天线阵列的波束调准方法、多波束传输系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种天线阵列的波束调准方法、多波束传输系统及装置，包括下列步骤：基站采用多组多峰波束样式作为传送数个同步信号的波束样式；用户设备扫描同步信号，并判断接收功率最强的同步信号及其所对应的接收波束方向，并藉由随机接入信道传送包括(明示或暗示)最强同步信号的索引信息的初始接入讯息；基站在随机接入信道上采用多组单峰波束样式接收初始接入讯息，并判断对初始接入讯息的接收功率最强的单峰波束样式，以将其与初始接入讯息中的该接收功率最强的同步信号的索引信息所对应的多峰波束样式的主波束进行比对，以确定传送给用户设备的最佳波束方向。传送给用户设备的最佳波束方向。传送给用户设备的最佳波束方向。

【技术实现步骤摘要】
天线阵列的波束调准方法、多波束传输系统及装置


[0001]本专利技术涉及一种波束传输方法及波束传输系统，且特别涉及一种天线阵列的波束调准方法、多波束传输系统及装置。

技术介绍

[0002]为了克服在毫微米波(millimeter-wave，mm-wave)频段的严重传播损耗问题，传输端与接收端通常皆采用方向性波束成型(directional beamforming)以提高传输效率。然而，在移动通信环境中，初始接入(initial access)阶段通常尚未取得有效波束方向的信息，因此如何寻找有效率的波束方向(又称为波束调准(beam alignment，BA))为初始接入阶段建立有效链路的关键必备技术。
[0003]传统波束调准可以通过规则的循序搜寻(sequential search)方式来达成，但是此方式的效率极低且造成较大的搜寻延迟。例如，假设传输端与接收端分别拥有N
T
波束及N
R
波束，则共有N
T
×
N
R
个可能的波束配对；传输端必须确定N
T
个波束中的最佳波束，而接收端同样地必须确定N
R
个波束中的最佳波束。
[0004]考虑第五代(5G)新无线电(new radio，NR)标准，基站(base station，BS)在物理广播信道(physical broadcast channel，PBC)传送同步信号(synchronization signal，SS)，而每一个同步信号相关于某一个特定的波束样式(beam pattern，本说明书中的“样式(pattern)”也被称之为“方向图”)，设定该同步信号传送波束指向，以作为用户设备(user equipment，UE)端的波束调准之用。
[0005]在进行初始接入之前，用户设备端会测量基站所传送的所有同步信号，以取得波束调准的信息。当完成所有同步信号的接收与测量，用户设备端需确定拥有最强接收信号功率的同步信号及与其相关的接收波束方向；之后，用户设备端在该最强同步信号所指派的无线资源区块(resource block，RB)中传送随机接入前导(random access preamble)，以进行初始接入。基站藉由所接收到的随机接入前导，将可以确认用户设备端所观测到的最强同步信号；因此，基站将可以确定对应至此用户设备端的最佳传送波束指向，亦即双方的波束调准程序已经完成。
[0006]传统上，每一个同步信号相对于单一波束方向，例如使用离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)单一基底的波束样式，即为单一指向的波束样式。此外，基站在物理广播信道可使用的同步信号数目通常有限制，例如目前5G NR标准中的同步信号数目上限为64，而在角度域(angular domain)的分辨率取决于同步信号的数目。如果基站在物理广播信道使用的同步信号数目为N，则单一平板天线(panel antenna)在其涵盖的角度域被分割为N个波束方向，而此N个同步信号表示为SS
n
，n＝0，1，
…
，N-1。
[0007]图1绘示传统收发点(Transmission/Reception Point，TRxP)的波束扫描(beam sweep)方法。请参照图1，收发点BS例如是传统的基站，其采用波束扫描(Beam sweeping)的方式，以单一波束的形式依图1所示的波束方向依序发送同步信号SS1～SS5。其中，每个同步信号使用SS RB1～SS RB5其中一个资源区块，使得接收到同步信号的用户装置能够藉由
解码资源区块SS RB1～SS RB5的信号，得知各个同步信号波束的强度，并将最强同步信号的索引信息回传至收发点BS，以供收发点判断并据以完成波束调准程序。
[0008]为了增强波束在角度域上的分辨率，物理广播信道应该增加使用的同步信号数目，然而，搜寻时间与无线电资源的消耗都将增加，导致初始接入阶段的时间延迟增加。

