CN103931112B - 用于在波束形成无线通信***中进行波束选择的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在波束形成的无线通信***中减少在波束对准期间的延迟的装置和方法。一种用于在基站(BS)中选择波束图的方法，包括：确定是否通过测向信道的每个时间间隔接收到测向信号；发射是否对于测向信道的每个时间间隔接收到测向信号的信息；改变接收波束图以及通过随机接入信道利用至少一个发射波束图从移动站(MS)接收随机接入信号；以及根据随机接入信号选择MS的发射波束图之一和BS的接收波束图之一。

Description

用于在波束形成无线通信***中进行波束选择的装置和方法
技术领域
本发明涉及波束形成无线通信***。更加具体来说，本发明涉及用于在波束形成无线通信***中用于移动站的初始接入的上行链路波束对准的装置和方法。
背景技术
为了满足无线数据通信量持续增长的需求，无线通信***发展为支持高数据速率。例如，为了提高数据速率，正在开发基于诸如正交频分多址接入(OFDMA)和多输入多输出(MIMO)之类的通信技术提高频谱效率的无线通信***。
但是，因为对于智能电话和平板个人计算机(PC)的需求增长并且因此高通信量应用增加，所以对于数据通信量的需求也相应增长并且难以通过诸如光谱效率增强这样的现有技术来满足增长的无线数据通信量需求。
为了解决该不足，使用超高频(UHF)频带的无线通信***吸引了众多注意。
当在UHF频带上支持无线通信时，无线通信***受到由于频带的频率特性而造成的增长的传播损失，诸如路径损失或者回程损失。结果，因为传播损失而缩短传播距离，并且使用超高频带的无线通信***的服务覆盖区域缩小。
使用UHF频带的无线通信***能够通过使用波束形成技术减轻传播的路径损失和增长传播距离来扩展其服务覆盖区域。
通过使用波束形成技术，发射级能够做出不同方向的多个发射波束图。接收级可以接收不同方向的多个接收波束图。
为此，当使用波束形成技术时，无线通信***的发射级和接收级需要用于选择发射波束图和接收波束图以便实现最佳传输效率的技术。
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
本发明的方面是至少处理上面描述的问题和/或不足，并且至少提供如下所述的好处。因此，本发明的一方面为了提供在使用波束形成技术的无线通信***中选择发射波束图和接收波束图以实现最佳传输效率的装置和方法。
本发明的另一方面是为了提供在使用波束形成技术的无线通信***中根据发射波束图和接收波束图选择降低延迟的装置和方法。
本发明的又一方面是为了提供在使用波束形成技术的无线通信***中降低移动站的初始接入延迟的装置和方法。
本发明的再一方面是为了提供在使用波束形成技术的无线通信***中当移动站初始接入时选择发射波束图和接收波束图以实现最佳传输效率的装置和方法。
本发明的还一方面是为了提供在使用波束形成技术的无线通信***中根据当移动站初始接入时的发射波束图和接受波束图选择降低延迟的装置和方法。
根据本发明的一方面，提供一种在生成多个波束图的无线通信***的基站(BS)中选择波束图的方法。所述方法包括：确定是否通过测向信道的每个时间间隔接收到测向信号；发射是否对于测向信道的每个时间间隔接收到测向信号的信息；改变接收波束图以及通过随机接入信道利用至少一个发射波束图从移动站(MS)接收随机接入信号；以及根据随机接入信号选择MS的发射波束图之一和BS的接收波束图之一。
根据本发明的另一方面，提供一种在生成多个波束图的无线通信***的MS中发射信号的方法。所述方法包括：改变发射波束图以及通过测向信道的间隔发射测向信号到BS；从测向信道的间隔当中识别BS在其中接收测向信号的至少一个时间间隔；确定BS在其中接收测向信号的至少一个时间间隔中承载测向信道的发射波束图作为候选发射波束图；以及使用所述候选发射波束图发射随机接入信号到BS。
根据本发明的又一方面，提供一种在生成多个波束图的无线通信***的BS中选择波束图的方法。所述装置包括：至少一个天线，包括多个天线元件；发射机，用于发射是否相对于测向信道的每个时间间隔接收到测向信号的信息；和控制器，用于确定是否在测向信道的每个时间间隔中接收到测向信号，以及用于根据通过随机接入信道通过改变接收波束图而接收到的随机接入信号来选择MS的发射波束图之一和BS的接收波束图之一。
根据本发明的再一方面，提供一种在生成多个信号的无线通信***的MS中发射信号的装置。所述装置包括：至少一个天线，包括多个天线元件；波束设置器，用于从MS可支持的多个发射波束图当中选择用于通过天线发射信号的发射波束图；发射机，用于改变发射波束图和用于通过测向信道的时间间隔发射测向信号到BS；和控制器，用于从测向信道的时间间隔当中确定在BS在其中接收测向信号的至少一个时间间隔中承载测向信道的发射波束图作为候选发射波束图。所述发射机使用由控制器确定的候选发射波束图发射随机接入信号到BS。
对于本领域技术人员来说，本发明的其它方面、优点和突出特征通过以下结合附图的具体实施方式中将变得明显，以下具体实施方式公开了本发明的示范性实施例。
附图说明
本发明的特定示范性实施例的上述及其他方面、特征和优点将从以下结合附图的详细说明中更加明显，附图中：
图1示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中移动站的发射波束和基站的接收波束；
图2示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中的波束对准的方法；
图3示出在根据本发明的示范性实施例的移动站中发射测向信号的结构；
