TWI385943B - 改善系統性能之頻道發聲 - Google Patents

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Description

改善系統性能之頻道發聲
本發明係有關無線通信系統。更特別是，本發明係改善無線通信系統頻道及系統性能之方法及裝置。
正交分頻多工(OFDM)係涉及資料傳送方案，其中使用者資料係被分割為較小資料流並使用各具有較總可得傳送頻道為小之頻寬之次載波來傳送。正交分頻多工之效率係產生自次載波之正交性。也就是說，次載波係被選擇使其於傳送期間彼此不干擾，而產生有效傳送方案。
多輸入多輸出(MIMO)係涉及無線傳送及接收設計，其中傳送器及接收器係運用多天線來傳送及接收。多輸入多輸出系統可利用多天線出現所創造之空間分集或空間多工選擇來增加產出。
正交分頻多工－多輸入多輸出系統之持續挑戰係為系統性能，也就是容量，可靠性等等。朝向此點，許多技術已被提出來改善如頻道容量及/或可靠性。一該技術例係被稱為"水填充"，另一例係為功率控制。水填充及功率控制係說明傳送器使用來自系統中接收器之回授信號來估計頻道狀況之處理。以這些估計為基礎，傳送器係嘗試以考慮頻道狀況最佳化頻道性能方式來傳送使用者資料。然而，與這些回授信號相關之信號發送支出係很顯著，且通常限制系統性能任何潛在的增加。此外，產生及傳送回授信號係產生亦限制系統性能潛在增加之延遲。這些回授信號發送之缺點特別顯著於具有快速變化頻道狀況之系統，傳送大量資料之系統，及/或使用大量次載波之系統中。
於是，預期具有一種有效估計目前頻道狀況來改善正交分頻多工－多輸入多輸出系統之整體系統性能之方法及裝置。
本發明係為一種多輸入多輸出正交分頻多工無線通信系統中改善系統性能之方法及裝置。傳送器係產生及傳送低速率信號至其預期接收器。接收該低速率信號時，該預期接收器係產生及傳送頻道發聲響應(CSR)，該頻道發聲響應係為具有預定傳送格式且運載預定資訊之一短叢集。傳送器接著分析該頻道發聲響並決定上鏈頻道響應，估計下鏈頻道響應，並以該分析及下鏈響應估計為基礎來決定適當傳送參數設定。該傳送參數可被調整於媒體存取控制或實體層或兩者組合中。依據該被決定傳送設定來調整其傳送參數及調變具有使用者資料之次載波之後，傳送器係於頻寬較佳部分傳送該使用者資料至接收器。較佳實施例中，傳送器亦產生及傳送包含該被決定傳送參數設定，包含次載波調變資訊之傳送格式控制(TFC)至傳送器。
在此，無線傳輸/接收單元(WTRU)係包含但不限於使用者設備，行動台，固定或行動用戶單元，呼叫器，或可操作於無線環境中之任何其他類型元件。當在此被稱為基地台者係包含但不限於B節點，位址控制器，存取點或無線環境中之任何其他接介裝置。
較佳實施例中，頻道發聲脈衝係被用來改善使用多輸入多輸出之正交分頻多工系統中之頻道及系統性能。例如，該發聲脈衝係使多輸入多輸出－正交分頻多工傳送器得以考慮頻道狀況最佳化產出來評估目前頻道狀況及格式化傳送資料封包。
依據本實施例，多輸入多輸出－正交分頻多工傳送器係產生及傳送如發聲脈衝要求(CSRq)之低速率信號至其預期接收器。接收此要求時，該接收器係產生頻道發聲響應(CSR)並將其傳送至該要求傳送器。此頻道發聲響應係為被可確保其成功接收被給定特定系統配置及環境之預定傳送參數格式化之一短叢集。被包含於該頻道發聲響應中者係為傳送器已知之資訊。接收該頻道發聲響應時，傳送器係處理該資訊並決定目前頻道狀況。以這些決定為基礎，傳送器係使用包含水填充及功率控制之任何其他頻道最佳化技術來調變使用者資料至次載波並調整其傳送參數來最大化頻道容量，可靠性及/或使用者所要求之任何其他頻道性能特徵。使用頻道發聲響應脈衝而非傳統回授信號來評估頻道狀況，係促使傳送器不產生傳統頻道改善方法之所有支出及延遲下得以格式化及傳送最佳化頻道性能之資料封包。
現在參考第1圖，描繪改善多輸入多輸出正交分頻多工無線通信系統之系統性能之頻道發聲方案流程圖100。傳送資料之前，傳送器係以低速率信號型式產生頻道發聲響應要求並將其傳送至接收器(步驟102)。此要求係較佳為包含來源(也就是傳送器)及目的地(也就是預期接收器)之低資料速率信號，如資料封包標頭。接收及處理該低速率信號時(步驟104)，該接收器係產生及傳送較佳為短叢集或脈衝之頻道發聲響應(步驟106)至該傳送器。頻道發聲響應係較加被預定義其尺寸，符號數，振幅等以確保被給定特定系統配置及/或接收器被分配資源之傳送器處之接收。被包含於該頻道發聲響應中者係為傳送器可評估目前頻道狀況之資訊。
