TWI382689B - 無線通信中用於交互校準之方法及裝置 - Google Patents

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Description

無線通信中用於交互校準之方法及裝置
本發明係關於一種用於提高無線通信系統中之通信效能之方法及裝置。具體言之，本發明係關於雙向通信通道之交互性。
對無線通信系統中之通信容量(traffic capacity)、覆蓋範圍及可靠性之需求仿佛在不斷增加。通信容量中之一阻礙在於可用於通信目的之頻譜為有限的，該限制既為實體上的--僅部分頻譜適用於通信且每頻率及時間之資訊內容為有限的，亦為組織上的--有用之頻譜部分將用於許多目的，包括：TV及無線電廣播；諸如飛機通信及軍事通信之非公眾通信；及用於諸如GSM、第三代網路(3G)、無線區域網路(WLAN)等之建成系統。由於通信容量可關於同時處理不同及波動容量需要而急劇增加且提供增加之靈活性，在用於無線通信系統之無線電傳輸技術領域中之最新發展展示了很有前途之結果。若干很有前途之技術為多重輸入-多重輸出(MIMO)，其(例如)參見A. Goldsmith等人之"Capacity Limits of MIMO Channels", IEEE Journal on Selected Areas of Comm., VOL. 21, NO. 5, JUNE 2003；及基於相干組合之協作式中繼，其(例如)參見Peter Larsson之"Large-Scale Cooperative Relaying Network with Optimal Coherent Combining under Aggregate Relay Power Constraints", in Proc. Of Future telecom Conference, Beijing, China, 9-10/12 2003。與諸如TDMA(如用於GSM中)及WCDMA(如用於UMTS中)之當前所用之傳輸技術相比，上文例示之技術展現出可用之無線電頻譜之好的多之使用性。作為新傳輸技術之容量之一實例且亦作為由該新傳輸技術所提出之要求，將參看圖1(先前技術)來簡述MIMO無線系統。在由A. Goldsmith等人所著之上述文章中可找到對MIMO研究之基本原理及最新發展及領域之綜合說明。
如圖1中所說明，MIMO系統中之無線電鏈路之特徵在於傳輸端及接收端裝備有多重天線元件。MIMO背後之思想在於：在一端處之傳輸(TX)天線上及另一端處之接收(RX)天線上之訊號以如此方式組合使得供每一MIMO使用者使用之通信之品質(位元誤差率，BER)或資料傳輸率(位元/秒)將被改良。此一優勢可用於顯著增進網路之服務品質及操作者之收益。MIMO系統中之核心思想為空間-時間訊號處理，其中時間(數位通信資料之自然尺寸)由在多個空間上分佈之天線之使用中所固有之空間尺寸來補充。MIMO系統之關鍵特徵在於：其有能力將傳統上被視作無線傳輸中之一限制性因素之多重路徑傳播轉化成使用者之益處。MIMO有效地利用了隨機衰落(random fading)且當可用時，有效利用多重路徑延遲擴展，以用於增加傳送率。如在由K. Zangi及L. Krasny所著之"Capacity achieving transmitter and receiver pairs for dispersive MISO channels", IEEE Trans. Wireless Commun., July 2002及在由L. Krasny, S. Grant及K. Molnar所著之"Optimal and Reduced Complexity Receivers for MISO Antenna Systems", Proceeding IEEE Globecom 2003中所述，諸如具有豐富反饋之傳輸分集機制(TDRF)及基於相干組合之協作之機制亦提供容量及/或品質方面之急劇增加。在無需額外頻譜之成本之情況下(僅增加硬體及複雜性)，無線通信效能方面之顯著改良之前景自然引起了廣泛關注。
將參看圖1之圖解說明來描述多天線系統之傳輸原理。將呈二進位資料流105之形態之壓縮數位源饋入傳輸區塊110，該區塊涵蓋誤差控制編碼及(可能聯合)對複合調變符號(四相移相鍵控(QPSK)、M-QAM等等)之映射之功能。後者產生若干獨立符號流，其自獨立的至部分冗餘的至全部冗餘的變化。接著將其中之每一者映射至多個TX天線115中之一者上。映射可包括天線元件之線性空間加權或線性天線空間-時間預編碼。在向上頻率變換、濾波及放大後，向無線通道發射該等訊號。使用N個TX天線115，且傳輸區塊110通常可包含用於N個同時傳輸之構件。在接收器處，較佳地由多重天線(M)120俘獲該等訊號，且在接收區塊125中執行解調變及解映射操作以恢復該訊息。用於選擇編碼及天線映射演算法之才智、複雜性及先驗通道知識之水平將取決於應用而發生很大變化。此判定了所實施之多天線解決方案之級別及效能。
很自然，與現存智能天線系統相似，多天線系統不僅提供傳輸-接收分集增益，而且在空間-時間之探索中提供基本上全新之優勢。此可視為經由矩陣通道而非向量通道傳 輸資料之多天線系統。此類型之多天線系統之訊號模式可簡單描述為：r=Hs+n 　　　(1)
