TWI342682B - Method and system for wireless communication networks using relaying - Google Patents

Description

Ϊ342682 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於可提高通信效能的中繼支持型無線網路。 具體而言，本發明係關於一種用於在一雙跳躍無線通信網 路中執行通信之方法及系統。 【先前技術】 除了衆多其他態樣外，無線/蜂巢式通信網路及系統開發 中之主要推動力係提供更大之覆蓋範圍或更高資料傳輸率 之支持，或二者之組合。同時，系統建造及維護之成本態 樣亦十分重要，而且將來有望變得更爲重要。隨著資料傳 輸率的提高及/或通信距離的增大，電池消耗量增大問題成 爲另一關注領域。 迄今爲止，無線網路之主要拓撲結構尚未發生重大變 化，其仍包括三代現有的蜂巢式網路。此拓撲結構之特徵 爲：此蜂巢式架構使用若干固定的無線基地台及若干行動 台作爲網路t的發送及接收實體，其中通信通常僅涉及該 兩種實體。另一網路方案之實例係衆所習知的多跳躍網 路，其中在無線環境下，通信通常涉及採用中繼構形的複 數個發送實體及接收實體。此等系統可顯著降低各通信（中 繼）實體之間的路徑損耗，此可有益於端對端（ETE)使/者。 最近，人們注意到另一類型之拓撲結構，該種拓撲結構 與多跳躍網路具有#多共同的特徵及優點，但該種拓撲結 構僅限於兩跳躍（或幾跳躍）中繼。與多跳躍網路不同，上述 拓撲結構利用平行性態樣並採用高級的天線系統方案。此 93610.doc -5- 臺門進:入型拓撲結構之網路所具有之共同點係在多個站 例:八^作°在最新的研究文射，其被賦予若干名稱， 陣列㈣^合作分集㈣㈣阶合作編碼、虛擬天線 荨。在本申請案中，使用術語「合作中繼」及「合 作方案/方法」意在分別囊括所有利用多站臺間合作之系統 =網路及二於此等系統之方案/方法。在⑴中給出了合作通 L方案之料。可制各種格式之中繼信號。可對信號實 必解碼i新調變及轉接，另一選擇爲，可僅對信號實施 放大及轉接。前者稱作解碼—轉接或再生中繼，而後者稱 作放大—轉接或非再生中繼。再生中繼及非再生中繼二者 分別以(例如)傳統的多跳躍式解決方案及轉發器解決方案 /式而衆所g知。在[2]中論述了該兩種方案之各種態樣。 "’、線通L令合作令繼的一般優點可概括爲：資料傳輸率 較尚、中斷減少(此乃因具有不同的分集形式)、電池壽命延 長、覆蓋範圍擴大（例如對於蜂巢式通信而言）。 人們已提出了各種使用合作中繼的方案及拓撲結構（舉 例而5 )作爲資訊理論領域内的理論模型、作爲用於實際網 路之建議方案及在少數情形下作爲實驗室試驗系統。該等 實例見於[1]中第37-39頁、第41-44頁。可根據哪些實體具 有欲發送資料、資料發送至哪些實體及哪些實體參與合作 等來劃分各種合作方案。圖U-lf(先前技術）示意性展示不 同的拓撲結構，其中顯示通信流量産生於何處、哪一實體 爲接收機及用於無線傳輸之路徑。 圖la所示標準的中繼通道由一希望藉助中繼台與一目的 936l0.doc -6 - 1342682 繼台接收該源實體經由

