TW201018124A - Communication systems - Google Patents

Description

201018124 六、發明說明：

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 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）。 I[先前】 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 10置經由一或更多中繼裝置至一目地裝置之通訊路徑(C)之 通訊方向傳送。 C 明内】 發明概要 第3圖繪不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「節點七」 ΝΒ)、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 2〇的站(D)。在通訊信號在向上鏈路(UL)上從—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 職-種範例，且包含-個接收器，可操 來源裝置之資料；以及一發射器，可操作來發射資料或其 201018124 產物至目的裴置。 供』或數位中繼器已用—良或提 帶以避免來源站它們可操作以不同的發射頻 來源站沒有發=器發射之間的干擾，或可操作在 圖纷不繼電站之多種應用。就固 ❹ 10 15 ❹ 可為一供二 °' 卩動站可能在其他物體之陰影下、或即使在 基地臺之正常㈣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-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 4a-b圖之右上方的一個r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4a-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 中繼亦可與先進的發射技術一起使用以增強通訊系統 20 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 線高度、接收器天線高度、載波頻率、壅塞類蜇(城市、近 5 201018124 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：： L~b + \dn\0%d (A) 其中d(公尺)疋發射器與接收器之間距，_)和n是路 5徑損失參數，而絕對路徑損失值為/ = 10(Μ〇)。 間接鏈路SHID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： L(SI)+L(ID)<L(SD) (β) 將-個傳輸鏈路分成二個較短的傳輸節段，藉此利用 10路徑損失狀祕性縣。域时料(Α)之路徑損失的 -簡單理論分析，可讀解到當—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）。 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 收器所接收信號品質而不增加傳遞信號所需整體輕射發射 功率。 20 #跳_⑽合賴乡魏傳輸。在-财載波傳輸 系統中’例如FDM(分頻多工），〇FDM(正交分頻多工）或者 DMT(離散多調）’-單資料流被調變到N個平行附載波上， 每一副載波k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 201018124 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載波 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一 5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 φ 接收器内之對手的複雜性更低。 10 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 因此增加系統的頻譜的效率。OFDM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IEEE802.ila/g標準之WiFi e 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〇fdM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 7 201018124 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，一「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) = -^Ycn.ei2mbfi ,0<t<Ts (1) 其中Δ/為以赫茲為單位之副載波，Ts=l/A/是以秒為單 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， 1〇 Α.Χν」)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）係〇FDM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 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（進送或下鍵及逆回或 2〇上鏈）’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-種為分頻雙卫(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，一用於進送鏈路而另一用於逆 201018124 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 5 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IEEE802.16標準(WiMAX)的OFDMA實 體層模式之單跳點TDD訊框結構作為一個例子。. φ 各訊框被分成DL和UL子訊框’各自作為離散的發射間 10 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)來指定從發標案和 DL-MAP之長度。DLFP是在各訊框起始處傳送的一種資料 15 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日提申 20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 201018124 技術之相關發明 本文中供參考。 。其他九件中請案各自之整體内容包含於 進 5 現在參考㈣請專職圍獨立項所界定之本發明。 一步之實施細|丨由中請專職_附屬項界定。 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—個訊框結構； 第2圖顯示在每個區域内的節點活動； 10 第3圖顯示一個雙跳點系統； 第4a-b圖顯示中繼之應用；以及 第5圖顯示在咖以裡使用的—個TDD訊框結構。

