TWI232646B

TWI232646B - System and method utilizing dynamic beam forming for wireless communication signals

Info

Publication number: TWI232646B
Application number: TW091134779A
Authority: TW
Inventors: Prabhakar R Chitrapu; Steven Jeffrey Goldberg
Original assignee: Interdigital Tech Corp
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2005-05-11
Also published as: AU2002362024A8; US6993361B2; KR100624519B1; TW563993U; TW200302000A; KR20050098780A; DE20218406U1; KR20050095657A; WO2003049409A3; AU2002362024A1; US7657288B2; KR20050044622A; US20060111149A1; JP2005536905A; TW200738012A; KR20040018423A; US7016702B2; WO2003049409A2; EA007568B1; MXPA04005092A

Description

1232646 ⑴ 、玖、發明.說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明）技術領域本發明關係無線通訊領域。更特定而言，本發明關於一種在無線網路中利用動態光束形成以供無線通信信號之方法及系統。先前技術無線電信系統在業界為人所熟知。在過去，基地台將提供許多用戶單元的無線通信。基地台基本上將同步處理與 ® 用戶系統的多重通信。基地台能力的一種度量為其可支援的同步通信之最大數目，其係由像是可用功率及頻寬所決定的因素。因為並非所有的用戶皆同時與基地台通信，一基地台可提供的無線服務可超過其同時通信能力要多得多的用戶。如果一基地台正進行其同時通信之最大數目，嘗試建立另一個通信將會造成一個無法服務的表示，例如一系統忙碌信號。籲一基地台的服務覆蓋率並不限於其處理同時通信之能力，但其本質上係限於一特定的地理區域。一基地台的地理範圍基本上係由該基地台的天線系統之位置及由該基地台廣播的信號之功率所定義。為了自一昂貴的地理區域内提供無線服務，一網路系統 ‘ 習用上具有多個基地台。每個基地台之天線系統可選擇性地實際上的位置可提供在由該系統所涵蓋的整體地理區域的一特定部份之涵蓋率。這種系統可容易地提供行動用 1232646 (2) 戶單元之無線服務，其可行經一基地台的範圍之外，並進入另一個基地台的範圍，而不會中斷進行中的無線通信。在這種網路中，由一基地台所涵蓋的地理區域通常稱之為一蜂巢，而提供的電話通信服務通常稱之為蜂巢式電話服務。

根據 3rd Generation Partnership Program (3GPP)的目前規格所建構的系統係設計來提供這種服務。在這種系統中，一典型的傳送基地台已知為一「節點b」，而一典型的用戶單元即已知為一使用者設備（UE)，不論是行動式或非行動。

在設計一種電信系統來涵蓋一特定的地理區域時，該地理區域可劃分為一預定型式的蜂巢。例如圖1 A所示，係定義成六角形蜂巢，所以該蜂巢覆蓋了一蜂巢式樣式的整個地理區域。在這種系統中，每個蜂巢可具有一基地台，其在該蜂巢的中心具有一天線來提供360°的覆蓋率。雖然一蜂巢覆蓋的地圖可設計成不具有任何重疊的區域，但實際上如圖1 B所示，來自相鄰蜂巢的基地台天線之傳輸光束的確會重疊，如虛線所示。此光束覆蓋率的重疊使得可由一行動U E進行由一基地台到另一個之通信的「交遞」，因為該行動U E可由一個蜂巢行進到另一個。但是，一重疊基地台信號會構成由一不同基地台的UE所接收之信號的干擾，當該UE位在該重疊區域中。其為了一些理由，蜂巢可定義成不同的非均勻形狀。方向性天線、相位陣列天線或其它型式的天線系統可提供來使得來自一基地台用於傳輸及/或接收的光束可覆蓋一特

1232646 Ο) 定形狀及大小之特殊地理區域。如圖〖B之基地台B S 7斤示，使用方向性天線或相位的天線陣列之使用使得一基地台天線可位在一蜂巢的邊緣，藉以提供覆蓋該蜂巢之有形的光束。其好處在於較佳的功率使用，並避免在該蜂巢之外產生干擾，相反地，僅放置一單極天線在一蜂巢的邊緣，並傳送一 360°的通信光束。

不像是無線通信系統，其僅服務靜態的用戶鞏元，系統係設計來與行動使用者通信，其具有複雜得多的使用型式，因為對於一行動UE之服務通常係由該系統内的任何基地台所提供。因此，一特殊基地台可發現其能力可由行動UE從其它蜂巢進入其蜂巢者來完全地利用。

本發明人已經認知到該基地台及相關的天線系統可動態地用來重新設置基地台傳輸及/或接收光束，來回應於該無線系統的實際使用。此可造成動態地改變整體的蜂巢覆蓋率來更為容易地滿足系統需求，因此可較佳地避免所嘗試的通信會遇到一網路忙碌信號。此亦可造成「智慧型」交遞，以避免在當一 U E由一個蜂巢移動到另一個時的通信劣化。為了實施動態光束形成，本發明人已經認知到由一習用裝置所產生的資料，其可辨識一行動UE的地理位置，例如使用可用之全球定位衛星（G P S )系統或一基地台三角測量技術，其可較佳地應用於基地台天線系統之動態運作。發明内容本發明提供一種在無線電信系統中選擇性地導引基地

1232646 ⑷ 台R F通信信號之方法。一基地台進行與複數個U E之無線 R F通信。其可決定一 U E的估計之位置。然後相對位置資料使用該估計的U E位置及一基地台天線系統之已知位置來決定。光束形成條件係部份基於該相對位置資料來計算。一導引的光束係基於該計算的光束形成條件來對於該 U E及該基地台天線系統之間的RF通信，使得該導引的光束涵蓋該UE的估計位置。一 U E之估計位置的位置資料之決定可由一或多個基地台所接收的UE傳送信號之電信系統三角測量所執行。另外，或為其組合，一 UE的估計位置之位置資料的決定可由UE來執行，例如由使用全球定位衛星系統之UE，且該資料由該UE傳送到一基地台。該計算的光束形成條件較佳地是包含部份基於該相對位置資料來計算傳輸光束形成條件。該光束形成較佳地是包含基於該計算的傳輸光束形成條件，形成由該基地台天線系統所傳送的基地台RF通信信號之導引的傳輸光束，使得該導引的傳輸光東可涵蓋該U E的估計位置。另外或額外地，該計算的光束形成條件可包含部份基於該相對位置資料的計算接收光束形成條件，而該光束形成可包含形成該U E的導引接收光束，基於該計算的接收光束形成條件而由該基地台天線系統所接收的RF通信信號，使得該導引的接收光東涵蓋該U E的估計位置。較佳地是，一估計的位置可由該基地台天線系統之指定地理範圍内的複數個U E所決定。然後每個U E的相對位置 1232646 (5)

資料使用該估計的U E位置及該基地台天線系統之已知位置來決定。傳輸光束形成條件係部份基於至少第一及第二 UE所決定的相對位置資料來計算。基於該計算的傳輸光束形成條件之第一 UE的基地台RF通信信號之導引的傳輸光束即形成，並由該基地台天線系統傳送，使得該導引的傳輸光束涵蓋該第一 UE的估計位置。基於該計算的傳輸光束形成條件之第二UE的基地台RF通信信號之導引的傳輸光束即形成，並由該基地台天線系統傳送，使得該導引的傳輸光束涵蓋該第二UE的估計位置。同時對於該第一及第二U E之基地台RF通信信號之一個導引的傳輸光束即可形成，並傳送，使得其同時涵蓋該第一 UE及該第二UE 之估計的位置。另外，該第一 U E的基地台RF通信信號之第一導引的傳輸光束即可形成並傳送，而該第二UE的基地台RF通信信號之第二導引的傳輸光束即可形成並傳送，使得該第二導引的傳輸光束與該第一導引的傳輸光束具有不同的方向。較佳地是，該計算傳輸光東形成條件係部份基於相對的信號對雜訊比（SNR)估計。形成同時用於第一及第二UE 之基地台RF通信信號之一個導引的傳輸光束之信號對雜訊比（SNR)較佳地是可以估計。較佳地是可估計形成該第一 U E的基地台RF通信信號之第一導引的傳輸光束之信號對雜訊比（SNR)，及該第二UE之基地台RF通信信號之第二導引的傳輸光東，其與該第一導引的傳輸光束具有不同的方向。然後，該估計的SNR可做比較來決定是否該計算的 -10 - 1232646 (6) 傳輸光束形成條件可產生一或多個導引的傳輸光束。

