TWI451726B - 無線網路的干擾降低的方法及製造物品 - Google Patents

Description

無線網路的干擾降低的方法及製造物品

大致地，本發明有關通訊，且特別地，有關通訊系統中的干擾降低。

此節將介紹可促成本發明之較佳瞭解的觀點。因而，此節之陳述應以此觀點而被閱讀，且不應被視為關於何者係先前技藝或何者並非先前技藝之認可。

在無線多細胞多使用者之系統中，位於給定細胞中之行動裝置(使用者)傳送前導至位於相同細胞中的基地台。該等前導會傳播至位於相鄰細胞中之該等基地台，且污染由相鄰細胞之行動裝置所傳送至其之基地台的前導。此妨礙對應之基地台的準確通道估計。不準確的通道估計將導致由相鄰細胞的該等基地台所傳送的下行鏈路信號間的強烈干擾。因此，能減輕此干擾問題之新的技術將明顯地為所欲的。

為解決要減輕熟知的網路干擾問題之需求，本發明提出包含新的前導傳輸協定及新的通道估計技術之方法。概括地，此方法能在多細胞多使用者無線通訊系統的傳輸量中提供有效的增加，而無需增加傳輸功率。

在一方法中，係使第一及第二組群之無線單元的前導傳輸同步化。第一組群的各個無線單元及第二組群的各個無線單元使用與相同組群之正交前導不同的正交前導(除了該等組群中之外的其他者)。而且，第二組群之無線單元的前導傳輸係同步化，以便在時間中自第一組群之無線單元的前導傳輸被偏移。所欲的是，該等前導傳輸被偏移，以便不在時間中重疊。然而，根據實施例，此可能並非如此，或某一重疊可係必要的。例如，當其中若干組群的無線單元均使用相同組群的正交前導時，則對於將在時間中被偏移而不致重疊的所有組群而言可能並不實用。因此，某一部分之重疊可發生。

在某些實施例中，各個組群的無線單元可由不同細胞所伺服或與不同細胞相關聯，而在其他的實施例中，各個組群的無線單元可由不同組群的細胞所伺服或與不同組群的細胞相關聯。根據特殊的實施，任何給定的細胞可係全細胞或細胞扇區。

各式各樣的連網設備架構可被使用以實施前導傳輸同步化。例如，該同步化可藉由諸如一或更多個基地台的單一裝置或多重裝置所執行，而該等裝置係個別地動作或以分配方式而動作。

在另一方法中，來自相鄰細胞之資料及來自無線單元之前導係接收於細胞處。然後，用於該等無線單元的通道向量係使用自相鄰細胞接收之資料、自無線單元接收之前導、及先前所估計之該細胞與該等相鄰細胞間的通道向量而估計。在某些實施例中，於該細胞與該等相鄰細胞之間的通道向量係估計於初始化時，且然後，予以週期性地更新，亦即，在時間上追縱。

而且，在某些實施例中，細胞可自藉由所估計的通道向量所形成之矩陣來決定預編碼矩陣，且然後，使用預編碼矩陣來傳送信令至一或更多個無線單元。

各式各樣的連網設備架構可被使用以實施此通道估計技術。例如，通道向量的估計可藉由諸如一或更多個基地台的單一裝置或多重裝置所執行，而該等裝置係個別地動作或以分配方式而動作。

本發明之特定的實施例將參照第1至6圖而揭示於下文。說明和繪圖二者均已以意圖要加強瞭解而繪製。例如，若干圖形元件之尺寸可能相對於其他元件而被誇大，且對於商業上成功實施之得利或甚至必要的熟知元件可能不被描繪，使得可獲得更少妨礙及更加清楚的顯示。此外，雖然所述之邏輯流程圖係參照以特定順序所執行的特定步驟而敘述及顯示，但該等步驟之某些者可予以省略，或該等步驟之某些者可加以結合、子分離、或重排序，而不會背離申請專利範圍的範疇。因此，除非特定指示，否則該等步驟的順序及組群並非為可位於申請專利範圍之範疇內的其他實施例之限制。

在繪圖及說明二者中的簡明及透澈係依照本項技術中之已知者來求取，以便使熟習於本項技藝之人士能有效地作成、使用、且最佳地實行本發明。熟習於本項技藝之人士將理解的是，各式各樣的修正及改變可針對下文所敘述之實施例來予以完成，而不會背離本發明之精神及範疇。因此，說明書和圖式應被視為描繪性和代表性而非限制性或包含所有的，且對於下文所述之特定實施例的所有修正係打算要包含於本發明的範疇之內。