图4示出在根据本发明的示范性实施例的基站中发射测向信息的结构；
图5示出在根据本发明的示范性实施例的移动站中发射随机接入信号的结构；
图6示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中基站的波束对准方法；
图7示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中移动站的波束对准方法；
图8示出根据本发明的示范性实施例的、形成发射波束的移动站的细节；
图9示出根据本发明的示范性实施例的、形成接收波束的基站的细节；
图10示出根据本发明的示范性实施例的、形成接收波束的基站；以及
图11示出根据本发明的示范性实施例的、形成发射波束的移动站。
贯穿附图，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
提供下列参考附图的描述以帮助对本发明的示范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范性的。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结构的描述。
在下面说明书和权利要求书中使用的术语和措词不局限于它们的词典意义，而是仅仅由发明人用于使得能够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范性实施例的描述仅用于图示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。
应当理解，单数形式的“一”、“一个”和“所述”包括复数指代，除非上下文清楚地表示不是如此。因此，例如，对“组件表面”的指代包括指代一个或多个这样的表面。
术语“基本上”意思指所述特征、参数或者值不需要准确地实现，而是可以存在不妨碍计划提供的特征的效果的量的偏差或者变化，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。
本发明的示范性实施例提供一种用于在波束形成无线通信***中在波束对准期间降低延迟的技术。这里，波束对准指示在支持多个发射波束图的发射级和支持多个接收波束图的接收级中选择发射波束图和接收波束图以便建立发送和接收信号的最佳信道的一系列处理。
在下文中，假设上行链路波束对准在移动站(MS)的初始接入中执行。
当MS能够形成不同方向的发射波束时，MS能够沿如图1中所示的不同方向形成发射波束。当基站(BS)能够形成不同方向的接收波束时，BS能够沿如图1中所示的不同方向形成接收波束。
图1示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中MS的发射波束和BS的接收波束。
参考图1，MS110支持多发射波束图以沿不同方向形成波束。BS100支持多接收波束图以接收来自不同方向的信号。
当MS110初始接入BS100时，BS100和MS110针对MS110的初始接入执行上行链路波束对准。例如，不知道BS100位置的MS110利用支持的所有发射波束图发送随机接入信号。MS110发送随机接入信号以使得BS100能够通过接收波束图接收利用MS110支持的所有发射波束图发送的随机接入信号。因此，当MS110支持不同方向的N元发射波束图并且BS100支持不同方向的M元接收波束图时，MS110发送随机接入信号N×M次。
BS100通过改变接收波束图接收来自MS110的随机接入信号，并且选择MS110的最佳发射波束图以及BS100的最佳接收波束图。
如上，当MS110和BS100对准上行链路波束时，因为MS110的随机接入信号传输延迟，无线通信***延迟MS110的初始接入。
因此，为了如图2中所示的上行链路波束对准，BS100和MS110能够限制携带随机接入信号的发射波束图的数目。
图2示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中的波束对准的方法。
参考图2，BS200在步骤221中在其服务覆盖区域中广播同步信道。例如，BS200可以周期性地广播同步信道。可替换地，BS200可以非周期性地广播同步信道。在这样做时，MS210使用从BS200提供的同步信道获得与BS200的同步。
在步骤223中，BS200在服务覆盖区域中广播小区信息。例如，小区信息包括测向信道和随机接入信道的资源分配信息以及关于BS200支持的接收波束图的数目的信息。这里，测向信道和随机接入信道的资源分配信息包括用于在测向信道和随机接入信道上定位由MS发送的信号的信息。例如，测向信道和随机接入信道的资源分配信息包括测向信道和随机接入信道的位置信息和时段信息至少之一。可以使用除了广播信道之外的在MS210和BS200之间的***架构，预先定义测向信道和随机接入信道的资源分配信息。
接收波束图的数目信息可以包括将由BS200使用以在测向信道上接收信号的接收波束图的数目信息。具体来说，接收波束图的数目信息能够包括将由BS200使用以在测向信道上接收信号的接收波束图的数目(Ml)和在一个测向信道中应用相同的接收波束的数目(Nl)至少之一。Nl指示相同的接收波束应用了多少次。
MS210在步骤225中基于从BS200接收到的测向信道的资源分配信息发送测向信号。例如，MS210可以通过改变测向信道的每一时间间隔的发射波束图发送测向信号，如图3中所示。BS200和MS210相应于图3中的BS300和MS310。在这样做时，MS210能够根据从BS200接收到的接收波束图的数目信息确定用于发送测向信号的发射波束的类型。例如，MS210能够根据由BS200用于接收测向信道上的信号的接收波束图的数目(Ml)，在相同发射方向上使用与Ml相应的波束来发送测向信号。例如，MS210可以根据用于在一个测向信道中应用相同接收波束的数目(Nl)，使用与Nl相应的不同发射方向的波束来发送测向信号。