較佳地是，一相位化天線陣列系統係做為該基地台天線系統，而傳送光束形成條件係由估計一光束覆蓋率Abeam 的面積成為RF相位φ及傳輸功率P的函數來計算，使得該相位φ及傳輸功率Ρ之選擇使得該UE的相對位置係在Abeam 内。該UE的相對位置資料可提供成形式（Θ，d)，其中Θ代表該UE與該基地台天線系統之0度參考之間的角度，而d代表該UE與該基地台天線系統位置之距離。該天線系統可具有複數個模式Μ，其可提供相同相位、功率之光束的不同形狀，然後傳輸光束形成條件可由估計一光束覆蓋率 Abeam的面積成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ之函數F來計算。較佳地是，該天線系統具有至少兩個模式Μ，其分別對於相同的相位及功率提供寬及窄的傳送光束形狀。該傳送光束形成條件可由估計一光束方向ebeam成為一相位的函數f來計算，ebeam = f(Cp)，所以Abeam = P，

Μ)，而ebeam之選擇係基於θ，而P及Μ係基於d來選擇。當一估計的位置對複數個U E來決定時，較佳地是接收光束形成條件係部份基於至少第一及第二UE的相對位置資料來計算。由該基地台天線系統所接收之第一 UE的RF 通信信號之導引的接收光束係基於該計算的接收光束形成條件來告知，使得該導引的接收光束涵蓋該第一 U £的估計位置。由該基地台天線系統所接收之第二U E的RF遠信信號之導引的接收光東係基於該計算的接收光束形成條件來告知，使得該導引的接收光東涵蓋該第二UE的估 -11 - 1232646

計位置。該第一及第二U E之RF通信信號之一個導引的接收光束，其形成使得可涵蓋該第一 U E及第二U E之估計位置。另外，該第一 U E的RF通信信號之第一導引的接收光束之形成使得該第一導引的光束涵蓋該第一 U E的估計位置，而該第二UE的RF通信信號之第二導引的接收光束之形成使得該第二導引的光束涵蓋該第二UE的估計位置，並具有不同於該第一導引的接收光束。較佳地是，該接收光束形成條件係部份基於相對的信號對雜訊比（SNR)估計。其同時估計形成第一及第二UE之RF 通信信號之一個導向的接收光束之信號對雜訊比 (SNR)〇並估計形成該第一 ϋ£之通信信號之第一導引的接收光束之信號對雜訊比（SNR)，以及該第二UE之RF通信信號之第二導引的接收光束之信號雜訊比，其與第一導引的接收光束具有不同的方向。然後該估計的SNR即做比較來決定如果該計算的接收光束形成條件可產生一或多個導引的接收光束。當使用一相位化的天線陣列系統做為該基地台天線系統，接收光束形成條件較佳地是由估計一光束覆蓋率Abeam 做為R F相位φ及傳輸功率P的函數來計算，使得該相位φ 及傳輸功率Ρ之選擇使得該UE的相對位置（Θ，d)係在Abeam 内。當該天線系統具有複數個模式Μ，其提供相同相位之不同的光束形狀，接收光束形成條件可由估計一光束覆蓋率Abeam的面積做為相位φ及天線系統模式Μ的函數F來計算。接收光束形成條件較佳地是由估計一先束方向ebeam -12 -

1232646 ⑻ 做為相位的函數 f，即 Qbeam = f(<P)，所以 Abeam = FW^ebeani)， M)&ebeam基於Θ來選擇，而Μ基於d來選擇。

一較佳的基地台具有一 RF模組及一相結合的天線陣列系統。一光束形成器，其用來結合於該RF模組，以在該基地台的天線陣列系統能夠產生的光束範圍内形成一組所要的光束。一地理位置處理器係耦合於該光束形成器，其設置來相對於該基地台的天線陣列系統之位置的資料來處理UE地理位置資料，並輸出選擇的控制參數到該光束形成器。該光束形成器控制該RF模組來以一有形的光束傳送或接收一選擇的UE之通信資料，其涵蓋該選擇的 UE之估計的位置，其中對應於該選擇的UE之估計位置的地理位置資料係由該地理位置處理器所處理。較佳地是，該地理位置處理器可設置成由估計一傳輸光束覆蓋率 Abeam的面積做為一 RF相位φ及傳輸功率P之函數來計算傳輸光束形成參數，使得相位φ及傳輸功率Ρ之選擇使得該 UE的相對位置資料（Θ, d)可位在Abeam内。較佳地是，該天線系統具有複數個模式Μ，其對於相同的相位及功率提供不同形狀的光束，然後該地理位置處理器是設置成計算傳輸光束形成參數成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ 的函數，並輸出參數到個別的光束形成器，以代表一選擇的相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ的組合，以控制傳輸光束形成。另外或額外地，該地理位置處理器較佳地是設置成藉由估計一接收光束覆蓋率的面積成為一 R F相位的函數來計 -13 - 1232646 (9)

算接收光束形成參數，使得該選擇的UE之相對位置資料係位在該接收光束覆蓋率的面積内。當該天線系統具有複數個接收模式，其提供了相同相位的不同形狀之接收光束，該地理位置處理器是用來計算接收光束形成參數成為一相位及天線系統接收模式的函數，並輸出參數到該光束形成器來代表一選擇的相位及天線系統接收模式之組合，以控制接收光束形成。

較佳地是，該RF模組可具有能力來提供超過一個傳輸光束，使得每個傳輸光束能夠承載一獨立之UE組合的通信信號。在這種狀況下，該光東形成器是用於結合該RF 模組以在一傳輸光束的範圍内形成一組想要的傳輸光束，其為該基地台的天線陣列系統能夠產生者。然後該地理位置處理器即設置來藉由基於複數個選擇的UE之每個 UEi之相對位置資料（0i，山）來估計一組傳輸光束覆蓋的面積以計算傳輸光束形成參數，其中Θ,代表該1；£1與該基地台天線系統之0度參考之角度，而di代表該UEi與該基地台天線系統位置之距離，其為RF相位φ及傳輸功率P之函數，使得該相位φ及傳輸功率Ρ之選擇使得複數個選擇的 UE之每個1]£,之相對位置資料（Θ,，山）係位在該組傳輸光束覆蓋的區域中的一個區域之内。當該天線系統具有複數個模式Μ，其對於相同的相位及功率提供不同形狀的光束，該地理位置處理器較佳地是設置成計算傳輸光束形成參數成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ的函數，並輸出參數到個別的光東形成器，以代表一選擇的相位φ、傳 -14 -

1232646 (10) 輸功率P及天線系統模式Μ的組合，以控制傳輸光束形成。

另外或額外地，該RF模組可具有能力來提供超過一個接收光束，使得每個接收光束能夠承載一獨立之UE組合的通信信號。在這種狀況下，該光束形成器是用於結合該 RF模組以在該天線陣列系統的接收光東能力範圍内來形成一組想要的接收傳輸光束。然後該地理位置處理器即設置來藉由基於複數個選擇的UE之每個UEi之相對位置資料（θί，山）來估計一組傳輸光束覆蓋的面積以計算接收光束形成參數，其中θί代表該UEi與該基地台天線系統之〇度參考之角度，而di代表該UEi與該基地台天線系統位置之距雖，其為RF相位φ之函數，使得該相位φ之選擇使得複數個選擇的UE之每個UEi之相對位置資料（θ^山）係位在該組接收光束覆蓋的區域中的一個區域之内。當該天線系統具有複數個模式Μ，其對於相同的相位及功率提供不同形狀的光束，該地理位置處理器較佳地是設置成計算接收光束形成參數成為相位φ及天線系統模式Μ的函數，並輸出參數到個別的光束形成器，以代表一選擇的相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ的組合，以控制接收光束形成。一無線電信系統係藉由提供複數個這種基地台及複數個行動U Ε來建構。較佳地是，每個U Ε包含具有一相結合之天線的RF模組。該UE可具有一地理位置處理器，其使用一全球定位衛星（G P S )系統來決定目前的U Ε之地理位置資料，該資料由該UE RF模組天線傳送來由該基地台使用。每個LJ Ε可包含一光束形成器，其用於結合該UE RF模 -15 - 1232646

(η)

組來在該U E天線陣列系統能夠產生之光束範圍内來形成一想要的光束。在這種’狀況下，一地理位置處理器耦合於該UE光束形成器，其用來處理相對於一選擇的基地台之已知位置的資料之估計U E位置之U E地理位置資料，並輸出選擇的控制參數到該光束形成器。該UE光束形成器控制該UE RF模組來以一有形的光束傳送或接收該選擇的基地台之通信資料，其可涵蓋該選擇的基地台之已知位置，其中相對於該選擇的基地台之已知位置的UE地理位置資料即由該U E地理位置處理器所處理。

