CN109921834B - 多天线系统及预编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多天线系统及预编码方法。该多天线系统的预编码方法包括下列步骤。参考装置传送第一参考信号至基站天线，基站计算得到上行信道信息并传送至协调服务器。基站传送第二参考信号至参考装置，参考装置计算得到下行信道信息并传送至协调服务器。协调服务器执行下列操作：根据上行信道信息计算基站天线之间的载波频率偏移；根据载波频率偏移、上行信道信息、以及下行信道信息，计算信道校正系数；根据用户设备在第一时间点的第一上行信道及信道校正系数，计算在第一时间点的第一下行信道；使用预测函数预测在第二时间点的第二下行信道；根据第二下行信道产生预编码器。

Description

多天线系统及预编码方法

技术领域

本发明涉及一种多天线系统及预编码方法。

背景技术

多天线系统在理论及实际上已被证明可利用预编码(Precoding)和/或波束成形(Beamforming)等技术，同时让多位使用者存取无线资源，增加频谱使用效率。近来研究指出，若基站搭载的天线数大于四倍的用户数，则频谱使用效率将可随用户数增加呈线性成长，称为大规模(Massive)天线理论。一般来说，只要基站天线数超过64，便可称为大规模天线。此外，也可以协调多个基站，共同对用户进行数据传输，达到等效于大规模天线的效能，称为多基站协调(Multi-Cell Coordination，MCC)系统。在MCC系统中，所有基站由一台协调服务器(Coordination server)控制，可依用户情况选择最佳的传输模式。

由于MCC系统中各基站的时钟源(Clock Source)皆独立，因此基站间存在载波频率偏移(Carrier Frequency Offset，CFO)。另外还包括其他不完美因素，例如因CFO产生的采样时钟偏移(Sampling Clock Offset，SCO)、传输延迟造成的时间偏移(TimingOffset)、CFO造成下行和上行信道具有相反的线性相位、射频响应的时变效应等，将造成信道估计不准确，经过预编码之后，仍可能会产生基站间干扰(Inter-Cell Interference，ICI)及用户间干扰(Inter-User Interference，IUI)，降低系统容量。因此，提出一种多天线系统或多基站系统以及预编码方法以解决上述问题，乃目前业界所致力课题之一。

发明内容

本发明涉及一种多天线系统以及多天线系统的预编码方法，以达到多天线系统的协调与同步。

根据本发明的一实施例，提出一种多天线系统的预编码方法，包括下列步骤。参考装置传送第一参考信号至多个基站天线。基站根据第一参考信号计算多个基站天线的多个上行信道信息，并传送多个上行信道信息至协调服务器。协调服务器根据上行信道信息计算多个基站天线之间的载波频率偏移。基站传送第二参考信号至参考装置。参考装置根据第二参考信号计算多个基站天线的多个下行信道信息，并传送多个下行信道信息至协调服务器。协调服务器根据载波频率偏移、多个上行信道信息、以及多个下行信道信息，计算信道校正系数。协调服务器根据用户设备在第一时间点的第一上行信道以及信道校正系数，计算用户设备在第一时间点的第一下行信道。协调服务器根据第一下行信道，使用预测函数预测用户设备在第二时间点的第二下行信道。协调服务器根据第二下行信道产生预编码器。

根据本发明的另一实施例，提出一种多天线系统，多天线系统包括至少一基站、至少一参考装置、及一协调服务器。至少一基站包括多个基站天线。其中，参考装置传送第一参考信号至多个基站天线，基站根据第一参考信号计算多个基站天线的多个上行信道信息，并传送多个上行信道信息至协调服务器，协调服务器根据多个上行信道信息计算多个基站天线之间的载波频率偏移。基站传送第二参考信号至参考装置，参考装置根据第二参考信号计算多个基站天线的多个下行信道信息，并传送多个下行信道信息至协调服务器，协调服务器根据载波频率偏移、多个上行信道信息、以及多个下行信道信息，计算信道校正系数。协调服务器根据用户设备在第一时间点的第一上行信道以及信道校正系数，计算用户设备在第一时间点的第一下行信道，根据第一下行信道使用预测函数预测用户设备在第二时间点的第二下行信道，并且根据第二下行信道产生预编码器。

根据本发明的又另一实施例，提出一种用于协调服务器的预编码方法，包括下列步骤。接收来自多个基站天线的多个上行信道信息。根据多个上行信道信息计算多个基站天线之间的载波频率偏移。接收来自参考装置的多个下行信道信息，多个下行信道信息分别对应于多个基站天线。根据载波频率偏移、多个上行信道信息、以及多个下行信道信息，计算信道校正系数。根据用户设备在第一时间点的第一上行信道以及信道校正系数，计算用户设备在第一时间点的第一下行信道。根据第一下行信道，使用预测函数预测用户设备在第二时间点的第二下行信道。根据第二下行信道产生预编码器。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举若干实施范例，并配合附图详细说明如下：

