本發(fā)明實施例一般地涉及無線通信，以及更具體地，涉及毫米波(Millimeter Wave，mmW)波束成形的系統(tǒng)中空間分集方案(spatial diversity scheme)。

背景技術：

移動載波日益感受到帶寬短缺，這促使了為下一代寬帶蜂窩通信網絡開發(fā)3G與300GHz之間未充分利用的毫米波頻譜。毫米波段可用的頻譜是傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)的200多倍。毫米波無線網絡使用窄波束的定向通信(directional communication)，以及其可支持數千兆位的數據速率。未充分利用的毫米波頻譜的帶寬的波長范圍為1mm至100mm。毫米波頻譜的波長很小，使得能在小區(qū)域內設置大量的小型化天線。這樣的小型化天線系統(tǒng)通過電性可操作的陣列生成定向發(fā)送，能產生高的波束成形增益。

在波束成形毫米波系統(tǒng)中穩(wěn)健的信令及數據發(fā)送需要新的設計。已知的問題包括不可靠的發(fā)送/接收(TX/RX)路徑、隨機的無線鏈路失敗(Radio Link Failure，RLF)及業(yè)務中斷，以及因此特別是在移動性中的性能惡化。例如，由于RLF，可能出現連接失敗及慢切換(handover，HO)。源網絡中出現的RLF很可能是由于太晚的切換導致的。同樣地，目標網絡中出現的RLF很可能是由于太早的切換導致的。還可能出現切換至錯誤的目標網絡以及不必要地切換至另一無線接入技術(Radio Access Technology，RAT)。

已有LTE的移動性是復雜的，而是基于沒有波束成形的全向天線。一般地，LTE小小區(qū)的移動性可用作獨立的毫米波小小區(qū)的基線(baseline)。然而，對定向發(fā)送的嚴重依賴以及傳播環(huán)境的易損性呈現出獨有的挑戰(zhàn)，該挑戰(zhàn)來自于毫米波小小區(qū)中的信道特性及波束成形。例如，因為間斷的鏈路及需要補償有限的無線覆蓋，定向天線及波束成形使得信令路徑及數據路徑比全向系統(tǒng)更不可靠。需要附加(tack)、交換及對齊多個波束級別、每個級別的多個波束以及多個時分復用(Time Division Multiplexing，TDM)波束成形的控制波束，這導致在穩(wěn)健性、空間覆蓋、速度及鏈路預算中平衡的復雜的時間關鍵或時間要求嚴格(time-critical)的決定。此外，不同級別的專用波束及控制波束提供的不同的空間路徑，導致不同的信道相干時間及衰落動態(tài)。因而，空間波束的多個選擇提供了毫米波小小區(qū)中待開發(fā)的更多的空間分集。

需要一種在毫米波小小區(qū)中實現空間分集的解決方法，用以增強數據路徑及控制路徑的可靠性及性能。

技術實現要素：

提出一種在波束成形的毫米波小小區(qū)中，為關鍵數據傳送提供空間分集的方法。提出的空間分集方案通過對相同的源小區(qū)及目的小區(qū)使用多個不同的波束，提供副本的或增加的數據/信號發(fā)送及接收。為了相同的目的，提出的空間分集方案可在時間、頻率及編碼等上與其它分集方案組合。此外，提出的空間分集方案將波束關聯(lián)的物理層資源與相同或不同協(xié)議層的其它資源組合。通過重復空間信令來避免RLF及切換失敗(Handover Failure，HOF)，可以增強移動穩(wěn)健性。不依賴于重傳，還可實現任務關鍵(mission-critical)和/或時間關鍵的數據傳送。

在一個實施例中，基站配置多個控制波束，用以與用戶設備的數據通信?；九渲枚鄠€專用數據波束，用以與所述用戶設備的數據通信。所述控制波束與所述專用數據波束具有不同的波束圖樣。基站使用第一已選擇的波束，與所述用戶設備交換關鍵數據信息?；臼褂玫诙堰x擇的波束，與所述用戶設備交換關鍵數據信息。

在另一實施例中，UE經由第一已選擇的波束，與基站建立數據通信。UE經由第二已選擇的波束，與所述基站建立數據通信。所述第一已選擇的波束與所述第二已選擇的波束具有不同的波束圖樣。UE使用所述第一已選擇的波束，與所述基站交換關鍵數據信息。UE使用所述第二已選擇的波束，與所述基站交換相同的關鍵數據信息。