地實體實施通信之源實體組成。中繼台 一雜訊通道發送的信號並處理該信號， 的地實體。目的地膏體舍递穿& A

[1]、[7]及在[3]中’已對標準中繼通道作了研究其中在後 者中包含有接收機分集。由於標準中繼通道爲三站臺形 式，根本未利用多個令繼台，因此不會提供上述優點。 圖lb示意性展示一更具前途之方法_平行中繼通道，其 中一無線系統使用若干具有重疊覆蓋區域之轉發器（例如 帶有支持用轉發器的蜂巢式基地台），而一接收機則可受益 於使用自多個轉發器接收的疊加信號。當各轉發器彼此距 離較近時’系統中會自動發生此種情形。最近，在資訊理 論研究中已闡述了此種情形。一種尤其令人關注之情形係 由Schein所作研究，[4]及[5]。Schein對一具有四個節點（亦 即一發送機、一接收機及僅兩個中間中繼台）的合作導向網 路進行了資訊理論研究《其對一傳播損耗等於丨之實值通道 加以研究。每一中繼台皆使用非再生中繼，亦即單純放大。 由於對實值傳播損耗進行簡化假定，因此各信號在接收機 天線處同調相加。在個別的中繼功率限制條件下，雖然 Sc he in未推導出放大因數的明破表達式，但他指出可選擇 放大因數來使接收機的SNR最大化。其中一站臺以其最大 功率實施發送’而另一站臺則以其他但較小之功率值實施 發送。Schein方案之缺陷在於：其僅係一資訊理論分析， 93610.doc 1342682 僅限於兩個中繼台，且於一增益爲^實值通道中推導得出 (\此忽略了基本的、真實的傳播假定）’因此缺乏使該方法 :實可仃的裝置及機構。舉例而言’該方案絲毫未闡述協 疋、功率㈣及RRM機構、複雜性及_問題。蓉於其僅 闡述兩個’繼站台’該方案既未考慮亦未利用在使用更大 數量中繼台時會産生的明顯增大的天線增益及分集優點。 最近，-些研究者已對使用中繼之多向近接通道概念（亦 =作使用通用回馈之多向近接通道）作了研究，此種概念示 意性展示於圖卜中。此種概念涉及兩個使用者相互合作， 亦即兩個制者交換各自想要發送的資訊，隨後，每一使 用者不僅將其自身資訊而且亦將另一使用者之資訊發送至 一接收機。此種作法的優點在於藉由合作而提供分集增 规。研九主要集中在兩種方案上：合作分集及編碼合作分 集。舉例而言，在π]中報告了研究結果。至於分集，已提 出了多種形式，例如Alamouti分集、接收機分集、基於同 調組合之分集。通常’所研究方案及拓撲結構依賴於傳輸 前資料的解碼。此進一步意味著各站臺必須彼此靠近方能 合作，因而排出了與較遠距離的中繼台以及大量潛在的中 繼台（假若可組成一大規模群組）進行合作之可能性。彼等方 案之其他缺陷在於：不太可能存在彼此靠近且同時發送之 站臺。此等缺陷表明所研究拓撲結構之實用價值較小。圖 id展示使用中繼之廣播通道，其實質上係圖lc所示拓撲結 構之反演，因此其具有同樣的嚴重缺陷。 圖le展示由圖lc所示拓撲結構進一步延伸而形成的所項 93610.doc -8 - 1342682 使用中繼之干擾通道，以考慮使用兩個接收機。此情已 在例如[8]及[1]中予以研究，但兩個接收機之間無合作，因 此無法利用合作中繼可能提供的可能優點。 圖1 f不意性展不了所報告的另一拓撲結構，此拓撲結構 有時亦稱作虛擬天線陣列通道，其闡述於例如[9]中。在此 種概念中，假疋一通信站臺與相鄰各中繼節點之間的頻寬 (大幅）擴展，並因此可藉由正交資源發送非干擾信號以便能 夠保留相位及振幅資訊。在此種架構中，使用一單一天線 接收機即可達成ΜΙΜΟ(多輸入多輸出）通信（以及其他空時 編碼方法）。此拓撲結構可等效地用於發送。一一般前提係 中繼台靠近接收機（或發送機）。此限制了找到一中繼台之機 率並限制了可此使用的中繼台的總數量。一明顯的實際限 制係：需要大幅擴展頻寬，方可藉由非干擾通道將信號中 繼至接收機進行處理。 如[10]所闡述及圖lg所示意性展示，合作中繼與發送分 集概念（亦稱作使用豐富回饋之發送分集，TDrf)具有某些 表面相似之處。該概念的本質在於：一具有固定位置天線 的發送機（例如位於一蜂巢式系統的一基地台處）計算出自 每一天線元件至接收機天線的通道參數（考慮到衰落效應 及隨機相位），並使用此等資訊來保證一（無雜訊）信號在發 送機處經歷加權及相位調整之後發送且在接收機天線處同 調相加’藉此使信號雜訊比最大化。雖然使用習知之通道 並構建於一固定基地台内的發送分集可提供顯著的效能優 點，但發送分集在可構建於一個裝置内或一個天線場處的 93610.doc -9- 1342682 天線元件數量方面卻存在實際限制，因此，在可獲得的效 能提高程度上存在侷限性。基地台導向發送分集之缺陷亦 在於：發送機與接收機之間存在的大物體會導致出現較高 的路徑損耗。 由此可見，在此項技術中，合作中繼在提供例如高容量 及靈活性方面具有很大潛力。儘管如此，此項技術中所提 出的拓撲結構及方法尚未充分利用在網路中使用合作中繼 之預期優點。 【發明内容】 在現有技術方法中，在修改任一傳輸參數時並未慮及第 -鍵路、第二鏈路或二者之組合之品f。此會導致效能降 格並使資源不能得到充分利用。 因此，上述先前技術之顯著缺陷在於，其不能根據在轉 接程序中所涉及的一鏈路或鏈路組合（第一鏈路與第二鏈 路)之品質來修改中繼台之發送參數。因此，先前技術尚不 能充分利用合作中繼網路之預期優點。 顯然’需要-種用於合作t繼網路的改良方法及系統， 該方法及纟、統需要在修改傳輸參數時慮及第—鏈路、第二 鏈路或二者之組合之品質，囍 男猎以月匕夠更佳地利用合作中繼 網路之預期優點。 ' 本發明之目的係提供—接 促1八種能克服先前技術缺陷之方法' 中繼台及系統。藉由如申今杳直夺丨丨γ阁哲，^ χ甲》月寻利乾圍第1項所界定之 如申請專利範圍第12項所1 t ^ ^ ’所界疋之中繼台及如申請 第16項所界定之系統即可達成此目的。 把圍 93610.doc -10- 1342682 該問題藉由本發明所提供的—種方法、中繼台及系统而 得到解決，此方法、十繼台及系統可達成使用所估算的第 -鏈路及第二鏈路二者之無線通道特性來修改由中繼台執 行的自第一鏈路至第二鏈路之信號轉接。 、〇 在一雙跳躍無線通信網路中實施通信的本發明方法中， 一發达機、一接收機及至少一個中繼台參與—通信對話。 該中繼台將信號自-處於發送機與中繼台之間的第—鍵路 轉接至一處於中繼台與接收機之間的第二鏈路。根據至少 第一鏈路之無線通道估算特性修改由該至少一個中繼台^ 行的轉接。較佳之情形係，根據第一鏈路及第二鏈路1者 之無線通道估算特性修改轉接。 本發明之中繼台適用於一雙跳躍無線通信網路，其中該 網路包含一發送機、一接收機及至少一個中繼台。該中繼 台適於將信號自一處於發送機與中繼台之間的第—鏈路轉 接至一處於中繼站台與接收機之間的第二鏈路。該中繼台 5又置有用於根據第-鏈路及第二鏈路二者之特性來修改轉 接之裝置。 / 由於本發明之存在，可在一通信對話期間根據當前之實 際狀態更佳地調整第二鏈路上的轉接。而且，亦可根據狀 態變化更佳地調整轉接。 本發明所提供的一優點在於，可使用各無線電路徑的更 精確、更可靠的表徵來確定及最佳化不同傳輸參數。藉此， 舉例而言，可更充分地利用合作中繼網路之功能。 本發明之另一優點係在中繼台中有利地表徵第—鏈路及 936l0.doc -11 - 1342682 因此，本發明方法有利於網路中功能的分配， 加將：二曰大一通'5對話中的中繼台數量’而不會明顯增 加將貝料自發送機傳輸至接收機所需的協定開销之數量。 本發明方法及系統之再—優點係：對第—鏈路及第 路的改良表徵有利於充分利用一 刀㈣使用合作中繼並包含大量 中繼口之網路之預期優點。當本發明用於一同調组合設置 中時，方向性增益及分集增益會隨中繼台數量之增多而辦 二向性增益本身可增大SNR，此可用於擴展範圍及二 ，貝料傳輸率。分集增益則會提高通信健壯性，從而可 “時間的變化提供更始終如一的通信品質。由於各種習 知:先進天線解決方案（其中天線既可設置於發送機處亦 可认置於接收機處）皆可提供方向性增益及分集增益，因而 本文所提出之解決方案通常不受限於如在基地台或行料 端中所遇到的實體空間限制條件。因此，確實存在使用較 -基地台或一行動台之天線更多之中繼站台之可能性，因 而了長:供甚至更大的方向性增益及分集增益。 本發明之各實施例界定於_巾請專利項内^結合附圖 及中請專利範圍閱讀下文對本發明之詳細說明，將易知本 發明之其他目的、優點及新穎特徵。 【實施方式】 現在參照附圖闡述本發明之實施例。 圓2所概略展不的網路係一其令可有利地構建本發明之 合作中繼網路之實例。該圖顯示無線網路中的一小區2〇5， 其包含一基地台21 0(BS)、複數個中繼台2 1 5(RS)及複數個 93610.doc -12- 1342682 订動台（MS)220-223。如圖所示，舉例而言，中繼台215既 可安裝於天線杆上亦可安裝於建築物上。在能夠具備視線 條件時’可使用固定令繼台。爲提高(信號雜訊比）或抑 制干擾，可使用帛向基地台《定向纟線，且由於通常可使 用供電網路’固定天線之發送功率可能不會嚴重受限。然 而’亦可使用諸如使用者行動終端等行動令繼台，該等行 動中繼台既可作爲對固定中繼台之補充亦可獨立使用。行 動。221及行動台222即係行動中繼台（即亦臨時用作中繼 台之行動台）之實例。其中，行動台22〇正與基地台21〇保持 現用通h。如箭碩所示，該發訊基本同時使用以兩跳躍表 徵的複數個路徑，亦即藉由一中繼站台215或一用作行動中 繼站台之行動台22卜222。該傳輸將受到來自（例如）相鄰小 區之干擾，而且干擾影響將隨不同路徑而異。 應注意，儘管使用基於中繼台之通信來增強通信品質， 但仍可使用83至馗3之直接通信。實際上，爲建立一由中繼 台支持的通信通道，可能需要在83與河5之間實施某些基本 的低傳輸率發訊。舉例而言，對於一諸如傳呼的蜂巢式系 統功能’由於預先不知曉中繼台至MS之通道，因此不可使 用基於同調組合之中繼，相反地，在呼叫設置及類似程序 期間，較佳使用BS至MS直接通信。圖2所概略展示的現實 世界蜂巢式系統係藉由圖3所示系統模型來建立模型，此處 將焦點集中於一對發送機及接收機，其中具有任意數量κ 個中繼台。此種表示法適用於一作爲發送機之基地台21〇 及一作爲接收機之行動台220，但並不限於此。基地台210 936l0.doc -13- 1342682 與行動台220之間的通信可描述爲包含兩個主要部分：自基 地台21〇至中繼台215丄之傳輸—稱作鏈路丨；及自令繼台 至行動台220之傳輸—稱作鏈路2。發送機（亦即Β32ΐσ〇) 以一功率PBS實施發送。每一中繼台215:k皆接收信號並以一 總功率Ρκ再發送該信號，其中ke{1，2,…太丨且艮係中繼台總 數量。將所有中繼台215汝之總發送功率表示爲PM。hu係 自基地台210至中繼台k215:k之複路徑增益，h2k係自中繼 台k至行動台之複路徑增益，亦即匕^及匕^表徵各單獨的信 號路徑。接收機（亦即MS 220)會接收到一表示爲Q的總信 號並經受總雜訊Nr。 通常，在真實環境中，一小區令的一38同時與複數個行 動台進行通信。藉由考慮根據圖3建立模型之每一通信即可 设想此情形。爲清楚起見，在本應用中將僅考慮一涉及一 BS、一 MS及複數個中繼台之通信對話。然而，熟習此項技 術者易知，本發明性架構及方法/方案亦易於應用於在基地 台與行動台之間同時進行複數個通信之情形。 如熟習此項技術者所瞭解，在一依據上述模型之網路 中，需要對大量參數進行設定並較佳地將其最佳化，以便 充分利用此種網路所提供的可能優點及能力。如上文所 述，，先前技術系統顯示出作爲多中繼系統的若干缺陷， 但由於假定的複雜性，此處不再贅述。需慮及並較佳需最 佳化的參數包括但不限於：基地台2丨〇及在通信中應使用的 每一中繼台21 5:k之發送功率、相位控制（若使用同調組 合）、編碼、延遲（在延遲分集情形中）、天線參數（波束成形、 93610.doc -14. 1342682 空間多工）等等。對傳輸實施控制及最佳化所需之參數稱作 傳輸參數（TP)。一較佳最佳化包括但不限於將基地台21〇及 中繼台215:k的發送功率最佳化，以在接收行動台處獲得一 特定的SNR，該特定SNR又對應於特定服務品質或能力，例 如關於不同實體之功率消耗及該小區或相鄰小區内之干擾 位準。 精確表徵第一鏈路及第二鏈路中的無線路徑並控制任一 傳輪參數之任何變化對總體效能之影響係所有最佳化之根 本且爲有效利用無線電資源所必需。本發明方法提供一種 方法，其中一中繼台215:k使用第一鏈路及第二鏈路二者的 通道特性來確定在第二鏈路上實施轉接用傳輸參數。此 外，舉例而言，根據此方法，每一中繼台215:k皆可視需要 根據接收機220所感測的一關於通信的全面品質量度來修 改其第二鏈路上的轉接。此關於通信的全面品質量度將稱 作公共傳輸參數。 在一雙跳躍無線通信網路中實施通信的本發明方法中， 一發送機210、一接收機220及至少一個中繼台215參與一通 信對話》中繼台215將信號自一處於發送機21〇與中繼台215 之間的第一鏈路轉接至一處於中繼台215與接收機22〇之間 的第二鏈路。根據至少第一鏈路之無線通道估算特性來修 改由該至少一個中繼台215執行之轉接。較佳情形係，根據 第一鏈路及第二鏈路二者之無線通道估算特性來修改轉 接。 下文將參照圖4所示流程圖來闡述本發明之方法。本發明 93610.doc -15- 1342682 方法包含如下主要步驟： 4〇〇 :在鏈路1之k個路徑上發送引示信號； 410 :表徵鏈路1之k個路徑。 420 :在鏈路2之让個路徑上發送引示信號； 43〇 :表徵鏈路2之k個路徑。 440 :確定每一中繼台215之相關傳輸參數’其中每一相 關參數皆基於對鏈路1中或鏈路1與鏈路2之組合中各相關 路徑之表徵。 450 :每一中繼台215:k使用其各自的相關傳輸參數使鏈 路2上的轉接適應於接收機22〇。 視需要’本發明方法包含如下步驟： 445 :確定一反映全面通信品質之公共傳輸參數。 447 :向中繼台（215)分配該公共傳輸參數。 及將步驟450隨之替換爲： 450·:每一中繼台215:k使用其各自的相關傳輸參數及公 共傳輸參數使第二鏈路上的轉接適應於接收機22〇。 「引不信號」及「發送引示信號」應解釋爲發送任一類 型的通道估算符號。「問候訊息（HeU〇messages)j亦可用於 此目的。 應注意，未必按照上述順序發送引示信號，亦可在鏈路i 及鏈路2上同時發送引示信號。 較佳地，根據所用傳輸技術並亦可根據應利用表徵的最 佳化作業類型來修改步驟41〇及步驟43〇中對無線電路徑之 表徵。此種表徵可包括但不限於：估算分別表徵第―鍵路 93610.doc -16 - 1342682 及第二鏈路中每一路徑的複路徑增益 由於存在兩條鏈路：發送機至中繼台及中繼台至接收 機，因而對於由哪一（些）台發送及由哪一（些）台實施通道估 算而言，存在四種可能情形。表1匯總了此四種可能情形