傳送器處，頻道發聲響應係被接收，而被傳送為部分頻道發聲響應之資訊係被處理(步驟108)且被用來特徵化目前頻道狀況。此特徵化係包含經由測量被接收於各天線處之各次載波之振幅，相位及品質；及估計下鏈頻道響應。例如，若特定次載波指示高誤差率，則傳送器將不調變具有大量資料之次載波。相反地，若特定次載波抵達具有相當低誤差率之傳送器處，則傳送器將大量調變具有資料之次載波。
一旦頻道狀況於上鏈中已知且被估計用於下鏈(步驟110)，則傳送器係較佳使用水填充，功率控制或類似技術來決定適當傳送參數設定(步驟112)，(如天線選擇，天線功率，頻寬選擇，載體功率，載體編碼，載體調變等)，適當調整參數(步驟114)，及調變其次載波(步驟116)。應注意，參數調整可發生於媒體存取控制或實體層或兩者組合中。該被格式化資料封包接著於頻寬被選擇部分上被傳送至接收器(步驟118)。可選擇地，傳送器可追蹤被導出自目前及先前頻道發聲響應測量之頻道性能估計(步驟112a)，促使傳送器預測未來頻道狀況用於最佳化未來資料傳送之頻道性能。
應了解，即使特定次載波及/或天線配對性能相當快速改變，通信鏈結整體頻道性能仍可維持相對靜態。若通信鏈結具有充足頻寬及空間分集，則此特別為真。於是，被傳送資料封包尺寸可被固定，僅留下編碼參數被調整，其可以被接收頻道發聲響應為基礎近乎即時發生。傳送固定尺寸資料封包大大簡化媒體存取控制層複雜性。然而，實體層中係需添加若干複雜性，特別是若實體層被配置決定及實施最後編碼方案時。
傳送被格式化資料封包之前，後或並行(步驟118)，傳送器可選擇性產生及傳送傳輸格式控制(TFC)信號至接收器(步驟120)。此傳輸格式控制信號係包含有關傳送參數設定及識別何次載波被何調變方案(如四相移相鍵控，16正交振幅調變，256正交振幅調變等)，及/或何編碼類型及資料速率被使用之資訊。提供此類資訊至接收器做為部分傳輸格式控制信號係為簡化接收器解碼複雜性之增強。可替代是，若傳輸格式控制信號不被產生或不被成功接收於接收器處，則接收器可經由此後被稱為"隱蔽傳輸格式控制偵測"之試行錯誤法來自行決定傳輸格式控制資訊。
為了進一步改善整體系統性能，傳送器及/或接收器可監視系統中之其他接收器所發出之頻道發聲響應信號，評估它們及發出頻道發聲響應之接收器間之通信鏈結，及維持這些頻道狀況過去經歷用於未來與該接收器通信。
現在參考第2圖，依據本發明被配置之多輸入多輸出－正交分頻多工傳送器202及接收器204係被顯示。被包含於傳送器202中者係為可產生低速率發聲響應信號，可處理被接收頻道發聲響應信號，及較佳可評估自己及接收器間之通信鏈結頻道狀況之頻道發聲信號處理器201。此外，傳送器202係包含可設定包含資料速率，編碼方案，封包格式等之設定資料傳送參數之一媒體存取控制層處理器203，可依據該媒體存取控制層參數設定處理器203或選擇性依據實體層處理器205自己傳送參數設定來展開資料位元跨越次載波及跨越傳送天線2071 ，2072 ，…207n 之一實體層處理器205，可處理來自媒體存取控制層處理器203及/或實體層處理器205之資訊之一選擇傳輸格式控制處理器206，可監視被傳送於其他接收器－傳送器配對間之頻道發聲響應信號之一選擇信號監視處理器208，可維持頻道狀況及被決定傳送參數過去經歷之一選擇記憶體元件210，及複數傳送/接收天線2071 ，2072 ，…207n 。
被包含於接收器204中者係為複數傳送/接收天線2091 ，2092 ，…209n ，可處理低速率發聲要求，可產生頻道發聲響應信號，及較佳可評估自己及其他傳送器及/或接收器間之通信鏈結頻道狀況之一頻道發聲處理器211。此外，接收器204係包含可經由隱蔽偵測來處理被接收傳輸格式控制資訊及決定傳輸格式控制資訊之一選擇傳輸格式控制處理器213，依據該傳輸格式控制處理器213所提供之資訊來解碼及解調被接收資料封包之一資料封包處理器215，可監視被傳送自其他接收器之頻道發聲響應信號之一選擇信號監視處理器217，可維持頻道狀況過去經歷之一記憶體元件219，及可以該頻道過去經歷為基礎來調整傳送參數之一選擇調整處理器221。
