TW202429858A

TW202429858A - 基於量子通道估測的通信方法及基地台

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Publication number: TW202429858A
Application number: TW112101056A
Authority: TW
Inventors: 丁筱雯
Original assignee: 緯創資通股份有限公司
Filing date: 2023-01-10
Publication date: 2024-07-16

Abstract

一種基於量子通道估測的通信方法，包括：根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，其中該採樣參數用以決定一探測信號的時間間距；將該訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵；根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果；以及根據該估測結果進行信號傳輸。

Description

基於量子通道估測的通信方法及基地台

本發明是有關於一種無線通信技術，且特別是有關於一種基於量子通道估測的通信方法及基地台。

隨著智慧型手機等裝置普遍，進而造成無線數據量快速成長，促使需要能夠提供更高容量的快速無線通訊技術。多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)通信技術改善了無線通訊的運行方式，提高了網路資源使用率。例如，在3G技術導入單用戶MIMO (SU-MIMO) 技術，使用多天線分別同時發送和接收，利用多個同步資料流將資料從基地台傳輸給單一用戶，以充份利用空間資源。在4G則運用多使用者MIMO (MU-MIMO) 技術，將不同資料流分配給不同用戶或終端設備，同時與多個終端設備溝通的技術。在4G的應用場景，基地台通常僅使用少於10根的天線，即可提高頻譜效率，但是4G基地台的架構仍然不滿足5G應用場景的規格需求。在5G採用了的大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)的技術，或稱為大規模天線系統(Large Scale Antenna Systems)，可支援更多的同步連接及傳輸。

由於Massive MIMO採用更多天線，傳送到接收器的訊號波束會比較窄，這能讓基地台更精確、有效率地向用戶(或終端設備)傳輸。與之前的MIMO技術不同，Massive MIMO將基地台天線數從十根內提升至數十根或數百根，以陣列為例，在相同的時頻資源中同時為數十位或更多用戶(終端設備)服務，每位用戶(終端設備)通常只具有數根天線，而有些天線陣列甚至可達到256×256的規模。

在Massive MIMO 技術增加了大量的天線數及增強目標訊號的功率，從而增強SNR並減少干擾的影響，根據隨機矩陣理論(Random matrix theory)，當基地台的天線數遠大於用戶總數時，基地台與不同用戶間的通道將趨近於正交，在良好的傳播條件下，可以通過簡單的線性訊號處理，例如匹配濾波器(Matched filter)，來消除用戶間干擾和雜訊的影響，但是要達到上述情況，需要滿足基地台可以從用戶端所發送的領航序列(Pilot sequence)在上行鏈路中獲得完美的通道狀態資訊(Channel state information, CSI)的假設。但這對Massive MIMO蜂巢式網路系統來說很難滿足此假設之要求，因為相同的領航序列很可能在不同的細胞(cell)中重複使用，或者不同細胞之間的領航序列是部分相關的。在不同細胞中使用相同非正交的領航序列造成的影響稱為領航訊號汙染(Pilot contamination)，領航訊號汙染會降低通道估測的準確性進而降低系統性能。

有鑒於此，本發明提供一種基於量子通道估測的通信方法及基地台，藉由量子通道指紋特徵適應地且即時地描述在時變通道環境下的通信特徵，可因應突然變化的通道估測，並得到較多的通道資料量。

本發明實施例提供一種基於量子通道估測的通信方法，包括：根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，其中該採樣參數用以決定一探測信號的間距；將該訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵；根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果；以及根據該估測結果進行信號傳輸。

本發明實施例提供一種基地台，包括：收發器；儲存媒體；以及處理器，耦接所述收發器以及所述儲存媒體，其中該處理器經配置以：根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，其中該採樣參數用以決定一探測信號的間距；將該訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵；根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果；以及根據該估測結果進行信號傳輸。

本發明的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本發明的一部份，並未揭示所有本發明的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本發明的專利申請範圍的範例。凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。

圖1是依照本發明實施例的通信系統的示意圖。在通信系統10中，應用服務經由核心網路(core network, CN) 11連結行動通信的中央單元(Centralized Unit, CU) 12以及分布單元(Distributed Unit, DU) 13。在分布單元13的前傳介面(fronthaul)使用巨量天線14通過多輸入多輸出(MIMO)技術同時服務多個用戶設備(User Equipment, UE) 16。在巨量天線14通過MIMO與多個用戶設備通信時，領航訊號汙染問題是影響MIMO系統性能的因素。解決此問題的最常見的方式就是利用正交領航序列(Orthogonal Pilot Sequences)。不同的細胞可使用不同的正交領航序列，來避免領航汙染問題，但如此一來也造成訓練週期(Training Period)增長，而使傳輸效率降低，而不符合實際的需求。

