CN110557759B - 通信系统及其运作方法 - Google Patents

Abstract

一种通信系统及其运作方法。通信系统包括智能天线单元电性连接多个天线、天线选择单元、一个或多个信号处理单元以及一控制单元。控制单元经配置来：设定该多个天线为一个或多个天线区域，各天线区域包括选自该多个天线中的一个或多个天线。设定多个天线区域组态，每一天线区域组态包括调配给该一个或多个信号处理单元的一个或多个区域，其中各天线区域组态中的区域选自该一个或多个天线区域。选择该多个天线区域组态其中之一以运作用户设备的通信传输，该选择出的天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元依据对应区域所调配到的天线波束数量运作波束扫描。

Description

通信系统及其运作方法

技术领域

本案有关于一种通信系统及其运作方法。

背景技术

传统上智能天线(Smart Antenna)技术已被应用于WiFi系统上来提高传送信号品质。智能天线系统主要是由许多不同方向的指向性天线(Directional Antenna)所组成，因此针对位于不同位置的使用者，可藉由使用者回报的信息来让具有智能天线系统的基地台有效调整天线传输的方向，让使用者的传输效能最大化，以提高系统整体的数据传输率。但当使用者密度增高或通信需求量提高时，基地台端则必须使用多套智能天线系统来维持服务区域效能。

况且，智能天线系统一般是利用单一天线场型(Antenna Pattern)来进行传输，即使应用于多基站协调系统中，各个基地台一般也是挑选一个或多个天线所形成的单一天线场型来进行信号传输，且其他天线所形成的天线场型是处于关闭状态，则较未能有效提高信号多样性(Diversity)。因此构思一种可应用于不同使用者分布密度环境区块下的通信传输运作机制，来处理环境区块中因使用者分布(Distribution)密度的变化而需要不同传输资源的需求，遂成为研究课题之一。

发明内容

本案提出有关于一种通信系统及其运作方法实施例。

根据本案的一示例性实施例，提出一种通信系统的运作方法，该通信系统用以供至少一个用户设备进行通信。该通信系统的运作方法包括，设定智能天线单元所包括的多个天线为一个或多个天线区域，各天线区域包括选自该多个天线中的一个或多个天线。设定多个天线区域组态，每一天线区域组态包括调配给一个或多个信号处理单元的一个或多个区域，其中各天线区域组态中的区域选自该一个或多个天线区域。选择该多个天线区域组态其中之一以运作该至少一个用户设备的通信传输，该选择的天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元依据对应区域所调配到的天线波束数量运作波束扫描。

根据本案的一示例性实施例，提出一种通信系统。通信系统包括，至少一个用户设备，智能天线单元，具有多个天线，天线选择单元，电性连接该智能天线单元，该天线选择单从该多个天线中选择天线，一个或多个信号处理单元电性连接该智能天线单元以及该天线选择单元，各信号处理单元包括至少一处理器以及至少储存装置，以及控制单元，电性连接该天线选择单元以及该一个或多个信号处理单元。该控制单元经配置来：设定该多个天线为一个或多个天线区域，各天线区域包括选自该多个天线中的一个或多个天线。该控制单元还设定多个天线区域组态，每一天线区域组态包括调配给该一个或多个信号处理单元的一个或多个区域，其中各天线区域组态中所包括的区域选自该一个或多个天线区域。以及选择该多个天线区域组态其中之一以运作该至少一个用户设备的通信传输，该选择的天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元依据对应区域所调配到的天线波束数量运作波束扫描。

为了对本案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绘示依据本案技术的通信系统的一示例性实施例示意图。

图2a、图2b、图2c以及图2d分别例示不同的天线区域组态(sectorconfiguration)设定方式实施例示意图。

图3绘示依据本案技术的通信系统运作方法的一示例性实施例流程示意图。

图4a以及图4b分别绘示依据本案技术的通信系统运作方法的示例性实施例流程示意图。

符号说明：

100：通信系统

10：用户设备

12：智能天线单元

121：天线

14：天线选择单元

16：信号处理单元

161：处理器

162：储存装置

18：控制单元

A₁、A₂、A₃、A₄、A₅、A₆、A₇、A₈、A_i、A_N-2、A_N-1、A_N：天线

I₁、I₂、I₃、I₄：天线区域组态

S₁、S₂、S₃、S₄：天线区域、区域

S32、S34、S36、S362、S3622、S3624、S3626：步骤

具体实施方式

图1绘示依据本案技术的通信系统100的示例性实施例示意图。通信系统100包括至少一个用户设备10、电性连接多个天线121的一智能天线单元12、一天线选择单元14、一个或多个信号处理单元16、以及一控制单元18。用户设备10例如是一智能手机、一个人计算机、一笔记本电脑、一车载装置、一智能电视、一机器人或一智能家电等等可以进行无线通信的设备，而本发明并不限于此。智能天线单元12电性连接数个天线121，用以进行无线通信传输，天线121具备有指向性。为方便绘示，本发明所有示意图中天线的方向并非用以限制可能实施方式，实施时智能天线单元12中各天线121的方向可依系统需求设置而不限于图中所绘示。天线选择单元14电性连接智能天线单元12，用以从多个天线121中选择天线。一个或多个信号处理单元16电性连接智能天线单元12以及天线选择单元14，各信号处理单元16包括至少一处理器161以及至少一储存装置162。而控制单元18，则电性连接天线选择单元14以及一个或多个信号处理单元16。

