CN109526245B - 具有主收发器和辅收发器的无线电收发设备和利用该设备提供初始接入的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种无线电收发设备(200)，包括：多天线阵列(201)；耦合到多天线阵列(201)的主收发器(203)，其中该主收发器(203)被配置为在总收发器带宽上波束成型第一多个数字信号(202)，其中波束成型的一部分在数字域中被处理，波束成型的另一部分在模拟域中被处理；以及耦合到多天线阵列(201)的辅收发器(205)，其中该辅收发器被配置为在总收发器带宽的一部分上波束成型第二多个数字信号(204)，其中波束成型在数字域名中被处理。为了提供用户设备(UE)(120)与接入点(AP)(110)之间的初始接入，AP的辅收发器(503)在不同波束方向上发送多个广播信号(502)；并且UE的辅收发器(505)接收至少部分广播信号(504)，用于确定优选波束方向。

Description

具有主收发器和辅收发器的无线电收发设备和利用该设备提 供初始接入的方法
技术领域
本公开涉及一种具有耦合到多天线阵列的主收发器和辅收发器的无线电收发设备，具体用于毫米波(mm波)网络的初始接入。本公开还涉及用于在用户设备(UE)和接入点(AP)之间提供初始接入的方法，具体用于毫米波网络。本公开具体涉及UE到毫米波AP的初始接入过程，该过程包括广播信令、小区检测、波束对准和随机接入。
背景技术
如图1中的示例所示，用于向用户设备(UE)120提供到接入点(AP)110(例如，无线电小区或基站)的初始接入100的初始接入过程主要包括以下步骤：广播信令、小区检测、波束对准和随机接入。在AP 110的波束111，121分别与UE 120对准之前，必须进行波束扫描，这可能会消耗大量的无线电资源(时间、频率)。具体地，当应用混合波束成型收发器架构时，TX和RX都需要经由模拟电路(例如，模拟移相器的配置)来切换波束。这种模拟波束切换可能非常慢，例如需要500纳秒(ns)到1微秒(us)(取决于实现方式)。这意味着不同波束121，122的传输之间必须保留500ns-1us的保护间隔(GI)。在这样的GI期间，不发送或接收信号。这样，***将会具有信令开销和用户接入的高延迟，即用户等待时间长。
发明内容
本发明的目的是提供用于改进用户设备和接入点之间的接入过程的技术。
该目的通过独立权利要求的特征来实现。更多实现方式由从属权利要求、说明书和附图来保护。
本发明的基本思想是设计一种新的收发器架构，该架构包括作为主收发器的混合宽带收发器和辅全数字窄带收发器。信号带宽分为两部分：一个是宽带宽部分，用于在混合波束成型约束下由主收发器进行一般数据传输；一个是窄带宽部分(例如1MHz)，用于初始接入和其他可选任务，例如具有全数字MIMO能力的辅收发器的小数据包传输。换句话说，辅收发器在整个带宽的窄子带中运行，并且负责初始接入和其他可选任务，例如小数据包传输。
对于初始接入，辅收发器利用先进的全数字MIMO技术(例如，到达角(AoA)估计)执行快速TX波束扫描以及RX波束成型。在一些UE的初始接入期间，其他UE的数据传输无需中断。在辅收发器辅助AP和UE找到最佳波束方向之后，基于这些波束方向计算混合收发器的最佳波束成型系数。基于上述新的收发器架构以及混合宽带收发器和辅全数字窄带收发器之间的功能划分，介绍以下四种场景中用于初始接入的相应帧结构和协议：1)单小区独立毫米波网络；2)多小区独立毫米波网络；3)单小区覆盖毫米波网络；4)多小区覆盖毫米波网络，其中单小区或多小区分别指UE用单个毫米波AP或多个毫米波AP进行初始接入的情况。此外，独立或覆盖分别指在不具有来自6GHz以下广域网的辅助或具有来自6GHz以下广域网的辅助下进行初始接入过程。
为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和符号：
TDD：时分双工
FDD：频分双工
UL：上行
DL：下行
RX：接收
TX：发送
UE：用户设备，移动终端
AP：接入点，例如无线电小区或基站
GI：保护间隔
BS：基站，服务无线电小区
FDMA：频分多址
TDMA：时分多址
MaBS：宏基站
OFDM：正交频分复用
MIMO：多输入多输出
LTE：长期演进
ADC：模数转换器
DAC：数模转换器
WLAN：无线局域网
WPAN：无线个域网
AoA:到达角
RACH：随机接入信道
根据第一方面，本发明涉及一种无线电收发设备，包括：多天线阵列；耦合到多天线阵列的主收发器，其中该主收发器被配置为在总收发器带宽上波束成型第一多个数字信号，其中波束成型的一部分在数字域中被处理，波束成型的另一部分在模拟域中被处理；以及耦合到多天线阵列的辅收发器，其中该辅收发器被配置为在总收发器带宽的一部分上波束成型第二多个数字信号，其中该波束成型在数字域名中被处理。
这提供的优点在于主收发器可以由混合宽带收发器实现，而辅收发器可以由全数字窄带收发器实现。信号带宽可以分为两部分，其中一个是宽带宽部分，可以用于在混合波束成型约束下由主收发器进行一般数据传输；一个是窄带宽部分(例如1MHz)，可以用于初始接入和其他可选任务，例如小数据包传输等。辅收发器具有全数字MIMO能力，并且在总带宽的窄带中运行，即，此处称为总收发器带宽的一部分。
主收发器具有混合波束成型架构，其中TX和RX均经由模拟电路(例如利用模拟移相器和/或模拟放大器)切换波束。使用数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)和数字信号处理单元的数字处理链用于将处理后的信号(例如，如果在Tx处，由数据流加权组合组成的多个数字信号)经由模拟处理链耦合到多天线阵列。如果在Rx处，模拟波束成型的信号(移相器的输出)耦合到ADC以在数字域中进一步处理。
本发明结构的优点在于模拟部件的建立时间和时延引起的主收发器的慢速模拟波束切换能够被全数字辅收发器抵消。辅收发器由于具有全数字MIMO能力，而不需要在具有不同波束方向的传输之间保留保护间隔，例如500纳秒(ns)至1微秒(us)。虽然辅收发器仅在小带宽(即总收发器带宽的一部分)上运行，但是它足够快，能够实现MIMO收发器的初始接入和其他相关任务，以加速运行时间。对于初始接入，辅收发器利用先进的全数字MIMO技术(例如到达角(AoA)估计)进行快速TX波束扫描以及RX波束成型。在辅收发器辅助AP和UE找到最佳波束方向之后，可以基于这些波束方向为混合收发器计算最佳波束成型系数。这可以在数字域中进行。
在根据第一方面的无线电收发设备的第一种可能的实现方式中，辅收发器被配置为为用户设备提供到接入点的初始接入；主收发器被配置为在用户设备和接入点之间进行用户数据传输。
这提供的优点在于可以在总收发器带宽的一部分(即，小带宽)上执行初始接入。当使用总收发器带宽的一部分时，可以减少初始接入的信令开销。在一些UE的初始接入期间，无需中断其他UE的数据传输。利用辅收发器进行初始接入，可以保证其他UE的无中断数据传输。
在根据第一方面本身或根据第一方面的第一种实现方式的无线电收发设备的第二可能的实现方式中，辅收发器被配置为基于对准用户设备的至少一个波束与接入点的至少一个波束，为该用户设备提供到接入点的初始接入。