相對於習知技術採用正交領航序列的方法，本發明的實施例基於量子力學概念著眼於通道分配問題，提供一個適應性(adaptive)的通道特徵的描述的解決方案。在基地台的巨量天線14加上量子通道估測(Quantum Channel Estimation, QCE) 15的功能，基地台利用量子通道估測15得出的量子通道指紋特徵(Quantum Channel Fingerprint)可適應性地根據時變通道環境下的通信特徵傳送正確的波束到達使用者端，進而提高傳輸效率。

在巨量天線14以及用戶設備16之間通信的通信模型可由以下公式(1)描述： y=Hx (1)

公式(1)中，y 是接收的訊號, x 是傳輸的訊號, 而 H 是通道矩陣。由於每個用戶設備16所對應的通道矩陣H不同，其通道係數也不相同，因此在不同的採樣時間會有不同的傳輸情境。

本發明的實施例基於量子力學的概念，利用量子通道估測15得到的量子通道指紋特徵可以想像成是這個傳輸情境的通信特徵，就像人的指紋都不同一樣，量子通道指紋特徵足以代表一特定通信環境的通信特徵。量子通道指紋特徵可做為通道估測的根基。在一實施例中，量子通道估測15可結合空間時間編碼(Space-Time Coding, STC)技術，在不同的採樣時間取得對應傳輸情境的量子通道指紋特徵。

圖2是依照本發明實施例的一種基於量子通道估測的通信方法的流程圖。於步驟S210中，根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，其中該採樣參數用以決定一探測信號的間距。於步驟S220中，將該訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵。於步驟S230中，根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果。於步驟S240中，根據該估測結果進行信號傳輸。

圖3是依照本發明實施例的一種基地台的示意圖。圖3所示的基地台可執行圖2的通信方法。請參照圖3，基地台30包括收發器310、儲存媒體320以及處理器330。處理器330耦接收發器310以及儲存媒體320。基地台30可例如是如圖1所示的通信系統10的分布單元(DU) 13，通過巨量天線MIMO 14與多個用戶設備通信。本發明實施例的術語「基地台」(base station, BS)可例如與「gNodeB」(gNodeB, gNB)、「eNodeB」(eNodeB, eNB)、節點B、高級BS(advanced BS, ABS)、傳輸接收點(transmission reception point, TRP)、未許可TRP、基站收發器系統(base transceiver system, BTS)、接入點、家用BS、中繼站、散射器(scatterer)、中繼器、中間節點、中間物(intermediary)、基於衛星的通信基站等的變體或子變體同義。

收發器310以無線方式傳送下行鏈路訊號並且接收上行鏈路訊號。收發器310可經配置以在射頻下或在毫米波頻率下傳輸和接收信號。收發器310也可執行例如低雜訊擴增、阻抗匹配、混頻、向上或向下頻率變換、濾波、擴增等的操作。收發器310可包括一或多個類比-數位(analog-to-digital, A/D)轉換器和數位-類比(digital-to-analog, D/A)轉換器，所述轉換器經配置以在上行鏈路信號處理期間從類比信號格式轉換到數位信號格式，且在下行鏈路信號處理期間從數位信號格式轉換到類比信號格式。收發器310可進一步包含天線陣列，所述天線陣列可包含用於傳送和接收全向天線波束或定向天線波束的一個或多個天線。天線陣列可以是巨量天線，巨量天線可實現方式包含了線性(Linear) 、矩形(Rectangular) 、圓柱形(Cylindrical)、與分散式(Distributed)、天線陣列等多種天線型態。

儲存媒體320可儲存電腦程式。在一實施例中，儲存媒體320為任何型態的固定式或可移動式的隨機存取記憶體(random access memory, RAM)、唯讀記憶體(read-only memory, ROM)、快閃記憶體(flash memory)、硬碟(hard disk drive, HDD)、固態硬碟(solid state drive, SSD)或類似元件或上述元件的組合。儲存媒體320用於儲存可由處理器330執行的多個模組、電腦程式或各種應用程式。

