TWI374624B - Method and system for switching antenna and channel assignments in broadband wireless networks - Google Patents

Method and system for switching antenna and channel assignments in broadband wireless networks Download PDF

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TWI374624B
TWI374624B TW094143279A TW94143279A TWI374624B TW I374624 B TWI374624 B TW I374624B TW 094143279 A TW094143279 A TW 094143279A TW 94143279 A TW94143279 A TW 94143279A TW I374624 B TWI374624 B TW I374624B
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Description

1374624 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於通信系統領域；更明確地說，本發明係關 於用以在無線網路中切換頻道及天線指定之技術。 【先前技術】 運用天線陣列之空間處理是在無線通信中最常使用的技 術之一。在至今開發的許多方案中，多重輸入多重輸出 (ΜΙΜΟ)及波束成形是兩項最廣受研究且經證明可以有效 增加無線網路之容量及效能的方案（參閱例如，1998年10 月(IEEE Journal on Selected Areas Communications》16期 編號 8，第 1459-1478 頁，Ayman F. Naguib, Vahid Tarokh， Nambirajan Sechadri, A. Robert Calderbank "A Space-Time Coding Modem for High-Date-Rate Wireless Communications") ° 另一方面，ΜΙΜΟ或波束成形之實現常常意謂著系統端更 複雜且成本更高。明確地說，ΜΙΜΟ操作需要複雜信號處 理及解碼，而波束成行包含硬體校準及多維度資料處理。
這些年來，正交分頻多向近接（OFDMA)幾乎已經成為所 有寬頻無線網路（例如WiMAX、WiFi及4G單元系統）之存取 方案的選擇。在OFDMA中，多用戶係以類似於分頻多向 近接（FDMA)的方式被配置給不同的副載波。更多資訊請 參考 1998 年 11/12 月 《European Transactions on Telecommunications》9 (6)期，第 507-5 16 頁，Sari及 Karam "Orthogonal Frequency-Division Multiple Access and its Application to CATV Networks"及《Proceedings of IEEE 107211.doc 1374624 VTC '98) ^ 2502-25061 > Nogueroles, Bossert, Donder^ Zyablov "Improved Performance of a Rand〇m 〇ρ〇ΜΑ Mobile Communication System”。 使得可靠無線傳輸難以達成的基礎現象是時變多路徑衰 落。在-多路徑衰落頻道中，增加品質或降低有效錯誤率 極為困難。舉例來說，考慮—非多路#環境之典型雜訊源 與多路徑衰落之間的下列比較。在具有加成性白高斯雜訊 (AWGN)的環境中，將該有效位元錯誤率（ber)從1〇_2降到 1〇·3的典型調變及編碼方案，可只需要】扑或2扑以上的信 號雜訊比（SNR)。然而，在一多路徑衰落環境中要降低相 同大小，則需SNR改良高達Π) db。藉由簡易地提供較高傳 輸功率或額外頻寬無法達成必要的SNR改良，原因係這違 反下一代寬頻無線系統的需求。 多路徑現象造成頻率選擇性衰落。在多使用者衰落環境 中，不同W彳載波的頻道增益不同。再者，對於不同用戶， 頻道典型地為非關聯。這造成所謂的"多使用者分集I，增 益’其可以透過智慧型副載波配置加以利用。換言之，在 一 OFDMA系統中，將該等副载波適當配置給用戶而使得 每個用戶能夠享有高頻道增益，這是有利的。更多資訊請 參考 1999年 10月《IEEEJ, Select AreasCommun.》17(1〇月） 期，第 1 747-1758 頁，Wong 等人》Mu】tiuser OFDM with