附图说明

图1绘示依据本发明一实施例的多天线系统示意图。

图2绘示依据本发明另一实施例的多天线系统示意图。

图3绘示依据本发明一实施例使用的传输模型图。

图4绘示依据本发明一实施例的多天线系统预编码方法流程图。

图5A及图5B绘示依据图4所示各步骤应用于如图1所示多天线系统的示意图。

图6绘示本发明一实施例的传送参考信号的时序图。

图7绘示本发明另一实施例的传送参考信号的时序图。

【符号说明】

1、2：多天线系统

C1、C2、C3：时段

CS：协调服务器

eNB_1～eNB_p：基站

Fu：上行时间的子帧

Fd：下行时间的子帧

Fs：特别子帧

RD_1～RD_q：参考装置

S101～S109：步骤

T₀：时间差

T₁：第一时间点

T₂：第二时间点

UE_1～UE_s：用户设备

具体实施方式

图1绘示依据本发明一实施例的多天线系统示意图。在此实施例中，多天线系统1包括多个基站eNB_1～eNB_p、参考装置RD_1、以及协调服务器CS，其中p为基站的数量且p为大于1的整数。基站eNB_1～eNB_p可以具有多根基站天线，例如总共具有Nt根基站天线，Nt为大于1的整数，各基站可以具有一或多根基站天线。如图1所示实施例具有多个基站，也可称为多基站系统。

而此实施例中虽以长期演进技术(Long Term Evolution，LTE)系统中的演进节点B(evolved Node B，eNB)作为基站eNB_1～eNB_p的范例与标号说明，然而本发明的多天线系统1并不仅限使用于LTE系统中，也可应用于其他类型的无线通信网络。参考装置RD_1例如是移动装置、个人计算机或闲置中的基站等。所谓闲置中的基站是指由协调服务器CS判定，当前没有提供服务或当前负载较轻的基站。藉由让闲置中的基站作为参考装置，可以充分利用可用的资源进行信道校正。若有多个闲置中的基站，协调服务器CS可进行调度，以决定轮到哪些闲置中的基站做为参考装置之用。

参考装置RD_1可以具有一根或多根参考装置天线，例如Nr根参考装置天线，Nr为大于或等于1的整数。基站eNB_1～eNB_p分别无线地通信连接至参考装置RD_1。基站eNB_1～eNB_p与参考装置RD_1分别有线地通信连接至协调服务器CS。在另外的实施例中，参考装置的数量也可以是多个。

多天线系统1可用以服务用户设备(user equipment，UE)UE_1～UE_s，s为用户设备的数量且为大于或等于1的整数。用户设备UE_1～UE_s皆具有大于或等于一根用户设备天线，且可以无线地通信连接基站eNB_1～eNB_p。

在不同的实施例中，基站也可根据实际需要选择基站天线中的部分进行传输，亦即各基站用来传输的基站天线数量可小于各基站所具有的基站天线总数。为使说明更为简洁，以下的说明皆以用来传输的基站天线数量等于基站天线的总数为例，但本发明不以此为限。

图2绘示依据本发明另一实施例的多天线系统示意图，此实施例绘示一种单一基站大规模天线系统。多天线系统2包括单一基站eNB_1、参考装置RD_1～RD_2、以及协调服务器CS。单一基站eNB_1具有多根基站天线，例如Nt根基站天线，Nt为大于1的整数。每一参考装置RD_1～RD_2的参考装置天线的数量可为一个或多个。此例中虽仅绘示两个参考装置，然多天线系统2也可以包括3个或更多参考装置。

图1与图2绘示两种多天线系统的实施例，基站数量可为一或多个，参考装置的数量也可为一或多个。在不失一般性原则下，以下说明中的多天线系统包括协调服务器CS、基站eNB_1～eNB_p、参考装置RD_1～RD_q、用户设备UE_1～UE_s。其中p、q、s皆是大于或等于1的整数，一个或多个基站eNB_1～eNB_p总共具有Nt根基站天线，一个或多个参考装置RD_1～RD_q总共具有Nr根参考装置天线。参考装置RD_1～RD_q与基站eNB_1～eNB_p具有各自的载波频率，例如参考装置RD_r(r＝1，2，…q)具有载波频率η_r，而基站eNB_b(b＝1，2，…p)具有载波频率ε_b。