處理器330用以負責基地台30的整體或部分運作。在一實施例中，處理器330為中央處理單元(central processing unit, CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微控制單元(micro control unit, MCU)、微處理器(microprocessor)、數位信號處理器(digital signal processor, DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(application specific integrated circuit, ASIC)、圖形處理器(graphics processing unit, GPU)、影像訊號處理器(image signal processor, ISP)、影像處理單元(image processing unit, IPU)、算數邏輯單元(arithmetic logic unit, ALU)、複雜可程式邏輯裝置(complex programmable logic device, CPLD)、現場可程式化邏輯閘陣列(field programmable gate array, FPGA)或其他類似元件或上述元件的組合。

在一實施例中，處理器330可包括量子運算裝置。量子運算裝置是一種用來進行量子運算的設備。量子運算裝置可使用量子位元(qubit)來代表資料，並使用量子力學的原理進行運算。在一實施例中，處理器330可包括量子計算單元(Quantum Computing Unit, QCU)。量子計算單元是指在傳統的計算機結構中加入了量子運算功能的處理器。這種處理器可以與傳統的計算機兼容，並可以利用量子運算來加速解決一些複雜的問題。

本發明實施例將量子力學估測應用在通道狀態資訊(Channel State Information, CSI)以適應且即時地描述通道特徵，而決定較佳的傳送策略。

具體而言，在MIMO通信系統中，傳送策略須考慮：

(一) 如何正確地估測CSI矩陣；

(二) 當通道為時變通道時，如何克服因回授延遲(feedback delay)和處理延遲(processing delay)所造成的資訊過時(outdate)；

(三)在有限回授量的限制下，如何傳回適當的通道資訊。

本發明實施例使用量子力學估測來克服上述的問題。量子運算由於其特殊的量子特性，可以滿足指數型的複雜運算需求，對於巨量天線中大量的通道資訊估測十分適合，可以快速計算通道特性，以滿足即時估測的需求。

海森堡(Heisenberg)測不準原理是量子力學的原理，主要概念是，測量不能非常準確地同時測定一物體之位置及其運動速度(動量)，因爲測量位置(動量)時，測量這一動作無可避免地將影響到其動量(位置)。在沒測量前，物體是處於一個只能以「波函數」來形容的物理態。該波函數只能表示在什麼地方可以發現該物體、或測得某一動量值的機率。直到測量的瞬間，波函數才會突然崩潰(collapse)，集中到所測量得之物理量上。

在量子力學中，EPR悖論(Einstein-Podolsky-Rosen paradox)推進了物理學家對量子力學的瞭解。在EPR論文發表之前，量子測量時常被視為是一種物理攪擾，直接作用於被測量系統，即基於不確定性原理，沒有所謂的客觀「實在」(reality)，只有觀測所得的結果，因果律成了或然率，物體不再同時具有一定的位置與運動速度。這意味著從這一個子載波上探測信號的間距到下一探測信號的間距的狀態是不能確定的。EPR悖論指出，測量一個粒子的性質，不一定要攪擾這粒子，可以改為依靠測量遙遠糾纏粒子的性質來預測這粒子的性質。

對於通道估測問題，由於CSI會隨著時間而不同，只探討靜止通道狀態是不具意義的，量子力學對微觀的通道時間的變化，不是使用決定論而是具「概率性(Probability)」，需要考量通道狀態的可能出現的相對機率，以適應地決定相應的傳送策略。因此，本發明實施例基於量子糾纏(quantum entanglement)的原理將通道狀態映射到量子通道狀態，通過計算量子通道狀態的糾纏量，即可得到量子通道指紋特徵。量子通道指紋特徵可以經由量子通道狀態獲得通道狀態的機率數字，而不是隨機或依靠經驗來主觀決定。

以下特舉一示範性實施例具體說明本發明實施例的量子通道估測。

圖4是依照本發明一示範性實施例進行量子通道估測的流程圖。

於步驟S410中，根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，其中該採樣參數用以決定一探測信號的間距。對於個接收天線( )和個發射天線( )，在採樣時間i，通道的響應可以由維度的通道矩陣H表示。採樣參數與採樣數(sample size)有關。採樣數可藉由調整探測信號的間距，隨著通道時間的變化(time-variant)而調整採樣區間而變動。由於採樣數會影響信號估測的誤差及錯誤率，因此採樣參數的調整十分重要。本發明實施例通過在採樣過程中運用閘門(gate)的設計以控制信息的流動。