其中，r為Mx1所接收之訊號向量，s為Nx1所傳輸之訊號向量且n為例如白Gaussian雜訊之附加雜訊項之向量，且H為針對在傳輸器與接收器間之所傳輸之訊號之MxN通道矩陣。
如上文所提及，僅多工不足以達成增益中之急劇增加。高級編碼/解碼及映射機制(即空間-時間編碼)係必需的。對於諸如GSM及UMTS之現今已有之無線系統中之解碼而言需要無線電通道知識，且在多天線系統中此知識絕對關鍵。在針對MIMO之某些最有前途之實施建議中，如在D. Gesbert等人所著之"From Theory to practice: An Overview of MIMO Space-Time Coded Wireless Systems", IEEE Journal on Selected Areas of Comm., VOL. 21, NO. 3, April 2003及在WIPO publication nr WO 03005606中所述，由H代表之通道知識不僅用於在接收器側中所執行之解碼，而且用於傳輸側上之編碼。
在傳輸器處之通道矩陣H之特徵之知識可用於最優化編碼及映射。不僅MINO系統開發精密通道狀態資訊(CSI)，而且本身使用CSI知識之TDRF及基於相干組合之協作式中繼亦開發CSI以用於最優化各自通信效能。前向通道之特徵通常可在於：以某訓練訊號在前向方向中發聲探測(sounding)該通道，且接著接收來自通知通道特徵之另一台 之反饋，或接收來自另一台之訓練訊號且獲取傳輸功率之知識。第一替代方法可提供通道特徵之良好估計，但同時H之特徵之傳輸佔據了寶貴傳輸資源。因此，在(例如)判定用於H特徵之合適更新頻率中，通常考慮有效負載訊號傳輸上之增益增加與控制訊號傳輸增加間之折衷。後一替代方法使用較少傳輸資源，但依賴於通道為交互式之假定(意即無論傳輸方向如何，振幅及相位相同)。此為(例如)通道相關時間內之TDD通道(分時多工)中之狀況。當在第一台使用多重天線且在另一台僅使用一個(或較少)天線時，此尤其正確且有益處，且亦可減小訓練序列之數目。由於當僅以一或一些天線向使用者通信時，採用潛在之大量中繼(可能僅配備有一或一些天線)，因此此對於基於相干組合之協作式中繼而言亦極有益處。
如在上文及參考文獻中所討論，交互性假定被廣泛接受且用於有效估計通道。然而，在現實情況下，假定有(例如)不完美傳輸器-接收器鏈，則交互性可能不可保持。因此，明顯需要達成其特徵在於(例如)通道矩陣H之通道之適當估計，其中該估計將完整傳輸器-空氣介面-接收器鏈特徵化。
本發明之目標為提供一種克服先前技術之缺陷之方法、無線電節點、系統及程式。此可藉由一種由申請專利範圍第1項中所界定之方法、申請專利範圍第21項中所界定之系統、申請專利範圍第22項中所界定之無線電節點及如申請 專利範圍第18項中所界定之程式產品來達成。
根據本發明之方法提供一種在無線通信網路中校準至少一第一無線電節點之方法。該通信網路包含至少一第一無線電節點及一第二無線電節點，其可配置以彼此進行無線電通信。該校準方法係基於：無線電通道特徵之至少一表示已自一無線電節點向另一節點交換。
本發明之一實施例包含以下步驟：經由一無線電通道自至少該第二無線電節點向該第一無線電節點傳輸通道估計符號或導頻；在至少該第二無線電節點中計算無線電通道特徵之至少一表示；自該等無線電節點中之一者向另一無線電節點交換無線電通道特徵之至少一表示；以至少一修正係數來補償來自第一無線電節點之無線電傳輸，該修正係數至少部分地基於無線電通道特徵之交換表示。
對應於另一實施例，該方法可進一步包含以下步驟：基於呈第一及第二形態之所接收之導頻訊號，估計第二無線電節點中之傳輸誤差，且用針對第一無線電節點之個別天線之修正項計算修正向量。視需要第一無線電節點使用專用導頻，該等導頻經修改以有利於第二無線電節點中之誤差估計。
根據本發明之通信系統包含能傳輸且接收無線電訊號之至少一第一無線電節點及一第二無線電節點，且該第一及 該第二無線電節點可配置成彼此進行無線電通信。該至少第一無線電節點借助於第二無線電節點而校準，其中第一無線電節點使校準基於自第二無線電節點交換之無線電通道特徵之至少一表示。
根據本發明之無線電節點經調適成用於無線網路中之無線通信。該網路包含至少一第二無線電節點且該第一無線電節點及該第二無線電節點能傳輸並接收無線電訊號且可配置成彼此進行無線電通信。該第一無線電節點借助於該第二無線電節點而校準，其中該第一無線電節點使校準基於自第二無線電節點交換之無線電通道特徵之至少一表示。
根據本發明之一實施例，無線電節點包含校準起始構件，其用於識別對校準無線電節點之需要；通道估計構件，其用於自藉由第一無線電節點所接收之無線電訊號產生無線電通道估計；及交換構件，其用於向其它無線電節點交換無線電通道估計之表示或修正項/向量。基於自交換構件提供之所接收之無線電通道估計及/或自通道估計構件提供之內部判定之通道估計，通道估計構件及交換構件較佳地與接收器及與用於計算無線電通道估計之修正向量/項或表示之計算構件進行通信。無線電節點進一步包含：導頻傳輸構件，其用於控制向其他無線電節點傳輸通道估計符號或導頻；及補償構件，其用於以一或一組修正係數補償來自無線電節點之無線電傳輸。傳輸構件及補償構件較佳地與傳輸器進行通信，其亦可與交換構件進行通信。補 償構件進一步與計算構件進行通信。