图3绘示依据本发明一实施例使用的传输模型(link model)图。在图3中，最左侧的方块代表基站eNB_b的第n根天线(n＝1，2，…Nt)，最右侧的方块代表参考装置RD_r的第k根天线(k＝1，2，…Nr)。上方的箭头(由基站eNB_b的第n根天线指向参考装置RD_r的第k根天线)代表下行链路(downlink)。下方的箭头(由参考装置RD_r的第k根天线指向基站eNB_b的第n根天线)代表上行链路(uplink)。α代表传送端的射频响应，例如α_b，n代表的是以基站eNB_b的第n根天线作为传送端的射频响应，α_r，k代表以参考装置RD_r的第k根天线作为传送端的射频响应。β代表接收端的射频响应，β_b，n代表的是以基站eNB_b的第n根天线作为接收端的射频响应，β_r，k代表的是以参考装置RD_r的第k根天线作为接收端的射频响应。g_{(b，n)→(r，k)}与g_{(r，k)→(b，n)}代表空气中信道(channel)，若空气中信道具有互易性(reciprocity)，则g_{(b，n)→(r，k)}可视为等于g_{(r，k)→(b，n)}。

图4绘示依据本发明一实施例的多天线系统预编码方法流程图，预编码方法包括下列步骤。步骤S101：参考装置传送第一参考信号至多个基站天线。步骤S102：基站根据第一参考信号计算多个基站天线的多个上行信道信息，并传送多个上行信道信息至协调服务器。步骤S103：协调服务器根据上行信道信息计算多个基站天线之间的载波频率偏移。步骤S104：基站传送第二参考信号至参考装置。步骤S105：参考装置根据第二参考信号计算多个基站天线的多个下行信道信息，并传送多个下行信道信息至协调服务器。步骤S106：协调服务器根据载波频率偏移、上行信道信息、以及下行信道信息，计算信道校正系数。步骤S107：协调服务器根据用户设备在第一时间点的第一上行信道以及信道校正系数，计算用户设备在第一时间点的第一下行信道。步骤S108：协调服务器根据第一下行信道，使用预测函数预测用户设备在第二时间点的第二下行信道。步骤S109：协调服务器根据第二下行信道产生预编码器。图4所示的预编码法可以用以对图1或图2所示的多天线系统进行预编码，各步骤详细说明如下。为了便于说明，以下使用图1作为范例说明，然而本发明不限于此，图4所示步骤也可用于如图2所示的多天线系统。另外请参考图5A及图5B，其绘示依据图4所示各步骤应用于如图1所示多天线系统的示意图。

步骤S101，参考装置RD_1传送第一参考信号至基站eNB_1～eNB_p的多个基站天线，第一参考信号例如为上行参考信号。如图5A所示，步骤S101可以包括参考装置RD_1分别传送第一参考信号至基站eNB_1以及基站eNB_p。

可参考图3所示的传输模型。参考装置RD_r在传送上行参考信号到基站eNB_b时，会因为传送的参考装置天线及接收的基站天线的不同，而受到不同初始相位的影响。举例来说，通过参考装置RD_r的第一根参考装置天线传送的上行参考信号会受到传送端初始相位θ_r，1的影响，通过参考装置RD_r的第二根参考装置天线传送的上行参考信号会受到传送端初始相位θ_r，2的影响，以此类推。相似地，通过基站eNB_b的第一根基站天线接收的上行参考信号会受到接收端初始相位φ_b，1的影响，通过基站eNB_b的第二根基站天线接收的上行参考信号会受到接收端初始相位φ_b，2的影响，以此类推。

步骤S102，基站eNB_1以及基站eNB_p可以分别根据收到的第一参考信号执行信道估计，计算各自对应基站天线的上行信道信息。基站eNB_1以及基站eNB_p并可分别将计算得到的上行信道信息传送至协调服务器CS。如图5A所示，步骤S102可以包括基站eNB_1及基站eNB_p传送多个上行信道信息至协调服务器CS。

举例来说，基站eNB_1会收到来自参考装置RD_1的第一根参考装置天线到第Nr根参考装置天线的上行参考信号(可称为上行参考信号集ULRS_1_1)、来自参考装置RD_2的第一根参考装置天线到第Nr根参考装置天线的上行参考信号(可称为上行参考信号集ULRS_2_1)等，以此类推；接着，基站eNB_1依据上行参考信号集ULRS_1_1计算对应于参考装置RD_1的各参考装置天线的上行信道信息，依据上行参考信号集ULRS_2_1计算对应于参考装置RD_2的各参考装置天线的上行信道信息，以此类推。