在本發明的一實施例中，該採樣參數包括一設定閘門(set gate)、一輸出閘門(output gate)以及一保持閘門(stay gate)，其中該設定閘門設定該探測信號的該間距，該輸出閘門輸出在該間距的採樣訊息，該保持閘門保持該探測信號的該間距。

在本發明的一實施例中，其中根據該採樣參數進行採樣而取得該訊息區塊的步驟包括：將該設定閘門、該輸出閘門以及該保持閘門設定為第一時間；以及通過該輸出閘門在該第一時間取得該訊息區塊。

具體來說，設定閘門設定在採樣時間i的探測信號的間距。輸出閘門輸出在該間距採樣時間i的採樣訊息。在探測信號的間距不改變時，保持閘門在採樣時間i+1時保持探測信號的間距與在採樣時間i的探測信號的間距相同。閘門在採樣過程的運作可包括初始化、設定步驟、輸出步驟、評估步驟以及更新步驟。閘門的詳細作用於以下圖5至圖8所示。

圖5是在本發明實施例中根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊的示意圖。圖6、圖7及圖8是本發明實施例的設定閘門、輸出閘門以及保持閘門的示意圖。

請參照圖5，向上的箭頭500表示訊息的流動。區塊501表示採樣時間i的訊息。區塊502表示採樣時間i+1的訊息。區塊503表示採樣時間i+2的訊息。

在初始化時，設定閘門、輸出閘門以及保持閘門設定為一初始值。接著，如圖5所示，進行區塊501的採樣前，在設定步驟中將設定閘門、輸出閘門以及保持閘門設定為第一時間「t」。

在採樣時間i時，如圖6所示，設定閘門S_G的間距601以及保持閘門T_G的間距602同樣為第一時間「t」。此時，在輸出步驟，輸出閘門O_G會在採樣時間i取得在第一時間「t」的間距的訊息區塊。在評估步驟中，評估在第一時間「t」的通道變化。

在本發明的一實施例中，通信方法更包括：根據該估測結果更新該採樣參數。具體地，在採樣時間i+1時，根據評估步驟中的通道變化對設定閘門、輸出閘門以及保持閘門進行更新。

在本發明的一實施例中，其中根據該估測結果更新該採樣參數的步驟包括：評估在該第一時間的通道變化；響應於該通道變化大於一閥值，將該設定閘門更新為第二時間，其中該第二時間小於該第一時間；響應於該通道變化小於該閥值，將該設定閘門更新為第三時間，其中該第三時間大於該第一時間；響應於該通道變化等於該閥值，將該設定閘門更新為該保持閘門；以及將該輸出閘門以及該保持閘門更新為該設定閘門。

舉例而言，圖7所示為通道變化大於一閥值的情況。此時，設定閘門S_G的間距701更新為第二時間「t-1」。第二時間「t-1」小於第一時間「t」。接著，輸出閘門O_G以及保持閘門T_G更新為設定閘門S_G的間距701。因此，保持閘門T_G的間距702更新為第二時間「t-1」。

在採樣時間i+2時，如圖8所示，舉例而言，在通道變化與閥值相等的情況下，將設定閘門S_G2更新為保持閘門T_G。此時，輸出閘門O_G則設定為保持閘門T_G的間距801，表示保持探測信號的間距與在採樣時間i+1的探測信號的間距相同。

具體地，通道的時變性是由於傳送者和接收者的相對移動速度有關，本發明實施例藉由閘門的作用調整採樣區間。當傳送者和接收者的相對移動速度快造成通道變化大的情況，經由設定閘門減小探測信號的間距。反之，當通道變化小的情況，則增加探測信號的間距。

回到圖4的流程，接續說明取得訊息區塊的之後的步驟。

於步驟S420中，將訊息區塊進行空間時間編碼(Space-Time Coding, STC)而得到第一子碼以及第二子碼。變數 k表示第 k個使用者。變數 k介於1至一正整數K之間。

詳細而言，當有K個使用者和J個接收端，J K，第K個使用者在i時間的訊息區塊為，N為傳送的訊息區塊長度，訊息區塊經STC編碼後會得到空-時格子碼(Space-Time Trellis Coding, STTC) 和空-時區塊碼(Space-Time Block Coding, STBC) 。

