CN115119291A - 无线通信装置与方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种无线通信装置与方法，能够优化从一通信对象至该无线通信装置的上行传输。该方法可由该装置来执行，并包含：于接收上行效能估测后，依据该估测决定上行调整信息包括资源单元配置与目标接收信号强度指示(目标RSSI)；依据先前上行探测信息包含通道品质指标、RSSI与频宽，以及依据该上行调整信息，产生一目标通道品质指标，其中该先前上行探测信息指出该上行传输的特性；依据该目标通道品质指标以及一纠错技术的类型决定上行传输设定包含调制与编码策略及双载波调制的设定，以依据该上行传输设定传送一控制信号给该通信对象；以及依据来自该通信对象的一接收信号更新该上行效能估测，其中该接收信号的特性相关于该上行传输设定。

Description

无线通信装置与方法
技术领域
本发明涉及通信装置与方法，尤其涉及无线通信装置与方法。
背景技术
新一代无线区域网络(Wireless Local Area Network；WLAN)标准(例如：IEEE802.11ax标准)通过一探测协定(sounding protocol)，纳入一通道品质指标(channelquality indicator；CQI)的回报。CQI是一个阵列，该阵列中每个单位元素对应到一资源单元(Resource Unit；RU)的平均信噪比(signal-to-noise ratio；SNR)，若将资源单元(RUs)所处的频宽分成多个单元，每个单元具有约26个频调(tone)(亦即：26个特定频宽的子载波(subcarriers))，这样的单元称为RU26，对应第i个RU26的通道品质指标(CQIi)的定义如下：
Figure BDA0002989295330000011
式(1)中，各参数的定义如底下表1所示。
表1
Figure BDA0002989295330000021
CQI能够用于调制编码方案适应化(modulation and coding schemeadaptation；MCS adaptation)功能，此功能可将一CQI的值转换成该CQI所对应的RU的MCS，从而让存取点(access point；AP)采用适当的MCS，以减少尝试错误传输速率，缩短调整传输速率的时间，并提升系统效能。
IEEE 802.11ax标准仅定义下行(downlink；DL)的CQI探测(CQI sounding)，而未定义上行(uplink；UL)的CQI探测；上行与下行在本技术领域分别指从“非存取点的站台(non-AP STA)”到“存取点(Access Point；AP)”的传输以及从“AP”至“non-AP STA”的传输。下行的CQI探测可由一站台(station；STA)依据一AP传送的信号来产生一CQI，再由该STA回报该CQI给该AP。虽然IEEE 802.11ax标准提到上行闭回路功率控制(UL closed-looppower control)，但该控制未利用CQI。该上行闭回路功率控制包含：一AP在上行正交频分多址流程(UL OFDMA flow)中先传送一触发帧(Trigger frame)给至少一STA，该触发帧为一控制帧(control frame)而不是一非控制帧(例如：数据帧(data frame)或管理帧(management frame))；该触发帧的一般栏位(common field)携带信息表示AP传输功率(APTx Power)；在收到该触发帧后，该STA估计一接收信号强度指标(Received SignalStrength Indicator；RSSI)，其中该AP传输功率与该RSSI的差距可视为路径损失(PathLoss；PL)；该STA在传送一高效能基于触发实体层聚合程序协定数据单元(highefficiency trigger-based physical layer conformance procedure(PLCP)protocoldata unit,HB_TB_PPDU)给该AP时，通过功率调整以补偿该路径损失，以预期该AP所收到的HB_TB_PPDU的功率符合该触发帧的使用者栏位(user field)所表示的上行目标RSSI(ULTarget RSSI)；该HE_TB PPDU内的媒体存取控制表头(MAC header)会携带信息表示上行功率上调空间(UL Power Headroom；UPH)，其表示该STA的目前传输功率与该STA的最大传输功率之间的距离；该表头也会携带一最小旗标(minimum flag)，其表示该STA所传送的信号的功率是否达到最小功率；UPH以及最小旗标可供该AP在接下来的上行正交频分多址流程中调整该AP传输功率以及该目标RSSI，以达到上行闭回路功率控制的效果。