这提供的优点在于辅收发器可以辅助AP和UE找到最佳波束方向，基于这些波束方向可以加速计算混合收发器的最佳波束成型系数。基于这种新的收发器架构以及混合宽带收发器和辅全数字窄带收发器之间的功能划分，在以下四种场景中可以介绍用于初始接入的相应帧结构和协议：1)单小区独立毫米波网络；2)多小区独立毫米波网络；3)单小区覆盖毫米波网络；4)多小区覆盖毫米波网络，其中单小区或多小区指UE分别用单个毫米波AP或多个毫米波AP进行初始接入的情况。此外，独立或覆盖指分别在不具有来自6GHz以下广域网的辅助或具有来自6GHz以下广域网的辅助下进行初始接入过程。
在根据第一方面本身或根据第一方面的前述任一实现方式的无线电收发设备的第三种可能的实现方式中，辅收发器被配置为提供小数据包传输。
这提供的优点在于：一些控制信令或机器到机器(M2M)相关的业务仅需要待传输的小数据包。利用混合波束成型架构和用户之间的时分多址(TDMA)，整个带宽必须用于传输这样的小数据包，造成资源浪费。利用在总收发器带宽的一部分上运行的全数字辅收发器可以避免这种浪费，因为其余带宽可以用于其他用户的正常数据传输。
在根据第一方面本身或根据第一方面的前述任一实现方式的无线电收发设备的第四种可能的实现方式中，主收发器和辅收发器被配置为根据频分多址(FDMA)的需求共享总收发器带宽，具体是在初始接入或小数据包传输期间；否则将总收发器带宽分配给主收发器。
这为传输带宽要求提供了高度灵活性的优点。当辅收发器需要带宽时，提供所需带宽(即，所需的总收发器带宽的一部分)，否则主收发器可以使用全部收发器带宽。
在根据第一方面本身或根据第一方面的前述任一实现方式的无线电收发设备的第五种可能的实现方式中，主收发器包括多个模拟处理链，具体是耦合到多天线阵列和多个数字处理链的模拟移相器，具体是经由模拟处理链耦合到多天线阵列的数模转换器(DAC)和/或模数转换器(ADC)，其中数字处理链的数量(M)小于模拟处理链的数量(N)。
这提供的优点在于主收发器可以同时利用模拟处理链来进行模拟波束成型，利用数字处理链来进行数字波束成型。较小数量的M个数字处理链导致主收发器的复杂度降低，因为可以在模拟域中进行大量波束成型处理，其中波束成型的信号可以直接耦合到多天线阵列而无需要求附加的昂贵的ADC和/或DAC。
在根据第一方面的第五种实现方式的无线电收发设备的第六种可能的实现方式中，辅收发器包括多个数字处理链，具体是DAC和/或ADC，其中辅收发器的DAC和/或ADC的量化分辨率低于主收发器的DAC和/或ADC的量化分辨率。
这提供的优点在于辅收发器可以设计成具有较低的复杂度。由于与全收发器的带宽相比带宽减小了，因此可以降低辅收发器的DAC/ADC的复杂度和成本。这降低了新收发器架构的复杂度和成本。
在根据第一方面的第五或第六种实现方式中的任一实现方式的无线电收发设备的第七种可能的实现方式中，主收发器的每个数字处理链经由模拟移相器连接到多天线阵列的所有天线元件；或者，主收发器的每个数字处理链经由模拟移相器连接到多天线阵列的天线元件的子集。
第一种替代方案提供的优点在于每个数字处理链可以使用整个阵列的全天线增益，因为每个数字处理链都连接到所有天线元件。第二种替代方案提供的优点在于可以降低主收发器的复杂度和成本。两种替代方案都为无线电收发设备的设计提供了灵活性。
在根据第一方面的第五至第七中实现方式中的任一实现方式的无线电收发设备的第八种可能的实现方式中，辅收发器仅耦合到多天线阵列的天线元件的子集。
这提供了降低复杂度和成本的优点。由于在初始接入期间仅需要粗略的波束对准，所以由于减少辅收发器使用的天线元件的数量而使确定的波束方向的精度降低是可接受的。
根据第二方面，本发明涉及一种用于在用户设备(UE)和接入点(AP)之间提供初始接入的方法，该方法包括：利用AP的总收发器带宽的部分，由该AP在不同的波束方向上发送多个广播信号，其中，该多个广播信号包括关于AP的波束扇区标识符和小区标识符的信息；UE利用该UE的总收发器带宽的部分接收至少部分广播信号；以及基于从AP接收的至少部分广播信号，由该UE确定优选波束方向。
这提供的优点在于初始接入不会中断正常数据传输。此外，利用窄带进行初始接入允许完全数字地实现具有合理成本和复杂度的辅收发器。全数字实现使得波束扫描更快。
这种方法的优点在于，通过在小带宽(即，总收发器带宽的一部分)上执行初始接入，并利用全数字处理，可以抵消模拟波束成型的建立时间和延迟引起的慢速模拟波束切换。
在根据第二方面的方法的第一种可能的实现形式中，该方法包括：UE确定优选波束方向的波束成型系数；利用UE确定的波束成型系数在UE的总收发器带宽上发送用户数据信号或控制信号。
这提供的优点在于可以加速波束成型系数的计算，因为仅需要总收发器带宽的一部分来确定波束成型系数。在小带宽上计算的这些波束成型系数能够用于导出全带宽的系数。
在根据本发明的第二方面本身或根据第二方面的第一种实现方式的方法的第二种可能的实现形式中，该方法包括：AP利用该AP的总收发器带宽的部分在不同波束方向上扫描以检测UE的接入请求；AP基于UE的检测到的接入请求确定波束成型系数；以及利用由AP确定的波束成型系数，在AP的总收发器带宽上发送用户数据信号或控制信号。
这提供的优点在于可以在总收发器带宽的一部分上进行检测接入请求，这节省了传输资源。基于总收发器带宽的部分带宽计算的波束成型系数可用于导出全带宽的系数。
在根据本发明的第二方面本身或根据第二方面的前述任一实现方式的方法的第三种可能的实现方式中，该方法包括：AP利用根据第一方面本身或第一方面的前述任一实现方式的第一无线电收发器设备的辅收发器发送多个广播信号；以及UE利用根据第一方面本身或第一方面的前述任一实现方式的第二无线电收发器设备的辅收发器接收至少部分广播信号。
这提供的优点在于正常数据传输不会被初始接入过程中断。
在根据第二方面本身或根据第二方面的前述任一实现方式的第四种可能的实现方式中，AP的优选波束方向的确定是由基站(BS)辅助的，该基站包括在不同频率上运行的BS收发器，具体是在比该AP的频率更低的频率上，其中，该基站的辅助包括利用BS收发器发送相应的控制信息的信令。
这提供的优点在于该方法可以灵活地应用于各种不同的场景，其中单小区覆盖毫米波网络和多小区覆盖毫米波网络就是这样的两个示例。
在根据第二方面的第四种实现方式的方法的第五种可能的实现形式中，该方法包括：基站确定前导码集，每个前导码与AP相关联，具体是基于UE的位置信息确定前导码集；以及将该前导码集从基站发送到UE。
这提供的优点在于该方法还可以应用于多小区网络，其中可以为各接入点确定不同的前导码。在BS的辅助下，可以减少在初始接入期间UE要尝试的前导码的数量。
在根据第二方面的第四或第五种实现方式中的任一实现方式的方法的第六种可能的实现方式中，该方法包括：利用AP的总收发器带宽的部分带宽，由该AP在不同的波束方向上发送多个广播信号；UE利用该UE的总收发器带宽的部分接收至少部分广播信号；基于从AP接收的至少部分该广播信号，确定多个AP的优选AP；以及UE向优选AP发送接入请求。
这提供的优点在于可以利用小带宽(即总收发器带宽的一部分)来发送用于确定优选接入点的广播信号，这导致发送到AP的每个信号的复杂度和开销降低。
在根据第二方面的第六种实现方式的方法的第七种可能的实现方式中，优选AP的确定是由基站辅助的，其中BS收发器在不同频率上运行，具体是在比每个AP更低的频率上运行。
这提供的优点在于该初始接入过程可以应用于覆盖网络中，例如，其中BS收发器是LTE收发器，并且主收发器和辅收发器是毫米波收发器。此外，较低频率链路通常具有较高的可靠性，并且适合于初始接入的控制信息的传输。
在根据第二方面的第六或第七种实现方式中的任一实现方式的方法的第八种可能的实现方式中，不同接入点的广播信号包括彼此正交的不同前导码。