較佳地是，該地理位置處理器可設置成由估計一傳輸光束覆蓋率Abeam的面積做為一 RF相位φ及傳輸功率P之函數來計算傳輸光束形成參數，使得相位φ及傳輸功率Ρ之選擇使得相對於該選擇的基地台之已知位置之該估計的UE 位置之相對位置資料可位在Abeam内。相對於該選擇的基地台之已知位置的該估計U E位置之相對位置資料可表示成 (Θ, d)，其中Θ代表該基地台與該估計的UE位置之0度參考的角度，而d代表該選擇的基地台之估計的UE位置與該已知位置之間的距離。該U E天線系統可具有複數個模式Μ，其對於相同的相位及功率提供不同形狀的光束。在這種狀況下，該UE地理位置處理器較佳地是設置成計算傳輸光束形成參數成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ之函數，並輸出參數到該光束形成器，來代表一選擇的相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ之組合，以控制傳輸光束形成。 -16 -

1232646 (12) 該地理位置處理器可設置成藉由估計一接收光束覆蓋率的面積成為一 RF相位的函數來計算接收光束形成參數，使得該選擇的UE之相對位置資料係位在該接收光束覆蓋率的面積内。當該天線系統具有複數個接收模式，其提供了相同相位的不同形狀之接收光束，該地理位置處理器較佳地是用來計算接收光束形成參數成為一相位及天線系統接收模式的函數，並輸出參數到該光束形成器來代表一選擇的相位及天線系統接收模式之組合，以控制接收光束形成。本發明另一方面係提供一種在無線電信系統中選擇性導引基地台RF通信信號之方法，其中具有重疊的傳輸範圍之基地台可與複數個UE進行無線RF通信。其可決定複數個UE中每一個的估計位置來接收基地台RF通信信號。一 UE之估計位置的決定較佳地是由一或多個基地台接收的UE傳送的信號之電信系統三角測量來執行，及/或在該 UE處的全球定位衛星系統所執行。對於每個UE，可辨識出具有涵蓋該估計的UE位置之傳輸範圍的每個基地台。對於每個U E，關於每個辨識的基地台之相對U E位置資料係使用該UE位置資料，及該辨識的基地台之預先定義的位置資料來辨識。對於每個辨識的基地台，光束形成條件係部份基於該決定的相對位置資料來計算，使得每個UE 係指定到一特定的基地台，其為該U E所要傳送RF通信信號之基地台。該UE的基地台RF通信信號之一組導引的光束係基於該計算的光東形成條件來形成，使得對於每個該 -17 -

1232646 U E中，對於該U E之具有RF通信信號之導引的光束涵蓋該 U E的估計位置。該處理係基於選擇的條件來重覆，以動態地重新設置基地台傳輸光束。

每個UE之通信資料可具有一服務品質及一資料速率需求。在這種狀況下，光束形成條件較佳地是計算成每個 U E係部份基於要傳送到該U E之通信資料的服務品質及資料速率需求來指定到一特定的基地台。較佳地是，每個 UE的相對位置資料包含該UE之估計的相對速度資料。在這種狀況下，光東形成條件較佳地是計算成每個U E係部份基於對應於該估計的U E位置之相對位置資料，及該U E 的相對估計速度來指定到一特定的基地台。要動態地重新設置基地台傳輸光束之方法較佳地是基於一選擇的種類來重覆，如下述： a. 對應於該估計的U E位置及該U E的相對估計的速度資料而改變相對位置資料，

b. 要傳送到該U E之通信資料的服務品質及/或資料速率需求之改變，及/或 c. 基地台失效。

要動態地重新設置基地台傳輸光束之較佳的無線電信系統包含複數個基地台，用於與複數個U E進行無線RF通訊。每個基地台具有一 R F模組及一相結合的天線系統，其係位在一預定的位置及一地理傳輸範圍，其至少重疊於至少另一個基地台之傳輸範圍。一光束形成器係用來結合於每個基地台的RF模組，以在光束範圍内形成一組所要 -18 - 1232646 (14)

的光束，其為該基地台的天線陣列系統即可產生。一網路介面交互連接於該基地台。該網路介面及一或多個相結合的地理位置處理器係用來： a. 處理U E地理位置資料，其對應於選擇的U E之估計的位置，其相對於具有涵蓋該選擇的U E之估計位置的傳輸範圍之基地台的天線陣列系統之位置資料，

b. 分配該選擇的U E成為群組，每個群組係維持與具有涵蓋該選擇的UE之估計位置的傳輸範圍之基地台中一選擇的基地台之通信，及 c. 輸出選擇的參數到具有涵蓋該估計位置之傳輸範圍的基地台之光束形成器1，使得一選擇的基地台以一有形的光束傳送該相對應分配的UE之群組中每個UE之通信資料，其可涵蓋該個別的U E之估計的位置。

每個選擇的U E之通信資料可具有複數個服務品質及一資料速率需求。較佳地是，該網路介面及相結合的地理位置處理器係用來分配該選擇的UE成為群組，其部份基於要傳送到該選擇的UE之通信資料的服務品質及資料速率需求。每個選擇的U E之地理位置資料可包含該U E之估計的相對速度資料。較佳地是，該網路介面及相關的地理位置處理器係用來分配該選擇的U E成為群組，其部份基於對應於該估計的U E位置之地理位置資料，及該選擇的U E 之相對估計速度資料。 ' 較佳地是，每個基地台包含耦合於其光束形成器之地理位置處理器，其係用來處理相對於其天線陣列系統之預定 -19 - 1232646 (15)

位置之U E地理位置資料，以輸出選擇的參數到其光束形成器，使得其光束形成器控制其RF模組來以一有形的光束傳送一選擇的U E之通信資料，其涵蓋該選擇的U E之估計的位置，其中對應於該估計的位置之地理位置資料係由該地理位置處理器所處理。當一 U E的通信資料具有一服務品質及一資料速率需求，每個基地台地理位置處理器較佳地是設置成部份基於要傳送到該選擇的UE之通信資料的服務品質及資料速率需求來計算導引到一選擇的UE之光束之光束形成參數。當每個選擇的UE之地理位置資料包含該UE的相對速度資料，每個基地台地理位置處理器較佳地是用來計算導引到一選擇的UE之光束的光束形成參數，其部份基於對應於該估計位置之地理位置資料及該選擇的UE之相對估計速度資料。此外，每個基地台地理位置處理器可用來輸出選擇的參數到該基地台的光束形成器，使得該基地台的光束形成器控制該RF模組來以一有形的光東傳送或接收一選擇的UE 之通信資料，其涵蓋該選擇的U E之估計的位置，其中對應於該選擇的UE之估計位置之地理位置資料可由該地理位置處理器來處理。每個基地台RF模组可具有能力來提供超過一個傳輸或接收光東，使得每個傳輸或接收光束能夠承載一獨立之U E組合的通信信號。在這種狀況下，每個個別的光束形成器可用來結合於該R F模組來在該基地台的天線陣列系統之能力内的一光束範圍下的一組想要的傳輸或接收光束。 -20 -

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本發明又另一方面提供了在一無線電信系統中選擇性地導引基地台RF通信信號之智慧型交遞方法，其中具有已知位置及重疊的傳輸範圍之基地台可與一行動UE進行無線RF通信。一自基地台接收RF通信信號，及位在複數個基地台之傳輸範圍内之一行動UE之估計的位置即可決定。一 U E之估計位置的決定較佳地是由一或多個基地台接收的UE傳送的信號之電信系統三角測量來執行，及/或在該UE處的全球定位衛星系統所執行。對於每個UE，可辨識出具有涵蓋該估計的UE位置之傳輸範圍的每個基地台。其可辨識出具有涵蓋該估計的UE位置之傳輸範圍的每個基地台。關於每個辨識的墓地台之相對UE位置資料係使用該估計的U E位置及該基地台的已知位置來決定。光束形成條件係部份基於該決定的相對位置資料來計算，使得該UE係指定給該辨識的基地台中的一個，其為該UE要傳送RF通信信號者。自該指定的基地台所傳送之 UE的基地台RF通信信號之導引的光束係基於該計算的光束形成條件所形成，使得該導引的光束涵蓋該U E之估計的位置。該智慧型交遞處理係基於選擇的條件來重覆，以動態地重新設置基地台傳輸光束。該U E的通信資料可具有一服務品質及一資料速率需求。在這種狀況下，使得該U E指定給該辨識的基地台之一的光束形成條件較佳地是部份基於要傳送到該UE之通信資料的服務品質及資料速率需求來計算。該U E的相對位置資料可包含該UE之怙計的相對速度資料。在這種狀 -21 -

1232646 (17) 況下，使得每個UE指定到該辨識的基地台中的一個之光束形成條件較佳地是部份基於對應於該估計的U E位置之相對位置資料，及該UE的相對估計速度來計算。該智慧型交遞處理較佳地是重覆來基於以下的選擇類形來動態地重新設置基地台傳輸光束： a. 對應於該估計的U E位置及該U E的相對估計的速度資料而改變相對位置資料，