由于前述CQI的定义与取得、下行的CQI探测以及上行闭回路功率控制属于已知技术，其细节在此省略。
发明内容
本公开的目的之一在于提供一种无线通信装置与方法，该装置与方法能够利用一通道品质指标(channel quality indicator,CQI)来优化上行(uplink)传输，以弥补现有技术的不足。
本公开的无线通信装置的一实施例能够优化从一通信对象至该无线通信装置的上行传输，并包含一上行设定电路、一CQI更新电路、一上行传输设定决定电路以及一效能估测电路。该上行设定电路用来于接收上行效能估测后，依据该上行效能估测决定上行调整信息。该CQI更新电路用来依据先前上行探测信息以及该上行调整信息产生一目标CQI，其中该先前上行探测信息指出该上行传输的特性。该上行传输设定决定电路用来依据该目标CQI以及该无线通信装置所采用的一纠错技术的类型决定上行传输设定，以供该无线通信装置依据该上行传输设定传送一控制信号给该通信对象，该控制信号影响该通信对象与该无线通信装置之间的上行传输效能。该效能估测电路用来依据来自该通信对象的一接收信号更新该上行效能估测。上述实施例中，该无线通信装置为一存取点(access point)，该通信对象为一站台(station)。
本公开的无线通信方法的一实施例是由一无线通信装置来执行。该实施例能够优化从一通信对象至该无线通信装置的上行传输，并包含下列步骤：于接收上行效能估测后，依据该上行效能估测决定上行调整信息；依据先前上行探测信息以及该上行调整信息产生一目标CQI，其中该先前上行探测信息指出该上行传输的特性；依据该目标CQI以及该无线通信装置所采用的一纠错技术的类型决定上行传输设定，以依据该上行传输设定传送一控制信号给一通信对象；以及依据来自该通信对象的一接收信号更新该上行效能估测，其中该接收信号的特性相关于该上行传输设定。
有关本发明的特征、实作与技术效果，兹配合附图作优选实施例详细说明如下。
附图说明
图1显示本公开的无线通信装置的一实施例；
图2显示现有的触发帧的格式；
图3显示各资源单元的通道品质指标(CQI)的计算结果的范例；以及
图4显示本公开的无线通信方法的一实施例。
符号说明
100：无线通信装置
110：上行设定电路
120：CQI(通道品质指标)更新电路
130：上行传输设定决定电路
140：效能估测电路
CQIi：第i个RU(资源单元)的通道品质指标
NVi：第i个RU26的总噪声功率
avgsigpowi(dB)：第i个RU26内的信号功率
Chgaini(dB)：通道增益
S410～S440：步骤
具体实施方式
本公开包含一种无线通信装置与方法，该装置与方法能够利用一通道品质指标(channel quality indicator,CQI)来优化上行(uplink)传输。
目前的无线区域网络(WLAN)标准(例如：IEEE 802.11ax)没有定义上行探测(ULSounding)，只有定义下行探测(DL Sounding)。本公开提出一上行调整流程包含：当一无线通信装置在一上行传输流程(例如：上行正交频分多址流程(UL OFDMA flow))中同时身为一接收端以及一决策者(例如：传送一控制帧(control frame)者)时，该无线通信装置可依据一通信对象的通道状态信息(channel state information；CSI)决定一目标CQI，并依据该目标CQI来决定一控制信号的内容(例如：触发帧(trigger frame)的一般栏位(commonfield)与使用者栏位(user field)的内容))，然后无线通信装置100再传送该控制信号给该通信对象，以令该通信对象依据该控制信号做出调整，从而优化从该通信对象至该无线通信装置的上行传输。视实施需求，该无线通信装置可仅执行该上行调整流程一次或数次，或周期性地执行该流程，或不定期地执行该流程。值得注意的是，该CSI可通过已知或自行开发的通道估测技术求得；由于通道估测技术不属本发明的范围，其细节在此省略。
图1显示本公开的无线通信装置的一实施例。图1的无线通信装置100(例如：存取点(access point；AP))包含一上行设定电路110、一CQI更新电路120、一上行传输设定决定电路130以及一效能估测电路140。所述电路的说明如下。
上行设定电路110用来于接收效能估测电路140所提供的上行效能估测后，依据该上行效能估测决定上行调整信息。该上行效能估测的一范例包含但不限于“来自一通信对象的接收信号(例如：实体层聚合程序协定数据单元(physical layer conformanceprocedure(PLCP)protocol data unit；PPDU))的传输时间”，或“该通信对象至无线通信装置100之间的上行传输的吞吐量(throughput)”。该上行调整信息的一范例包含但不限于资源单元配置(resource unit allocation；RU allocation)与一目标接收信号强度指标(target Received Signal Strength Indicator；target RSSI)。