假定已在某些站臺令執行了通道估算，由誰處理已校對 資訊、亦即由誰碎定相關傳輸參數亦會成爲一問題。實質 上，存在三種選擇：發送機BS210、接收機Ms 22〇或一組 中繼台HS215。由於必須由中繼台對鏈路2上的轉接實施調 整，因此中繼台係確定相關傳輸參數之較佳地點。若一中 繼台發出-引示信號，則需要將一通道表徵之表示報告回 該中繼台。相反地，若一中繼台接收一引示信號，則&需 向任何站臺報㈣通道表徵之表示（對應於情形心由於情 形1可最大限度地減少簡姑欲μ _ 竭銷發訊，因此在許多情形下情形1 係較佳選擇。另一太& . 〇b 面，有人可能希望盡可能使中繼台簡 單而在接收機及/或發送機中，或在與接收機或發送機相連 的實體中執行所有計算。此時，表1所示情形4可能係較佳 «’且在此情形中所有估算及計算皆在除中繼台之外的 ”他實體中執^丁。此時’應向每一中繼台發送該等中繼台 936l0.doc -17· 1342682 調整其各自轉接所需之資訊。如表所示，存在衆多可能的 組合且本發明並不限於某一特定組合。 下文將參照圖5 a來闡述本發明之一較佳系統，該系統適 於達成上述情形1。其中，每一中繼台215:k皆具有：用於 實施通道表徵之裝置216;用於根據通道表徵來確定相關傳 輸參數之裝置217;及用於根據相關傳輸參數及視需要根據 公共傳輸參數來調整轉接之裝置218。接收機22〇具有用於 對集體仏號221實施品質度量之裝置221 ,及視需要具有用 於確定一公共傳輸參數之裝置2 2 2。該公共傳輸信號既可作 爲直接發至中繼台215:k的廣播，亦可經由發送機21〇自 接收機220分配至中繼台2i5:k。該等十繼台215:k接收公共 傳輸參數，並將該公共傳輸參數與其相關傳輸參數相組合 來調整其信號轉接。此可視爲在接收機22〇與中繼台215汝 之間包含一邏輯控制迴路。通常，在接收機22〇與發送機21〇 之間存在另一邏輯控制迴路，其用於調整發送機之傳輸參 數，例如輸出功率、調變模式等等。因此，本發明之該較 佳實施例包含兩個邏輯控制迴路：一第一控制迴路5〇5，其 位於接收機220與中繼台215汝之間，用來向各中繼台提供 公共傳輸參數；及-第二控制迴路51G，其用於自接收機22〇 向發送機210回饋傳輸資訊。 舉例而言，在參照圖5b所闡述的另一適於達成上述情形 3_4之實施例中，用於實施通道表徵之裝置216、用於確定 相關傳輸芩數之裝置217及用於確定公共傳輸參數之裝置 222集中設置在接收機22()中。該接收機接收來自中繼台⑴ 93610.doc -18- 1342682 及/或發送機210的引示信號之未處理結果。該接收機實施 必要的估算，然後將關於相關傳輸參數及公共傳輸參數之 資訊作爲一包括所有相關傳輸參數之廣播訊息或作爲若干 針對每一中繼台之專用訊息發送至各中繼台215。另一選擇 爲，發送機可對第一鏈路之無線電路徑實施估算（情形2), 並因此具有用於此目的之裝置。再一選擇爲，實施表徵及 傳輸參數教H較佳之情形係，接收機與發送機通 信，以向各中繼台提供一含有所有傳輸參數資訊之彙集訊 息或多條訊息’此等訊息既可係一發至所有中繼台之廣播 訊息，亦可係發至每一中繼台之專用訊息。又一選擇爲， 在網路中其他位置，例如在一無線電網路控制器（rnc)或一 具有類似功能之實體内實施表徵及傳輸參數確定。 如上文所述，本發明可更精確、更可靠地確定並最佳化 不^傳輸參數。此亦使得可充分利时繼網路之功能，尤 其是合作中繼網路之功能。 本發明方法有利於網路中功能的分配，從而容許在—通 信對話中增加中繼台數量’而不會明顯增加自發送機向接 收機傳輸資料所需的協定開銷之數量。 爲有效實施上文所述方法，需要__種在確定轉接參數時 計及兩鏈路之無線電㈣之表徵及可能的公共品質量度的 —下文將概述—種有效之程序，並在詳細說a月末尾處 給出所含表達式之詳細推導「解析表達式推導」。下文亦給 何修改該程序以控制及最佳化發送功率、相位及中繼 〇 〇動，其表示不同的實施例。 93610.doc -19- I342682 每一中繼台k之總發送功率界定如下： Prs · ak 其中Prs係所有中繼台之總發送功率，叫係中繼台的未正 規化的複增益因數，其中kf{1，2,…，&}且、係中繼台總數 量 ° 在 lak| = 解析表達式推導」中顯示，若 -/^RS,k · yrMS|k · + 1 (2) r^RS.k +TMS,k +1 且若， arg{ak}=-arg{hKk}-arg{h2(k} •則可獲得最大的接收機SNR(其限制條件爲將接收信號 正規化爲單位功率）