Adaptive Subcarrier，Bit and Power Allocation" 〇 在一小區（cell)内’在OFDMA中，該等用戶可以被協調 成具有不同副載波。不同用戶之信號可以被處理成正交， 1072 丨丨.doc )24 而在小區内存在少量干擾。然而， 用呌查建用種積極頻率再使 用汁旦（例如相同頻譜係用於多 ^ pa . _邳鄰小& )，則會引發小 (HE間干擾問題。復渣铦沾θ 門+心 在—〇_4統中之小區 Β 夂也具有頻率選擇性，而適入；Mr西？罢 ^ , r- βΒ 阳週σ地配置該等副載波以減 緩小區間干擾效應是有利的。 :種用於〇FDMA之副載波配置的方法是—聯合最佳化 其不僅要求了解在所有小區内之所有用戶的活動及 頻道，而且還要n +者__ 母人田現有用戶脫離網路或一新用戶 力θσ入該、㈣時頻繁地重新排程。這在實際錢系統中常常 ;刀i要疋由於用於更新用戶資訊之頻寬成本及 該聯合最佳化之運算成本。 :於無線訊務頻道指定之現有方法本質上係用戶起始且 係單用戶（點對點）。因為一多向近接網路之整體輸送量 取决於所有使用中用戶之頻道衰落分佈、雜訊加干擾位準 及(假使係空間獨立之收發器)空間頻道特徵，所以分散式 :以用戶為基礎的頻道負載方法是基礎次最佳化。再者， 备知用多個收發器作為基地台時，因為依據__全向性測探 仏號所里測之乜號對雜訊加干擾比（SINR)並沒有顯露出一 具有空間處理增益之特定訊務頻道之實際品質，所以用戶 起始的負載演算法是有問題的。換言之，運用來自基地台 的適當空間波束成形’在用戶處依據該全向性測探信號所 置測到π不佳'’訊務頻道很有可能是一"良好"頻道。基於這 兩個理由’創新之資訊交換機制及頻道指定及考慮所有存 取用戶之（空間）頻道條件之負載協定，還有其Q〇S需求， 107211.doc 1374.024 都是令人相當期望。此， 此類空間·頻道及QoS感知"的配置方 案可以大幅增加頻譜钕.玄 曰政率，且因而增加一既定頻寬中的資 料輸送量。因此，分今斗士 刀政式方法（即用戶起始指定）是基礎次 最佳化。 【發明内容】 本發明揭不一 Α έΰ. t ^ …線通信系統中用以天線切換及頻道 = 方法及叹備。對於在-基地台之多天線資源的每個 資原獲侍每個天線資源所持有之每個頻道之一或多項頻 道特徵，該等頻道特料_ 、特徵指不一對應頻道之接收品質；以及 依據所獲得的該一或客# ^夕項頻道特徵，指定一或多個頻道給 用戶。 【實施方式】 OFDMA與空間處理之緊密結合可以提供功能強大的多 使用者寬頻通信平台。本發明描述-種易於整合〇FDMA 與各種組.4之天線陣列之方法、設備及系统。該方法及設 備允許運用以簡單天線操作來充分利用多使用者分集，因 而增加無線通化系統之容量及效能。在一實施例中，在一 用戶處量測或估計頻道特徵，該等頻道特徵指示出每個頻 ’（H 0FDMA么頻道/天線資源組合）之下行鏈路或雙 向Λ務之仏號接收品質。對應的頻道特徵資訊被傳回至該 土也σ也可以直測或估計在多接收天線資源之每個接收 天線資源處所接收的上行键路或雙向信號的頻道特徵資 訊。基地台採用頻道配置邏輯’帛以依據所量測及/或估 計之上行鏈路、下行鏈路及/或雙向頻道的頻道特徵，指 107211.doc 1374624 定該等上行鏈路、下行鏈路及/或雙向頻道給多個用戶。 本發明的優點包含更簡單的硬體（比波束成形天線陣列 便宜許多）及更容易的處理（比MIM0更為簡單），而無須犧 牲整體系統效能。除了 OFDMA實施方案之外，一般原則 可以被使用在FDMA(分頻多向近接近接）、τ〇ΜΑ(分時多 向近接）、CDMA(分碼多向近接）、〇FDMA及SDMA(空間 劃分多向近接）方案，以及這些多向近接方案之組合。
在以下說明中，提出許多細節以更詳細解釋本發明。然 而，熟悉此項技術者應明白，無須這些特定細節也可以實 踐本發明。在其他案例中，習知結構及裝置係以方塊圖表 示而不詳細說明，以避免混淆本發明。 以下詳細說明之-些部份是藉由演算法及對在 憶體内之資料位元之操作之符號表示予以提出。這些演算 拖述及表不疋供熟悉資料處理技術者以最有效方式將其 f果内容傳達給熟悉此項技術者的手b在本文中，-演 异法-般被視為導致所要求結果的有條理之步驟序列。該 等步驟是這些要求物理量之實體操作的步驟。通常，雖然 不一定需要，這〇1上物理旦』< 里採取可以被儲存、傳送、組合、 比較及其他操作之雷； 子或磁性信號的形式。主要基於通用 用法之原因，將這此护啤 _ 一彳。唬稱做位元、值、元素、符號、字 元、項目、數字或類心tS _ 項’經證明有時候這樣很方便。 然而應記住的是，餅士丄 所有达些術語及類似術語是要與適當 物理里相關聯，且只是一 _ ^ ^ ^ ^ 疋應用於廷些$的方便標示。除非在 舌玄下面討論中明翱古计 *·、 ^他特定描述’應了解的是在整份描 107211.doc 1374624 述中，使用諸如，，處理，•或"運算，，或,,計算,,或，，決定"或"顯示， 或類似項之類的術語的論述，是指一電腦系統或類似電子 運异裝置之動作及程序，其處理在該電腦系統之暫存器及 記憶體内代表物理（電子）量之資料及將之轉換成其他在該 等電腦系統記憶體或暫存器或其他該資訊儲存器、傳輸哎 顯示器裝置内之類似代表物理量資料。 一