在一個優(yōu)選的實施例中，所述第一已選擇的波束為控制波束，以及所述第二已選擇的波束為專用數據波束。所述第一已選擇的波束與所述第二已選擇的波束具有不同的波束圖樣及重疊的空間覆蓋。多個控制波束的集合覆蓋小區(qū)的整個服務區(qū)域，以及每個所述控制波束具有更寬的及更短的空間覆蓋。多個專用數據波束的集合覆蓋一個所述控制波束的服務區(qū)域，以及每個所述專用數據波束具有更窄的及更長的空間覆蓋。

其它實施例和有益效果在以下具體說明中進行描述。該發(fā)明內容不旨在限定本發(fā)明。本發(fā)明由權利要求限定。

附圖說明

附圖示出了本發(fā)明實施例，其中相同的數字表示相同的元件。

圖1是根據一個新穎方面，在波束成形的移動通信網中實現空間分集的多級波束的示意圖。

圖2是實現本發(fā)明一些實施例的基站及用戶設備的簡化方塊圖。

圖3是用于移動性的空間分集及多級波束的示意圖。

圖4是支持關鍵數據傳送的空間分集的信令流程圖。

圖5是每個獨立的毫米波小小區(qū)中多級別波束的例子的示意圖。

圖6是波束成形的毫米波小小區(qū)移動性中，關鍵數據傳送的例子的示意圖。

圖7是波束成形的毫米波小小區(qū)移動性中，關鍵數據傳送的空間分集的一個實施例的示意圖。

圖8是根據一個新穎方面的在波束成形的毫米波小小區(qū)中，從基站方面的，提供關鍵數據傳送的空間分集的方法的流程圖。

圖9是根據一個新穎方面的在波束成形的毫米波小小區(qū)中，從UE方面的，提供關鍵數據傳送的空間分集的方法的流程圖。

具體實施方式

現對本發(fā)明的一些實施例做詳細介紹，結合附圖描述這些例子。

圖1是根據一個新穎方面的，在波束成形的移動通信網100中實現空間分集的多級波束的示意圖。波束成形的毫米波移動通信網100包含基站eNB 101及用戶設備UE 102。在長期演進(Long Term Evolution，LTE)系統(tǒng)中，有許多切換場景及方案，包括宏小區(qū)內切換、小小區(qū)內切換以及異構網絡(Heterogeneous Network，HetNet)及跨系統(tǒng)切換。一般地，LTE小小區(qū)的移動性可用作獨立的毫米波小小區(qū)的基線。然而，對定向發(fā)送的嚴重依賴以及傳播環(huán)境的易損性呈現出獨有的挑戰(zhàn)，該挑戰(zhàn)來自于毫米波小小區(qū)中的信道特性及波束成形。

根據一個新穎方面，提出一種空間分集方案，用于增強毫米波小小區(qū)中數據路徑及控制路徑的可靠性及性能。在圖1的例子中，eNB 101被定向地配置有多個小區(qū)，以及每個小區(qū)由一組粗略的(coarse)TX/RX控制波束覆蓋。例如，小區(qū)110由一組四個控制波束CB1、CB2、CB3及CB4覆蓋?？刂撇ㄊ螩B1-CB4覆蓋小區(qū)110的整個服務區(qū)域，以及如圖所示，每個控制波束具有更寬的及更短的空間覆蓋。每個控制波束輪流被一組專用數據波束覆蓋。例如，CB2被一組四個專用數據波束DB1、DB2、DB3及DB4覆蓋。專用數據波束集合覆蓋一個控制波束的服務區(qū)域，以及如圖所示，每個專用數據波束具有更窄的及更長的空間覆蓋。

該組控制波束(CB，也稱為級別1波束或L1波束)為更低級別的控制波束，其提供低速率的控制信令，以利于在更高級別的專用數據波束上的高速率數據通信。每個控制波束廣播最小量的特定小區(qū)及特定波束的信息，特定小區(qū)及特定波束的信息與LTE系統(tǒng)中的主信息塊(Master Information Block，MIB)或系統(tǒng)信息塊(System Information Block，SIB)相似?？刂撇ㄊ皩Ｓ脭祿ㄊ募軜嬏峁┝艘环N穩(wěn)健的信令控制方案，以利于毫米波蜂窩網系統(tǒng)中的波束成形操作。此外，不同級別的控制波束及專用數據波束提供的不同空間路徑，導致不同的信道相干時間及衰落動態(tài)。因而，空間波束的多個選擇提供了毫米波小小區(qū)中待開發(fā)的更多的空間分集。