其中 rRStk = |\jk| ^BS σΛ?,Α 及 ^MS,k - 户AS aMS 及Pbs係基地台之發送功率，cr L係任—中 τ城台處的雜訊 加干擾位準，σ。係行動台處的雜訊位準， 干 η丨,k係自基地台 至中繼台k的複路徑增益，及最後h2,k係自中繼台k 的複路徑增益。 行動口 可看出(見詳細推導），一接收一信號yk的中繼台以 如下信號： 93610.doc -20- 1342682 zk =yk ·-p-1.- - .e-/(arg(\*扦㈣〜)}

Jihl2 σ^'(Γ^.*+Γ^Λ+ΐ] _1 (4) 應注意，rRS，k係指第一鏈路之無線電路徑，rMs.k係指第 二鏈路之無線電路徑。因此，在每一中繼台之轉接中，皆 慮及兩鏈路的無線電特性。較佳但未必一定在每一中繼台 處皆計算rRS,^rMS，k。 Σ丨叫丨2項用作功率正規化因數，表示爲分。可以看出各 中繼台無法單獨確定該功率正規化因&。相反地，此處暗 不，必須在某個其他適當站臺處確定令並將其分配給各中繼 台0 1/0 等 於 ^FRS 'rRS,k ^MS.k '\fRS,k +ϊ) 輸參數。 公共傳 輸參數 ， 6-/(^,*>+«8{/|2^)) 則等於中繼台k之相關傳 在總中繼發送功率限制條件下 SNR可由如下公式確定： 『(max) = V- ^RS,k '^MS.k 可達到的最大接收機

Eff k^RS,k +^MStk +1 Λ (5) 若進-步仔細觀察此公式，會没意到，每一單獨中繼台 對Γ :的S N R貢獻皆等於假若每一中繼台自身以全部令繼 發送功率Prs發送條件下的SNR。 此外冑析表達式推導」亦提供了對應於再生與非再生 同調組合之組合的表達式。當研究再生與非再生同調組合 時，發現一有趣的現象 再生方法通常劣於非再生方法， 93610.doc -21 - 1342682 此乃因再生中繼必定被限制於發送機週邊區域内，無法以 最佳方式利用所有可用中繼台。換言之，當使用同調組合 %，即使一信號不可解碼，其仍可起作用。總之，非再生 一再生方案之組合將略優於僅考慮非再生方法之方案。下 文所述的功率及相位控制機構對於是否使用再生中繼具有 獨立性及一般性。 相位控制 作爲第一實施實例，本發明之邏輯架構及方法適於促成 同調組合。同調組合之一先決條件係接收機處各信號之相 位一致。藉由補償自發送機210至中繼台215的複相位及自 中繼台2 1 5至接收機220的複相位即可達成此先決條件。在 實際中，在每一中繼台中，皆將接收信號yk與相位因數 6，(<〇相乘，其中： arg{»k}=-arg{h丨，k}-arg{h2，k}。 因此，在每一單獨中繼台處，必須具備明確或隱含之通 道相位資訊。主要有兩種可用於導出相位資訊之基本方 案，其中一種方案基於閉環控制，另一種方案則基於開環 控制。當無法利用通道互反性（例如在用於單一鏈路的Fdd 中）或需要具有高控制精度時’須使用閉環控制。相反，開 環控制方案利用通道互反性’例如由TDD(用於單一鏈路上） 使用在同調時間内運作之通道探測達成的通道互反性。開 環控制之精確度通常低於閉環控制，此乃因用於一站臺之 發送/接收鏈不對稱。此等差異主要在於投入硬體設計之努 力’而且總可藉由改良設計得到補償。而且，必要時納入 93610.doc -22- 1342682 閉環控制循環可補償靜態開環誤差。然而，在本發明令， 相位誤差在理論上可高達±90度，且仍可同調組合（但不甚 有效）其他中繼信號。因此，並非必須具有絕對相位精確 度，但具有絕對相位精確度肯定較佳。閉環控制方案通常 依賴於顯式發訊、報告量測結果，因此相對於開環方案而 言會消耗更多的通信資源並導致出現等待時間。應注意， 此處關於TDD相對FDD的闡述係考慮在一單一鏈路（例如中 繼台至接收機鏈路）上同時使用雙工技術，然而亦可根據時 分及頻分來表徵網路中的總體通信。舉例而言，鏈路〖及鏈 路2既可共享同一頻帶亦可使用不同頻帶。然而，自本發明 觀點看，可使用雙工與多向近接方案之任意組合，只要在 中繼台内可確定通道相位資訊並將其用於相位補償即可。 與閉環控制及開環控制緊密相關的問題係由哪個站臺發 送引示信號，上文已參照表丨闡述了該問題。由於必須由中 繼台實施相位調整，因此自然應在中繼台中確定。 右·一中繼台發送一引示信號，則需要將相位（或通道）參數報 告回此中繼台。此對應於閉環情形。相反，若一中繼台接 收一引示信號，則無需向任何位置報告相位（或通道）參數。 此對應於開環情形。顯然，視需要在一控制封包中發送出 相位（亦即通道）資訊還是需要將其保持於同一站臺内而 定，此會影響無線資源效率、功率消耗及實施的複雜性。 總之，由上文可見，存在無數種可能方案，吾人應選擇最 有希望的方案。下文將進一步闡述雙工與多向近接的—較 佳組合。然而，如熟習此項技術者所瞭解，存在衆多種可 93610.doc •23- 1342682 月匕的組合，而且本發明並非僅限於如下實例。 實例1 (見表1)係開環類型並適用於具有「充足」同調時 間之TDD，由於僅需兩路傳輸且處理分佈於所有中繼臺 上，因而該實例提供最低的發訊複雜度。此處，發送機及 欲使用之接收機足夠頻繁地或每當需要時發出通道估算符 號，以使每一中繼台皆可追蹤兩個通道。隨後，中繼台對 通道相位予以估算，由此確定相位因數叫。 功率控制 除相位控制之外，關於資源有效通信的第二個重要方面 係功率控制，此乃因其可提供確保通信品質令人滿意之途 L。本發明之邏輯架構及方法易於修改用於有效的功率控 制。功率控制方法係基於在接收機處朝一確立所需鏈路品 質的目標SNR值rG控制有效SNR。當然，視鏈路模式或Q〇s 要求如何隨時間變化而定，該目標SNR值亦可隨時間變 化。根據本發明之邏輯架構及方法，可在發送機處及分別 在每一中繼台處調整功率。中繼功率控制具有共用的及單 獨的中繼部件。在最大限度減小總功率之目標中，功率控 制解決了最大限度降低多向近接干擾及最大限度降低中繼 功率消耗的問題。然而，當使用MS作爲發送機時，功率控 制亦可用作一種顯著地最大限度降低MS之功率消耗及輻 射功率之方法，此會與其他優點一起延長MS的電池壽命。 在最高層次上，功率控制問題可界定如下： 找到{PBs，Pk}，Vke{l，2,…，K};以使Γ忽3*)=厂0 此較佳在某些限制條件下達成，例如使pRs=SPk最小化並 93610.doc -24- 使用固定的pBS ’但亦可考慮其他限制條件，例如使總發送 功率Prs + Pbs最小化或將中繼所致干擾産生所發生之局部 化考慮在内。在下文中，吾人假定使pRs=Epk最小化且使用 固定（或相對較慢）改變的PBS。在下行鏈路 中此乃一合理之 叹4目標’但對於上行鏈路而言，最大限度地降低發送機 力率可迠更具有意義。然而，若中繼台係行動中繼台且依 賴於電池功率’則可最大限度地降低中繼台與發送機之總 功率。 此係功率控制之基本功能。自實際的觀點來看，一般而 °在σ作中繼網路中尤其是在使用同調組合之合作中繼 周路中功率控制之總體任務係使用預先知曉的所用功率 Pbs及Ρκ並再新彼等參數來滿足所需通信品質。 由於可根據閉環/開環、TDD/fdd、控制分配態樣之不 同，以多種方式來估算鏈路增益，因而功率控制與相位控 制具有衆多相同之特點。因*匕，此處亦可構想出一系列替 代實知方案在下文中，類似於對相位控制之闡述，亦假 疋由發送機及接收機發出通道估算信號並可假定具有通道 增盈互反性，但本發明並不限定於此。 本文提出的功率控制既具有—針對每__中繼台之分佈式 分量-相對傳輸參數，亦具有—針對所有中繼台之公共分 量-公共傳輸參數。此方案運作如下：藉由通道估算，使 用已知的發送引示信號所用功率i，每—中繼台不僅可確 定其各自的分別朝向發送機及接收機的路徑増益，且亦可 同時估鼻干擾及雜訊位準。根據路徑增益量測結果及有關 936l0.doc -25- 1342682

