TW201018123A - Communication systems - Google Patents

Description

201018123 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3 發明背景 Φ 在—多跳點通訊系統中，通訊信號以沿著從一來源裝 10置經由一或更多中繼裝置至一目地裝置之通訊路徑之通訊 方向傳送。第1圖繪示一個單一單元雙跳點之無線通訊系 統，其包含一個基地臺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(亦習知為行動站馗8或用戶站Rs ;下 15面，MM/SS用來指這些UE類型）。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 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= 20備包含來源站而基地臺包含目的站。之後的通訊形成包括 經使用者發射的信號’用以對基地台（及對網路)識別其本身 作為網路登入程序的-部分。這與下面將_之本發明特 別相關。 中繼節點是為中介裝置的一種範例，且包含一個接收 3 201018123 器，可操作來接收來自來源裝置之資料；以及一發射器， 可操作來發射資料或其產物至目的裝置。 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fe圍之中繼。從來源站它們可操作以不同的發射頻 5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2a-b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 10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 仏號。圖中亦顯示「範圍擴大」，其中一中繼站在一行動站 在基地臺之正常資料發射範圍外時允許存取。顯示於第 2a-b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 is 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2a-b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 20 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 201018123 線高度、接收器天線高度、載波頻率、壅塞類型(城市、近 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失L(dB)可模型化為：： ^ = 6 + i〇wi〇gj (A) 5 其中d(公尺)是發射器與接收器之間距，b(db)和η是路 徑損失參數，而絕對路徑損失值為/ = 1〇叻〇)。 間接鏈路SI+ID上經歷的絕對路徑損失總合可能少於 在直接鏈路SD上經歷的路徑損失，換句話說它可能為： Φ L(SI)+L(ID)<L(SD) (B) 10 將一個傳輸鏈路分成二個（或更多）較短的傳輸節段，藉 此利用路控損失間之非線性關係。由使用方程式(A)之路徑 損失的一簡單理論分析，可以瞭解到當一個信號從—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 15 徑損失上之減少（並因此改進、或者增加信號強度與資料吞 吐量）。如果適度實行，多跳點通信系統，可以降低發射器 φ 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 改善接收器所接收信號品質而不增加傳遞信號所需整體輪 20 射發射功率。 多跳點系統適合用與多載波傳輸。在一個多載波傳輪 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個平行附載波上， 每一副載波信號有其本身頻率範圍。這允許將分給多個副 201018123 載波之總頻寬(在給定時間内傳送之資料量）藉此增加每— 資料符號的持續期間。由於每一副載波具有較低的資訊 率。每副載波有一低資訊比率，多載波系統相較於單栽波 系統優勢在於對頻道引起之失真有較強的免疫力。其實j見 5 係藉由確保傳輸率，且因此各副載波之頻寬小於頻道之— 致頻寬。因此，在一信號副載波上經歷的頻道失真是頻率 不相關的，因此能被一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，在一多栽 波接收器内之頻道失真校正實體之複雜度能比在一單栽波 10 接收器内之對手的複雜性更低。 