C資施方式I 較佳實施例之詳細說明 15 f需求—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&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IEE腳2 16 2〇標準之例子）’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定，MS無法可靠地接收起 源於標頭節點或者一個網路之控制訊息，其中該網路併有 將進行某種程度的本地鏈路管理及/或媒介配置管理的中 201018124 繼器。這項本地管理可基於在這個通信系統或者網路内與 全部其他節點無關的s做的決定，或是利用併用某些控制功 能的各種節點之間某種程度的合作。更進一步，這可能是 當RS有能力發射控制訊息時，所有的管理決策係在一個發 5 射信號的節點而不是RS處進行。 也可以假設經本發明修改的訊框TDD結構可支援既往 對中繼站一無所知的行動裝置，使得它們能在這個通信系 統或者網路内運作。 ® 本發明所提議的一般TDD訊框結構如第1圖所顯示。 10 其係由許多發射與接收區域所組成，供用於下鏈和上 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 15 —組接收器） T專用使用者資料發射 ❹ 9個不同區域如下表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 RP 中繼前言或者同步發射或接收區域。 4 BS-RS/BS-MS/RS-RS BS至RS發射區域&RS至RS發射區 域。若支援空間劃分多重存取的話亦可 11 201018124 用於BS至MS發射(即相同的發射源可 用於通訊一個以上的實體） 5 BS-MS/BS-RS/RP BS至MS發射區域&RS至RS發射區域 (包括前面如項目(3)之描述一 RP區域） 6 BS-MS/RS-MS RS至MS&BS至MS發射區域(BS理想 地發射至會受到同步RS發射有限影響 的 MS). 7 MS-BS/MS-RS 至RS或BS之MS控制訊息傳輸區域。 控制訊息可能是資訊或者來自MS的請 求。 8 MS-BS/MS-RS MS至RS&MS至BS發射區域。 9 MS-BS/RS-RS MS至BS&RS至RS發射區域。 10 RS-BS/RS-RS RS至BS&RS至RS發射區域。若支援空 間劃分多重存取亦可用於MS至BS發射 (即相同的發射源可用來與一個以上的 實體通訊） 第2圖藉由表1中所描述每個區域中BS、RS、和MS的活 動緣示BS、RS、和MS的操作。 當第2圖只說明BS-RS1-RS2-RS3-MS鏈路之情況時（即 一個四跳點鏈路），可以使用訊框結構來支援任何數量之跳 5點。如RS3所示情況，概觀為以DL子訊框發射RP或RSn至 RSn+Ι區域或在上鏈路中接收RSn+Ι至RSn不需要跳點（RSn) 中最後的中繼。由於在收到來自前一發射器之控制資訊之 後RS發射MAP資訊（即BS或RS)，兩個中繼的跳點會一直招致 至少一個額外的訊框潛伏期。. 0 但是’由於事實上在從RS到RS之一訊框内轉播控制訊 息是可能的，若有二個以上的中繼跳點在進行，則本發明 所提議的訊框結構會使得中繼引起的潛伏期最短，潛伏期 12 201018124

Lre,ay (frames) = fl〇〇r(Nh〇ps /2) ⑴ 為了能夠實施，訊框結構可能亦需併用—些間距時間 以允許節點回轉（即，從發射到接收模式之改變等^在此情 盯，有些區域亦可併有-間距區域、或__間距區域可被 5插入兩個需求改變節點操作模式之相鄰區域之間。 較佳的疋在這樣的情況下：BS正把資訊傳送到在MAp 區域中的RS，其時程安排上係在發射到任一MS之前首先發 © 射到著可在MAP區域指出當不再有任何待RS處理 之資訊時停止接收，同時BS發射MAP資訊至其他接收器並 10 使用此時間作為回轉的機會。 綜論本發明實施例之優勢為： •實現併有某種程度媒體存取區域管理的中繼架構。 •使得頻譜效率最大化，藉由確保BS在閒置時訊框 内不具有任何時間。 15 ·最小潛伏期：二或三跳點中繼造成1個訊框潛伏 〇 期；四或五個跳點中繼造成2個訊框潛伏期；六或 七跳點中繼造成3個訊框潛伏期等。 •實現可進行中繼之系統來支援一潛伏期單跳點 TDD使用者。 20 · 可以透過使用SDMA式技術使得在BS和在一單元 内之RSs和MS之間使用相同發射資源（頻率和時間） 來進一步改進頻譜效率。 • 可延伸至許多跳點。 13 201018124 •定義-特殊同步化時期來使中繼 地臺同步化。 、他中繼或基 •能令-以發射使用者可解碼潛伏 5 的-標準前言或同步化序列（類似於〜有中繼) 者）。 、〜BS所發射 本發明的實施例可能以硬體實現，或 理器上執行之軟體模組實現、或可以其等之矣二或更多處 即，熟於此技者將瞭解一微處理器 、、且合貧現。亦 可用於實施具現本剌之—發射H料些器(_) 10發明亦可具現以一或更多裝置或設備種式(例如有功能。本 與電腦程式產品），用來實現部份或所有本文如，電颺程式 現本發明之這樣程式可儲蓄在電腦可讀式===方法。具 譬如以一或更多信號的形式。這樣信號可為可^或可以 路網站上下載的資料信號、或為-載波信號 網際網 15其他形式。 <你何 【圖式簡單說明】 第1圖顯示一個訊框結構； 第2圖顯示在每個區域内的節點活動； 第3圖顯示一個雙跳點系統； 20 第4a-b圖顯示中繼之應用；以及 第5圖顯示在OI^DMA裡使用的一個TDD訊框結構。 【主要元件符號說明】 (無）