本發明也關於-種執行該等操作之設備。該設備可以特 別針對所要求之目的而建構’或它可以包含一般用途電 腦’其係藉由儲存在該電腦内之電腦程式予以選擇性啟動 或重新組態。該電腦程式可㈣存在—電腦可讀式儲存媒 體上，諸如（但不限於）任何類型的碟片， 光碟片—及磁光碟片、唯讀記憶體(r〇m= 存取記憶體（RAM)、EPR0M、EEpR〇M、磁卡或光學卡' 或適用於儲存電子指令之任何類型媒體，且各電 細系統匯流排。 本文提出的該等演算法及顯示並非本來就與任何特定電 二或其他設備有關。各種一般用途系統可以與根據本文講 授之私式一起使用，或建構用 s , 钒仃6亥荨要求方法步驟之 更特殊化設備也證明很方便。各 各種崦些系統之要求結構出 現於下文。此外，未引用任 m m Λ 寺疋^式设計語言來描述本 發明。應了解的是多種程式設計語 所述之本發Β請授。 如上文 機器可讀媒體包含用於以機 ...^ ^ (例如’電腦）可讀取形式 儲存或傳送資訊之任何機件。例如， 機益可項媒體包含唯 107211 .doc °貝。己憶體（’’R〇M”）；隨機存取記憶體（"RAM");磁片儲存 媒體’光學儲存媒體；快閃記憶體裝4 ;電子、光學 '聲 波或其他形式料傳㈣號（例如載波Ή卜線、數位作 號等等）；等等。 ° 概論 於二間頻道特徵之寬頻特性，在高速無線網路中高效 率利用空間分集是-項備受挑戰的工作。在0FDMA網路 ""寬廣的頻4被分割成許多平行窄頻訊務頻道（通常稱 為次頻道”）。本文描述的方法論提供一用以配置訊務頻道 之方法，即，透過智慧型訊務頻道指定。 在本文所描述之通信系統中，頻道配置邏輯執行"頻道 :知Λ務頻道配置。在—實施例中，該頻道配置邏輯按 W提供頻寬且高效率使用頻寬資源（例如，〇聰八訊 務頻道)及空間資源(例如，用戶實際位置，因為這與空間 波束成形有關），及依據_請求中用戶及 頻空間頻道待徵來執行訊務頻谨#— ^ = 丁。凡務頻道扣疋。再者，依據這些用 戶之最佳天線資源’將頻道配置給用卜因此，該頻道配 置比使用傳統頻道指定方法讓更多用戶得到增強效能。 =來自—新用戶之鏈路請求，或是當該基地台有資料 史至·!存命用戶時’該邏輯會先估計透過每一天線資 t〇F舰訊務頻道之所有或經選擇的部份所接收到之 傳輸的頻道特徵。在本文中，—天線資源可包含—單一天 或-全體用於從用戶傳送及/或接收信號之次天線陣 自一既定基地台之天線陣列)。例如，藉由使用一或 10721 l.doc 12 1374624 更多信號分集方案（空間、頻率及/ 夕 組態成（高效率地）運作 ^ 夕個天線可被 一天線）之單—天峻眘书.也 灯似（相較於一早 太綠貧源。在一實施例φ，分姑 連同進行巾t該等頻道特徵 戶之頻道指定係用以決定對 祛丟綠次·Ε 〜〜Α母一用戶的最 Ί該頻道特徵資料可以儲存在—暫存 他類型的儲存位置(例如，一資料 5 堪、 ^ 檔案或類似資料結 ，…“ 胃應於具有最佳通信特徵之天線資
源之Λ務頻道被指定給存取中 厂 Μ满足存取中用戶之
服務請求。 τ用尸I 圖1令顯示-寬頻無線網路100之示範部份，1包含一實 施本文所描述之頻道選擇技術之基地台102。基地台102包 含支援與各種用戶（如一行動（電話）用戶104及106、固定 (位幻用戶m及U0及-行動（PDA)用戶112所示）通信之設 備。這些設備包含一接收模組114、一發射模組116及頻道 管理組件118，以及天線120八（本文也稱作天線#1)及 120B(本文也稱作天線#2)。 一般而言，一基地台與一用戶以下列方式通信。諸如行 動電話封包（cellular packet)、IP封包或乙太網路訊框之類 的資料叢發被封裝成為一適當的資料訊框格式（例如， WiMAX網路之IEEE 802.1 6)，並且從—網路组件（諸如一 無線電存取節點（RAN))轉遞到在一既定小區内之適當基地 台。然後，該基地台使用一單向無線鏈路（其稱為”下行鏈 路Ί傳送到一經選擇的用戶（藉由該資料訊框予以識別）。 從一用戶到網路100之資料傳輸則是在該反方向上進行。 107211.doc •13- ^/4ϋ24 在此範例中’使用-稱為"上行鏈路，，之單向無線鏈路，將 该封裝資料從-用戶傳送到一適當的基地台。然後，該等 : f料封包被轉遞到-適當的RAN，被轉換成ιρ封包或乙太 ㈣路訊框’並且之後被傳輸到一在網路1〇〇中之目的地節 ’·點。依據-些類型寬頻無線網路，可以使用分頻雙工 (刚)或分時雙工(TDD)方案來傳送資料叢發。在爾方 案中，上行鏈路及下行鏈路共用該相同RF(射頻）頻道，但 • 非同時傳送；，上行料及T行鏈路是在 不同RF頻道上運作，但是可以同時傳送該等頻道…般 地，單向無線下行鏈路包含一點對點（pp)鏈路 '一點對多 (PMP)或一 ΜΙΜΟ鏈路。上行鏈路典型地包含pp或ρΜϊ^ 路’然而也可以使用ΜΙΜΟ鏈路。 多個基地台被組態以形成一似蜂巢式無線網路，其中在 任何既定位置之既定用戶可以使用一共用媒體（即，傳播 無線電波的空間（空中）)存取一或更多基地台。一使用一共 • 用媒體之網路要求一種能夠高效率共用該共用媒體的機 制。空中媒體之共用係經由一適當的以頻道為基礎的方案 予以啟用’其中各自頻道被指定給在一既定基地台之存取 犯圍内的每個用戶。典型以頻道為基礎的傳輸方案包含 FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA 及 SDMA，以及這些多 向近接方案的組合。這些傳輸方案的每種方案在無線網路 技術中是眾所周知。 為了促進與各種用戶的下行鏈路及上行鏈路通信，基地 σ 102提供多個天線。為了說明目的，圖1中以天線120A及 107211.doc 14- 1374624 120B(天線#1及#2)來表示該多個天線。來自該多個天線中 之兩個或兩個以上天線的信號可以被組合以支援波束成形 或空間多工，或可以使用為人習知的技術而被個別用於不 同群組的用戶。該多個天線也可以被組態成一或更多叢 集。一般地’天線120A及120B代表在無線寬頻網路中所 採用的各種天線類型，其包含扇區化天線及全向性天線。 