Prs及之資訊，可確定1\„。亦可根據路徑增益、雜訊及 干擾估异值及已知的Pbs ’或對任一接收信號的簡單的直接 SNR量測值’來確定中繼台處的snr，即r 。诚 1 i 课此，可以 疋全分佈式方式確定母一中繼台處的相關發送功率位準。 然而，每一相關發送功率位準皆需使用正規化因數必來換 算，以保證總發送功率等於或至少接近總發送功率PM。此 乃公共功率控制部分。若φ過小，則會發送高於最佳 的功率，因此，對於所投入發送功率而言，存在對相對功 率之更佳分配方式》當0過大時會同樣如此。因此，對於最 佳資源投入而言，控制令以使欲用功率Prs係各中繼台之總 發送功率位準甚爲重要。應注意，從效能觀點來看，令略= 過小並非重大問題，此乃因此時接收機内部雜訊之相對影 響降低，從而會提高有效SNR。現在參照圖5所示之邏輯架 構，作爲公共傳輸參數之正規化因數較佳由接收機確定並 分配。此應看作一邏輯架構，此乃因（例如）亦可向發送機轉 接所有控制資訊，然後，由發送機將控制資訊再分配至各 中繼台。由接收機220與中繼台215丄之間的第一控制迴路 505向各中繼台提供pRS，而由自接收機22〇至發送機的 第二控制迴路510向發送機提供Pbs。視需要，若發送機對 包括衆多組合作鏈路TX-RS-RX在内的整個無線電系統具 有更佳之視野，如同一蜂巢式系統中一與基幹相連之基地 台一般，則該發送機可整合有其他力求使整個系統最佳化 之態樣。 現在給出一種在接收機處構建控制迴路之方法，並假定 936l0.doc -26- 1^42682

PbS固定不變（或緩慢受控）。自一發生於以η表示之時刻處的 傳輸中，接收機量測所關心之同調組合信號功率Cr、在接 收機處所量測的由中繼所致雜訊队、及接收機内部雜訊 Ni。據此及根據經調節之Γ()，接收機確定p炉並確定—正規 化因數之再新值φΛ+ι。此可表示爲經由—目標函數^之： Hr1)，炉(叫；以使 rer=r0 、(6) 然後，接收機藉由一多播控制訊息向所有中繼台分配再 新值p(r及卜爲闌釋此概念，假定Prs與前次傳輸保持相 同，但需要修改正規化因數。「解析表達式推導」部分表明， 爲達到最佳正規化，要求接收信机與總的接收雜訊、干 擾及接收機内部雜訊Nr+Ni之間根據如下公式達到平衡： Cr=(Nr+Ni)2(7) 因此，藉由計入接收機已知的先前正規化因數令⑷及所需 再新值0—來平衡該方程式，該關係式變 n(«) ^ -、 '2

Cr Ψ Ψ ,(«+!) 一) 碼 ⑻ 藉由求解一簡單的二次方程式便可得出0(n+〇。 右PRS及洽皆需再新，則可連同量測信號位準一起使用 述平衡方程式、接收機SNR(即r)m 較佳地，可使用諸如Tayi〇r展開式及微分等線性化技：來」 成此目的及求解APRS& Αφ。 應注意，對於第一傳輸而言，未事先仏 出正規化因數』 先驗值。可採取不同策略來快速修从々丄 "干举例而言，d 於各令繼台可知曉Γ〇並亦可確定各 ㈡町（丨調組合）SNR| 93610.doc -27- 1342682 獻，因此開始時可由每一中繼台確定一發送功率上限值。 若每-中繼台因某一因素皆遠低於該上限值，則控制迴路 可連續地提rij功率’從而使正在進行的通信不會突然受到 干擾。對於其他通信站臺而言，此使控制迴路能夠以分佈、 受控方式適應新干擾源。 亦應注意，即使在任何中繼台内存在發送功率限制，功 率控制迴路亦能確保在所有狀態下皆使SNR最大化。 另-種確；t正規化因數之可能更爲精確之方法係在每一 中繼σ中確& |ak|項’然後將其發送至接收機’在接收機處 計算ΣΝ2’藉此得出正規化因數0。然後，如同前一實施 例，料分配至所有中繼台。應注意，可藉由僅對所有中繼 台的-子集（亦即某些最重要的中繼台）實施抽樣來減少發 讯$並將發訊量保持於一可接受之位準，以便得到一足夠 良好的項估算值^此進—步促使項在短時間内 通常不會發生大幅變化，即使在衰落通道甲亦如此，此乃 因本發明所固有的大分集增益。 雖然上文係根據同調組合來闡述功率控制，但該框架亦 適用於其他類型t繼合作方案中的功率控制，例如諸如 Alamouti分集等各種中繼所致發送分集中繼合作方案中的 功率㈣。此等框架相同之處在於功率控制考慮了發送機 功率、單獨_繼台功率及總中繼功率之組合。中繼所致發 达分集之另一實例係（循環/線性）延遲分集。每一中繼台皆 對中繼信號施加-隨機或可控的線性（或循環）延遲，藉此造 成人工頻㈣擇性。延遲分集係—種來自基於⑶财及 93610.doc -28- 1 11342682 OFDM之通信的衆所習知的發送分集。 爲概述此段落’本發明建議使用功率控制作爲一概念， 來確保將一現貫通道中基於同調組合之合作中繼之效能最 佳化且尤其是在總中繼發送功率限制條件下將信號雜訊比 最佳化。此種功率控制概念並非僅限於基於同調組合之合 作中繼網路’而是其他合作中繼導向網路亦可使用同一概 念，當然此時最佳化目標應最適合於所使用之方案。此外， 本文亦基於通道探測及對鏈路1及鏈路2增益參數之估算提 出了 一協定的基本特徵。本文亦基於低複雜性、低發訊開 銷及低總功率消耗概述了一種合理的協定設計選擇方案 (與相位控制具有共性）。具體而言，上文表明，可使用包括 t繼功率控制及發送機功率控制在内的各功率控制迴路之 組合。最後’業已證明：各中繼台之控制迴路可根據分佈 式功率控制決朿建立於每一中繼台内及一對一整組中繼台 共同實施控制的公共功率控制部分中。 圖6之流程圖展示使用本發明方法及架構來達成有效功 率控制及相位控制之實施例之主要步驟。該方法包含如下 步驟： 600 :在自發送機210·至中繼台21 5 :k之鏈路1的k個路徑上 發送引示信號； 610:由每一中繼台215:k估算鏈路1的k通道，h,，k ;同時 估算干擾及雜訊位準以計算rRS,k。 620:在自接收機220'至中繼台215:k之鏈路2的k個路徑上 發送引示信號.； 93610.doc -29- 1342682 630 :由每一中繼台215:k估算鏈路2的k個通道令各自的 通道，h2,k ; 640 :由每一中繼台215:k根據通道估算值確定相關傳輸 參數。 650:由接收機220·確定一正規化因數0。 660 :接收機220'向中繼台215:k廣播正規化因數φ、Prs、 及4。 67〇 :每一中繼台2丨5:k使用所廣播的φ、Pm，及在本地 確定的rMS，!^〇 rRS,k，以及通道相位估算值hi k、h2 k，在接 收到信號yk時發送如下信號： zk --·Γμ3ύΙ： ' ，>) 炉戊肪，* ♦ (ΓΛ5,* + +1) 其中參數rRS，k係根據通道估算值pBs及…狀計算得出，參數 FMs，k則係根據通道估算值PRS& 計算得出。 舉例而S，若考慮至接收機的第一傳輸，（此時功率迴路 不知曉即將出現的鏈路品質），則中繼台可修改所接收的正 規化因數0並限定其上限值，以使0k= c丨叫丨2，其中c Si， 其發送自接收機或係一已知先驗值β 675 :接收機220·向發送機21〇,回饋控制資訊π%)。 步驟660所示第一控制迴路可進—步包含如下子步驟： 660:1在時刻n時，接收機量測所接收信號之品質，或更 具體而言，量測同調組合信號之功率q、於接收機處所量 測的中繼所致雜訊Nr及接收機内部雜訊队。 660:2接收機根據步驟675:1之量測結果及一經調節之 93610.doc -30- 1342682 所期望目標值r0來確定以下至少之一之再新值：正規化因 數0(Λ+1)及總中繼功率ρ (叫。

