本發(fā)明涉及無線通信領域，尤其涉及一種多波束隨機接入方法。

背景技術：

為了大幅度提高系統的頻譜效率，Massive MIMO技術已經成為第五代移動通信(The 5^th Generation，簡稱5G)中的一項關鍵技術。Massive MIMO技術通過在基站端配備大規(guī)模的天線陣列，利用空分復用的原理，可以同時服務多個用戶。由于大規(guī)模天線陣列帶來的巨大陣列增益和干擾抑制增益，能夠成倍的提升小區(qū)的總譜效率和邊緣用戶頻譜效率。

在傳統的LTE網絡中，系統廣播以及隨機接入都是基于基站和用戶端的全向或扇區(qū)化天線圖樣。用較粗的波束進行廣播來保證小區(qū)中的所有用戶都能夠可靠的接收。在隨機接入過程中，eNodeB也會用全向天線來檢測不同方向用戶發(fā)送的Preamble信號。但是在Massive MIMO系統中，大規(guī)模天線陣列形成的是高度定向的窄波束，在提升系統性能的同時會給廣播信道和隨機接入過程帶來一定的問題。

Massive MIMO會在基站端配備數百根天線的大規(guī)模陣列，為了獲得高的波束賦形增益，Massive MIMO形成的都是高度定向的窄波束，能夠顯著增加接收信號的信噪比，但是會對廣播信道和隨機接入過程帶來以下兩個問題：

對于廣播信道而言：基站面向小區(qū)的所有用戶進行廣播，此時希望小區(qū)的所有用戶都能夠可靠的接收廣播信息，尤其是對于小區(qū)邊緣用戶。但是，由于大規(guī)模天線陣列的窄波束無法很好的對整個小區(qū)進行覆蓋，全部小區(qū)或扇區(qū)的用戶無法同時接收到同一個方向上發(fā)送的系統的同步和廣播信息，從而對系統的性能和網絡規(guī)劃帶來影響。

對于隨機接入而言：用戶在初始接入或者切換時，無法知道與天線的最優(yōu)的收發(fā)波束方向，從而對隨機接入性能產生比較大的影響。

技術實現要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出一種多波束隨機接入方法，包括：UE接收基 站采用多個波束在多個方向上周期性發(fā)送的同步信號和/或系統廣播信號，將其中具有最佳鏈路質量的基站波束信號確定為基站側最佳發(fā)送波束；UE在隨機接入發(fā)送Preamble序列時將所述基站側最佳發(fā)送波束信息反饋給所述基站；所述基站獲取UE反饋的基站側最佳發(fā)送波束信息，并采用所述基站側最佳發(fā)送波束向所述UE發(fā)送隨機接入響應和/或競爭決策消息。

進一步地，還包括：所述基站采用全向接收模式或者采用所述基站側最佳發(fā)送波束接收所述UE后續(xù)發(fā)送的消息。

進一步地，還包括：所述基站在接收所述Preamble序列時，還比較基站不同接收波束上的接收信號質量并確定出關于所述UE的基站側最佳接收波束；所述基站采用所述基站側最佳接收波束接收所述UE后續(xù)發(fā)送的消息。

進一步地，所述UE采用多波束接收所述基站消息，所述方法還包括：所述UE比較UE不同接收波束上的接收信號質量，并確定出關于所述基站的UE側最佳接收波束；所述UE采用所述UE側最佳接收波束接收所述基站后續(xù)發(fā)送的消息。

進一步地，還包括：所述UE采用全向發(fā)送模式或者采用所述UE側最佳接收波束向所述基站發(fā)送后續(xù)消息。

進一步地，所述UE采用多波束向所述基站發(fā)送消息，所述方法還包括：所述基站比較來自所述UE的不同波束的信號質量，確定UE側最佳發(fā)送波束并在隨機接入響應中反饋給所述UE；所述UE獲取基站側反饋的所述UE側最佳發(fā)送波束信息；所述UE采用所述UE側最佳發(fā)送波束向所述基站發(fā)送后續(xù)消息。

