TWI459743B - 多單元無線網路中之合作多重輸入多重輸出 - Google Patents

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Description

多單元無線網路中之合作多重輸入多重輸出
本發明係關於通信系統領域；更特別地，本發明係關於用於在一種多小區式無線網路中執行MIMO操作之技術。
隨著高速無線服務需求的增加，有必要提供每頻帶更多輸送量，以向更多用戶提供更高資料傳輸率，同時保持一保證之服務品質(QoS)。在點對點通信中，一發射器與一接收器之間的可達成資料傳輸率受限於在該接收處端之可用頻寬、傳播頻道條件，以及雜訊加干擾位準。對於一基地台與多個用戶通信之無線網路，該網路容量亦取決於頻譜資源的劃分方式及所有用戶之頻道條件與雜訊加干擾位準。在目前先進的多向近接協定中(例如分時多向近接(TDMA)、分頻多向近接(FDMA)、分碼多向近接(CDMA))係用以根據用戶的資料傳輸率請求，將該可用頻譜分配給用戶。其它關鍵限制因素(諸如該等頻道衰落狀況、干擾位準及QoS要求)通常被忽略。
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。在一多路徑衰落頻道中，增加品質或降低有效錯誤率極為困難。舉例來說，考慮一非多路徑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10-2 降到10-3 的典型調變及編碼方案，可只需要1 db或2 db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10 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SRN改良，原因係這違反下一代寬頻無線系統的需求。
一組用以降低多路徑衰落效應之技術是採用一信號分集方案，其中經由若干獨立之衰落頻道接收一組合信號。根據一空間分集方案，多個天線係用以接收及/或傳送信號。天線間隔必須使得每個天線之衰落是獨立(同調性距離)。根據一頻率分集方案，在數個頻帶(同調性BW)中傳輸信號。根據一時間分集方案，在不同時槽(同調性時間)中傳輸信號。頻道編碼加交錯被用以提供時間分集。根據一極性分集方案，為了接收及/或劃分而採用兩個不同極性之天線。
現代無線通信系統中一般採用空間分集。為了達到空間分集，運用在接收器及/或發射器處之天線陣列的空間處理被執行。在至今開發的許多方案中，多重輸入多重輸出(MIMO)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 in 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」)。在一無區塊時變之環境中(一配備Nt個發射天線及Nr個接收天線之系統中可展現出無區塊時變)，一設計良好的空間-時間編碼(STC)系統可以達到最大Nr＊ Nt分集。STC之典型實例包含空間-時間格狀編碼(STTC)(參閱例如，1998年3月 《IEEE Trans.Inform.Theory》45：744-765，V.Tarokh、N.Seshadri及A.R.Calderbank,「Space-time codes for high data rate wireless communication：performance ceiterion and code construction」)及正交設計之空間-時間區塊編碼(STBC-OD)(參閱例如，1999年7月《IEEE Trans.Inform.Theory》45：1456-1467,V.Tarokh、H.Jafarkhani及A.R.Calderbank,「Space-time block codes from orthogonal design」。
因為一MIMO系統之容量及效能取決於其維度(即Nt及Nr)及天線元件之間關聯性，規模愈大且愈分散的天線陣列是所想要的。另一方面，成本及實體上之限制會妨礙實務上使用超大天線陣列。
本發明揭示一種用於一多小區式無線網路中之合作多重輸入多重輸出(MIMO)傳輸操作之方法及系統。依據此方法，兩個或兩個以上基地台之天線元件係用以形成一擴增型MIMO天線陣列，其用以將MIMO傳輸傳送到一或多個終端機或從一或多個終端機接收MIMO傳輸。
根據本發明之態樣，揭示一種擴增兩個或兩個以上基地台/終端機之天線元件以執行較高維度MIMO操作之方法及裝置。在實施方案中，於一小區環境中跨多個基地台使用MIMO/聯合空間-時間編碼，其中在調變及編碼層級執行信號之合作傳輸。此新穎方法係以最少額外成本，將額外分集及容量導入現有網路組件。因為發射天線數量增加，所 以同時使用的使用者數量增加，這導致更佳的頻譜效率。
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。