正交分頻多工（OFDM)是基於FDM的一種調變技術 碼。一個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 15 因此增加系統的頻譜的效率。OFDM以被提議及採用於許 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IEEE802.11 a/g標準之WiFi 裝置）、以及(特別關於本發明）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， 20 一種錯誤校正技術，來產生編碼正交FDM或COFDM。 COFDM現在廣泛地用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。此系統已被用於視 訊和音訊之廣播，例如DVB和DAB，以及某些類型之電腦 6 201018123 網路技術。 在一OFDM系統裡，N個經調變平行資料來源彳s號之一 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 5 「OFDM符號」在時域上之信號。因此，一「OFDM符號」 是為全部N個副載波信號之補償信號。一〇FDM符號可以數 學式表示為： yN „=〇 其中△/為以赫茲為單位之副載波，Ts=l/A/是以秒為單 10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=(c0， ci "Cn-i)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。 15 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。 這允許從幾個使用者同時傳輸而導致更好的頻譜效率。不 過，仍然有允許雙向通訊上問題，即，在上鍵與下鏈方向 上沒有干擾。 2〇另為了能在二個節點之間進行雙向通訊，有兩種不同的 S知方法用來雙工a兩種通訊鍵路（進送或下鏈及逆回或 上鏈），以克服設備在同-資源媒趙上不能同時發射與接收 的物理限制。第—種為分頻雙工(FDd)，其涉及同時但以不 201018123 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，一用於進送鏈路而另一用於逆 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 5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㈣優勢，且都是常祕單跳點有線和無 線通訊系統的技術。例如IEEE802.16標準包含1?£)1)和TDD 模式。IEEE標準802.16-2004「固定廣播無線存取系統之空 氣干擾」在本文中併供參考。 10 在一單跳點通訊系統中，通訊直接發生於—MS/SS& 一BS之間，MS/SS和BS接著進行一網路登入程序。然而， 習知網路登入程序不敷在BS和MS/SS間經由一或更多中繼 站RS進行通訊之一多跳點系統使用。現今對於這種情況需 求一改良式網路登入程序。 15 内 發明概要 本發明進一步界定於獨立項中，現在的說明參考該等 界定。較佳實施例請求項進一步之界定。 .本發明之實施例提供運用一種被BS和RS採用為一網 20路登入程序之新的協定，來令一潛伏MS或SS登入一中繼可 用式通sfl網路的通訊方法、通訊系統、中介裝置(例如，中 繼站RS)、以及一基地臺(BSp此協定涉及解除尺8可管理整 個程序之集中控制。此協定係根據現有遵循IEEE802.16標 準之網路登入程序之適應性並特別設計來針對當一RS發射 201018123 同步化與廣播控制資訊（即前綴和map)之情況。本發明亦 包含用來在BS或RS上執行此新穎協定之電腦軟體。 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 5 式，參考隨附圖式，其中： 第1圖顯示一單胞元雙跳點無線通訊系統； 第2a-b圖顯示中繼站rs之應用； 第3圖顯示標準MS網路登入程序；以及 第4圖顯示在一MS測距處理期間在一中繼可用式網路 10中的一RS管理程序，其具現本發明。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 在潛伏單跳點系統中（例如802 16_2004和 802.16e-2005)，已經用來支援一]^8或88登入一通訊網路之 15標準網路登入程序。然而’當網路被修改來支援一潛伏MS 或SS所不知之中繼功能時，從網路的觀點來看需求一經修 改之網路登入程序來加速及有效支援MS/SS網路登入。 本發明提出一種協定，其欲從網路的觀點被施用為經 調整的網路登入程序，即施用於rS*BS*。