CN103875195B - 用于在无线通信***中发送和接收关于随机接入的信息的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

提供了由基站（BS）发送关于随机接入（RA）的信息的方法和基站。BS基于用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目来生成用于基站和多个移动终端的每个之间的波束校准的RA信息，并且向多个移动终端广播RA信息。RA信息包括与基站用于一条或多条RA信道的每条的接收波束成形图案的数目有关的信息。

Description

用于在无线通信***中发送和接收关于随机接入的信息的方 法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于在无线通信***中发送和接收关于随机接入的信息的方法和装置。
背景技术
在无线通信中，最近已提出了改善数据通信的需求和支持高容量数据服务的各种方法。为了考虑到对数据通信的增加的需求而提供高容量数据服务，高数据速率是必需的，并且高数据速率需要使用高载波频带。然而，当为载波频率更高时，信号的传输距离相对更短，从而产生了服务覆盖范围减少的问题。
为了解决这些问题，已开发出了用于提供高容量无线通信服务以便增加信号的传输距离并且减少相邻小区之间的干扰的技术。波束成形是一种用于提供高容量无线通信服务的技术。
波束成形指的是通过由发送设备使用一个或多个阵列天线或喇叭天线来将信号的传输方向集中到特定方向。使用波束成形，增加了信号的传输距离，并且减少了沿着除相应方向之外的方向发送的信号，使得有效地减少了不必要的信号干扰。
接收设备也可以利用接收天线来使用接收波束成形。在接收波束成形中，将信号接收的方向集中到特定方向，从而增加沿着相应方向接收的信号的强度，并且从接收信号中去除除沿着相应方向之外的方向接收的信号，使得可以阻挡不必要的干扰信号。
发明内容
技术问题
如上所述，波束成形扩展了服务覆盖范围并减少了干扰量，但是需要确定发送设备和接收设备的每个的波束的方向和形式，以便使用最佳信道。
例如，当发送设备是基站并且接收设备是移动终端时，在通过基站和移动终端的诸如初始随机接入的首先开始通信的过程中，在上行链路的情况中移动终端的发送波束的方向与基站的接收波束的方向不对应。因此，在执行初始随机接入之前，有必要在基站和移动终端之间执行波束校准（beamalignment）过程。波束校准过程表示将移动终端的发送波束的方向与基站的接收波束的方向校准的过程。基站和移动终端通过执行波束校准过程来确定形成最佳信道的波束。
技术方案
本发明的各方面是要解决至少上述问题和/或缺点，以及提供至少下述优点。因此，本发明的一方面是要提供无线通信***中用于发送和接收用于随机接入的信息的方法和装置。
本发明的各方面提供了一种用于使用波束成形在无线通信***中考虑到移动终端的位置、信道状态和接收信号强度来有效地执行随机接入的方法和装置。
本发明的各方面提供了一种用于使用波束成形在无线通信***中、在扩展服务覆盖范围的同时最小化由于波束校准过程而产生的移动终端的通信延迟时间的方法和装置。
根据本发明的一方面，提供了一种在无线通信***中由基站发送关于随机接入（RA）的信息的方法。该方法包括：基于用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目来生成关于基站和多个移动终端的每个之间的波束校准的RA信息；以及向多个移动终端广播RA信息，其中RA信息包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在无线通信***中由移动终端接收关于RA的信息的方法。该方法包括：从基站接收关于基站和移动终端之间的波束校准的RA信息；以及基于RA信息来确定要用于RA的移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案的组合，其中RA信息包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种无线通信***中的基站。该基站包括：控制器，用于基于用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目来生成关于基站和多个移动终端的每个之间的波束校准的RA信息；以及发送器，用于向多个移动终端广播RA信息，其中RA信息包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种无线通信***中的移动终端。该移动终端包括：接收器，用于从基站接收关于基站和移动终端之间的波束校准的RA信息；以及控制器，用于基于RA信息来确定要用于RA的移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案的组合，其中RA信息包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息。
从以下结合附图公开本发明的示范性实施例的详细描述中，本发明的其他方面、优点和显著特征将对本领域技术人员变得明显。
有益效果
因此，本发明的示范性实施例具有这样的效果，在扩展服务覆盖的同时，在使用波束成形的无线通信***中最小化了由于波束校正过程而产生的移动终端的通信延迟时间，并且根据移动终端的位置、信道状态、接收信号强度等有效地执行了随机接入。
附图说明
从以下结合附图的描述，本发明的某些示范性实施例的以上和其他方面、特征和优点将变得更加明显，附图中：
图1a至1c图解了根据相关技术的波束成形的波束的特征；
图2a至2c图解了根据本发明的示范性实施例的根据波束的宽度的波束成形的信号的传输距离；
图3a和3b图解了根据本发明的示范性实施例的根据基站的波束成形图案的基站和移动终端的波束校准过程；
图4(a)至4(c)图解了根据本发明的示范性实施例的通过对于每条RA子信道使用M种接收波束成形图案的用于RA的波束校准过程；
图5(a)至5(c)图解了根据本发明的示范性实施例的对于每条RA子信道使用数目M的接收波束成形图案并使用次数N的M种接收波束成形图案的每种的重复使用的用于RA的波束校准过程；
图6是图解根据本发明的示范性实施例的基站的操作的流程图；
图7是图解根据本发明的示范性实施例的移动终端的操作的流程图；
图8是图解根据本发明的示范性实施例的基站的框图；以及