以下詳細說明之一些部份是藉由演算法及對在一電腦記憶體內之資料位元之操作之符號表示予以提出。這些演算法描述及表示是供熟悉資料處理技術者以最有效方式將其成果內容傳達給熟悉此項技術者的手段。在本文中，一演算法一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，這些物理量採取可以被儲存、傳送、組合、比較及其他操作之電子或磁性信號的形式。主要基於通用用法之原因，將這些信號稱做位元、值、元素、符號、字元、項目、數字或類似項，經證明有時候這樣很方便。
然而應記住的是，所有這些術語及類似術語是要與適當物理量相關聯，且只是應用於這些量的方便標示。除非在該下面討論中明顯有其他特定描述，應了解的是在整份描述中，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算裝置之動作及程序，其處理在該電腦系統之暫存器及記憶體內代表物理(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、傳輸或顯示器裝置內之類似代表物理量資料。
本發明也關於一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內之電腦程式予以選擇性啟動或重新組態。該電腦程式可以儲存在一電腦可讀式儲存媒體上，諸如(但不限於)任何類型的碟片，其包含軟碟片、光碟片、CD-ROM及磁光碟片、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光學卡、或適用於儲存電子指令之任何類型媒體，且各耦合到一電腦系統匯流排。
本文提出的該等演算法及顯示並非本來就與任何特定電腦或其他設備有關。各種一般用途系統可以與根據本文講授之程式一起使用，或建構用以執行該等要求方法步驟之更特殊化設備也證明很方便。各種這些系統之要求結構出現於下文。此外，未引用任何特定程式設計語言來描述本發明。應了解的是多種程式設計語言皆可用以實施如上文所述之本發明講授。
機器可讀媒體包含用於以機器(例如，電腦)可讀取形式儲存或傳送資訊之任何機件。例如，機器可讀媒體包含唯讀記憶體(「ROM」)；隨機存取記憶體(「RAM」)；磁片儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體裝置；電子、光學、聲波或其他形式的可傳播信號(例如載波、紅外線、數位信號等等)；等等。
概論
圖1說明一具有多個基地台BS1、BS2、BS3及終端機A、 B、C之典型無線網路中之三個小區100、102、104。每個基地台BS1及BS2包含一個四元件式圓形天線陣列，而終端機A具有兩個天線1及2。
從一理論觀點，一MIMO傳輸方案之一發射器與一接收器之間的容量是由向量頻道H(也稱做為頻道矩陣)所決定。如圖2中所示，該頻道矩陣H包含M列及N行，其中M是接收器天線(Rx)數量而N是發射器天線(Tx)數量。在所示之頻道矩陣H，每項αij 是從第i發射天線到第j接收天線之複數頻道增益(complex channel gain)。
一單輸入單輸出(SISO)頻道之頻道容量為，C=log2 (1+ρ)bits/sec/use (1)，此處ρ為該信號雜訊比。一MIMO頻道之頻道容量為， 從上式，耗用(outage)容量可以表示成，
可以觀察到，依據方程式3，當M值係大時，該容量是按接收天線數目而線性增加。當於該接收器端附加一天線陣列(即單輸入多輸出；SIMO)時，該頻道容量極限是以對數成長。同時，就MIMO系統來說，該頻道容量極限隨著min(M,N)線性成長，其是空間特徵模態(eigenmode)之最大數。圖3說明一MIMO系統容量為頻道矩陣維度之函數。
因為該系統容量是由該維度(天線數量)與該頻道條件(天線元件之間關聯性)所支配，所以期望是大型天線陣列且具 有更分散的元件。然而，這裡存在報酬遞減的情形，其中附加天線元件的成本及一既定基地台之對應處理複雜程度會超過系統容量增加所得到的好處。再者，為了得到額外容量的好處，有必要將額外天線元件附加至一既定無線網路內之許多或所有基地台。
本發明之實施例利用具有大型天線陣列且更分散的元件而無需附加額外天線元件至基地台的好處。這可藉由擴增兩個或兩個以上基地台之天線元件的操作以形成一較大型的天線陣列予以實現。該擴增型陣列對於一或多個終端機來執行「合作MIMO」傳輸操作。例如，圖1顯示一合作MIMO傳輸方案之示範使用，其中基地台BS1及BS2之天線元件是被擴增以經由終端機A之接收天線1及2合作通信。
圖4a說明一下行鏈路(從基地台到終端機)合作MIMO架構400之一實施例的方塊圖。為了說明目的，圖4a中所示的架構包含兩個基地台402及404及一單一終端機406。應瞭解的是，MIMO架構400之實際實施可以包含兩個或兩個以上基地台，用以傳輸信號，而該等信號係由一或多個終端機所接收。
在圖4a之說明實施例中，基地台402具有一含有Nt1 個發射天線之天線陣列，而基地台404具有一含有Nt2 個天線之天線陣列，及終端機406包含Nr個天線。鑑於前述MIMO定義，該等基地台天線之合作使用將該MIMO維度增加到(Nt1 +Nt2 )＊ Nr。此維度增加之實現並沒有要求在該等基地台處增加任何額外的天線元件，也沒有要求使用驅動該等天 線之組件。