RS 660:3接收機藉由一多播控制訊息向所有中繼台分配再 新值P(fu及0㈣>。 類似地，步驟675所示第二控制迴路可視需要包含： ό 75:1由接收機再新發送機（β§)功率ρ (^_υ。 另一選擇爲，若不由中繼台進行估算及計算作業，則將 未經處理的引示信號結果轉接至一（例如）位於接收機中的 集中式功能，並將有關的傳輸參數發送至每一中繼台。 中繼台啓動控制 本發明之方法及架構可有利地用於在建立通信時或在通 ^對話期間決定將哪些中繼台215:k納入一通信中。當某些 中繼台在兩鏈路之一（發送機-中繼台及中繼台·接收機）上 或兩條鏈路上經受較差SNR狀態時，此等中繼台對總體snr 之提向可能毫無貢獻。然而’由於發送機、接收機及信號 處理功能之存在，彼等中繼台仍可能消耗大量功率。亦可 能有意義的是，帶有某些用於將中繼干擾之生成局限於少 數中繼口之控制裝置。因此，可認爲使用某些此等中繼台 較爲表費。因此’一所期望功能係根據預定準則來啓動各 °此準則可係在兩鍵路之一上或兩鏈路上預設的較 2的可接$ SNR臨限值，或對有效snr之貢獻。此限值亦可 "或由某貫體予以控制，較佳由接收台予以控制，此 ^因接收台具有關於瞬時有效SNR之資訊。因此，中繼台 〇接收功率控制資訊及通道估算符號之同時，自接收機 936l0.doc 接收一中繼啓動SNR臨限值rAct,ve，預期SNR貢獻值將與該 臨限值相比較，若預期SNR貢獻大於該臨限值，則容許進 行傳輸，否則不容許進行傳輸。該中繼啓動SNR臨限值 PACtiveW當於一公共傳輸參數，其較佳由接收機22〇 ’確定並 分配至中繼台21 5。實際決定過程係以本發明方法及架構所 提供之方式分配至各中繼台，在該實際決定過程中，每一 令繼台皆使用本地參數（相當於相關傳輸參數此試驗較佳 在傳輸之前在每一中繼台中執行，其可表示爲如下公式： >rAetive=> 發送 中)+厂紹,*+1)2 立Active=>無聲 （9) 但視包括其他中繼分集技術在内的中繼方法而定，亦可 使用其他條件。舉例而言，可根據f2(PRS，k，rMS,k)將中繼啓 動條件更一般地表徵爲一目標函數f2。 此外’含有rActive之廣播訊息可進一步包含若干欄，該等 攔可用於（藉由所分配中繼位址）指明應包含的、或僅容許使 用的、或必須排除的特定中繼台或其任一組合。其他用於 定址特定中繼台之方法可基於例如位址範圍。此使人們能 夠根據需要限制所涉及中繼台之數量。 由上述闡述及表達式（9)可注意到，接收機22〇•在經歷因 (例如）MS移動所致的減弱的SNR時，會選擇指示增大傳輸 功率及/或藉由降低臨限值rActive來包含入更多中繼台 215。接收機亦可使用纟他通信品質狀態（例如封包或位元 錯誤率)來觸發改變公共參數，例如對所有令繼功率共同實 施一次發送功率換算β 93610.doc -32· 1342682 错由修改步驟650-670，可將中繼啓動控制併入參照圖6 所述的功率及相位控制演算法中，對步驟65〇_67〇修改如 下： 在步驟650中··接收機22〇,亦確定一啓動SNR臨限值

在步驟660中：接收機220，亦將rActive廣播至中繼台2丨5:k。 在步驟670中：每一中繼台215:k皆首先（例如）使用啓動 SNR臨限值rAetive根據表達式（9)來確定是否進行廣播。 除了上述例示性拓撲結構之外，本發明之方法及架構亦 適用於其他拓撲結構。舉例而言，如圖7所示，可修改圖5 所示拓撲結構以使每一中繼台皆包括多個天線。此作法之 益處在於可減少中繼台數量’同時仍可獲得同樣的總天線 方向性增益。若各天線元件間隔距離大於同調距離，則亦 提供分集增益。總之’此可降低成本，同時可提供幾乎相 同的效能。然而’減少中繼台數量可能會因紐效應（亦即 對數正規衰幻而産生不利影響，因此必須謹慎使用。從信 號、處理及協定觀點看，可將每一天線視爲一獨立中繼台。 而此方法之另-益處係可共享内部資源及其他資源。此 外’可在各天線之間對中繼實施可能的内部協調藉此減 少對非欲使用的接收機産生干擾。 亦可藉由整合自發送機210至接收機22〇之直接信號來進 一步改良通信品質。 發送機之信號之主要 至少存在兩種可構想的用於整合來自 方法。圖8顯示在亦考慮來自發送機之 直接傳輸時的.拓撲結構。 93610.doc -33- 1342682 在第一方法中’需要兩個通信階段。接收機組合在第— 階段中直接自發送機接收之信號與來自第二階段之中繼傳 輸。此有些類似於傳統令繼通道中基於接收機之組合，但 其使用基於同調組合之中繼。可使用最大比率或干擾拒絕 組合。 在第二方法即發送—中繼導向之同調組合中，僅使用— 個通#階段，用於將自發送機至接收機之直接信號與中繼 信號同調組合。若中繼台可（例如）藉由分離的天線同時進行 發送及接收，則此會變爲可能。此時，叫相位必須保證中 繼k號與直接信號按如下公式相匹配： arg{«k}=-arg{hI,k}.arg{h2(k}.arg{hBS>Ms}+Cl . 其中hBS，MS係自基地台至行動台之複通道。在同調組合中 整合入直接信號之一結果係中繼台必須適應性地調整其相 對直接信號之相位。爲此可使用一閉合迴路。類似於正規 化因數功率控制’由接收機向整組中繼台發送相位控制訊 息’但自計算出的相位補償值（_arg{hi k}_arg{h2 k})中減去 一相位差0。 由於基地台在其傳輸中不會引起任何雜訊，因此無需 中繼台-般爲達成最佳效能而調整其發送功率。相反地 其效能隨著基地台發送功率的增加而單調增加。缺而， 種選擇係盡力地最大限度降低總發送功率、總中繼功率 基地台功率。假定將基地台視爲中繼台，則爲此目的而 定的參數類似於已在對再生中繼之閣述中所導出的參數 除上述之外，.亦可在發送機處使用多個天線元件，此類 93610.doc -34- 1342682 於對使用多個天線的中繼台的闡述。 相關和公共傳輸參數之推導亦可藉由單獨處理每一副載 波而直接應用於諸如OFDM等多載波傳輸。因而，此將包括 公共振幅正規化、每一副載波之相位及分佈式中繼振幅補 償。可採用FFT-處理-IFFT路徑或者可藉由時域濾波來實施 此等作業。功率控制可以向量形式發送一正規化因數必及中 繼功率指示值PRS，以使每一副載波之效能最佳化，一種更 實用的解決方案係以純量形式發送洽及Prs，以作用於所有 副載波。倘若副載波已最佳化，則功率控制可盡力地最大 限度降低所有副載波上的總發送功率，以滿足所期望的通 信品質》由此在頻域内提供一定的分集增益。 另一 OFDM態樣在於，其係上述發送一中繼導向之同調 組合之一較佳選擇。原因在於週期前置容許一短暫的十繼 傳遞等待時間，其巾藉由—時域濾波器修改相位及振 啓動立即式傳輸。 對於諸如CDMA等具有頻率選擇通道之單—載波傳輸而 言，可使用-類似於0FDM的頻域作業，或者可視需要在最 強信號路徑上執行相位對準’或使用—如在〇職 ^ 時域濾波器。 ^ 爲使同調組合發揮作 使甲繼台頻率相對一公共源 步甚爲重要。在-蜂巢式系統中，BS即係—固有源，、此 因基地台處的時鐘精度通常優於任一行動台中的時铲 度。此功能可利用在習知0FDM接收機實施方案中所= 規則頻率偏置.補償，此可降低通道间的干擾。 丁 93610.doc -35- 1342682 然而，視需要 ，中繼台亦可利用GPS(若具備）來達成頻率

