在随机接入过程中执行波束选择的终端设备、基站设备、通信方法以及程序与流程

1.本发明涉及终端设备、基站设备、通信方法以及程序，更具体地，涉及随机接入过程中的波束选择技术。


背景技术：

2.第三合作伙伴项目的标准(第4代(4g)lte标准、第5代(5g)nr(新无线)标准)将随机接入过程定义为用于在基站设备和终端设备之间建立连接的过程。例如，在基站设备和终端设备之间的初始连接时、当终端设备在切换时连接到切换目的地的基站设备时，使用随机接入过程。随机接入过程包含四步rach(random access channel，随机接入信道)。在四步rach中，首先，终端设备向基站设备发送随机接入前导(消息1)，基站设备响应于该随机接入前导向终端设备发送随机接入响应(消息2)。然后，终端设备向基站设备发送rrc(radio resource control，无线资源控制)连接请求(消息3)，基站设备向终端设备发送rrc连接建立消息(消息4)。在四步rach中，在发送和接收这四个消息后，基站设备和终端设备之间建立连接。
3.另外，在5g中，基站设备和终端设备可以通过使用多个天线元件进行波束成形来进行高质量的通信。此时，基站设备可以使用多个波束并行地提供通信服务。这里，对于由基站设备形成的多个波束，可以使用波束之间不同的ss(synchronization signal，同步信号)/pbch((physical broadcast channel，物理广播信道)。终端设备可以针对各个波束有区别地测量无线质量，从特定波束接收信号，并针对该波束发送信号。
4.在基站形成多个波束时的随机接入过程中，指定所述多个波束之一和终端设备可以设置的波束之一的组合(对)，并使用所指定的波束对使上述四步过程开始。在一示例中，终端设备可以接收从基站设备发送的信号，同时基站设备切换多个可设置的波束，测量无线质量，并使用最初超过最低无线质量阈值的波束对发送消息1(参见非专利文献1)。在另一示例中，终端设备可以使用与针对所有可能的波束对测量的无线质量中的最高无线质量对应的波束对来发送消息1(参见非专利文献1)。
5.现有技术文献
6.非专利文献
7.非专利文献1：3gpp投稿文章，r1
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1813443，2018年11月


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.当终端设备移动时，由基站设备形成的多个波束中适合与终端设备通信的波束可能发生变化。因此，在随机接入过程中，适合通信的波束可能会发生变化，在随机接入过程完成后可能需要进行波束切换的处理，从而数据通信开始之前的时间可能变长，通信效率低下。
10.用于解决问题的手段
11.本发明提供一种能够有效地执行随机接入过程和波束选择的技术。
12.根据本发明的一个方面，提供了一种终端设备，其构成为：为了与基站设备的连接而使用由所述基站设备形成的多个波束中的第一波束的信息发送四步随机接入过程的消息1；从所述基站设备接收作为对所述消息1的响应的所述随机接入过程的消息2；并且响应于所述消息2，基于在发送所述消息1之后针对所述多个波束测量的无线质量发送所述随机接入过程的消息3，所述随机接入过程的消息3包含作为从所述第一波束切换的候选的波束的第二波束的信息。
13.根据本发明的一个方面，提供了一种基站设备，其构成为：形成多个波束；从终端设备接收使用所述多个波束中的第一波束的信息发送的四步随机接入过程的消息1；响应于所述消息1，使用所述第一波束发送所述随机接入过程的消息2；接收由所述终端设备响应于所述消息2而发送的所述随机接入过程的消息3，所述随机接入过程的消息3包含作为从所述第一波束切换的候选的波束的第二波束的信息；并且响应于所述消息3，使用所述第一波束或所述第二波束发送所述随机接入过程的消息4。
14.发明的效果
15.根据本发明，能够有效地执行随机接入过程和波束选择。
16.通过以下结合附图的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。此外，在整个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的组件。
附图说明
17.附图包含在说明书中并且构成说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
18.图1是表示无线通信网络的构成例的图。
19.图2是表示基站设备和终端设备的硬件构成例的框图。
20.图3是表示基站设备的功能构成例的框图。
21.图4是表示终端设备的功能构成例的框图。
22.图5是表示由无线通信网络执行的处理流程的示例的图。
具体实施方式