於步驟S430中，通過錯誤更正碼修正該第一子碼以及該第二子碼而得到一傳送區塊。詳細而言，在i時間，每個使用者使用二根天線和傳輸和訊號，每次傳送的資料為一個區塊資料，而每個區塊資料又有兩個符號 ( 和 )。具體地，錯誤更正碼的實作方式是使用正交分頻調變(Orthogonal Frequency Division Modulation, OFDM) 抵抗多路徑干擾的編碼，並配合循環前綴(cyclic prefix, CP)或零填充(zero-padding ,ZP)等方法保護區間的編碼，如此可以抵抗通道間的干擾(Inter-Carrier Inference, ICI)也可以抵抗無線通訊中區塊間的干擾(Inter-Block Inference, IBI)。因此，第j根天線在時間i接受到的傳送區塊為，其中M=N+B，其中B為ZP-OFDM及/或CP-OFDM等區塊調變內容長度。時間i的共J根陣列天線收到的傳送區塊為。

於步驟S440中，根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果並且根據該估測結果進行信號傳輸。在一實施例中，將該傳送區塊表示為一張量網路結構。在一實施例中，對該張量網路結構進行奇異值分解(Singular Value Decomposition, SVD)運算而取得該量子通道指紋特徵。

圖9是在本發明實施例中將訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵的示意圖。訊息區塊經STC編碼後會得第一子碼以及第二子碼。第一子碼以及第二子碼可以視為量子通道狀態(qubits channel state)，以圖9之中一系列矩陣901, 902, 903, 904, 905, 906表示為張量網路(tensor network)結構900，張量網路結構在數學上可表示採樣時間i的通道訊息區塊的子集。

量子力學有一個基本假設，複合系統的希爾伯特空間(Hilbert Space)是其子系統希爾伯特空間的張量積(tensor product)。波函數(wave function)是一系列矩陣的乘積，即矩陣乘積狀態(Matrix product state, MPS)，是一維的張量網路的一種表示方法。張量進行奇異值分解得到的左奇異向量和右奇異向量分別和基態(ground state)組成的狀態，該奇異值分解就被稱為量子態的斯密特分解(Schmidt decomposition)，即為量子態的糾纏量(entanglement)。

每個通道環境中不同時間區塊的資訊具相關性或量子糾纏(quantum entanglement)，對量子通道狀態計算其糾纏量(Schmidt rank)，糾纏量用來表示通道特徵的重要性。通道特徵的重要性愈大表示相關性愈強。具體而言，波函數的斯密特分解即是一個SVD運算，而此SVD運算的頻譜(spectrum)就是簡化矩陣的特徵值的平方根。因此，通過對訊息區塊中的通道資訊的共變異數矩陣進行SVD運算即可獲得對量子波函數結構(wave function)的描述而取得量子通道指紋特徵。

本發明實施例是使用量子力學對通道資訊的共變異數矩陣進行SVD計算，進而得到此通道資訊的特徵向量與特徵值成為量子通道指紋特徵。對於通道數據而言，特徵向量即為此筆通道數據的主要成分，而特徵值則為權重。在計算出特徵向量和特徵值以後，即可知道此數據在散佈圖中的那個方向上為主要成分，並保留主要成分。

在本發明的一實施例中，根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到該估測結果的步驟包括：從該量子通道指紋特徵計算一糾纏量作為該估測結果，其中該糾纏量表示通道特徵的重要性。在本發明的一實施例中，根據該估測結果進行該信號傳輸的步驟包括：根據該糾纏量找出與該訊息區塊相關性最強的接收天線以及傳送天線來進行該信號傳輸。

圖10是在本發明實施例中根據該量子通道指紋特徵的一估測結果進行信號傳輸的示意圖。如圖10所示，訊息區塊經過量子通道估測15之後量子通道指紋特徵可成為在時間i的通道估測。舉例而言，在圖10之中，根據時間i的通道估測，巨量天線14可通過傳送天線傳送信號至合適的接收端天線及。因此，基地台可以根據量子通道指紋特徵傳送正確的波束到達使用者端，進而提高傳輸效率。