多虧傳輸接收鏈中之本發明之不精確性及差異可加以補償，藉此達成兩無線電節點間之交互性。該校準亦可用於與其他無線電節點進行通信且在此等通信中亦保持交互性。
由於確保了交互性，本發明所提供之一優勢在於：可使用用於最優化需要精確之前向通道估計之傳輸器處之編碼及映射之方法。
所述方法具有額外優勢：其可用於在不可或不通信之各台之間進行相對校準。一典型實例為基於相干組合之協作式中繼。
在隨附申請專利範圍中界定了本發明之實施例。當與隨附圖示及申請專利範圍一起考慮時，自本發明之隨後詳盡說明，本發明之其它目標、優勢及新穎特徵將更加顯而易見。
圖2中圖解說明了彼此同時通信之無線通信網路中之兩節點--台A 210及台B 220。台A 210包含一傳輸器212及一接收器214。台B 220包含一傳輸器222及一接收器224。台A 210之傳輸器212與台B 220之接收器224構成一第一傳輸器-接收器鏈，且台B 220之傳輸器222與台A 210之接收器214構成一第二傳輸器-接收器鏈。如前所述，傳輸之特徵在於通道矩陣H，但如此處圖2中所展示，其退化為標量複值通道。針對傳輸器-接收器鏈之端對端通道可描述為基本上由 關於傳輸器、空氣介面及接收器之三部分組成。與傳輸器及接收器相關之部分將被稱作內部通道。此方法考慮了訊號不僅在空氣介面中受影響，而且在諸如傳輸器/接收器及天線饋線等中之傳輸器-接收器鏈之所有部分中受影響。在圖2中所述之實例中，自台A至B之通道(在頻域中且因此通常依賴於頻率)可描述為H A →B =H A ,TX ·H CH ·H B ,RX 　　　(2)
且自B至A之通道為H B →A =H B ,TX ·H CH ·H A ,RX 　　　(3)
其中HA,TX 特徵化台A 210之傳輸器212，HB,TX 特徵化台B 220之傳輸器222，HA,RX 為特徵化台A 210之接收器214之通道矩陣，且HB,RX 特徵化台B 220之接收器224。HCH 特徵化無線電傳播通道。與傳輸器及接收器相關之項HA,TX 、HB,TX 、HA,RX 及HB,RX 不限於對實際傳輸器或接收器內之訊號之效應，其較佳地應包含在個別台內之所有基本通道效應之特徵化。此處通道以矩陣加以特徵化，若使用任何種類之MIMO通信，則其相關。具體言之，傳輸-接收鏈經特徵化為對角矩陣，其中HCH 為全矩陣。然而，觀察到不僅空氣介面而且傳輸/接收部分均影響通道，此在諸如MISO、SIMO及SISO系統之其他狀況中亦有根據，針對此在單一天線側之矩陣縮減為標量。諸如無線電通道之各向同性媒體之一基本特性為其展示出交互性，其反映在HCH 在兩方向上相同。然而，由於組件中不可避免之差異，既不可假定HA,TX 等於HB,TX ，亦不可假定HA,RX 等於HB,RX ，因此自台A 210至 台B 220之通道H A →B 不可假定為等於自台B 220至台A之通道，H B →A 。換言之，H A →B ≠H B →A 通常係有根據的且通道並不交互。即使某時設備得以校準使得在彼時內部通道HA,TX =HB,TX 且HA,RX =HB,RX ，(例如)歸因於溫度、濕度、組件老化之漂移將使通道變得不交互。
在根據本發明之方法中，引入了傳輸器及(可能)接收器之外部校準。因為傳輸器及接收器內部通道HA,TX 、HB,TX 、HA,RX 及HB,RX 長期固定且變化主要由溫度漂移、濕度等引起，所以此係可能的。舉例而言，此等變化通常以諸如小時、天或最快地，分鐘之時標發生，且與諸如空氣介面中之變化、功率控制變化及通信速度之系統中之其他特徵時標相比而言可被認為係非常緩慢的。根據本發明之校準可在一常規基礎上，或作為來自一控制實體之訊號之響應而發生，該控制實體(例如)對通信效能(諸如通過量)中所偵測之降級或藉由其他構件所得之偵測進行控制。校準實例間之通信僅在校準係數包括於各個傳輸中之意義上受到影響。
參照圖2a所述之無線電節點210係根據本發明的，其調適成利用根據本發明之方法。圖2b中圖解地描述了一能被校準且可參與校準另一節點之無線電節點，其為一較佳實施例。下文所述之模組通常應被視為無線電節點之數位處理部分中之軟體界定之功能模組，即無需為物質實體。無線電節點較佳地包含一校準起始模組222，其用於識別對校準該無線電節點之需要；通道估計模組224，其用於自藉由第 一無線電節點所接收之無線電訊號產生無線電通道估計；及交換模組232，其用於向其他無線電節點交換無線電通道估計或修正項/向量之表示。通道估計模組224及交換模組232較佳地與接收器214及與計算模組226進行通信，以用於基於自交換模組232所提供之所接收之無線電通道估計及/或自通道估計模組224提供之內部判定之通道估計來計算無線電通道估計之修正向量/項或表示。無線電節點進一步包含導頻傳輸模組228，其用於向其他無線電節點傳輸通道估計符號或導頻；及補償模組234，其用於以一或一組修正係數來補償來自無線電節點之無線電傳輸。傳輸模組228及補償模組234較佳地與傳輸器212通信，其亦與交換模組232通信。補償模組234進一步與計算模組226通信。可藉由複數個不同實施例來達成由上述模組提供之功能性，其中上述為一非限制性實例。