图9是图解根据本发明的示范性实施例的移动终端的框图。
遍及附图，应该注意到相似的参考数字用于描绘相同或相似的元件、特征和结构。
具体实施方式
提供参照附图的以下描述来帮助对如权利要求及其等同内容所限定的本发明的示范性实施例的全面理解。它包括帮助理解的各种特定细节，但是这些应被认为仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对在此描述的实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简明，可以省略公知功能和构造的描述。此外，考虑本发明的功能来定义在说明书中使用的术语，并且取决于用户或操作者的意图和惯例，在说明书中使用的术语可以变化。因此，应该基于说明书的全部内容来进行定义。
在下面的描述和权利要求书中使用的术语和词汇不限于词典意义，而是仅由发明人用来使对本发明的理解能够清楚和一致。因此，对本领域技术人员来说应该显然的是，提供本发明的示范性实施例的以下描述仅用于说明性目的，而不是为了限制如所附权利要求及其等同内容所限定的发明的目的。
应该理解单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文清楚地指示其他。因而，例如，对“一个组件表面”的指代包括对一个或多个这样的表面的指代。
提供了一种用于在无线通信***中发送和接收关于随机接入（RA）的信息的方法和装置。本说明书的示范性实施例提供了一种在使用波束成形的无线通信***中、在扩展服务覆盖范围的同时最小化由于波束校准过程产生的移动终端的通信延迟时间以及根据移动终端的位置、信道状态、接收信号的强度等有效地执行RA的方法和装置。
根据本发明的示范性实施例，基站将RA信道划分成具有不同的波束成形特征的一条或多条RA子信道，并且向每个移动终端发送关于一条或多条RA子信道的每条的信息。并且，根据本发明的示范性实施例，每个移动终端可以基于每个移动终端的分布、相应移动终端的位置、基站和相应移动终端之间的信道状态、下行链路接收信号强度等（下文中称为“移动终端的通信环境”），在一条或多条RA子信道当中选择用于RA的RA子信道。根据本发明的示范性实施例，可以根据移动终端的通信环境执行比相关技术的RA过程更短的RA过程，并且可以有效地执行用于位置远离基站的移动终端的RA过程。
在描述本发明的示范性实施例之前，将参照图1a至图2c来描述波束成形的信号的一般特征和传统波束校准的内容。
图1a至1c图解了根据相关技术的波束成形的波束的特征。
参照图1a-1c，在波束成形技术中的波束的特征表示在接收阵列天线或喇叭天线中形成的波束的形式。根据波束的宽度和精度，可以将波束的形式分类为宽或粗糙波束以及窄或精细波束。例如，图1a图解了宽而粗糙波束，图1b图解了窄而粗糙波束，而图1c图解了窄而精细波束。相比于图1b和1c的窄和精细波束，图1a的宽而粗糙波束的可使用类型的数目较少。
在使用相同功率来发送或接收波束成形的信号的情况下，因为波束的宽度较宽，所以波束成形的信号的传输距离较短。按相似的方式，因为波束的宽度较窄，所以波束成形的信号的传输距离更长。这将在下面参照图2a至2c来描述。
图2a至2c图解了根据本发明的示范性实施例的根据波束的宽度的波束成形的信号的传输距离。
参照图2a，该图图解了具有相对宽的宽度的波束，而图2b图解了具有相对窄的宽度的波束。当图2a中图解的波束与图2b中图解的波束重叠时，如图2c中所示来表示波束。如图2c中所示，在使用宽波束的情况下波束成形的信号的传输距离短于使用窄波束的情况下的波束成形的信号的传输距离。因此，当基站或移动站在超过波束成形的信号的传输的位置处发送或接收信号时，基站或移动终端不能够执行通信。在这种情况下，基站或移动终端应该使用更精细和更窄的波束。
如上所述，宽或粗糙波束的可用类型少于窄或精细波束的可用类型，并且在使用宽或粗糙波束的情况下的波束成形信号的传输距离短于使用窄或精细波束的情况下的波束成形信号的传输距离。因此，宽或粗糙波束用于向/从邻近位置的移动终端或基站发送/接收信号，而窄或精细波束用于向/从遥远位置的移动终端或基站发送/接收信号。
根据波束成形的上述特征，如果基站和移动终端的波束的方向彼此不对应，则基站和移动终端不能容易地通信。为了彼此通信，基站和移动终端需要执行用于校准基站和移动终端的波束的方向的波束校准过程。校准基站和移动终端之间的波束的操作被称为训练操作。
图3a和3b图解了根据本发明的示范性实施例的根据基站的波束成形图案的基站和移动终端之间的波束校准过程。
参照图3a，该图图解了基站通过使用宽或粗糙接收波束来校准它的波束和移动终端的波束的示例。图3b图解了基站通过使用窄或精细的接收波束来校准它的波束和移动终端的波束的示例。
如图3a中所示，当基站使用宽或粗糙的波束时，波束的可使用类型的数目较少，使得可以快速地执行波束校准过程。然而，波束成形的信号的传输距离较短，使得基站不能够与遥远位置的移动终端通信。
如图3b中所示，当基站使用窄或精细波束时，波束成形的信号的传输距离较长，使得基站可以与遥远位置的移动终端执行通信。然而，存在波束的很多可使用类型，以致存在的问题是用于波束校准的时间较长。
根据每个基站的天线的结构、每个小区的尺寸和每个小区的信道环境，可以改变如图3a和3b中所示的波束校准过程。例如，如果因为相应基站的阵列天线的数目较少或者提供服务的小区的尺寸相对较小而执行宽或粗糙的波束成形，则可以根据如图3a中所示的波束校准过程来执行通信。
此外，如果因为相应基站的阵列天线的数目较大或者提供服务的小区的尺寸相对较宽而执行窄或精细的波束成形，则可以根据如图3b中所示的波束校准过程来执行通信。
根据本发明的示范性实施例，为了将图3a和3b中所示的两种情况考虑在内，基站通过使用广播信道或控制信道来向每个移动终端发送包含关于每条RA子信道的特征的信息以及关于每条RA子信道的时间或频率的位置的信息的RA子信道信息。
如果基站使用多条RA子信道并且多条RA子信道的特征彼此不同，则每个移动终端可以通过使用RA子信道信息来从多条RA子信道中选择与它的通信环境对应的RA子信道。
例如，当波束成形的信号的传输距离相对短时，位置离基站相对近的移动终端（即，位于小区中心区域的移动终端）与基站通信没有问题。因此，基站从多条RA子信道中选择通过使用宽或粗糙的接收波束来执行波束成形的RA子信道。