23.以下，将参照附图详细描述实施例。此外，以下实施例不旨在限制要求保护的发明的范围，并且不对要求实施例中描述的所有特征的组合的发明进行限制。可以适当地组合实施例中描述的多个特征中的两个或更多个。此外，将相同的附图标记赋予相同或相似的构成，并且省略其多余的描述。
24.(网络配置)
25.图1示出了根据一实施例的无线通信网络的配置的示例。在一示例中，根据本实施例的无线通信网络包含基站设备101和能够连接到基站设备101并与其进行通信的终端设备102。基站设备101可以形成多个波束111至115。此外，在各个波束111至115中，发送不同的同步信号(ss)/物理广播信道(pbch)。因此，终端设备102可以使用接收到的ss/pbch的识别信息(id)经由特定波束进行通信。即，终端设备102无需指定基站设备101形成波束的方
向，而能够通过ss/pbch的id区别地使用多个波束。此外，图1示出了一个基站设备101和一个终端设备102，但是在不失通用性的情况下可以存在多个基站设备和多个终端设备。
26.终端设备102可以建立到基站设备101的连接并使用由波束111至115之一和由终端设备102自身可形成的多个波束图案之一构成的波束对与基站设备101通信。在建立与基站设备101的连接之前，终端设备102针对由基站设备101形成的波束111至115测量与每个波束对应的ss/pbch的无线质量。此时，终端设备102可以指定终端设备102可形成的波束图案中的哪一个能够提供最高的无线质量。例如，对于终端设备102可形成的每个波束图案，终端设备102指定在基站设备101切换可设置波束111至115的同时接收从基站设备101发送的信号(ss/pbch)时获得的无线质量。终端设备102将与例如在决定开始与基站设备101的连接后最初判定为超过最低无线质量的阈值的信号对应的波束、以及由终端设备102形成的用于接收该信号的波束图案指定为波束对。终端设备102可以指定与针对由基站设备101形成的波束111至115、以及终端设备102可形成的波束图案的所有组合指定的无线质量中的最高的无线质量对应的波束对。在一示例中，终端设备102可以将由基站设备101形成的波束111和作为终端设备102可形成的波束图案中之一的波束121构成的波束对指定为用于建立与基站设备101的连接的波束对。
27.终端设备102基于指定的波束对，通过使用波束121并使用波束111中所使用的ss/pbch的id来发送随机接入过程的消息1(随机接入前导)，以建立与基站设备101的连接。此外，连接建立处理是在例如当终端设备102从等待状态(例如，rrc_idle状态)转变为连接状态(rrc_connected状态)时、当它通过切换将连接从其他基站设备切换到基站设备101时进行的。
28.此时，认为由基站形成的波束覆盖范围较窄，因此当终端设备102在发送消息1后移动时，通信质量高的波束对可能发生变化。例如，当终端设备102移动时，波束112和波束122这一波束对的无线质量可能会变得比波束111和波束121这一波束对的无线质量高。当波束111和波束121这一波束对是作为被判定为最初超过最低无线质量的阈值的结果而指定的波束对时，即使终端设备102不移动，波束112和波束122这一波束对的无线质量也可能高于波束111和波束121这一波束对的无线质量。在这种情况下，所使用的波束对切换为波束112和波束122这一波束对，基站设备101和终端设备102之间的通信可以以更高的质量执行。然而，如果在随机接入过程结束之后执行波束对的切换处理，则到数据通信开始为止的时间可能变长，其结果是降低了整个网络的效率。
29.本实施例提供了一种用于抑制效率降低的过程。具体地，为了与基站设备的连接，终端设备102使用以上述方式指定的第一波束对中的由基站设备101形成的第一波束的信息(第一波束的ss/pbch的信息(id))来发送随机接入过程的消息1(随机接入前导)。然后，终端设备102接收作为对消息1的响应的随机接入过程的消息2(随机接入响应)，即使在发送消息1之后，也继续测量无线质量。然后，例如，如果终端设备102确定波束对不同于用于发送消息1的第一波束对、并且与不同于第一波束的第二波束对应的第二波束对的无线质量高，则指定第二波束作为从第一波束进行切换的波束切换目的地的候选。此外，实际上，终端设备102可以不指定波束，而是指定所使用的ss/pbch的id。如果作为波束切换目的地的候选的、ss/pbch的id与第一波束不同的第二波束存在，则终端设备102在随机接入过程的消息3(rrc连接请求)中包含该第二波束的ss/pbch的id等与第二波束对应的信息而发