將參照圖3之訊息序列圖及圖2a及b之圖解說明來描述用於提供一種台之外部校準之方法的根據本發明之方法之步驟。在圖2中所述之例示性系統中，各個台中僅提供了一傳輸器及一接收器。該等步驟之結果為台A之傳輸器之校準。 此為一非限制性實例且本發明方法不限於此狀況，且相反，如在背景部分中所指出，在多天線系統中可使用交互假定非常重要，且該方法易於延伸至該等系統。校準方法包含以下步驟：300：起始校準過程。
可以預定時間間隔來起始該校準過程，其中可基於經驗 及(例如)氣候上之假定來設定適當預定時間間隔。或者，校準過程可根據來自(例如)系統控制實體之需求而起始，該控制實體記錄了來自一或多個節點之通信降級之某量度，例如，高平均BER或平均BER中之變化。校準亦可基於氣候變化(諸如環境溫度或通信設備之溫度變化)來觸發。此外，傳輸器亦瞭解傳輸歷史(傳輸之時間及持續時間)、所使用之傳輸功率以及潛在之未來傳輸且可使用此來觸發任何校準。 進一步，可在接收器處針對各個傳輸天線偵測校準誤差(諸如相位偏差)，且在當超過預定偏差臨限值時，例示(instantiate)一校準事件。對校準之需要通常在無線電節點之校準起始模組222中識別出，但其可在無線電節點外部被偵測，且藉由適當構件向無線電節點通知所需之校準。
305：傳輸通道估計符號，P。
呈(例如)導頻訊號之形態之通道估計符號(即傳輸器及接收器兩者均已知之符號)自台B 220向台A 210且/或自台A 210向台B 220傳輸。許多系統具有可用於校準目的之現存之共用導頻通道。導頻傳輸模組228控制導頻之傳輸。
310：通道估計。
自傳輸P之結果計算通道估計Ĥ ，該通道估計Ĥ 包含完整傳輸器-空氣介面-接收器鏈。可較佳地計算出Ĥ A →B ：用於自台A 210至台B 220之訊號之通道估計；及/或Ĥ B →A ：自台B 220至台A 210之通道估計。無線電節點之通道估計模組224執行該估計。
315：在台之間交換資訊。
該等台交換自通道估計Ĥ A →B 及/或Ĥ B →A 選取之資訊，以有利於計算用於由台A所進行之傳輸之修正係數。較佳地，接收台(台B 220)向台A 210發送通道估計Ĥ A →B 之表示，或者台B 220發送修正係數之表示。該等表示較佳地以緊密形式加以發送，以不會佔據超過所需之更多傳輸資源。交換模組232預備且控制與在不同節點間之無線電通道相關之資訊之交換。
320：計算通道修正係數。
考慮通道估計上之所交換之資訊，在計算模組226中計算通道修正係數。
325：以通道修正係數補償傳輸。
台A 210以通道修正係數補償至B之每一傳輸，其給出一有效通道。由於以所補償之傳輸保持通道交互性=H B →A ，台A 210現可針對用於(例如)提高編碼及映射所需之H B →A 估計來量測來自B之導頻(通道估計符號)。使用通道修正係數至少直至起始新的校準過程。補償可被視為藉由補償模組234所控制之傳輸器212之調整。
已以台A中之傳輸器之校準例示了校準過程，以給出用於向台B通信或自台B通信之交互條件。很自然，該校準過程可用於校準台B。上述校準過程可延伸至多天線(多個TX及/或RX)系統。在本發明之不同實施例之下文說明中將進一步對此討論。進一步假定可忽略(例如)由於非線性功率放大器操作所致之非線性特徵。
上述校準過程可易於調適成無線網路之不同實施例。此 等採用將以本發明之不同實施例來加以例示。
在參照圖4所述之根據本發明之方法之第一實施例中，自台A 210向台B 220且自台B向台A發送通道估計符號。因此，可產生在兩個方向上之估計Ĥ A →B 及Ĥ B →A (對應於步驟310)。
在通道估計後，該等台交換其通道估計資料，例如台B向台A發送Ĥ A →B (步驟315)。基於在台A處已可用之Ĥ B →A 及所接收之Ĥ A →B ，可根據下式判定通道修正係數(步驟320)：
待自A向B傳輸之訊號S 與H Corr 預先相乘(pre-multiply)，得到所接收之訊號(步驟325)：R =H A →B ·H Corr ·S +N 　　　(5)
其中N 為接收器雜訊。可觀察到根據下式來將有效通道修改成反向通道：
因此如=H B →A ，通道現為交互的，可能使用在B至A方向上之通道之估計；對基於H B →A 之待傳輸之訊號進行任何操作且將其經有效通道自A向B發送。
如在圖4之訊息序列圖中所說明，本發明之實施例較佳地包含以下步驟： 405(對應於步驟305)：傳輸通道估計符號，P。
自台B 220向台A 210且自台A 210向台B 220傳輸導頻訊 號。
410(310)：通道估計。
在台B 220處計算Ĥ A →B 且在台A 210處計算Ĥ B →A 。
415(315)：在各台之間交換資訊。
台B 220較佳地以緊密形式向台A 210發送通道估計Ĥ A →B 之表示。當已知(例如)來自Ĥ B →A 之通道之主要特徵且僅估算(例如，顯著偏差)之部分需要傳輸時，可使用緊密表示。
420(320)：計算通道修正係數。
根據等式(4)，台A 210計算修正係數，H Corr 。
425(325)：用通道修正係數來補償傳輸。