为使离基站位置相对较远的移动终端（即，位于小区边缘区域的移动终端）与基站通信，波束成形的信号的传输距离应该相对较长。因此，基站从一条或多条RA子信道中选择通过使用窄或精细的接收波束来执行波束成形的RA子信道。
包含在RA子信道信息中的关于每条RA子信道的特征的信息包含关于用于每条RA子信道的基站的接收波束成形图案的数目M的信息。与RA子信道的数目有关的信息可以包含直接指示用于每条RA子信道的基站的接收波束成形图案的数目的信息、以及与用于每条RA子信道的基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的一个。
当基站发送包含在关于每条RA子信道的特征的信息中的、直接指示基站的接收波束成形图案的数目的信息时，基站可以在RA子信道信息中***附加信息，并且发送直接指示基站的接收波束成形图案的数目的信息。附加信息可以包括关于RA子信道的数目的信息、关于根据每条RA子信道的时间或频率的位置的信息、以及关于在每条RA子信道中使用相同接收波束成形图案的次数的信息。
当基站和移动终端对关于基站的接收波束成形图案的数目的信息、关于RA子信道的数目的信息、关于根据每条RA子信道的时间或频率的位置的信息、以及关于在每条RA子信道中使用相同的接收波束成形图案的次数的信息分别编索引和进行管理时，基站可以在关于每条RA子信道的特征的信息中***与用于每条RA子信道的基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息并且发送该信息。基站不需要发送附加信息，因为在移动终端中也可以基于索引信息来提取然后使用附加信息。
在基站发送关于用于每条RA子信道的基站的接收波束成形图案的数目M的信息之后，基站通过使用M种接收波束成形图案来执行接收。
移动终端基于关于用于每条RA子信道的基站的接收波束成形图案的数目的信息，可以识别出在所选择的RA子信道中基站使用M种接收波束成形图案。根据本发明的示范性实施例，移动终端识别出M种接收波束成形图案被顺序地使用，并且考虑到顺序使用的接收波束成形图案来执行RA过程。
如上所述，关于每条RA子信道的特征的信息可以进一步包含关于基站在每条RA子信道中使用相同的接收波束成形图案的次数N的信息。关于次数N的信息表示关于在用于波束校准的整个时间间隔之内、每种接收波束成形图案被用于一条或多条RA子信道的每条的次数的信息，并且可以包含例如三个信息元素。
关于次数N的信息可以包含关于基站在每条RA子信道中通过使用各个M种接收波束成形图案来在预设的连续时间间隔期间执行接收的次数的信息。关于次数N的信息可以包含关于基站通过使用相同的接收波束成形图案周期性执行接收的次数的信息。关于次数N的信息可以包含关于基站通过使用基于M种接收波束成形图案的组合生成的序列来执行接收的次数的信息。
将作为示例来描述其中次数N包含基站在每条RA子信道中通过使用各个M种接收波束成形图案而在预设的连续时间间隔期间执行接收的次数的情况。在下面的描述中，描述其中关于次数N的信息被包含在关于每条RA子信道的特征的信息中的情况，但是关于次数N的信息不需要包含关于每条RA子信道的特征的信息。根据本发明的下述示范性实施例，考虑其中直接指示基站的接收波束成形图案的数目的信息在被包括在关于每条RA子信道的特征的信息中的同时被发送的情况。在这种情况下，如上所述，附加信息也可以在被***到RA子信道信息中的同时被发送。
移动终端通过改变发送波束的方向N次来向基站发送发送波束，而沿着基站的接收波束的一个方向重复接收。即，移动站通过改变发送波束成形图案来向基站发送发送波束，同时基站基于关于次数N的信息，在用于一条或多条RA信道的每条的连续的时间间隔期间重复地使用M种接收波束成形图案之一N次。根据上述过程，移动终端可以通过使用M和N来检测移动终端的发送波束和基站的接收波束的全部组合。
对于每条RA子信道不同地设置M和N。因此，移动终端基于用于每条RA子信道的M和N来选择与它的通信环境对应的RA子信道，使得即使移动终端远离基站，移动终端也能够有效地执行RA而没有延迟。
关于每条RA子信道的特征的信息可以额外包含波束图案信息，波束图案信息包含关于在每条RA子信道中使用的波束的面积或精度的信息。因此，移动终端通过基于关于每条RA子信道的波束图案信息来确定基站在每条RA子信道中是使用宽或粗糙的波束还是使用窄或精细的波束，而选择适合于它的通信环境的RA子信道。
根据本发明的示范性实施例，可以根据每条RA子信道的特征而不同地执行RA过程。例如，基站通过使用具有不同的接收波束方向的M种接收波束成形图案来顺序地接收波束。移动终端通过连续地使用具有相同的发送波束方向的发送波束成形图案M次，来检测出基站的接收波束和移动终端的发送波束的全部组合。移动终端根据检测到的组合来执行波束校准过程，并执行RA过程。
本发明的示范性实施例中的具有不同特征的多条RA子信道可以使用相同的物理频带。当基站使用一个或多个阵列天线或喇叭天线时，在相同频带的信道中可以使用不同的接收波束成形方案。如上所述，即使在频带中没有物理地划分RA子信道，也应该向移动终端发送每条RA子信道的特征（即，M和N）。
下面描述根据本发明的示范性实施例的用于RA的波束校准过程。
图4(a)至4(c)图解了根据本发明的示范性实施例的对于每条RA子信道使用M种接收波束成形图案的用于RA的波束校准过程。
参照图4(a)-4(c)，基站将RA信道划分成一条或多条RA子信道。一条或多条RA子信道基于频率来区别，并且具有不同的接收波束成形特征。作为通过接收波束成形来形成的接收波束的特征，接收波束成形特征表示接收波束的面积和精度。接收波束成形特征通过M来表示，M指示根据相应波束成形方案的基站的接收波束的总数。当M更大时，基站的接收波束是宽而粗糙的，而当M更小时，基站的接收波束是窄而精细的。
下面描述这样的示范性实施例，其中：基站将RA信道划分成具有不同的接收波束成形特征的三条RA子信道，即，RA-CH#1401、RA-CH#2402和RA-CH#3403。
RA-CH#1401是用于位于短距离RA之内的移动终端的RA的RA子信道，并且M被设置为1（即，M1=1）。因此，在RA-CH#1中可用的基站的接收波束成形图案的总数是1。在RA-CH#1401中使用的接收波束具有宽而粗糙的形式。
RA-CH#2402是用于位于中距离RA之内的移动终端的RA的RA子信道，且M被设置为5（即，M5=5）。RA-CH#2402是其中使用形成比在RA-CH#1401中使用的波束更窄和更精细的波束的接收波束成形的RA子信道，并且在RA-CH#2402中可使用的基站的接收波束成形图案的总数是5。