送。此时，可以存在多个第二波束。例如，在发送消息1之后的测量中，终端设备102可以检测到无线质量高于使用第一波束的波束对的多个波束对。在这种情况下，终端设备102可以在消息3中包含在每个检测到的波束对中的基站设备101侧的波束中使用的ss/pbch的id而发送。此外，消息3是使用类似于消息1的波束对发送的。之后，终端设备102通过用作切换目的地的候选的波束对中的终端设备102的波束图案，等待从基站设备101接收随机接入过程的消息4(rrc connection setup，rrc连接建立)。当基站设备101基于通过分析消息3获得的信息、使用第二波束发送消息4时，终端设备102可以接收消息4。此外，终端设备102可以使用切换前的波束对中的终端设备102的波束图案来等待消息4。即，终端设备102可以仅使用作为切换目的地候选的波束对中的终端设备102的波束图案来等待消息4，此外，可以使用切换前的波束对中的终端设备102的波束图案来等待消息4。例如，当定义基站设备101使用与作为切换目的地的候选的波束对对应的第二波束来发送消息4时，终端设备102通过与作为切换目的地的候选的波束对对应的波束图案来等待消息4即可。另一方面，当定义基站设备101选择使用与作为切换目的地候选的波束对对应的第二波束和与切换前的波束对对应的第一波束中的哪一个时，终端设备102无法预先识别使用第一波束和第二波束中的哪一个来发送消息4。因此，终端设备102通过分别与作为切换目的地的候选的波束对以及切换前的波束对对应的波束图案来等待消息4。此外，当存在多个波束对作为切换目的地的候选时，终端设备102使用多个波束对中的每一个中的终端设备102的波束图案来等待消息4。
30.根据本实施例的基站设备101从终端设备102接收使用由基站设备101形成的波束中的第一波束的ss/pbch的id发送的随机接入过程的消息1。然后，响应于消息1，基站设备101通过第一波束向终端设备102发送随机接入过程的消息2。然后，基站设备101接收使用第一波束的ss/pbch的id发送的随机接入过程的消息3。这里，消息3包含表示用作由终端设备102指定的波束切换目的地的候选的第二波束的信息(第二波束的ss/pbch的id)的信息。响应于消息3，基站设备101向终端设备102发送消息4。此时，基站设备101在判断是否切换波束或者将要切换波束且被通知多个第二波束的信息时，决定将要使用的波束。然后，基站设备101使用所决定的波束发送消息4。
31.以此方式，可以对在消息4的阶段中使用的波束对进行切换。由此，建立连接后无需切换波束对，可以快速开始数据通信。
32.此外，基站设备101可以发送在第一波束和第二波束中所包含的多个(有时为全部)波束中的消息4。在这种情况下，终端设备102可以确定以高通信质量接收来自哪个波束的消息4。然后，终端设备102可以在消息4之后发送的连接完成消息中包含以高通信质量接收的消息4的发送源的波束的id(例如，ss/pbch的id)而发送。此外，发送波束的id可以是消息4的接收质量最高的波束的id，但也可以根据其他标准选择波束，例如有很大接收质量提升空间的波束的id。在这种情况下，选择适合紧接在数据通信之前的状态的波束，可以在建立连接之后稳定地执行数据通信。
33.接下来，将举例说明执行上述处理的基站设备和终端设备的构成以及处理的流程。
34.(设备构成)
35.图2示出了根据本实施例的基站设备和终端设备的硬件构成的示例。在一示例中，基站设备和终端设备包含处理器201、rom202、ram203、存储装置204和通信电路205。处理器
201是包含例如通用cpu(central processing unit，中央处理单元)和asic(application
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specific integrated circuit，专用集成电路)等一个或多个处理电路的计算机，处理器201通过读出并执行存储在rom202、存储装置204中的程序来执行整个设备的处理、上述处理。rom202是只读存储器，其存储关于由设备执行的处理的程序、诸如各种参数的信息。ram203是随机存取存储器，其在处理器201执行程序时用作工作空间并存储临时信息。存储装置204例如由可移除的外部存储装置等构成。通信电路205例如由用于有线通信或无线通信的电路构成。基站设备可以包含例如用于与其他基站设备进行通信的有线通信电路和用于与终端设备进行通信的无线通信电路。终端设备包含用于与基站设备进行通信的无线通信电路。尽管图2示出了一个通信电路205，但是基站设备和终端设备可以包含多个通信电路。例如，终端设备还可以包含用于通过无线lan、bluetooth(注册商标)等进行通信的通信电路。