BS200从测向信道的时间间隔当中识别从MS210接收测向信号的时间间隔。在这样做时，BS200通过不应用接收波束形成或者通过使用宽波束宽度的接收波束图来检查是否接收到测向信号。例如，当测向信道包括12个时间间隔时，如图4A中所示，MS410、420和430通过改变12个时间间隔中的每一个中的发射波束图来发送测向信号。BS400确定是否在每个时间间隔中接收测向信号。当通过第十时间间隔接收到第一MS410和第三MS430的测向信号并且通过第一时间间隔接收到第二MS420的测向信号时，BS400识别在MS的第一和第十时间间隔中接收到测向信号。这里，BS400通过考虑时间间隔的接收功率或者接收到的信号的相关性值确定是否在每个时间间隔接收测向信号。
在步骤227中，BS200向MS210发射测向信道的时间间隔当中接收测向信号的至少一个时间间隔的信息。在这样做时，BS200向MS210发射包括接收到的测向信号的时间间隔信息的测向信息。例如，当在图4A的第一和第十时间间隔接收到测向信号时，BS400生成并且向MS410发射指示第一和第十时间间隔的测向信号的接收信息的位映射，如图4B中所示。这里，图4B的位映射将接收测向信号的时间间隔设置为“1”。
MS210识别通过BS的接收测向信号的时间间隔承载测向信号的发射波束图作为候选发射波束图。例如，当从BS200接收到图4B的位映射时，MS410识别在测向信道的第一和第十时间间隔上承载测向信号的两个发射波束图作为候选发射波束图。
在步骤229中，MS210使用候选发射波束图发送随机接入信号。在这样做时，MS210基于BS200的所有可支持的接收波束图，使用候选发射波束图发送随机接入信号。例如，当发射波束图#_1和#_10是候选发射波束图并且BS500支持M元接收波束图时，如图5中所示，MS510在步骤520中通过发射波束图#_1重复地发送随机接入信号M次。接下来，MS510在步骤530中通过发射波束图#_10重复发送随机接入信号。这里，随机接入信号包括MS510的标识信息。
BS200使用通过接收波束图接收到的随机接入信号选择MS210的最佳发射波束图和BS200的最佳接收波束图，以便发送信号到MS210和从MS210接收信号。例如，BS200使用通过接收波束图接收到的随机接入信号估计每个发射波束图和接收波束图组合的信道状态。接下来，BS200选择最佳信道状态的发射波束图和接收波束图组合，作为MS210的最佳发射波束图和BS200的最佳接收波束图以发送信号到MS210和从MS210接收信号。
在步骤231中，BS200向MS210发射包括MS210的最佳发射波束图信息和BS200的最佳接收波束图信息的上行链路波束对准信息。
为此，当BS200在不使用接收波束形成的情况下或者在使用宽波束宽度的接收波束图的状态下接收测向信号时，与BS200使用窄波束宽度的接收波束图的情况相比，测向信号的传输距离被缩短。因此，MS210使用最小音(tone)发送测向信号以便增长测向信号的传输距离。具体来说，当BS200使用具有窄波束宽度的接收波束图并且MS210使用16个音发送信号时，MS210通过单个音发送测向信号。在这种情况下，MS210能够根据12dB(10×log10(16))的发射功率集中(transmit power concentration)延长测向信号的传输距离。
例如，为了延长测向信号的传输距离，MS210可以使用最小副载波发送测向信号。
再举一例，为了延长测向信号的传输距离，MS210可以使用最小频带发送测向信号。
再举一例，MS210可以使用重复码延长测向信号的传输距离。
再举一例，MS210可以使用低码率码来延长测向信号的传输距离。
图6示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中BS的波束对准方法。
参考图6，BS在步骤601中发送同步信道到在服务覆盖区域中行进的MS。例如，BS可以周期性地广播同步信道。再举一例，BS可以非周期性地广播同步信道。
在步骤603中，BS将小区信息发送给在服务覆盖区域中行进MS。例如，BS可以在其服务覆盖区域中发送小区信息。这里，小区信息包括测向信道的资源分配信息、随机接入信道的资源分配信息和关于BS支持的接收波束图的数目的信息。测向信道和随机接入信道的资源分配信息包括用于定位由MS通过测向信道和随机接入信道发送的信号的信息。例如，测向信道和随机接入信道的资源分配信息包括测向信道和随机接入信道的位置信息和时段信息至少之一。可以使用除了广播信道之外的在MS和BS之间的***构架，预先定义测向信道和随机接入信道的资源分配信息。
接收波束图的数目信息可以包括将由BS使用以在测向信道上接收信号的接收波束图的数目信息。具体来说，接收波束图的数目信息能够包括将由BS使用以在测向信道上接收信号的接收波束图的数目(Ml)和在一个测向信道中应用相同的接收波束的数目(Nl)至少之一。Nl指示相同的接收波束应用了多少次。也就是说，接收波束图的数目信息能够包括用于确定将由MS使用以发送测向信号的发射波束的类型的必要信息。
在步骤605中，BS确定是否在测向信号的每个时间间隔中接收到测向信号。在这样做时，BS在不使用接收波束形成的情况下或者在使用宽波束宽度的接收波束图的情况下，检查是否在测向信道的每一时间间隔接收到测向信号。例如，当MS410、420和430在如图4A中所示的测向信道的12个时间间隔上发送测向信号时，BS400确定是否在每个时间间隔接收测向信号。当在第十时间间隔接收到第一MS410和第三MS430的测向信号并且在第一时间间隔接收到第二MS420的测向信号时，BS400识别在MS的第一和第十时间间隔中接收到测向信号。这里，BS400通过考虑时间间隔的接收功率或者接收到的信号的相关性值确定是否在每个时间间隔接收测向信号。