这提供的优点在于该方法可以通过仅评估其前导码而容易地区分不同的接入点。
在根据第二方面的第六至第八种实现方式中的任一实现方式的方法的第九种可能的实现方式中，该方法包括：基于从AP接收的至少部分广播信号，确定多个AP的第二优选AP和第三优选AP以及它们的波束扇区标识符和小区标识符；以及将第二优选AP和第三优选AP的波束扇区标识符和小区标识符发送到基站。
这提供的优点在于备份AP可以被记录，并且在例如由于阻塞导致链路中断的情况下，UE可以快速切换到第二AP或第三AP。
在根据第二方面本身或根据第二方面的前述任一实现方式的方法的第十种可能的实现形式中，该方法包括：利用优选波束方向，UE向AP发送接入请求，其中用于发送该接入请求的随机接入信道(RACH)位于UE的总收发器带宽的部分带宽内。
这提供的优点在于RACH不会中断正常数据传输，并且随机接入过程可以由辅收发器处理。
根据第三方面，本发明涉及一种收发器架构，其包括作为主收发器的混合宽带收发器和辅全数字窄带收发器。主收发器和辅收发器以下列方式共享信号带宽：主收发器负责在混合波束成型约束下在信号带宽的宽带部分中进行一般数据传输；辅收发器负责初始接入和其他可选任务，例如在信号带宽的窄带宽部分(例如1MHz)中的小数据包传输，并且可以使用全数字MIMO技术；如上所述，当辅收发器运行时，主收发器和辅收发器以FDMA(频分多址)方式同时工作。当辅收发器不运行时，主收发器在整个信号带宽内工作。可选地，辅收发器的DAC/ADC可以具有比主收发器的DAC/ADC更低的量化分辨率。
根据第四方面，本发明涉及一种帧结构，其将信号带宽划分为宽带部分和窄带部分，窄带部分负责初始接入。初始接入BEACON在窄带部分被周期性传输。
根据第五方面，本发明涉及一种毫米波初始接入的信令过程，包括：通过AP的辅助Tx在不同波束扇区中发送BEACON；通过UE的辅助Rx同时扫描所有可能的Rx波束方向；利用最佳Rx波束方向发送UE的辅助Tx的初始接入请求；通过AP的辅助Rx同时扫描所有可能的Rx波束方向，以在RACH期间检测UE初始请求；基于辅收发器识别的最佳波束方向，计算主收发器在AP/UE处的波束成型系数。
根据第五方面的第一种实现方式，当多个AP具有重叠覆盖时，毫米波初始接入的信令过程包括：经由辅助Tx在不同AP的BEACON中发送正交前导码；通过UE的辅助Rx同时扫描所有可能的Rx波束方向并检测所有可能的前导码；UE基于最高SNR选择最佳AP；UE记录备份AP ID和相应的最佳波束扇区；可选地，由不同AP在不同的窄带信道中发送BEACON。UE在所有可能的窄带信道上进行小区检测。
根据第五方面的第二种实现方式，在覆盖网络中，毫米波初始接入的信令过程包括：经由6GHz以下的链路将BEACON的起始时间从MaBS(主BS)发送到UE；经由6GHz以下的链路将检测到的mmAP小区ID和最佳波束扇区ID反馈给MaBS；从MaBS向UE发送mmAP候选列表；将检测到的mmAP小区ID列表(及其最佳波束扇区ID)从UE发送到MaBS。该列表是来自相应mmAP的信号的Rx SNR的顺序；由MaBS为UE选择最佳mmAP；可选的：由MaBS向UE发送用于初始接入的mmAP的窄带频率。
附图说明
参照以下附图对本发明的其他实施例进行描述，其中：
图1示出了接入点(AP)和用户设备(UE)之间的波束对准方法100的示意图。
图2示出了根据一种实现方式的无线电收发设备200的框图。
图3a示出了仅混合收发器的帧结构300a的频率-时间图。
图3b示出了根据一种实现方式的同时具有混合收发器和辅助全数字收发器的无线电收发设备的帧结构300b的频率-时间图。
图4示出了根据一种实现方式用于在用户设备(UE)和接入点(AP)之间提供初始接入的方法400的示意图。
图5示出了根据一种实现方式在单小区场景下和独立毫米波网络中的初始接入过程500的步骤500a、500b、500c的示意图。
图6示出了根据一种实现方式在单小区场景下和独立毫米波网络中的初始接入过程的信令过程600的示意图。
图7示出了根据一种实现方式在单小区场景下和覆盖毫米波网络中的初始接入过程700的步骤的频率使用的时间图。
图8示出了根据一种实现方式在单小区场景下和覆盖毫米波网络中的初始接入过程的信令过程800的示意图。
图9a和图9b示出了不同方案的示例性BEACON持续时间的图。
图10a、图10b和图10c示出了不同方案的示例性BEACON开销的图。
图11a、图11b、图11c和图11d示出了利用全数字架构的BEACON开销的示例性DL波束对准平均延迟的图。
图12a、12b、12c和12d示出了假设所有仅混合方案的20％BEACON开销下示例性DL波束对准平均延迟的图。混合辅助方案和全数字方案的开销要低得多。
具体实施方式
在以下详细描述中参考附图，附图作为其一部分，通过图示的方式示出了可以实践本公开的具体方面。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其他方面并且可以进行结构或逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义，并且本公开的范围由所附权利要求限定。
应理解，结合所描述的设备、电路或***做出的评论也可以适用于相应的方法，反之亦然。例如，如果描述了特定的方法步骤，则相应的设备可以包括执行所描述的方法步骤的单元，即使在图中没有明确地描述或示出该单元。此外，应理解，除非另有特别说明，否则本文描述的各示例性方面的特征可以彼此组合。
本文描述的方法和设备可以在无线通信网络中实现，特别是在基于例如在4G和5G网络中使用的诸如LTE(特别是LTE-A和/或OFDM)的移动通信标准的通信网络。下面描述的方法和设备还可以在基站(NodeB、eNodeB)或移动设备(或移动站或用户设备(UE))中实现。所描述的设备可以包括集成电路和/或无源元件，并且可以根据各种技术制造。例如，电路可以设计为逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、光学电路、存储器电路和/或集成无源器件。
本文描述的方法和设备可以被配置为发送和/或接收无线电信号。无线电信号可以是或可以包括由无线电发送设备(或无线电发射器或发射器)辐射的射频信号，其射频大约在3Hz至300GHz范围内。频率范围可以对应于用于产生和检测无线电波的交流电信号的频率。
下文描述的设备和方法可以应用于MIMO***。多输入多输出(MIMO)无线通信***在发射器和接收器处使用多个天线以增加***容量并实现更好的服务质量。在空间复用模式中，MIMO***可以通过在相同频带中并行发送多个数据流而在不增加***带宽的情况下达到更高的峰值数据速率。
下文描述的设备和方法可以按照长期演进(LTE)标准或其高级版本LTE-A等移动通信标准设计。LTE(长期演进)，市场定位的4G、5G LTE及更高版本的LTE，是用于移动电话和数据终端的高速数据的无线通信的标准。
下文描述的设备和方法可以应用于LTE TDD模式和LTE FDD模式***，例如具有类型1LTE帧结构的LTE FDD模式***或具有类型2LTE帧结构的LTE TDD模式***。需注意，LTE目前没有毫米波组件。然而，用于毫米波的5G或计划的LTE扩展将具有该毫米波组件。