一種用以實施智慧型交遞的較佳無線電信系統包含複數個基地台，用以與一行動U E進行無線RF通信。每個基地台具有一 RF模組及一相結合的天線系統，其係位在一預定的位置及一地理傳輸範圍，其至少重疊於至少另一個基地台之傳輸範圍。一光束形成器係用來結合於每個基地台的RF模組，以在光束範圍内形成一組所要的光束，其為該基地台的天線陣列系統即可產生。一網路介面交互連接於該基地台。該網路介面及一或多個相結合的地理位置處理器係用來： a. 處理U E地理位置，其對應於一選擇的行動U E之估計的位置，其相對於具有涵蓋該選擇的U E之估計位置之傳輸範圍的天線陣列系統之位置資料； ' b. 選擇基地台中具有涵蓋該選擇的UE之估計位置的傳輸範圍之基地台；及 -22 -

1232646 (18) c. 輸出參數到該選擇的基地台之光東形成器’使得該選擇的基地台以一有形的光束傳送該選擇的U E之通信資料，以涵蓋該選擇的UE之估計的位置。

該選擇的U E之通信資料可具有一服務品質及一資料速率需求。在這種狀況下，該網路介面及相結合的地理位置處理器較佳地是設置成部份基於要傳送到該選擇的UE之通信資料的服務品質及資料速率需求來選擇一基地台。該選擇的UE之地理位置資料可包含該UE之估計的相對速度資料。在這種狀況下，該網路介面及相結合的地理位置處理器係設置成部份基於同時對應於該選擇的UE之估計位置及相對估計速度資料之地理位置i資料來選擇一基地台。

每個基地台可包含耦合於其光束形成器之地理位置處理器，其係用來處理相對於其天線陣列系統之預定位置之 UE地理位置資料，以輸出選擇的參數到其光束形成器，使得其光束形成器控制其RF模組來以一有形的光束傳送一選擇的U E之通信資料，其涵蓋該選擇的U E之估計的位置，其中對應於該估計的位置之地理位置資料係由該地理位置處理器所處理。當一 U E的通信資料具有一服務品質及一資料速率需求，每個基地台地理位置處理器較佳地是設置成部份基於要傳送到該選擇的U E之通信資料的服務品質及資料速率需求來計算導引到一選擇的U E之光束之光束形成參數。當該U E的地理位置資料包含該U E的估計相對速度資料，每個基地台地理位置處理器較佳地是設置成部份同時基於對應於該U E的估計位置及相對估計速度 -23 -

1232646 (19) 資料之地理位置資料來計算導引到該UE之光束的光束形成參數。

每個基地台地理位置處理器亦可設置成由估計一傳輸光束覆蓋率Abeam的面積來計算傳輸光束形成參數，做為一 RF相位φ及傳輸功率P之函數，使得相位φ及傳輸功率P之選擇使得該UE的相對位置資料可位在Abeam内。其中每個基地台天線系統具有複數個模式Μ，其對於相同的相位及功率提供不同形狀的光束，每個基地台地理位置處理器較佳地是設置成計算傳輸光束形成參數成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ的函數，並輸出參數到個別的光束形成器，以代表’ 一選擇的相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ的組合，以控制傳輸光束形成。

每個基地台地理位置處理器亦可設置成輸出選擇的參數到該基地台的光束形成器，使得該基地台的光束形成器控制該RF模組來以一有形的光束傳送或接收該U Ε的通信資料，其涵蓋了該U Ε的估計位置，其中對應於該U Ε的估計位置之地理位置資料係由該地理位置處理器所處理。在這種狀況下，每個基地台地理位置處理器較佳地是設置成藉由估計一接收光束覆蓋率的面積成為一 RF相位的函數來計算接收光束形成參數，使得該相位之選擇將該UE的相對位置資料位在該接收光束覆蓋率的面積内。其中每個基地台天線系統具有複數個接收模式，其提供了相同相位的不同形狀之接收光束，該地理位置處理器較佳地是用來計算接收光束形成參數成為一相位及天線系統接收模式

1232646 (20) Μ的函數，並輸出參數到該光束形成器來代表一選擇的相位及天線系統接收模式之組合，以控制接收光束形成。每個基地台RF模組可具有能力來提供超過一個傳輸光束，使得每個傳輸光束能夠承載一獨立之UE組合的通信信號。在這種狀況下，每個個別的光束形成器較佳地是用於結合該RF模組以在一傳輸光束的範圍内形成一組想要的傳輸光束，其為該基地台的天線陣列系統能夠產生。

在任何所揭示的系統中，每個UE較佳地是包含一 RF模組，其具有一相結合的天線。每個UE可具有一地理位置處理器，其用於使用一全球定位衛星（GPS)系統來決定目前的U Ε地理位置。依照需要，每個U'E亦可包含運作上結合該UE RF模組之光束形成器來在該天線陣列系統能夠產生的光束範圍内形成一想要的光束，及耦合於該UE光束形成器之地理位置處理器，其用來處理相對於一選擇的基地台之已知位置的資料之估計U Ε位置的U Ε地理位置資料，並輸出選擇的參數到該光束形成器，使得該光束形成器控制該RF模組來以一有形的光束傳送或接收該選擇的基地台之通信資料，其涵蓋該選擇的基地台之已知的位置，其中相對於該選擇的基地台之已知位置的U Ε地理位置資料係由該U Ε地理位置處理器所處理。本發明的其它目的及好處對於本技術專業人士可藉由以下的詳細說明來瞭解。 - 圖式簡單說明圖1 Α及1 Β所示為一習用的蜂巢佈置及傳輸類型。 -25 - 1232646 (21) 圖2所示為動態使用有形的傳輸光束來處理一特定的使用者密度。圖3所示為動態使用有形的傳輸光束，其中一基地台有失效。圖4所示為該蜂巢覆蓋的動態重新配置之流程圖。圖5 A-5E所示為使用光束形成之基地台，以提供無線光束覆蓋率到不同狀況下的選擇之U E。圖6所示為實施地理位置為主的光束形成之流程圖。圖7所示為根據本發明原理對於一地理位置輔助的光束形成行動通信系統之基地台及U E組件的方塊圖。圖8所示為當一 tj E由一個蜂巢移動到另一個時的交遞方式。圖9所示為在智慧型交遞中合作的基地台之間的協調處理。

圖1 0所示為根據本發明揭示内容中使用智慧型交遞透過光束形成基地台所支援的UE。圖11所示為用於智慧型交遞於光束形成基地台之步驟的流程圖。實施方式一無線通信系統之初始蜂巢覆蓋率可使用例如圖1 B所示的習用方法來設置。但是，為取代維持嚴謹定義的覆蓋區域，本發明利用蜂巢覆蓋率的動態形成來適應於實際即時系統使用需求。無線電資源、覆蓋面積及服務的使用者皆可較佳地在一些相鄰且合作的基地台之間來共用。此可 -26- 1232646 (22) 造成系統容量、使用率及效率的增加。以下的說明主要係關於動態地成形來自基地台的傳輸光束。但是，本技術專業人士將亦可暸解用於接收的光束形成的應用性。因為在不同類型的雙向通信中的資料需求對於相同通信之上鏈及下鏈部份會相當地不同，較佳地是對於傳輸及接收可獨立控制光束成形。此外，在UE處傳輸或接收的光束形成亦可有利地來使用。

較佳地是，每個蜂巢的基地台使用一相位的天線陣列或類似的天線系統。在本技術中亦熟知的是，相位的天線陣列及其它習用系統可使得一基地台在一選擇的方向上傳送（或接收）一選擇性大小的光束。對於一相位的天線陣列，一 RF信號相位可調整來導引該傳輸光束，而信號功率可調整來控制該光束的大小。同時，天線選擇及大小可在該光束的形狀及大小當中扮演一種角色。舉例而言，一基地台可具有包含兩個天線陣列之天線系統，其中一個在一給定方向上產生相當窄的光束，而另一個則在一給定方向上產生相當寬的光束。透過調整這些參數，兩個或多個相鄭的蜂巢可協調及重新定義由每個基地台所覆蓋的區域，其方法比將所有蜂巢考慮在一起的方式要更為最佳化。一基地台可啟始在相鄰蜂巢中與其相鄰者之一或多個之協調處理，其係由於在目前由其所覆蓋的區域中的使用者之過量需求，或由於由低交通量產生的過剩資源。除了上述之外，有其它的考慮可使得一蜂巢啟始一協調處理。該協調處理本身較佳地是限 -27 - 1232646 (23) 定了在合作的基地台之間使用它們當中的介面之一系列的訊息交換。在該協調處理結束時，該蜂巢群組可到達該覆蓋的整體區域之一新的區隔，藉此改進該共同的運作效能。由每個基地台所覆蓋的新區域係由該天線陣列的光束形成技術來利用RF能量說明。