根據本文所描述之本發明之各項實施例之態樣，對應於要被傳送到一用戶(例如終端機406)之資料的一資訊位元序列可以是空間-時間、空間-頻率或空間-時間-頻率編碼，如同在圖4a中以一方塊408表示。在一些實施例中，空間-時間、空間-頻率或空間-時間-頻率編碼可以被擴增以支援延遲分集，如下文所述。在方塊408中執行適當編碼後，接著將該已編碼資料傳送到該等基地台，藉此經由彼等基地台之可應用的天線元件傳輸該已編碼資料。接著，鑑於可應用的之MIMO頻道組態參數，該等兩個或兩個以上基地台執行聯合MIMO傳輸(以信號410及412說明)至該用戶(例如一操作終端機406的使用者)。例如，基於一特定用戶目前所採用之編碼方案及/或MIMO方案，自基地台402及404傳輸之信號410及412可以採用為每一基地台所選擇的天線元件。一般地，可以在正常傳輸期間或在一用戶移動跨越小區間邊界之交遞期間執行合作MIMO傳輸。
在一實施例中，採用空間-時間編碼。例如，在方塊408，傳入的資訊位元經過空間-時間編碼(例如，使用空間-時間區塊或格狀編碼)，然後該已編碼資料被轉遞到每基地台402及404。有關空間-時間區塊編碼進一步細節與空間-時間格狀編碼的使用會在下文中討論。
在一實施例中，在一主編碼器處執行該空間-時間(或空間-頻率，或空間-時間-頻率)編碼。在其他實施例中，基於在分開位置之每一位置(例如，在該等基地台內)處所接收到 的一共同(複製的)資訊位元序列，在該等分開位置處執行該空間-時間(或空間-頻率，或空間-時間-頻率)。
圖4b顯示合作MIMO架構400之上行鏈路信號處理態樣。在此案例中，經由發射天線1-Nt中之經選擇的天線從終端機406傳輸一上行鏈路信號414。由基地台402及404之該等各自接收天線陣列(1-Nr1 ，1-Nr2 )接收該上行鏈路信號414。(應記住，對於一些實施例，相同天線可用於發射及接收操作，而對於其他實施例，可以採用分開組之發射及接收天線)。當該等基地台一接收到該等上行鏈路信號時，對該等上行鏈路信號執行初始信號處理，並且該等已處理信號被轉遞到一方塊416，以執行聯合MIMO解碼及解調變，因而擷取對應於由終端機406所傳輸之資料的資訊位元。一般地，用於執行方塊416之操作的組件可以被實施在一主編碼器中，其位在相對於多個基地台(例如，基地台402及404)之中心，或是位在該多個基地台之一中。
圖5說明一多使用者合作MIMO架構500。依據該實施例，該擴增型天線陣列(包含基地台502及504之經選擇的發射天線元件)係用以執行關於一或多個預期用戶的MIMO操作，同時使用一波束成形及零位化(nulling)方案，限制在非預期用戶之位置/方向上的無線電信號。例如，習知已有技術可用以引導發射信號朝向經選擇的位置，同時傳送到其他方向之發射信號由於信號消除效應及/或衰落效應而被零位化。總體地，這些選擇性傳輸技術係稱為波束成形，並且其達成方式係使用適當天線元件(依此處該等實施 例，即是由兩個或兩個以上基地台所持有的擴增型天線陣列)及適當控制來自這些天線元件所傳輸之信號(例如，經由從一目標終端機所傳回的回饋所導出的加權輸入)。依據本發明之波束成形實施例，位於一單一基地台之天線陣列所採用的現行技術(參見例如，2003年10月《IEEE Transactions on Information Theory》49期，第2735-2747頁，D.J.Love、R.W.Heath Jr.及T.Strohmer,「Grassmannian Beamforming for Multiple-Input Multiple-Output Wireless Systems,」)被延伸，以支援經由多個基地台所持有之經選擇的天線元件之波束成形操作。如下文所述，有必要在多個基地台之間採取信號同步，以得到該等要求的波束成形結果。
圖5之實施例中，在一方塊514，使用空間-時間、空間-頻率或空間-時間-頻率編碼方案之一來編碼資訊位元。方塊514也被採用，以執行波束成形操作，這在下文中參考圖7b更詳細加以描述。接著，該方塊514之已編碼輸出被提供給每一基地台502及504，接著每一基地台502及504傳輸各自信號516及518。如以波瓣520、522及524所示，組合信號516及518之頻道特徵在某些特定方向上產生較高增益區域。同時，該等組合信號516及518在其他方向上的增益(諸如由一零位化方向526所示)由於空間零位化(spatial nulling)而大幅降低(例如降低到信號無法被編碼的程度)。在一實施例中，在非預期用戶之方向上執行空間零位化。
例如，依據圖5所示的案例，該等組合信號516及518被控制以在波瓣522內產生高增益。就其本身而言，終端機506 在其天線陣列接收一良好信號且可以使用適當的MIMO解碼技術解碼該已結合MIMO信號，該等技術在該等無線通信系統技術中為人所習知。同時，在一終端機528所接收的組合信號強度係使用空間零位化而被零位化。因此，對應於在方塊514所接收的該等資訊位元之資料只被傳輸到終端機506，而不會被終端機528接收。