36.图3是表示基站设备的功能构成例的框图。在一示例中，基站设备包含通信控制单元301、消息分析单元302和波束选择单元303。通信控制单元301控制例如与终端设备的无线通信。在一示例中，通信控制单元301根据nr标准动作并且可以执行上述随机接入过程。通信控制单元301配置为形成多个波束并发送各个波束中的不同的ss/pbch。消息分析单元302分析从终端设备接收到的消息。消息分析单元302分析从终端设备发送的随机接入过程的消息3，判断消息3是否包含波束切换目的地的候选的信息，如果消息3包含该信息，则指定该波束切换目的地的候选。波束选择单元303选择使用用于发送随机接入过程的消息2的波束和用作由消息3通知的切换目的地的候选的波束中的哪一个。波束选择单元303可以从用于发送消息2的波束和用作由消息3通知的切换目的地的候选的波束中选择多个波束。然后，波束选择单元303向通信控制单元301输出指令以使用所选波束来发送随机接入过程的消息4。
37.图4是表示终端设备的功能构成例的框图。在一示例中，终端设备包含通信控制单元401、无线质量指定单元402和波束对指定单元403。通信控制单元401控制例如与基站设备的无线通信。在一示例中，通信控制单元401根据nr标准动作并且可以执行上述随机接入过程。通信控制单元401可以形成多个波束图案并使用波束图案之一进行通信。无线质量指定单元402接收从由基站设备形成的每个波束发送的无线信号(例如，ss/pbch)，并指定无线质量。对于从每个波束发送的无线信号，无线质量指定单元402对当使用通信控制单元401可形成的每个波束图案时的无线质量进行指定。波束对指定单元403基于由无线质量指定单元402指定的无线质量来指定用于通信的波束对。例如，无线质量指定单元402以预定的顺序、针对多个波束对指定无线质量，波束对指定单元403将指定的无线质量最初超过预定的阈值的波束对指定为在随机接入过程中最初用于与基站设备的连接的波束对。波束对指定单元403将与由无线质量指定单元402针对所有波束对指定的无线质量中超过预定的阈值的最高的无线质量对应的波束对，指定为在随机接入过程中最初用于与基站设备的连接的波束对。波束对指定单元403将在随机接入过程中最初使用的指定波束对通知给通信控制单元401。然后，通信控制单元401使用所通知的波束对中由基站设备形成的波束所对应的ss/pbch的id、通过由终端设备形成的波束图案来发送随机接入过程的消息1。
38.此外，即使在发送消息1之后，无线质量指定单元402也继续指定无线质量，并且波束对指定单元403基于所指定的无线质量继续指定具有高无线质量的波束对。例如，波束对
指定单元403将与用于发送消息1的波束对不同的、且具有超过预定的阈值的无线质量的波束对指定为用作切换目的地候选的波束对。例如，波束对指定单元403可以将无线质量高于针对用于发送消息1的波束对指定的无线质量的波束对指定为用作切换目的地候选的波束对。此外，波束对指定单元403可以指定多个波束对作为切换目的地的候选。如上所述，波束对指定单元403将所指定的波束对通知给通信控制单元401。然后，通信控制单元401根据响应于消息1而接收到消息2这一情况，向基站设备发送随机接入过程的消息3，该随机接入过程的消息3包含在所通知的波束对的基站设备中形成的波束的信息(例如，ss/pbch的id)。这里，通信控制单元401使用与发送消息1相同的波束对中的由基站设备形成的波束的信息(ss/pbch的id)并通过该波束对中的由终端设备102形成的波束图案来发送消息3。然后，通信控制单元401通过与由消息3通知的、与作为切换目的地的候选的波束对对应的波束图案，来等待从基站设备发送的随机接入过程的消息4。当多个波束对作为切换目的地的候选存在时，通信控制单元401通过多个波束图案等待消息4。此外，通信控制单元401可以通过与用于发送消息1的波束对对应的波束图案来等待消息4。
39.然后，响应于消息4的接收，通信控制单元401基于通过其接收到消息4的波束图案来指定用于后续数据通信的波束对。此外，基站设备可以在消息4中包含表示通过哪个波束发送消息4的信息而发送。在这种情况下，通信控制单元401可以确认消息4的内容，指定通过哪个波束发送的消息4，指定与该波束对应的波束对，并指定用于后续数据通信的波束对。响应于消息4，通信控制单元401可以通过使用与所指定波束对对应且由终端设备形成的波束图案来发送表示连接完成的消息。当基站设备使用多个波束发送消息4时，通信控制单元401可以基于消息4的接收质量选择用于后续数据通信的波束对。在这种情况下，通信控制单元401可以使用与所选波束对对应且由终端设备形成的波束图案向基站设备发送表示连接完成的消息，该信息包含与该波束对对应且由基站设备形成的波束的信息。
40.(处理流程)
41.将参照图5描述根据本实施例的由无线通信网络执行的通信方法的流程的示例。下文将对当终端设备102在如图1所示的状态下与基站设备101建立连接时的处理流程的一个示例进行说明。