圖2及3所示為該方法之範例。圖2所示為在該基地台BS! 區域，及該基地台BSi及基地台BS3之間的區域中使用者的密度。當決定在這些區域中使用者為高密度時，在基地台 BSi及基地台BS3處的天線陣列係用來傳送一選擇性成形及導引的光束，以提供所需要的無線電資源到該使用者密度。圖3所示為基地台BS3遇到1失效的狀況。然後基地台BSi 及基地台BS2即用於傳送一選擇性成形及導引的光束，以提供所需要的無線電資源到正常由基地台BS3所服務區域中的使用者。

圖4所示為牽涉到使用天線陣列之動態重新配置基地台覆蓋率之步騾的典型程序之流程圖。首先，參數係設定為觸發該重新配置。為了追蹤及決定觸發事件，該網路較佳地是追蹤每個基地台與U E及U E位置之間的活動通信之數目。較佳地是，此資訊係以一快速的速率所更新，因為行動U E位置可連續地改變。除了 UE的位置之外，該UE的速率及方向亦可由UE回報，或由BS估計。此資訊結合了地理地圖資訊，可用來預測該U E的未來位置。此資訊可用於（I)降低該位置資料必須由U E傳送到B S之頻率，（2 )決定如果該網路有可能在 -28- 1232646 (24) 最近達到滿載。後者可在該光束形成決策處理中考慮。

此資料使得該網路可決定如果一特定的基地台正達到滿載，或有可能達到滿載。然後該重新配置處理可在當與一特定基地台同時通信的使用者臨界數目或資料交通量的臨界量皆到達時來觸發。在相鄭蜂巢中所進行的通信數目即做比較，且如果有一足夠較低的數目，即會進行兩個或多個基地台之間的協調處理。因為U E位置為已知，在一小區域中顯著較高的密度，亦可做為一觸發事件。較佳地是，一基地台失效亦可定義為一觸發事件，以提供相鄰基地台的輔助覆蓋率。

該協調處理在由一觸發事件啟始之後，較佳地是限定評估與該特定基地台通信的UE之UE位置之所有資料，並將其匹配於該特定基地台可使用的一組光束樣式，其可提供具有相同或降低信號雜訊比（SNR)之UE的更為均勾的服務分佈。一旦完成該協調處理，該基地台重新聚焦其傳送的RF信號，以提供在該協調處理期間所決定的該UE之光束。光束形成選擇較佳地是使用U E地理位置資料來決定。資料交通量亦為一重要的考量，特別是當使用光束形成來與多個U E通信。圖5 A所示為一基本的案例，其中一基地台i 〇聚集一無線光束12在一單一 UE上，即UE!。該基地台光束使用該B 標的使用者之位置的明確資料來形成，在此例中為UEi。圖6提供該處理的基本流程Η 。該第一步驟包含決定該 -29-

1232646 (25) 目標的單一 UE及/或多個UE之位置。此較佳地是使用熟知的技術來達到，其包含·· 1)UE為主的技術，例如GPS為主的方法；2)網路為主的三角測量方法，例如基於到達時間差（TDO A)及到達角度（AO A)之方法；3 )同時包含U E及網路之複合方法。當使用UE為主的技術時，一第二通信步騾係由使得該網路可知道每個目標的UE之位置資料來提供。此處理包含在U E及網路之間適當設計之訊息的交換。

然後一光束形成計算步驟即發生，其較佳地是包含基於目標的UE之位置資料的決策處理。在此步驟期間，該網路決定該光束形成的特性，藉以利用視為對該網路適當及 /或最佳化的方式來服務該目標的UE。此決策處瑝亦可包含一雙向通信處理，其中該UE亦牽涉在該決策處理中。最後，該光束係基於決策處理而形成，以產生一選擇性大小及導引的RF光束，其可覆蓋該UE的位置，如同由其地理位置資料所反應。

一基地台2 0及一 U E 3 0之相關組件的方塊圖係示於圖 7。該基地台2 0較佳地是經由一組頻道處理器2 2而耦合到網路組件，其可處理及格式化資料。該基地台/網路介面可為有線、無線或任何其它種類的連接。該頻道處理器3 2係耦合於一組數據機單元24。該數據機單元2 4調變傳輸用信號，並解調變接收的信號。一 R F模組2 6具有一相結合的相位化天線陣列系統2 7，並耦合該等數據機24。該RF模組26將自該基地台數據機單元24接收的調變信號轉譯成一選擇的傳輸用載波頻率。該RF模組 -30- 1232646 (26)

2 6在運作上結合一光束形成器2 8，其可選擇性調整功率、 RF相位及天線選擇，用以由該天線陣列系統2 7能夠產生的光束範圍來形成一所要的光束。一地理位置處理器29 處理該UE地理位置資料來輸出選擇的參數到該光束形成器28。

該天線系統2 7可具有一連續範圍的角度導向的光束，或一分散角度導向的光束範圍。該光束範圍亦可具有不同的光束寬度可用於特定的角度方向。較佳地是，該RF模組 26之設置使得其能夠提供超過一個傳輸光束，使得每個光束能夠承載一獨立組合之UE的通信信號。較佳地是，用於接收的光束形成係獨立於用於傳輸的光束形成，因為該使用者通信的資料流通常為非對稱。舉例而言，如果該 U E已經請求一資料鏈結來下載一檔案，在這種通信期間，到達該UE的下鏈資料通常將為明顯地大於任何到達該基地台的上鏈資料流。

該UE 3 0包含一頻道處理器32來處理及格式化耦合於一數據機單元34的資料。一應用處理器33可提供來支援多種語音及資料處理應用。該數據機單元3 4調變用於傳輸的信號，並解調變所接收的信號。一 RF模組3 6具有一相結合的天線37，並耦合該數據機34。該RF模組36將自該UE數據機3 4接收的調變信號轉譯成一選擇的傳輸用載波頻率。一地理位置處理器39可提供來由一 GPS系統決定UE 地理位置，然後傳送到該基地台2 0，較佳地是對於一行動 U E為頻繁的間隔之下。 -31 - 1232646 (27)

該UE可具有一光束形成器38 (顯示為虛線），其可選擇性地調整功率、R F相位及天線選擇，用以由該天線陣列系統3 7能夠產生的光束範圍來形成一所要的光束。在這種狀況下，該地理位置處理器3 9係用來處理該UE地理位置資料來輸出選擇的參數該UE的光束形成器。使用於UE傳輸及/或接收的光束形成可同時在U E處及對於網路之S N R 降低具有好處。傳送一導向的光束在許多情況下將可降低由UE所產生對於其它系統基地台或該光束之外的UE之干擾量。透過一導引的光束之接收將在許多情況下可降低對於該光束之外的來源之接收信號的干擾量。為了方便起見，每個UE的地理位置資料可利用1該基地台的基地台天線位置相對於要傳送到該UE之光束的極座標來描述。請參考圖5 A，在運作上，該基地台接收UEi的地理位置成為（θΐ5 dD，其中Θ!代表該UE與該基地台天線系統之〇度參考射線之角度，而d i代表該U E與該基地台天線

系統位置之估計的距離。當動態光束形成由U E使用時，該U E的地理位置資料可類似地利用該U E正在通信的一選擇的基地台之已知位置所相對的極座標來描述。在這種狀況下，該相對位置資料座標Θ代表該選擇的基地台與該UE的0度參考射線之角度，而d代表該U E與該選擇的基地台之估計的距離。當利用一相位化的天線陣列系統，該光東覆蓋面積Abeam 為RF相位φ之函數F()，而用於傳送的光束、傳輸功率P。所使用的特定天線系統亦可提供不同的天線選擇模式 -32 - 1232646 (28)

Μ，其提供相同的相位及功率之不同形狀的光束，例如一寬的光束及一窄的光束選擇可用於一給定的相位。因此，一般而言：

Abeam = F((p，Ρ，Μ) (傳輸用） -

Abeam = F((p，M) (接收用）。因為光束方向〇beam主要為相位的函數，0beam = f((p):

