CN101785232B - 通信系统及在第一与第二通信装置之间交换数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通信系统及在第一与第二通信装置之间交换数据的方法。第一通信装置传输包含预定比特序列的至少一个第一消息。第二通信装置依预定规则通过利用第一消息确定一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量，并将第二消息传输至第一通信装置。在交换数据之前，第一通信装置更与第二通信装置关于自一个或多个天线加权向量选择的一个天线加权向量进行通信，以及第一通信装置与第二通信装置将已选择的天线加权向量施加于对应的天线。包含报头与有效载荷的数据被传输至第二通信装置。第二通信装置依已选择的比特加载向量解码数据。以上所述的通信系统及在第一与第二通信装置之间交换数据的方法能够减少传输数据错误。

Description

通信系统及在第一与第二通信装置之间交换数据的方法

交叉引用

本申请要求如下优先权：编号为61/111，365，申请日为2008/11/05，名称为“METHOD FOR UPDATING CHANNEL INFORMATION IN A WIRELESSCOMMUNICATIONS SYSTEM”的美国临时申请。其主题在此一并作为参考。

技术领域

本发明有关于一种在用于通信系统的第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法。

背景技术

运行于毫米波（millimeter wave，以下简称为mmWave）波段的通信系统具有许多优点。举例来说，由于存在较少干扰，mmWave波段较干净。mmWave信道可提供高带宽，至高带宽为千兆位每秒（gigabit per second）。然而，对于通信系统，运行于毫米波波段的挑战包含信号的辐射模式（radiation pattern）为高定向（highly directional）以及媒介具有较高的衰减率（attenuation rate）。

宽带mmWave无线通信系统可用于高带宽通信。然而，对于宽带mmWave无线通信系统设计，当mmWave波段由于干扰或多径信道衰落（multi-pathchannel fading）而减损时，获得并维持尽可能的高信道率是至关重要的。为处理在mmWave波段的无线电信号的方向性与衰减，可利用波束成形（beamforming）这项技术以提升信号的到达与完整。为执行波束成形，运行于mmWave波段的通信装置内嵌有天线阵列（antenna array）。天线阵列是由依预定模式分布的多个天线组成。通过将预定天线加权向量（antenna weightingvector，以下简称为AWV）施加于天线阵列，信号的辐射模式被定形并指向预定方向。

另一项用于mmWave无线通信系统的技术是正交频分复用（OrthogonalFrequency Division Multiplexing，以下简称为OFDM）。特别地，OFDM被用作对信号的调制方案。OFDM方案将宽带信道分为多个副载波（sub-carrier）。在mmWave信道上传输的数据被编码，分散至多个副载波，依预定调制方案调制，并在空中传输至接收通信装置。

通常，干扰影响信道的多个副载波中的一部分，因此导致传输数据错误的增多。虽然抑制（mitigation）方法可用于减少传输数据错误，所述方法也减少信道带宽容量。因此，需要一种将对信道带宽的影响减到最少的错误抑制方法。

发明内容

有鉴于此，特提供以下技术方案：

本发明提供一种通信系统以及在用于通信系统的第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法。通信系统的实施例包含第一通信装置与第二通信装置。第一通信装置传输包含多个预定比特序列的至少一个第一消息。第二通信装置依预定规则通过利用所述至少一个第一消息确定一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量，并将第二消息传输至第一通信装置，第二消息包含关于一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量的信息。在交换至少一个数据之前，第一通信装置与第二通信装置关于自所述一个或多个天线加权向量选择的一个天线加权向量进行通信，以及第一通信装置与第二通信装置将已选择的天线加权向量施加于对应的天线。第一通信装置将包含报头与有效载荷的所述至少一个数据传输至第二通信装置，其中报头携带关于比特加载向量的信息，所述比特加载向量是选择自用于编码数据的一个或多个比特加载向量。第二通信装置依已选择的比特加载向量解码所述至少一个数据。