下文描述的设备和方法可以应用于毫米波网络中。由于连续频谱的可用量很大，所以毫米波频率为5G高数据速率传输提供了很大潜力。然而，由于自由空间路径损耗的增加，毫米波传输高度依赖于高定向链路，这需要大量天线。一方面，为了实现全数字架构的收发器具有如此大数量的天线，需要非常高的硬件复杂度和功耗。因此，实现毫米波收发器的更现实的方法是应用所谓的“混合数字-模拟收发器架构”，其一部分多天线信号处理(例如波束成型)在在模拟域中，而其他信号处理是在数字域中。典型的例子是移相器在模拟域中，例如在基带、中频(IF)或射频(RF)，进行波束成型处理，这需要每个天线进行不同的处理。不需要每个天线进行不同处理的其余信号处理可以在数字域中进行。这样数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)的数量以及RF链的数量能够显著减少。另一方面，由于存在高定向链路，初始接入变得具有挑战性，即发射器(Tx)和接收器(Rx)在彼此搜索并且想要交换控制信息时需要对准它们的波束。
例如，在LTE等6GHz以下网络中，初始接入是基于全向传输或基于扇区天线模式的广播信号传输的。由于LTE已经被设计用于6GHz以下频率的运行，具有比毫米波频率低得多的自由空间路径损耗，所以UE可以检测广播的控制信号以进行初始接入，而无需波束成型和波束对准。在无线个域网(WPAN)中，例如，根据“信息技术标准草案-***之间的通信和信息交换-局域网和城域网-具体要求-第11部分：无线局域网媒体接入控制(MAC)和物理层(PHY)规范-修订4：60GHz频段中极高吞吐量的增强，IEEE P802.11ad/D9.0，2012年10月”以及在无线局域网(WLAN)网络中，例如根据标准“IEEE 802.15WPAN毫米波替代PHY任务组3c(TG3c)”，假设使用了60GHz频段，并且需要波束成型。因此，对于初始接入，已经在两个标准中提出了波束对准过程。在802.15.3c中，执行Tx和Rx波束的穷举搜索，而在802.11ad中，使用多步线性波束扫描。根据本公开的设备和方法提供了对上述技术的改进的通信。
下文描述的设备和方法可以发送信标帧。信标是包含有关网络的信息的管理帧。无线电设备扫描所有搜索宣布附近接入点存在的信标的RF信道。当无线电设备接收到信标帧时，它接收关于该网络的能力和配置的信息，然后还能够提供按信号强度分类的可用合格网络的列表。这允许设备选择连接到最佳网络。
下文描述的设备和方法可以用于初始接入和数据包传输。为了克服在毫米波频率(大约10GHz以上)经历的高各向同性路径损耗，基站和UE都需要高定向性，以在广域网中建立足够的链路预算。初始接入(IA)允许UE与基站(BS)建立物理链路连接，这是接入网络的必要步骤。为了克服在较高频率下经历的各向同性路径损耗增加，在5G毫米波蜂窝***中，IA过程提供了一种机制，通过该机制BS和UE可以确定合适的初始传输方向，即用于找到定向发送和接收的适当对准。
图2示出了根据一种实现方式的无线电收发设备200的框图。无线电收发设备200包括多天线阵列201、耦合到多天线阵列201的主收发器203和耦合到多天线阵列201的辅收发器205。
主收发器203被配置为在总收发器带宽上波束成型第一多个数字信号202。主收发器203的波束成型的一部分在数字域中被处理，而主收发器203的波束成型的另一部分在模拟域中被处理。辅收发器205被配置为在总收发器带宽的一部分上波束成型第二多个数字信号204。辅收发器205的波束成型在数字域中被处理。
主收发器203可以由混合宽带收发器实现，辅收发器205可以由辅全数字窄带收发器实现。信号带宽可以分为两部分，其中一个是宽带宽部分，即总收发器带宽可以用于在混合波束成型约束下由主收发器203进行一般数据传输；一个是窄带宽部分，即总收发器带宽的一部分(例如1MHz)可以用于初始接入和其他可选任务，例如小数据包传输等。辅收发器205具有全数字MIMO能力，并且在总带宽的窄子带(即总收发器带宽的一部分)中运行。
主收发器203具有混合波束成型架构，其中TX和RX都经由模拟电路(例如利用模拟移相器和/或模拟放大器)切换波束。利用数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、数字放大器和数字信号处理单元的数字处理链用于耦合处理后的信号，例如，如果在Tx处，则包括数据流的加权组合的多个数字信号经由模拟处理链耦合到多天线阵列。如果在Rx处，模拟波束成型的信号(移相器的输出)耦合到ADC，以便在数字域中进一步处理。
因此，由模拟组件的建立时间和延迟引起的主收发器203的慢速模拟波束切换可以被全数字辅收发器205抵消。辅收发器205由于其全数字MIMO能力而不需要保留长保护间隔，例如500纳秒(ns)至1微秒(us)。虽然辅收发器205仅在小带宽(即总收发器带宽的一部分)上运行，但是它足够快，能够实现MIMO收发器的初始接入和其他相关任务，以加速运行时间。对于初始接入，辅收发器205利用先进的全数字MIMO技术(例如到达角(AoA)估计)进行快速TX波束扫描以及RX波束成型。在辅收发器205辅助AP和UE找到最佳波束方向后，可以基于这些波束方向为混合收发器计算最佳波束成型系数。这可以在数字域中进行。
辅收发器205可以为用户设备提供到接入点(例如根据图1的波束对准场景中所描述的UE 120和AP 110)的初始接入。主收发器203可以在用户设备120和接入点110之间执行用户数据传输。辅收发器205可以基于用户设备120的至少一个波束121与接入点110的至少一个波束111的对准，为用户设备120提供到接入点110的初始接入。辅收发器205可以用于提供小数据包传输。例如在初始接入过程或小数据包传输期间，主收发器203和辅收发器205可以根据频分多址(FDMA)的需求共享总收发器带宽。否则，总收发器带宽可以被分配给主收发器203。
主收发器203可以具有多个模拟处理链，具体是耦合到多天线阵列201的模拟移相器，以及多个数字处理链，具体是经由模拟处理链耦合到多天线阵列201的数模转换器DAC和/或模数转换器ADC。在一个示例性实现方式中，数字处理链的数量M可以小于模拟处理链的数量N。
辅收发器205可以具有多个数字处理链，具体是DAC和/或ADC。在一个示例性实现方式中，辅收发器205的DAC和/或ADC的量化分辨率可以低于主收发器203的DAC和/或ADC的量化分辨率。
主收发器203的每个数字处理链可以经由模拟移相器连接206到多天线阵列201的所有天线元件。可替换地，主收发器203的每个数字处理链可以经由模拟移相器连接206到多天线阵列201的天线元件的子集。在一种实现方式中，辅收发器205可以仅耦合208到多天线阵列201的天线元件的子集。
下面介绍用于新收发器架构的示例性结构和基于该新收发器架构的相应初始接入过程。
在以下实现方式中，毫米波设备(AP或UE)具有带有N个元件的天线阵列201。两个收发器203，205与天线阵列201连接。第一个是用于通常的高吞吐量数据传输的主收发器203。该主收发器203具有混合模拟和数字架构，即，它具有连接到天线元件的N个模拟移相器或模拟处理链(用于波束成型/波束导向)和M个RF链和数字链(包括：宽带DAC、ADC)，其中M<N。这些模拟移相器可以在RF、IF或基带上实现。此外，主收发器203的混合架构可以是共享阵列架构或子阵列架构。共享阵列架构指每个数字链经由移相器连接到所有天线元件，因此需要(M×N)个移相器。子阵列架构指每个数字链经由移相器仅连接到天线元件的子集，因此仅需要N个移相器。另一选项是共享阵列架构和子阵列架构之间的混合，其中一些天线元件连接到多个数字链，而其他天线元件仅连接到一个数字链。在这种情况下，所需的移相器的数量在N和(M×N)之间。