通過對相同的源小區(qū)及目的小區(qū)使用多個不同但可行的(feasible)波束，提出的空間分集方案可提供副本(duplicate)或增加的(incremental)數據/信號發(fā)送及接收。為了相同的目的，提出的空間分集方案可在時間、頻率及編碼等上與其它分集方案組合(combine)。此外，提出的空間分集方案將波束關聯(lián)的物理層資源與相同或不同協(xié)議層的其它資源(上鏈(uplink，UL)/下鏈(downlink，DL)授權、編碼或無線資源控制(Radio Resource Control，RRC))組合。通過重復空間信令來避免RLF及HOF，可以增強移動穩(wěn)健性。不依賴于重傳，還可實現任務關鍵和/或時間關鍵的數據傳送。

圖2是實現本發(fā)明一些實施例的基站及用戶設備的簡化方塊圖。UE 230具有天線235，天線235用于發(fā)送及接收無線信號。射頻(Radio Frequency，RF)收發(fā)器模塊233耦接至天線235，用于從天線235接收RF信號，將RF信號轉換為基帶信號，以及將基帶信號發(fā)送至處理器232。RF收發(fā)器模塊233還轉換從處理器232接收到的基帶信號，將基帶信號轉換為RF信號，以及將RF信號發(fā)送至天線235。處理器232處理接收到的基帶信號，以及調用不同的功能模塊執(zhí)行UE 230中的功能。存儲器231存儲程序指令及數據234，用以控制UE 230的操作。UE 230還包括多個功能模塊，用于執(zhí)行根據本發(fā)明實施例的不同任務。配置及控制模塊241獲取波束及測量配置信息，以及經由已選擇的控制波束(例如，波束選擇模塊242選擇的控制波束)，與基站建立數據通信，測量模塊243基于波束及測量配置信息，執(zhí)行掃描以及上報測量報告，切換模塊244執(zhí)行從源小區(qū)到目標小區(qū)的切換，以及關鍵數據處理模塊245通過利用空間分集增益，來處理任務關鍵及時間關鍵的數據發(fā)送及接收。

相似地，eNB 250具有天線255，天線255用于發(fā)送及接收無線信號。RF收發(fā)器模塊253耦接至天線255，用于從天線255接收RF信號，將RF信號轉換為基帶信號，以及將基帶信號發(fā)送至處理器252。RF收發(fā)器模塊153還轉換從處理器252接收到的基帶信號，將基帶信號轉換為RF信號，以及將RF信號發(fā)送至天線255。處理器252處理接收到的基帶信號，以及調用不同的功能模塊執(zhí)行eNB 250中的功能。存儲器251存儲程序指令及數據254，用以控制eNB 250的操作。eNB 250還包括用于執(zhí)行根據本發(fā)明實施例的不同任務的功能模塊。配置及控制模塊261配置不同級別的控制波束及數據波束，用于測量，以及控制和數據傳輸，資源分配模塊262分配不同波束及UL/DL數據通信相關的資源，切換模塊263基于測量報告執(zhí)行切換，以及關鍵數據處理模塊245通過利用空間分集增益，來處理任務關鍵及時間關鍵的數據發(fā)送及接收。

圖3是波束成形的毫米波移動通信網300中，用于移動性的空間分集及多級波束的示意圖。波束成形的毫米波移動通信網300包含多個基站(eNB)，多個基站包括服務多個小小區(qū)的源基站SeNB1，目標基站TeNB2及鄰eNB eNB3，。初始地，UE 301由小小區(qū)310中的源基站SeNB1服務。隨后，UE 301可基于UE測量報告，切換至目標基站TeNB2。為了增強移動穩(wěn)健性，可通過使用多個不同波束的空間重復信令來應用空間分集方案。在一個例子中，空間重復信令是用于任務關鍵的數據傳送，包括移動性相關的信令及數據消息。多個不同的波束可以為具有不同波束圖樣的多個控制波束，多個專用數據波束具有不同的波束圖樣，和/或具有不同波束圖樣的專用數據波束與不同級別的控制波束的組合。除了增強移動性，空間重復信令還可用于時間關鍵的數據傳送，包括語音及視頻相關的高優(yōu)先級應用。關鍵數據信息的另一例子是參考信號、聲音信號或導頻信號。

