TW201015902A - Communication systems - Google Patents

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201015902 六、發明說明： 【聲明所屬之技術領域】 發明領域 近來對於在封包式無線電與其他通訊系統中使用多跳 5點技術有相當大的重要性，此技術之目的在於其可擴大覆 蓋範圍及增加系統容量（吞吐量）。 【先前技術:J 發明背景 在一多跳點通訊系統中，通訊信號以沿著自一來源裝 置、1由或更多中繼裝置至一目地裝置之通訊路徑(匸)之 通訊方向傳送。 L發明内容】 發明概要 第4圖繪示一個單一單元雙跳點之無線通訊系統，其包 15含一個基地臺BS(在3G通訊系統之結構下習知為「節點_B」 NB)、一中繼節點RN(亦習知為中繼站RS)、以及一個使用 者設備UE(亦習知為行動站MS)。在信號在向下鏈路(DL)上 從一基地臺經由中繼節點（RN)發射到一目的使用者設備 (UE)之情況下’基地臺包含來源站（s)而使用者設備包含目 20的站（D)。在通訊信號在向上鏈路(UL)上從一目的使用者設 備（UE)經由中繼節點發射到一基地臺之情況下使用者設 備包含來源站而基地臺包含目的站。中繼節點是為中間裝 置⑴的-種範例’且包含—個接收器，可操作來接收來自 來源裝置之資料；以及-發射器，可操作來發射資料或其 201015902 產物至目的裝置。 簡單類比中繼器或數位中繼器已用為在死角改良或提 供覆蓋範圍之中繼。從來源站它們可操作以不同的發射頻 5 10 15 ❹ 20 帶以避免來源發射與中繼器發射之間的干擾’或可操作在 來源站沒有發射時·。 第5圖繪示繼電站之多種應用。就固定的公共建設而 言，繼電站提供之覆蓋範圍可為「填入」以供行動站存取 通訊網路，行動站可能在其他物體之陰影下、或即使在基 地臺之正常範圍中也無法接收來自基地臺之充分強度之信 號。圖中亦顯示「範圍擴大」，其中一中繼站在—行動站在 基地臺之正常資料發射範圍外時允許存取。顯示於第5圖之 右上方的一個「填入」例子，係置放一個遊移的中繼站來 允許穿過可能高於、在於、或低於地面之一建築物中之覆 蓋範圍。 其他應用為遊移的中繼站’其用於暫時地覆蓋，提供 事件或緊急事故/災難期間的存取。第5圖右下方顯示之最 後一種應用提供利用位於一運載工具中之中繼來存取一網 路。 中繼亦可與先進的發射技術一起使用以增強通訊系統 之增益，如下所述。 習知傳播損失、或「路徑損失」之發生罩於無線電通 訊在行經空間時之分散或失真，造成，信號強度減弱。影 響發射器與接收器之間之路徑損失的參數包括：發射器天 線咼度、接收器天線高度、載波頻率、壅塞類塑(城市、近 5 201015902 郊、農村）、形態細節諸如高度、密度、間隔、地形(丘陵、 平坦）。發射器和接收器間之路徑損可模型化為 Z = i,+10«l〇gfif (A) —其中d(公尺)是發射器與接收器之間距，b(db)和n是路 5徑損失參數，而絕對路徑損失料卜1〇_。 間接鏈路SHID上經歷的絕對路鋪失總合可能少於 在直接鏈路SD上經歷的路徑損失，換句話說它可能為： L(SI)+L(ID)<L(SD) (b) 將-個傳輸鍵路分成二個較短的傳輸節段，藉此利用 ❹ 10路徑損失間之非線性關係。由使用方程式⑷之路徑損失的 一簡單理論分析，可以瞭解到當一個信號從一來源裝置透 過一中間裝置(例如，中繼節點)被送到到一目的裝置而不是 直接從來源裝置傳送到目的裝置時，可達到在總路經損失 上之減少（並因此改進、或者增加信號強度與資料吞吐量）。 