CN104333403B - 天线阵列通信系统的通信方法、用户装置及基站 - Google Patents

天线阵列通信系统的通信方法、用户装置及基站 Download PDF

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Abstract

一种天线阵列通信系统的通信方法、用户装置及基站，该通信方法包括：基站传送多个波束，该多个波束由多个天线形成；以及用户装置选择部分波束；基站针对用户装置所选的部分波束配置波束群；用户装置依据已经配置的波束群，回复预编码讯息给基站。

Description

天线阵列通信系统的通信方法、用户装置及基站
技术领域
本公开涉及一种天线阵列通信系统的通信方法、用户装置及基站。
背景技术
随着通信技术的发展，天线阵列已经被用来传送数据。现今天线阵列也已经使用在LTE(Long Term Evolution)技术。例如，多样性通信或多工通信已被使用于LTE的天线阵列。
在天线阵列的天线数目可能超过100个。天线阵列的通信可以应用在频分多工(Frequency Division Duplexing；FDD)模式与时分双工(Time Division Duplex；TDD)模式。在频分多工模式，因为大量的天线而造成高回馈负载，所以在频分多工模式，降低负载是十分重要的。
发明内容
根据本公开的示范性实施例，提出一种天线阵列通信系统的通信方法。通信方法包括：由一基站传送多个波束，该多个波束是由基站的多个天线形成，并由用户装置选取部分波束；由该基站自该选取的部分波束配置波束群给该用户装置；以及该用户装置依据所配置的该波束群，回复预编码讯息给该基站。
根据本公开的一示范性实施例，提出一种天线阵列通信系统的用户装置。用户装置包括：收发单元及处理单元；收发单元接收由基站的多个天线形成的多个波束；处理单元自该多个波束选择部分波束，其中该部分波束中的一波束群被配置给该用户装置，该处理单元并依据该配置的该波束群得到预编码信息并由该收发单元回复给该基站。
根据本公开的一示范性实施例，提出一种天线阵列通信系统的基站。基站包括：收发单元及处理单元。收发单元传送由多个天线形成的多个波束，其中，用户装置选取部分波束；处理单元自选取的该多个波束配置波束群给该用户装置(又称之为“使用者装置”)，该收发单元还包括接收预编码讯息，该预编码讯息是用户装置依据该波束群得到的。
为了对本申请的上述及其他内容有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：
附图说明
图1绘示本申请一实施例的天线阵列通信系统的示意图。
图2绘示本申请第一实施例的基站传送多个波束到用户装置的示意图。
图3绘示本申请第一实施例天线阵列通信系统的的通信方法。
图4绘示本申请第二实施例天线阵列通信系统的的通信方法。
【符号说明】
100：基站
110，210：收发单元
120，220：处理单元
130，230：存储单元
200：用户装置
S1a，S1b，S1，S2，S1a’，S1b’，S1’，S2’，S3’：步骤
具体实施方式
本说明书的技术用语参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。另外，在可能实施的前提下，本说明书所描述的物件或事件间的相对关系，涵义可包含直接或间接的关系，所谓「间接」是指物件间尚有中间物或物理空间的存在，或指事件间尚有中间事件或时间间隔的存在。再者，以下内容关于天线阵列通信系统，对于该领域常见的技术或原理，若不涉及本申请的技术特征，将不予赘述。此外，图示中元件的形状、尺寸、比例以及流程的步骤顺序等仅为示意，供本领域技术人员了解本申请之用，非对本申请的实施范围加以限制。
另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本申请者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在可能实施的前提下，本领域技术人员可依据本申请的公开内容，并视自身的需求或设计理念，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，藉此增加本申请实施弹性。
本申请的公开内容包含天线阵列通信系统的通信方法，用户装置及基站，但本申请实施例的技术特征并非对本申请的限制，仅供本申请举例说明暨本领域技术人员了解本申请之用。此外，在可能实施的前提下，本领域技术人员能够依据本申请公开内容来选择等效的元件或步骤来实现本申请，亦即本申请的实施并不局限于本申请所公开的实施例。
另外，如果本申请的天线阵列通信系统的通信方法，用户装置及基站所包含的个别元件为已知元件的话，在不影响充分公开及可据以实现的情形下，以下说明对于实现的个别元件的细节将予以节略。
以下注记协助使本申请说明更清楚：
HM×N：物理多输入多输出通道(Physical MIMO channel)。
bi：第i波束的方向性波束合成加权。
Wn'×RI：应用在基频对应层级指标(Rank indicator：RI)的预编码装置，其中n'是相当于波束成型(Beamnical)天线端口数量。
R＝E{HHH}：物理多输入多输出通道协方差矩阵(Physical MIMO channelcovariance matrix)。
波束成型多输入多输出通道协方差矩阵(Beamnical MIMO channel covariance matrix)。
波束成型多输入多输出通道的克罗内克空间相关模型(Kronecker spatial correlation model)。
【第一实施例】
如图1所示，其显示一天线阵列通信系统1000。此天线阵列通信系统1000包括基站100配有天线阵列，及用户装置200。基站100传送数据给用户装置200或自用户装置200接收数据。用户装置200接收基站100传送的数据并执行一些程序，例如，呼叫程序、网页浏览程序、视频串流程序等。举例来说，用户装置200可以是智能手机、桌上计算机、笔记型计算机等。
