基站410、420、430连接，且用作用于基站410、420、430和 核心网络的路径。基站410、420、430形成预定物理区域中的小区，且经由网关460和Sl接口 连接。另外，基站410、420、430可以经由Χ2接口与邻居基站逻辑地连接，且与邻居基站交换 控制信号和数据。为了防止当终端400执行切换时数据传输的断开，Χ2接口使终端400的服 务基站和目标基站能够交换控制信息和数据。另外，根据本公开的各种实施例，终端400同 时接入一个小区或者多个小区以取决于每个天线的优化小区的选择结果来执行通信。为了 该目的，终端400应该在下层中具有用于每个天线的通信装置。图5中图示了终端400的协议 栈。
[0085]图5是图示根据本公开的实施例的无线通信系统中的与终端的用户平面对应的协 议栈的图。
[0086]参考图5,层1包括物理(PHY)下层，层2包括媒体接入控制(MAC)、无线电链路控制 (RLC)和分组数据汇聚协议(rocp)下层，且层3包括因特网协议(IP)和