本发明提供一种在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法的实施例，包含：将包含多个预定比特序列的至少一个第一消息传输至第二通信装置；自第二通信装置接收第二消息，第二消息包含关于一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量的信息，其中第二通信装置依预定规则确定所述一个或多个天线加权向量与所述一个或多个比特加载向量；与第二通信装置关于自所述一个或多个天线加权向量选择的一个天线加权向量进行通信，其中第一通信装置与第二通信装置将已选择的天线加权向量施加于对应的天线；以及将包含报头与有效载荷的数据发送至第二通信装置，其中报头携带关于比特加载向量的信息，所述比特加载向量是选择自用于编码数据的所述一个或多个比特加载向量，其中第二通信装置依已选择的比特加载向量解码数据。

本发明提供一种在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法的另一个实施例，包含：接收包含多个预定比特序列的至少一个第一消息；依预定规则通过利用预定比特序列确定一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量；传输第二消息，第二消息包含关于所述一个或多个天线加权向量与所述一个或多个比特加载向量的信息；自第一通信装置获得关于自所述一个或多个天线加权向量选择的一个天线加权向量的信息，其中第一通信装置与第二通信装置将已选择的天线加权向量施加于对应的天线；自第一通信装置接收包含报头与有效载荷的数据，其中报头携带关于比特加载向量的信息，所述比特加载向量是选择自用于编码数据的所述一个或多个比特加载向量；以及依已选择的比特加载向量解码数据。

以上所述的通信系统及在第一与第二通信装置之间交换数据的方法能够减少传输数据错误且将对信道带宽的影响减到最少。

下文将参考所附附图对本发明实施例作详细说明。

附图说明

图1显示依本发明实施例的通信系统。

图2显示依本发明实施例的通信装置的结构图。

图3显示依本发明实施例的已传输的信号的范例。

图4显示依本发明实施例的在通信装置的传输机与接收机之间的消息流程。

具体实施方式

以下描述为实施本发明的较佳预期模式。此描述是用于说明本发明原理的目的，并非作为本发明的限制。本发明的保护范围当视权利要求书所述范围为准。

图1显示依本发明实施例的通信系统100。通信系统100包含多个通信装置，举例来说，通信装置101～104。依本发明实施例，两个或多个通信装置可侦测彼此的存在并开始联合（association）程序以组成mmWave网络。

在联合程序期间，一对通信装置彼此交换信息并执行认证（authentication）与授权（authorization）以组成mmWave网络。依本发明实施例，波束成形训练（training）程序也可被采用于联合程序中以确定在一对通信装置之间的一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量（bitloading vector，以下简称为BLV）。比特加载是一种在窄带干扰下将宽带信道的带宽降低减到最少的方案。在比特加载方案中，测量每一个OFDM副载波的信道条件。依信道条件，为每一个OFDM副载波选择调制以优化其性能并将传输数据错误减到最少。BLV是以向量形式表示，BLV中的每一个元素代表指派给一个或多个OFDM副载波的调制。在实施例中，BLV中的每一个元素可由代表一个或多个OFDM副载波的调制的一个或多个比特组成。在另一个实施例中，BLV中的每一个元素代表一个或多个OFDM副载波的功率负载（power loading）。波束成形训练程序包含通信装置交换训练信号与包的步骤。在波束成形训练程序中，第一通信装置，例如通信装置101，可作为传输机或训练者（trainer）通信装置传输至少一个第一消息，其中第一消息包含多个预定比特序列（bitsequence），以及第二通信装置，例如通信装置102、103或104，可作为接收机或受训者（trainee）通信装置用于接收至少一个第一消息。依本发明实施例，第一消息可为训练信号或与多个预定比特序列连接（concatenate）的数据。

图2显示依本发明实施例的通信装置200的结构图。通信装置200包含多个天线201-1、201-2…至201-n，形成用于传输射频（radio frequency，以下简称为RF）模块（transmitting RF module，以下简称为TX）202的天线阵列与用于接收RF模块（receiving RF module，以下简称为RX）203的天线阵列。TX 202处理将在空中传输的信号，以及RX 203处理自空中接收的信号用于后续中频（intermediate frequency，以下简称为IF）或基频信号处理。通信装置200更包含物理层（physical layer）模块204与媒体访问控制（medium accesscontrol，以下简称为MAC）层模块205。物理层模块204与MAC层模块205可为固件（firmware）或软件模块以依mmWave标准执行物理层协议与MAC层协议。在波束成形训练程序中，第二（受训者）通信装置可依预定规则通过利用已接收的预定比特序列确定一个或多个AWV与一个或多个BLV，并将包含关于一个或多个AWV与一个或多个BLV的信息的第二消息传输至第一（训练者）通信装置。