Claims (1)

1. 201018124 七、申請專利範困： 1_ 一種用於一多跳點無線通訊系統之通訊方法，該多跳點無線通訊 系統包括一基地台裝置、中介裝置以及一使用者設備，該通訊方 法包含： 5 10 15 Φ 20 在一無線電訊框中提供一第一發射視窗與一第二發射視窗； 使用該第二發射視窗發射來自一中介裝置之資料，該中介裝 置係從該基地台裝置起之奇數號跳點，以及使用該第一發射視窗 發射來自中介裝置之資料，其中該中介裝置係從該基地台裝置起 之偶數號跳點。 2·如申請專利範第1項之通訊方法，其巾該制者設備接收來自對 應最後跳點之一中介裝置之資料。 3. 如申凊專利範圍第1項之通訊方法，其中該基地台裝置使用該第一 發射視窗來發射資料至在-向下鍵路發射之第—跳財之一中介 裝置。 4. 如申清專利範圍第1項之通訊方法，其中該使用者設備發射資料至 在一向上鏈路發射之第一跳點中之一中介裝置。 5. 如申請專利範@第1項之通訊方法，其巾該基地台裝置侧在一向 上鏈路發射内之最後跳點中的該第一發射視窗接收來自一中介裝 置之資料。 6. 如申請專利範圍第1項之通訊方法，其中該基地台裝置與該中介裝 置’除了對應於下鏈發射最後跳點之中介裝置之外，利用對應發 射視窗來發射前序、訊框結構資訊或中繼緩行。 7. 如申請專利範@第1項之通訊方法，其中離該基地台裝置最遠的一 中介裝置利用該第-發射視窗或第二視窗來接收一向下鍵路發 15 201018124 射4並不利用該第一發射視窗及第二發射視窗來發射至該使用 者設備。 如申請專彳〗範園第1項之軌方法，其中離該基地台裝置最遠的— 中介裝置不發射任何中繼緩行。 5 9. 一種多跳點無線電通訊系統，其包含： 一基地台裝置； 多個中介裝置； 一使用者設備， 其中第-發射視窗與_第二發射視窗係在—無線電訊框 φ 1〇巾被提供，而是為從該基地台裝置起算之-奇數號跳點的-中介 裝置係被組配來利用該第二發射視窗發射資料，以及是為從該基 地台裝置起算之一偶數號跳點的一中介裝置係被組配來利用該第 一發射視窗發射資料。 ： 10.-種使用於包括多個中介裝置之多跳點無線電通訊系統之基地台 15 裝置，該基地台裝置包含： 一發射單元，其組配使用在一無線電訊框内之一第一發射視 窗來發射資料至在-第-跳點中之-中介裝置，其中是為從該基 Q 地台裝置起算之一奇數號跳點之一中介裝置利用在該無線電訊 框内之一第二發射視窗來發射資料，以及是為從該基地台裝置起 20 算之一偶數號跳點之一中介裝置利用在該無線電訊框内之該第 一發射視窗來發射資料。 11·一種使用於包括多個中介裝置之多跳點通訊系統之中介裝置，該 中介裝置包含： 一發射單元’其係組配來依據從一基地台裝置起算之跳點數 16 201018124 號來使用-無線電訊框内之一第一發射視窗或一第二發射視窗 來發射資料至射錄置，其巾是為從該基地台裝置起算之奇數 號跳點之-中介裝置係利用在該無線電訊框内之該第二發射視 窗來發射資料，以及是為從該基地台裝置起算之偶數號跳點之一 5 +介裝置係利用在該無線電訊框内之該第-發射視窗來發射資 料。 12.-種使麟包括多财介裝置之多麻練電通訊纽之使用者 設備，該使用者設備包含： 一接收單元，其組配來接收來自兩中介裝置其中之任一者之 10 資料，其中—中介裝置係從—基地轉算之-奇數號跳點並且使 用一無線電訊框中之一第二發射視窗來發射資料至下一個中介裝 置，而其中另一中介裝置係從一基地台起算之偶數號跳點並且使 用一無線電訊框中之一第一發射視窗來發射資料至下一個中介裝 置，發射該資料使其被該接收單元接收之該中介裝置係離基地台 15 裝置最遠之中介裝置並且在該無線電訊框之另外的發射視窗中發 射至該使用者設備。 17