基站100包括收发单元110，处理单元120，以及存储单元130。用户装置200包括收发单元210，处理单元220，以及存储单元230。收发单元110、210用以传送接收数据。例如，收发单元110、210可以是天线组合(combination of antennas)、射频集成电路(RFIC)、放大器(Amplifier)及模拟数字转换器(AD converter)、或具传送接收功能的电路、等。处理单元120，220执行多个计算程序、多个分析程序、或多个转换程序。例如，处理单元120，220可以是芯片、电路板、处理器及存储计算机程序代码的存储装置、或具有计算分析或转换功能的电路。存储单元130，230用以存储数据。存储单元130、230例如可以是存储器或硬盘。
请参阅第1～3图，其中图2显示多个波束b1～b5根据第一实施例自基站100传送到用户装置200。图3显示一天线阵列通信系统1000根据第一实施例的通信方法。在第2图中，基站100的天线是被配置于一阵列，并采用波束成型技术来形成波束b1～b5。
在本申请一实施例中，波束b1～b5可以有其固定的方向(fixed direction)。用户装置200的波束间的传输容量取决于用户装置200的位置、基站100与用户装置200间的障碍、或天气等。
本公开第一实施例提出一2阶段机制，期能降低回馈负载。如图3所示，所述通信方法包括2阶段S1及S2，其中S1并包括步骤S1a及步骤S1b。
在阶段S1的步骤S1a，基站100的收发单元110传送多个波束b1～b5，该多个波束b1～b5是由多个天线形成。用户装置200并选取波束b1～b5的其中部分波束。例如，用户装置200选取波束b2以及波束b3。
步骤S1a的其中一实施例，基站100的处理单元120将在波束b1～b5配置不同参考符号。用户装置200的处理单元220检测到波束b1～b5的参考符号及其能量，并选择波束b1～b5中能量大于临界值的部分波束，例如，波束2及波束3传送到用户装置200的能量大于该临界值。即，用户装置200的处理单元220选择了波束2及波束3。
步骤S1a的其中又一实施例，用户装置200的处理单元220依据物理多输入多输出通道协方差矩阵R来选择了波束b1～b5的其中部分波束。在一实施例，用户装置200的处理单元220计算物理多输入多输出通道协方差矩阵R，并依据物理多输入多输出通道协方差矩阵R来计算其特征空间(eigenspace)U，即R＝UDUH。然后，用户装置200的处理单元220找到相近于该特征空间的波束。例如，这些波束满足以下式子在预设临界值γ条件下。
||Ubi||<γ，其中||a||是向量的欧几理德范数。
满足上式条件的波束将被选取并回报给基站100。
在阶段S1的步骤S1b，基站100的处理单元120从用户装置200选取的波束配置波束群。该配置是依据该回报的波束及其他调度规则等。
步骤S1b的其中一实施例，基站100的处理单元120配置该选取波束的波束群会考虑到对其他用户装置的干扰。例如，另有用户装置200’可能位于靠近波束b2处，所以基站100的处理单元120配置波束b3为该波束群，期使避免对波束b2的干扰。
步骤S1b的其中一实施例，基站100的处理单元120配置该选取波束的波束群是依据用户装置200的移动状况(mobility)。例如，用户装置200可能移向波束b1，则基站100的处理单元120将波束b1并入波束群。
在阶段2，用户装置200依据已经配置的波束群，回复预编码讯息给基站100的收发单元110。
阶段2的其中一实施例，预编码讯息包括层级指标(rank indicator(RI))，预编码矩阵指标(pre-code matrix indicator:PMI)，以及通道质量指标(channel qualityindicator:CQI)。
【第二实施例】
请参阅图2及图4。图4公开天线阵列通信系统1000根据第二实施例的通信方法。第二实施例的通信方法和第一实施例的通信方法是不相同的。
如图4所示，此通信方法包括3个阶段S1’，S2’以及S3’，其中S1’阶段包括步骤S1a’及S1b’。
S1’阶段的步骤S1a’及S1b’与图3的S1阶段的步骤S1a及S1b’相似，S3’与图3的步骤S2相似。相似的部分在此不再赘述。
在步骤S2’，波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵RTs或其特征空间(eigenspace)U，RTs＝UDUH，将被回复到基站100的收发单元110。此波束成型(Beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵RTs是由用户装置200的处理单元220依据所配置的波束群来计算所计算的。
在一实施例，用户装置200可以是回复多个一维(rank-1)的预编码矩阵指标(PMI)来取代波束成型(Beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵。在收到这些rank-1的预编码矩阵指标(PMI)后，基站100的处理单元120可找出由rank-1预编码矩阵指标(PMI)生成的子空间来估计波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵的特征空间Q。估计该特征空间Q的一个例子，例如是由列间隔(column-wisely)连结rank-1预编码矩阵指标(PMI)的QR分解，即，[v1 v2 … vM]＝QR，其中，{vi}是回报的rank-1预编码矩阵指标(PMI)。
rank-1预编码矩阵指标(PMI)的位总数通常是小于协方差矩阵或特征空间的位数，推论是可降低回复的负载。
如上所述，当天线阵列是频分多工(FDD)模式，利用波束合成技术的3阶段方案，推论是可以降低负载的。
如上所述，其中所述天线阵列可以例如是超大型天线阵列(massive antennaarray)。其中所述基站100可以例如是基站(evolved Node B，eNB)。
综上所述，虽然本申请技术已以实施例公开如上，然其并非用以限定本公开。本申请所属领域技术人员在不脱离发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本申请的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (19)