進一步地，所述基站和/或UE的多波束分別具有各自的唯一標識，各發(fā)送波束在其發(fā)送的消息中攜帶所述標識。

進一步地，所述基站在各發(fā)送波束中攜帶所述標識的方式包括以下至少之一：用所述標識對輔同步信號SSS進行加擾；用所述標識對CRS進行加擾；在MIB的10個預留比特中標注所述標識；在SIB信息標注所述標識。

進一步地，所述UE通過以下至少之一方式獲取所述標識：通過對SSS的成功解碼獲?。煌ㄟ^對CRS的成功解碼獲??；通過解碼MIB信息來直接獲?。煌ㄟ^解碼SIB信息來直接獲取。

進一步地，所述UE將所述基站側最佳發(fā)送波束信息反饋給所述基站通過 明示方式或暗示方式進行。

進一步地，所述暗示方式包括：所述基站根據其各發(fā)送波束將用于隨機接入的Preamble序列進行分組，并在SIB信息中進行廣播；所述UE在所述基站側最佳發(fā)送波束對應的Preamble序列集合中選擇一個用于隨機接入請求；所述基站成功解碼所述UE發(fā)送的Preamble從而獲取所述基站側最優(yōu)發(fā)送波束信息。

本發(fā)明可以用于Massive MIMO系統，不僅使得同步和系統廣播信息能夠覆蓋整個小區(qū)或扇區(qū)，同時在隨機接入過程中也能夠利用Massive MIMO較高的波束賦形增益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提出方法的基本流程框圖；

圖2為本發(fā)明實施例1的多波束系統廣播示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例3的多波束隨機接入示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例；需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的實施例提出一種多波束隨機接入方法，請參考圖1，包括：UE接收基站采用多個波束在多個方向上周期性發(fā)送的同步信號和/或系統廣播信號，將其中具有最佳鏈路質量的基站波束信號確定為基站側最佳發(fā)送波束；UE在隨機接入發(fā)送Preamble序列時將所述基站側最佳發(fā)送波束信息反饋給所述 基站；所述基站獲取UE反饋的基站側最佳發(fā)送波束信息，并采用所述基站側最佳發(fā)送波束向所述UE發(fā)送隨機接入響應和/或競爭決策消息。

在一個可選實施例中，還包括：所述基站采用全向接收模式或者采用所述基站側最佳發(fā)送波束接收所述UE后續(xù)發(fā)送的消息。

在一個可選實施例中，還包括：所述基站在接收所述Preamble序列時，還比較基站不同接收波束上的接收信號質量并確定出關于所述UE的基站側最佳接收波束；所述基站采用所述基站側最佳接收波束接收所述UE后續(xù)發(fā)送的消息。

在一個可選實施例中，所述UE采用多波束接收所述基站消息，所述方法還包括：所述UE比較UE不同接收波束上的接收信號質量，并確定出關于所述基站的UE側最佳接收波束；所述UE采用所述UE側最佳接收波束接收所述基站后續(xù)發(fā)送的消息。

在一個可選實施例中，還包括：所述UE采用全向發(fā)送模式或者采用所述UE側最佳接收波束向所述基站發(fā)送后續(xù)消息。

在一個可選實施例中，所述UE采用多波束向所述基站發(fā)送消息，所述方法還包括：所述基站比較來自所述UE的不同波束的信號質量，確定UE側最佳發(fā)送波束并在隨機接入響應中反饋給所述UE；所述UE獲取基站側反饋的所述UE側最佳發(fā)送波束信息；所述UE采用所述UE側最佳發(fā)送波束向所述基站發(fā)送后續(xù)消息。