Abeam = F(r>beam)，P，Μ) (傳輸用）

Abeam =F(r1(0beam)? M) (接收用）。 _ 應用此在圖5A中可提供一傳輸光束12來涵蓋UE!，

Abeaml2 = ?(尸(01)，P，Μ) 其中Ρ、Μ之選擇使得Abeaml2延伸至少一距離di。其可使用具有雙向光束之相位化陣列天線。基本上，這種天線係導引對於一軸為對稱之光束。藉由沿著該軸定義該天線角度為〇度的參考，該光東方向ebeam對相位φ之函數關係可利用其絕對值來表示，如下式： I Obeam I = ί(φ) 其中該UE位置資料的極座標表示可以轉換，使得該角度資料Θ之範圍為該基地台的0度角度參考為± 180 degrees，即-180° < Θ < 180〇。在選擇光束形成參數時的一主要因素，特別是P及Μ，其係要維持該接收信號的一適當之信號對雜訊（干擾）比 (SNR)。在容量或覆蓋率有限的系統中，該目標通常係要儘可能達到最高的SNR。在有限干擾的系統中，例如CDMA ，該目標係要達到某個最小的S N R，以保證該鏈結所需要 -33 - 1232646 (29)

的一滿足的QoS，但不會太高，所以不會造成對於其它鏈結之不需要的干擾。S N R為S +1，其中S為所想要的信號，而I為干擾。一通式為： S: Sb / Μ+Σ&’ 其中： sb為在該接收器處所要的信號， N〇為雜訊，及為來自其它通信之信號干擾的總和。該S k值的性質通常係根據所使用的調變，其與距離成反比。圖5B到5D說明不同的策略。在圖5B中，UE2及UE3係充份地隔開，使得形成在每個來自基地台天線陣列1 〇之UE 的光束為最佳。在傳輸上，導引到UE2之光束係移動遠離導引到UE3之光束。因此，其皆不能提供明顯的干擾來降低該接收的信號之個別的SNR。

在圖5 C中，該光束具有明顯的重疊，其顯示出該個別的信號造成彼此之間明顯的干擾。不論在UE2及UE3，其它的傳輸將呈現為一明顯的雜訊因素。在圖5 D中，相同的兩個U E，例如U E 2及U E 3，係顯示在相同的位置，而由一單一寬光束所覆蓋。該信號到每個UE可看到一較低的干擾者，因為對於其它UE沒有第二個信號，藉此改善該信號雜訊比的起源。如杲到達該U E之功率可保持為固定，反射一寬光束形狀之模式參數Μ的選擇係用來改進在圖 5C中所示的另一個之SNR。在f際的應用中，將會有其它的變數有影響。在該傳送 -34 - 1232646 (30) 器中的功率限制或相距一段距離之潛在干擾實際上可需要一較低的功率，以在由該基地台傳輸期間到達該UE，且會發生由於加寬的光束而增加來自其它來源之雜訊。特別是，當兩個或多個相鄭的基地台之光束係對於蜂巢的重新配置來加以決定時，要由相鄰蜂巢傳送的該光束之功率及形狀較佳地是在決定牽涉在該處理中的基地台之適當的光束組合時來考慮。

此外，該種通信即可考慮，因為不同類型的通信可具有不同的資料速率及服務品質需求。舉例而言，資料檔案傳輸可在一相當低的速率下來進行，但可需要一高的服務品質，因為一電腦資料程式檔案的每一個位元通常必須正確，藉以使得該傳送的程式檔案可正確地運作。語音或視訊會議可具有一較低的服務品質需求，但可需要一較高的資料速率，因為該語音或視訊會議可呈現給使用者為即時地進行，而不會有中斷。音樂或視訊串流通信可具有對於下鏈之類似的服務品質及資料速率需求，但可相對於上鏈需求為非常地不對稱。因此，由於分別在基地台1 0與UE2 及UE3之間的兩個獨立的通信之非對稱資料速率及服務品質需求，圖5 C可代表由基地台1 0到UE2及UE3之選擇性形成的下鏈傳輸光束，而圖5 D可代表對於那些通信之基地台1 0所選擇性形成的上鏈接收光束。

如果使用一個光束之資料速率並不適合來支援兩個UE 之需求，其必須來改變該調變格式（速率、每個符號之位元等），來能夠使用一個光束。這種改變有可能降低在該 -35-

1232646 (31) 分子中的信號值。因此，該基地台的地理位置處理器較佳地是進行相對的計算來決定是否該較佳的狀況可包含一或兩個光束，及這些光束所需要的功率。基於SNR所提供之最佳信號的光束樣式較佳地是即可實施。其有可能來延伸該計算來包含旋轉該光束而直接聚焦它們在該U E上的可能性，因為該增加的區隔會部份不利於該分母，而在分子中更為顯著。

圖5E所示為增加了 UE數目的狀況，即UE0j UE7。為了計算簡單，該UE可根據其角度極座標來辨識，使得所有由（㊀丨，山）所表示的所有UE,，及由（θ1 + ι，dlH)所代表個UEiM，其中Θ, S θίΜ。對於任何數目N的UE，該光束形成選擇處理

即可搜尋（Θ i - Θ卜!）的兩個最大值，即ΔΘ i. i + i，包含有ΔΘΝ，1，以決定兩個群組的UE，其可在相對於該基地台天線陣列 10之角度方向上最為接近。圖5E代表在UE7及UEi (ΔΘ7」）之間的角度差，及UE3與UE4 (Δθ3.4)之間的角度差為最大，所以UEi到UE3，以及UE4到UE7之UE在初始時即選擇成群兩個所提出的光束配置中每一個之ebeam即可在初始時選擇來畫分該兩個群組中每一個之末端UE之角度方向。在圖5£中的狀況，該第一種提出的光東配置之ebeam較佳地是初始化為（θι + θ3) + 2，而該第二種提出的光束配置之 Qbeam較佳地是初始化為（Θ4 + 07) + 2。然後Μ係選擇來保證一足夠寬的光束來涵蓋每個群組之末端U Ε之間的角度展開，而Ρ係選擇來保證該信號投射 -36 -

1232646 (32) 的距離足以涵蓋在該個別U E群組中每個U E的距離座標d 中所反射的距離。對於其它群組的計算可進行來決定如果 SN R可在一系統的基礎之下來改善，使得無法提供改善即會造成所嘗試的群組化變化之類型的中止。當該天線陣列提供如上所述的一雙向對稱光束時，上述的計算可基於每個UE的相對角度位置0之絕對值來修正，其可轉換為範圍 -180ο < Θ < 180〇。

動態光束形成亦可較佳地用來實施進行中之通信的交遞。為了使一 UE通信繼續進行，該UE已經建立了其本身與一基地台天線系統之間的RF鏈結，其可位在一蜂巢塔中。當UE移動時，該RF鏈結的特性即改變，且在UE及/ 或該蜂巢塔處所接收的信號品質即會降低，造成其觸發一交遞考慮處理。圖8所示為一 UE與一蜂巢中的基地台BSi 進行通信，並移動朝向由一不同基地台BS2所服務的一相鄰蜂巢。

該交遞考慮處理包含該UE與一些候選的目標蜂巢，其中之一即對於該交遞來選擇，如果有執行交遞的話。圖9 所示為在合作的基地台之間的協調處理，以進行智慧型交遞決策。在此交遞考慮處理期間，每個候選的蜂巢會在它們之間通信，並交換關於該RF資源的可用性之資訊，及任何其它相關的考慮，來支援正在考慮中的U E。因為當兩個或多個相鄰的基地台之光束係對於蜂巢的重新配置來加以決定時，要由相鄰蜂巢傳送的該光束之功率及形狀較佳地是在決定牽涉在該處理中的基地台之適當的光東 -37 -

1232646 (33) 組合時來考慮。該協調處理使用基於U E地理位置資料之光束形成選擇，如上所述。該協調的結果為對於所牽涉的基地台來決定一選擇組合的光束，以提供具有一相對較低的SNR之UE覆蓋率。

在此協調階段期間，該UE持續地由原來的蜂巢塔來支援，其憑藉其天線陣列來使用追蹤及聚焦的光束。因此，該交遞考慮處理不需要受到嚴格的時間限制。如圖1 〇所示，在該極端的例子中，如果一相鄰蜂巢不能夠有效率地接收該UE，其可決定該原先的蜂巢為最佳的位置，且必須繼續來服務該UE。此係利用例如基地台BS!的天線陣列之光束形成及追蹤能力來完成，以繼續維持與UEi及UE3 之通信，即使它們已經移動超出BSi之正常的蜂巢覆蓋範圍。在圖1 0所示的範例中，鄰近基地台BS2之高密度的使用者會造成該「智慧型」交遞決定，以重新設置來自基地台BSi之延伸的光束來繼續服務UE3。

圖1 1所示為用以進行「智慧型」交遞之一般性處理的流程圖，其實際上不會造成交遞的進行。該第一步驟係要在發生一觸發事件時來觸發該智慧型交遞處理。該觸發事件較佳地是包含關於U E位置資料之臨界值，位置資料的改變，其代表行進方向、U E信號品質劣化、服務中基地台負載，及該U E的服務需求改變，其可在一通信期間由一低資料速率切換到一高資料速率，其為一潛在的通信應用所需要。一旦觸發該處理，該服務基地台決定那一個基地台要牽 -38-