于图1实施例示意图中，通信系统100的天线121(A₁,A₂,A₃,…,A_i,…,A_N-2,A_N-1,A_N)的数量为N，信号处理单元16的数量可以为1至M，N跟M为自然数。天线选择单元14能够选择特定一个天线或数个天线所组成的一个或多个天线区域组态(antenna sectorconfiguration)I_i来形成(forming)不同波束宽度大小与不同传送角度的波束，以供用户设备10进行通信传输。一般而言，多个天线所形成的宽波束服务距离较短，因此较适用于近距离的使用者；单个天线所形成的窄波束服务距离较长，因此适用于使用者与基地台距离较远时来使用。另外，还可将所组成的多个天线区域组态I_i分类成为数个天线区域组态集合以供动态选择。天线选择单元14以及控制单元18可以例如是一芯片、一电路、一电路板、一可编程阵列逻辑、一具有控制指令的固件或储存数组程序代码的非瞬时计算机可读取记录介质，而本案并不限于此。

于一示例性实施例中，控制单元18经配置设定多个天线121为一个或多个天线区域(sector(s))S_i，各天线区域包括通过天线选择单元14选自多个天线121中的一个或多个天线。其中，各天线区域的一个或多个天线121可组成一个或多个天线区域组态I_i。

于一示例性实施例中，控制单元18还设定多个天线区域组态I_i，每一天线区域组态I_i包括调配给该一个或多个信号处理单元16的一个或多个区域，其中各天线区域组态I_i中的区域S_j选自该一个或多个天线区域S_i。以及选择多个天线区域组态I_i其中之一以运作该至少一个用户设备10的通信传输，该选择的天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元16依据所调配到区域的天线波束数量运作波束扫描。

于一示例性实施例中，各天线区域组态I_i中区域的天线形成的波束可以为以下其中之一：连续波束、不连续波束、或部分连续波束部分不连续波束。于另一示例性实施例中，各天线区域组态I_i中各区域S_j的天线数目可以为以下其中之一：数目皆相同、数目皆不相同、或数目部分相同部分不相同。于再一示例性实施例中，其中各天线区域组态I_i中各区域S_j所对应的信号处理单16的数目可以为以下其中之一：皆相同、皆不相同、或部分相同部分不相同。

图2a、图2b、图2c以及图2d分别绘示不同的天线区域组态I_i示例性实施例设定方式示意图，这些实施例中天线121的数目为8，但本案并不以此为限。图2a是将所有天线设定为单一天线区域，天线区域组态I₁包括一区域S₁。图2b是将天线设定成2个天线区域，天线区域组态I₂包括两区域S₁、S₂，天线A₁～A₄在区域S₁中，天线A₅～A₈在区域S₂中。而图2c则是将天线设定为4个天线区域，天线区域组态I₃包括选自此4个天线区域的三区域S₁、S₂和S₃，区域S₁包括天线A₁～A₃，区域S₂包括天线A₄～A₅，而区域S₃则包括天线A₆与A₈。于此实施例中包括了天线A₇的天线区域并未被配置给天线区域组态I₃。图2d是将天线设定成5个天线区域，天线区域组态I₄包括选自此5个天线区域的四区域S₁、S₂、S₃和S₄，区域S₁包括天线A₁～A₂，区域S₂包括天线A₄，而区域S₃包括天线A₅～A₆，而区域S₄则包括天线A₇～A₈。于此实施例中包括了天线A₃的天线区域并未被配置给天线区域组态I₄。

请一并参见图1、图2a、图2b、图2c以及图2d示例性实施例。于一示例性实施例中，可将各天线区域组态I_i中的区域其中之一调配给一个或多个信号处理单元16的其中一个或多个。而于另一示例性实施例中，可将各天线区域组态I_i中的多个区域调配给一个或多个信号处理单元16的其中一个或多个。举例来说：于图2a实施例中，可将天线区域组态I₁中的区域S₁调配给一个信号处理单元16、或调配给2个信号处理单元16。于图2b实施例中，可将天线区域组态I₂中的区域S₁、S₂调配给同一个信号处理单元16、或分别调配给各自对应的一个信号处理单元16。于图2c实施例中，可将天线区域组态I₃中的区域S₁、S₃调配给同一个信号处理单元16、或调配给3个信号处理单元16，而将I₃中的区域S₂调配给2个信号处理单元16。于图2d实施例中，可将天线区域组态I₄中的区域S₁、S₂调配给同一个信号处理单元16、或调配给2个信号处理单元16，而将I₄中的区域S₃、S₄调配给1个信号处理单元16。如此，可依据低、中、或高通信流量需求进行动态配置，譬如，使多个信号处理单元16服务一个或多个天线121，或一个信号处理单元16服务一个或多个天线121。