圖4是在切換操作中支持關鍵數據傳送的空間分集的信令流程圖。在步驟411中，UE接收UL分配，該UL分配用于從源基站發(fā)送重復的測量報告。在步驟412中，UE使用第一波束向(例如，級別1控制波束)基站發(fā)送測量報告。在步驟413中，UE使用第二波束(例如，專用數據波束)向基站發(fā)送相同的測量報告。在步驟421中，UE及基站繼續(xù)交換UE數據。在步驟431中，基站(例如，級別1控制波束)確定切換UE至另一個基站，以及使用第一波束發(fā)送切換命令給該UE。在步驟432中，基站使用第二波束(例如，專用數據波束)向UE發(fā)送相同的切換命令。測量報告及切換命令都是與移動性管理有關的任務關鍵的數據。通過使用多個波束提供空間信令重復，可避免不必要的RLF及HOF，而不用執(zhí)行重傳，或不用等待來自對端設備的確認應答(Acknowledgement，ACK)/否定應答(Negative Acknowledgement，NACK)以執(zhí)行重傳。

圖5是每個獨立的毫米波小小區(qū)中多級別波束的例子的示意圖。在每個獨立的毫米波小小區(qū)中，有多個級別的波束，每個級別具有多個波束圖樣?；径ㄏ虻嘏渲糜卸鄠€小區(qū)，以及每個小區(qū)由一組粗略的TX/RX控制波束覆蓋。在一個實施例中，服務小區(qū)由8個控制波束CB0至CB7覆蓋。每個控制波束包含一組DL資源塊、一組UL資源塊及一組具有中等(moderate)波束成形增益的相關波束成形權重。在圖5的例子中，不同的周期性配置的控制波束在時域中是時分復用(Time Division Multiplexed，TDM)的。DL子幀521具有8個DL控制波束，總共占用0.38毫秒。UL子幀522具有8個UL控制波束，總共占用0.38毫秒。DL子幀與UL子幀之間的間隔為2.5毫秒。該組控制波束為更低級別的控制波束(還稱為級別1波束或L1波束)，其提供低速率的控制信令，以利于更高級別的專用數據波束上的高速率數據通信。

每個控制波束輪流被一組專用數據波束覆蓋。例如，CB4由一組四個數據波束DB1、DB2、DB3覆蓋，以及每個數據波束具有不同的波束圖樣。應注意的是，對于每個CB，它具有與對應的多個專用數據波束重疊的空間覆蓋。不管名稱，不同級別的波束不限于數據或控制波束。不同級別的控制波束及專用數據波束提供的不同的空間路徑，導致不同的信道相干時間及衰落動態(tài)。因而，空間波束的多個選擇提供了毫米波小小區(qū)中待開發(fā)的更多的空間分集。

在一個例子中，空間分集可通過空間重復信令實現，空間重復信令應用于使用多個級別波束的關鍵數據傳送。先經由L1控制波束發(fā)送或接收關鍵數據，以及接著在L1控制波束內經由專用數據波束發(fā)送或接收相同的關鍵數據?？刂撇ㄊ皵祿ㄊ哂兄丿B的空間覆蓋但不同的波束圖樣。在另一例子中，空間分集可以通過空間重復信令實現，空間重復信令應用于使用相同級別的具有不同波束圖樣的波束的數據傳送。如果UE位于兩個控制波束之上，那么兩個不同的控制波束可用于關鍵數據傳送，以利用空間分集及提升穩(wěn)健性。