CQI更新电路120用来依据先前上行探测信息以及该上行调整信息产生一目标CQI，该目标CQI包含M个值({CQIi’})分别对应M个资源单元(resource unit；RU)，该M为正整数，该下标“i”为0到(M-1)之间的整数。该先前上行探测信息的一范例包含但不限于无线通信装置100执行最近一次上行探测流程时所求出的CQI({CQIi})以及所得到的RSSI与BW。CQI的产生的细节说明于后。
上行传输设定决定电路130用来依据该目标CQI({CQIi’})以及无线通信装置100所采用的一纠错(error correction)技术的类型(例如：前向纠错(forward errorcorrection；FEC)像是低密度同位元校验(Low Density Parity Check Code；LDPC)或二维旋转码(Binary Convolution Code；BCC))决定上行传输设定。举例而言，上行传输设定决定电路130可依据该目标CQI与该纠错技术的类型选择一适当的调制与编码方案(modulation and coding scheme；MCS)如底下表2所示，以令该上行传输设定包含该MCS；由于MCS、LDPC与BCC为本领域的通常知识，其细节在此省略。无线通信装置100依据该上行传输设定决定一控制信号(例如：触发帧)的内容，并传送该控制信号给一通信对象(例如：非存取点的站台(non-AP station；non-AP STA))，以使该通信对象依据该控制信号做出调整。于一实作范例中，该控制信号的格式为现有的触发帧的格式如图2所示，包含一般栏位与使用者栏位；显示于图2的栏位的说明如底下表3所示；依该上行传输设定所决定的控制信号的内容的一范例包含但不限于显示于图2的栏位的内容。值得注意的是，图2仅显示该触发帧的部分栏位，以避免妨碍本发明的观点的呈现。
表2
Figure BDA0002989295330000061
Figure BDA0002989295330000071
表3
Figure BDA0002989295330000072
值得注意的是，表2适用于使用RU26(具有26个子载波(subcarriers)的最小RU)的传输，且是在未使用空时区域编码的情形下。基于RU26的频宽(2MHz)小于一同调频宽(6.7MHz)如后所述，表2的建立是根据加性高斯白噪声(Additive White Gaussian Noise；AWGN)通道的效能，该效能通常是基于需要信号噪声比(Required SNR；rSNR)，也就是基于在物理服务数据单位(Presentation Service Data Unit；PSDU)的长度为1000位元组(Bytes，字节)时，封包错误率(Packet Error Rate)为0.1的信噪比。另外，关于较大的RU，其它已知或自行开发的转换方式(例如：指数有效信噪比映射(Exponential effectiveSNR mapping；EESM)如下列参考文献所述：Jobin Francis,Student Member,IEEE,andNeelesh B.Mehta,Senior Member,IEEE,“EESM-based Link Adaptation in OFDM：Modeling and Analysis”,Globecom2013-Wireless Communications Symposium)可在给定纠错技术的类型的情形下，将该RU的目标CQI转换成MCS。
效能估测电路140用来依据来自该通信对象的一接收信号(例如：高效能基于触发实体层聚合程序协定数据单元(high efficiency trigger-based physical layerconformance procedure(PLCP)protocol data unit；HB_TB_PPDU))更新该上行效能估测。该接收信号的一范例携带信息包括但不限于上行功率上调空间(UL Power Headroom；UPH)与一最小旗标(minimum flag)，所述信息的定义为本领域的通常知识。图1的实施例中，上行设定电路110除依据该上行效能估测产生该上行调整信息外，也可选择性地依据该接收信号的信息来产生该上行调整信息；另外，于接收该上行效能估测前(亦即：在未收到任何上行效能估测前)，上行设定电路110可输出预设信息(例如：预设的RU配置与预设的目标RSSI)作为该上行调整信息。