当通过测向信道接收到测向信号时，BS在步骤607中在服务覆盖区域上发射测向信道的时间间隔当中用于接收测向信号的至少一个时间间隔的信息。在这样做时，BS发射包括接收到的测向信号的时间间隔信息的测向信息到在服务覆盖区域中行进的MS。例如，当BS400在图4A的第一和第十时间间隔接收到测向信号时，BS400生成并且向MS410发射指示第一和第十时间间隔的测向信号的接收信息的位映射，如图4B中所示。这里，图4B的位映射将接收测向信号的时间间隔设置为“1”。
在步骤609中，BS改变接收波束图并且通过随机接入信道接收随机接入信号。例如，当MS510的发射波束图#_1和#_10是如图5中所示的候选发射波束图时，BS500在步骤520中改变接收波束图并且通过发射波束图#_1从MS510接收随机接入信号。接下来，BS500在步骤530中改变接收波束图并且通过发射波束图从MS510接收随机接入信号。这里，随机接入信号包括MS510的标识信息。
在步骤611中，BS使用以接收波束图接收到的随机接入信号选择最佳MS发射波束图和最佳BS接收波束图，以便发送信号到MS和从MS接收信号。例如，BS使用通过接收波束图接收到的随机接入信号估计发射波束图和接收波束图组合的信道状态。接下来，BS选择最佳信道状态的发射波束图和接收波束图组合，作为最佳MS发射波束图和最佳BS接收波束图，以发送信号到MS和从MS接收信号。
在步骤613中，BS向MS发射包括最佳MS发射波束图和最佳BS接收波束图信息的上行链路波束对准信息。
接下来，BS结束该处理过程。
图7示出在根据本发明的示范性实施例的无线通信***中MS的波束对准方法。
参考图7，MS在步骤701中使用从BS接收到的同步信号获得与BS的同步。
在步骤703中，MS从接收自BS的小区信息中确认测向信道的资源分配信息和随机接入信道的资源分配信息。这里，小区信息还可以包括关于由BS支持的接收波束图的数目的信息。
在步骤705中，MS通过考虑测向信道的资源分配信息来发送测向信号。例如，MS通过改变如图3中所示的测向信道的每一时间间隔的发射波束图来发送测向信号。在这样做时，MS能够使用最小音、副载波或者频带以便延长测向信号的传输距离，或者使用重复码或者低码率码，来发送测向信号。此外，MS能够根据从BS接收到的接收波束图的数目信息，确定用于发送测向信号的发射波束的类型。例如，MS能够根据由BS用于通过测向信道接收信号的接收波束图的数目(Ml)，在相同发射方向上使用与Ml对应的波束来发送测向信号。例如，MS可以根据用于在一个测向信道中应用相同接收波束的数目(Nl)，使用与Nl相应的不同发射方向的波束来发送测向信号。Nl指示相同的接收波束应用了多少次。
在步骤707中，MS确定是否从BS接收到测向信息。
当从BS接收到测向信息时，MS在步骤709中基于测向信息识别候选发射波束图。具体来说，MS基于测向信息识别测向信道的时间间隔当中BS接收测向信号的时间间隔。在这样做时，MS识别在接收到的测向信号的时间间隔期间BS通过其发送测向信号的发射波束图作为候选发射波束图。例如，当从BS400通过如图4B中所示的测向信道的第一和第十时间间隔接收到测向信号时，MS410识别在测向信道的第一和第十时间间隔上承载测向信号的两个发射波束图作为候选发射波束图。
在步骤711中，MS使用候选发射波束图发送随机接入信号。这样做时，针对BS支持的所有接收波束图，MS通过候选发射波束图发送随机接入信号。例如，当发射波束图#_1和#_10是如图5中所示的候选发射波束图时，MS510在步骤520中通过发射波束图重复发送随机接入信号M次。接下来，MS510在步骤530中通过发射波束图#_10重复发送随机接入信号。这里，随机接入信号包括MS510的标识信息。M表示BS支持的接收波束图的数目。
在步骤713中，MS从自BS接收到的上行链路波束对准信息中，确认由BS选择的最佳MS发射波束图和BS接收波束图信息。
接下来，MS结束该处理过程。
图10是根据本发明的示范性实施例的、用于形成接收波束的BS的框图。
如图10中所示，BS包括数据生成器1000、控制器1010、发射机1020、接收机1030和数据处理器1040。
数据生成器1000生成数据并且在控制器1010的控制下，将来自网络或者更高层的、目的地为MS的数据转发到发射机1020。
发射机1020将从数据生成器1000输出的数据变换为模拟信号，并且在控制器1010的控制下通过天线发射模拟信号到MS。
接收机1030将通过天线接收到的模拟信号解码为数据，并且在控制器1010的控制下将经解码的数据发送到数据处理器1040。
数据处理器1040在控制器1010的控制下将经解码的数据从接收机1030转发到更高层或者网络。
控制器1010控制BS的数据发射和接收。具体来说，控制器1010控制形成用于经由发射机1020发送信号的发射波束和控制形成用于经由接收机1030接收信号的接收波束。例如，为了波束对准，控制器1010能够包括广播信道信息生成器1011、位映射生成器1013、接收波束控制器1015、测向信道结果处理器1017和随机接入信道接收信息处理器1019。