於步驟S450中，根據該估測結果更新該採樣參數。步驟S450的具體內容已於步驟S410及圖5至圖8關於更新步驟的部分詳細說明。於此不再贅述。

於步驟S460中，接收一真實通道估測且根據該估測結果以及該真實通道估測修正該採樣參數。在本發明的一實施例中，據該估測結果以及該真實通道估測修正該採樣參數的步驟包括：估算該估測結果以及該真實通道估測的均方誤差(Mean Square Error)；以及響應於該均方誤差大於一誤差門檻值，將該探測信號的該間距減小。詳細而言，步驟S460的均方誤差可由以下公式(2)來進行計算： (2)

在公式(2)中，表示細胞c 中所有用戶和目標細胞j基地台的通道矩陣。表示估測結果。為複數高斯分布(Complex gaussian distribution)。須注意的是， , , 為機率分布。

公式(2)使用最小均方誤差(Minimum Mean Square Error, MMSE)來評估傳送策略。若誤差超過一誤差門檻值則修正採樣的間距。舉例來說，當通信系統有B個細胞，B為整數，每個基地台均部屬J根天線，且每個細胞中的基地台同時為K位單天線用戶服務，所有細胞的所有用戶共享相同的時頻資源。公式(2)可得出應用在一目標細胞中基地台端訊息通道上的傳送策略。

綜上所述，本發明實施例提供的基於量子通道估測的通信方法及基地台，根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，將該訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵，根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果，以及根據該估測結果進行信號傳輸。量子通道指紋特徵可用來代表在一採樣時間的通道傳輸情境。不同採樣時間點的情境會有不同的量子通道指紋特徵。利用量子通道指紋特徵可透過量子計算來解釋這個情境下的通道傳輸或導頻(pilot)分配。量子通道指紋特徵的優勢是可以經由量子狀態獲得機率數字，而不是隨機或依靠經驗來主觀決定。在本發明一實施例中設計閘門於採樣過程控制信息的流動，提供一個適應性的採樣過程。在本發明一實施例中通過量子通道指紋特徵描述採樣時間點的通道狀況，量子通道指紋特徵結合量子計算及STC編碼技術提供通道估測。藉此，基地台可傳送正確的波束到達使用者端，進而提高傳輸效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10:通信系統 11:核心網路 12:中央單元 13:分布單元 14:巨量天線 15:量子通道偵測 16:用戶設備 30:基地台 310:收發器 320:儲存媒體 330:處理器 S210,S220,S230,S240,S410,S420,S430,S440,S450,S460:步驟 x,y:訊號 H:通道矩陣 i,t:時間 S_G,O_G,T_G:閘門 500:箭頭 501,502,503,504:區塊 601,602,701,702,801:間距 t:時間 ,,,,:接收天線 ,:發射天線 ,,,,,:訊息區塊 ,:編碼 k:變數 K,J,N,M,B:整數 c:細胞 ,,:機率分布

圖1是依照本發明實施例的通信系統的示意圖。圖2是依照本發明實施例的一種基於量子通道估測的通信方法的流程圖。圖3是依照本發明實施例的一種基地台的示意圖。圖4是依照本發明一示範性實施例進行量子通道估測的流程圖。圖5是在本發明實施例中根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊的示意圖。圖6、圖7及圖8是本發明實施例的設定閘門、輸出閘門以及保持閘門的示意圖。圖9是在本發明實施例中將訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵的示意圖。圖10是在本發明實施例中根據該量子通道指紋特徵的一估測結果進行信號傳輸的示意圖。