在一個可選實施例中，還包括：所述UE采用全向接收模式或者采用所述UE側最佳發(fā)送波束接收所述基站后續(xù)發(fā)送的消息。

在一個可選實施例中，所述基站和/或UE的多波束分別具有各自的唯一標識，各發(fā)送波束在其發(fā)送的消息中攜帶所述標識。

在一個可選實施例中，所述基站在各發(fā)送波束中攜帶所述標識的方式包括以下至少之一：用所述標識對輔同步信號SSS進行加擾；用所述標識對CRS進行加擾；在MIB的10個預留比特中標注所述標識；在SIB信息標注所述標識。

在一個可選實施例中，所述UE通過以下方式至少之一獲取所述標識：通過對SSS的成功解碼獲取；通過對CRS的成功解碼獲取；通過解碼MIB信息來直接獲?。煌ㄟ^解碼SIB信息來直接獲取。

在一個可選實施例中，所述UE將所述基站側最佳發(fā)送波束信息反饋給所述基站通過明示方式或暗示方式進行。

在一個可選實施例中，所述暗示方式包括：所述基站根據其各發(fā)送波束將用于隨機接入的Preamble序列進行分組，并在SIB信息中進行廣播；所述UE在所述基站側最佳發(fā)送波束對應的Preamble序列集合中選擇一個用于隨機接入請求；所述基站成功解碼所述UE發(fā)送的Preamble從而獲取所述基站側最優(yōu)發(fā)送波束信息。

實施例1

如圖1所示，在eNodeB端配備扇區(qū)化的大規(guī)模天線陣列。假設eNobeB需要N(圖中N＝9)個波束才能覆蓋整個扇區(qū)，為了使覆蓋扇區(qū)的所有用戶都能夠可靠的接收到eNodeB發(fā)送的同步和系統信息，可以按照波束掃描的方式，利用不同指向的波束在多個方向上周期性重復的發(fā)送同步信號和系統廣播信息。因此就需要通過多個無線幀重復發(fā)送同步信號或系統廣播信息來實現窄波束對整個扇區(qū)的覆蓋。假設每個波束都有一個唯一的身份標識，稱為波束ID，記為或例如圖中的B0～B8。每個波束在發(fā)送同步信息或系統廣播信息的時候同時攜帶各自的波束ID。這樣UE在接收同步信號或者系統廣播的時候就能夠知道相關的信息是通過哪個波束接收的。同一個UE可能接收到來自多個波束的多個信息，此時UE可以比較來自不同波束的信號接收功率，選擇具有最佳鏈路質量的波束ID，記為在之后的隨機接入過程中，UE在發(fā)送Preamble序列的時候，可以通過合適的方式將反饋給eNodeB。

若UE端采用全向天線圖樣進行數據收發(fā)。UE需要重復發(fā)送N次Preamble序列，以保證eNodeB在某一個或某幾個波束方向上可靠接收到UE發(fā)送的Preamble信息。eNodeB在解碼Preamble的同時，不僅能夠從反饋信息中獲得關于該UE的最佳發(fā)送波束同時通過比較不同波束方向上的接收信號質量，還能夠得知關于該UE的最佳接收波束eNodeB采用接收該UE的后續(xù)消息，采用向該UE發(fā)送后續(xù)消息。

若UE端可以產生M個發(fā)送波束，首先在接收系統廣播信息的時候，可以比較不同波束上接收信號的質量，將接收質量最好的波束即為最佳的接收波束UE可以采用接收該基站的后續(xù)消息。在給基站反饋的同時UE還隱含自己的發(fā)送波束ID。此時eNodeB在檢測來自UE的Preamble序列 時，完成三件事情：1)從反饋信息中獲得eNodeB關于UE的最佳發(fā)送波束2)通過比較來自不同UE波束的信號質量，決策出UE的最佳發(fā)送波束并在之后的隨機接入響應中反饋給UE。UE收到該反饋后，可以使用向該基站發(fā)送后續(xù)消息。