依據一實施例，每一用戶被指定給一由在一既定基地台 之該等天線中之一所提供的各自頻道或次頻道（或天線資 源’當多個天線被組合以傳輸或接收信號時）。例如，在 圖1之說明組態中’行動用戶1 〇4及固定用戶！丨〇被指定給 由天線120 A所促成的各自頻道，而固定用戶1〇8及行動用 戶106及112則指定給由天線12〇b所促成的各自頻道。下文 中將進一步洋細描述，每個用戶之頻道/天線或次頻道/天 線選擇係以一新用戶經由—既定基地台（例如基地台1〇2)加 入該網路時的最佳可用頻道特徵為基礎。此外，還可依據 已量測頻道特徵的改變，將頻道重新指定給進行中用戶。 經由說明，下面討論係關於一 〇FDMA網路之頻道配 置。然而，這並非指受到限制，因為類似原則可應用於採 用其他以頻道為基礎的傳輸方案（包含fdma、tdma、 CDMA、SDMA及OFDMa/SDMa，以及這些方案的其他組 合）的無線網路。 根據本發明之態樣，琛尤^ ^ ^俅現在揭不一頻道配置方案，其依據 目前頻道特徵，將各自用θ τ ^ ± 戶之下行鍵路及/或上行鍵路或 共用（雙向）頻道配置給經選埋沾工从次 ▲、擇的天線貢源。整做法是要將 1072ll.doc 1J/4624 具有最佳頻道特徵之頻道/天線或次頻道/天線組合指定給 新用戶及進行中用戶。 圖2顯示用於圖1中所 口〒所不之各種用戶之一組示範用起始 OFDMA頻道指定。為兮 + 在該次明性貫施例中，天線#1及 #2(120A及120B)個都支援N個·々 又拔JN個-人頻道。典型地，—既定天 線或天線貧源之各自士相4 、 合目-人頻道破指定給每個用戶。在一些情 況中，多個次頻道可以被指定 伯弋，.口祁同用戶。為了說明目
的’在圖2中只顯示一單組次頻道指定，其中該單組是上 订鏈路下灯鏈路或共用（上行鏈路、下行鍵路使用相同 頻道）頻道指定之說明。座·^ a2 兄月應了解，對於下行鏈路及上行鏈 路訊務採用個別頻道之值# 用k心得翰方案，其他組頻道指定也存 在。 參考圖1及3a，現在假設一新的行動用戶122試圖起始基 地口 102之服務’⑨可以藉由引起—新服務請求或關於從 其他（目前）伺服基地台（未顯示）到基地台1〇2的交遞。如上 文所述，#月望將—最佳可用頻道指定給新使用者。據此.， 提供一種用於決定最佳可用頻道之機制。 進步參考圖4a之流程圖，—種用α決定頻道特徵之處 理紅序的實拖例從一方塊4〇〇開始纟中一基地台從其每 個天線資源廣播—信標信號’其涵蓋配置給該基地台之頻 寬上之所有次頻道。例如，依據一 fdma方案，該廣播信 號包含一彳§號，其頻率係使用一預先決定的循環在該已配 置頻寬上變化。依據一 CDMA方案，可以使用一測試信 號，其係透過以循環方式變化的cDMA頻道予以傳送。依 107211.doc •16· 1374624 據一支援在相同頻率上運作之多個頻道的頻道方案（諸如 〇醜△)，該廣播信號將包含可應用的每天線H欠頻道如/ 頻率組合（有關OFDMA信標信號方案之一實施例之進一牛 細節係描述於下文）。結果，該廣播信標信號將提供可^ 來決定空間及頻率頻道特徵的資訊。在一實施例中在— 管理頻道上持續廣播該信標信號。在一些以時 頻道方案（例如0FDMA、CDMA、TDMA)的情例中二需要 先執行介於-基地台與用戶之間的時序同步，使 夠適當地調諸至（例如，同步於）該廣播信標信號。-回應該信標信號’該用戶（裝置）將其接收單元輪流調諧 至各種頻道(同步於該信標信號之頻道變化），同時量測頻 道特徵。例如，在-實施例中’信號對干擾加雜訊比 SINR ’對-些類型無線網路，也通常稱為載波對干擾加 雜訊比（CiNR))及/或相對信號強度指示s 該用戶處執行，以獲得頻道特徵量測或估計。在一實二 中’頻道特徵量測係有關以可靠方式所獲得之各種頻道的 資料傳輪率，如對應於圖5(以及圖域示之簡化版）中所示 之：線#1及#2之該等組頻道特徵量測資料。例如，一般是 每赫兹-每私位疋數（Blt/s/Hz)來量測該等資料傳輸率，如 心中所示。在其他實施例中，對於每頻道/天線資源組合 7 BER里測在其他實施例中，量測服務品質（q〇s)參 —(諸如延遲及抖動以獲得頻道特徵資料。還有在其他 實施例中，可以| 丨 _ j及/或估計信號品質/效能之各種指 示’以獲得頻道特徵資料。 107211.doc 1374624 繼續進行到圖4a中之方塊则，進行頻道特徵量測之後 或期間，將對應之資料傳回至基地台。在一實施例中，經 由-：於此目的之管理頻道傳回此資訊。回應方式為，鑑 於目前頻道可用度資訊及該頻道特徵資料，選擇要指定: 該用戶的一最佳可用頻道。下文將參考圖6描述“擇： 理程序的細節。 不範性OFDMA下行鏈路/雙向鏈路頻道特徵化
依據一用於〇FDMA網路之實施例，每一基地台週期地 廣播導頻OFDM符號給位在其小區（或扇區）内之每個用 戶。該基地台與該等用戶皆知悉導頻符號（通常稱為一探 測（sounding)序列或信號p在一實施例中，每導頻符號涵 蓋整個OFDM頻率頻寬。不同小區（或扇區）的導頻符號可 能不同。導頻符號具有多種用途：時間及頻率同步、頻道 估計及用於次頻道配置之SINR量測。 在一實施例中，多個天線資源中之每一天線資源同時傳 送導頻符號’並且每個導頻符號佔用整個OFDM頻率頻 寬°在一實施例中’該等導頻符號各具有一 128微秒的長 度或持續期間含，與一防護時段，其組合大約為i 52微 秒。每一導頻週期之後，有預先決定數量的資料週期，接 著是其他組的導頻符號》在一實施例中，在每個導頻之後 有四個用以傳送資料之資料週期，而該等資料週期之每一 資料週期的長度為1 52微秒。 當δ亥專導頻OFDM符號被廣播時，每個用戶持續監視节 等導頻符號的接收及量測（例如估計）每個次頻道之SINr& 107211 .doc • 18 · 1374624 /或其他參數，其包含小區間干擾及小區内訊務。在一實 施例中’該用戶首先估計該頻道響應，其包含該振幅及相 位’就好像沒有干擾或雜訊。一旦該頻道被估計，該用戶 叶异來自該接收信號之干擾/雜訊。