第二个是具有全数字架构的辅收发器205，即存在N个窄带RF链和数字链(包括窄带DAC、ADC)，每个链耦合到天线元件。该辅收发器205负责初始接入过程和一些可选任务，例如小数据包传输和控制信息。
作为替代，辅收发器205具有的窄带RF/数字链可以小于N，并耦合到所选择的天线元件子集。另一替代方案是辅收发器205的DAC和ADC可以具有低量化分辨率(例如，低于主收发器203的量化分辨率)，从而可以最小化辅收发器的成本和实现复杂度。
当辅收发器205运行时，主收发器203和辅收发器205以FDMA(频分多址)的方式同时工作。这意味着信号带宽被分成两部分，即主收发器203的一个宽带部分和辅收发器205的一个窄带部分。当辅收发器205运行时，主收发器203在整个信号带宽内运行。
在本公开中，假设毫米波无线信道是互逆的，这意味着TX和RX共享相同的天线阵列。然而，本发明的原理也可以应用于没有互逆信道的情况，例如具有用于Tx和Rx的隔开的天线阵列。
图3a示出了描述仅混合收发器的帧结构300a的频率-时间图。在信标302a的传输和数据304a的传输之间以时分方式划分无线电资源。在第一个0.1ms子帧310期间发送信标302a，在下一个子帧310期间发送数据304a，依此类推。
图3b示出了根据一种实现方式的同时具有混合收发器和辅全数字收发器的无线电收发设备的帧结构300b的频率-时间图。(全)带宽301的第一部分301c用于传输数据304b。在信标302b的传输和数据304b的传输之间以频分方式划分(全)带宽301的第二部分301b。带宽301的第二部分301b是全带宽301的一小部分，即总收发器带宽301的一小部分，如图3b所示。在第一个0.1ms子帧310的第一部分(例如，子帧310的前半部分)期间，在带宽301的该小部分301b上发送信标302b。在第一子帧310的第二部分(例如，子帧310的后半部分)期间，在带宽301的该小部分301b上发送数据304b，依此类推。
按照以上关于图2的描述，无线电收发设备200包括主收发器203，例如主宽带混合收发器，以及辅收发器205，例如辅窄带全数字收发器。由于辅收发器205无需GI用于波束切换，因此它可以具有较小的BEACON 302b持续时间。此外，在初始接入过程期间，主收发器203(用于其他相关用户)的数据传输不被中断，因为辅收发器205的BEACON 302b仅需要带宽301的小部分301b。因此，根据本公开的收发设备200允许更低的BEACON开销。
图4示出了根据一种实现方式用于在用户设备(UE)和接入点(AP)之间提供初始接入的方法400的示意图。
方法400包括利用AP的总收发器带宽的一部分，由AP在不同波束方向上发送401多个广播信号。AP可以是如以上关于图1所描述的AP 110。根据以上关于图3b所述的帧结构，总收发器带宽的部分可以是总收发器带宽301的部分301b。多个广播信号可以包括关于AP的波束扇区标识符和小区标识符的信息。
方法400包括由UE利用UE的总收发器带宽301的部分301b来接收402至少部分广播信号。方法400还包括基于从AP 110接收到的至少部分广播信号，由UE 120确定403优选波束方向。这些接收到的广播信号可以是具有最高信号强度或具有最高信噪比(SNR)的信号。
方法400可以包括：由UE 120确定优选波束方向的波束成型系数；利用UE确定的波束成型系数在UE的总收发器带宽301上发送用户数据信号或控制信号。
方法400可以包括：AP 110利用该AP 110的总收发器带宽301的部分带宽301b在不同波束方向上扫描以检测UE 120的接入请求；AP 110基于UE 120的检测到的接入请求确定波束成型系数；以及利用由AP 110确定的波束成型系数，在AP 110的总收发器带宽301上发送用户数据信号或控制信号。
方法400可以包括：使用第一无线电收发器设备200的辅收发器205，例如，按照以上关于图2的描述，用于由AP 110发送多个广播信号；以及使用第二无线电收发器设备200的辅收发器205，例如，按照以上关于图2的描述，用于由UE 120接收至少部分广播信号。
优选波束方向的确定403可以由基站(BS)辅助，该基站包括在不同频率上运行的BS收发器，具体是在比该AP 110的频率更低的频率上，例如覆盖网络的BS，如LTE BS。基站的辅助可以包括例如，按照以下关于图8的描述，利用BS收发器收发相应的控制信息的信令。
方法400还可以包括：由基站确定前导码集，每个前导码与AP 110相关联，具体是基于UE 120的位置信息确定前导码集；将该前导码集从基站发送到UE。
方法400可以包括：多个AP利用其总收发器带宽301的部分301b在不同波束方向上发送多个广播信号；UE 120利用该UE 120的总收发器带宽301的部分301b接收至少部分广播信号；基于从该多个AP接收的至少部分广播信号，确定该多个AP的优选AP；以及例如，按照以下关于图8的描述，UE 120向优选AP发送接入请求。
优选AP的确定可以由基站辅助，BS收发器在不同频率上运行，例如，按照以下关于图8的描述，具体在比每个AP更低的频率上运行。
不同接入点的广播信号可以包括彼此正交的不同前导码。
方法400还可以包括：基于从AP接收的至少部分广播信号，确定多个AP的第二优选AP和第三优选AP以及它们的波束扇区标识符和小区标识符；以及例如，按照以下关于图8的描述，将第二优选AP和第三优选AP的波束扇区标识符和小区标识符发送到基站。
方法400还可以包括：UE 120利用优选波束方向向AP 110发送接入请求。用于发送接入请求的随机接入信道(RACH)可以位于UE 120的总收发器带宽301的部分301b内。
图5示出了根据一种实现方式的单小区场景下和独立毫米波网络中的初始接入过程500的步骤500a、500b、500c的示意图。初始接入过程500是按照以上关于图4的描述的方法400的实现方式，用于独立毫米波网络中的单小区接入的示例。
基于按照以上关于图2的描述的新收发器架构，下面介绍初始接入过程500，其包括以下三个步骤：
步骤1：下行链路(DL)小区检测500a。在该步骤500a中，AP的辅助TX 503发送BEACON 512，其周期性地包含不同波束扇区502(预定义波束方向)中的重复信号。BEACON512是由多个时隙组成的信号字段，其中在每个时隙中，向某个波束扇区502发送广播信号。每个时隙中的广播信号包含用于同步的前导码、小区标识(ID)和波束扇区ID。可替换地，小区ID也可以由前导码(小区特定前导码)隐含地指示。同时，当UE想要接入毫米波网络时，其辅助RX 505，例如通过进行到达角(AoA)估计和与已知前导码关联，同时对所有可能的RX波束方向504进行帧检测。UE已检测到BEACON 512中的前导码，已执行时间和频率同步并解码BEACON 512中的控制信息后，识别上行链路帧508中的随机接入信道(RACH)516的位置。此外，根据解码后的控制信息，UE会知道小区ID和最佳DL波束扇区ID；
步骤2：RACH 500b期间的上行链路(UL)接入请求。UE的辅助TX 509在UL帧508的RACH中发送接入请求524(例如，类似于LTE中的前导码)。为了发送该接入请求524，UE在先前步骤500a中使用估计的RX波束方向(例如AoA)进行TX波束成型(BF)。作为选项，UE还可以在前导码之后发送最佳DL波束扇区ID(从先前步骤500a识别得到)。同时，AP的辅助RX 507同时感测所有RX波束扇区522(波束方向)以检测UE接入请求524。根据该感测结果(即，AoA估计)，或者可选地，根据UE已经反馈的最佳DL波束扇区ID，AP识别最佳DL波束扇区。如果存在竞争，则可以与LTE中类似地进行竞争解决过程。