1232646 (34) 涉在内，並進行該協調處理來對於所有牽涉到的基地台來選擇一較佳的光束配置類型。一旦選擇了新的光束配置處理，其係實施來重新聚焦該個別的基地台光束。當要發生一交遞時，該新的服務基地台首先將實施對於其所決定的該選擇光束，並取得該UE通信，其係在該原先服務的基地台實施其新的光束型式之前。

當同時使用智慧型交遞及蜂巢覆蓋之整體網路動態成形時，該智慧型交遞條件可僅做為一觸發事件，對於圖4 所示之蜂巢覆蓋處理的動態成形。當本發明利用某些特定參數來說明時，本技術專業人士將1可立即瞭解到其它的變化，其皆視為在本發明的範圍内。圖式代表符號說明

UE UE BS 基地台 SNR 信號對雜訊比 RF 射頻 GPS 全球定位衛星 TDOA 到達時間差 AOA 到達角度 12 無線光束 20 基地台 22 頻道處理器 24 數據機單元 -39 - 1^· 1232646 (35) 26 RF模組 27 天線陣列系統 28 光束形成器 32 頻道處理器 34 數據機單元 36 RF模組 37 天線 38 光束形成器 39 地理位置處理器 •40 -

Claims

1232646 拾、申請專利範圍. 1. 一種在一無線電信系統中選擇性地導引基地台RF通信信號之方法，其中一基地台與複數個使用者設備（UE) 進行無線RF通信，該方法包含：決定一 U E的一估計位置；使用該估計的UE位置及一基地台天線系統之一已知位置來決定相對性位置資料；部份基於該相對位置資料來計算光束形成條件；及基於該計算的光束形成條件來在該UE及該基地台天線系統之間形成RF通信信號之一導引的光束，使得該導引的光束涵蓋該UE之估計的位置。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一 UE之一估計位置的位置資料之決定可由一或多個基地台所接收的UE傳送信號之電信系統三角測量來執行。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一 UE之一估計位置的位置資料之決定可由該U E來執行，而該資料由該U E 傳送到一基地台。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中一 UE之一估計位置的位置資料之決定可由該U £使用一全球定位衛星系統來執行。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一 UE之一估計位置的位置資料之決定可由一或多個基地台所接收的U E傳送信號的電信系統三角測量來執行，並配合該U E使用一全球定位衛星（G P S )系統，其中G P S資料係由該U E傳 1232646 送到一基地台。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該計算的光束形成條件包含部份基於該相對位置資料來計算傳輸光束形成條件；及 ‘ 該光束形成包含基於該計算的傳輸光束形成條件，形成由該基地台天線系統所傳送的基地台R F通信信號之導引的傳輸光束，使得該導引的傳輸光束可涵蓋該 UE的估計位置。 _ 7. 如申請專利範圍第6項之方法，進一步包含：部份基於該相對位置資料來計算接收光束形成條件；及基於該計算的接收光束形成條件來對於由該基地台天線系統所接收的UE RF通信信號來形成一導引的接收光束，使得該導引的光束涵蓋該UE之估計的位置。 8.如申請專利範圍第6項之方法，進一步包含：

決定在該基地台天線系統之一指定地理範圍内之複數個U E的一估計位置；使用該估計的U E位置及一基地台天線系統之已知位置來決定每個U E之相對性位置資料；部份基於至少第一及第二該U E之決定的相對位置資料來計算傳輸光束形成條件；基於該計算的傳輸光束形成條件，由該基地台天線系統形成及傳送該第一 UE之基地台RF通信信號之導引的傳輸光束，使得該導引的傳輸光束涵蓋該第一 U E 1232646 議之估計位置；及基於該計算的傳輸光束形成條件，由該基地台天線系統形成及傳送該第二UE之基地台RF通信信號之一導引的傳輸光束，使得該導引的傳輸光束涵蓋該第二 UE之估計位置。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該第一及第二UE 之基地台RF通信信號之一個導引的傳輸光束即形成及傳送，使得該一個導引的傳輸光束可涵蓋該第一 UE及該第二UE之估計位置。 10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該第一 UE之基地台 RF通信信號之一第一導引的傳輸光束即形成及傳送，使得該第一導引的傳輸光束涵蓋該第一 UE之估計的位置，而該第二UE之基地台RF通信信號的一第二導引的傳輸光束即形成及傳送，使得該第二導引的傳輸光束涵蓋該第二UE之估計位置，其方向與該第一導引的傳輸光束並不相同。 11. 如申請專利範圍第8項之方法，其中計算傳輸光束形成條件係部份基於：估計形成同時對於該第一及第二UE之基地台RF通信信號之一個導引的傳輸光束之信號對雜訊比（SNR)，其涵蓋該第一 U E及該第二U E之估計位置；估計形成該第一 UE之基地台RF通信信號之一第一導引傳輸光東之信號對雜訊比（SNR)，其涵蓋該第一 UE 的估計位置，以及該第二U E之基地台RF通信信號之一

1232646 第二導引的傳輸光束，其涵蓋該第二UE之估計位置，其方向與該第一導引的傳輸光束並不相同；及比較該估計的SN R，以決定如果該計算的傳輸光束形成條件係要產生一或多個導引的傳輸光束。 12. 如申請專利範圍第6項之方法，其中一相位化的天線陣列系統係做為該基地台天線系統，而該計算傳輸光束形成條件估計一傳輸光束覆蓋率Abeam的面積做為一 RF 相位φ及傳輸功率P之函數，使得相位φ及傳輸功率P之選擇使得該UE的相對位置資料（Θ，d)可位在Abeam内，其中Θ代表該UE與該基地台天線系統之0度參考的角度，而d代表與該基地台天線系統位置之距離。 13. 如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該天線系統具有複數個模式Μ，其可提供相同相位及功率之不同形狀的光束，而該計算傳輸光束形成條件估計一光束覆蓋率 Abeam的面積成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ 之函數F。 14. 如申請專利範圍第1 3項之方法，其中該天線系統具有兩個模式Μ，其可分別提供相同相位及功率之寬及窄的形狀之傳輸光束，而該計算傳輸光東形成條件估計一光束覆蓋率Abeam成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ之函數F。 15. 如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該計算傳輸光束形成條件估計一光東方向0beam成為相位的函數f，即 Θ beam = f(q>)，所以：

1232646 Abeam - F(f々ebeam)，P，Μ) 而Θ beam係基於Θ來選擇，而P及M係基於d來選擇。 16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中：該計算的光束形成條件包含部份基於該相對位置資料來計算接收光束形成條件；及該光束形成包含部份基於該計算的接收光束形成條件來對於由該基地台天線系統接收的UE RF通信信號之一導引的接收光束，使得該導引的接收光束涵蓋該 UE之估計的位置。 17. 如申請專利範圍第1 6項之方法，進一步包括：決定在該基地台天線系統之一指定地理範圍内之複數個UE的一估計位置；使用該估計的位置及一基地台天線系統之已知位置來決定每個UE之相對性位置資料；部份基於至少第一及第二該U E之決定的相對位置資料來計算接收光束形成條件；基於該計算的接收光束形成條件來形成由該基地台天線系統接收的該第一 UE之RF通信信號的一導引接收光束，使得該導引的接收光束涵蓋該第一 U E之估計的位置，及基於該計算的接收光束形成條件來形成由該基地台天線系統接收的該第二UE之RF通信信號的一導引接收光束，使得該導引的接收光束涵蓋該第二U E之估計的位置。 1232646

18. 如申請專利範圍第1 7項之方法，其中形成同時對於該第一及第二UE之RF通信信號的一個導引的接收光束，使得一導引的接收光束涵蓋該第一 UE及該第二UE 之估計位置。 19. 如申請專利範圍第1 7項之方法，其中形成該第一 U E之 RF通信信號的一第一導引的接收光束，使得該第一導引的光束涵蓋該第一 UE之估計位置，並形成該第二UE 之RF通信信號的一第二導引接收光束，使得該第二導引光束涵蓋該第二UE之估計位置，並與該第一導向的接收光束具有一不同的方向。 20. 如申請專利範圍第1 7項之方法，其中計算接收光束形成條件係部份基於：估計形成同時該第一及第二UE之RF通信信號的一個導引的接收光束之信號對雜訊比（SNR)，其涵蓋該第一 UE及該第二UE之估計位置；估計形成同時該第一 UE之RF通信信號的一第一導引的接收光束之信號對雜訊比（SNR)，其涵蓋該第一 UE 之估計位置，及該第二UE之RF通信信號的一第二導引的接收光束，其涵蓋該第二U E之估計位置，其方向與該第一導引的接收光束並不相同；及比較該估計的S N R來決定如果該計算的接收光束形成條件係要產生一或多個導引的接收光束。 ^ 21. 如申請專利範圍第1 7項之方法，進一步包括：部份基於該相對性位置資料來計算傳輸光束形成條 1232646