基于图3所示的传输模型，基站eNB_b(b＝1，2，…，p)依据上行参考信号集ULRS_r_b所计算出对应于参考装置RD_r(r＝1，2，…，q)的上行信道信息

可以表示为维度(dimension)为Nt×Nr(即有Nt列与Nr行)的复数矩阵(complex matrix)，其中

的第k行第n列的元素(element)可表示为：

其中z_b(t)为噪声项。

由上式可知，

是由基站eNB_b所观测到的上行信道信息(可视为由基站eNB_b观测到的上行信道)，由于受到初始相位与载波频率偏移(例如参考装置RD_r的载波频率η_r与基站eNB_b的载波频率ε_b不同)的影响，而与实际的上行信道不同。因此，

可视为实际上行信道H_r→b(t)乘上一个由初始相位与载波频率偏移所组成的项，再加上噪声项。

步骤S103，协调服务器CS依据上行信道信息计算各基站eNB_1～eNB_p的相对载波频率偏移量。所谓相对载波频率偏移量是指预先选择基站eNB_1～eNB_p中的其中之一，作为一参考基站，其他基站的载波频率偏移量与参考基站的载波频率偏移量的差值。举例来说，假设选择基站eNB_1作为参考基站，基站eNB_2的载波频率偏移量与基站eNB_1的载波频率偏移量的差值即为基站eNB_2的相对载波频率偏移量，以此类推。

首先，假设选择基站eNB_1为参考基站，定义一参数矩阵G_1b(t)：

其中

为由基站eNB_1所计算出的参考装置RD_r的所有参考装置天线到基站eNB_1的所有基站天线的上行信道矩阵(即由上行信道信息组成)，

为

的赫密特矩阵(Hermitian matrix)，H_r→b(t)为实际上行信道矩阵，

为实际上行信道矩阵的赫密特矩阵，

为噪声项。

接着，在经过时间D之后，可以得到参数G_1b(t+D)：

将G_1b(t)与G_1b(t+D)做共轭复数乘法(Complex Conjugate Multiplication)可得另一参数R_1b(t，t+D)：

其中v(t，t+D)为噪声所造成的影响的综合项。

在不失一般性的情况下，时间D内上行信道变化不大(即上行信道的变化可以被忽略)，于是

可视为等于

H_r→b(t+D)可视为等于H_r→b(t)，而R_1b(t，t+D)可改写为：

在具有多个参考装置的实施例中，协调服务器CS依据所有来自基站eNB_b的上行信道信息(分别对应于参考装置RD_1～RD_q)以上述方式计算后，将所有计算结果以权重合并(weight combining)的方式进行合并，例如以最大比值合并(maximum ratiocombining)，合并后可得：

由上式可知，基站eNB_b相对于基站eNB_1的相对频率偏移量(ε₁-ε_b)可从R_1b(t，t+D)的相位中获得。此外，藉由最大比值合并后所得的R_1b(t，t+D)，在与相对频率偏移量的相关项

上增加了一第一增益(gain)，即

当参考装置RD_1～RD_q的数量越多(即q的值越大)时，第一增益越大，进而使得具有第一增益的项与v(t，t+D)的比例相对地越大。换句话说，藉由权重合并(例如最大比值合并)，可以减少噪声所造成的影响，而增加计算相对频率偏移量的准确度。需要注意的是，上述合并方式仅为举例而已，本发明并不以此为限。

上述的权重合并的方式除了可使用最大比例合并方式外，也可使用等增益合并(equal gain combining)、切换式合并(switching combining)或选择性合并(selectioncombining)等其他权重合并方式。

经由上述计算后，由协调服务器CS所计算出的基站eNB_b的相对频率偏移量

可表示为：

其中

表示取R_1b(t，t+D)的相位。

需要注意的是，

是由基站eNB_b所计算出的值，即估计值，与实际值可能不相同。估计的准确度越高，则

会越接近实际值。

可以理解的是，上述说明是以基站eNB_b为例，实际操作时，协调服务器CS会一一依据每一基站eNB_1～eNB_p所传送的上行信道信息，分别以上述方式进行计算，以获得对应于各基站eNB_1～eNB_p的相对载波频率偏移量。

步骤S104，各基站eNB_1～eNB_p可分别传送下行参考信号集DLRS_1_1～DLRS_p_q至各参考装置RD_1～RD_q。举例来说，基站eNB_1分别传送下行参考信号集DLRS_1_1～DLRS_1_q至参考装置RD_1～RD_q，即基站eNB_1传送下行参考信号集DLRS_1_1至参考装置RD_1，传送下行参考信号集DLRS_1_2至参考装置RD_2，以此类推。

如同上行参考信号一般，下行参考信号也会因传送的基站、接收的参考装置的不同，而受到载波频率偏移的影响，也会因传送的基站的基站天线/接收的天线的参考装置的参考装置天线不同，而受到初始相位的影响。