RA-CH#3403是用于位于远距离RA之内的移动终端的RA的RA子信道，并且M被设置为10（即，M3=10）。RA-CH#3403是在其中使用形成最窄和最精细的波束的接收波束成形的RA子信道，并且在RA-CH#3403中可使用的基站的接收波束成形图案的总数是10。
在基站使用M种接收波束成形图案期间，移动终端使用相同的发送波束成形图案。移动终端通过重复图案M次来使用各个发送波束成形图案。移动终端计算发送波束成形图案和接收波束成形图案的所有组合，并且检测发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合以使得移动终端具有最有效和最高的接收强度。
移动终端可以从基站接收关于通过其检测到最高接收信号强度的接收波束成形图案的信息，并且通过使用所接收的信息来检测发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合。基站可以向移动终端发送关于M种接收波束成形图案当中的、接收具有最高接收信号强度的信号的接收波束成形图案的信息。可以用各种方法向移动终端发送关于接收波束成形图案的信息，诸如向移动终端实时发送信息以及当从移动终端的信号的接收全部完成时向移动终端发送信息。通过使用从基站接收的关于接收波束成形图案的信息，移动终端可以更快速地检测发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合。
当生成具有不同的波束成形特征的一条或多条RA子信道时，基站通过使用广播信道或控制信道来向每个移动终端发送RA子信道信息。RA子信道信息包含RA子信道的总数、每条RA子信道的根据时间或频率的位置、关于每条RA子信道的特征的信息等等。
基站发送RA子信道信息，并且在顺序地改变用于每条RA子信道的预设的M种接收波束成形图案的同时从每个移动终端接收RA信号。
下面描述基站和移动终端的操作。
移动终端通过广播信道或控制信道从基站接收RA子信道信息。移动终端基于包含在RA子信道信息中的信息，识别出RA子信道的总数、每条RA子信道的根据时间或频率的位置以及每条RA子信道的特征。随后，移动终端考虑它的通信环境，即它的位置、信道状态、和接收信号强度当中的至少一个，从一条或多条RA子信道中选择一条。
当移动终端位于小区中心区域中时，当移动终端具有用于与基站通信的好信道状态时，或者当从基站接收的下行链路接收信号的强度等于或大于阈值时，移动终端可以选择RA-CH#1401。当选择了RA-CH#1401时，执行图4(a)中所示的波束校准过程。
参照图4(a)，RA-CH#1401具有被设置为1的M作为它的特征值。在RA-CH#1401中使用的接收波束成形图案的数目M是1，并且具有相同方向的发送波束成形图案被使用一次。因此，如图4(a)中所示，基站通过使用具有相同方向的一种接收波束成形图案来从移动终端接收信号，并且移动终端通过每当移动终端向基站发送信号时改变发送波束成形图案来使用发送波束成形图案。因此，每当在基站使用一种接收波束成形图案时，连续地改变移动终端的发送波束成形图案。使用RA-CH#1401，因为在基站使用一种接收波束成形图案，所以移动终端可以快速地执行波束校准过程，导致最小化RA时间。
当由移动终端选择的RA子信道是RA-CH#2402时，执行在图4(b)中所示的波束校准过程。参照图4(b)，RA-CH#2402具有被设置为5的M作为它的特征值。在RA-CH#2402中使用的接收波束成形图案的数目M是5，并且具有相同方向的发送波束成形图案被重复使用五次。因此，如图4(b)中所示，基站通过顺序地使用五种接收波束成形图案来从移动终端接收信号，而移动终端在基站使用五种接收波束成形图案期间重复地使用相同的发送波束成形图案五次。
当由移动终端选择的RA子信道是RA-CH#3403时，执行在图4(c)中所示的波束校准过程。当移动终端位于小区边缘区域中时，当移动终端具有用于与基站通信的差信道状态时，或者当从基站接收的下行链路接收信号的强度少于阈值时，移动终端可以选择RA-CH#3403。参照图4(c)，RA-CH#3403具有被设置为10的M作为它的特征值。在RA-CH#3403中使用的接收波束成形图案的数目M是10，并且每当使用十种接收波束成形图案时，重复使用具有相同方向的发送波束成形图案十次。因此，如图4(c)中所示，基站通过顺序地使用十种接收波束成形图案来从移动终端接收信号，而移动终端在基站使用十种接收波束成形图案期间重复地使用相同的发送波束成形图案十次。
因为仅使用M值来执行上述波束成形校准过程，所以在图4(a)和4(b)中所示的N的值可以被用作指令在基站使用M种接收波束成形图案期间使用M种相同的发送波束成形图案的值，或者N的值可以被省略。
下面描述根据本发明的另一示范性实施例的用于RA的波束校准过程。
图5(a)至5(c)图解了根据本发明的示范性实施例的对于每条RA子信道使用数目M的接收波束成形图案并且M种接收波束成形图案的每种重复使用次数N的、用于RA的波束校准过程。
上面已经参照图4(a)至4(c)描述了根据频分双工（FDD）方案的对于每个频率划分RA信道的情况。然而，根据本发明的另一示范性实施例可以依据时分双工（TDD）方案基于时间来划分RA信道。
参照图5(a)-5(c)，下面描述基站根据时间将RA信道划分成具有不同的接收波束成形特征的三条RA子信道，即RA-CH#1501、RA-CH#2502和RA-CH#3503的情况。
RA-CH#1501是用于位于短距离RA之内的移动终端的RA的RA子信道，并且M和N分别被设置为1（即M1=1，N1=1）。因为在RA-CH#1501中可使用的基站的接收波束成形图案的总数是一，所以在基站中重复地使用一种接收波束成形图案。在RA-CH#1501中使用的接收波束具有宽而粗糙的形式。
RA-CH#2502是用于位于中距离RA之内的移动终端的RA的RA子信道，且M被设置为5并且N被设置为6（即M2=5，N2=6）。RA-CH#2502是其中使用形成比RA-CH#1501的接收波束成形更窄和更精细的波束的接收波束成形的子信道。在RA-CH#2502中可使用的、基站的接收波束成形图案的总数是5，并且五种接收波束成形图案的每种的重复使用的次数是6。