台A 210以通道修正係數H Corr 來補償至B之每一傳輸，其給出一有效通道，如等式(6)所示其確保了交互性。
藉由對各個天線組件組合執行相同程序，該實施例可延伸至MIMO。由於具有M個TX及N個RX天線，校準之總數為M乘N。
在參照圖5之訊號傳輸機制所述之本發明之方法之第二實施例中，僅在一方向上傳輸估計符號或導頻。在此實施例中，台A 210首先藉由自台B接收一訓練符號來執行一開迴路通道估計。基於所估計之通道，隨後自A向B之傳輸與通道估計之倒數預相乘。基於此，台B可向台A返回報告修正係數。對每一傳輸使用該修正係數直至下一校準實例。此本質上為一所謂之零強制機制，其導致向具有高衰減之頻率(假定頻率選擇性通道及例如OFDM)指派按比例之更大功率，可能地，可避免使用高衰減頻率。
修正係數反饋(fed back)可較佳地呈低階複數多項式(針對任何延遲可能具有指數函數)之形態且因此僅發送回一些加權係數。延遲、相位或振幅差通常量值很小且為性能良好之函數，因此大體而言使用低階多項式已足夠。如熟習此項技術者所瞭解，亦可使用其它壓縮修正係數之方法。
作為一替代，自A至B之傳輸與Ĥ B →A 之共軛複數預相乘。此替代方法未經歷關於如用於零強制方法之高衰減頻率之問題。然而，當判定修正係數向台A反饋時，接收器(即台B)必須考慮到除待校準之相位及振幅誤差之外，所接收之訊號以∣H CH ∣2 衰減。然而，由於傳輸接收器鏈之振幅增益通常並不如通道增益∣H CH ∣變化大，因此最重要的為相位誤差之反饋。
如圖5之訊息序列圖中所說明，本發明之第二實施例較佳地包含以下步驟： 505(對應於步驟305)：傳輸通道估計符號，P。
僅自台B 220向台A 210傳輸導頻訊號。
510(310)：通道估計。
在台A 210處估計Ĥ B →A 。
511：計算初步修正係數。
基於Ĥ B →A ，較佳地基於通道估計之倒數或其共軛複數來計算初步修正係數hAB 。
512：補償傳輸。
藉由將訊號與初步修正係數hAB 相乘來補償自台A至台B之傳輸。
513：估計誤差。
台B 220估計以初步修正係數所補償之傳輸中之相位及振幅誤差。自該等估計台B計算修正項hCorr 。當與H A →B 連接時，對於而言，修正係數簡單地為共軛複數有效通道。對於之狀況而言，相位誤差之共軛複數可(例如)發回訊號，因此假定由於傳輸接收器鏈發生不顯著之量值偏差。
515(315)：在各台之間交換資訊。
台B 220較佳地以緊密形式向台A 210發送修正項hCorr 。
520(320)計算通道修正係數。
台A 210基於初步修正係數hAB 及修正項hCorr 來計算最終修正係數H Corr 。
525(325)：以通道修正係數補償傳輸。
台A 210以最終通道修正係數H Corr 補償至B之每一傳輸，其給出一確保交互性之有效通道。
在參照圖6之訊號傳輸機制所述之本發明的方法之第三實施例中，除現存共用導頻通道外使用特殊估計符號(或導頻通道)來估計修正向量。
在(例如)一其中台A具有n A 個天線且台B具有n B 個天線之MIMO情境中，收發器鏈之頻率響應可由對角矩陣表示，其元件對應於在基頻處理器與特定天線間之響應。舉例而言，H A ,TX 為一n A 乘n A 對角矩陣，且如由台B觀察到通道之響應現為一n B 乘n A 矩陣。
在藉由台B校準台A之實例後，與前兩實施例相似，自台 A至台B之通道可經由一習知訊號(n A 維之頻域行向量)藉由台B進行估計，該習知訊號通常被稱作共用導頻通道且本文中由P c 表示。對應於此導頻在台B處所接收之訊號由下式給出：R d =H B ,RX ·H CH ·H A ,TX ·P c ,　　　(7)
且自其可估計有效通道響應Ĥ A →B =H B ,RX H CH H A ,TX 。台A可相似地導出=H B ,TX H A ,RX 。接著其自各個天線傳輸預相乘之具體導頻訊號，其由一行向量共同地表示：
其中，P s 為一n A ×n A 對角矩陣，其包含具有良好自相關及交叉相關特性之n A 個個別導頻訊號，且為n B 維之一全為1之行向量。接著由下式給出對應於此特殊導頻訊號之所接收之訊號：
為簡潔起見，可假定n B =1(該等兩台可協議在B中僅使用一個天線以校準A)，接著上述等式中所接收之訊號可寫為：
由於收發器鏈之頻率響應僅含有延遲、相位旋轉及(可能)一較小振幅變化，因此等式(7)中之H B ,RX 及H A ,TX 均具有單位振幅。因此，自共用導頻訊號P c 可知∣H CH ∣=∣H A →B ∣且針對台A中之各個天線之修正項H A ,TX (j ,j )·(j ,j )可藉由將所接收之訊號R s 與相應導頻訊號P s (j ,j )相關來加以估計。在接收來自台B之此修正資訊後，台A接著可調整傳輸及接收鏈，使得對於所有j 而言，H A ,TX (j ,j )·(j ,j )均相同。此確保了通 道在台B處天線與台A中之基頻處理器之間為交互的。應注意由於台B中之收發器之響應可在解調變前加以估計及移除，所以為在天線處相關地添加到達之訊號之目的，台B中之收發器之響應無關。
如圖6之訊息序列圖中所說明，本發明之第三實施例較佳地包含以下步驟： 605(對應於步驟305)：傳輸通道估計符號，P。
自台B 220向台A 210且自台A 210向台B 220傳輸習知通道估計符號，較佳地現存之共用導頻通道，P c 。