為了簡化及單獨描述起見，第2圖所示之傳送器202及接收器204此後係被說明為獨立操作於多輸入多輸出－正交分頻多工系統中之獨立裝置。然而，應了解如第3圖所示，這些裝置202，204係較佳被配置共存為單多輸入多輸出－正交分頻多工網路裝置之內部相關組件，如基地台或無線傳送/接收單元。第3圖之多輸入多輸出－正交分頻多工無線通信系統300係包含通信於無線介面上之一基地台301及無線傳送/接收單元302，可控制該基地台301之一無線網路控制器250。如圖示，基地台301及無線傳送/接收單元係包含一劇本發明被配置之傳送器202－接收器204配對。
回到第2圖參考，傳送器202中，處理資料流Tx以便傳輸之前，低速率頻道發聲要求信號係被產生於頻道發聲信號處理器201中。此發聲要求接著被傳送至傳送天線2071 ，2072 ，…207n 以便經由無線介面傳送至接收器204。接收該低速率要求時，接收器204係處理該要求及產生頻道發聲響應於其頻道發聲處理器211中。如上述，頻道發聲響應較佳為被格式化來確保接收於傳送器202處且包含傳送器202已知用於評估目前頻道狀況之資訊之短叢集。一旦被產生，頻道發聲響應係被傳送至接收器之天線2091 ，2092 ，…209n 以便傳送至傳送器202。
頻道發聲響應接收被接收於傳送器202且被處理於傳送器之頻道發聲處理器201中。頻道發聲處理器201係分析被傳送作為頻道發聲響應部分之資訊，並使用該資訊來特徵化上鏈中之目前頻道狀況及估計下鏈頻道響應。這些頻道特徵化接著被傳送至媒體存取控制層處理器203及/或實體層處理器205，其係被用來設定資料傳送參數，包含次載波分配，傳送天線分配，次載波傳送功率，傳送天線功率，次載波編碼，頻寬選擇等。可選擇是，有關選擇傳送之頻寬預期部分，傳送器202可包含被配置操作為頻寬選擇單元之一獨立處理器(無圖示)。實體層處理器205接著使用如水填充，頻道可靠性最佳化方案或依據傳送參數設定之任何其他頻道容量最佳化方案之頻道容量最佳化方案來格式化該傳送封包資料，調變具有使用者資料之各種次載波(無圖示)，及映射該被調變次載波至傳送/接收天線2071 ，2072 ，…207n 。被格式化資料封包係使用頻寬較佳部分被傳送至傳送/接收天線2071 ，2072 ，…207n 以便傳送至接收器204。可選擇地，傳送器202可維持頻道狀況估計過去經歷用於最佳化傳送未來資料封包。
傳送被格式化資料封包之前，後或並行，選擇傳輸格式控制處理器206可經由傳送/接收天線2071 ，2072 ，…207n 於無線介面上產生及傳送傳輸格式控制信號。此傳輸格式控制信號係對接收器204指示該被傳送資料封包之傳送參數設定及識別位置(也就是資料位元被傳送至何次載波上)，被用於該被傳送資料封包之編碼方案及調變方案(如四相移相鍵控，16正交振幅調變等)。
若傳輸格式控制信號被傳送，則接收器204係接收該傳輸格式控制信號並將其處理於其選擇傳輸格式控制處理器213中。此傳輸格式控制處理器213係從該傳輸格式控制信號擷取格式化及調變資訊，並將其傳送至資料封包處理器215以便用於解碼及解調被接收資料封包。否則，若傳輸格式控制信號不被接收器204成功偵測，則傳輸格式控制處理器213使用隱蔽偵測類型處理來收集可得傳輸格式控制資訊。
為了進一步改善系統容量及效率，傳送器202及接收器204可使用其個別信號監視處理器208，217來監視其他接收器(無圖示)所產生之頻道發聲響應，此後並評估及估計它們及其他接收器間之頻道狀況。傳送器202及接收器204中，其個別頻道發聲處理器201，211可被配置執行這些頻道評估及估計。可替代是，傳送器202及接收器204各可包含被配置分別當作可評估上鏈頻道狀況之信號分析器及可以該頻道評估為基礎來估計下鏈頻道狀況之估計器之附加處理器(無圖示)。此頻道狀況資訊可被傳送器202及接收器204用來維持頻道狀況過去經歷以便用於決定未來與接收器通信之傳送參數。此過去經歷可被儲存於其個別記憶體元件210，219中。
依據本發明，傳送器202可再使用較佳被儲存於選擇記憶體元件210中之傳送參數設定，其係藉由媒體存取控制層處理器203及/或實體層處理器205設定用於未來頻道發聲響應指示頻道狀況改變時之後續資料傳送。可替代是，傳送器202可使用來自先前被接收頻道發聲響應亦被儲存於選擇記憶體元件210或次級記憶體元件(無圖示)中之過去經歷結果，來預測頻道狀況改變何時會發生並同時調整傳送參數。同樣地，接收器204可維持其選擇記憶體元件219中之頻道狀況過去經歷以便經由其選擇頻道發聲處理器211來調整傳送參數。