S210,S220,S230,S240:步驟

Claims

一種基於量子通道估測(Quantum Channel Estimation)的通信方法，包括：根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，其中該採樣參數用以決定一探測信號的間距；將該訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵(Quantum Channel Fingerprint)；根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果；以及根據該估測結果進行信號傳輸。
如請求項1所述的通信方法，其中該採樣參數包括一設定閘門、一輸出閘門以及一保持閘門，其中該設定閘門設定該探測信號的該間距，該輸出閘門輸出在該間距的採樣訊息，該保持閘門保持該探測信號的該間距。
如請求項2所述的通信方法，其中根據該採樣參數進行採樣而取得該訊息區塊的步驟包括：將該設定閘門、該輸出閘門以及該保持閘門設定為第一時間；以及通過該輸出閘門在該第一時間取得該訊息區塊。
如請求項3所述的通信方法，更包括：根據該估測結果更新該採樣參數。
如請求項4所述的通信方法，其中根據該估測結果更新該採樣參數的步驟包括：評估在該第一時間的通道變化；響應於該通道變化大於一閥值，將該設定閘門更新為第二時間，其中該第二時間小於該第一時間；響應於該通道變化小於該閥值，將該設定閘門更新為第三時間，其中該第三時間大於該第一時間；響應於該通道變化等於該閥值，將該設定閘門更新為該保持閘門；以及將該輸出閘門以及該保持閘門更新為該設定閘門。
如請求項1所述的通信方法，其中將該訊息區塊轉換為該量子通道指紋特徵的步驟包括：將該訊息區塊進行空間時間編碼(Space-Time Coding)而得到第一子碼以及第二子碼；通過錯誤更正碼修正該第一子碼以及該第二子碼而得到一傳送區塊；將該傳送區塊表示為一張量網路結構；以及對該張量網路結構進行奇異值分解(Singular Value Decomposition)運算而取得該量子通道指紋特徵。
如請求項1所述的通信方法，其中根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到該估測結果的步驟包括：從該量子通道指紋特徵計算一糾纏量作為該估測結果，其中該糾纏量表示通道特徵的重要性。
如請求項7所述的通信方法，其中根據該估測結果進行該信號傳輸的步驟包括：根據該糾纏量找出與該訊息區塊相關性最強的接收天線以及傳送天線來進行該信號傳輸。
如請求項2所述的通信方法，更包括：接收一真實通道估測；以及根據該估測結果以及該真實通道估測修正該採樣參數。
如請求項9所述的通信方法，其中根據該估測結果以及該真實通道估測修正該採樣參數的步驟包括：估算該估測結果以及該真實通道估測的均方誤差(Mean Square Error)；以及響應於該均方誤差大於一誤差門檻值，將該探測信號的該間距減小。
一種基地台，包括：收發器；儲存媒體；以及處理器，耦接所述收發器以及所述儲存媒體，其中該處理器經配置以：根據一採樣參數進行採樣而取得一訊息區塊，其中該採樣參數用以決定一探測信號的間距；將該訊息區塊轉換為一量子通道指紋特徵(Quantum Channel Fingerprint)；根據該量子通道指紋特徵進行通道估測而得到一估測結果；以及根據該估測結果進行信號傳輸。
如請求項11所述的基地台，其中該採樣參數包括一設定閘門、一輸出閘門以及一保持閘門，其中該設定閘門設定該探測信號的該間距，該輸出閘門輸出在該間距的採樣訊息，該保持閘門保持該探測信號的該間距。
如請求項12所述的基地台，其中該處理器更經配置以：將該設定閘門、該輸出閘門以及該保持閘門設定為第一時間；以及通過該輸出閘門在該第一時間取得該訊息區塊。
如請求項13所述的基地台，其中該處理器更經配置以：根據該估測結果更新該採樣參數。
如請求項14所述的基地台，其中該處理器更經配置以：評估在該第一時間的通道變化；響應於該通道變化大於一閥值，將該設定閘門更新為第二時間，其中該第二時間小於該第一時間；響應於該通道變化小於該閥值，將該設定閘門更新為第三時間，其中該第三時間大於該第一時間；響應於該通道變化等於該閥值，將該設定閘門更新為該保持閘門；以及將該輸出閘門以及該保持閘門更新為該設定閘門。
如請求項11所述的基地台，其中該處理器更經配置以：將該訊息區塊進行空間時間編碼(Space-Time Coding)而得到第一子碼以及第二子碼；通過錯誤更正碼修正該第一子碼以及該第二子碼而得到一傳送區塊；將該傳送區塊表示為一張量網路結構；以及對該張量網路結構進行奇異值分解(Singular Value Decomposition)運算而取得該量子通道指紋特徵。
如請求項11所述的基地台，其中該處理器更經配置以：從該量子通道指紋特徵計算一糾纏量作為該估測結果，其中該糾纏量表示通道的相關性。
如請求項17所述的基地台，其中該處理器更經配置以：根據該糾纏量找出與該訊息區塊相關性最強的接收天線以及傳送天線來進行該信號傳輸。
如請求項12所述的基地台，其中該處理器更經配置以：接收一真實通道估測；以及根據該估測結果以及該真實通道估測修正該採樣參數。
如請求項19所述的基地台，其中該處理器更經配置以：估算該估測結果以及該真實通道估測的均方誤差(Mean Square Error)；以及響應於該均方誤差大於一誤差門檻值，將該探測信號的該間距減小。