610(310)：通道估計。
根據上述，在台A 210處估計Ĥ B →A ，且在台B 220處估計Ĥ A →B 。
611：傳輸特殊導頻通道PS 。
台A自各個天線傳輸一預相乘之特殊導頻符號，P s ··。
612：估計誤差。
台B 220基於所接收之PC 及P s ··估計用於台A之各個天線之延遲、相位及振幅誤差。計算包含用於台A中之各個天線之修正項之修正向量。
615(315)：在各台之間交換資訊。
台B 220向台A 210發送修正向量。
620(320)：計算通道修正係數。
台A 210計算用於各個天線之通道修正係數。
625(325)：以通道修正係數補償傳輸。
台A 210以通道修正係數補償至B之每一傳輸，以確保交互性。
參照圖7之訊號傳輸機制所描述之本發明之第四實施例與基於MIMO或TDRF之SVD(奇異值分解)之狀況相關，且利用與現存共用導頻通道組合之專用導頻通道。傳輸側(例如台A 210)執行通道匹配預濾波(pre-filtering)，使得當到達接收側(台B 220)之天線處時訊號相干地添加。台B處所接收之訊號由H A →B ··S 給出，其中S 為一含有資料符號之n B 維之行向量。預濾波函數為自台B至A之通道之共軛複數且可由藉由台B發送之共用導頻通道來估計。
通常，已知符號與資料符號多路傳輸，使得可針對相干解調變估計有效通道響應。此等已知符號有時被稱為專用導頻通道且本文中由Pd 表示。如下文所示，結合共用導頻通道Pc ，專用導頻通道將用於導出誤差向量。
在台B處，對應於專用導頻通道之所接收之訊號由下式給出：
由於自共用導頻P c 已知H A →B ，所以可自R s 估計。因此
對於台B均為已知，且可產生修正向量且可如前述實施例中一樣將其報道返回至台A。
如圖7之訊息序列圖中所說明，本發明之第四實施例較佳 地包含以下步驟： 705(對應於305)：傳輸通道估計符號，P。
自台B 220向台A 210且自台A 210向台B 220傳輸已知通道估計符號，較佳地現存之共用導頻通道，Pc 。
710(310)：通道估計。
在台A 210處估計H B →A 且在台B 220處自導頻通道估計H A →B 。
711：計算預濾波。
台A 210計算預濾波。
712：傳輸專用導頻通道Pd 。
台A傳輸與相乘之專用導頻通道Pd ，其在台B處接收為R s =H A →B ··P d 。
713：估計修正向量。
現由台B 220已知及H A →B ，且其可用於估計修正向量。
715(315)：在各台之間交換資訊。
台B 220向台A 210發送修正向量。
720(320)：計算通道修正係數。
台A 210計算各個天線之通道修正係數。
725(325)：以通道修正係數補償傳輸。
台A 210以通道修正係數補償至B之每一傳輸，以確保交互性。
如在不同實施例中所指示，在各種無線系統中以及在該等系統中之各種中間實體(節點)中可利用根據本發明之校 準方法。圖8說明中間可發生校準之節點之各種實例。例示性網路800包含複數個基地台805(多重天線及單一天線兩者)、中繼台810及行動台815。校準可(例如)在兩中繼台810之間(由箭頭820表示)、在兩基地台805之間(箭頭825)、在一中繼台810與一行動台815之間(箭頭830)、在一基地台805與一行動台815之間(箭頭835)及在一基地台805與一中繼台810之間(箭頭840)發生。為達成根據本發明之校準之目的，基於無線電之節點之其他組合亦係可能的。此外，某些台可配備有多重天線，而其它台僅具有單一天線。校準應根據特定天線組態來執行。選擇與哪一節點來校準可由併入系統中之選擇規則來規定，例如基於鏈路品質、對由某些台所提供之校準精確度之瞭解(舉例而言，其在固定台與行動台之間不同)、天線之數目等等。
應強調儘管在某對台之間發生校準，但經校準之實體可隨後與其它台通信。舉例而言，在基於相干組合之協作式中繼中，中繼台可執行與最近基地台之校準，且隨後儘管向第二鏈路(例如以接收行動台)通信在一鏈路上所接收之中繼訊號(例如來自一基地台)，應用根據本發明之補償及源自通道估計之相位補償(見參考文獻)，該等補償使經由不同中繼器中繼之訊號在接收實體處相關組合。
圖9中說明一種根據本發明之校準方法之可能實施例，其中系統處於TDD模式。上述之校準方法可藉由指派給相反傳輸/接收時隙之兩台來進行。在一蜂巢式系統中，此構件位於一基地台與一使用者終端之間。然而，如上所討論， 校準亦可在指派給相同傳輸/接收時隙之節點之間(例如在基地台之間)發生。圖9說明在一位於兩基地台間之TDD系統中之校準程序之一實例。為了不干擾進行中之操作，在初始分配用於接收之時隙中不應傳輸任何台。因此，基地台可在初始排程用於傳輸之時隙期間切換成接收模式且量測來自其他基地台之導頻通道。
圖9中說明了在台A與台B間之傳輸，其中a)在第一傳輸時隙TX1 中，台B傳輸由已切換成接收模式之台A所接收之導頻，PC 。台A估計H B →A 。
b)在第二傳輸時隙TX2 中，台A傳輸由已切換成接收模式之台B所接收之導頻，PC , Pd 或PS 。台B估計H A →B 及可能之H B →A ，且判定H A →B 之表示或修正向量/項。