广播信道信息生成器1011控制通过广播信道发射公共***控制信息到至少一个MS。这里，***控制信息包括同步信号和小区信息。小区信息包括测向信道的资源分配信息、随机接入信道的资源分配信息和BS支持的接收波束图的数目的信息。接收波束图的数目信息可以包括将由BS使用以在测向信道上接收信号的接收波束图的数目信息。具体来说，接收波束图的数目信息能够包括将由BS使用以在测向信道上接收信号的接收波束图的数目(Ml)和在一个测向信道中应用相同的接收波束的数目(Nl)至少之一。
广播信道信息生成器1011发射测向信道的资源分配信息和随机接入信道到接收波束控制器1015以便控制用于通过测向信道和随机接入信道接收信号的接收波束。
接收波束控制器1015通过考虑从广播信道信息生成器1011接收到的测向信道和随机接入信道的资源分配信息来控制接收波束接收测向信号和随机接入信号。例如，当通过测向信道接收到信号时，接收波束控制器1015控制不使用接收波束形成或者控制使用宽波束宽度的接收波束图。例如，接收波束控制器1015能够通过改变接收波束图来控制通过随机接入信道接收随机接入信号。当MS510的发射波束图#_1和#_10是如图5中所示的候选发射波束图时，接收波束控制器1015在步骤520中通过改变接收波束图在发射波束图#_1下从MS510接收随机接入信号。接下来，接收波束控制器1015在步骤530中通过改变接收波束图在发射波束图#_10下从MS510接收随机接入信号。
当通过接收机1030接收到测向信号时，测向信道结果处理器1017在接收波束控制器1015的控制下检查测向信号的接收结果。具体来说，测向信道结果处理器1017确认测向信道的时间间隔当中接收到的测向信号的至少一个时间间隔的信息。
位映射生成器1013基于从测向信道结果处理器1017接收到的测向信号的接收结果生成位映射，并且经由发射机1020发射位映射。例如，当BS400在图4A的第一和第十时间间隔中接收到测向信号时，位映射生成器1013生成并且向MS410发射指示如图4B中所示的第一和第十时间间隔的测向信号的接收信息的位映射。这里，图4B的位映射将接收测向信号的时间间隔设置为“1”。
随机接入信道接收信息处理器1019使用通过随机接入信道接收到的随机接入信号完成MS的注册。具体来说，随机接入信道接收信息处理器1019使用通过随机接入信道接收到的随机接入信号，选择MS的最佳发射波束图和BS的最佳接收波束图以便发送信号到MS和从MS接收信号。
图11是根据本发明的示范性实施例的、用于形成发射波束的MS的框图。
如图11中所示，MS包括数据生成器1100、控制器1110、发射机1120、接收机1130和数据处理器1140。
数据生成器1100生成数据并且在控制器1110的控制下将数据从网络或者更高层转发到发射机1120。
发射机1120将从数据生成器1100输出的数据变换为模拟信号并且在控制器1110的控制下通过天线发射模拟信号到BS。
接收机1130将通过天线接收到的模拟信号解码为数据，并且在控制器1110的控制下将经解码的数据发送到数据处理器1140。
数据处理器1140在控制器1110的控制下将经解码的数据从接收机1130转发到更高层或者网络。
控制器1110控制MS的数据发射和接收。具体来说，控制器1110控制形成用于经由发射机1120发送信号的发射波束和控制形成用于经由接收机1130接收信号的接收波束。例如，为了发射波束选择，控制器1110能够包括测向信道发射控制器1111、随机接入信道发射控制器1113、广播信道信息接收机1115和位映射接收机1117。
广播信道信息接收机1115在从接收机1130接收到的***控制信息中确认测向信道的资源分配信息和随机接入信道的资源分配信息。这里，小区信息还可以包括关于BS支持的接收波束图的数目的信息。测向信道和随机接入信道的资源分配信息包括测向信道和随机接入信道的位置信息和时段信息至少之一。
测向信道发射控制器1111根据由广播信道信息接收机1115确认的测向信道的资源分配信息控制通过发射机1120发射测向信号。例如，测向信道发射控制器1111控制通过改变在如图3中所示的测向信道的每一时间间隔的发射波束图来发送测向信号。在这样做时，测向信道发射控制器1111能够控制使用最小音、副载波或者频带以便延长测向信号的传输距离或者使用重复码或者低码率码，来发送测向信号。此外，测向信道发射控制器1111能够根据从BS接收到的接收波束图的数目信息，确定用于发送测向信号的发射波束的类型。例如，测向信道发射控制器1111能够根据由BS用于通过测向信道接收信号的接收波束图的数目(Ml)，在相同发射方向上使用与Ml相应的波束来发送测向信号。例如，测向信道发射控制器1111可以根据用于在一个测向信道应用相同接收波束的BS的数目(Nl)，使用与Nl相应的不同发射方向的波束来发送测向信号。
位映射接收机1117基于通过接收机1130接收到的位映射确认BS的测向信号的接收结果。例如，位映射接收机1117识别测向信道的时间间隔当中BS接收测向信号的时间间隔。
随机接入信道发射控制器1113控制通过随机接入信道发送随机接入信号。在这样做时，随机接入信道发射控制器1113控制使用从位映射接收机1117提供的BS的测向信号的接收结果发送随机接入信号。更具体地说，随机接入信道发射控制器1113识别在接收到的测向信号的时间间隔期间BS通过其发送测向信号的发射波束图作为候选发射波束图。例如，当从BS400通过如图4B中所示的测向信道的第一和第十时间间隔接收到测向信号时，随机接入信道发射控制器1113识别在测向信道的第一和第十时间间隔上承载测向信号的两个发射波束图作为候选发射波束图。
接下来，随机接入信道发射控制器1113控制使用候选发射波束图发送随机接入信号。这样做时，针对BS支持的所有接收波束图，随机接入信道发射控制器1113控制在候选发射波束图下发送随机接入信号。例如，当发射波束图#_1和#_10是如图5中所示的候选发射波束图时，随机接入信道发射控制器1113在步骤520中通过发射波束图#_1重复发送随机接入信号M次。接下来，随机接入信道发射控制器1113在步骤530中通过发射波束图#_10重复发送随机接入信号。