本發明可參照第1至6圖而被更完全地瞭解。為了要在作成及使用本發明之各式各樣觀點中提供更大程度的細節，將針對實例來說明對干擾降低之方法及若干極為特定的實施例。

考慮其中行動裝置係裝備有少量天線(典型地，一或二天線)且基地台係裝備有大量天線M的多細胞多使用者無線系統。在“多使用者MIMO需多少訓練”，T.L. Marzetta,Proceedings of Signal,Systems,and Computers,2006,ACSS 2006,Fortieth Asilomar Conference，第359至363頁，(2006年11月)中，以及在“多使用者MIMO TDD系統中之排程及預編碼”，J. Jose,A. Ashikhmin,P. Whiting,S. Vishwanath,Proceedings of IEEE International Conference on Communications，第4100至4105頁(2008)中，所顯示的是，大量的基地台天線給予系統傳輸量有效的增加。而且，顯示的是，使用直至M=200天線係可行的(就用以佈署M個天線所需之電子設備及區域而言)。此技術係未來無線系統世代的良好選擇。

標準的多細胞多使用者系統係以以下方式而組織。具有許多細胞而涵蓋廣大的地理區域。概略地，在每一個細胞的中心具有基地台(BS)。該BS對位在相同細胞中之行動裝置接收及傳送資料。

何以無法增加下行鏈路傳輸率(自BS至行動裝置)的主要原因係細胞間相互干擾。如第1圖之圖式100中所描繪地，細胞2至7係細胞1之相鄰者。由BS所傳送之下行鏈路信號傳播至相鄰細胞(例如，細胞2)，且對位於該等細胞中之行動裝置產生強烈干擾。

如下文所解說地，此係“指向的”干擾；亦即，此干擾係比由BS傳送隨機信號所造成的干擾更為強烈。此方法提出能有效降低“指向的”細胞間相互干擾，且因而能有效增加下行鏈路資料傳輸率的技術。

藉由K來表示任一給定細胞中之行動裝置的總數。為了要保持記法簡短，假定所有的細胞均具有相同數目的行動裝置。藉由BS-r來表示位於第r個細胞中的基地台。藉由h_1,j =(h₁ ，…，h_M )來表示第一細胞中之第j行動裝置的通道向量。此向量係複數M元組。如第3圖中所示地，由BS-1之第t(t=1，…M)天線所傳送且同時傳播至第一細胞之第j行動裝置的信號，亦即，s_t ，係乘以h_t 。因此，由第一細胞中之第j行動裝置所接收的信號係：

x _{1 ,j} =s ₁ h ₁ +...+s _M h _M +來自其他基地台的信號+雜訊

由第j行動裝置所傳送且同時傳播至BS-1之第t天線的信號亦乘以h_t 。同樣地，藉由h_1,j 來表示第1細胞之第j行動裝置的通道向量。若行動裝置正移動時，則通道向量h_1,j 亦改變。因此，標準方法係假定該等通道向量係隨機向量，且僅在若干短的時間週期維持大約恆常。因為該等通道向量h_1,j 係隨機向量，其具有期望值及共變矩陣。假定h_1,j 的期望值係零M元組，且該等通道向量的M×M共短矩陣係已知。

為了要使基地台學習通道向量h_1,j ，行動裝置傳送前導(訓練序列)。藉由Ψ _{1 ,j} =(Ψ ₁ ,...,Ψ _n )來表示第1細胞之第j行動裝置的前導信號。任一細胞之任一行動裝置的前導信號係n元組。標準下行鏈路傳輸協定係如下：

1.在所有細胞中之該等移動向量同步地傳送導顏(訓練序列)Ψ _{1 ,j} 至其基地台(如第2圖之圖式200中所示)。

2.BS-r接收信號Y_r ，其係藉由對應的通道向量來相乘之所有傳送的前導(來自所有細胞的所有行動裝置之前導)加上額外雜訊的總和。Y_r 係n×M矩陣(因為BS-r具有M個天線，且任一前導均係n元組之故)。

3.使用Y_r ，BS-r計算位於第r細胞中的K個行動裝置之通道向量h _{r , 1} ,...,h _r,K 的估計值

4.BS-r使用該等估計值以執行干擾消除預編碼。換言之，BS-r係以此方式而組織下行鏈路信號。亦即，自第r細胞定目標至行動裝置的信號並不會相互干擾。用以執行該干擾消除預編碼的一可行方式在於使用線性預編碼。在此情況中，BS-r使用該等估計值以計算M×K預編碼矩陣A_r 。若q ₁ ,...,q _K 係必須被傳送至第r細胞之對應的行動裝置時，則BS-r自其之M個天線來傳送向量。該等向量s係傳送於下行鏈路傳輸間距之期間(請參閱圖式200)。