步骤S105，各参考装置RD_1～RD_q依据各自收到的下行参考信号集DLRS_1_1～DLRS_p_q计算对应于各基站eNB_1～eNB_p的各基站天线的下行信道信息，并将计算出的下行信道信息传送至协调服务器CS。举例来说，参考装置RD_1会收到来自基站eNB_1的下行参考信号集DLRS_1_1、来自基站eNB_2的下行参考信号集DLRS_2_1等，以此类推；接着，参考装置RD_1依据下行参考信号集DLRS_1_1计算对应于基站eNB_1的各基站天线的下行信道信息，依据下行参考信号集DLRS_2_1计算对应于基站eNB_2的各基站天线的上行信道信息，以此类推。

基于图3所示的传输模型，从基站eNB_b的第n根天线到参考装置RD_r的第k根天线的下行信道信息h_{(b，n)→(r，k)}(t)可表示为：

其中θ_b，n为基站eNB_b的第n根天线的初始相位，φ_r，k为参考装置RD_r的第k根天线的初始相位。需注意的是，在不失一般性的情况下，将噪声项省略以简化计算与说明。

步骤S106，协调服务器根据载波频率偏移、上行信道信息、以及下行信道信息，计算对应于各基站eNB_1～eNB_p的信道校正系数。在时间点t+T₀，由参考装置RD_r的第k根天线至基站eNB_b的第n根天线的上行信道信息可表示为：

其中T₀为传送下行参考信号与传送上行参考信号之间的时间差，θ_r，k为参考装置RD_r的第k根天线的初始相位，φ_b，n为基站eNB_b的第n根天线的初始相位。

为经步骤S103计算出的载波频率偏移。

在一实施例中，第一个时间D内(时间区间t＝0～D)，协调服务器CS计算出第一个相对载波频率偏移量的初始值，在第二个时间D内(时间区间t＝D～2D)，协调服务器CS计算第二个相对载波频率偏移量，并将在第一个时间D内计算出的第一个相对载波频率偏移量作为计算信道校正系数的依据，并计算信道校正系数。换句话说，计算信道校正系数可以依据前次计算出的相对载波频率偏移量来计算。

信道校正系数c_{(b，n)→(r，k)}(t+T₀)可表示为：

接着，可对基站eNB_1的第一根天线以及参考装置RD_r的第一根天线正规化(normalize)，正规化后的信道校正系数c′_{(b，n)→(r，k)}(t+T₀)可表示为：

步骤S107可以包括，各基站eNB_1～eNB_p接收来自各用户设备UE_1～UE_s的上行参考信号，并依据用户设备UE_1～UE_s的上行参考信号计算对应于各用户设备的上行信道信息。各基站eNB_1～eNB_p分别将计算出的用户设备的上行信道信息传送至协调服务器CS，可参考图5A。

针对用户设备UE_u(u＝1，2，…s)，协调服务器CS利用用户设备UE_u在第一时间点T₁的上行信道h_{(u，1)→(b，n)}(t+T₁)以及在步骤S106计算得到的信道校正系数c′_{(b，n)→(r，k)}(t+T₀)，计算出用户设备UE_u在第一时间点T₁等效的下行信道信息：

其中η_u为用户设备UE_u的载波频率，

为藉由参考装置RD_1～RD_q与基站eNB_1～eNB_p计算出的信道校正系数。换句话说，协调服务器CS是用参考装置RD_1～RD_q与基站eNB_1～eNB_p计算出的信道校正系数计算用户设备UE_u的下行信道信息。

将所有用户设备UE_1～UE_u的下行信道信息以矩阵表示：

其中h_b→u为基站b到用户u的信道向量，

为信道校正系数的矩阵，H^CFO(t+T₁)为载波频率偏移项的矩阵。

协调服务器CS可再根据用户设备UE_1～UE_u的下行信道信息计算预编码器(precoder)或预编码矩阵，例如以强制归零(zero forcing)的方式计算出预编码矩阵F_ZF(t+T₁)：

然而，在第二时间点T₂时，实际的下行信道为：

因此若根据这个算出的预编码矩阵F_ZF(t+T₁)在第二时间点T₂进行预编码，可能造成预编号效果不佳。

如以上所述，利用参考装置解决基站间同步、射频响应的时变效应、频率选择性衰减信道、及下行信道状态信息取得的问题。但此信道校正系数会因估计误差导致相位时变，并且产生当下的预编码后，是使用在下个时间点的信道。亦即，在第二时间点T₂使用第一时间点T₁产生的预编码矩阵，会因为信道的时变性质(例如相位会随时间改变)而造成预编码效果不佳，使得系统效能变差。

步骤S108，协调服务器CS使用预测函数p_b(t+T₂)预测用户设备在第二时间点T₂的第二下行信道，对信道校正系数预测在第二时间点T₂的时变相位，以得到较为准确的下行信道信息，改善预编码效果。