通過這樣的廣播和隨機接入過程，UE不僅能夠成功得接入到網絡中，還能夠和eNodeB訓練好最優(yōu)的收發(fā)波束方向，用于之后的數據和信號傳輸。

實施例2

假設eNodeB需要N＝9個波束對120°扇區(qū)進行全部覆蓋?；镜纳漕l鏈路可以支持同時發(fā)射3個方向的波束，eNodeB就需要三次掃描來覆蓋整個扇區(qū)。每次發(fā)送采用三個不同的波束，每個波束攜帶相同的信息，但同時要標注各自的波束ID。eNodeB可以通過4種方式在發(fā)送波束中攜帶各自的波束ID：1)用波束ID對輔同步信號SSS進行加擾；2)用波束ID對CRS進行加擾；3)在MIB的10個預留比特中標注波束ID；4)在SIB信息標注波束ID。對于方式1，UE通過對SSS的成功解碼獲取波束ID。對于方式2，僅僅用波束ID對PBCH占據的中心1.08MHz帶寬內的CRS進行加擾，UE通過對CRS的成功解碼來獲取波束ID。對于方式3和方式4則是通過解碼MIB信息和SIB信息來直接獲取波束ID。

假設UE采用全向天線進行收發(fā)信號。首先在接收廣播階段，UE會比較不同eNodeB波束方向上的信號質量，并選出接收質量最好的信號對應的波束作為eNodeB的最佳發(fā)送波束除去用于非競爭接入的Preamble序列，eNodeB根據不同的波束ID，將用于競爭接入的Preamble序列進行分組，并在SIB信息中進行廣播。UE會在對應的Preamble序列集合中選擇一個用于隨機接入請求。此時eNodeB會保持全向接收模式，當成功解碼Preamble之后就可以獲取關于該UE的最優(yōu)發(fā)送波束在隨后發(fā)送隨機接入響應和競爭決策消息時就可以采用最佳的發(fā)送波束進行發(fā)送，而在接收UE發(fā)送的RRC消息時，則采用全向接收模式，或者根據收發(fā)波束的對稱性，用進行接收。

實施例3

由于空間角擴散的對稱性，對于某一個UE，eNodeB的最佳收發(fā)波束方向是一致的，即若UE采用定向傳輸方式時，該結論也是 成立的。因此僅僅需要確定各自的最佳發(fā)送波束ID或者最佳接收波束ID即可。

請參考圖3，假設eNodeB端的大規(guī)模天線需要N＝9個波束對120°扇區(qū)進行有效覆蓋?；镜纳漕l鏈路可以支持同時發(fā)射3個方向的波束，eNodeB就需要三次掃描來覆蓋整個扇區(qū)，每次掃描采用三個波束。此時eNodeB通過每個波束發(fā)送的信號都一樣，并且不會在發(fā)送波束中標識各自的波束ID。

假設UE端的天線能夠形成M個不同方向的波束。在接收同步信息和系統廣播信息的時候，UE會比較不同波束方向上的接收信號質量，將接收信號質量最好的波束最為UE的最佳收發(fā)波束，記為

在發(fā)起隨機接入時，UE首先從用于競爭接入的Preamble序列集合中隨機選擇一個，通過進行發(fā)送，同樣需要重復發(fā)送3次。

eNodeB可能在多個波束方向上檢測到UE發(fā)送的Preamble，同樣,eNodeB會比較不同波束方向上的接收信號質量，將接收信號質量最好的波束作為eNodeB的最佳收發(fā)波束，記為之后eNodeB會采用發(fā)送隨機接入響應消息，UE則采用的進行接收。在接收到隨機接入響應之后，UE會通過發(fā)送RRC信息，eNodeB同樣通過進行接收。并用發(fā)送競爭決策消息，當UE通過接收到成功接入消息時，完成隨機接入過程。

通過以上各實施例可以看出，采用本發(fā)明提出的可用于Massive MIMO中的多波束接入方法，UE和eNodeB能夠利用高增益的窄波束高效的完成信道接入。

本領域普通技術人員可以理解：實現上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質包括：ROM、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。