技术实现思路

[0009]本专利技术提供一种天线阵列的波束调准方法、多波束传输系统及装置，可提升初始接入阶段的波束调准效能与效益。
[0010]本专利技术提供一种天线阵列的波束调准方法，适于包括基站及用户设备的多波束传输系统。此方法包括下列步骤：基站采用多组多峰波束样式作为传送数个同步信号的波束样式，其中单一多峰波束样式包括可区别方向的多个主波束，且不同的多峰波束样式彼此之间的主波束的方向不重叠；用户设备扫描同步信号，并判断接收功率最强的同步信号及其对应的接收波束方向，藉由随机接入信道传送初始接入讯息，该初始接入讯息包括(明示或是暗示)该接收功率最强的同步信号的索引；基站在随机接入信道上采用多组单峰波束样式接收初始接入讯息，其中各单峰波束样式的主波束的涵盖范围仅包括每一个多峰波束样式的其中一个主波束；以及基站判断对初始接入讯息的接入功率最强的单峰波束样式，并将所判断的接入功率最强的单峰波束样式与初始接入讯息中的该接收功率最强的同步信号的索引信息所对应的多峰波束样式的主波束进行比对，以确定传送给用户设备的最佳波束方向。
[0011]在本专利技术的一实施例中，上述基站所采用的多组多峰波束样式，可以利用多个离散傅立叶变换单一基底的波束样式组合成具有多个方向的多峰波束的多峰波束样式，其中包括将离散傅立叶变换单一基底的波束成型向量乘上预定相位后相加，而取相加后波束成型向量中各元素的相位加上固定振幅，以作为多峰波束样式。
[0012]本专利技术提供一种多波束传输系统，其包括基站及用户设备。其中，基站采用多组多峰波束样式作为传送数个同步信号的波束样式，其中各多峰波束样式包括可区别方向的多个主波束，且不同的多峰波束样式彼此之间的主波束的方向不重叠。用户设备扫描同步信号，并判断接收功率最强的同步信号及其对应的接收波束方向，藉由随机接入信道传送包括此接收功率最强的同步信号的索引信息的初始接入讯息。其中，基站在随机接入信道上采用多组单峰波束样式接收初始接入讯息，其中各单峰波束样式的主波束的涵盖范围仅包括各多峰波束样式的主波束其中之一，且基站判断对初始接入讯息的接入功率最强的单峰波束样式，并将所判断的接入功率最强的单峰波束样式与初始接入讯息中的接收功率最强的同步信号的索引信息所对应的多峰波束样式的主波束进行比对，以确定传送给用户设备的最佳波束方向。
[0013]在本专利技术的一实施例中，上述单一多峰波束样式的主波束彼此间具有可区别主波束的间距，且各主波束与多个高分辨率单峰正交波束之一的波束方向一致。
[0014]在本专利技术的一实施例中，上述基站包括采用均匀线性阵列天线(Uniform Linear Array，ULA)或均匀平面阵列天线(uniform planar array，UPA)产生多峰波束样式的波束。
[0015]本专利技术提供一种多波束传输装置，其包括阵列天线、收发器及处理器。其中，收发器耦接阵列天线，利用阵列天线产生多组多峰波束样式及多组单峰波束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天线阵列的波束调准方法，适于包括基站及用户设备的多波束传输系统，所述方法包括下列步骤：所述基站采用多组多峰波束样式作为传送数个同步信号的波束样式，其中各所述多峰波束样式包括可区别方向的多个主波束，且不同的所述多峰波束样式彼此之间的所述主波束的方向不重叠；所述用户设备扫描所述同步信号，并判断接收功率最强的同步信号及所述接收功率最强的同步信号对应的接收波束方向，藉由随机接入信道传送包括所述接收功率最强的同步信号的索引信息的初始接入讯息；所述基站在所述随机接入信道上采用多组单峰波束样式接收所述初始接入讯息，其中各所述单峰波束样式的主波束的涵盖范围仅包括各所述多峰波束样式的所述主波束其中之一；以及所述基站判断对所述初始接入讯息的接入功率最强的单峰波束样式，并将所判断的所述接入功率最强的单峰波束样式与所述初始接入讯息中的所述接收功率最强的同步信号的所述索引信息所对应的多峰波束样式的主波束进行比对，以确定传送给所述用户设备的最佳波束方向。2.如权利要求1所述的方法，其中各所述多峰波束样式的所述主波束彼此间具有可区别所述主波束的间距，且各所述主波束与多个高分辨率单峰正交波束之一的波束方向一致。3.一种多波束传输系统，包括：基站，采用多组多峰波束样式作为传送数个同步信号的波束样式，其中各所述多峰波束样式包括可区别方向的多个主波束，且不同的所述多峰波束样式彼此之间的所述主波束的方向不重叠；以及用户设备，扫描所述同步信号，并判断接收功率最强的同步信号及所述接收功率最强的同步信号对应的接收波束方向，藉由随机接入信道传送包括所述接收功率最强的同步信号的索引信息的初始接入讯息，其中所述基站在所述随机接入信道上采用多组单峰波束样式接收所述初始接入讯息，其中各所述单峰波束样式的主波束的涵盖范围仅包括各所述多峰波束样式的所述主波束其中之一；以及所述基站判断对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡育仁，陈文修，王晋良，
申请(专利权)人：王晋良，
类型：发明
国别省市：