根据预测函数p_b(t+T₂)，一般用户设备在第二时间点T₂的等效下行信道可以表示为：

以矩阵表示：

在一实施例中，协调服务器CS可根据用户设备在多个参考时间点的多个参考上行信道以及信道校正系数，计算用户设备在多个参考时间点的多个参考下行信道，计算方式如前所述，接着协调服务器可根据这些参考下行信道产生预测函数。举例而言，协调服务器CS可以存储多个在过去时间点所计算的用户设备等效下行信道值，根据所存储的这些过去时间点的等效下行信道值，计算得到一个预测趋势，进而产生预测函数。

本发明所使用的预测函数形式并不限定，以下列举数个预测函数的实施例。在一实施例中，预测函数为多项式函数，协调服务器CS根据多个参考时间点及多个参考下行信道执行多项式回归(regression)分析，以找出配适(fitting)多项式作为预测函数。例如预测函数可表示为p_b(t)＝q₀+q₁t+q₂t²+…+q_ntⁿ，将时间作为自变量，将用户设备等效下行信道作为因变量，利用多次估计的等效下行信道

进行回归分析，例如使用最小二乘法、矩估计、最大似然估计，以得到最佳系数q₀，q₁，…q_n。

在另一实施例中，协调服务器CS计算多个参考下行信道

的加权平均(weighted average)，并根据加权平均的相位信息产生预测函数。此方法可称为平滑(smoothing)算法，预测函数的相位可表示为

其中q_m代表计算加权平均时，各个参考下行信道的权重，此计算共使用M个参考下行信道。举例而言，各个参考下行信道使用相同权重q_m时，此方法为计算多个参考下行信道的算术平均值；而在一种实作方式中，可将距离目前时间较近的参考下行信道给予较高的权重，距离目前时间较远的参考下行信道给予较低的权重，以根据最近时间点的相位变化预测未来时间点可能的相位改变。

步骤S109，协调服务器CS根据第二下行信道产生预编码器，例如以强制归零的方式计算预编码矩阵，可表示为：

经过预编码后，新的等效下行信道矩阵可表示为：

在步骤S109，协调服务器CS可将算出的预编码矩阵分别传送至基站eNB_1～eNB_p。由于预编码矩阵含有各基站eNB_1～eNB_p的相对载波频率偏移量及信道校正系数等信息，基站eNB_1～eNB_p可以在对用户设备UE_1～UE_s进行下行传输时使用预编码矩阵进行信道校正，使得基站eNB_1～eNB_p之间的协作更加同步，进而让用户设备UE_1～UE_s获得较佳的服务质量。

图6绘示本发明一实施例的传送参考信号的时序图。在本实施例中，下行参考信号(基站传送至参考装置的第二参考信号)是配置在时段C1，下行参考信号在上行时间的子帧(sub-frame)Fu与下行时间的子帧Fd之间的特别子帧(special sub-frame)Fs内传输。进一步来说，下行参考信号是配置在特别子帧Fs的保护时间(guard period)内传输，紧接着参考装置RD_1～RD_q计算下行信道信息并传送至协调服务器CS，此步骤例如可对应于图4的步骤S105。

上行参考信号(参考装置传送至基站的第一参考信号)是配置在时段C2，上行参考信号在上行时间的子帧Fu内传输，紧接着基站eNB_1～eNB_p计算上行信道信息并传送至协调服务器CS，此步骤例如可对应于图4的步骤S102。以LTE系统为例，上行参考信号可配置在上行时间的上行导引时隙(Uplink Pilot Time Slot，UpPTS)内传输。

用户设备的上行信道信号配置在时段C3，基站eNB_1～eNB_p计算用户设备UE_1～UE_s的上行信道信息并传送至协调服务器CS，此步骤例如可对应于图4的步骤S107，时段C3例如可配置在邻近于下一个下行时间的上行时间的子帧内。当执行完步骤S108及步骤S109之后，基站eNB_1～eNB_p可从协调服务器CS取得预编码矩阵，并可将预编码矩阵用在接下来多个下行时间的子帧Fd以服务用户设备UE_1～UE_s。

图7绘示本发明另一实施例的传送参考信号的时序图。此实施例与图6实施例的差别在于，下行参考信号所配置的时段C1，是在下行时间的子帧Fd内，接着参考装置RD_1～RD_q计算下行信道信息并传送至协调服务器CS。

与图6所示实施例相同，上行参考信号是配置在上行时间的子帧Fu内传输(时段C2)，紧接着基站eNB_1～eNB_p计算上行信道信息并传送至协调服务器CS。基站eNB_1～eNB_p计算用户设备UE_1～UE_s的上行信道信息(时段C3)并传送至协调服务器CS后，基站eNB_1～eNB_p可从协调服务器CS取得预编码矩阵，并可将预编码矩阵用在接下来多个下行时间的子帧Fd以服务用户设备UE_1～UE_s。