在資料訊務週期期間，該等用戶可以再次決定該干擾位 準。該等資料訊務週期係用以估計該小區内訊務以及該次 頻道干擾位準。特別地’在該等導頻及訊務週期期間，該 功率差異可被用以感測該（小區内）訊務負載及次頻道間的 干擾，以選擇所要之次頻道。 在一實施例中，每用戶量測每個次頻道（或對應於可用 次頻道之一組次頻道）之SINR ,並且透過一存取頻道向其 基地台報告彼等SINR量測。從每用戶到該基地台之回饋資 訊包含每個用戶之一 SINR值（例如峰值或平均值）。可採用 一頻道索引方案以識別每個次頻道之回饋資料；如果該基 地台已事先知悉在該回饋内的資訊順序，則無需索引。 一旦接收來自該用戶的回饋，以類似下文所描述的方 式’該基地台選擇一次頻道以指定給該用戶。次頻道選擇 之後，假如已經建置到該用戶的連接，則該基地台透過一 下行鏈路共同控制頻道或透過—專用下行鏈路訊務頻道， 通知該用戶有關該次頻道指定。在一實施例中，哼美地△ 同時也知會該用戶有關該等適當的調變/蝙碼率。一曰1 基本通信鏈路被建置，每個用戶可以使用— ^ 專用訊務頻道 (例如一或多個預先定義的上行鏈路存取頻道）持續傳送該 回饋給δ玄基地台。 、 1072 丨丨.doc 1374624 該前述方案決定下行鏈路及共用雙向鏈路頻道之頻道特 徵。然而’這可能不適合用以預測上行鏈路頻道特徵。理 由是多路徑衰落一般是單向。結果，一產生良好下行鏈路 頻道特徵（這在一接收用戶端量測）之頻道可能無法提供良 好的上行鏈路頻道特徵（這在一接收基地台端量測）。 參考圖3 b及4b，用以決定上行鏈路頻道（或視需要，雔 向共用頻道）之頻道特徵之一處理程序的實施例開始於— 方塊450(圖4b) ’其中一用戶執行與在該基地台的每天線資 源進行測距。WiMAX(IEEE 802.16)標準使用術語”測距”來 定義一用戶台用以從一或更多基地台獲得服務可用度及信 號品質資訊之一組操作。在此處理程序期間，一用戶台與 —基地台同步，並且在該用戶台與該基地台之間交換一連 串訊息。同樣地，可以藉由在該基地台及/或該用戶台處 執行CINR及/或RSSI量測來獲得信號品質量測。 在本文中，”測距”一般有關一用戶起始之傳輸活動，以 使上行鏈路頻道特徵被一基地台量測；因此，測距包含前 述由用於WiMAX網路之WiMAX規範所定義的測距操作， 以及其他用以獲得上行鏈路頻道特徵之技術。例如，其他 類型寬頻無線網路可採用的操作類似於在WiMAX測距期 間所採用的操作。在一實施例中，一用戶與基地台交換有 關用以進行頻道特徵量測的一頻道序列之資訊。例如，在 一些實施方案中，一基地台僅識別未被使用之上行鏈路頻 道以進行量測’因而減少將執行的量測次數。視情況地， 可以事先知悉該頻道序列。 107211.doc •20· 1374624 外，在方塊402及/或452(如適用）中所量測的頻道特徵分佈 資料被儲存在一用戶頻道分佈暫存器6〇8且予以持續更 新。在一特定用戶之頻道選擇期間，從用戶頻道分佈暫存 器608擷取對應的頻道特徵分佈資料，其作為一到方塊 之輸入。
在方塊610中，鑑於來自資料方塊6〇6及6〇8之輸入資 料，一次頻道k及天線j被指定給使用者卜然後該處理程序 進行到下一使用者（例如使用者i + 1),鑑於來自資料方塊 606及608之更新輸入資料，經由方塊6〇4的操作，以指定 一包含該使用者之次頻道/天線組合之頻道。 根據在本文圖式中所示的網路參與者，從示範頻道指定 參數可以更清楚了解這些觀念。例如，圖2說明一初：： 況，其中行動用戶106及固定用戶110分別被指定天線w之 包含次頻道1及6之頻道，而固定用戶1〇8被指定天線#2之 包含次頻道2之頻道，而行動用戶1〇4及112分別被指定天 線#2之包含次頻道5及Μ-1之頻道。為了說明目的，這此頻 道指定代表上行鏈路、下行鏈路、或雙向鏈路頻道指定’。 對於下文中的實例’假設資料方塊6〇6中有對應頻道指— 資訊。 曰疋 現在假設行動用戶122(圖1、3a及3b)試圖加入該網路。 首先，如可適用，根據圖4a及/或4b所示流程圖的操作 收集頻道特徵量測資料。這將更新用戶頻道分佈暫存器 6〇8。在方塊604處理期間’從用戶頻道分佈暫存器6〇8擷 取天線#1及天線#2之每個天線的天線頻道特徵資料。如上 .107211.doc -22- 1374624 文所述，圖5中績示出示範 祀幻頻道特徵資料。在方塊610, 鑑於此頻道特徵資料姑人阁〇 _ 升a。圖2中所示且從資料方塊606中所 操取的可用次頻道資訊、笠 貧訊選擇一行動用戶122之新頻道。 鑑於各自圖5及2中之不範的頻道特徵資料及次頻道指定 資料：細之次頻道3應被指定給行動用戶122,其代表 具有最咼増益的可用循指以 用頻道（例如，具有最佳頻道特徵的可 用頻道）。在一實施你丨φ ·上 X苑例中$可以利用下财式決定。首 先，對於每個天線眘调，π视β^ 踝育源選擇具有最高增益的頻道。在本 實例中’這對應於天後# “ 穴琛#1之頻道1及天線#2之頻道3。接 著’決定該次頻道是否可用。關於在天線#1之次頻道i， 此次頻道已經被指定，所w 日疋所以不可用。接著，選擇天線#1的 對應於次佳增益的頻道，1* M ^具對應於次頻道5 ^同樣地，對