请参照图3依据本案技术的通信系统100运作方法一示例性实施例流程示意图，通信系统100用以供至少一个用户设备10进行通信。通信系统100的运作方法包括，设定一智能天线单元12所包括的多个天线121为一个或多个天线区域S_i，各天线区域包括选自该多个天线中的一个或多个天线(步骤S32)。设定多个天线区域组态I_i，每一天线区域组态I_i包括调配给一个或多个信号处理单元16的一个或多个区域S_j，其中各天线区域组态I_i中的区域S_j选自该一个或多个天线区域S_i(步骤S34)。以及，选择该多个天线区域组态I_i其中之一以运作该至少一个用户设备10的通信传输，该选择的天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元16依据对应区域所调配到的天线波束数量运作波束扫描(步骤S36)。

图4a以及图4b分别绘示依据本案技术的通信系统运作方法的示例性实施例流程示意图。请参照图4a，于一实施例中，通信系统100的控制单元18可经配置，依据一使用者指标以及该使用者指标所对应的预设临界值选择该多个天线区域组态I_i其中之一，以运作至少一个用户设备10的通信传输(步骤S362)。

请一并参见图1、图2a、图2b、图2c以及图2d示例性实施例。为方便说明，以各天线区域组态I_i中的各区域S_j对应一个信号处理单元16为例来进一步说明。在这种配置情境下，各区域S_j的最大支持数据率为R_s，则天线区域组态I₁的最大支持数据率为R_s，天线区域组态I₂的最大支持数据率为2R_s，天线区域组态I₃的最大支持数据率为3R_s，而天线区域组态I₄的最大支持数据率则为4R_s。

请参照图4b，于一实施例中，使用者指标可以为一使用者平均资源使用率或为一使用者平均传输率，且该方法实施例还包括：依据各天线区域组态的最大支持数据率(maximum supported data rate)将各天线区域组态进行排序(步骤S3622)。并且，依据使用者平均资源使用率以及所对应的一第一预设临界值动态选择该多个天线区域组态其中之一(步骤S3624)，或是依据使用者平均传输率以及所对应的一第二预设临界值动态选择该多个天线区域组态其中之一(步骤S3626)。其中，使用者平均资源使用率以及使用者平均传输率皆可以由接收到的使用者信息计算得到，并且可以于一时间段中，依据计算出的使用者平均资源使用率或使用者平均传输率，选择一天线区域组态I_i来使用。也就是说，于一时间段中，可以依据当时的传输流量状态以动态切换使用哪一个天线区域组态I_i来进行通信传输。于一实施例中，通信系统100的控制单元18可经配置运作所述方法实施例。

于一示例性实施例中，可以依据各天线区域组态I_i的最大支持数据率从低至高将各天线区域组态I_i进行排序。一范例算法为：根据使用者信息计算使用者平均传输率D_avg，且根据D_avg值与第二预设临界值T_D决定i值，以选择出I_i来进行通信传输；或者可以根据使用者信息计算使用者平均资源使用率R_avg，且根据R_avg值与第一预设临界值T_R决定i值。其中，若D_avg>T_D(或若R_avg>T_R)，则i＝i-1且最小i值为1，若D_avg<T_D(或若R_avg<T_R)，则i＝i+1且最大i值为系统中天线区域组态的数目。而于一被设定时间区中迭代进行此演算法，以根据i值来选择出天线区域组态I_i来进行通信传输。根据上述实施例，i值越大代表天线单元所形成的区域越多；相反的，i值越小代表天线单元所形成的区域越少。

上述所公开的各种智能天线系统示例性实施例可应用于未来5G系统的天线模块，可用来取代天线阵列(Antenna Array)所造成的高天线复杂度的问题，所提出的技术适合Small Cell使用。依据本案技术多区域智能天线系统实施例，基地台端可使用一套智能天线单元12，搭配可扩充性的信号处理单元16，即可处理不同通信流量需求的问题。

综上所述，虽然本发明已以示例性实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰。因此，发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种通信系统的运作方法，所述通信系统用以供至少一个用户设备进行通信，智能天线单元包括多个天线，所述运作方法包括：