圖6說明另一多使用者合作MIMO架構600。取代對非預期終端機形成零位化，來自多使用者之資訊係被聯合編碼，然後從多個基地台經由該擴增MIMO天線陣列予以傳送，然後在該等接收終端機處予以解碼。在本發明之一實施例中，在該等使用者端獨立地解碼該資訊。預期用於其他使用者之信號會被視為干擾。在另一實施例中，來自所有使用者之該資訊係被聯合解碼。在又一實施例中，在不同使用者位置上接收到的資訊係被合併以用於聯合解碼。
圖6之實施例顯示一有關聯合解碼之實例。該實例中，在一方塊630，要被傳送到終端機1(606)及2(628)之資訊係使用空間-時間、空間-頻率或空間-時間-頻率編碼之一予以聯合編碼。為了清楚，要被傳送到終端機1及2之各自資訊係描述為資料A及資料B。該方塊630之經聯合編碼輸出被提供作為各基地台602及604之輸入。接著，該等基地台經由經選擇的天線(對應於指派給終端機1及2之MIMO頻道)傳送該經聯合編碼資料到終端機606及628。一接收該經聯合編碼資料時，經由在每一終端機606及628之方塊632上執行的操作予以解碼。一旦被解碼，預期用於每一接收終端機 的資訊會被保留，而其他資訊被放棄。因此，終端機606保留資料A而放棄資料B，而終端機628保留資料B而放棄資料A。在一實施例中，藉由對應於從一既定終端機所接收的已解碼資料所擷取出之封包的封包標頭，來識別要保留或放棄的資訊。
圖7a所示之方塊圖係對應於一具有Nt個發射天線之基地台之一OFDMA(正交分頻多向近接)編碼/發射器模組700A之一實施例。1-N個副載波之每一副載波之資訊位元係在各自空間-時間編碼(STC)組塊7041-N 予以接收。該等STC的大小是發射天線Nt數量的函數。一般地，該等空間-時間編碼包含空間-時間格狀編碼(STTC)、空間-時間區塊編碼(STBC)以及具有延遲分集之STTC或STBC，這些細節將描述於下文。基於可應用之STC，每個組塊7041-P 輸出一組碼字c1 [j,k]到cNt [j,k]，此處j代表次頻道索引而k是時間索引。隨後，該等碼字之每個碼字被轉遞到一適當的快速傅立葉變換(FFT)組塊7061-Nt 。接著，該等FFT組塊7061-Nt 之輸出被饋送到並列轉序列(P/S)轉換組塊7081-Nt ，並且經由附加循環首碼(CP)組塊7101-Nt 來附加上循環首碼。接著，該等附加CP組塊7101-Nt 之輸出被提供給發射天線1-Nt ，以當作下行鏈路信號被傳輸給在該基地台覆蓋範圍內之各種終端機。
圖8所示之方塊圖係對應於一具有Nr個接收天線之終端機之一OFDMA接收器/解碼器模組800之一實施例。在一下行鏈路信號之接收端的信號處理大致上是用於編碼及準備 用於傳輸之信號的處理程序的反轉處理。首先，在各自接收天線1-Nr 所接收的每個信號的循環首碼係藉由一各自移除CP組塊8101-Nr 予以移除。隨後，該等各自信號被饋送到各自序列轉並列(S/P)轉換組塊8081-Nr ，以產生並列資料組，其接著被提供作為FFT組塊8061-Nr 之輸入。接著，該等FFT組塊8061-Nr 之輸出被轉遞到適當STC解碼組塊8041-N 以用於解碼。隨後，按副載波1-N之資訊位元輸出該已解碼資料。
圖7b所示之方塊圖係對應於執行波束成形之一OFDMA編碼/波束成形/發射器模組700B之一實施例。如相似編號的組塊所示，圖7a及7b之實施例中所執行許多信號處理是類似的。除了這些處理操作之外，OFDMA編碼/波束成形/發射器模組700B尚包含波束成形組塊7051-N 。鑑於由一波束成形控制組塊712所提供之控制資訊，每個波束成形組塊將一加權W1-N 套用至其各自輸入，其是回應波束成形回饋資料714而產生。圖7a及7b之實施例間的進一步差異包含STC組塊704A1-N ，其現在採用具有一大小L之STC，其代表波束成形頻道數量。
空間時間編碼
空間-時間編碼(STC)首先是在1998年由AT&T研究室Tarokh等人(1998年《IEEE Trans.Inform.Theory》44期，第744-765頁，V.Tarokh、N.Seshadri及A.R.Calderbank,「Space-time codes for high data rates wireless communications：Performance criterion and code construction」)發表，其作為提供多天線衰落頻道之傳輸分集的新穎方法。存在兩種主要類型STC，即，空間-時間區塊編碼(STBC)及空間-時間格狀編碼(STTC)。空間-時間區塊編碼處理一區域輸入符號，其產生一矩陣輸出，該矩陣輸出之行代表時間，而列代表天線。空間-時間區塊編碼一般並不提供編碼增益，惟串連於一外部編碼除外。空間-時間區塊編碼主要特徵在於以非常簡單的解碼方案提供全分集。另一方面，空間-時間格狀編碼一次處理一個輸入符號，其產生一向量符號序列，其長度代表天線。就像一單天線頻道之傳統TCM(格狀編碼調變)，空間-時間格狀編碼提供編碼增益。因為空間-時間格狀編碼也能提供全分集增益，所以空間-時間格狀編碼優於空間-時間區塊編碼的主要優點就是提供編碼增益。空間-時間格狀編碼的缺點是設計困難，且一般要求更複雜的編碼器及解碼器。