步骤3：接入授权和资源分配500c。AP的主TX 511根据最佳DL波束扇区ID进行TX波束成型，并向UE发送接入许可相关信息532，例如信道探测/估计的调度、资源分配和可选的有效载荷数据。同时，UE的主RX 513基于最佳RX波束方向(在步骤1，500a中识别得到)进行RX波束成型，以接收该控制信号532和可选的有效载荷数据534。
图6示出了用于毫米波AP 621和毫米波UE 620之间的初始接入的上述过程的详细信令过程600。上述步骤1至3被细分为如下所述的十个示例性步骤：
在第一步601中，毫米波AP 621利用辅助TX进行TX波束扫描。在第二步602中，毫米波AP 621在不同波束方向上向毫米波UE 620发送小区ID和扇区(波束)ID。在第三步603中，毫米波UE 620利用辅助RX在UL中进行AoA估计、小区检测、同步和RACH位置的识别。在第四步604中，毫米波UE 620利用辅助TX进行TX波束成型。在第五步605中，由毫米波UE 620向毫米波AP 621发送接入请求消息(包括前导码、反馈DL最佳扇区ID)。
在第六步606中，毫米波AP 621利用辅助RX进行UL接入请求的检测，以识别最佳DL波束。在第七步607中，毫米波AP 621利用主TX进行TX波束成型。在第八步608中，毫米波AP621将接入许可相关控制信令和可选数据发送到毫米波UE 620。在第九步609中，毫米波UE620利用主RX进行RX波束成型以及控制信号和可选数据的解码。
在第十步610中，如果需要，进行竞争解决，在毫米波AP 621和毫米波UE 620之间进行信道探测、数据传输等。
上述独立毫米波网络中的单小区场景下的初始接入过程500，600的方法可以扩展到独立网络中的多小区场景。在该场景中，假设多个毫米波小区具有粗略的相互时间同步。初始接入过程包括以下三个步骤：
步骤1：下行链路(DL)小区检测。多个AP的辅助TX利用正交前导(与LTE类似)发送BEACON(其中扫描不同波束扇区)。不同AP的BEACON的时间和持续时间在时域上大致一致。当UE想要进行毫米波接入时，其辅助Rx同单小区情况一样进行帧检测，但是使用所有可能的已知前导码。之后，UE选择具有最大Rx功率的AP(例如，根据前导码的相关峰值功率)，并在上行链路帧中识别该最佳AP的RACH信道(基于解码的BEACON信息)。作为选项，UE可以记录第二(和第三)最佳AP的小区ID和RACH信道位置作为备份，例如，在阻塞和链路中断的情况下，UE可以切换到第二最佳AP。这种切换可以利用第二(或第三)最佳AP执行步骤2和步骤3(下面描述)来完成。
步骤2：RACH期间的上行链路(UL)接入请求。该步骤与单小区场景中的步骤相同。
步骤3：接入授权和资源分配。该步骤与单小区场景中的步骤相同。
上述过程假设在同一窄带中运行不同AP的辅收发器。作为替代方案，不同AP的辅收发器也可以在不同的频率下运行，从而可以避免不同AP的BEACON之间的干扰。在这种情况下，UE将在所有可能的窄带频率中执行上述步骤。
图7示出了根据一种实现方式的单小区场景下和覆盖毫米波网络中的初始接入过程700的步骤的时间图。
在覆盖毫米波网络中，在6GHz以下频率702运行的宏BS(MaBS)正在协调宏小区覆盖范围内的所有毫米波AP(mmAP)和UE。MaBS、mmAP和UE都具有在6GHz以下702无线通信的能力。在UE想要进行毫米波接入之前，必须先在MaBS上注册。因此，对于毫米波初始接入，可以在6GHz以下频率702上经由MaBS和UE之间的连接进行控制信令的传输。因此，在下文中，MaBS和UE之间的通信可以经由6GHz以下链路来执行。MaBS和mmAP之间的通信可以经由回程来完成，无论是有线还是无线通信。毫米波初始接入包括以下步骤：
步骤1：下行链路(DL)小区检测700a。UE通知MaBS其想要进行毫米波接入，或者MaBS决定让UE发起毫米波传输，例如基于UE的数据速率要求。然后，作为选项，MaBS可以告知UE mmAP的BEACON的开始时间(以及可选地，持续时间)(假设MaBS、mmAP和UE具有粗略的时间同步)。mmAP的辅助TX发送BEACON，扫描不同的波束扇区。同时，辅助RX进行帧检测和同步以识别UE的最佳RX波束方向、mmAP的最佳Tx波束扇区(来自解码后的BEACON字段的“BEAM扇区ID”)以及mmAP小区ID(来自解码后的BEACON字段或来自BEACON的前导ID)。步骤1，700a可以在收发器带宽的一部分706上执行，例如利用按照以上关于图2至图6的描述的辅收发器结构。
步骤2：MaBS辅助下授权接入，700b。首先，UE将mmAP ID和mmAP的最佳波束扇区ID反馈给MaBS。然后MaBS向mmAP通知最佳波束扇区ID，并让mmAP为该UE分配资源。然后，mmAP将毫米波资源分配信息发送给MaBS，并且MaBS将该信息转发给UE。
步骤3：mmAP的主收发器和UE的主收发器基于所识别的最佳波束方向执行波束成型，以经由主收发器700c进行数据传输。步骤3，可以在总收发器带宽上执行700c，例如利用按照以上关于图2至图6的描述的主收发器结构。
图8示出了用于经由6GHz以下宏BS 822在毫米波AP 821和毫米波UE 820之间发送初始接入信令的初始接入过程800的相应信令过程。上述步骤1至3被细分为如下所述的八个示例性步骤：
在第一步801中，毫米波AP 821利用辅助TX执行TX波束扫描。在第二步802中，毫米波AP 821在不同波束方向上向毫米波UE 820发送小区ID和扇区(波束)ID。在第三步603中，毫米波UE 820利用辅助RX执行AoA估计、小区检测和同步。在第四步804中，毫米波UE 820将包括mmAP小区ID、最佳DL TX波束ID的消息发送到6GHz以下宏BS 822。
在第五步805中，6GHz以下宏BS 822将包括UE ID、资源分配请求、最佳DL TX波束ID的UE接入请求消息发送到毫米波AP 821。在第六步806中，毫米波AP 821将包括资源分配信息的消息发送到6GHz以下宏BS 822。在第七步807中，6GHz以下宏BS 822将包括资源分配信息的消息发送到毫米波UE 820。
在第八步808中，在毫米波AP 181、毫米波UE 820和6GHz以下宏BS 822之间执行信道探测、数据传输等。
以上所述的覆盖毫米波网络中的单小区场景下的初始接入过程700，800的方法可以扩展到覆盖毫米波网络中的多小区场景。在该场景中，MaBS、mmAP和UE可以具有粗略的相互时间同步。初始接入过程包括以下三个步骤：
步骤1：下行链路(DL)小区检测。首先，作为选项，MaBS可以，例如基于UE位置和已知的mmAP位置，向UE发送候选mmAP(或其小区特定前导码)的列表。另一选项是MaBS同时告知UE mmAP的BEACON的开始时间(以及可选地，持续时间)。然后，UE执行与多小区独立场景的步骤1中相同的操作。如果UE知道候选mmAP的前导码，则基于该前导码(而不是所有可能的前导码)进行该操作。