於頻道2做出類似的決定 A 的决疋在本貫例中，代表天線#2之具 有最高增益的次頻道的次頻道3是可用的。㈣，比較天 線#1之人頻道5與天線#2之次頻道3的增益。接著，具有最 高增益的次頻道/天線組合被選擇用於指定給該新用戶。 當該新頻道被指定給制戶122時，這造成選擇天線以之 次頻道3。 有時候’處理邏輯可以藉由重複上文參考圖㈣描述的 處理私序來執仃頻道重新指定。此頻道重新指定補償用戶 移動及任何干擾變化4 —實施例中，每—用戶報告其頻
道特徵資料。接菩今其祕AA 鞍者，該基地σ執仃次頻道及天線資源之選 擇性重新指定。即，在—實施例中，—些用戶可能被重新 指定到新頻道，同時其他頻道指^則會保持不變。在一實 1072 丨丨.doc •23- 1374624 施例中，由基地台起始再訓練，而在此情況中，基地台請 求特疋用戶或多個用戶報告其已更新頻道特徵資料。當 一用戶發現頻道惡化時，也可以由該用戶提出一頻道重新 指定請求。 圖7是基地台700之方塊圖，該基地台透過〇fdma及空 間夕工與多個用戶通信。該基地台7〇〇包含接收天線陣列 702，一接收|§模組703 ’其包含耦合至接收天線陣列7〇2 及二OFDM解調變器鳩之—組降頻轉換器7()4; __頻道特 徵模組708 ; —進行中訊務暫存器71〇 ; 〇fdma次頻道頻 道配置邏輯712;-用戶頻道分佈暫存器6()8; — 〇fdma 媒體存取控制器（MAC)714; —〇FDm數㈣7i6; 一信標 信號產生器717 ; — 0FDMA發射器模組718，其包含一次 頻道形成組塊720及-組增頻轉換器722，其將輸入提供給 在一發射天線陣列724中的各自天線資源。 包含來自一請求中用戶之存取信號的上行鏈路信號被 接收天線陣列702予以接收，而由降頻轉換器·予以降 頻轉換為該基頻。該其jg彳士％ 土頻4唬係由OFDM解調變器706予 以解調變且也由頻道特徵έ堍 ，塊708予以處理，用以使用上 述所提的技術之—$ 1 Α & ^ 次^他熟知的6號品質估計演算法， 估計該存取用戶的上行鏈 ^ Μ連将徵。該估計或量測之 頻道特徵資料連同對應於被指 ^ ?日疋給進行中訊務的頻道之 頻道特徵（其係儲存在用戶頻道 知士 貝逼刀佈暫存器608中）以及被 儲存在該進行中訊務暫存器7 ^ .., E1 ^進仃中訊務資訊，都被 饋迗到OFDMA次頻道配置邏輯7 〇 、铒/12，以決定該等存取用 I0721l.doc •24· 1374624 戶（可能是該等存取用戶之局部或全部）的一頻道指定。 該等結果被傳送到OFDMA MAC 714，戈k w 曰疋。 其控制該整體訊 務。 來自OFDMA MAC 714的控制信號及下行鏈路資料串流 726被混合且由OFDM調變器716予以調轡田从 机 夂M用於下行鏈路 傳輸。次頻道形成組塊720使用儲存在該用戶頻道分佈暫 存器608中的次頻道定義資訊而執行次頻道形成（諸如下文 參考圖8描述之天線波束成形/切換操作）。次頻道形成組塊 720的輸出係由該組增頻轉換器722予以增頻轉換，然後透 過發射天線陣列724予以傳送。 k標彳έ號產生器717係用以產生一適用於基礎傳輸方案 的信標信號。例如，就一 OFDMA傳輸方案來說，信標信 號產生器717產生一包含散置測試資料訊框之間的〇fdma 導頻符號的信號。 圖8中顯示功能組塊的細節，其對應於具有N個天線之基 地台之OFDMA發射器模組800之一實施例。一 MAC動態頻 道配置組塊802係用以為P個使用者之每一使用者來選擇一 適¥的天線資源及次頻道，如圖中至數據機及次頻道配置 組塊804〗·Ρ之選擇輸入所示。依據每一使用者之數據機及 次頻道配置’使用OFDMA傳輸技術中所熟知之信號處理 技術’ 一對應OFDMA基頻信號被產生、增頻轉換、及經 由一適當的天線予以傳送。該處理程序係以快速傅立葉變 換（FFT)組塊806,_n、並列轉序列（p/s)轉換組塊808,4，及 附加循環首碼（CP)組塊810】·Ν予以繪示。 I072II.doc •25- OFDMA發射器模組8〇〇藉由調整該等FFT輸入來執行天 線切換操作。你J如，就一既定用戶頻道，某些FFT輸入係 。又疋成1 (思指使用），而其他FFT輸入則設定成〇 (意指忽 略）OFDMA發射器模組8〇〇也支援由在多個天線上同步 傳送信號所促進之頻道。 般而a，由本文之圖中所顯示及上面所說明的處理程 序及功能組塊執行的操作係由處理邏輯執行，其可以包含 硬體（電路’專用邏輯等等）、軟體（諸如執行在—般用途電 腦系統或一專用機器上）、或兩者之組合。 雖然對於熟悉此項技術者，讀過上面描述之後無疑地會 :得非常清楚本發明之許多變化及修正，但是應了解的 疋，藉由說明所顯示及描述的任何特定實施例並非意圖被 視為限制。因4匕’參考各項實施例之細節並非意圖要限制 明求項之® ’在該等請求項本身中只陳述這些被視為本 發明基本要素的特徵。 【圖式簡單說明】 可以從上文之心描述及由本發明之各項實施例之伴隨 圖式更加充分地了解本發明，然而這些不應該被用作將本 發明受限於該等特定實施例，而是僅供解釋及了解。 圖1顯示一基地台，其採用用以與各種用戶通信之一對 切換天線，其中每個用戶被指定給—對應於一各自次頻道 /天線組合之頻道。 一用於在圖1所示之該等 圖2顯示在一新用戶加入之前 用戶之OFDMA次頻道配置。 107211.doc •26· 13/4624 一=顯示一由圖1中之該等天線之每個天線所傳出而被 曰戶接收且包含各種頻道之信標信號，藉此該新用戶 徵二量測傳回至該基地台之下行鏈路或雙向鏈路頻道特 之二* 5玄新用戶所傳出且包含經由各種頻道傳送 心育料之測距信號，藉此可以在圖以該等切換天線 母個天線量測上行鏈路或雙向頻道特徵。