15如果適度實行，多跳點通信系統，可以降低發射器之發射 功率，方便無線傳輸，從而降低干擾程度以及減少暴露於 電磁輻射。或者’可以利用總體路徑損失之減少來改善接 〇 收器所接收信號品質而不增加傳遞信號所需整體輻射發射 功率。 20 多跳點系統適合用與多載波傳輸。在一個多載波傳輸 系統中，例如FDM(分頻多工）’ OFDM(正交分頻多工）或者 DMT(離散多調），一單資料流被調變到N個平行附栽波上， 每一副載波信號有其本身頻率範圍。這允許將分給多個副 載波之總頻寬(在給定時間内傳送之資料量）藉此增加每一 6 201015902 資料符號的持㈣間。由於每—職波具有較低的資訊 率。每副載波有-低資訊比率，多載波系統相較於單载波 系統優勢在於對頻道引起之失真有較強的免疫力。其實現 係藉由確保傳輸率，且因此各副載波之頻寬小於頻道之— 5致頻寬。因此，在-信號副載波上經歷的頻道失真是頻率 不相關的’因此能被-個簡單的相位和振幅校正因數所校 正。因此，當系統頻寬超過頻道的一致頻寬時在一多載 波接收器内之頻道失真校正實體之複雜度能比在一單載波 接收器内之對手的複雜性更低。 10 正交分頻多工（〇FDM)是基於FDM的一種調變技術 碼。-個OFDM系統使用數學上正交之多個副載波頻率使 得副載波頻譜可由於他們相互獨立的事實重疊而沒有干 擾。OFDM系統的正交性除去對保護頻帶頻率的需要而且 因此增加系統的頻譜的效率。0FDM以被提議及採用於許 15多無線系統。最近被用於非對稱數位使用者線(ADSL)連 線、一些無線LAN應用（例如依據iEEE8〇2.丨〗a/g標準之斯朽 裝置）、以及例如WiMAX(依據IEEE802.16標準）之無線MAN 應用。OFDM之應用通常伴隨頻道編碼，一種錯誤校正技 術’來產生編碼正交FDM或COFDM°COFD現在廣泛地用 20 於數為電信系統中來改良一多路徑環境中之OFDM式系統 之效能，其中頻道失真之變數可被視為跨過頻域之副載波 與時域之符號。此系統已被傭於視訊和音訊之廣播，例如 DVB和DAB，以及某些類型之電腦網路技術。 在一OFDM系統裡，N個經調變平行資料來源信號之一 201015902 區塊藉用一反離散或快速傅利葉轉換演算法(IDFT/IFFT)映 射到N個正交平行的副載波來在發射器形成一個習知為 「OFDM符號」在時域上之信號。因此’ 「OFDM符號」 是為全部N個副載波信號之補償信號。一OFDM符號可以數 5 學式表示為： x(t) = -^^Cn£j^,〇<t<Ts (1) 其中△/為以赫茲為單位之副載波，Ts=lM/是以秒為單 ❹ 位之符號時間間隔，而cn為經調變來源信號。各方程式（1) 中其上之各來源信號被調變的副載波向量，CeCn，C=(C〇， 10 q..CN-丨)是為來自有限叢集之N個叢集符號之向量。在接收 器處，所接收之時域信號藉由施予離散傅利葉轉換(DFT) 或快速傅利葉轉換(FFT)演算法而被轉換回頻域。 OFDMA(正交分頻多重存取）係OFDM之多重存取變 化。其作動係藉由分派一子集的副載波給一個別使用者。 15 這允許從幾個使用者同時傳輸而導致更好的頻譜效率。不 Λ 〇 過’仍然有允許雙向通訊上問題，即，在上鏈與下鏈方向 上沒有干擾。 為了能在二個節點之間進行雙向通訊，有兩種不同的 習知方法用來雙工這兩種通訊鏈路（進送或下鏈及逆回或 20上鏈以克服設備在同一資源媒體上不能同時發射與接收 的物理限制。第一種為分頻雙工(FDD)，其涉及同時但以不 同的頻帶操作兩鏈路，以不同頻帶之操作係藉由將發射媒 體再細分成兩個不同頻帶，一用於進送鍵路而另一用於逆 8 201015902 5 10 15 ❹ 20 迴鏈路通迅。