如上，BS和MS可以如图8和图9中所示构造，以应用于波束形成***。
图8是根据本发明的示范性实施例的、用于形成发射波束的MS的详细框图。这里，MS被假定为采用数字/模拟混合波束形成方案，但是本发明不限制于此。
如图8中所示，MS包括K元信道编码器800-1至800-K、多输入多输出(MIMO)编码器810、预编码器820、NT元射频(RF)路径830-1至830-NT、NT元天线850-1至850-NT、波束设置器860和发射控制器870。
K元信道编码器800-1至800-K各个包括用于编码、调制和输出信号以发送到接收级的信道编码器和调制器。
MIMO编码器810将从K元信道编码器800-1至800-K馈送的调制信号多路复用为通过NT元数据流发射的信号，以便通过NT元天线850-1至850-NT发送该信号。
预编码器820将从MIMO编码器810馈送的NT元信号预编码为用于数字波束形成的预编的码(precode)，并且将预编的码分别提供给RF路径830-1至830-NT。
NT元RF路径830-1至830-NT各自处理从预编码器820馈送的信号，以便通过相应天线850-1至850-NT输出信号。在这样做时，NT元RF路径830-1至830-NT被完全相同地构造。因此，这里仅说明第一RF路径830-1。其它NT元RF路径830-2至830-NT与第一RF路径830-1完全相同地构造。
第一RF路径830-1包括NA元调制器832-11至832-lNA、模拟波束形成器880和NA元功率放大器840-11至840-1NA。这里，NA表示构成第一天线850-1的天线元件的数目。
NA元调制器832-11至832-1NA根据通信方案各自调制和输出从预编码器820馈送的信号。例如，NA元调制器832-11至832-1NA可以各自包括(未示出)快速傅立叶逆变换(IFFT)运算器和数模变换器(DAC)。IFFT运算器使用IFFT将从预编码器820输出的信号变换为时域信号。DAC将从IFFT运算器输出的时域信号变换为模拟信号。
模拟波束形成器880根据从波束设置器860提供的发射波束权重，将从NA元调制器832-11至832-1NA输出的NA元发射信号的相位移位。例如，模拟波束形成器880包括多个相移器834-11至834-1NA和836-11至836-1NA以及组合器838-11至838-1NA。NA元调制器832-11至832-1NA各自将输出信号分为NA元信号，并且将NA元信号输出到相应相移器834-11至834-1NA和836-11至836-1NA。相移器834-11至834-1NA和836-11至836-1NA根据从波束设置器860提供的发射波束权重，改变从NA元调制器832-11至832-1NA输出的信号的相位。组合器838-11至838-1NA将与天线元件相应的相移器834-11至834-1NA和836-11至836-1NA的输出信号组合。
功率放大器840-11至840-1NA各自放大从组合器838-11至8381NA输出的信号的功率，并且将放大的信号通过第一天线850-1输出到外部。
波束设置器860选择用于发射信号的发射波束图，并且在发射控制器870的控制下根据所选择的发射波束图提供发射波束权重到模拟波束形成器890。例如，波束设置器860在发射控制器870的控制下，根据用于承载测向信号的发射波束图向模拟波束形成器880提供发射波束权重。例如，波束设置器860在发射控制器870的控制下根据承载随机接入信号的候选发射波束图向模拟波束形成器880提供发射波束权重。
发射控制器870控制波束设置器860选择发射波束图以便形成发射波束。例如，发射控制器870控制波束设置器860通过改变测向信道的每一时间间隔的发射波束图来发送测向信号。在这样做时，发射控制器870控制通过考虑在从BS接收到的小区信息中确认的测向信道的资源分配信息来发送测向信号。发射控制器870可以使用最小音、副载波或者频带以便延长测向信号的传输距离或者使用重复码或者低码率码，来发送测向信号。
发射控制器870通过考虑从BS接收到的测向信息来确定候选发射波束图。具体来说，发射控制器870基于测向信息识别BS接收测向信号的时间间隔。在这样做时，发射控制器870识别在接收到的测向信号的时间间隔期间BS通过其发送测向信号的发射波束图作为候选发射波束图。例如，当BS400通过如图4B中所示的测向信道的第一和第十时间间隔接收到测向信号时，发射控制器870识别通过测向信道的第一和第十时间间隔承载测向信号的两个发射波束图作为候选发射波束图。
发射控制器870控制波束设置器860以候选发射波束图发送随机接入信号。这样做时，针对BS支持的所有接收波束图，发射控制器870控制波束设置器860通过候选发射波束图重复发送随机接入信号。例如，当发射波束图#_1和#_10是如图5中所示的候选发射波束图时，发射控制器870控制波束设置器860通过发射波束图#_1重复发送随机接入信号M次。接下来，发射控制器870控制波束设置器860通过发射波束图#_10重复发送随机接入信号M次。这里，M表示BS支持的接收波束图的数目。
在该示范性实施例中，MS包括用于支持发射波束形成的发射机。MS还包括用于接收来自BS的信号的接收机(未示出)。MS通过接收机接收小区信息、测向信息和上行链路波束对准信息。
图9是根据本发明的示范性实施例的、用于形成接收波束的BS的详细框图。这里，BS被假定为采用数字/模拟混合波束形成方案，但是本发明不限制于此。