RA-CH#3503是用于位于远距离RA之内的移动终端的RA的RA子信道，并且M被设置为10并且N被设置为6（即N2=6)。RA-CH#3503是其中使用具有最窄和最精细的波束的接收波束成形的RA子信道。在RA-CH#3503中可使用的、基站的接收波束成形图案的总数是10，并且十种接收波束成形图案的每种的重复使用的次数是6。
当移动终端选择RA-CH#1501时，执行图5(a)中所示的波束校准过程。参照图5(a)，RA-CH#1501具有每个被设置为1的M和N作为它的特征值。在RA-CH#1501中使用的接收波束成形图案的数目M是1，并且M种接收波束成形图案的每种的重复使用的次数N是1。因此，如图5(a)中所示，基站通过使用具有相同方向的一种接收波束成形图案来从移动终端接收信号，而移动终端通过每当移动终端向基站发送信号时改变发送波束成形图案来使用发送波束成形图案。每当在基站使用一种接收波束成形图案时，移动终端通过每次改变发送波束成形图案来使用发送波束成形图案。在使用RA-CH#1501的情况中，因为在基站中使用一种接收波束成形图案，所以移动终端可以快速地执行波束校准过程，导致最小化RA时间。
当由移动终端选择的RA子信道是RA-CH#2502时，执行在图5(b)中所示的波束校准过程。参照图5(b)，RA-CH#2502具有被设置为5的M和被设置为6的N作为它的特征值。在RA-CH#2502中使用的接收波束成形图案的数目M是5，并且M种接收波束成形图案的每种的重复使用的次数N是6。因此，如图5(b)中所示，基站通过重复地使用五种接收波束成形图案的每种六次来从移动终端接收信号，而移动终端通过每当移动终端向基站发送信号时改变发送波束成形图案来使用发送波束成形图案。
当由移动终端选择的RA子信道是RA-CH#3503时，执行在图5(c)中所示的波束校准过程。当移动终端位于小区边缘区域中时，当移动终端具有用于与基站通信的差信道状态时，或者当从基站接收的下行链路接收信号的强度少于阈值时，移动终端可以选择RA-CH#3503。参照图5(c)，RA-CH#3503具有被设置为10的M和被设置为6的N作为它的特征值。在RA-CH#3503中使用的接收波束成形图案的数目M是10，并且M种接收波束成形图案的每种的重复使用的次数N是6。因此，如图5(c)中所示，基站通过重复地使用十种接收波束成形图案的每种六次来从移动终端接收信号，而移动终端通过每当移动终端向基站发送信号时改变发送波束成形图案来使用发送波束成形图案。
如上所述，根据本发明的示范性实施例，基站将RA信道划分成一条或多条RA子信道，并且移动终端根据它的通信环境从一条或多条RA子信道中选择一条并且使用所选择的RA子信道，使得可以有利地最小化波束校准所消耗的时间。
下面参照图6来描述根据本发明的示范性实施例的基站的操作。
图6是图解根据本发明的示范性实施例的基站的操作的流程图。
参照图6，在步骤600中基站将RA信道划分成具有不同的接收波束成形特征的一条或多条RA子信道。在步骤602中，基站通过使用广播信道或者控制信道向每个移动终端发送RA子信道信息，RA子信道信息包含关于一条或多条RA子信道的数目的信息、关于每条RA子信道的根据时间或频率的位置的信息、以及关于每条RA子信道的特征（即M和N）的信息。
在步骤604中，基站通过使用根据一条或多条RA子信道的每条的特征的接收波束成形方案来从对应的移动终端接收RA信号。随后，在步骤606中基站响应于RA信号向相应的移动终端发送RA响应信号，来执行RA过程。
下面参照图7来描述根据本发明的示范性实施例的移动终端的操作。
图7是图解根据本发明的示范性实施例的移动终端的操作的流程图。
参照图7，在步骤700中，移动终端从基站接收RA子信道信息，RA子信道信息包含关于一条或多条RA子信道的数目的信息、关于每条RA子信道的根据时间或频率的位置的信息、以及关于每条RA子信道的特征（即M和N）的信息。在步骤702中移动终端通过使用RA子信道信息而从一条或多条RA子信道中选择与它的通信环境对应的RA子信道。
在步骤704中，移动终端根据所选择的RA子信道通过使用发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合来向基站发送RA信号。在步骤704中，移动终端通过使用在图4(a)至4(c)或图5(a)或5(c)中所示的方法来执行波束校准过程。移动终端通过使用发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合来发送RA信号，其将移动终端的发送波束的方向与通过波束校准过程检测到的、基站的接收波束的方法校准。
在步骤706中移动终端从基站接收响应于RA信号的RA响应信号。RA响应信号可以包含关于移动终端和基站之间的最好波束的信息，即关于将移动终端的发送波束的方向与基站的接收波束的方向校准的、发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合的信息。
根据本发明的示范性实施例，从基站接收的下行链路接收信号的强度可以被用作在步骤702中执行的移动终端选择RA子信道的参考。当下行链路接收信号的强度等于或大于阈值时，确定移动终端邻近于基站或者用于移动终端与基站之间的通信的信道状态是好的。因此，移动终端选择具有小M值的RA子信道，使得可以最小化延迟时间并且可以快速地执行RA。
当下行链路接收信号的强度小于阈值时，确定移动终端离基站位置较远或者用于移动终端与基站之间的通信的信道状态不好。因此，移动终端选择具有大M值的RA子信道，其中使用更窄和更精细的接收波束成形图案，使得移动终端甚至可以在更远的位置执行RA过程。
用于选择RA子信道的参考可以是移动终端的数据服务的特征。当移动终端需要即使信号质量差也具有短延迟的数据服务时，移动终端选择具有小M值的RA子信道。当移动终端有必要执行高容量数据传输时，移动终端选择在其中使用更精细的波束的RA子信道，使得即使生成了延迟，也能通过使用具有大M值的RA子信道来实现高信道特征。
移动终端可以通过使用预设的方法来选择RA子信道。例如，移动终端可以按从在其中M值较小并且延迟较低以试图执行第一RA的RA子信道到具有大M值的RA子信道的次序，或者按从具有大M值的RA子信道到具有小M值的RA子信道的相反次序来选择RA子信道。
此外，移动终端可以通过使用各种方法，诸如考虑移动终端的硬件特征或者根据基站的指令，来选择RA子信道。
下面参照图8来描述根据本发明的示范性实施例的基站的构造。
图8是图解根据本发明的示范性实施例的基站的框图。