第二種為分時雙工(TDD)，其涉及用相同的頻 帶存取這兩個鏈路，但再進一步細分存取媒體的時間，使 得只有進送或逆回鏈路在任一時間點利用媒體。兩種方式 (TDD&FDD)有其相對優勢，且都是常用於單跳點有線和無 線通訊系統的技術。例如IEEE802.16標準包含FDD和TDD 模式。 第5圖說明用於IEEE8 02.16標準(WiM AX)的OFDM A實 體層模式之單跳點TDD訊框結構作為一個例子。. 各訊框被分成DL和UL子訊框，各自作為離散的發射間 隔。他們被發射/接收、以及接收/發射過渡保護間隔（分別 為TTG和RTG)分隔開。每一DL子訊框始於前言，接著是訊 框控制標頭(FCH)、DL-MAP、和UL-MAP·。 FCH含有DL訊框前綴（DLFP)來指定從發檔案和 DL-MAP之長度。DLFP是在各訊框起始處傳送的一種資料 結構，並且包含關於當今訊框的訊息，其被映射到FCH。 同步DL配置可以被廣播、多重傳送、和單一播送，且 他們也能包括用於不是伺服BS的另一BS之配置。同步UL 可能是資料配置和範圍或頻寬請求。 本專利申請案是一組共十件由同一申請人於同曰提申 之英國專利申請案中之其中一件，這十件之代理人參考編 號為 P106752GB00、P106753GB00、P106754GB00、 P106772GB00 、 P106773GB00 、 P106795GB00 、 P106796GB00、P106797GB00、P106798GB00、及 P106799GB00 ,其等描述本發明之發明人所提出關於通訊 9 201015902 技術之相關發明。其他九件申請案各自之整體内容包含於 本文中供參考。 現在參考由申請專利範圍獨立項所界定之本發明。進 一步之實施例則由申請專利範圍裡附屬項界定， 5 圖式簡單說明 本發明的較佳特徵現下將被描述，完全地藉由舉例方 式，參考隨附圖式，其中： 第1圖顯示一個訊框結構； 第2圖顯示在每個區帶内的節點活動； 〇 第3圖顯示一單元内之一區帶利用範例； 第4圖顯示一個雙跳點系統； 第5a-b圖顯示中繼之應用；以及 第6圖顯示在OFDMA裡使用的一個tdD訊框結構。

C實施方式：J 15 較佳實施例之詳細說明 當需求一個節點來支援至兩個不同節點之兩個獨立鏈 路時，例如與一基地臺及一行動裝置通訊之一中繼站，既 有之TDD或FDD訊框結構需要一些調變來實現中繼實務。 本發明的實施例提供一個用於多跳點通信系統之一個 訊框結構，其係標準TDD訊框結構之一擴充（見IEEE8〇2 16 標準之例子）’提供對系統内任何數量之跳點的支援。所提 議的訊框結構有許多好處，如本說明書之後將描述者。 本發明所提議的訊框結構假設從控制整個媒體存取之 標頭節點開始的控制資訊可被網路内運作中之所有次級節 10 201015902 點所接收。純聽修改之TDD結構應該^知有中際 站在此系統中運作之潛伏行動裝置。 ^ 本發明所提議的一般TDD訊框結構如圖】所顯示。 其係由許多發射與接㈣域所組成個於下鍵和上 鏈衛子訊框。區域類型如下·· B控制相關資訊之廣播，例如：同步化序列、命令、 資訊、及結構細節或訊框佈局。 C在一非廣播區域發射的專用控制訊息（即至個別或 一組接收器） T專用使用者資料發射 9種不同區帶如下表1所述 區 號 標籤 描述 1 P 單元識別之前言或者同步化序列~~ 2 MAP 訊框格式描述(區域邊界，在區域內的配 置，等等） 3 BS-RS/BS-MS/RS-R S/MS BS至RS發射區帶。若支援空間劃分多重 存取的話亦可用於BS至MS發射(即相同 的發射資源可用於通訊一個以上的實 體）。亦可用於RS至RS或MS發射。 4 BS-MS BS至MS發射區帶。