如图9中所示，BS包括NR元天线900-1至900-NR、NR元RF路径910-1至910-NR、后处理器920、MIMO解码器930、T元信道解码器940-1至940-T、控制器950和波束设置器960。
NR元RF路径910-1至910-NR处理经由对应天线900-1至900-NR接收到的信号。NR元RF路径910-1至910-NR被相同地构造。因此，仅主要描述第一RF路径910-1的构造。其它RF路径910-2至910-NR与第一RF路径910-1相同地构造。
第一RF路径910-1包括模拟波束形成器970和NB元解调制器918-11至918-1NB。这里，NB表示构成第一天线900-1的天线元件的数目。
模拟波束形成器970根据从波束设置器960提供的发射波束权重将从第一天线900-1的天线元件输出的NB元接收信号的相位移位并输出。例如，模拟波束形成器970包括多个相移器912-11至912-1NB和914-11至914-1NB以及组合器916-11至916-1NB。第一天线900-1的天线元件将接收到的信号分为NB元信号，并且将它们输出到相应相移器912-11至912-1NB以及914-11至914-1NB。相移器912-11至912-1NB和914-11至914-1NB根据从波束设置器960提供的接收波束权重改变从第一天线900-1的天线元件输出的信号的相位。组合器916-11至916-1NB将与天线元件相应的相移器912-11至912-1NB和914-11至914-1NB的输出信号组合。
NB元解调器918-11至918-1NB根据通信方案将从组合器916-11至916-1NB馈送的接收信号解调并输出。例如，NB元解调器918-11至918-1NB可以各自包括(未示出)模数转换器(ADC)和快速傅立叶变换(FFT)运算器。ADC将从组合器916-11至916-1NB馈送的接收信号变换为数字信号。FFT运算器使用FFT将从ADC馈送的信号变换为频域信号。
后处理器920根据发射级的预编码方案将从NR元RF路径910-1至910-NR馈送的信号进行后处理，并且将经后处理的信号提供给MIMO解码器930。
MIMO解码器930将从后处理器920输出的NR元接收信号多路复用为T元信号，以使得T元信道解码器940-1至940-T能够解码信号。
T元信道解码器940-1至940-T可以各自包括(未示出)解调器和信道解码器，用于对从发射级接收到的信号解调和解码。
控制器950控制BS用于波束对准的操作。例如，控制器950控制与请求初始接入的MS的上行链路波束对准。具体来说，控制器950在服务覆盖区域上发射包括测向信道的资源分配信息、随机接入信道的资源分配信息和BS支持的接收波束图的数目信息的小区信息。接下来，控制器950控制在测向信道的每个时间间隔接收测向信号。在这样做时，控制器950控制波束设置器960在不使用接收波束形成的情况下或者在使用宽波束宽度的接收波束图的情况下接收测向信号。
控制器950在服务覆盖区域上发射包括测向信道的时间间隔当中接收到测向信号的至少一个时间间隔的信息的测向信息。例如，控制器950发射指示是否在每个时间间隔接收到测向信号的位映射到服务覆盖区域，如图4B中所示。这里，控制器950通过考虑时间间隔的接收功率或者接收到的信号的相关性值确定是否在每个时间间隔接收测向信号。
接下来，控制器950控制波束设置器960在改变接收波束图的同时通过随机接入信道接收随机接入信号。例如，当MS510的发射波束图#_1和#_10是如图5中所示的候选发射波束图时，控制器950控制波束设置器960改变接收波束图并且通过发射波束图#_1从MS510接收随机接入信号。接下来，控制器950控制波束设置器960改变接收波束图并且通过发射波束图#_10接收随机接入信号。
控制器950使用通过接收波束图接收到的随机接入信号选择最佳MS发射波束图和最佳BS接收波束图，以发送信号到MS和从MS接收信号。例如，控制器950向MS发射包括最佳MS发射波束图和BS接收波束图信息的上行链路波束对准信息。
波束设置器960向模拟波束形成器970提供接收波束权重，以便通过支持的多个接收波束图当中的与由发射级或者控制器950选择的发射波束图相应的接收波束图接收信号。
在该示范性实施例中，BS包括用于支持接收波束形成的接收机。BS还包括用于发送信号到MS的发射机(未示出)。BS通过发射机发射小区信息、测向信息和上行链路波束对准信息。
在该示范性实施例中，无线通信***在MS的初始接入中进行上行链路波束对准。
可替换地，无线通信***可以在BS和MS的通信期间以相同方式执行波束对准。
如上所述，因为发射级仅使用在波束形成无线通信***中可支持的部分发射波束图对准波束，所以可以降低在选择最佳发射波束图和接收波束图中的延迟。
在MS的初始接入中，仅使用由发射级可支持的部分发射波束图实现上行链路波束对准。因此，能够降低MS的初始接入延迟。
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，可以在此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定义的本发明的精神和范围。

Claims (26)

1.一种在生成多个波束图的无线通信***的基站(BS)中选择波束图的方法，所述方法包括：
确定是否通过测向信道的每个间隔接收到测向信号；
发射是否相对于测向信道的每个间隔接收到测向信号的信息；
改变接收波束图以及通过随机接入信道利用至少一个发射波束图从移动站(MS)接收随机接入信号；以及
根据随机接入信号选择MS的发射波束图之一和BS的接收波束图之一。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