参照图8，基站包括控制器800、发送器810、接收器820、和存储器830。
控制器800控制基站的一般操作，并且控制发送器810、接收器820和存储器830。
控制器800将RA信道划分成具有不同的接收波束成形特征的一条或多条RA子信道。控制器800在存储器830中存储RA子信道信息，RA子信道信息包含关于一条或多条RA子信道的数目的信息、关于每条RA子信道的根据时间或频率的位置的信息、以及关于每条RA子信道的特征（即M和N）的信息。控制器800通过控制发送器810来向每个移动终端发送RA子信道信息。
通过使用根据一条或多条RA子信道的每条的特征的接收波束成形方案，控制器800通过控制接收器820来从移动终端接收RA信号。随后，控制器800通过控制发送器810来通过向移动终端发送响应于RA信号的RA响应信号来执行RA过程。
发送器810和接收器820是用于与移动终端通信的元件。发送器810在控制器800的控制下向移动终端发送RA子信道信号，并且向发送RA信号的移动终端发送RA响应信号。在控制器800的控制下，接收器820从特定的移动终端接收RA信号，并且存储器830存储RA子信道信息。
下面参照图9来描述根据本发明的示范性实施例的移动终端的构造。
图9是图解根据本发明的示范性实施例的移动终端的框图。
参照图9，移动终端包括控制器900、发送器910、接收器920、和存储器930。
控制器900控制移动终端的一般操作，并且控制发送器910、接收器820和存储器930。
控制器900通过接收器920从基站接收RA子信道信息，RA子信道信息包含关于一条或多条RA子信道的数目的信息、关于每条RA子信道的根据时间或频率的位置的信息、以及关于每条RA子信道的特征（即M和N）的信息。控制器900基于RA子信道信息从一条或多条RA子信道中选择与它的通信环境对应的RA子信道。
根据所选择的RA子信道，控制器900根据基站的接收波束成形方案来执行波束校准过程。控制器900通过使用在图4(a)至4(c)或图5(a)或5(c)中所示的方法来执行波束校准过程。控制器900通过使用将移动终端的发送波束的方向与通过波束校准过程检测到的、基站的接收波束的方向校准的发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合来执行RA过程。
控制器900通过使用由波束校准过程检测到的发送波束成形图案和接收波束成形图案的组合，通过发送器910向基站发送RA信号。控制器900通过接收器920从基站接收响应于RA信号的RA响应信号。
发送器910和接收器920是用于与基站通信的元件。在控制器900的控制下，发送器910向基站发送RA信号，并且接收器920从基站接收RA子信道信息和RA响应信号。存储器930在控制器900的控制下存储RA子信道信息。
因此，本发明的示范性实施例具有这样的效果，在扩展服务覆盖范围的同时，在使用波束成形的无线通信***中最小化了由于波束校准过程而产生的移动终端的通信延迟时间，并且根据移动终端的位置、信道状态、接收信号强度等有效地执行了随机接入。
虽然已经参照某些示范性实施例及其附图示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求及其等同内容所限定的本发明的精神和范围的情况下可以对本发明的示范性实施例进行各种改变。因此，可以在权利要求中限定的本发明的主要精神之内执行各种修改。

Claims (24)

1.一种在无线通信***中由基站发送关于随机接入RA的信息的方法，该方法包括：
向移动终端发送RA信息；
所述RA信息包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息；
经由RA信道使用接收波束成形图案来接收信号，并且发送与具有最高接收信号强度的接收波束成形图案相关的信息；以及
经由RA信道使用接收波束成形图案从移动终端接收RA信号。
2.如权利要求1中所述的方法，其中，与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个。
3.如权利要求2中所述的方法，其中，如果与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息，则RA信息进一步包括下述中的至少一个：关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息、关于所述一条或多条RA信道的数目的信息、以及关于用于所述一条或多条RA信道的根据时间或频率的位置的信息，
其中，关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息包括：关于基站在用于基站和移动终端之间的波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息，
其中，关于基站在用于波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息包括下述中的至少一个：关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条在连续的时间间隔期间重复地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息以及关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条周期性地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息。
4.如权利要求1中所述的方法，其中，所述一条或多条RA信道包括使用频分双工FDD方案和时分双工TDD方案之一而划分的多条RA信道中的至少一条，并且
其中，如果所述一条或多条RA信道的数目是两条或更多，则在该两条或更多条RA信道中的每条中使用不同的接收波束成形图案。
5.如权利要求1中所述的方法，进一步包括：
在所述一条或多条RA信道的每条中根据基站的接收波束成形图案来执行接收操作。
6.一种在无线通信***中由移动终端接收关于随机接入RA的信息的方法，该方法包括：
从基站接收包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息的RA信息；
基于RA信息从所述一条或多条RA信道当中选择RA信道；