1.一种天线阵列通信系统的通信方法，所述通信方法包括：
由基站传送多个波束，该多个波束是由该基站的多个天线形成，并由用户装置选取部分波束；
该基站根据该用户装置的可能移向，自该选取的部分波束配置波束群给该用户装置；以及
该用户装置依据所配置的该波束群，回复预编码讯息给该基站。
2.如权利要求1所述的通信方法，其中该基站在每一波束配置参考符号。
3.如权利要求2所述的通信方法，该选取步骤还包括：该用户装置检测到各波束的能量，并选择能量大于临界值的波束，并回报所选取的波束给该基站。
4.如权利要求2所述的通信方法，其中，该用户装置依据物理多输入多输出通道协方差矩阵来选择部分波束。
5.如权利要求1所述的通信方法，其中，该基站还依据该用户装置的多个调度规则，自所选取的该部分波束配置该波束群。
6.如权利要求1所述的通信方法，其中，该预编码讯息是层级指标(rank indicator:RI)。
7.如权利要求1所述的通信方法，其中，该预编码讯息是预编码矩阵指标(pre-codematrix indicator:PMI)。
8.如权利要求1所述的通信方法，还包括：
用户装置依据配置的该波束群，回复波束成型(Beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵给基站。
9.一种用户装置，适用于天线阵列通信系统，包括：
收发单元，接收由基站的多个天线形成的多个波束；
处理单元，该基站根据该用户装置的可能移向，自该多个波束选择部分波束，其中该部分波束中的波束群被配置给该用户装置，该处理单元并依据该波束群得到预编码讯息并由该收发单元回复给该基站。
10.如权利要求9所述的用户装置，其中，该处理单元检测各波束的能量，选择该多个波束中能量大于临界值的部分波束。
11.如权利要求9所述的用户装置，其中，该处理单元依据物理多输入多输出通道协方差矩阵来选择该多个波束的部分波束。
12.如权利要求9所述的用户装置，其中，该预编码讯息是层级指标(rankindicator:RI)。
13.如权利要求9所述的用户装置，其中，该预编码讯息是预编码矩阵指标(pre-codematrix indicator:PMI)。
14.如权利要求9所述的用户装置，其中，
该处理单元还包括依据被配置给该用户装置的该波束群来计算波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵，以及
该收发单元还回报该波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵到该基站。
15.如权利要求14所述的用户装置，其中，
该用户装置回复多个rank-1的预设矩阵指标(PMI)，以及
该基站估计波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵的特征空间。
16.一种基站，适用于天线阵列通信系统，包括：
收发单元，传送由多个天线形成的多个波束，其中，用户装置选取部分波束；以及
处理单元，根据该基站根据该用户装置的可能移向选取的该多个波束配置波束群给该用户装置；
其中，该收发单元还包括接收预编码讯息，该预编码讯息是用户装置依据该波束群得到的。
17.如权利要求16所述的基站，其中该处理单元在各波束配置参考符号。
18.如权利要求16所述的基站，其中，该处理单元根据选取的该多个波束配置波束群给该用户装置，该配置还依据该用户装置调度规则。
19.如权利要求16所述的基站，其中，该收发单元还包括：接收由用户装置依据所配置的该波束群得到的波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵、波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵的特征空间或波束成型(beamnical)多输入多输出通道协方差矩阵的多个Rank-1预设矩阵指标(PMI)。
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