接下来的说明为CQI的产生的细节。请参阅图1。无线通信装置100可依据前述通信对象的接收信号针对该通信对象计算CQI；举例而言，无线通信装置100包含一CQI计算电路(未显示)用来计算CQI；另举例而言，无线通信装置100的CQI更新电路120包含上述CQI计算电路以计算CQI；该CQI计算电路可通过已知或自行开发的技术来实现，且不属于本发明的范围，故细节在此省略。CQI的计算式如前述式(1)所示。基于对数函数(log)为凹函数(Concave Function)，从式(1)可推得一不等式如下：
Figure BDA0002989295330000091
由于WLAN的最大室内延迟扩展(delay spread)约为150ns，其等效于一同调频宽(coherence BW)为“
Figure BDA0002989295330000092
(RU26的信号频宽)”，故在2MHz的频宽内WLAN信号的变化很小，该信号变化趋近于加性高斯白噪声(AWGN)的通道的噪声，因此，式(2)的左边可近似于式(2)的右边如底下式(3)所示。式(3)的右边可视为第i个RU26的平均信号功率(dB)减去噪声的信号功率(dB)，其中NVi本身跟信号传送端无关，可通过信号接收端的已知或自行开发的电路长期统计射频特性以得到。
Figure BDA0002989295330000093
承上所述，在无线通信装置100针对该通信对象计算CQI后，无线通信装置100可得到在该通信对象的上行频宽(Bandwidth；BW)内每个最小资源单元(RU26)的CQI。举例而言，无线通信装置100从该通信对象收到上行频宽为20MHz的实体层聚合程序协定数据单元(PPDU)；基于一个RU26的信号频宽为2MHz，20MHz可被分成九个RU26(i＝0～8)，因此，无线通信装置100可求得{CQIi|i∈0～8}}如图3所示；无线通信装置100所计算出来的CQIi加上非实时(Offline)计算的NVi(dB)(图3中以网点显示的那部分)会等于第i个RU26内的信号功率(avgsigpowi(dB))；所有RU26的avgsigpowi的面积总和如图3的虚框所示，该虚框指出一平均信号功率代表一RSSI，该RSSI相当于该通信对象的传输功率减去路径损失(pathloss；PL)；若上行设定电路110调高(调低)一目标RSSI以要求该通信对象提高传输功率，之后来自该通信对象的接收信号的RSSI会变高(低)，这表示图3中每个RU26内的信号强度都会一起变高(低)；图3中，该RSSI与第i个RU26的信号功率(avgsigpowi(dB))的差值相当于第i个RU26的通道增益(Chgaini(dB))；不同RU26对应不同通道增益，且在室内变化缓慢的环境下，每个RU26的通道增益短时间内不会变化，这使得无线通信装置100可依通道增益的需求来选择RU26。
据上所述，在其它条件不变的情形下，当该上行频宽减少(增加)，所有的信号传输需通过较小(较大)的频宽来执行，因此该上行频宽内的功率密度(Power SpectralDensity；PSD)增加(减少)，该功率密度的变化会与该上行频宽的变化成反比；另外，在其它条件不变的情形下，当该RSSI增加(减少)，相同频宽内的信号强度会变大(变小)，因此该功率密度也会增加(减少)；此外，RU配置可依据通道增益而定(例如：具有较高通道增益的RU优先被用于上行传输)。因此，无线通信装置100可通过设定上行传输的一目标RSSI、一目标频宽以及RU配置来优化上行传输。
基于前述，上行设定电路110依据来自效能估测电路140的上行效能估测决定该上行调整信息，CQI更新电路120依据该上行调整信息与该先前上行探测信息(例如：通过最近一次上行探测所得到的上行传输的CQI、RSSI与频宽)决定一目标CQI，上行传输设定决定电路130再利用该目标CQI及其它信息(例如：前述FEC、UPH等)来决定前述控制信号(例如：触发帧)的内容，然后无线通信装置100再传送该控制信号给该通信对象，从而影响下次上行传输的信号功率与CQI。举例而言，该上行调整信息包含一目标RSSI(RSSI’)与一目标频宽(BW’)，CQI更新电路120据以产生一目标CQI表示无线通信装置100所预期的下次上行传输的CQI如下式所示：
avgsigpow′i＝avgsigpowi+(BW-BW′)+(RSSI′-RSSI)
CQI′i＝avgsigpow′i-NVi
式(4)
式(4)中的参数的定义如底下表4所示。
表4
Figure BDA0002989295330000111
Figure BDA0002989295330000121
值得注意的是，目标RSSI不能一直提高，会受限于该通信对象的传输功率的能力以及法规，该通信对象便携带UPH来让无线通信装置100得知该通信对象还可提高多少功率。
由以上公开内容可知，无线通信装置100可通过改变上行频宽、上行目标RSSI以及RU配置来调整该通信对象所传送的信号的信号强度以及上行传输的CQI。值得注意的是，无线通信装置100可与一或多个通信对象进行通信，并可针对每个通信对象进行上行探测，以优化与该通信对象之间的上行传输。