圖6是波束成形的毫米波小小區(qū)移動性中，關鍵數據傳送的例子的示意圖。在圖6的例子中，UE由源基站服務，以及隨后UE切換至目標基站。在步驟611中，UE及源基站執(zhí)行激活鏈路波束管理。激活鏈路波束管理包含在每個小區(qū)配置多個級別的波束用以UE測量、追蹤及利用空間分集。在步驟612中，UE在目標基站的服務小區(qū)及鄰小區(qū)的已配置的多個級別的波束上執(zhí)行無線信號測量。在步驟621中，UE向源基站發(fā)送測量報告。在步驟622中，源基站基于測量報告做出HO決定，以及執(zhí)行與目標基站的HO準備。在步驟623中，源基站向UE發(fā)送HO命令。最后，在步驟631中，在接收到HO命令及切換至目標基站之后，UE執(zhí)行與目標基站的同步。

由于毫米波波束成形的信道在移動中的易損性，可能有更多的鏈路中斷、更多的頻率RLF及更多的HO失敗。首先，由于波長差異，期望毫米波信道的相干時間及穩(wěn)定的空間路徑的生命期(lifetime)，在一個比傳統(tǒng)蜂窩波段更短的數量級。其次，一個波束的有效發(fā)送路徑的數量將會很有限，因而對于UE的移動及環(huán)境的改變更易損。在正常的操作中，不管是否移動，由于波束追蹤及對齊的不確定性，特定波束級別上時間關鍵的數據丟失可能不會通過HARO ACK/NACK/Re-TX充分發(fā)送，或甚至不會通過單個級別的波束充分發(fā)送。

無線干擾中切換失敗的原因可能是，由信道劣化引起的測量報告失敗(在步驟621中)及HO命令發(fā)送失敗(在步驟623中)。因此，觸發(fā)RLF以重建連接。此外，在HO轉變(transition)階段中地理位置及波束級別選擇的不確定性，導致鏈路損壞及數據丟失?？刂撇ㄊ鴮τ谛^(qū)邊緣用戶來說，更可靠但是覆蓋更差。專用數據波束提供更好的鏈路預算，但是對方向(移動)變化更敏感。為了提升數據傳送成功率，尤其是任務關鍵或時間關鍵的數據，提出一種空間發(fā)送分集與多個資源維度的組合，以利用多個應用場景的多個協(xié)議層的分集。

圖7是波束成形的毫米波小小區(qū)移動性中，關鍵數據傳送的空間分集的一個實施例的示意圖。在圖7的例子中，UE由源基站服務，以及源基站執(zhí)行激活鏈路波束管理。激活鏈路波束管理包含在每個小區(qū)配置多個級別的波束用以UE測量、追蹤及利用空間分集。在步驟712中，UE接收不同小區(qū)中的不同波束測量的測量配置。在步驟713中，UE基于測量配置在目標基站的服務小區(qū)及鄰小區(qū)的已配置的多個級別的波束上，執(zhí)行無線信號測量。

在步驟721中，UE從源基站接收用于發(fā)送重復的測量報告的多個UL授權?？蓪⒍鄠€UL授權打包，使得UE知道該授權是用于相同的UL數據。在步驟722中，UE使用第一波束向(例如，級別1的L1控制波束)源基站發(fā)送測量報告。在步驟723中，UE使用第二波束(例如，專用數據波束)向源基站發(fā)送相同的測量報告。在步驟731中，源基站基于測量報告，確定將UE切換至目標基站。在步驟732中，源基站及目標基站執(zhí)行切換準備。在步驟733中，UE與源基站繼續(xù)交換UE的數據。在步驟741中，源基站使用第一波束(例如，級別1的L1控制波束)向UE發(fā)送切換命令。在步驟742中，源基站使用第二波束(例如，專用數據波束)向UE發(fā)送相同的切換命令。在步驟743中，源基站向目標基站發(fā)送UE的數據。最后，在步驟751中，UE執(zhí)行與目標基站的時間及頻率同步，以及切換至目標基站。

使用上述HO信令為例，將附加的波束空間域用作關鍵數據傳送的空間分集?；緦⒉煌牟ㄊ尚螜嘀赜糜诟北拘帕罴皵祿l(fā)送。不同的波束成形權重可經歷不同的發(fā)送路徑，因而不同的信道條件為UE提供待開發(fā)的分集?；綬X或RX與TX的混合，或者UE的RX/TX可使用相同的方法。