RS在此時期不活 動，其正處裡任何接收到的資訊和在發射 前回返。 5 BS-MS/RS-RS/MS RS至RS或MS發射區帶。亦可被BS用 來發射至未遭受到RS發射之顯著干擾的 MS。 6 MS-BS/MS-RS MS控制資訊發射區帶。資訊亦可被RS 和BS兩者接收。控制資訊可爲來自MS 之資訊或請求。 7 MS-BS/MS/RS-RS MS或RS至RS發射區帶。亦可被未對 201015902 RS造成干擾之MS用來發射至BS。 8 MS-BS MS至BS發射區帶。RS在此時期不主動 發射或接收；其在回返前處理任何接收到 之資訊。 9 RS-BS/MS-BS/MS/ RS-RS RS至RS發射區帶。若支援空間劃分多重 存取的話亦可用於MS至BS發射(即相同 的發射資源可用於通訊一個以上的實 體）。亦可用於MS或RS至RS發射。 表一®帶描述 圖2繪示BS、RS、和MS之操作，藉由表一所述之各區 帶内活動，此時MS經由兩個RS(RS1和RS2)連至BS。注意 © 當區帶(3)和(9)用來與BS通訊時，RS1使用區帶(5)和(7)來與 5 RS2通訊。此方式亦可執行資訊中繼通過同一訊框内之第一 跳點。RS2接著利用區帶(3)和（9)來與任一奶(或進一步之 RS)通訊。若存在有一第三呵脱），接著可使用區帶⑺和 (7)來與任一 MS或更多RS通訊。 注意中繼穿過頭兩個跳點發生在一訊框内。然而，三 10個跳點的中繼動作造成一個額外的訊框延遲。在n個跳扁的 一般情況下，發現中繼動作造成的額外潛伏期如下列表示 ◎ 式： 、 ^^繼(訊框)=樓[(#跳點-1)/2] 圖3指出本發明所提議訊框結構之—特定實施例，以不 15同使用者類型可如何配置到各種區帶類型來說明。 在此例中有六種鏈路類型，分別標示為八、^〇^表2 說明各鏈路所用區帶之範例。 鏈路 DL區帶使用 UL區帶使用 意見 12 201015902 (A) ⑴、（2)、（5) ⑹、（7) MS和RS係空間劃分的且因此 存在充分的干擾隔離。 (C) (1)、（2)、（3)、 (5) ⑹、（7)、（9) RS1在(3)、（7沖接收資料然後在 (5)、（9)中發射。 (D) ⑴、（2) 、 （5) ⑹、（7) MS經由RS1與BS通訊。至RS 之發射發生於UL子訊框之起 始，以允許充分的RS中繼處理 時間。 (E) ⑴、（2)、⑷ ⑹、（8) 直接與爲和RS隔絕之BS通訊之 MS使用區帶(4)和⑻來防止RS 干擾削減鏈路效能。 (F) ⑴、（2)、（5) ⑹、⑺ RS1和RS2使用與RS1用來經 RS1和相連之MS通訊相同的一 區帶。 (G) ⑴、（2) 、 （3) ⑹、（9) RS2利用區帶⑶和⑼與MS通 訊。 表2說明一單元內之®帶利用範例 優勢綜論 綜論本發明實施例之優勢為： •具有不須產生任何控制資訊或執行排程之簡單、低 成本中繼的架構和操作 •使得頻譜效率最大化，藉由確保BS在間置時訊框 内不具有任何時間。 •最小紐肖：1或2個獅時職單元潛伏期為〇;3 或4個跳點時訊框單元潛伏期為1;5或6個跳點時訊 框單元潛伏期為2 ; 7或8個跳點時訊框單元潛伏期 為3等。 •令系統潛在地提供一潛伏期單跳點TDD使用者之 13 201015902 簡單操作。 •可以透過使用SDMA式技術使得在BS和在〜單_ 内之RS和MS之間使用相同發射資源(頻率和時_ 來進一步改進頻譜效率。 間） 5 · 可延伸至許多跳點。 10 15 本發明的實施例可能以硬體實現，或以在—或更多 理器上執行之軟體模組實現、或可以其等之組合實現處 即，熟於此技者將瞭解一微處理器或數位信號處理 亦 可用於實施具現本發明之—發射器的某些或所有功能。本 發明亦可具現以一或更多裝置或設備程式(例如，電二： 與電腦程式產品）’时實卿份或所有本文所述方法。 具現本發明之這類程式可儲蓄在電腦可讀式媒體上， 器