图3显示依本发明实施例的已传输的信号（举例来说，第一消息）的范例。一个已传输的信号，包，包含前同步码（preamble）301、信道估计（channelestimation）字段302（以下简称为CE 302）、报头（header）303、有效载荷（payload）304以及训练比特序列305（图中表示为TRN-R/TRN-T），其中TRN-R代表用于训练接收方向的训练比特序列，以及TRN-T代表用于训练传输方向的训练比特序列。前同步码301便于通过接收通信装置的信号获得。CE 302有助于接收通信装置测量并确定信道特性，例如信号噪声比（signal to noise ratio，以下简称为SNR）。报头303携带关于有效载荷304的信息。依本发明实施例，接收通信装置（例如，第二通信装置）基于CE 302计算一套预定系数以确定在一对通信装置之间的信道特性。举例来说，对于传输装置，训练信号的SNR可为确定一个或多个AWV的主要因素，以及已估计的副载波信道频率响应可为确定一个或多个BLV的主要因素。

在获得一个或多个AWV与一个或多个BLV之后，第二通信装置将关于已获得的一个或多个AWV的信息与关于已获得的一个或多个BLV的信息送回至第一通信装置。第一通信装置自一个或多个AWV选择一个AWV，并与第二通信装置关于已选择的AWV进行通信。在交换关于已选择的AWV的信息之后，在交换至少一个数据之前，第一通信装置与第二通信装置将已选择的AWV施加于对应的天线（例如，天线201-1至201-n）。施加不同的AWV可导致不同的传输波束模式，举例来说，如图1所示的波束模式P1、P2…Pn。依本发明实施例，基于已选择的AWV，可获得较好的天线波束模式，从而进一步可通过第一通信装置确定较好的BLV。

依本发明实施例，在自一个或多个BLV选择较好的BLV之后，第一通信装置将关于已选择的BLV的信息携带在至少一个数据的报头中，举例来说，如图3所示的报头303，以便将信息传输至第二通信装置。关于已选择的BLV的信息可为已选择的BLV的内容（content）。依本发明另一个实施例，代表用于编码数据的后续有效载荷的BLV的预定索引（index）可像信息一样通过第一通信装置传输。举例来说，第一通信装置可用索引标记每一个BLV，并将关于新选择的BLV的索引的信息携带于至少一个数据的报头中。然后，在mmWave信道上传输的数据被编码，依已选择的BLV分散并调制至多个副载波，并在空中传输。第二通信装置利用已选择的BLV解码至少一个数据。

依本发明实施例，由于关于新选择的BLV的索引或内容的信息被携带于至少一个数据的报头中，第一通信装置更可在数据传输程序中灵活地将已选择的BLV改为自一个或多个BLV获得的另一个BLV，并将关于新选择的BLV的信息携带于数据的报头中。依本发明实施例，关于已选择的AWV与BLV的信息可被携带于相同包中。举例来说，关于已选择的AWV与BLV的信息都可被携带于管理包或数据包中。接收机通信装置（例如，第二通信装置）可自管理包或数据包提取关于已选择的AWV的信息与关于新选择的BLV的索引或内容的信息。依本发明另一个实施例，关于已选择的AWV与BLV的信息可被携带于不同包中。举例来说，关于已选择的AWV的信息可被携带于管理包中（例如调度（schedule）包），而关于已选择的BLV的信息可被携带于数据包中。接收机通信装置可自管理包提取关于已选择的AWV的信息，并自数据包提取关于新选择的BLV的索引或内容的信息。