特別是其被設 20計來應用與1EEE802.16標準且由MS或SS之觀點不需改變 程序。其亦設計來針對穿透中繼的情況，其中假設網路登 入之控制會預先主宰地在以一集中方式執行（即在BS中，具 有來自RS之有限協助）。 第3圖繪示IEEE802.16標準所述之網路登入程序，其支 9 201018123 援一 MS或SS網路登入一單跳點通訊系統。 在此’假設網路登入程序期間MS正在通訊之任_RS 已為網路所知(順便一提，本說明書中「網路」和「系統」 等用語係可交替使用）。舉例來說，RS可能在一個別的程序 5之後已完成登入至網路之程序，諸如申請人之英國專利申 請案第0616475.0號所述者，其揭露内容併供本案為參考。 亦假設，當需求網路來支援潛伏使用者時，MS或SS仍會由 其觀點遵循同一網路登入程序，如第3圖所繪示。然而，Rs 遵循之程序在本文定義，而BS所遵循者係由一單跳點網路 1〇中所遵循者經修改而來。為簡易說明，將以第1圖所繪示之 一雙跳點組配為考量，僅管本發明不限於此。 掃瞄下鍵頻道 在MS/SS掃瞄BS前綴發射之階段（注意RS在此情況中 不會發射前綴）。一旦所有潛在的前綴被檢測，MS會依據 15標準程序從可用頻道組中選擇要用哪個頻道。其接著會同 步化其接收器與發射器。 注意在此網路端不需新的操作。 獲得上鏈參數 在此階段，MS/SS獲取包括上鏈控制資訊發射區域之 20位置的上鏈參數，其將被MS/SS用於下個階段。此資訊將 由MS/SS意圖連接之BS或RS產生。注意在此網路端不需新 的操作。 測距&自動調整 MS/SS會發射一測距碼或測距訊息，如ΙΕΕΕ8〇2·丨6標準 201018123 所定義者，作為一種向網路識別其本身之識別資訊（「測距 訊息」之用語在使用OFDM時較正確，而「測距碼」更適 用於OFDMA，但下述中「測距碼」用來指兩者）。多跳點 網路中可能有一些接收器接收此發射。此碼將根據所選擇 5 之下鍵頻道指向較佳的接收器。 BS企圖在此階段檢測一測距碼之發射。然而，若MS/SS 所用發射功率太低，不會發生檢測。再者，若88檢測碼但 所接收信號功率太低，其會忽略或請求MS/SS繼續測距， 使其利用一較尚發射功率來重新發射或對其發射實施一些 10其他調整以使得檢測結果較可靠。標準程序中，BS—成功 檢測碼且滿足發射參數設定（同步化、所接收信號功率等） 時，會通知MS/SS完成測距程序。MS和BS接至著繼續以習 知方式提醒網路登入程序。 現在參考第4圖，在一中繼可用式系統中，需要一些修 15改來在網路端上進行操作，如之前段落所述。隨著BS知道 一RS存在，其不只會檢核來自一]^8之直接測距碼之接收， 也會檢核RS處之測距碼檢測，在決定是否發射一測距碼相 關回應至MS時。這是本發明之第一特性。 下列三種機制任一者可用來通知88在尺8處接收到一 20測距碼。這些機制構成本發明更多特性： (a) RS簡單接收與發射測距碼到bs上。進行時，假 没RS保證RS處之發射功率是合理的。譬如，bs處所接收之 測距碼上載波/干擾加雜訊比CINR應同於RS處所接收測距 碼上之CINR。在施用申請人之Ep申請案第〇5253783.4號之 11 201018123 發明時會自動發生這樣一種情況，該發明之揭示内容併供 本案為參考。若無法保證，則檢測能力在RS接收器不會正 確地出現。若此情況（即缺乏CINR平衡)為BS所知，這會是 前述EP申請案所述情況，BS可能可以藉由適當調整所觀察 5之CINR在檢測之後校正此資訊。所接收信號強度-RSSI-可 用作CINR之替代方案。 (b) RS檢測碼而不是轉送碼，其卻轉送檢測資訊到 BS上。檢測資訊可包括但不限於，發射器所使用之碼索引 以及RS處所接收之CINR。I也可包括關於從ms接收之信號 10 之時間或頻率準確度的資訊。. (c) 另可選擇地，BS通知RS—測距接受臨界（即必須 注意之CINR程度）’然後RS單純在檢測到—使用者時通知 BS。 BS—旦經由前述其中一種機制具有來自尺5之適合資 15訊，BS接著組合相關碼檢測之中繼資訊與任何在正常上鏈 測距發射時期於BS處關於直接碼檢測之中繼資訊。注意其 可能接收來自一些中繼之中繼檢測資訊，故其實際上可具 有兩組以上要仲裁的資訊。這些中繼可來自多個與MS/SS 平行接收相同測距碼之RS。 20 另可選擇地，在一多跳點組配中，多個RS可被插入 MS/SS和BS間之通訊路徑。這樣—種情況中，前述程序被 調整來包括接收及/或中繼一測距碼或檢測資訊來自/至另 一 RS 的一 RS 〇 BS管理處理之程序如第4圖所示。 201018123 —完成測距，剩餘現有網路登入程序由BS和MS流過資 料來取代選定路徑。發射路徑在上鏈與下鏈之間會變化， 特別是’下鏈上之資訊可能不需經中繼，使得來自BS 之回應可被直接發射到MS。另可選擇地，可在上鏈中包括 5多個Rs*在下鏈中涉及較少或不涉及RS。 