c)在第三傳輸時隙TX3 中，台B以常規傳輸模式向已切換成接收模式之台A傳輸修正向量。台A相應調整收發器。
校準傳輸無需發生於相鄰TX時隙中，且校準過程可能涉及未在圖9中所描繪之額外傳輸。
藉由使用根據本發明之校準方法，可能補償傳輸，使得無線網路中在兩無線電節點間之通信通道交互。所展示之實施例提供了以非常有效之方式執行校準過程之方法，以確保寶貴之無線電資源不會被浪費在不必要之訊號傳輸上。由本發明之校準過程所達成之交互性使得可能充分利用由諸如用於最近開發之無線電通信系統(例如MIMO、TDRF及基於相干組合之協作式中繼)中之空間-時間編碼之特徵所提供之容量增益。
根據本發明之方法較佳地藉由包含用於執行該方法之步驟之軟體程式碼構件之程式產品或程式模組產品之構件來實施。程式產品較佳地在網路內之複數個無線電節點上執行。該程式自諸如軟碟、CD之電腦可用媒體加以分佈或載入，或經空氣加以傳輸，或(例如)自網際網路下載。
如不同實施例中所述及例示，本發明由於補償了傳輸接收鏈中之不精確性及差異，所以其提供了一種使得可能使用通道交互性之方法及無線電節點。
所述方法具有可用於在不可或不通信之台之間進行相對校準之額外優勢。典型實例為基於相干組合之協作式中繼。
儘管已結合目前被認為係最切實際且較佳之實施例而描述了本發明，但應理解本發明不限於所揭示之實施例，相反，其意欲覆蓋由隨附申請專利範圍所界定之各種修改及對等裝置。
105‧‧‧二進位資料流
110‧‧‧傳輸區塊
115‧‧‧TX天線
120‧‧‧多重(M)天線
125‧‧‧接收區塊
210、220‧‧‧台
212‧‧‧傳輸器
214‧‧‧接收器
222‧‧‧傳輸器/校準起始模組
224‧‧‧接收器/通道估計模組
226‧‧‧計算模組
228‧‧‧導頻傳輸模組
232‧‧‧交換模組
234‧‧‧補償模組
800‧‧‧網路
805‧‧‧基地台
810‧‧‧中繼台
815‧‧‧行動台
820-840‧‧‧箭頭
圖1為一多重天線系統之示意圖(先前技術)；圖2a為根據致力於通信之本發明之兩無線電節點之示意圖，且圖2b為根據本發明之在無線電節點中之功能模組之圖解說明；圖3為說明根據本發明之方法之訊息序列圖；圖4為說明根據本發明之第一實施例之方法之訊息序列圖；圖5為說明根據本發明之第二實施例之方法之訊息序列圖； 圖6為說明根據本發明之第三實施例之方法之訊息序列圖；圖7為說明根據本發明之第四實施例之方法之訊息序列圖；且圖8為其中實體使用根據本發明之校準方法之無線系統之示意圖；圖9為在使用根據本發明之方法之兩實體間之傳輸之圖解說明。
(無元件符號說明)

Claims (23)

  1. 一種校準一無線通信網路中之一節點之一傳輸部分之方法，該通信網路包含可配置成彼此進行無線電通信之至少一第一無線電節點及一第二無線電節點，其中至少一無線電節點從多重天線接收無線電信號，該校準方法包含：從該第一無線電節點傳輸(605,705)第一導頻信號至該第二無線電節點以及從該第二無線電節點傳輸該等第一導頻信號至該第一無線電節點；於該第二無線電節點中決定(610,710)從該第一無線電節點到該第二無線電節點之通道特徵的一第一估計，及於該第一無線電節點中決定從該第二無線電節點到該第一無線電節點之通道特徵的一第二估計，該等決定之步驟係基於各別接收到的第一導頻信號；於該第一無線電節點中基於該第一及第二通道估計來計算至少一通道修正係數；該校準方法之特徵在於：從該第一無線電節點傳輸(611,711-712)一修改之第二導頻信號至該第二無線電節點，該修改係基於該第二通道估計；於該第二無線電節點中估計傳輸錯誤(612,713)，該估計係基於該第一通道估計以及該接收之第二導頻信號，且基於該等傳輸錯誤來計算一修正向量，該修正向量具有針對該多重天線之每一者的修正項； 從該第二無線電節點交換(615,715)該修正向量至該第一無線電節點；及計算修正係數(620,720)之步驟包含計算每一天線之一修正係數，該等修正係數係至少部分地基於該修正向量之各別修正項，該等修正係數經調適以用於從該第一無線電節點至該第二無線電節點之傳輸。
  2. 如請求項1之校準方法，其中該校準方法係以預定時間間隔起始。
  3. 如請求項1之校準方法，其中該校準方法係響應低於一預定臨限值之通信品質之一量測而起始。
  4. 如請求項1至3中任一項之校準方法，其中該修改之第二導頻信號包含一導頻信號與該第二通道估計之一共軛複數的乘積。
  5. 如請求項1至3中任一項之校準方法，其中該修正向量係以表示該修正向量之壓縮形式進行交換。
  6. 如請求項1至3中任一項之校準方法，其中該第一無線電節點(A)具有nA 天線，該第二無線電節點(B)具有nB 天線，且其中至少該第一無線電節點具有至少兩根天線，其中：於該第一傳輸步驟(605)中，該第一導頻信號(PC')係為列向量；於該決定之步驟(610)中，自該第一無線電節點至該第二無線電節點之該通道特徵之一第一估計()係在該第二無線電節點中計算，且自該第二無線電節點至該第一無線電節點之該通道特徵之一第二估計係在該 第二無線電節點中計算；於該第二傳輸之步驟(611)中，該第二導頻(Ps)係根據預相乘，其在該第二無線電節點處將被接收為Rs ；且其中H * B→A 係為該第二通道估計之共軛複數，PS 係為一n A ×n A 對角線矩陣，其具有nA 個個別導頻信號，且1nB 係為一維度為nB 的全一的列向量；在該估計之步驟(612)中，係基於Rs及H A→B 來計算該修正向量，且包含該第一無線電節點之天線的每一者之錯誤修正項；及於該計算之步驟(620)中，每一天線之通道修正係數係基於該修正向量而計算出的。