42.首先，基站设备101经由由基站设备101形成的多个波束111至115周期性地发送同步信号(ss)/物理广播信道(pbch)(步骤s501)。终端设备102使用终端设备102可形成的波束图案接收ss/pbch，并指定与由基站设备101形成的波束和由终端设备102形成的波束所形成的多个波束对对应的无线质量(步骤s502)。然后，基于所指定的无线质量，终端设备102指定在向基站设备101发送随机接入过程的消息1时使用的波束对(步骤s503)。波束对指定方法已经在上面进行了描述，将不再重复其描述。假设波束111和波束121这一波束对被指定为用于发送消息1的波束对。此外，终端设备102不需要识别由基站设备101形成的波束本身，只要以上述方式指定与无线质量超过预定的阈值的波束对应的ss/pbch的id以及此时终端设备102所使用的波束图案即可。然后，终端设备102根据所指定的波束对，使用波束111的ss/pbch的id，通过波束121向基站设备101发送消息1(步骤s504)。
43.基站设备101经由波束111接收消息1，并且响应于消息1而经由波束111发送消息2(步骤s507)。另一方面，即使在发送消息1之后，终端设备102也继续指定无线质量并指定波束对(步骤s505、步骤s506)。终端设备102指定例如可以提供比步骤s503中指定的波束对所
提供的无线质量更高无线质量的波束对。例如，当终端设备102移动，并且波束112和波束122这一波束对的无线质量变得比在步骤s503中指定的波束对的无线质量更高时，终端设备102将波束112和波束122这一波束对指定为用作切换目的地候选的波束对。当终端设备102指定用作切换目的地的候选的波束对时，它响应于消息2向基站设备101发送消息3，该消息3包含关于在用作切换目的地的候选的波束对中的与由基站设备101形成的波束112相关的信息(ss/pbch的id)(步骤s508)。此外，类似于消息1，使用波束111的ss/pbch的id、经由波束121发送消息3。当不存在用作切换目的地的候选的波束对时，终端设备102向基站设备101发送不包含波束信息的消息3。在接收到消息3之后，基站设备101分析消息3并确定是否存在用作切换目的地的候选的波束对。如果存在用作切换目的地的候选的波束对，则基站设备101提取消息3中所包含的波束的信息，并决定将该波束和当前使用的波束中的哪一个用于后续通信(步骤s509)。例如，基站设备101在接收到包含波束112的信息的消息3时，决定使用当前使用的波束111和由消息3通知的波束112中的哪一个。假设基站设备101决定使用波束112。作为对消息3的响应，基站设备101使用所决定使用的波束112来发送消息4(步骤s510)。此时，终端设备102使用与发送消息1时使用的波束对对应的波束图案(波束121)和用作切换目的地的候选的波束对中的波束图案(波束122)来等待消息4。无论使用波束111和波束112中的哪一个来从基站设备101发送消息4，终端设备102都可以接收消息4。取决于使用波束121和波束122中的哪一个来接收消息4，终端设备102确定切换前的波束对和用作切换目的地候选的波束对中的哪一个用于进行后续的数据通信。终端设备102使用接收到消息4时所使用的波束向基站设备101发送连接完成消息(步骤s511)。由此，终端设备102与基站设备101之间建立连接，随后进行数据通信。
44.这样，例如，当终端设备102在随机接入过程中移动时，可以在该过程中切换使用的波束对，因此不需要在连接建立后立即执行改变波束对的处理。由此，可以在建立连接后立即执行数据通信，从而提高整个网络的通信效率。
45.此外，终端设备102也可以不包含用作切换目的地的候选的信息地发送消息3，基站设备101通过各波束接收消息3并基于消息3的接收质量来选择要使用的波束。在这种情况下，基站设备101通过所选波束来发送消息4，终端设备102通过终端设备102可形成的所有波束图案来等待消息4。终端设备102可以将由基站设备101所选择的波束和由终端设备102形成的以高质量接收到消息4的波束这一波束对指定为用于后续数据通信的波束对。虽然终端设备102使用切换前的波束的ss/pbch的id来发送消息3，但不仅可以使用切换前的波束，还可以使用作为切换目的地的候选的波束作为此时使用的终端设备102的波束。在这种情况下，消息3不需要包含波束信息，可以在随机接入过程中使用类似于传统的消息配置来切换波束。因此，在建立连接之后不需要切换波束对，可以快速开始数据通信。
46.本发明不限于上述实施例，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变和修改。因此，为了告知公众本发明的范围，提出以下技术方案。
47.本技术要求享有于2019年3月28日提交的日本专利申请第2019
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063024号的优先权，其通过引用并入本文。