时间T₀例如代表第一参考信号与第二参考信号之间的时间差，即时段C1与时段C2之间的时间差。而图4所示预编码方法其中的第一时间点T₁，例如可以是在时段C2与时段C3之间的时间点，亦即是在时段C1与时段C2结束之后，协调服务器计算得到信道校正系数的时间点。而第二时间点T₂例如是在时段C3之后，亦即是在收到用户设备的上行信道信息之后，协调服务器CS要预测于时间点T2的等效下行信道，据以产生预编码矩阵。

除此之外，上行参考信号及下行参考信号可以依据需要而有不同的设计，以使得基站eNB_1～eNB_p可辨别出上行参考信号的来源(参考装置/参考装置天线)，及使得参考装置RD_1～RD_q可辨别出下行参考信号的来源(基站/基站天线)。在一实施例中，参考装置RD_1～RD_q的各个参考装置天线可分别使用具有不同频率的子载波(sub-carrier)传送上行参考信号，例如参考装置RD_1的第一根参考装置天线使用具有第一频率的子载波传送上行参考信号，参考装置RD_1的第二根参考装置天线使用具有第二频率的子载波传送上行参考信号，以此类推。或是不同的参考装置的参考装置天线，可使用不同频率的子载波传送上行参考信号。在另一实施例中，参考装置RD_1～RD_q的各个参考装置天线可分别传送经不同的正交码编码的上行参考信号，例如参考装置RD_1的第一根参考装置天线传送第一正交码编码的上行参考信号，参考装置RD_1的第二根参考装置天线传送第二正交码编码的上行参考信号，以此类推。或是不同参考装置的参考装置天线，可分别传送经不同的正交码编码的上行参考信号。以上仅为举例而已，本发明不以此为限。

相似地，基站eNB_1～eNB_p的各个基站天线可分别使用具有不同频率的子载波传送下行参考信号。或是不同的基站的基站天线，可使用不同频率的子载波传送下行参考信号。在另一实施例中，基站eNB_1～eNB_p的各个基站天线可分别传送经不同的正交码编码的下行参考信号。或是不同基站的基站天线，可分别传送经不同的正交码编码的下行参考信号。

除此之外，在其他实施例中，上行参考信号和/或下行参考信号可以配置于保护频带(guard band)内的子载波进行传送。

本发明所提出的多天线系统及预编码方法，可应用于使用LTE通信协议的系统、使用Wi-Fi通信协议的系统(例如无线接入点(Access Point)可作为基站使用)、或其他时分双工(Time-Division Duplexing，TDD)系统。

依据本发明的多天线系统及预编码方法，可解决多天线系统中的基站间的协调与同步、射频响应的时变效应、及下行信道状态信息取得等问题，不仅可以有效降低多个基站协作时载波频率偏移所造成的影响，亦能解决由于频率选择性衰减使得信道校正不准确的问题，可解决因时变信道造成系统效能变差的问题。

进一步而言，通过提供参考装置加入多天线系统，利用上行参考信号估计多个基站间的相对载波频率偏移量并予以补偿，以解决多个基站间同步的问题；参考装置藉由收到的下行参考信号，即时追踪射频响应的时变效应，取得信道校正系数；更能使用预测函数，考虑信道时变效应，预测在未来时间点的用户设备等效下行信道，而达到更准确的预编码。另外，当参考装置天线的数量增加时，更可有效降低频率选择性衰减造成的影响。

综上所述，虽然本发明已以实施范例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (20)