经由所述RA信道使用多个发送波束成形图案来发送信号，并且接收与具有最高接收信号强度的接收波束成形图案相关的信息；以及
基于与具有最高接收信号强度的接收波束成形图案相关的信息来识别要用于RA信道的、与基站的接收波束成形图案相应的移动终端的发送波束成形图案。
7.如权利要求6中所述的方法，其中，与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个。
8.如权利要求6中所述的方法，其中，识别移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案包括：
识别与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息是否包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个；
如果与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息，则从RA信息中获得关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息、关于所述一条或多条RA信道的数目的信息、以及关于用于所述一条或多条RA信道的根据时间或频率的位置的信息中的至少一个；以及
基于指示基站的接收波束成形图案的数目的信息和所获得的信息，识别要用于RA的移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案，
其中，关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息包括：关于基站在用于基站和移动终端之间的波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息，
其中，关于基站在用于波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息包括关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条在连续的时间间隔期间重复地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息以及关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条周期性地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息中的至少一个。
9.如权利要求6中所述的方法，其中，识别移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案包括：
识别与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息是否包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个；
如果与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息，则获得与索引信息对应的下述中的至少一个：关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息、关于所述一条或多条RA信道的数目的信息、以及关于用于所述一条或多条RA信道的根据时间或频率的位置的信息；以及
基于索引信息和所获得的信息来识别要用于RA的移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案。
10.如权利要求6中所述的方法，其中，识别移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案包括：
基于RA信息从所述一条或多条RA信道中选择基于移动终端的通信环境而确定的RA信道；以及
基于在所选择的RA信道中使用的、基站的接收波束成形图案的数目，来识别移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案，
其中，基于移动终端的位置、基站和移动终端之间的信道的状态、以及下行链路接收信号的强度中的至少一个来确定移动终端的通信环境。
11.如权利要求6中所述的方法，其中，所述一条或多条RA信道包括基于频分双工FDD方案和时分双工TDD方案之一划分的多条RA信道中的至少一条，并且
其中，如果所述一条或多条RA信道的数目是两条或更多，则在该两条或更多条RA信道中的每条中使用不同的接收波束成形图案。
12.如权利要求9中所述的方法，进一步包括：
从RA信息中获得关于基站在用于波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息；以及
通过将移动终端的发送波束成形图案改变与根据所获得的信息的次数一样多的次数，向基站发送发送波束。
13.一种无线通信***中的基站，该基站包括：
控制器，被配置为生成随机接入RA信息，所述RA信息包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息；以及
收发器，被配置为向移动终端发送RA信息，经由RA信道使用接收波束成形图案来接收信号，并且发送与具有最高接收信号强度的接收波束成形图案相关的信息，以及经由RA信道使用接收波束成形图案从移动终端接收RA信号。
14.如权利要求13所述的基站，其中，与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个。
15.如权利要求14中所述的基站，其中，如果与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息，则RA信息进一步包括下述中的至少一个：关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息、关于所述一条或多条RA信道的数目的信息、以及关于用于所述一条或多条RA信道的根据时间或频率的位置的信息，
其中，关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息包括：关于基站在用于基站和移动终端之间的波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息，