_疋-說明用以使用圖3a之信標信號方案以獲得下行 鏈路或雙向鏈路頻道特徵所執行之操作之流程圖。 圖4b疋-說明用以使用圖3b之測距信號方案以獲得上行 鏈路或雙向鏈路頻道特徵所執行之操作之流程圖。 圖5說明對應於圖i之切換天線之頻道特徵之示範的 頻道反應。 圖6是一說明一具有多天線資源之基地台用以將頻道指 定給各種使用者所執行之操作之流程圖，其中依據每個天 線之量測或估計次頻道特徵，將—包含該最佳可用次頻道/ 天線組合之頻道指定給一新使用者。 圖7是一有關0FDMA/SDMA基地台之實施例之方塊圖。 圖8顯示一採用多個切換天線之〇FDMAa射器模組之结 構。 ° 【主要元件符號說明】 1 〇〇 寬頻無線網路 102 基地台 104 行動（電話）用戶 107211.doc -27· 1374624
106 行動（電話）用戶 108 固定（位置）用戶 110 固定（位置）用戶 112 行動（PDA)用戶 114 接收模組’ 116 發射模組 118 頻道管理組件 120A 天線# 1 120B 天線#2 122 行動用戶 ANT#1 天線# 1 ANT#2 天線#2 608 用戶頻道分佈暫存器 700 基地台 702 接收天線陣列 703 接收器模組 704 降頻轉換器 706 OFDM解調變器 708 頻道特徵模組 710 正在進行中的訊務暫存器 712 OFDMA次頻道頻道配置邏輯 714 OFDMA媒體存取控制器（MAC) 716 OFDM數據機 717 信標信號產生器 -28 - 107211.doc 1374624 718 OFDMA發射器模組 720 次頻道形成組塊 722 增頻轉換器 724 發射天線陣列 726 下行鏈路資料串流 800 OFDMA發射器模組 802 MAC動態頻道配置組塊 804 數據機及次頻道配置組塊 806 快速傅立葉變換（FFT)組塊 808 並列轉序列（P/S)轉換組塊 810 附加循環首碼（CP)組塊
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Claims (1)

  1. 勿年^:日修正麵 十、申請專利-- 第094143279號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(101年2月） —種用於在一寬頻無線網路中指定多頻道以支援多用户 與一基地台之間通信之方法，其包含： 對於在該基地台之多天線資源的每個資源，獲得每個 天線資源所服務（h〇sted)之每個頻道之一或多項頻道特 徵，該等頻道特徵指示一對應頻道之接收品質；以及 依據所獲得的該一或多項頻道特徵，指定-或多個頻 道給多用戶； /、中該獲得一或多項頻道特徵係至少部分地藉由該等 用戶所執行的測距操作而完成。 2' 如請求項^ 万法，其中被指定之該一或多個頻道包含 或夕個下行鏈路頻道，用於從該基地台傳送到該等用 戶之傳輸》 凊^項1之方法，其中被指定之該一或多個頻道包含 或夕個上仃鏈路頻道，用於從多用戶傳送到該基地台 之傳輸。 4. 如請求項1之太土 • 凌，其中被指定之該一或多個頻道包含 或夕個雙向鍵路頻道，其係用於該基地台與該等用戶 之門的上竹鏈路及下行鏈路傳輸。 5 · 言青 j貝 j 方法’其中該等頻道特徵係藉由執行下列 刼作而被量測，其包含： 廣接一來自马/ w 土地α之該等天線資源之每個資源之各 自信標作缺 a ^ ,母個信標信號包含在多個頻道上的傳輸； 量測頻道特符， _ ' * ’，、ί曰示在一用戶處該多個頻道之每個 10721M010214.doc 1374624 尋Η%修正替換頁 頻道的信號品質；及 " -- 將對應於該等被量測的頻道特徵之 到該基地台。 資料從該用戶傳送 6. 7.8. 9. ::求項5之方法，其中從該等天線資源的每個天線資 廣播的該等各自信標信號包含正交分頻多向近接 (MA)k號，其包含〇fdma導頻符號。 ::求項6之方法’進一步包含該用戶使用來自導頻符 如’I及資料週期之資訊，以量測頻道及干擾資訊。 之方法’其中该等導頻符號佔用一整個〇Fdm 頻率頻寬。 如請求項1 $ 士、+ ^ ’其中藉由執行多項操作來量測該等 頻道特徵，該等操作包含： 經由 一L ^ 仃鏈路或雙向鏈路之一，執行一用戶與一基 ^。之間L操作’該等測距操作包含從該用戶台傳 =被每個天線資源接㈣傳輸，料傳輸承載於多個 頻道上；及 10. 線資源’獲彳于指示該多個頻道之每個頻道之 ㈣品質之頻道特徵。 如請求項1之大， .. 、 法’其中該多天線資源包含多個個別天 11. 12. 