雖然不被特定明定，但傳送器要求來自接收器之頻道發聲資訊之頻率係視各種因子而定。該因子例係包含但不限於：系統配置，次載波數，空間頻道數，通信鏈結易變性，通信環境及類似者。通常，傳送器必須要求頻道發聲響應通常足以維持頻道精確知識。例如，傳送器可藉由預定時間區間要求頻道發聲響應來開始。當傳送器開始累積頻道發聲響應資料時，傳送器可使用此資料來估計頻道狀況改變之速率，並依據該改變速率來要求頻道發聲響應。
本發明可被實施於如預期之任何類型無線通信系統中。例如，本發明可被實施於任何類型802型系統，通用行動電信系統－分頻雙工，通用行動電信系統－分時雙工，分時同步分碼多重存取，分碼多重存取2000，正交分頻多工－多輸入多輸出或任何其他類型無線通信系統。本發明亦可被實施於積體電路上，如特定應用積體電路(ASIC)，多重積體電路，邏輯可程式閘極陣列(LPGA)，多重邏輯可程式閘極陣列，分離元件，或積體電路，邏輯可程式閘極陣列及分離元件。
雖然本發明已以各種實施例做說明，但熟練技術人士將了解被描述於以下申請專利範圍中位於本發明範疇內之其他變異。再者，雖然本發明之特性及元件被以特定組合說明於較佳實施例中，但各特性及元件可被單獨使用(不需較佳實施例之其他特性及元件)，或有或無本發明其他特性及元件之各種組合中。
CSR．．．頻道發聲響應
MAC．．．媒體存取控制
MIMO．．．多輸入多輸出
PHY．．．實體
RNC．．．無線網路控制器
RX．．．接收器
TFC．．．傳送格式控制
TX．．．傳送器
WTRU．．．無線傳輸/接收單元
100．．．改善多輸入多輸出正交分頻多工無線通信系統之系統性能之頻道發聲方案流程圖
201．．．頻道發聲信號處理器
202．．．TX
203．．．MAC層處理器
204．．．RX
205．．．PHY層處理器
206．．．TFC處理器
2071 、2072 、…207n ．．．跨越傳送天線
208、217．．．信號監視處理器
2091 、2092 、…209n ．．．傳送/接收天線
210、219．．．記憶體元件
211．．．頻道發聲處理器
213．．．TFC處理器
215．．．資料封包處理器
221．．．調整處理器
250．．．RNC
300．．．多輸入多輸出－正交分頻多工無線通信系統
301．．．基地台
302．．．WTRU
第1圖係為描繪改善多輸入多輸出正交分頻多工通信系統之系統性能之頻道發聲方案流程圖。
第2圖係為被配置使用頻道發聲脈衝來改善系統性能之一多輸入多輸出正交分頻多工傳送器－接收器配對。
第3圖係為依據本發明之一種多輸入多輸出正交分頻多工無線通信系統，其中一基地台及一無線傳送/接收單元各包含一傳送器－接收器配對。
MAC．．．媒體存取控制
MIMO．．．多輸入多輸出
PHY．．．實體
RX．．．接收器
TFC．．．傳送格式控制
TX．．．傳送器
201．．．頻道發聲信號處理器
202．．．TX
203．．．MAC層處理器
204．．．RX
205．．．PHY層處理器
206．．．TFC處理器
2071 、2072 、…207n ．．．跨越傳送天線
208、217．．．信號監視處理器
2091 、2092 、…209n ．．．傳送/接收天線
210、219．．．記憶體元件
211．．．頻道發聲處理器
213．．．TFC處理器
215．．．資料封包處理器
221．．．調整處理器

Claims (20)

  1. 一種用於一基地台的無線通信方法，該方法包括：於一下鏈頻道中傳送一頻道發聲響應要求(CSRq)至一無線傳輸/接收單元(WTRU)，其中該CSRq包括一頻道發聲指示；回應於該CSRq，接收依據該頻道發聲指示所產生的一上鏈頻道發聲響應(CSR)，該CSR是就一符號數目、一尺寸以及一符號振幅進行定義；經由測量複數個天線處的該CSR的一次載波的一振幅及相位來決定一多輸入多輸出(MIMO)上鏈頻道響應；決定一傳送參數設定以回應該MIMO上鏈頻道響應，該傳送參數設定包括用於複數個天線中的至少一天線上將被傳送的複數個次載波中的每一個次載波的一調變及編碼參數；以及將該決定的傳送參數設定傳送至該WTRU。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無線通信方法，其中該調變及編碼參數是使用一頻道容量最佳化技術來決定。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的無線通信方法，其中該調變及編碼參數是使用一頻道可靠性最佳化技術來決定。