圖9顯示一STC MIMO傳輸模型之方塊圖。依此模型，藉由一空間-時間編碼器902，使用一STBC或STTC編碼對來自一資訊來源900之資料進行編碼。然後經由一MIMO鏈路904將該已編碼資料傳輸到一接收器906。然後該等已接收信號在該接收器被解碼，以擷取出該原始資料。
圖10繪示一種用於兩個天線之示範8-PSK 8狀態式空間-時間格狀編碼，而圖11繪示一種用於兩個天線之示範16-QAM 16狀態式STTC。STTC之編碼類似於TCM，除了在每訊框之開始及結束，編碼器係被要求處於零狀態。在每一時間t，取決於編碼器狀態及輸入位元，選擇一轉變分 支。假如該轉變分支之標籤為，則發射天線係用以傳送該等星狀圖符號(i=1；2；；；n)且所有這些傳輸係並行。一般地，可以經由一狀態機器來實施一STTC編碼器，該狀態機器是以對應於要被實施之格狀碼之狀態予以程式化。
圖12顯示對應於一種採用兩個天線之STBC模型的方塊圖。如前所述，從一資訊來源1200接收資料。接著，藉由空間時間區塊編碼1202及星狀圖映射1204A及1204B之操作來執行空間時間區塊編碼則是。
在進一步細節中，一STBC是以p x n傳輸矩陣G所定義，其項目是x1 ；：：：；xk 與其共軛之線性組合；且其行係成對正交(pairwise-orthogonal)。在此案例中，當p=n且{xi ,}是實數時，G是一線性處理正交設計，其滿足GT G=D之條件，此處D是一具有形式()之第(i；i)個對角線元素之對角線矩陣，該形式之係數。一2x2 STBC編碼之實例係顯示於圖12。
其他信號分集方案是採用STC與延遲之組合。例如，圖13a及13b所顯示的模型分別對應於一具有延遲傳輸方案之STTC與一具有延遲傳輸方案之STBC。在圖13a中，由一編碼重複組塊1302接收來自一資訊來源1300之資料，該編碼重複組塊1302產生一對複製的符號序列，該對序列是考慮該資料而產生。一第一符號序列被轉遞到一用於編碼之STTC編碼器1304A。同時，該複製之符號序列被饋送到一延遲組塊1306內，其產生一單一符號延遲。接著，延遲組 塊1306之經延遲符號序列輸出被轉遞到用於編碼之STTC編碼器1304B。圖14繪示一種用於兩個天線之示範8-PSK 8狀態式延遲分集編碼。如所示，發射天線Tx2之符號序列同步於輸入序列，而發射天線Tx1之符號序列係延遲一符號。
依據圖13b之信號分集方案，來自資訊來源1300之資料係在最佳區塊編碼選擇邏輯1308處被接收，其輸出經複製之區塊編碼以產生兩區塊編碼序列。該第一區塊編碼序列被轉遞到用於編碼之星狀圖映射器1310A，同時該第二區塊編碼序列係藉由一延遲組塊1312予以延遲一個符號，然後被轉遞到用以編碼之星狀圖映射器1310B。然後由第一及第二發射天線傳輸該等已編碼信號。
為了清楚，本文中根據一般使用情形來說明前述STTC及STBC方案。依據該使用，該等各種已編碼信號係使用相同基地台的多個天線予以傳輸。相較之下，本發明之實施例採用多個基地台之天線陣列中的選擇性天線元件來形成一擴增型MIMO天線陣列。
為了使用多個基地台實施一STC傳輸方案，需要額外控制元件。例如，假如該等基地台係位在離一主編碼器設備不同距離的地方，則需要某措施以使該等天線輸出同步，以便獲得適當的MIMO傳輸信號。同樣地，當使用在不同位置之基地台之天線陣列以實行一延遲分集方案時，則必需維持適當時序。
圖15顯示一種合作MIMO架構1500，其採用一主編碼器1502。一般而言，該主編碼器1502可以係位在與基地台402 及404不同地方的設備，或可以與該等基地台之一放置一起。在各自實施例中，主編碼器1502執行STC編碼及信號處理操作，其類似於由圖7A之該OFDMA編碼/發射器模組700A所執行的操作(如同在圖15中所說明)，或類似於圖7B之OFDMA編碼/波束成形/發射器模組700B所執行的操作。然而，該傳輸輸出未被直接饋送到該等發射天線，因為該等基地台中之至少一基地台的發射天線是在一獨立設備上。更確切地說，主編碼器1502產生各自組天線驅動信號1504及1506以用於基地台402及404。一旦接收到該等天線驅動信號，基於該系統所支援的該等不同MIMO頻道，對應的下行鏈路信號係由基地台402及404所持有的經選擇之天線予以傳輸。到對應於該等MIMO頻道之主編碼器1502之控制輸入係由一用戶MIMO頻道指派暫存器1508予以提供。
若需要，藉由一或多個同步/延遲組塊1510執行信號同步。例如，在圖15之實施例中，繪示出兩個同步/延遲組塊1510A及1510B，每一同步/延遲組塊係用在一各自基地台。在其他實施例中，一些基地台不要求一延遲組塊，特別係如果採用一共同位置的主編碼器。一般地，一系統之同步/延遲組塊係被採用，以同步化該等天線信號或同步化天線信號之延遲(當採用延遲分集時)。
可以使用通信技術中之習知原則，以任何方法執行信號同步。例如，在一實施例中，在一合作MIMO系統中，分開之時序信號或序列係提供給該等基地台之每個基地台。該等時序信號或序列包含用於使對應天線驅動信號可以被同 步化的資訊。為了執行此類同步，每個同步/延遲組塊會將一適當延遲附加至其天線信號。使用習知技術，也可以採用同步回饋資訊。