请注意，在本发明实施例中，第一通信装置或第二通信装置可将修正请求传输至另一方（第二通信装置或第一通信装置）用于在数据传输期间修正一个或多个AWV与一个或多个BLV。由于一个或多个AWV与一个或多个BLV是依在第一通信装置与第二通信装置之间的信道特性（例如，预定训练比特序列的SNR或已估计的副载波信道频率响应）确定，第一通信装置及/或第二通信装置更可监视（monitor）信道特性并当确定信道特性已改变时，将修正请求传输至另一个通信装置以请求修正一个或多个AWV与一个或多个BLV。一旦发出修正请求，即可开始新的波束成形训练程序。接收修正请求的第一通信装置或第二通信装置可计算一套预定系数以确定在一对通信装置之间的信道特性，确定一个或多个AWV与一个或多个BLV，并将一个或多个AWV与一个或多个BLV送回至传输通信装置。

图4显示依本发明实施例的在传输机（例如第一通信装置）与接收机（例如第二通信装置）之间的消息流程。在发现与联合程序之后，可开始波束成形训练程序。依本发明实施例，波束成形训练程序可以预定时间周期来调度，且传输机可将波束成形训练程序的开始通知接收机。在通知接收机之后，传输机将包含多个预定比特序列的至少一个第一消息传输至接收机。接收机依预定规则通过利用预定比特序列计算一个或多个AWV与一个或多个BLV。然后，接收机将包含关于一个或多个AWV与一个或多个BLV的信息的第二消息传输至传输机。传输机也可计算一个或多个AWV与一个或多个BLV，并与接收机交换一个或多个AWV与一个或多个BLV。然后，传输机自一个或多个AWV与一个或多个BLV选择一AWV与一BLV。传输机首先在交换至少一个数据之前选择一个AWV并与接收机关于已选择的AWV进行通信。传输机与接收机都将已选择的AWV施加于对应的天线。在选择AWV之后，传输机自一个或多个BLV选择一个BLV。传输机将关于已选择的BLV的信息携带于包报头中，如上文所述通过利用已选择的BLV编码包的有效载荷，并将包传输至接收机。因此，接收机依已选择的BLV解码数据。请注意，依本发明实施例，第一通信装置或第二通信装置可将修正请求传输至另一通信装置以在数据传输期间修正一个或多个AWV与一个或多个BLV。如图4所示的范例，传输机将修正请求传输至接收机以启动BLV及/或AWV更新程序。然后，传输机将训练序列或数据传输至接收机以重计算AWV与BLV。最后，接收机将已更新的AWV与BLV发送至传输机。在将更新的AWV施加于对应的天线之后，传输机将关于已更新的BLV的信息携带于包报头中，如上文所述通过利用已更新的BLV编码包的有效载荷，并通过利用已更新的BLV开始将数据传输至接收机。

虽然本发明是以特定实施例来说明，其并非用于限制本发明的范畴。举凡本领域技术人员援依本发明的精神所做的等效变化与修饰，都应涵盖在权利要求书所述范围内。因此，本发明通过权利要求书及其等效变化界定。

Claims (20)

1.一种在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，包含：

将包含多个预定比特序列的至少一个第一消息传输至该第二通信装置；

自该第二通信装置接收第二消息，该第二消息包含关于一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量的信息，其中该第二通信装置依一预定规则通过利用所述预定比特序列确定该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量；

与该第二通信装置关于自该一个或多个天线加权向量选择的一个天线加权向量进行通信，以确定一个已选择的天线加权向量；

所述第一通信装置与所述第二通信装置将所述已选择的天线加权向量施加于对应的天线以设置天线；以及

将包含报头与有效载荷的数据发送至该第二通信装置，其中该报头携带关于比特加载向量的信息，该比特加载向量是选择自用于编码该数据的该一个或多个比特加载向量，

其中该第二通信装置通过利用该已选择的比特加载向量解码该数据。

2.如权利要求1所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

自该一个或多个比特加载向量选择另一个比特加载向量；以及

在该数据的该报头中传输关于该新选择的比特加载向量的信息。

3.如权利要求1所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，其特征在于，该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量是依在该第一通信装置与该第二通信装置之间的信道特性确定，且该方法更包含：

监视该信道特性；以及

当确定该信道特性已改变时，将修正请求传输至该第二通信装置以请求修正该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量。