  7. 如請求項1至3中任一項之校準方法，其中該第一無線電節點(A)具有nA 天線，該第二無線電節點(B)具有nB 天線，且其中至少該第一無線電節點具有至少兩根天線，其中該無線電通信係基於單數值分解(SVD)，及於該第一傳輸步驟(705)中，該第一導頻信號(PC' )係為列向量；於該決定之步驟(610)中，自該第一無線電節點至該第二無線電節點之該通道特徵之一第一估計()係在該第二無線電節點中計算，且自該第二無線電節點至該第一無線電節點之該通道特徵之一第二估計係在該第二無線電節點中計算；於該第二傳輸之步驟(611)中，該第二導頻(Pd )係利用 一預濾波器H * B→A 預相乘，該預濾波器係為該第二通道估計之一共軛複數，該第二通道估計係如同該第二無線電節點所接收的；在該估計之步驟(713)中，該修正向量係於該第二節點中基於H * B→A 及H A→B 而計算得的，其中H A→B 係由該第一導頻信號估計得的，且H * B→A 係由Rs 估計得的；及於該計算之步驟(720)中，每一天線之通道修正係數係基於該修正向量而計算出的。
  8. 如請求項1至3中任一項之校準方法，其中該修正向量包含延遲誤差、相位誤差或振幅誤差中之任一者或此等誤差之一組合之表示。
  9. 如請求項1至3中任一項之校準方法，其中在一第一傳輸時隙TX1 中執行傳輸通道估計符號之該步驟之一第一部分，其中該第二無線電節點傳輸一藉由該第一無線電節點所接收之導頻(PC )該第一無線電節點處於一接收模式；且在一第二傳輸時隙TX2 中執行傳輸通道估計符號之該步驟之一第二部分，其中該第一無線電節點傳輸一藉由該第二無線電節點所接收之導頻(PC ，Pd 或Ps )該第二無線電節點處於一接收模式。
  10. 如請求項9之校準方法，其中在一第三傳輸時隙TX3 中執行在無線電節點之間交換資訊之該步驟，其中該第二無線電節點處於常規傳輸模式且在該無線電通道上向該第一無線電節點傳輸資訊，該第一無線電節點處於接收模 式。
  11. 如請求項10之校準方法，其中在該第一傳輸時隙TX1 中，該第一無線電節點估計自該第二無線電通道至該第一無線電節點之該無線電通道(H B→A )。
  12. 如請求項10之校準方法，其中在該第二傳輸時隙TX2 中，該第二無線電節點估計自該第一無線電通道至該第二無線電節點之該無線電通道(H A→B )。
  13. 如請求項12之校準方法，其中在該第二傳輸時隙TX2 中，該第二無線電節點進一步估計一修正向量或修正項。
  14. 如請求項10之校準方法，其中在該第一無線電節點中計算修正係數之該步驟係在該第三傳輸時隙TX3 中執行。
  15. 一種用於無線通信之通信系統(800)，該系統包含可配置成彼此進行無線電通信之至少一第一無線電節點及一第二無線電節點，該通信系統之特徵在於藉由使用如請求項1至14中任一項之該校準方法，借助於該第二無線電節點來校準至少該第一無線電節點。
  16. 如請求項15之通信系統，其中該系統之該等無線電節點中之該至少一者使用一如調適成MIMO基礎之多天線組態。
  17. 一種調適成用於一無線網路(800)中之無線通信之無線電節點，該網路包含至少一另一無線電節點，該無線電節點包含：一交換構件(232)，其用於至少從該另一無線電節點接收至少一第一無線電通道估計； 一通道估計構件(224)，其經調適以用於自一藉由該第一無線電節點所接收之無線電信號來產生一第二無線電通道估計；一計算構件(226)，其經調適以用於基於該所接收之第一無線電通道估計及該第二無線電通道估計來計算一修正向量/項或無線電通道估計之一表示；一補償構件(234)，其用於用至少一修正係數來補償來自該第一無線電節點之無線電傳輸，該至少一修正係數係至少部分地基於該所計算之校準；且其特徵在於：一導頻傳輸構件(228)，其經調適以控制第一導頻信號及第二導頻信號之傳輸，其中該第二導頻信號係以該第二無線電通道估計而修改。
  18. 如請求項17之無線電節點，其中該無線電節點進一步包含用於起始一校準過程之構件，該起始構件調適成以預定時間間隔起始該校準過程。
  19. 如請求項17之無線電節點，其中該無線電節點進一步包含用於起始一校準過程之構件，該起始構件調適成響應低於一預定臨限值之通信品質之一量測，而起始該校準過程。
  20. 如請求項17至19中任一項之無線電節點，其中該無線電節點使用一多天線組態。
  21. 如請求項17至19中任一項之無線電節點，其中該無線電節點為一行動台(815)。
  22. 如請求項17至19中任一項之無線電節點，其中該無線電節點為一無線電基地台(805)。
  23. 如請求項17至19中任一項之無線電節點，其中該無線電節點為一中繼台(810)。
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