如請求項1之f .h 法’其申至少一天線資源包含一組天 線，該組夭结扯在 小 集體操作以執行傳送及接收射頻傳輸中 王〆之一〇 如請求項1之方 法’其中該無線寬頻網路支援OFDMA(正 107211-10102l4.doc 13. 交分頻多向近接](傳赵：β 與天線資源、之組：及該等頻道包含魏Α次頻道 如請求項12之方法 OFDMA發射器模組 入來切換天線。 進一步包含藉由在基頻調整至一 中之快速傅立葉變換（FFT)組塊的輸 其中每個用戶係指定給一單一 天線資源所提供之該單一頻道之 14.如凊求項12之方法 OFDMA頻道，由—單 傳輸。 15. 16. 如請求項1之方法，其中採用該等頻道指定操作 用於下仃鏈路及上行鏈路傳輸的各自頻道。 以指 定 項1之方法’其中該等頻道特徵包含信號干擾加 雜訊比（SINR)、載波干擾加雜訊比（CINR)及相對信號強 度指示項(RSSI)量測中之至少一項。 其中該等頻道特徵包含位元錯誤率 1 7 ·如請求項1之方法 (BER)量測。 A如請求項!之方法，其中該等頻道特徵包含服務品質 (QoS)參數之量測。 19.如請求項】之方法，μ該等頻道包含頻道或次頻道之 一，其對應於一fDma(分頻多向近接）、TDMA(分時多 向近接）、CDMA(分碼多向近接）、0FDMA(正交分頻多 向近接）及SDMA(空間劃分多向近接）頻道方案中之至少 一者。 20.如請求項〗之方法，進一步包含·· 週期性更新一或多個用戶之頻道特徵資訊；及 I0721I-10I0214.doc 1374624 鑑於改變的頻道^~?^定頻道給至 21. —種基地台，其包含： 用戶。 多天線貝源，其用以支援無線通信系統傳輸； -傳輸模Μ，其心產生信號在各種下行鍵路或雙向 頻道上’資料係藉由該等頻道經由該多天 ： 到多個用戶； W % ★接收換組’其用以從所接收之多個信號擷取資料， 該等信號係在該多天線資源處透過各種上行鏈路或 雙向頻道從該等用戶接收之信號；及 ^等 頻道配置邏輯，其用以依據所獲得之該等上㈣t 下行鏈路及/或雙向頻道頻道特徵，為該等多個用戶 上行鏈路、下行鏈路及雙向頻道中之至少一項； 其中該指定包含： 持續維護且更新每一可用天線之一組可用次頻道·及 在可用天線中選擇具有最高增益之可用次頻道。 22.如請求項21之基地台，其中該頻道配置邏輯回應從該等 天線資源之每個天線資源所廣播的信標信號，依 用戶處所量測或估計之頻道特徵，指定一上行鍵路 或雙向頻道之-給-用戶，該基地台進一步包含： 一信標信號產生器。 23. 如請求項22之基地台，其中該信標信號產生 講ΜΑ導頻符號之正交分頻多向近接（〇FDMA)信號/ 24. 如請求項23之基地台，其中該等導頻符號佔用 OFDM頻率頻寬。 疋1囡 10721M0102I4.doc 1374624 25. 如請求項21之基地台，苴~I 天線。 、中該多天線資源包含多個個別 26. 如請求項21之基地台，〇至少—天線資源包含一组天 線，該組天線被集體用以傳送及/或接收射頻傳輸。， 27. 如請求項21之基地台，進一步包含. 量測及/或估計構件，龙田 干其用以回應從該等用戶傳送之測 距信號，量測及/或估計頻道特徵。 28. 如請求項21之基地台，進—步包含. 一用戶頻道分佈暫存器，用 用以儲存該專用戶之頻道特 徵資訊；及 -進行巾訊務暫存H 1精存頻道指定資訊。 29，一種無線通信系統，其包含： 複數個用戶單元，每個用戶萤4 母调用戶皁TG經組態用以支援無線 通信；及 一基地台，其包含： 多天線資源’其包含用以傳送無線通信傳輸信號之 發射天線資源，及用以接收無線通信傳輸信號之接收天 線資源； 一傳輸模組，用以產生信號在各種的下行鏈路或雙 向頻道上，可以經由該等頻道將資料經由該等發射天線 資源傳送到該複數個用戶； 一接收模組，用以從所接收之信號擷取資料，該等 k號係在該等接收天線資源處透過各種上行鏈路或該等 雙向頻道從該複數個用戶接收之信號；及 107211-1010214.doc 路頻道配置邏輯，用以依據所量測及/或估計之上行键 戶^鏈路及/或雙向頻道的頻道特徵，為該複數個用 曰疋上㈣路 '下行鏈路及/或該等雙向頻道中之至少 之一者’該複數個用戶之备個田ό θ m ^ ^ 之母個用戶$測或估計指示在該 =處之頻道信號品質的頻道特徵資訊及提供含有該頻 道特徵資訊之回饋給該基地台； 其中該指定包含·· 持續維護且更新每一可用天線之一 道；及 30 w、在可用天線中選擇具有最高增益之可用次頻道。 誃二i項29之系統’其中該基地台頻道配置邏輯回應從 :專發射天線資源之每個發射天線資源所廣播的信標信 :，依據該等用戶處所量測或估計之頻道特徵，指定一 人仃鏈路或雙向頻道之—者給__用戶，該系統進一步包 3 · —信標信號產生器。 31·如請求項30之系統，其中該信標信號產生器產生正交分 =多向近接（〇FDMA)信號，其包含佔用__整個〇歷頻 竿頻寬之OFDMA導頻符號。 A如請求項29之系統，其中該等用戶中之至少一用戶產生 $破該基地台之02各自接收天線資源處接收的測距信 及其中該基地台進-步包含量測構件，用以量測指 在該等各自接收天線資源處接收之測距信號之信號品 質的頻道特徵’該等頻道配置邏輯依據該等被量測之頻 1072ll-1010214.doc 1374624 _ ' V年吲細修正替換頁 道特徵及頻道可用度，為該等至少一用戶之每個用戶指 定一上行鏈路或雙向頻道之一。
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