依據架構1500之變化的實施例，於各自基地台執行相對應於FFT、P/S及附加CP組塊之天線信號處理操作。在此案例中，STC編碼序列被提供給該等基地台之每個基地台，並且在該等基地台執行進一步天線信號處理。依據此方法，時序信號或類似項可以被嵌入在包含該等編碼序列之資料串流內。
圖16中之合作MIMO架構1600繪示另一用以實施一合作MIMO系統之方法。依據此架構，多重頻道用戶之輸入資訊串流之複製例項係由一組塊1602予以產生且被提供給用以形成該擴增型MIMO天線陣列之該等基地台中的每個基地台。在此案例中，以類似於與圖7A之OFDMA編碼/發射器模組700A(如圖16中所描述)有關所描述的方式或與圖7B之OFDMA編碼/波束成形/發射器模組700B有關所描述的方式，在每個基地台執行該等STC編碼及信號處理操作。
在一實施例中，用戶MIMO頻道資訊被嵌入在每個基地台所接收該等輸入資料串流內。因此，有需要決定那些天線元件被用以支援每個MIMO頻道。此資訊係被儲存在一用戶MIMO頻道暫存器1604中，且被用以在該等基地台以一合作方式控制信號處理。
如前所述，有需要同步化該等天線信號。例如，假如用以執行該組塊1602之操作的該等組件係位在離該等基地台 不同距離的地方，則將會在不同時間接收該等輸入串流。依此回應，將在不同時間產生對應的天線信號。為了解決此情形，可以採用一或多個同步/延遲組塊1606(例如，如圖16B中之同步/延遲組塊1606A及1606B所示)。在一實施例中，使用許多為人習知方案中之一方案，將時序信號編碼在該等輸入資料串流內。由同步/延遲組塊1606A及1606B擷取該等時序信號(典型地包含時序訊框、時序位元及/或時序序列)。鑑於該時序資訊，對於提早接收的資料串流，同步/延遲組塊套用一可變延遲，使得在該等資料串流係準備好在該等STC組塊予以接收時，該等資料串流已經被重新同步化。
一般而言，可以使用已知硬體及/或軟體技術來執行本文所描述之處理組塊所執行的處理操作。例如，可以藉由處理邏輯來執行一既定組塊之處理，該處理邏輯包含硬體(電路、專用邏輯等等)、軟體(諸如在一般用途電腦系統或一專用機器上執行)或兩者組合。
雖然對於熟悉此項技術者，讀過上面描述之後無疑地會變得非常清楚本發明之許多變化及修正，但是應了解的是，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。因此，參考各項實施例之細節並非意圖要限制請求項之範圍，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。
1‧‧‧天線
2‧‧‧天線
3‧‧‧天線
4‧‧‧天線
5‧‧‧天線
6‧‧‧天線
7‧‧‧天線
8‧‧‧天線
100‧‧‧小區
102‧‧‧小區
104‧‧‧小區
A‧‧‧終端機
B‧‧‧終端機
C‧‧‧終端機
BS1‧‧‧基地台
BS2‧‧‧基地台
BS3‧‧‧基地台
Tx‧‧‧發射器天線
Rx‧‧‧接收器天線
400‧‧‧下行鏈路合作MIMO架構
402‧‧‧基地台
404‧‧‧基地台
406‧‧‧終端機
408‧‧‧代表編碼之方塊
410‧‧‧信號
412‧‧‧信號
Nt‧‧‧發射天線
Nr‧‧‧接收天線
414‧‧‧上行鏈路信號
416‧‧‧代表編碼之方塊
500‧‧‧多使用者合作MIMO架構
502‧‧‧基地台
504‧‧‧基地台
506‧‧‧終端機
514‧‧‧方塊
516‧‧‧信號
518‧‧‧信號
520‧‧‧波瓣
522‧‧‧波瓣
524‧‧‧波瓣
526‧‧‧零位化方向
528‧‧‧終端機
600‧‧‧多使用者合作MIMO架構
A‧‧‧資料
B‧‧‧資料
602‧‧‧基地台
604‧‧‧基地台
606‧‧‧終端機
628‧‧‧終端機
630‧‧‧方塊
632‧‧‧方塊
700A‧‧‧正交分頻多向近接編碼/發射器模組
704‧‧‧空間-時間編碼組塊
706‧‧‧快速傅立葉變換組塊
708‧‧‧並列轉序列轉換組塊
710‧‧‧附加循環首碼組塊
STC‧‧‧空間-時間編碼
FFT‧‧‧快速傅立葉變換
P/S‧‧‧並列轉序列轉換
ADD CP‧‧‧附加循環首碼
700B‧‧‧OFDMA編碼/波束成形/發射器模組
705‧‧‧波束成形組塊
712‧‧‧波束成形控制組塊
714‧‧‧波束成形回饋資料
800‧‧‧OFDMA接收器/解碼器模組
804‧‧‧STC解碼組塊
806‧‧‧FFT組塊
808‧‧‧序列轉並列轉換組塊
810‧‧‧移除CP組塊
900‧‧‧資訊來源
902‧‧‧空間-時間編碼器
904‧‧‧MIMO鏈路
906‧‧‧接收器
1200‧‧‧資訊來源
1202‧‧‧空間時間區塊編碼
1200A‧‧‧星狀圖映射器
1204B‧‧‧星狀圖映射器
1300‧‧‧資訊來源
1302‧‧‧編碼重複組塊
1304A‧‧‧STTC編碼器
1304B‧‧‧STTC編碼器
1306‧‧‧延遲組塊
1308‧‧‧最佳區塊編碼選擇邏輯
1310A‧‧‧星狀映射器
1310B‧‧‧星狀映射器
1312‧‧‧延遲組塊
1500‧‧‧合作MIMO架構
1502‧‧‧主編碼器
1504‧‧‧天線驅動信號
1506‧‧‧天線驅動信號
1508‧‧‧用戶MIMO頻道指派暫存器
1510A‧‧‧同步/延遲組塊
1510B‧‧‧同步/延遲組塊