於Alamouti分集而言， 〖生量度可能更加適當。舉例而言，對 使用平均路徑增益量度（5代替複通道 增益h可能更佳。 儘管上文係結合目前認爲最實用及最佳的實施例來闡述 本發明，但應瞭解，本發明並不限定於所揭示實施例，相 反，本發明意欲涵蓋包含於隨附申請專利範圍之精神及範 圍内的各種修改及等效方案。 詳細推導 在分析中，吾人假定存在K個具有任意位置的中繼台。每 一中繼台ke{l，2,…，K}所接收的一信號皆由所期望信號之 农減型式（例如以複高斯（Gaussian)x〜N(0，1)形式建模）及一 雜訊加干擾項nRS k組成，形式如下： yk=hl-k* V^bs-x + nRS；k » 其中h1>k係自基地台至中繼台k之複路徑增益，pBS係基地 台之發送功率。 在中繼台中，將yk(爲便於解析處理）正規化爲單位功率並 93610.doc -36- 1342682 乘以一複數因數，由此得到輸出值zk。然後，藉由鏈路2朝 接收機發送zk ’ zk在其傳輸途中以複路徑增益h2,k衰減，在 此處’其與來自其他令繼台之信號相疊加並與雜訊及干擾 相加。 由於假定在實施放大及相位調整之前，每一中繼台皆將 所接收功率加雜訊正規化爲單位功率，因此藉由使每一中 繼台k皆使用如下發送功率，可將中繼發送功率限制條件納 入分析中： h _户财W2 其中Prs係所有中繼台之總發送功率，叫係中繼台k之非 正規化複增益因數。 爲達成總功率受限之中繼傳輸，可將接收機（此處假定其 爲行動台MS)處的SNR表示爲： "liKf ’丨 Γ •w + cr

MS 其中σ L係行動台處的雜訊加干擾位準。 同調組合之一條件係各信號之相位—致，此可藉由確4 滿足如下公式來達成： arg{〇：k}=-arg{hi)k}-arg{h2)k}+ci a. + arRS,k 936l0.doc -37- 1342682 其中Cl係一任意常數。 匕可將由同調組合所得到的有效SNR的表達气 爲： 式改寫

CToe ί.

應注意，就以下意義而言，rMS,k 1乐 假若中繼台k獨自使用全部總中繼台發送功率時的SNR值 應注意’ SNR表達式具有如下形式： T£ff κ ph\2-c2tk 可藉由使用如下公式對其進行變換：Kl =lak|2-c2,k 由此得出：

K 詗’ft 93610.doc -38- 2 I342682 現在，由如下Cauchy-Schwarz不等式限定分母的上限·· K c\.k cUk 藉此，可獲得對於一最佳值bk之等式且所得到的SNR係 ςι^ι2-ς λ=：Ι cVc fw: 走=1 此可方便地以snr表示爲： r(max) _ 夺 ΓRS,k，ΓMStk 啸 k=l^RS,k +^MS,k 經過識別：可發現，若滿足如下等式即可獲得最大SNR : i^| = G Λ. . orist- clk 其t Const係一任意常數’爲方便起見可將該常數設定爲 從功率控制觀點看，有趣的是，該分母恰好係最佳snr 表達式之分母之平方。因此，可將此知識用作一功率控制 目標。 使用反變換，可得出：.Kh—cu , 或以SNR表示如下： 因此 _接收到一信號八之中繼台可藉由確定如 下公式 93610.doc -39- 1342682 來確定Zk:

Jikr r^+r^+1 ^yryd^_為:Γ肪，1W (咕 Σ \°k |2 〇RSJl + 附加再生中繼 若中繼台處的SNR足夠高，則可在中繼所接收信號之前 將信號解碼。爲建立此行爲之模型，認爲大於一最小Snr 值^Decode即足以進行解碼。如此做之優點在於可同時避免轉 接有害雜訊（及干擾），並因此在接收機處獲得進一步提高的 SNR。然而，在此情形中，應僅針對第二跳躍對經解碼之 信號實施相位補償，亦即： arg{ak}=-arg{h2>k} 藉由在上述表達式中將彼等站臺設定爲，可導出 乘法因數|ak|之數值及對提高SNR之貢獻值。因而 ^ Η叩，無雜却 rRS^+rMS.Jk+i Decode (再生）傳輸及有雜訊（非再生）傳輸之組合具有如 ° Γ r….Γ… &式： yMS,k * , 及Kh 及 ^lTRS,k ' ^MS,h '^RS,k+i Γ^+Γα^,α+Ι >，liTiiS,k Decode >^VRStk ^Decode 93610.doc -40- 1342682 Ο arg^J-arg^} argKifc ^^Decode »^ ^AS,i: ~ ^Decode 應注思 ’ rRS，k〈 r〇ecocje 僅係一適於在一混合的非再生中繼 及再生中繼情形中評估效能之模型。在實際中，當信號不 以非再生方式轉接時，使用上部表達式（亦即對應於rRS,k< Γ Decode 之表達式），而當信號不以再生方式轉接時，使用下 部表達式（亦即對應於rRS,k > rDecQde2表達式）。 參考書目 [1] . J. N. Laneman, Cooperative Diversity in Wireless Networks:

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Processing Perspectives (Prentice Hall Signal Processing Series) Prentice Hall; 1st edition (April 1998). 936l0.doc -42- 1342682 【圖式簡單說明】 上文已結合附圖更全面地詳細闡述了上文所概述的本發 明特徵及優點’在附圖中，相同參考編號皆指代相同元件， 附圖如下： 圖la-lg示意性展示某些使用合作中繼之先前技術之拓 撲結構； 圖2示意性展示一使用本發明合作中繼之蜂巢式系統； 圖3係一用於闡述本發明所用參數及術語之示意性模型； 圖4係一本發明方法之流程圖； 圖5a及圖5b示意性展示本發明合作中繼網路的兩種備選 邏輯架構； 圖6係本發明方法之一實施例之流程圖； 圖7示思〖生展示使用具有多個天線之中繼台的本發明一 替代實施例； 圖8不思&展不—在發送機與接收機之間使用直接傳輸 之本發明替代實施例。 【主要元件符號說明】 210 發送機 215 中繼台 220 接收機 221 行動台 222 行動台 223 行動台 215:1 •中繼台 936l0.doc -43- 1342682 215:2 215:K 210' 220， 215:3 216 217 218 505 400 410 420 430 440 445 447 450 450· 600 610 620 630 640 中繼台 中繼台 發送機 接收機 中繼台 裝置 裝置 裝置 第一控制迴路 在鏈路1之k個路徑上發送引示信號 表徵鏈路1之k個無線路徑 在鏈路2之k個路徑上發送引示信號 表徵鏈路2之k個無線路徑 確定k個相對傳輸參數 確定公共傳輸參數 將公共傳輸參數分配給中斷站 將相對傳輸參數用於鏈路2上之傳輸 將相對傳輸參數和公共傳輸參數用於鏈路2 上之傳輸 在鏈路1之k個路徑上發送引示信號 表徵鏈路1之k個無線路徑 在鏈路2之k個路徑上發送引示信號 表徵鏈路2之k個無線路徑 .確定k個相對傳輸參數 93610.doc -44 - 1342682 650 接收機確定一正規化因數φ 660 接收機廣播Prs 0 ff2Rs 660:1 量測： -所接收信號之品質 -中繼所致雜訊 -接收機内部質訊 660:2 660:3 670 675 675:1 確定正規化因數之更新及總中斷功率之更新 向中繼台多播更新資訊 用柃 中繼台將相對傳輸參數和公共傳輪參數 鏈路2上之傳輸 接收機向發送機210’回饋控制資訊 接收機更新發送機功率 93610.doc 45-