1.一种多天线系统的预编码方法，包括：

至少一参考装置传送第一参考信号至多个基站天线；

至少一基站根据该第一参考信号计算这些基站天线的多个上行信道信息，并传送这些上行信道信息至协调服务器；

该协调服务器根据这些上行信道信息计算这些基站天线之间的载波频率偏移；

该至少一基站传送第二参考信号至该至少一参考装置；

该至少一参考装置根据该第二参考信号计算这些基站天线的多个下行信道信息，并传送这些下行信道信息至该协调服务器；

该协调服务器根据该载波频率偏移、这些上行信道信息、以及这些下行信道信息，计算信道校正系数；

该协调服务器根据用户设备在第一时间点的第一上行信道以及该信道校正系数，计算该用户设备在该第一时间点的第一下行信道；

该协调服务器根据该第一下行信道，使用预测函数预测该用户设备在第二时间点的第二下行信道；以及

该协调服务器根据该第二下行信道产生预编码器。

2.如权利要求1所述的预编码方法，还包括：

该协调服务器根据该用户设备在多个参考时间点的多个参考上行信道以及该信道校正系数，计算该用户设备在这些参考时间点的多个参考下行信道；以及

该协调服务器根据这些参考下行信道产生该预测函数。

3.如权利要求2所述的预编码方法，其中产生该预测函数的步骤包括：

该协调服务器根据这些参考时间点及这些参考下行信道执行多项式回归分析，以找出配适多项式作为该预测函数。

4.如权利要求2所述的预编码方法，其中产生该预测函数的步骤包括：

该协调服务器计算这些参考下行信道的加权平均，并根据该加权平均的相位信息产生该预测函数。

5.如权利要求1所述的预编码方法，其中该第一参考信号配置于上行时间的子帧内。

6.如权利要求1所述的预编码方法，其中该第二参考信号配置于下行时间的子帧或上行时间的子帧与该下行时间的子帧之间的保护时间内。

7.如权利要求1所述的预编码方法，其中这些基站天线分别使用具有不同频率的子载波传送该第二参考信号。

8.如权利要求1所述的预编码方法，其中这些基站天线分别传送经不同正交码编码的该第二参考信号。

9.一种多天线系统，包括：

至少一基站，包括多个基站天线；

至少一参考装置，无线地通信连接这些基站天线；以及

协调服务器，通信连接该至少一基站及该至少一参考装置；

其中，该至少一参考装置传送第一参考信号至这些基站天线，该至少一基站根据该第一参考信号计算这些基站天线的多个上行信道信息，并传送这些上行信道信息至该协调服务器，该协调服务器根据这些上行信道信息计算这些基站天线之间的载波频率偏移；

该至少一基站传送第二参考信号至该至少一参考装置，该至少一参考装置根据该第二参考信号计算这些基站天线的多个下行信道信息，并传送这些下行信道信息至该协调服务器，该协调服务器根据该载波频率偏移、这些上行信道信息、以及这些下行信道信息，计算信道校正系数；

该协调服务器根据用户设备在第一时间点的第一上行信道以及该信道校正系数，计算该用户设备在该第一时间点的第一下行信道，根据该第一下行信道使用预测函数预测该用户设备在第二时间点的第二下行信道，并且根据该第二下行信道产生预编码器。

10.如权利要求9所述的多天线系统，还包括：

该协调服务器根据该用户设备在多个参考时间点的多个参考上行信道以及该信道校正系数，计算该用户设备在这些参考时间点的多个参考下行信道；以及

该协调服务器根据这些参考下行信道产生该预测函数。

11.如权利要求10所述的多天线系统，其中产生该预测函数的步骤包括：

该协调服务器根据这些参考时间点及这些参考下行信道执行多项式回归分析，以找出配适多项式作为该预测函数。

12.如权利要求10所述的多天线系统，其中产生该预测函数的步骤包括：

该协调服务器计算这些参考下行信道的加权平均，并根据该加权平均的相位信息产生该预测函数。

13.如权利要求9所述的多天线系统，其中该第一参考信号配置于上行时间的子帧内。

14.如权利要求9所述的多天线系统，其中该第二参考信号配置于下行时间的子帧或上行时间的子帧与该下行时间的子帧之间的保护时间内。

15.如权利要求9所述的多天线系统，其中这些基站天线分别使用具有不同频率的子载波传送该第二参考信号。

16.如权利要求9所述的多天线系统，其中这些基站天线分别传送经不同正交码编码的该第二参考信号。

17.一种用于协调服务器的预编码方法，包括：

接收来自多个基站天线的多个上行信道信息；

根据这些上行信道信息计算这些基站天线之间的载波频率偏移；

接收来自至少一参考装置的多个下行信道信息，这些下行信道信息分别对应于这些基站天线；

根据该载波频率偏移、这些上行信道信息、以及这些下行信道信息，计算信道校正系数；

根据用户设备在第一时间点的第一上行信道以及该信道校正系数，计算该用户设备在该第一时间点的第一下行信道；

根据该第一下行信道，使用预测函数预测该用户设备在第二时间点的第二下行信道；以及

根据该第二下行信道产生预编码器。

18.如权利要求17所述的预编码方法，还包括：

根据该用户设备在多个参考时间点的多个参考上行信道以及该信道校正系数，计算该用户设备在这些参考时间点的多个参考下行信道；以及

根据这些参考下行信道产生该预测函数。

19.如权利要求18所述的预编码方法，其中产生该预测函数的步骤包括：

根据这些时间点及这些参考下行信道执行多项式回归分析，以找出配适多项式作为该预测函数。

20.如权利要求18所述的预编码方法，其中产生该预测函数的步骤包括：

计算这些参考下行信道的加权平均，并根据该加权平均的相位信息产生该预测函数。

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