综言之，本發明定義一初始測距程序，其使得一網路 支援一潛伏MS或SS登入一中繼通訊網路。bs中僅需少數修 改來進情潛伏網路登入程序。本發明之實施例提供三種不 # 同在RS中繼MS檢測資訊至BS的方式，使其可能選擇必須 1〇適合系統之技術來運用（即傳訊管理、RS複雜度、;bs複雜 度，協定可靠度）。 前述中，假設網路可包含一些潛伏BS(即，遵循於現有 協定運作之基地臺)及-些中繼可用批(即，依據本發明運 作之基地臺^亦假設一中繼可用88可在一潛伏模式下運作 J匕收到來自RS要進入網路之一請求。BS可在這樣一種 模式下運作之理由在於，當中繼無法從發射獲益時不需廣 • 播中繼特定資訊而節省發射資源。 / 發月之實施例可以硬體、或在-或更多處理器上執 I:之軟體模組、或其等之組合來實現。即，熟於此技術領 、者將瞭解—微處理器或數位信號處理器(DSP)可用來實 二=明實施例之—發射器之一些或所有功能。本發明亦 —或更多裝置或設備程式（例如電腦程式及電腦 現林Γ來實現本說明所描述之部份或全部方法。這類具 之程式可儲存在電腦可讀式媒體上，或可呈現為 13 201018123 一或更多信號的形式。這類信號可為可從一網際網路網站 下載之資料信號、或可由一載波信號提供、或呈現以任何 的形式。 具現本發明之一程式亦可如前所述用來對具有適合硬 5 體之MS/SS增加RS之功能性。 L圖式簡單說明2 第1圖顯示一單胞元雙跳點無線通訊系統； 第2a-b圖顯示中繼站RS之應用； 第3圖顯示標準MS網路登入程序；以及 10 第4圖顯示在一MS測距處理期間在一中繼可用式網路 中的一RS管理程序，其具現本發明。 【主要元件符號說明】 (無）

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Claims (1)

1. 201018123 七、申請專利範圍： 1. 一種多跳點無線通訊系統，其包含： 一來源裝置，其被組配來發射一碼； 一中介裝置，其被組配來接收該碼並且響應該碼之 5 接收來發射通知至一目的裝置；以及 一目的裝置，其被組配來不只是檢查該碼是否直接地 從該來源裝置被接收並且檢查是否該碼以一通訊路徑選擇 而被該中介裝置接收。 _ 2.如申請專利範圍第1項之多跳點無線通訊系統，其中對該 10 碼之一響應係直接地從該目的裝置被發射至該來源裝 置。 3. 如申請專利範圍第2項之多跳點無線通訊系統，其中該響 應未被該中介裝置中繼。 15

   20 4. 如申請專利範圍第1項之多跳點無線通訊系統，其中藉由 該通訊路徑選擇而被選擇之一路徑係供在該目的裝置 與該來源裝置之間後續通訊使用。 5. 如申請專利範圍第1項之多跳點無線通訊系統，其中當與 該碼相關之一判斷標準滿足時，該中介裝置通知該目的 裝置該碼之接收。 6. 如申請專利範圍第5項之多跳點無線通訊系統，其中該判 斷標準係從該目的裝置被通知。 7. 如申請專利範圍第1項之多跳點無線通訊系統，其中該通 知包括與碼索引相關之資訊、與該碼相關之CINR、該 碼之接收時序或該碼之接收頻率。 15 201018123 8.如申請專利範圍第1項之多跳點無線通訊系統，其中對該 碼之一響應係直接地從該目的裝置被發射至該來源裝 置，該響應包括當該碼不滿足一判斷標準時的調整資 訊。 5 9. 一種用於一多跳點無線通訊系統之方法，該方法包含： 從一來源裝置發射一碼； 藉由一中介裝置來接收該碼並且響應於自該中介 裝置對該碼之接收來發射通知至一目的裝置；以及 藉由該目的裝置來不只是檢查該碼是否直接地從該來 _ 10 源裝置被接收並且檢查該碼是否以一通訊路徑選擇而被該 中介裝置接收。 10. —種使用於一多跳點無線通訊系統之來源裝置，該來源裝 置包含： 用以發射一碼之一發射器； 15 一接收器，其用以接收直接來自一目的裝置之該碼的 響應，該目的裝置直接地從該來源裝置接收該碼，並且從 一中介裝置接收一通知，該中介裝置響應於來自該來源裝 參 置之該碼的接收來發射該通知； 其中該來源裝置利用一路徑與該目的裝置進行通訊， 20 該路徑係根據直接接收之該碼與該通知而被該目的裝置 選擇。 11. 一種使用於一多跳點無線通訊系統之中介裝置，該中介裝 置包含： 一接收器，用以接收從一來源裝置發射之一碼； 16 201018123 一發射器，用以發射該碼之檢測資訊而非該碼本身至 一目的裝置； 其中該檢測資訊係用於該目的裝置之一通訊路徑選 擇。 5 12. —種使用於一多跳點無線通訊系統之目的裝置，該目的裝 置包含： 一接收器，用以接收直接來自一來源裝置之一碼以及 來自一中介裝置之通知，該中介裝置響應於來自該來源裝 φ 置之該碼之接收而發射該通知； 10 其中該目的裝置不只是檢查該碼是否直接地從該來源 裝置被接收並且還檢查該碼是否針對一通訊路徑選擇而 被該中介裝置接收。 17