其中，关于基站在用于波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息包括下述中的至少一个：关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条在连续的时间间隔期间重复地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息以及关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条周期性地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息。
16.如权利要求13中所述的基站，其中，所述一条或多条RA信道包括使用频分双工FDD方案和时分双工TDD方案之一而划分的多条RA信道中的至少一条，并且
其中，如果所述一条或多条RA信道的数目是两条或更多，则在该两条或更多条RA信道中的每条中使用不同的接收波束成形图案。
17.如权利要求13中所述的基站，其中，所述收发器被进一步配置为在所述一条或多条RA信道的每条中根据基站的接收波束成形图案来执行接收操作。
18.一种无线通信***中的移动终端，该移动终端包括：
收发器，被配置为：
接收包括与用于一条或多条RA信道的每条的、基站的接收波束成形图案的数目有关的信息的随机接入RA信息；
经由所述RA信道使用多个发送波束成形图案来发送信号，并且接收与具有最高接收信号强度的接收波束成形图案相关的信息；
经由RA信道使用发送波束成形图案来发送RA信号；以及
控制器，被配置为：
基于RA信息从所述一条或多条RA信道当中选择RA信道；
基于与具有最高接收信号强度的接收波束成形图案相关的信息来识别要用于RA信道的、与基站的接收波束成形图案相应的移动终端的发送波束成形图案。
19.如权利要求18中所述的移动终端，其中，与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个。
20.如权利要求18中所述的移动终端，其中，识别移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案包括：
识别与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息是否包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个；
如果与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息，则从RA信息中获得关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息、关于所述一条或多条RA信道的数目的信息、以及关于用于所述一条或多条RA信道的根据时间或频率的位置的信息中的至少一个；以及
基于指示基站的接收波束成形图案的数目的信息和所获得的信息，识别要用于RA的移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案，
其中，关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息包括：关于基站在用于基站和移动终端之间的波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息，
其中，关于基站在用于波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息包括关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条在连续的时间间隔期间重复地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息以及关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条周期性地使用相同的接收波束成形图案的次数的信息中的至少一个。
21.如权利要求18中所述的终端，其中，识别移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案包括：
识别与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息是否包括指示基站的接收波束成形图案的数目的信息以及与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息中的至少一个；
如果与基站的接收波束成形图案的数目有关的信息包括与基站的接收波束成形图案的数目对应的索引信息，则获得与索引信息对应的下述中的至少一个：关于基站对于所述一条或多条RA信道的每条使用相同的接收波束成形图案的次数的信息、关于所述一条或多条RA信道的数目的信息、以及关于用于所述一条或多条RA信道的根据时间或频率的位置的信息；以及
基于索引信息和所获得的信息来识别要用于RA的移动终端的发送波束成形图案和基站的接收波束成形图案。
22.如权利要求18中所述的移动终端，其中，所述控制器被进一步配置为：
基于RA信息从所述一条或多条RA信道中选择基于移动终端的通信环境而确定的RA信道；
识别发送波束成形图案，
其中，基于移动终端的位置、基站和移动终端之间的信道的状态、以及下行链路接收信号的强度中的至少一个来确定移动终端的通信环境。
23.如权利要求18中所述的移动终端，其中，所述一条或多条RA信道包括基于频分双工FDD方案和时分双工TDD方案之一划分的多条RA信道中的至少一条，并且
其中，如果所述一条或多条RA信道的数目是两条或更多，则在该两条或更多条RA信道中的每条中使用不同的接收波束成形图案。
24.如权利要求18中所述的移动终端，其中，所述控制器被进一步配置为：
从RA信息中获得关于基站在用于波束校准的整个时间间隔之内对于所述一条或多条RA信道的每条使用每种接收波束成形图案的次数的信息；以及
其中，所述收发器被进一步配置为：
通过将移动终端的发送波束成形图案改变与根据所获得的信息的次数一样多的次数，向基站发送发送波束。
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