其他細胞之基地台執行相同的演算。不幸地，由該等相鄰細胞之不同基地台所傳送的下行鏈路信號會彼此互相干擾。

針對有效率的預編碼，基地台能準確估計通道向量h_r,j 係非常重要的。由於以下理由之緣故，該等通道向量的準確估計並非容易的問題。通道向量會快速改變。行動裝置移動愈快，則其之通道向量亦改變愈快。因此，n元組的前導應短，所以典型地，n=4，5，…，9。從線性代數可知的是，僅存在有n個正交前導。若相鄰細胞中之行動裝置的總數大於n時，則必須使用非正交前導於相鄰細胞中。標準方法在於要使用相同組合的n個正交前導，亦即，p ₁ ,...,p _n 於每一個細胞中(因為該等前導係正交，所以具有=0，*表示複數矩陣或複數向量的移項及複數共軛)。所以，具有Ψ _l,j =p _j 以供所有的1之用，亦即，用於所有細胞。

非正交前導會相互污染，因而阻止基地台之準確通道估計。例如，若由細胞1之第i行動裝置所使用的前導與由細胞2之第j行動裝置所使用的前導並非正交時，則由BS-1所產生之h_1,i 的估計值將具有以下形式：

(α₁ ，α₂ 係某些複數係數，h_2,j 係細胞2之第j行動裝置的通道向量)。

因此，由BS-1所傳送的下行鏈路信號將部分地指向細胞1之第i行動裝置且部分地指向細胞2之第j行動裝置。因而，BS-1對細胞2之第j行動裝置產生強烈之“指向的”干擾。此“指向的”干擾係比相同功率之隨機信號所產生的干擾更為強烈。此將導致多細胞多使用者無線系統中之下行鏈路傳輸率的有效降低。

下文將說明附加的觀點。藉由G_1,2 來表示BS-1與BS-2之間的M×M通道矩陣。G_1,2 之第r列g _r =(g ₁ ,...,g _M )係BS-2的第r天線與BS-1的M個天線間之通道向量(請參閱第4圖之圖式400)。換言之，來自BS-1之第t(t=1，…，M)天線所傳送且同時傳播至BS-2之第r天線的信號，亦即，s_t ，係乘以g_t ，且反之亦然-由BS-2之第r天線所傳送且同時傳播至BS-1之第t天線係乘以g_t 。同樣地，藉由G_r,m 來表示BS-r與BS-m之間的通道矩陣。

藉由p_r 來表示行動裝置的信號傳輸功率。為了要保持記法簡短，假定所有的行動裝置均具有相同的功率。將直接針對當該等行動裝置具有不同功率時的情況來歸納此技術之說明。藉由p_f 來表示基地台的信號傳輸功率。為了要保持記法簡短，假定所有的基地台均具有相同的功率。將直接針對當該等基地台具有不同功率時的情況來歸納此技術之說明。藉由β_jlk 來表示第1基地台與第j細胞之第k使用者間的遮蔽係數。藉由γ_ij 來表示第i基地台與第j基地台之間的遮蔽係數。

在R×T矩陣A與矩陣B之間的克羅內克爾乘積(Kronecker product)係由下式所界定：

令J為所有元素均等於1之n×n矩陣，亦即，

發明人提出的是，來自給定細胞之K個行動裝置使用K個正交前導且同步地傳送它們。發明人提出的是，來自不同細胞之行動裝置傳送以時間而偏移之前導。如第5圖之圖式500中所示地，來自不同細胞之前導不應在時間中重疊，或幾乎不重疊。

主要地，請注意的是，來自不同細胞的前導係傳送於不同的時間，以致使它們並不會相互污染。同時，在此方法中之主要問題在於，藉由基地台所傳送的信號係比藉由行動裝置所傳送的信號更為強烈。因此，BS-1將必須在BS-2及相鄰細胞之基地台所傳送的強烈下行鏈路信號之存在中估計通道向量h _1,1 ,h _1,2 ,...,h _{1 ,j} ,...。