在一個實施例中，在波束空間及時域中實現信令分集。在BS側，先使用已選擇的波束(例如，步驟741中的HO命令)在時間＝t1發(fā)送期望的信令。在BS側，使用另一已選擇的波束(例如，步驟742中的HO命令)在時間＝t2發(fā)送副本信令。優(yōu)選地，這兩個已選擇的波束是不同的，以及發(fā)送頻率資源可以是相同的。應注意的是，時間＝t1上的發(fā)送被接收方確認應答時，時間＝t2上的發(fā)送不是必要的，這與混合自動重傳請求(Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ)的要求相反。

在另一實施例中，在波束空間及頻域實現信令分集。在BS側，在頻率資源f1上，使用已選擇的波束發(fā)送期望的信令。在BS側，在頻率資源f2上，使用另一已選擇的波束發(fā)送副本信令。優(yōu)選地，這兩個已選擇的波束是不同的，以及兩個信令的發(fā)送時序可以是相同的。應注意的是，可相似地執(zhí)行其它方向的發(fā)送及接收，以實現空間分集。

在再一實施例中，通過增強HARQ操作，可在波束空間、時域及頻域的組合中利用信令分集。例如，在高層(upper layer)一次可發(fā)送單個的RRC信令消息，而在物理層隱式地嘗試不同的分集組合。副本信令可以為HARQ操作中相同分組的不同冗余版本。例如，控制波束可用于待傳送的一些消息的元數據(meta-data)的低階調制(low-modulation)，而專用波束用于相同消息的精細數據的高階調制(high-modulation)傳送，與增量冗余或增量視頻編碼相似?？刂萍皩Ｓ貌ㄊ蠑祿慕邮辗?，利用能量增益與編碼增益。

還可應用副本的跨層處理以實現分集。例如，可在不同的時序顯式地發(fā)送副本的內容的多個MAC/RRC層消息，而不用等待來自接收方的ACK/NACK，即使用媒體接入控制(Media Access Control，MAC)層顯式地副本資源分配。使用MAC/RRC層指令，物理層在發(fā)送每個副本時嘗試不同分集。應注意的是，副本發(fā)送的物理(physical，PHY)層后期處理(post-processing)可需要發(fā)送方與接收方之間的顯式信令?？商鎿Q地，在接收方，PHY層可向高層發(fā)送接收到的副本用以后期處理，而不需要MAC/RRC及PHY層之間的跨層指令。

圖8是根據一個新穎方面的在波束成形的毫米波小小區(qū)中，從基站方面的提供關鍵數據傳送的空間分集的方法的流程圖。在步驟801中，基站配置多個控制波束，用以與UE的數據通信。在步驟802中，基站配置多個專用數據波束，用以與UE的數據通信。在步驟803中，基站使用第一已選擇的波束，與UE交換關鍵數據信息。在步驟804中，基站使用第二已選擇的波束，與UE交換關鍵數據信息。

圖9是根據一個新穎方面的在波束成形的毫米波小小區(qū)中，從UE方面的提供關鍵數據傳送的空間分集的方法的流程圖。在步驟901中，UE經由第一已選擇的波束，與基站建立數據通信。在步驟902中，UE經由第二已選擇的波束，與基站建立數據通信。第一已選擇的波束與第二已選擇的波束具有不用的波束圖樣。在步驟903中，UE使用第一已選擇的波束與基站交換關鍵數據信息。在步驟904中，UE使用第二已選擇的波束與基站交換相同的關鍵數據信息。

對于DL發(fā)送，有多種方法用以在波束空間利用提出的空間分集。例如，基站使用相同的方法發(fā)送無線鏈路控制(Radio Link Control，RLC)協(xié)議數據單元(Protocol Data Unit，PDU)，即不同的波束級別。UE將該發(fā)送作為獨立的發(fā)送來接收。在RLC層，放棄副本的接收。相似地，對于UL發(fā)送，對于相同的UE負載，基站可給出多個UL授權。須將該多個UL授權打包，使得UE知道該授權是用于前述方法。UE知道這種方法將應用于什么類型的負載。UE在多個UL授權上發(fā)送該負載類型的相同數據流?；窘邮站哂胁煌ㄊ墑e的發(fā)送，以及做相干組合。

盡管為了實施目的已經針對一些具體的實施例描述了本發(fā)明，本發(fā)明并不限于此。從而，不背離本發(fā)明權利要求闡述的范圍，可以實現對描述的實施例的各個特征的各種修改、改編和組合。