4.如权利要求2所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

用索引标记每一个比特加载向量；以及

将关于该新选择的比特加载向量的索引或内容的信息携带在该数据的该报头中。

5.如权利要求1所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

传输包含关于该已选择的天线加权向量的信息的管理包。

6.如权利要求1所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

传输通过利用该已选择的比特加载向量编码的数据包。

7.如权利要求1所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

传输修正请求以请求修正该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量。

8.一种在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，包含：

接收包含多个预定比特序列的至少一个第一消息；

依预定规则通过利用该多个预定比特序列确定一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量；

传输第二消息，该第二消息包含关于该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量的信息；

自该第一通信装置获得关于天线加权向量的信息以及包含报头与有效载荷的数据，该天线加权向量是选择自该一个或多个天线加权向量，该报头携带关于比特加载向量的信息，该比特加载向量是选择自用于编码该数据的该一个或多个比特加载向量，且该第一通信装置与该第二通信装置将该已选择的天线加权向量施加于对应的天线；以及

通过利用该已选择的比特加载向量解码该数据。

9.如权利要求8所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，其特征在于，该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量是依在该第一通信装置与该第二通信装置之间的信道特性确定，且该方法更包含：

监视该信道特性；以及

当确定该信道特性已改变时，将修正请求传输至该第一通信装置以请求修正该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量。

10.如权利要求9所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

自该数据的该报头提取关于该新选择的比特加载向量的索引或内容的信息，其中每一个比特加载向量是用对应的索引来标记。

11.如权利要求8所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，其特征在于，该天线加权向量是依该已接收的预定比特序列的信号噪声比确定，而该比特加载向量是依在该第一通信装置与该第二通信装置之间的信道的已估计的信道脉冲响应确定。

12.如权利要求8所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

自该数据的该报头提取该已选择的比特加载向量。

13.如权利要求8所述的在第一通信装置与第二通信装置之间交换数据的方法，更包含：

传输修正请求以请求修正该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量。

14.一种通信系统，包含：

第一通信装置，该第一通信装置传输包含多个预定比特序列的至少一个第一消息；以及

第二通信装置，该第二通信装置依预定规则通过利用该至少一个第一消息的预定比特序列确定一个或多个天线加权向量与一个或多个比特加载向量，并将一第二消息传输至该第一通信装置，该第二消息包含关于该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量的信息，

其中在交换至少一个数据之前，该第一通信装置与该第二通信装置关于自该一个或多个天线加权向量选择的一个天线加权向量进行通信，以及该第一通信装置与该第二通信装置将该已选择的天线加权向量施加于对应的天线，

其中该第一通信装置将包含报头与有效载荷的至少一个数据传输至该第二通信装置，该报头携带关于比特加载向量的信息，该比特加载向量是选择自用于编码该数据的该一个或多个比特加载向量，以及

其中该第二通信装置依该已选择的比特加载向量解码该至少一个数据。

15.如权利要求14所述的通信系统，其特征在于，该第一通信装置更在该数据传输程序中依信道条件将该已选择的比特加载向量改为自该一个或多个比特加载向量获得的另一个比特加载向量，并将该新选择的比特加载向量携带于数据包或管理包的该报头中。

16.如权利要求15所述的通信系统，其特征在于，该第一通信装置将关于该新选择的比特加载向量的索引或内容的信息携带于该数据的该报头中。

17.如权利要求14所述的通信系统，其特征在于，该第一通信装置在管理包中传输关于该已选择的天线加权向量的信息并在数据包中传输关于该已选择的比特加载向量的信息。

18.如权利要求14所述的通信系统，其特征在于，该第一通信装置在管理包或数据包中传输关于该已选择的天线加权向量与该已选择的比特加载向量的信息。

19.如权利要求14所述的通信系统，其特征在于，该第一通信装置或该第二通信装置能够将修正请求传输至另一方以请求修正该一个或多个天线加权向量与该一个或多个比特加载向量。

20.如权利要求14所述的通信系统，其特征在于，该天线加权向量是依该已接收的预定比特序列的信号噪声比计算，而该比特加载向量是依在该第一通信装置与该第二通信装置之间的信道的已估计的信道脉冲响应计算。