或可以譬如以-或更多信號的形式。這樣信號可為可從一 網際網路網站上下載的資料信號、或為—載波信號形式、 或任何其他形式。

C 明式簡早說明】 第1圖顯示一個訊框結構； 第2圖顯示在每個區帶内的節點活動. 20 第3圖顯示-單元内之一區帶利用範例； 第4圖顯示一個雙跳點系統； 第5a-b圖顯示甲繼之應用；以及 第6圖顯示在0FDMA裡使用的_個伽訊框結構。 【主要元件符號說明】 (無） 14

Claims (1)

1. 201015902 七、申請專利範圍： 1· 一種使用於包括一基地台裝置、一中介裝置、及一使用 者設備之一多跳點無線電通訊系統中之通訊方法，該通 訊方法包含下列動作： 5 把將被發射之一前序、訊框結構資訊及資料發射至 該中介裝置； 在一接收期間與一發射期間之間提供一間隙期間， 參在該接收期間内’要被發射至該中介裝置之該前序、訊 框結構資訊與該資料係被該中介裝置接收，而在該發射 10 期間内，資料係從該中介裝置中被發射； 利用該間隙期間將來自於該基地台裝置之資料發射 至該使用者設備；以及 藉由該使用者設備利用該間隙期間來接收該前序與 該訊框結構資訊及從該基地台裝置發射之該資料。 15 2. 一種使用於包括一基地台裝置、一中介裝置、及一使用 Φ 者6又備之多跳點無線電通訊系統之通訊方法，該通訊方 法包含下列動作： 發射來自於該基地台裝置之一前序與訊框結構資 訊； 20 在一接收期間與一發射期間之間提供一間隙期間， 在該接收期間内，該中介裝置接收資料，而在該發射期 間内’該中介裝置發射資料至該基地台裝置； 藉由該使用者設備來接收來自於該基地台裝置之該 前序與該訊框結構資訊；以及 15 201015902 =用該間隙期間將該資料自該使用者設 基地台裝置* 3. 4. 2請專鄉1項之軌麵，其巾該__係絲在該中 |置内從-接收狀態切換成—發射狀態。 2請專鄕1項之通訊转，其巾該魏_係緊 隙期間之後。 5. 如申請專利第！項之通訊方法，其中該前序與訊框結構資訊係 在該訊框結狀-向下鏈路子贿巾被發射。

   6. 如申請專利第1項之軌方法，其巾該間軸間在—向下鍵路 10 與一向上鏈路中都會被提供。 7. 如申料利第1項之通财法，其巾該訊框結構藉由該基地台 裝置、中介裝置與使用者設備對向下鍵路與向上鍵路發射與 接收界定多個期間。 8. —種多跳點無線電通訊系統，其包含： 一基地台裝置，其組配來發射要被發射至一中介裝置 一前序、訊框結構資訊及資料；

   該中介裝置，其被組配來在一接收期間内接收要被 發射至該中介裝置之該前序、訊框結構資訊與該資料， 以及在一發射期間内發射資料；以及 一使用者配備，其組配來接收該前序與該訊框結構 資訊， 其中該基地台裝置利用在該接收期間與該發射期間 之間的一間隙期間來發射資料至該使用者設備，並且該 使用者設備利用該間隙期間接收從該基地台裝置被發 16 201015902 射之該資料。 9. 一種多跳點無線電通訊系統，其包含 一基地台裝置’其組配來發射一前序與訊框結構資 訊； 5 —中介裝置，其組配來在一接收期間内接收資料， 以及在一發射期間内發射資料至該基地台裝置；以及 一使用者設備，其組配來接收該前序與該訊框結構 β 資訊， 其中該使用者設備利用在該接收期間與該發射期間 10 之間的一間隙期間來發射資料至該基地台裝置，並且該 基地台裝置利用該間隙期間接收從該使用者設備被發射 之該資料。 10.