1600‧‧‧合作MIMO架構
1602‧‧‧組塊
1604‧‧‧用戶MIMO頻道暫存器
1606A‧‧‧同步/延遲組塊
1606B‧‧‧同步/延遲組塊
可以從上文之詳細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是說明一多小區案例，其中多個基地台之天線元件被擴增以形成一較高維度的MIMO收發器陣列。
圖2顯示一用以模型化MIMO系統之容量的泛用頻道矩陣H。
圖3顯示一MIMO系統相對於發射天線數量之容量增加。
圖4a顯示一合作MIMO架構，依此架構，於一合作MIMO傳輸方案中採用兩個基地台之天線陣列，以將下行鏈路信號傳送到一終端機。
圖4b顯示圖4a之合作MIMO架構之態樣，其被用以傳送及處理由該擴增型天線陣列接收之上行鏈路信號。
圖5顯示圖4a之合作MIMO架構之延伸架構，其中波束成形係用以將一MIMO傳輸引導朝向一終端機，同時對於其他終端機執行空間零位化。
圖6顯示一合作MIMO架構，依此架構，兩個基地台執行多使用者MIMO，而兩個終端機同時使用聯合編碼及解碼。
圖7a顯示一MIMO OFDM編碼器/發射器之方塊圖。
圖7b顯示一具有波束成形之MIMO OFDM編碼器/發射器之方塊圖。
圖8顯示一MIMO OFDM接收器/解碼器之方塊圖。
圖9顯示一用以模型化一空間-時間編碼傳輸方案之方塊圖。
圖10顯示一示範PSK型空間-時間格狀編碼(STTC)編碼 器。
圖11顯示一示範QAM型STTC編碼器。
圖12顯示一用以模型化一空間-時間區塊編碼(STBC)傳輸方案之方塊圖。
圖13a顯示一模型化一STTC延遲分集方案之方塊圖。
圖13b顯示一模型化一STBC延遲分集方案之方塊圖。
圖14是一示範PSK型STTC延遲分集編碼器之方塊圖。
圖15是一說明一合作MIMO架構之概略圖，依此架構，在一主編碼器上執行STC編碼操作。
圖16是一說明一合作MIMO架構之概略圖，依此架構，STC在多個基地台處對於複製資料串流之各自例項執行編碼操作。
402‧‧‧基地台
404‧‧‧基地台
406‧‧‧終端機
410‧‧‧信號
412‧‧‧信號
1500‧‧‧合作MIMO架構
1502‧‧‧主編碼器
1504‧‧‧天線驅動信號
1506‧‧‧天線驅動信號
1508‧‧‧用戶MIMO頻道指派暫存器
1510A‧‧‧同步/延遲組塊
1510B‧‧‧同步/延遲組塊

Claims (47)

  1. 一種用於無線通信之方法，其包含：採用複數個基地台之天線元件，以支援一無線網路中之合作多重輸入多重輸出(MIMO)傳輸；在一第一設備處產生天線驅動信號；將該等天線驅動信號之各自部份傳送到該等基地台之每一者；及藉由被傳送至該等基地台之該等天線驅動信號的各自部分來驅動在該等基地台之經選擇的天線元件，以執行合作MIMO傳輸。
  2. 如請求項1之方法，其中該合作MIMO傳輸包含正交分頻多向近接(OFDMA)MIMO傳輸。
  3. 如請求項1之方法，尚包含使用空間-時間編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  4. 如請求項3之方法，其中該空間-時間編碼包含空間-時間格狀編碼。
  5. 如請求項3之方法，其中該空間-時間編碼包含空間-時間區塊編碼。
  6. 如請求項3之方法，尚包含使用具有延遲分集之空間-時間編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  7. 如請求項1之方法，尚包含使用空間-頻率編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  8. 如請求項1之方法，尚包含使用空間-時間-頻率編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  9. 如請求項1之方法，尚包含對該等合作MIMO傳輸執行空間多工。
  10. 如請求項1之方法，其中該等合作MIMO傳輸包含從該複數個基地台到終端機之下行鏈路傳輸，及從該等終端機到該複數個基地台之上行鏈路傳輸。
  11. 如請求項1之方法，尚包含對於經選擇的MIMO傳輸來執行空間波束成形。
  12. 如請求項11之方法，尚包含以結合該等經選擇的MIMO傳輸之空間-時間、空間-頻率及空間-時間-頻率編碼之一的方式來執行空間波束成形。
  13. 如請求項1之方法，尚包含將一合作MIMO傳輸同時傳輸到至少兩個終端機。
  14. 如請求項13之方法，尚包含對該等合作MIMO傳輸執行空間波束成形，使得MIMO傳輸係被引導到預期使用者，而空間零位化係影響到非預期使用者。
  15. 如請求項1之方法，尚包含對接收自多個終端機之上行鏈路MIMO傳輸聯合解碼。
  16. 如請求項1之方法，尚包含對在多個終端機所接收之下行鏈路MIMO傳輸聯合解碼。
  17. 如請求項1之方法，尚包含對接收自多個終端機之上行鏈路MIMO傳輸個別解碼。
  18. 如請求項1之方法，尚包含對被傳送到多個終端機之下行鏈路MIMO傳輸聯合編碼。