图4显示本公开的无线通信方法的一实施例，该实施例是由一无线通信装置来执行，能够优化从一通信对象至该无线通信装置的上行传输，并包含下列步骤：
S410：于接收上行效能估测后，依据该上行效能估测决定上行调整信息；
S420：依据先前上行探测信息以及该上行调整信息产生一目标通道品质指标，其中该先前上行探测信息指出该上行传输的特性；
S430：依据该目标通道品质指标以及该无线通信装置所采用的一纠错技术的类型决定上行传输设定，以依据该上行传输设定传送一控制信号给该通信对象；以及
S440：依据来自该通信对象的一接收信号更新该上行效能估测，其中该接收信号的特性相关于该上行传输设定。
由于本领域技术人员能够参酌前述装置发明的公开来了解本方法发明的实施细节与变化，亦即前述装置发明的技术特征均可合理地应用于本方法发明中，因此，重复及冗余的说明在此予以省略。
请注意，在实施为可能的前提下，本技术领域技术人员可选择性地实施前述任一实施例中部分或全部技术特征，或选择性地实施前述多个实施例中部分或全部技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。
综上所述，本公开的无线通信装置与方法能够通过上行探测来优化上行传输。
虽然本发明的实施例如上所述，然而所述实施例并非用来限定本发明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范围，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种无线通信装置，能够优化从一通信对象至该无线通信装置的上行传输，包含：
一上行设定电路，用来于接收上行效能估测后，依据该上行效能估测决定上行调整信息；
一通道品质指标更新电路，用来依据先前上行探测信息以及该上行调整信息产生一目标通道品质指标，其中该先前上行探测信息指出该上行传输的特性；
一上行传输设定决定电路，用来依据该目标通道品质指标以及该无线通信装置所采用的一纠错技术的类型决定上行传输设定，以供该无线通信装置依据该上行传输设定传送一控制信号给一通信对象，该控制信号影响该通信对象与该无线通信装置之间的上行传输效能；以及
一效能估测电路，用来依据来自该通信对象的一接收信号更新该上行效能估测。
2.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该上行调整信息包含资源单元配置与一目标接收信号强度指标，该上行设定电路依据该上行效能估测调整该资源单元配置与该目标接收信号强度指标的至少其中之一，以产生该上行调整信息。
3.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该先前上行探测信息包含一上行探测通道品质指标、一上行探测目标接收信号强度指标以及一上行探测信号频宽。
4.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该上行传输设定包含调制设定与目标接收信号强度指标设定的至少其中之一。
5.如权利要求1所述的无线通信装置，其中该控制信号包含一触发帧，该接收信号包含一高效能基于触发实体层聚合程序协定数据单元。
6.如权利要求5所述的无线通信装置，其中该触发帧包含多个一般栏位与多个使用者栏位，该多个一般栏位与该多个使用者栏位的至少一部分的内容是基于该上行传输设定，该触发帧用来使该通信对象依据所述多个一般栏位与所述多个使用者栏位的至少一部分的内容决定该接收信号的特性。
7.如权利要求5所述的无线通信装置，其中该高效能基于触发实体层聚合程序协定数据单元包含上行功率上调空间以及一最小旗标，该上行设定电路依据该上行效能估测以及依据该上行功率上调空间与该最小旗标的至少其中之一产生该上行调整信息。
8.一种无线通信方法，是由一无线通信装置来执行，该无线通信方法能够优化从一通信对象至该无线通信装置的上行传输，包含：
于接收上行效能估测后，依据该上行效能估测决定上行调整信息；
依据先前上行探测信息以及该上行调整信息产生一目标通道品质指标，其中该先前上行探测信息指出该上行传输的特性；
依据该通道品质指标以及一纠错技术的类型决定上行传输设定，以依据该上行传输设定传送一控制信号给该通信对象；以及
依据来自该通信对象的一接收信号更新该上行效能估测，其中该接收信号的特性相关于该上行传输设定。
9.如权利要求8所述的无线通信方法，其中该上行传输设定包含调制设定与目标接收信号强度指标设定的至少其中之一。
10.如权利要求8所述的无线通信方法，其中该控制信号包含一触发帧，该接收信号包含一高效能基于触发实体层聚合程序协定数据单元。
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