因為基地台係靜態的，所以在它們之間的通道矩陣G_r,m 會很緩慢地變化。發明人提出透過對應之基地台間的前導交換以決定通道矩陣，且週期性地更新基地台間之通道矩陣的估計值。進一步地，發明人提出使用基地台之間的通道矩陣G_r,m ，如下文所述。

BS-r使用BS-r與L個相鄰細胞之基地台間的通道矩陣G _{r , 1} ,G _{r , 2} ,...,G _r,L ，以便獲得通道向量h _{r , 1} ,h _{r , 2} ,...,h _{r , j} ,....之準確估計值(下文將包含更多的細節)。然後，BS-r可形成矩陣，且使用其以形成預編碼矩陣

現將敘述通道向量h_1,j ，亦即，第一細胞中的第j行動裝置之通道向量的估計之詳細技術。藉由C_h 來表示h_1,j 的M×M共變矩陣。

1.使用第一細胞的第j行動裝置之前導向量Ψ_{1 , j} =(Ψ ₁ ,...,Ψ _n )來形成正交矩陣

2.計算矩陣C =J C _h 及Ω _{r , m} =I _n 。

3.進一步地，計算矩陣

注意的是，Q之計算包含基地台BS-1與該L個相鄰細胞的基地台間之通道矩陣。

在此，Y_向量 係在藉由來自細胞1的行動裝置之前導(n元組)的同步傳輸後，藉由堆疊BS-1所接收之n×M矩陣Y的行所獲得之向量。

5.向量v具有M_n 元素。使用v的第一M元素以獲得通道向量之估計值=(v ₁ ,...,v _M )。

在第6圖的圖形600中，顯示針對第1圖之圖式100中的諸如細胞1至7之七個相鄰細胞的情況之模擬結果。假定在每一個細胞中具有四個行動裝置且該等行動裝置使用相同組合之正交前導，各個前導係4元組。

例如可發現的是，所提出之方案在標準設計上給予改善。若持續增加基地台天線的數目M時，則標準系統的傳輸量(總和率)將停止隨著M而成長。此時，所提出之系統的傳輸量繼續隨著M而成長。

上述說明之觀點可應用至上行鏈路資料傳輸以及下行鏈路傳輸。多使用者上行鏈路(其中在細胞中的每一個行動裝置同時傳送資料至基地台)亦會遭受前導污染：例如，基地台藉由以用於通道矩陣之估計值的虛擬反矩陣來相乘所接收信號的向量而處理其之陣列資料，且若此估計值係污染有來自其他細胞中之使用者的通道時，則該處理亦將增強來自其他細胞中之使用者的資料傳輸。明顯地，在時間中錯開前導傳輸之技術亦將同樣地有益於上行鏈路資料傳輸。

上述之細節，且有時候極為特定的說明係提供以有效地使熟習於本項技藝者能依照在本項技藝中所已知的，而作成、使用、及最佳地實施本發明。在該等實例中，特定處係提供用以描繪本發明的可能實施例之目的，且不應被解讀為限定或限制更廣義之發明概念的範疇。

本發明之益處，其他優點，及對問題的解決已就有關本發明之特定實施例而描述於上文。然而，該等益處、優點、對問題的解決、以及可造成或導致該等益處、優點、或解決，或造成該等益處、優點、或解決變成更為顯著的任何元件不應被闡釋為任一或所有申請專利範圍之關鍵的、必要的、或主要的特性或元件。

如在本文中且在附錄申請專利範圍中所使用地，“包含”、“特徵為”、或其之任何其他變化的用語係打算意指非排外的包含，以致包含元件列表之處理、方法、製造物品、或設備不僅包括列表中之該等元件，而且可包括未明白列表或固有於該處理、方法、製造物品、或設備的其他元件。如本文中所使用地，“一”之用語係界定為一個或超過一個。如本文中所使用地，“複數個”之用語係界定為二個或超過二個。如本文中所使用地，“另一”之用語係界定為第二個或更多的。除非在本文中另有指示，否則，無論如何，諸如第一及第二、頂部及底部、及其類似者之關係用語的使用，僅係用來區別一實體或動作與另一實體或動作，而非一定需要或一定意指該等實體或動作間之任何實際關係或順序。