步骤2：MaBS辅助下授权接入。UE将所选择的最佳mmAP小区ID和最佳波束扇区ID反馈给MaBS。作为选项，UE还可以反馈关于第二(以及作为另一选项，第三)最佳mmAP的信息。之后，MaBS通知最佳mmAP最佳波束扇区ID，并让该mmAP为该UE分配资源。然后，mmAP将毫米波资源分配信息发送给MaBS，并且MaBS将该信息转发给UE。作为选项，MaBS还可以基于其负载情况从几个最佳候选中选择一个mmAP，并且向UE通知所选择的mmAP ID。
步骤3：mmAP的主收发器和UE的主收发器基于所识别的最佳波束方向执行波束成型，以经由主收发器进行数据传输。
在阻塞或链路中断的情况下，UE请求MaBS，例如，从第二/第三最佳mmAP选择备用mmAP，并要求所选择的mmAP为该UE分配资源。
上述过程假设不同AP的辅收发器在同一窄带上运行。作为替代方案，不同AP的辅收发器也可以在不同频率下运行，从而可以避免不同AP的BEACON之间的干扰。在这种情况下，MaBS将在步骤1中向UE通知不同mmAP的窄带频率。
对于大的带宽，窄带辅收发器的波束成型系数对于整个带宽可能不是最佳的，即对于远离辅收发器的频率的频率，波束方向可能具有相当大的偏差。基于整个信号带宽内的辅收发器的窄带频谱的位置的知识，可以通过进一步优化主收发器的波束成型系数来减轻该问题。
根据本公开的收发设备还可以容易地以全数字架构实现，其中信号带宽刚好被分成如上所述的两个部分。但是，在全数字架构中不需要辅收发器。
在图9至图12所示的数值结果中，示出了通过进行上述带宽划分，平均波束对准延迟甚至可以低于没有带宽划分的全数字情况的平均波束对准延迟。此外，对于将信号处理划分为靠近天线的部分和远程服务器中的部分的全数字实现方式，该收发设备提供了简化的初始接入的实现可能性。
在图9至图12所示的数值评估中，应用以下***参数：
单小区情况(独立或覆盖)；
移相器需要0.5ns-10us进行模拟波束切换；
AP和UE分别具有64个和16个待扫描的波束扇区；
混合收发器可以具有共享或子阵列架构，在AP处具有多达8个RF/数字链，在UE处具有1个RF/数字链；
辅收发器带宽可以是100kHz、1MHz或10MHz；
BEACON需要每个波束扇区的64位控制信息(例如，小区ID和波束扇区ID)。
子帧长度：0.1ms.
BEACON的每个波束扇区中的信息位可以写为：
Ibc＝Wlog2(1+SNRb)t，其中
o T：每个波束的持续时间；
o W：带宽；
o SNRb：每个波束扇区中接收到的信号的预期SNR；
具有全向传输的SNR表示为SNR0。然后，如果分别具有Nt和Nr个Tx和Rx波束扇区，则SNRb＝SNR0*Nt*Nr。
因此，可以按如下计算BEACON持续时间：
仅混合方案：Nt*Nr*max(t,100us)/Nrf，其中Nrf是RF链的数量；
根据本公开的辅助的辅助方案：NT*t。
图9a和图9b示出了不同方案的示例性BEACON持续时间的图。图10a、图10b和图10c示出了不同方案的示例性BEACON开销的图。
具有10us的仅混合方案称为901，1001。具有1us的仅混合方案称为902，1002。具有500ns的仅混合方案称为903，1003。具有10MHz TX带宽的辅助的辅助方案称为904，1004。具有1MHz TX带宽的辅助的辅助方案称为905，1005。具有100kHz TX带宽的辅助的辅助方案称为906，1006。全数字方案称为907，1007。
图9和图10分别示出了具有不同参数的不同方案的BEACON持续时间和开销。如图所示，辅助的辅助方案的BEACON开销远低于仅混合方案的开销。对于辅收发器的不同带宽，BEACON开销保持不变。此外，根据本公开的辅助的辅助方案具有与全数字情况相同的BEACON开销(低于0.5％)。辅助的辅助方案的BEACON持续时间取决于辅收发器的带宽。在一些配置下，辅助的辅助方案具有比仅混合情况更长的BEACON持续时间。然而，如后面所示，更长的BEACON持续时间可以增强波束对准概率，即减小波束对准延迟。此外，对于仅混合方法，由于BEACON持续时间大于子帧持续时间(例如0.1ms)，因此在子帧中不可能包括完整的BEACON。这意味着BEACON必须被分离在多个子帧上以用于数据传输，或者必须使用更大的子帧。两者都意味着增加了初始接入延迟。应注意，对于仅混合方案，BEACON持续时间等于数据传输中断的持续时间。相反，根据本公开的辅助的辅助方案，在BEACON期间不会中断数据传输，而是仅略微减少数据带宽。
图11a、图11b、图11c和图11d示出了利用全数字架构的BEACON开销的示例性DL波束对准平均延迟的图。图12a、12b、12c和12d示出了假设所有方案的40％BEACON开销下的示例性DL波束对准平均延迟的图。
具有10us的仅混合方案称为1101，1201。具有1us的仅混合方案称为1102，1202。具有500ns的仅混合方案被称为1103，1203。具有10MHz TX带宽的辅助的辅助方案称为1104，1204。具有1MHz TX带宽的辅助的辅助方案称为1105，1205。具有100kHz TX带宽的辅助的辅助方案称为1106，1206。全数字方案称为1107，1207。
图11和图12分别示出了利用全数字情况的BEACON开销或将BEACON开销固定为40％的平均波束对准延迟。如图所示，所公开的辅助的辅助方案具有比仅混合方案低得多的波束对准延迟。而且，在某种配置(10MHz辅收发器带宽)下，波束对准延迟甚至可以低于全数字情况下的波束对准延迟。
本公开还涉及一种计算机程序，被配置为当其在计算机上执行时实现上述方法。
本公开还支持包括计算机可执行代码或计算机可执行指令的计算机程序产品，当所述计算机可执行代码或计算机可执行指令被执行时，使得至少一个计算机执行本文所述的执行和计算步骤，特别是上述方法400，500的步骤。该计算机程序产品可以包括可读的非暂时性存储介质，其上存储程序代码以供计算机使用。程序代码可以执行本文描述的执行和计算步骤，特别是如上所述的方法400和500。
尽管若干实施方式中可能仅一种实现方式已公开了本公开的具体特征或方面，但是这样的特征或方面可以与其他实施方式的一个或多个其他特征或方面组合，如对于任何给定的或特定的应用可能是期望的和有利的。此外，具体实施例或权利要求中使用了术语“包括”、“具有”、“有”或他们的变体，这些术语旨在以与术语“包括”相似的方式包括在内。而且，术语“示例性的”、“例如”和“比如”仅仅意味着作为示例，而不是最佳或优选的。可以使用术语“耦合”和“连接”以及衍生物。应当理解，这些术语可以用于表示两个元件彼此协作或相互作用，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
尽管本文已说明并描述了具体方面，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明范围的条件下，可以用各种替代和/或等效实施方式替代所示出并描述的具体方面。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体方面的任何调整或变化。
尽管以下权利要求中的元件以具有相应标记的特定顺序描述，但除非权利要求书中暗示用于实现这些元件中的一些或全部的特定序列，否则这些元件不一定旨在限于在该特定元件中实现。
根据上述教导，许多替换、修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到，除了本文所述之外，本发明还有许多应用场景。虽然已经参考一个或多个具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员认识到可以在不脱离本发明的范围的条件下对其进行诸多改变。因此，应理解，在所附权利要求及其等同物的范围内，本发明可以以不同于本文具体描述的方式实施。