Claims (1)

1342682 第093115137號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年1〇月） 十、申請專利範圍： -種在-雙跳躍無線通信網路内執行通信之方法，其中 發送機（210)、一接收機（22〇)及至少一個中繼台（215) 參與-通信對話，且該中繼台（215)將來自一位於該發送 機⑺0)與該中繼台（215)之間的第-鏈路之信號轉接至 位於6玄等中繼台（2 15)與該接收機（22〇)之間的第二鏈 路°亥方法之特徵在於.根據所估算的該第一鏈路及該 第二鏈路的無線電通道特性來修改由該至少一個中繼台 (2 15)執行之轉接。 2. 根據申請專利範圍第】項之方法，其中該通信對話涉及複 數個中繼0 (2 1 5)，且根據一專用於每一中繼台的相關傳 輸參數及一爲所有中繼台共用的公共傳輸參數來修改該 等複數個中繼台（215)各自的轉接。 栌據申叫專利範圍第丨項之方法其中該方法包含如下步 驟： —错由使用引示信號來表徵該第一鏈路及該第二鏈路之 無線電路徑（4 1 〇，4 3 0); 至 > 部分地根據該第一鏈路及該第二鏈路二者之每一 中繼台路技之通道估算值來確定至少一個相關傳輸參 數（440); ~確定至少—個公共傳輸參數（445); 向所有中繼台分配至少該公共傳輸參數； 自邊第一鏈路向該第二鏈路轉接該信號（450;450，），其 中根據每一中繼台之相關傳輸參數及該公共傳輸參數 93610-991025.doc 來修改所轉接信號。 4.根據申請專利範圍第1、2或3項之方法，其中修改該發送 信號包含調整相位。 5. 根據申請專利範圍第】、2或3項之方法，其中修改該發送 信號包含調整傳輸功率。 6. 根據申請專利範圍第卜2或3項之方法，其中修改該發送 信號包含調整傳輸功率及相位。 7. 根據申請專利範圍第}、2或3項之方法其中修改該發送 h號包含調整與分集相關之參數。 8. 根據申請專利範圍第7項之方法，其中修改該發送信號包 含調整與延遲分集相關之參數。 9·根據申請專利範圍第7項之方法，其中修改該發送信號包 含έ周整與空時編碼分集相關之參數。 10·根據申明專利乾圍第丨、2或3項之方法其中使用該中繼 台各自的相關傳輸參數及該（該等）公共傳輸參數來修改 鍵路2上的後續傳輸之步驟包含在接收到信號八時發送 該信號（670): 其中參數rRS，d rMS k係根據通道估算hi乂及在本地 確定的相_輸參數’ PBS係該發送機之發送功率乂係 該中繼台處的雜訊及干擾位準，PRS係來自所有中繼台之 “發送功率’係’每—接收機處的雜訊位準，且其中正 規化因數CP係-基於該接收機⑽，）所經歷的總體通信品 93610-99l025.doc 質之公共參數。 1 1 _ 一種適用於一雙跳躍無線通信網路中的中繼台（2 1 5)，其 中該網路包含一發送機（210)、一接收機（220)及至少一個 中繼台（215)，其中該中繼台（215)適於將來自一位於該發 送機（210)與該中繼台（21 5)之間的第一鏈路之信號轉接 至一位於該令繼台（2 15)與該接收機（220)之間的第二鏈 路，其特徵在於：該中繼台（2丨5)設置有用於根據該第一 鏈路及該第二鏈路的無線電通道特性來修改該轉接之裝 置（218)。 12·根據申請專利範圍第u項之中繼台，其中該中繼台（215) 進步δ又置有用於執行通道表徵之裝置（2 1 6)及用於根據 該通道表徵來確定相關傳輸參數之裝置（217)，且該轉接 至少部分地基於該等相關傳輸參數。 13.根據申請專利範圍第12項之中繼台，其中該中繼台(215) 進步6又置有用於接收一公共傳輸參數之裝置，且該轉 接至少部分地基於該等相關傳輸參數及該公共傳輸參 數0 14. 一種適用於在一雙跳躍無線通信網路中實施通信之系 統’其中該網路包含-發送機⑵〇)、—接收機（22〇)及至 少-個中繼台(215)，其中該中繼台(215)適於將來自一位 於該發送機（210)與該中繼台（215)之間的第一鏈路之信 號轉接至-位於該等中繼台（2〗5)與該接收機（22〇)之間 的第二鏈路’其特徵在於：該t繼台（215)將該第一鏈路 及該第二鏈路之無線電通道特性用於向該第二鏈路上的 936 丨 0-991025.doc 轉接。 統’其中該中繼台（2 15)進 之裝置（2 16)及用於根據通 之裝置（2 I 7) ’且該轉接至少 1 乂根據申請專利範圍第14項之系系 一步設置有用於執行通道表徵4 道表徵來確定相關傳輸參數之I 部分地基於該等相關傳輸參數。 統’其中該系統設置有用

1 6 ·根據申晴專利範圍第1 4項之系 台（215)進—步設置有用於接收該公共傳輸參數之裝 置，且向该第二鏈路上的轉接至少部分地基於該等相關 傳輸參數及該公共傳輸參數。 17.種適用於一雙跳躍無線通信網路中的接收機（22〇|)，其 中該網路包含一發送機（210)、一接收機（220)及至少一個 中繼台（215)，其中該中繼台（215)適於將來自一位於該發 送機（210)與該中繼台（215)之間的第一鏈路之信號轉接 至一位於該等中繼台（215)與該接收機（220)之間的第二 鍵路’其特徵在於：該接收機（22〇，）設置有用於確定至少 個基於至少該第—鏈路的—表徵之相關傳輸參數之裝 置’及用於將該相關傳輸參數分配至該中繼台之裝置。 18‘根據申請專利範圍第17項之接收機（2201)，其中該確定裝 置適用於確定複數個相關傳輸參數，其中每一參與該通 k對話之中繼台（2 1 5)皆對應於一個相關傳輸參數。 19,根據申請專利範圍第17或18項之接收機（220，），其中該相 關傳輸參數係基於該第一鏈路及第二鏈路二者之表徵。 93610-991025.doc 20. 根據U W範圍第1 7或丨8項之接收機（咖），其中該接 收機進-步設置有用於確定-公共傳輸參數之裝置，該 公共傳輸#數係基於該發送機⑽，）與該接收機（22〇，）之 間的總通信品質。 21. 根據申請專利範圍第i 9項之接收機⑽，），其中該接收機 進m有用於確定—公共傳輸參數之裝置，該公共 傳輸參數係基於該發送機（210，）與該接收機（22〇,)之間的 總通信品質。 22. 一種適用於一雙跳躍無線通信網路中的基地台（2丨〇)，其 包含一根據申請專利範圍第17至21項中任一項之接收機 (220-)。 23. 一種適用於一雙跳躍無線通信網路中的行動台（220)，其 包含—根據申請專利範圍第17至21項中任一項之接收機 (220，）。 93610-991025.doc