在确定是否接收到测向信号之前，发射测向信道的资源分配信息和随机接入信道的资源分配信息。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定是否接收到测向信号包括：
根据测向信道的每个间隔的接收功率或者接收到的信号的相关性值确定是否在每个间隔接收到测向信号。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定是否接收到测向信号包括：
在不应用接收波束形成的情况下，确定是否在测向信号的每个间隔中接收到测向信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定是否接收到测向信号包括：
在使用宽波束宽度的接收波束图的情况下，确定是否在测向信道的每个间隔接收到测向信号。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述发射是否接收到测向信号的信息包括：
生成指示是否在测向信道的每个间隔接收到测向信号的位映射，并将该位映射发射到服务覆盖区域。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：
在选择发射波束图之一和接收波束图之一之后，发射该一个发射波束图和该一个接收波束图到MS。
8.一种在生成多个波束图的无线通信***的移动站(MS)中发射信号的方法，所述方法包括：
改变发射波束图以及通过测向信道的间隔发射测向信号到基站(BS)；
从测向信道的间隔当中识别BS在其中接收测向信号的至少一个间隔；
确定BS在其中接收测向信号的至少一个间隔中承载测向信道的发射波束图作为候选发射波束图；以及
使用所述候选发射波束图发射随机接入信号到BS。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：
在发射随机接入信号到BS之前，从BS接收测向信道的资源分配信息和随机接入信道的资源分配信息。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述发射随机接入信号包括：
通过集中发射功率到能够承载信号的最小音、副载波和频带，改变发射波束图以及在测向信道的间隔中发射测向信号。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述发射随机接入信号包括：
改变发射波束图，以及使用重复码或者低码率码在测向信道的间隔中发射测向信号。
12.如权利要求8所述的方法，其中，所述识别间隔包括：
基于从BS接收到的位映射，从测向信道的间隔当中识别BS在其中接收测向信号的间隔。
13.如权利要求8所述的方法，其中，所述发射随机接入信号包括：
通过考虑BS支持的接收波束图的数目，利用每个候选发射波束图重复发射随机接入信号。
14.一种在生成多个波束图的无线通信***的基站(BS)中选择波束图的装置，该装置包括：
发射机，用于发射是否相对于测向信道的每个间隔接收到测向信号的信息；以及
控制器，用于确定是否通过测向信道的每个间隔接收到测向信号，改变接收波束图并且利用发射机通过随机接入信道利用至少一个发射波束图从移动站(MS)接收随机接入信号，以及根据随机接入信号选择MS的发射波束图之一和BS的接收波束图之一。
15.如权利要求14所述的装置，其中，所述发射机发射测向信道的资源分配信息和随机接入信道的资源分配信息。
16.如权利要求14所述的装置，其中，所述控制器根据测向信道的每个间隔的接收功率或者接收到的信号的相关性值确定是否在每个间隔接收到测向信号。
17.如权利要求14所述的装置，其中，所述控制器在不应用接收波束形成的情况下，确定是否在测向信号的每个间隔中接收到测向信号。
18.如权利要求14所述的装置，其中，所述控制器在使用宽波束宽度的接收波束图的情况下，确定是否在测向信道的每个间隔接收到测向信号。
19.如权利要求14所述的装置，其中，所述发射机生成指示是否在测向信道的每个间隔接收到测向信号的位映射，并将该位映射发射到服务覆盖区域。
20.如权利要求14所述的装置，其中，所述发射机发射由所述控制器选择的一个发射波束图和一个接收波束图到MS。
21.一种在生成多个波束图的无线通信***的移动站(MS)中发射信号的装置，该装置包括：
波束设置器，用于从MS可支持的多个发射波束图当中选择用于通过天线发射信号的发射波束图；
发射机，用于改变发射波束图和用于通过测向信道的时间间隔发射测向信号到基站(BS)；以及
控制器，用于从测向信道的时间间隔当中确定在BS在其中接收测向信号的至少一个时间间隔中承载测向信道的发射波束图作为候选发射波束图，其中，所述发射机使用由控制器确定的候选发射波束图发射随机接入信号到BS。
22.如权利要求21所述的装置，其中，所述控制器确认从BS接收的测向信道的资源分配信息和随机接入信道的资源分配信息。
23.如权利要求21所述的装置，其中，所述发射机通过集中发射功率到能够承载信号的最小音、副载波和频带，改变发射波束图以及在测向信道的间隔中发射测向信号。
24.如权利要求21所述的装置，其中，所述发射机改变发射波束图，以及使用重复码或者低码率码在测向信道的间隔中发射测向信号。
25.如权利要求21所述的装置，其中，所述控制器基于从BS接收到的位映射，从测向信道的间隔当中识别BS在其中接收测向信号的间隔。
26.如权利要求21所述的装置，其中，所述发射机通过考虑BS支持的接收波束图的数目，利用每个候选发射波束图重复发射随机接入信号。
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