—種用於一多跳點無線電通訊系統中之基地台裝置’該 多跳點無線電通訊系統包括該基地台裝置、一中介裝 15 置、及一使用者設備， φ 該基地台裝置係組配來發射要被發射至該中介裝置之 一前序、訊框結構資訊及資料； 該中介裝置係組配來在一接收期間内接收要被發射 至該中介裝置之該前序、訊框結構資訊與該資料，以及 20 在一發射期間内發射資料；以及 該使用者配備係組配來接收該前序與該訊框結構資 訊， 其中該基地台裝置利用在該接收期間與該發射期間 之間的一間隙期間來發射資料至該使用者設備，並且該 17 201015902 使用者設備利用該間隙期間接收從該基地台裝置被發 射之該資料。 11. 一種用於一多跳點無線電通訊系統内之基地台裝置，該 多跳點無線電通訊系統包括該基地台裝置、一中介裝 5 置、及一使用者設備， 該基地台裝置係組配來發射一前序與訊框結構資 訊； 該中介裝置係組配來在一接收期間内接收資料，以 及在一發射期間内發射資料至該基地台裝置；以及 10 該使用者設備，其組配來接收該前序與該訊框結構 資訊， 其中該使用者設備利用在該接收期間與該發射期間 之間的一間隙期間來發射資料至該基地台裝置，並且該 基地台裝置利用該間隙期間接收從該使用者設備被發射 15 之該資料。 12. —種用於一多跳點無線電通訊系統内之中介裝置，該多 跳點無線電通訊系統包括一基地台裝置、該中介裝置、 及一使用者設備’ 該基地台裝置係組配來發射要被發射至該中介裝置之 20 一前序、訊框結構資訊及資料； 該中介裝置係被組配來在一接收期間内接收要被發 射至該中介裝置之該前序、訊框結構資訊與該資料，以 及在一發射期間内發射資料；以及 該使用者配備係組配來接收該前序與該訊框結構資 201015902 訊， 其中該基地台裝置利用在該接收期間與該發射期間 之間的-間隙期間來發射資料至該使用者設備，並且該 使用者設備利用該間隙期間接收從該基地台裝置被發 5 射之該資料。 13. —種用於一多跳點無線電通訊系統内之中介裝置，該多 跳點無線電通訊系統包括一基地台裝置、該中介裝置、 ❹ 及一使用者設備， 該基地台裝置係組配來發射一前序與訊框結構資 10 訊； 該中介裝置係組配來在一接收期間内接收資料，以 及在一發射期間内發射資料至該基地台裝置；以及 該使用者設備’其組配來接收該前序與該訊框結構 資訊， 15 其中該使用者設備利用在該接收期間與該發射期間 φ 之間的一間隙期間來發射資料至該基地台裝置，並且該 基地台裝置利用該間隙期間接收從該使用者設備被發射 之該資料。 H. —種用於一多跳點通訊系統内之使用者設備，該多跳點 20 通訊系統包括一基地台裝置、一中介裝置、及該使用者 設備， 該基地台裝置係組配來發射要被發射至該中介裝置之 —前序、訊框結構資訊及資料； 該中介裝置係被組配來在一接收期間内接收要被發 19 201015902 射至該中介裝置之該前序、訊框結構f訊與該資料，以 及在一發射期間内發射資料；以及 該使用者配備係組配來接收該前序與該訊框結構資 訊， 5 其中該基地台裝置利用在該接收期間與該發射期間 之間的一間隙期間來發射資料至該使用者設備，並且該 使用者設備是利用該間隙期間接收從該基地台裝置被 發射之該資料。 15. —種用於多跳點無線電通訊系統内之使用者設備，該多 10 跳點無線電通訊系統包括一基地台裝置、一中介裝置、 及該使用者設備， 該基地台裝置係組配來發射一前序、訊框結構資訊’ 該中介裝置係組配來在一接收期間内接收資料，以 及在一發射期間内發射資料至該基地台裝置；以及 15 該使用者設備係組配來接收該前序與該訊框、结構資 訊， 其中該使用者設備利用在該接收期間與該發射期間 之間的一間隙期間來發射資料至該基地台裝置，技立該 基地台裝置是利用該間隙期間接收從該使用者設備被發 20 射之該資料。