Claims (18)

1.一种无线电收发设备(200)，包括：
多天线阵列(201)；
主收发器(203)，耦合到所述多天线阵列(201)，其中所述主收发器(203)被配置为在总收发器带宽上波束成型第一多个数字信号(202)，其中所述波束成型的一部分在数字域中被处理，所述波束成型的另一部分在模拟域中被处理；以及
辅收发器(205)，耦合到所述多天线阵列(201)，其中所述辅收发器被配置为在所述总收发器带宽的一部分上波束成型第二多个数字信号(204)，其中所述波束成型在数字域中被处理；
其中所述辅收发器(205，505，503)被配置为为用户设备(120)提供到接入点(110)的初始接入(500)；以及
所述主收发器(203)被配置为在所述用户设备(120)和所述接入点(110)之间执行用户数据传输。
2.如权利要求1所述的无线电收发设备(200)，
其中所述辅收发器(205)被配置为，基于对准所述用户设备(120)的至少一个波束(121)与所述接入点(110)的至少一个波束(111)，为所述用户设备(120)提供到所述接入点(110)的所述初始接入(500)。
3.如前述权利要求1或2所述的无线电收发设备(200)，
其中所述辅收发器(205)被配置为提供小数据包传输，用于控制信令或机器到机器M2M相关的业务。
4.如前述权利要求1或2所述的无线电收发设备(200)，
其中所述主收发器(203)和所述辅收发器(205)被配置为根据频分多址(FDMA)的需求共享所述总收发器带宽，具体是在初始接入(500)或小数据包传输期间，所述小数据包传输用于控制信令或机器到机器M2M相关的业务；否则将所述总收发器带宽分配给所述主收发器(203)。
5.如前述权利要求1或2所述的无线电收发设备(200)，
其中所述主收发器(203)包括多个模拟处理链，所述多个模拟处理链包括耦合到所述多天线阵列(201)的模拟移相器，以及多个数字处理链，所述多个数字处理链包括经由所述模拟处理链耦合到所述多天线阵列(201)的数模转换器DAC和/或模数转换器ADC，其中所述数字处理链的数量(M)小于所述模拟处理链的数量(N)。
6.如权利要求5所述的无线电收发设备(200)，
其中所述辅收发器(205)包括多个数字处理链，所述多个数字处理链包括DAC和/或ADC，其中所述辅收发器(205)的所述DAC和/或ADC的量化分辨率低于所述主收发器(203)的所述DAC和/或ADC的量化分辨率。
7.如权利要求5所述的无线电收发设备(200)，
其中所述主收发器(203)的每个数字处理链经由所述模拟移相器连接(206)到所述多天线阵列(201)的所有天线元件；或者
其中所述主收发器(203)的每个数字处理链经由所述模拟移相器连接到(206)所述多天线阵列(201)的所述天线元件的子集。
8.根据权利要求5所述的无线电收发设备(200)，
其中所述辅收发器(205)仅耦合到(208)所述多天线阵列(201)的所述天线元件的子集。
9.一种用于在用户设备(UE)(120)和接入点(AP)(110)之间提供初始接入的方法(400，500)，所述方法(400)包括：
所述AP(110)利用所述AP(110)的总收发器带宽(501)的部分带宽(501b)在不同波束方向上发送(401，500a)多个广播信号(502)，其中所述多个广播信号(502)包括关于所述AP的波束扇区标识符和小区标识符的信息；
所述UE(120)利用所述UE(120)的总收发器带宽(501)的部分带宽(501b)接收(402)至少部分广播信号(502)；以及
所述UE(120)基于从所述AP(110)接收的至少部分广播信号(504)，确定(403)优选波束方向；
所述AP(110)使用根据权利要求1至8中其中一项的第一无线电收发器设备(200)的辅收发器(503)发送所述多个广播信号(502)；以及
所述UE(120)使用根据权利要求1至8中其中一项的第二无线电收发器设备(200)的辅收发器(505)接收所述至少部分广播信号(504)。
10.根据权利要求9所述的方法(400，500)，包括：
所述UE(120)确定所述优选波束方向的波束成型系数；以及
利用所述UE(120)确定的所述波束成型系数在所述UE(120)的所述总收发器带宽(501)上发送用户数据信号或控制信号(520)。
11.根据权利要求9或10所述的方法(400，500)，包括：
所述AP(110)利用所述AP(110)的所述总收发器带宽(501)的所述部分带宽(501b)在不同波束方向上扫描以检测所述UE(120)的接入请求；
所述AP(110)基于所述UE(120)的检测到的所述接入请求确定波束成型系数；以及
利用由所述AP(110)确定的所述波束成型系数，在所述AP(110)的所述总收发器带宽(501)上发送用户数据信号或控制信号(520)。
12.根据权利要求9所述的方法(400，500)，
其中所述确定(403)所述优选波束方向由基站(BS)(822)辅助，所述基站包括在不同频率(702)上运行的BS收发器，所述不同频率包括比所述AP(110，821)的频率(704)低的频率，
其中所述基站(822)的所述辅助包括利用所述BS收发器发送相应的控制信息的信令。
13.根据权利要求12所述的方法(400，500，800)，包括：
基站确定前导码集，每个前导码与AP(110，821)相关联，基于所述UE(120，820)的位置信息确定前导码集；以及
所述基站(822)向所述UE(820)发送所述前导码集。
14.根据权利要求12或13所述的方法(400，500，800)，包括：
多个所述AP(821)在不同的波束方向上利用多个所述AP(821)的所述总收发器带宽(501)的部分带宽(501b)发送多个广播信号；
所述UE(820)利用所述UE(820)的总收发器带宽(501)的部分带宽(501b)接收所述至少部分广播信号；
基于从所述AP(821)接收的至少部分所述广播信号确定所述多个AP(821)中的优选的AP；以及
所述UE(820)向所述优选的AP发送接入请求。
15.根据权利要求14所述的方法(400，500，800)，
其中，所述确定所述优选的AP由所述基站(822)辅助，BS收发器在不同频率上运行，具体是在比每个AP(821)低的频率上运行。
16.根据权利要求14所述的方法(400，500，800)，
其中不同接入点(821)的所述广播信号包括彼此正交的不同前导码。
17.根据权利要求14所述的方法(400，500，800)，包括：
基于从所述AP(821)接收的所述至少部分广播信号，确定所述多个AP(821)中的第二优选AP和第三优选AP以及它们的波束扇区标识符和小区标识符；以及
将所述第二优选AP和所述第三优选AP的所述波束扇区标识符和小区标识符发送到所述基站(822)。
18.根据权利要求9或10所述的方法(400，500，800)，包括：
所述UE(820)利用所述优选波束方向向所述AP(821)发送接入请求，
其中用于发送所述接入请求的随机接入信道(RACH)位于所述UE(120)的所述总收发器带宽(501)的部分带宽(501b)内。
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