如本文中所使用地，包括及/或具有之用語係界定為包含(亦即，開放性語言)。如本文中所使用地，耦接之用語雖無需一定為直接地且無需一定為機械地，但其係界定為連接。衍生自字詞”指示”的用語係打算包含可用於傳達或引用所指示之物件/資訊的所有各式各樣的技術。可用於傳達或引用所指示之物件/資訊的技術之某些實例，但非所有實例，包含所指示之物件/資訊的輸送、所指示之物件/資訊之識別碼的輸送、使用來產生所指示之物件/資訊之資訊的輸送、所指示之物件/資訊之某一部件或部分的輸送、所指示之物件/資訊之某一衍生物的輸送、以及表示所指示之物件/資訊之符號的輸送。如本文中所使用地，程式、電腦程式、及電腦指令的用語係界定為設計用於在電腦系統上之執行的一序列指令。此序列之指令可包含，但未受限於子常式、功能、程序、目標方法、目標實施、可執行之應用、小程序、Java程序、共享庫/動態加載庫、來源碼、目標碼、及/或組合碼。

j．．．行動裝置

h．．．通道向量

t．．．天線

M．．．基地台之天線

BS-1．．．基地台-1

．．．估計值

G．．．通道矩陣

Ψ．．．正交矩陣

C．．．共變矩陣

100～500．．．圖式

600．．．圖形

P_f ．．．基地台之信號傳輸功率

β_jlk ．．．遮蔽係數

第1圖描繪細胞網路之細胞實例；

第2圖係以時間來描繪由細胞1及2中之下行鏈路資料傳輸所跟隨的行動裝置前導傳輸之方塊圖；

第3圖係方塊圖，描繪依據本發明各式各樣實施例的基地台及行動裝置；

第4圖係方塊圖，描繪依據本發明各式各樣實施例的相鄰基地台；

第5圖係方塊圖，描繪依據本發明各式各樣實施例之在細胞1與細胞2間以時間而偏移的行動裝置前導傳輸；以及

第6圖係圖形，描繪依據本發明各式各樣實施例之針對七個相鄰細胞之情況的模擬結果。

500．．．圖式

Claims (9)

1. 一種無線網路的干擾降低的方法，包含以下步驟：使第一組群之無線單元的前導傳輸同步化，其中該第一組群之無線單元的各個無線單元使用與正交前導之集合不同的正交前導；使第二組群之無線單元的前導傳輸同步化，其中該第二組群之無線單元的各個無線單元使用與正交前導之該集合不同的正交前導，且其中使該第二組群之無線單元的該等前導傳輸同步化包括在時間中對該第一組群之無線單元的該等前導傳輸偏移該第二組群之無線單元的該等前導傳輸；在網路設備之間交換該第一組群之無線單元的該等前導傳輸與該第二組群之無線單元的該等前導傳輸；以及依據該交換來決定該網路設備之間的通道矩陣。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二組群之無線單元的該等前導傳輸係在時間中自該第一組群之無線單元的該等前導傳輸偏移，以便不在時間中重疊。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一組群之無線單元係藉由以下之至少一者所伺服：與該第二組群之無線單元不同的細胞，或與該第二組群之無線單元不同的組群的細胞。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中使該第一組群之無線單元的前導傳輸同步化包含藉由連網設備而使該第一組群之無線單元的前導傳輸同步 化；且其中使該第二組群之無線單元的前導傳輸同步化包含藉由連網設備而使該第二組群之無線單元的前導傳輸同步化。
5. 一種無線網路的干擾降低的製造物品，包含處理器可讀取式儲存媒體，該處理器可讀取式儲存媒體儲存一或更多個軟體程式，當藉由一或更多個處理器而執行時，該一或更多個軟體程式實施如申請專利範圍第1項之方法的該等步驟。
6. 一種無線網路的干擾降低的方法，包含以下步驟：接收來自相鄰細胞之資料；接收來自無線單元之前導於細胞處；使用自該等相鄰細胞接收之該等資料和自該等無線單元接收之該等前導及先前所估計之該細胞與該等相鄰細胞間的通道向量，以估計用於該等無線單元的通道向量；自藉由該等估計的通道向量所形成之矩陣來決定預編碼矩陣；以及使用該預編碼矩陣來傳送信號至一或更多個該等無線單元。
7. 如申請專利範圍第6項之方法，進一步包含：估計該細胞與該等相鄰細胞之間的通道向量。
8. 如申請專利範圍第6項之方法，進一步包含：週期性地更新該細胞與該等相鄰細胞之間的通道向量。
9. 一種無線網路的干擾降低的製造物品，包含處理器可讀取式儲存媒體，該處理器可讀取式儲存媒體儲存一或更多個軟體程式，當藉由一或更多個處理器而執行時，該一或更多個軟體程式實施如申請專利範圍第6項之方法的該等步驟。