设定多个天线区域，各天线区域包括选自所述多个天线中的一个或多个天线，所述多个天线区域的多个天线数量至少有两种不同数量；

设定多个天线区域组态，每一天线区域组态包括选自所述多个天线区域的至少两个天线区域，且调配给多个信号处理单元；以及

依据使用者指标选择所述多个天线区域组态其中之一以运作至少一个用户设备的通信传输，所选择的天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元依据对应区域所调配到的天线波束数量运作波束扫描，

其中所述使用者指标为使用者平均资源使用率或使用者平均传输率。

2.根据权利要求1所述的通信系统的运作方法，其中各天线区域组态中的区域其中之一调配给所述多个信号处理单元的其中一个或多个。

3.根据权利要求1所述的通信系统的运作方法，其中各天线区域组态中的多个区域调配给所述多个信号处理单元的其中一个或多个。

4.根据权利要求1所述的通信系统的运作方法，其中各天线区域组态中区域的天线形成的波束为以下其中之一：连续波束、不连续波束、或部分连续波束部分不连续波束。

5.根据权利要求1所述的通信系统的运作方法，其中各天线区域组态中各区域的天线数目为以下其中之一：数目皆相同、数目皆不相同、或数目部分相同部分不相同。

6.根据权利要求1所述的通信系统的运作方法，其中各天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元数目为以下其中之一：皆相同、皆不相同、或部分相同部分不相同。

7.根据权利要求1所述的通信系统的运作方法，其中各天线区域的所述一个或多个天线组成一个或多个天线区域组态。

8.根据权利要求1所述的通信系统的运作方法，其中还依据所述使用者指标所对应的预设临界值选择所述多个天线区域组态其中之一，以运作至少一个用户设备的通信传输。

9.根据权利要求8所述的通信系统的运作方法，其中所述方法还包括：

依据各天线区域组态的最大支持数据率将各天线区域组态进行排序；以及

依据所述使用者平均资源使用率以及所对应的第一预设临界值动态选择所述多个天线区域组态其中之一。

10.根据权利要求8所述的通信系统的运作方法，其中所述方法还包括：

依据各天线区域组态的最大支持数据率将各天线区域组态进行排序；以及

依据所述使用者平均传输率以及所对应的第二预设临界值动态选择所述多个天线区域组态其中之一。

11.一种通信系统，包括：

至少一个用户设备；

智能天线单元，包括多个天线；

天线选择单元，电性连接所述智能天线单元，所述天线选择单元从所述多个天线中选择天线；

多个信号处理单元，电性连接所述智能天线单元以及所述天线选择单元，各信号处理单元包括至少一处理器以及至少一储存装置；以及

控制单元，电性连接所述天线选择单元以及所述多个信号处理单元，所述控制单元经配置来：

设定多个天线区域，各天线区域包括选自所述多个天线中的一个或多个天线，所述多个天线区域的多个天线数量至少有两种不同数量；

设定多个天线区域组态，每一天线区域组态包括选自所述多个天线区域的至少两个天线区域，且调配给所述多个信号处理单元；以及

依据使用者指标选择所述多个天线区域组态其中之一以运作所述至少一个用户设备的通信传输，所选择的天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元依据对应区域所调配到的天线波束数量运作波束扫描，其中所述使用者指标为使用者平均资源使用率或使用者平均传输率。

12.根据权利要求11所述的通信系统，其中调配各天线区域组态中的区域其中之一给所述多个信号处理单元的其中一个或多个。

13.根据权利要求11所述的通信系统，其中调配各天线区域组态中的多个区域给所述多个信号处理单元的其中一个或多个。

14.根据权利要求11所述的通信系统，其中各区域的天线形成的波束为以下其中之一：连续波束、不连续波束、或部分连续波束部分不连续波束。

15.根据权利要求11所述的通信系统，其中各天线区域组态中各区域的天线数目为以下其中之一：数目皆相同、数目皆不相同、或数目部分相同部分不相同。

16.根据权利要求11所述的通信系统，其中各天线区域组态中各区域所对应的信号处理单元数目为以下其中之一：皆相同、皆不相同、或部分相同部分不相同。

17.根据权利要求11所述的通信系统，其中各天线区域的所述一个或多个天线组成一个或多个天线区域组态。

18.根据权利要求11所述的通信系统，其中还依据所述使用者指标所对应的预设临界值选择所述多个天线区域组态其中之一，以运作至少一个用户设备的通信传输。

19.根据权利要求18所述的通信系统，其中所述控制单元还经配置来：

依据各天线区域组态的最大支持数据率将各天线区域组态进行排序；以及

依据所述使用者平均资源使用率以及所对应的第一预设临界值动态选择所述多个天线区域组态其中之一。

20.根据权利要求18所述的通信系统，其中所述控制单元还经配置来：

依据各天线区域组态的最大支持数据率将各天线区域组态进行排序；以及

依据所述使用者平均传输率以及所对应的第二预设临界值动态选择所述多个天线区域组态其中之一。

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