件；及基於該計算的傳輸光束形成條件形成自該基地台天線系統傳送的基地台RF通信信號之一導引的傳輸光束，使得該導引的傳輸光束涵蓋該UE之估計位置。 22. 如申請專利範圍第2 1項之方法，進一步包括：部份基於至少該第一及第二U E之決定的相對性位置資料來計算傳輸光束形成條件；基於該計算的傳輸光束形成條件自該基地台天線系統形成及傳送該第一 UE之基地台RF通信信號之一導引的傳輸光束，使得該導引的傳輸光束涵蓋該第一 UE 之估計位置；及基於該計算的傳輸光束形成條件自該基地台天線系統形成及傳送該第二UE之基地台RF通信信號的一導引傳輸光束，使得該導引的傳輸光束涵蓋該第二UE之估計位置。 23. 如申請專利範圍第2 2項之方法，其中計算傳輸光束形成條件係部份基於：估計形成同時該第一及第二UE之基地台RF通信信號之一個導引傳輸光束的信號對雜訊比（SNR)，其涵蓋該第一 U E及該第二U E之估計位置；估計形成該第一 U E之基地台RF通信信號的一第一導引傳輸光束之信號對雜訊比（SNR)，其涵蓋該第一 UE 之估計位置，以及該第二U E之基地台HF通信信號的一第二導引傳輸光束，其涵蓋該第二U E的該估計位置， 1232646

其方向與該第一導引的接收光束並不相同；及比較該估計的S N R，以決定如果該計算的傳輸光束形成條件可產生一或多個導引的傳輸光束。 24. 如申請專利範圍第1 6項之方法，其中一相位化天線陣列系統係做為該基地台天線系統，而該計算的接收光束形成條件估計光束覆蓋率Abeam的面積成為一 RF相位 φ的函數，使得該相位φ之選擇可使該U E的相對位置資料（Θ，d)位在Abeam内，其中Θ代表該UE與該基地台天線系統的〇度參考之角度，而d代表該基地台與該基地台天線系統之距離。 25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中該天線系統具有複數個模式Μ，其可提供相同相位之光束的不同形狀，而該計算的接收光束形成條件估計一光束覆蓋率Abeam 的面積成為相位φ及天線系統模式Μ之函數F。 26. 如申請專利範圍第2 5項之方法，其中該天線系統具有兩個模式Μ，其可分別提供相同相位之寬及窄的形狀之接收光束，而該·計算接收光束形成條件估計一光束覆蓋率Abeam的面積成為相位φ、及天線系統模式Μ之函數 F 〇 27·如申請專利範圍第2 6項之方法，其中該計算接收光束形成條件估計一光束方向ebeam成為一相位的函數f， Obeam = f((p)，所以： Abeam = F(rl(0beam), Μ) 且Θ beam係基於Θ來選擇，而Μ係基於d來選擇。 1232646

28. —種在無線電信系統中與複數個UE進行無線RF通信之基地台，其包括：一 RF模組及一相結合的天線陣列系統；一光束形成器，其用來結合於該RF模組，以在該基地台的天線陣列系統能夠產生的光束範圍内形成一組所要的光束；及

一地理位置處理器，其耦合於該光束形成器，其設置成相對於該天線陣列系統之位置的資料來處理U E地理位置資料，並輸出選擇的參數到該光束形成器，使得該光束形成器控制該RF模組來以一有形的光束傳送或接收一選擇的U E之通信資料1，其可涵蓋該選擇的U E 之一估計位置，其中對應於該選擇的U E之估計位置的地理位置資料係由該地理位置處理器所處理。

29. 如申請專利範圍第2 8項之基地台，其中該地理位置處理器係設置成藉由估計一傳輸光束覆蓋率Abeam的面積成為RF相位φ及傳輸功率P的函數來計算傳輸光束形成參數，使得該相位φ及傳輸功率Ρ之選擇為該選擇的UE 之相對位置資料（Θ，d)可位在Abeam内，其中Θ代表該UE 與該基地台天線系統之0度參考之間的角度，而d代表與該基地台天線系統位置之距離。 30. 如申請專利範圍第2 9項之基地台，其中該天線系統具有複數個模式Μ，其對於相同的相位及功率提供不同妨狀的光束，而該地理位置處理器是設置成計算傳輸光束形成參數成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ

1232646 的函數，並輸出參數到該光束形成器，以代表一選擇的相位φ、傳輸功率P及天線系統模式Μ的組合，以控制傳輸光束形成。 31. 如申請專利範圍第3 0項之基地台，其中該地理位置處 ’ 理器係設置成藉由估計一接收光束覆蓋的面積成為一 RF相位的函數來計算接收光束形成參數，使得相位的選擇可使該選擇的U Ε之相對位置資料位在該接收光束覆蓋的面積内。鲁 32. 如申請專利範圍第3 1項之基地台，其中每個基地台天線系統具有複數個接收模式，其提供了相同相位的接收光束之不同的形狀，且該地理位置處理器係用來計算接收光束形成參數成為一相位及天線系統接收模式的函數，並輸出參數到該光束形成器，以代表一選擇的相位及天線系統接收模式之組合，以控制接收光束形成。 33. 如申請專利範圍第2 8項之基地台，其中： _ 該RF模組可具有能力來提供超過一個傳輸光束，使得每個傳輸光束能夠承載一獨立之U Ε組合的通信信號；及該光束形成器在運作上結合該RF模組來在該天線陣 β 列系統能夠產生的傳輸光束範圍内形成一組所要的傳 · 輸光束。 34. 如申請專利範圍第3 3項之基地台，其中該地理位置處理器係設置來藉由基於複數個選擇的li Ε之每個UEi的 -10 -

1232646 相對位置資料（θι，di)來估計一組傳輸光束覆蓋面積以計算傳輸光束形成參數，其中Θ,代表該UE,與該基地台天線系統的0度參考之間的角度，而d i代表該U E i與該基地台天線系統位置之距離，使其成為R F相位φ及傳輸功率Ρ之函數，使得相位φ及傳輸功率Ρ之選擇可使複數個選擇的UE中每一個UEj的相對位置資料（0i，山）係位在該組傳輸光束覆蓋面積中的一個區域内。

35. 如申請專利範圍第3 4項之基地台，其中該天線系統具有複數個模式Μ，其對於相同的相位及功率提供不同形狀的光束，且該地理位置處理器係設置成計算傳輸光 ί 束形成參數成為相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ 的函數，並輸出參數到該光束形成器，以代表一選擇的相位φ、傳輸功率Ρ及天線系統模式Μ的組合，以控制傳輸光束形成。

36. 如申請專利範圍第3 3項之基地台，其中該地理位置處理器係設置成藉由估計一接收光束覆蓋的面積成為一 R F相位的函數來計算接收光束形成參數，使得相位的選擇可使該選擇的UE之相對位置資料位在該接收光束覆蓋的面積内。 37. 如申請專利範圍第3 6項之基地台，其中：該R F模組可具有能力來提供超過一個接收光束，使得每個接收光束能夠承載一獨立之U Ε組合的通信信號；該天線系統具有複數個接收模式，其對於相同的相

1232646 位提供不同形狀的接收光束；及該光束形成器在運作上結合該RF模組來在該天線陣列系統的一接收光束能力範圍内形成一組所要的接收光束。

38. 如申請專利範圍第2 8項之基地台，其中該地理位置處理器係設置成藉由估計一傳輸光束覆蓋率Abeam的面積成為RF相位φ的函數來計算接收光束形成參數，使得該相位φ之選擇為該選擇的U Ε之相對位置資料（Θ，d)可位在Abeam内，其中Θ代表該UE與該基地台天線系統之〇度參考之間的角度，而d代表與該基地台天線系統位置之距離。

39. 如申請專利範圍第3 8項之基地台，其中每個天線系統具有複數個接收模式Μ，其提供了相同相位的接收光束之不同的形狀，且該地理位置處理器係用來計算接收光束形成參數成為一相位φ及天線系統接收模式Μ的函數，並輸出參數到該光束形成器，以代表一選擇的相位φ及天線系統接收模式Μ之組合，以控制接收光束形成。 40. 如申請專利範圍第3 8項之基地台，其中：該R F模組可具有能力來提供超過一個接收光東，使得每個接收光束能夠承載一獨立之U Ε組合的通信信號；及該光束形成器在運作上結合該RF模組來在該衣線陣列系統的一接收光束能力範圍内形成一組所要的接收 -12 -