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的無線通信方法，其中該頻道容量最佳化技術是一功率控制。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的無線通信方法，其中決定該傳送參數設定是發生於一傳送器的一媒體存取控制(MAC)層中。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的無線通信方法，其中決定該傳送參數是發生於一傳送器的一媒體存取控制(MAC)層及一實體層(PHY)的一組合中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的無線通信方法，其中，使用一傳輸格式控制(TFC)信號將該決定的傳送參數設定發送到該WTRU。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的無線通信方法，其中該TFC包括一功率控制參數。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的無線通信方法，其中一頻寬大小為一次載波數。
  10. 一種用於無線通信的基地台，該基地台包括：一傳送器，經配置用於在一下鏈頻道中傳送一頻道發聲響應要求(CSRq)至一無線傳輸/接收單元(WTRU)，其中該CSRq包括一頻道發聲指示；一接收器，經配置用於接收一上鏈頻道發聲響應(CSR)以回應於該頻道發聲指示，其中該CSR是就一符號數目、一尺寸以及一符號振幅進行定義；一處理器，經配置用於經由測量複數個天線處的該CSR的一次載波的一振幅及相位來決定一多輸入多輸出(MIMO)上鏈頻道響應、以及決定一傳送參數設定以回應該CSR，該傳送參數設定包括用於複數個天線中的至少一天線上將被傳送的複數個次載波中的每一個次載波的一調變及編碼參數；以及該傳送器更經配置用於將該決定的傳送參數設定傳送至 該WTRU。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的基地台，其中該決定的傳送參數設定是使用一傳輸格式控制(TFC)信號被發送到該WTRU。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的基地台，其中該TFC包括一調變及編碼方案與功率控制。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的基地台，其中一頻寬大小為一次載波數。
  14. 一種無線傳輸接收單元(WTRU)，該WTRU包括：一接收器，經配置用於在一下鏈頻道中接收一頻道發聲響應要求(CSRq)，其中該CSRq包括一頻道發聲指示；一傳送器，經配置用於傳送一頻道發聲響應(CSR)以回應該頻道發聲指示，其中該CSR是就一符號數目、一尺寸以及一符號振幅進行定義；該接收器更經配置用於接收一上鏈多輸入多輸出(MIMO)傳輸的一傳送參數設定以回應該CSR，該傳送參數設定包括用於複數個天線中的至少一天線上將由該WTRU傳送的複數個次載波中的每一個次載波的一調變及編碼參數。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的無線傳輸接收單元(WTRU)，其中該傳送參數設定是基於該CSR來決定。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的無線傳輸接收單元(WTRU)，其中該CSR的處理決定上鏈(UL)的一頻道狀況。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的無線傳輸接收單元(WTRU)，其中該決定的傳送參數設定是於一傳輸格式控制(TFC)信號 中接收。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的無線傳輸接收單元(WTRU)，其中該TFC包括一調變及編碼方案與功率控制。
  19. 如申請專利範圍第14項所述的無線傳輸接收單元(WTRU)，其中該WTRU利用所接收到的決定的傳送參數設定將一資料傳送到一基地台。
  20. 如申請專利範圍第14項所述的無線傳輸接收單元(WTRU)，其中一頻寬大小為一次載波數。
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