  19. 如請求項18之方法，尚包含： 在一終端機處對一聯合編碼下行鏈路MIMO傳輸解碼；及保持預期給該終端機的經由聯合編碼下行鏈路MIMO傳輸所傳送之資料部分，同時放棄非預期給該終端機的資料之其他部分。
  20. 如請求項18之方法，尚包含在該多個終端機之每一者處對該等聯合編碼下行鏈路傳輸個別地解碼。
  21. 如請求項1之方法，其中該第一設備係與該等基地台之一者一起放置。
  22. 如請求項1之方法，尚包含將被傳送到該等基地台之該等天線驅動信號之各自部分的傳輸同步化。
  23. 如請求項1之方法，尚包含執行合作MIMO傳輸以促進在無線網路小區或扇區之間的終端機交遞。
  24. 一種用於無線通信之方法，其包含：採用複數個基地台之天線元件，以支援一無線網路中之合作多重輸入多重輸出(MIMO)傳輸；對一要透過一對應合作MIMO頻道傳輸之資料串流執行MIMO編碼，該MIMO編碼產生各自編碼資料序列組，在各自基地台處對該等各自編碼資料序列組執行天線信號處理；將每個各自編碼資料序列組傳送給其對應的基地台；在該等基地台之每一者處，鑑於該基地台所接收的該編碼資料序列組執行天線信號處理操作，以產生天線信號；及 透過在該等基地台之每一者處之對應的天線元件傳送該等天線信號，以透過該合作MIMO頻道傳輸該資料串流。
  25. 如請求項24之方法，尚包含同步化在該等基地台處執行該等天線信號處理操作，使得該等產生天線信號係以同步的方式經由在不同基地台之該等經選擇的天線元件予以傳輸。
  26. 一種多小區式無線網路，其包含：複數個基地台，每個基地台相關聯於一各自小區且具有一各自天線陣列，其包含至少一天線元件；一合作多重輸入多重輸出(MIMO)傳輸機制，其採用該複數個基地台之經選擇的天線元件以形成一擴增型天線陣列，其經使用以支援經由該無線網路之合作MIMO傳輸；及一合作MIMO主編碼器，其用以：產生天線驅動信號；及將該等天線驅動信號的各自部份傳送到該等基地台之每一者；其中藉由被傳送至該等基地台之該等天線驅動信號的各自部分來驅動在該等基地台之經選擇的天線元件，以執行合作MIMO傳輸。
  27. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該等合作MIMO傳輸包含正交分頻多向近接(OFDMA)MIMO傳輸。
  28. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制使用空間-時間編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  29. 如請求項28之多小區式無線網路，其中該空間-時間編碼包含空間-時間格狀編碼。
  30. 如請求項28之多小區式無線網路，其中該空間-時間編碼包含空間-時間區塊編碼。
  31. 如請求項28之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制使用具有延遲分集之空間-時間編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  32. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制使用空間-頻率編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  33. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制使用空間-時間-頻率編碼來編碼該等合作MIMO傳輸。
  34. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制對該等合作MIMO傳輸執行空間多工。
  35. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該等合作MIMO傳輸包含從該複數個基地台到終端機之下行鏈路傳輸，及從該等終端機到該複數個基地台之上行鏈路傳輸。
  36. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制對於經選擇的MIMO傳輸來執行空間波束成形。
  37. 如請求項36之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制以結合該等經選擇的MIMO傳輸之空間-時間、空間-頻率及空間-時間-頻率編碼之一的方式來執行空間波束成形。
  38. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸 機制執行同時傳送一合作MIMO傳輸到至少兩終端機。
  39. 如請求項38之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制尚對該等合作MIMO傳輸執行空間波束成形，使得MIMO傳輸係被引導到預期使用者，而空間零位化係影響到非預期使用者。
  40. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制尚對接收自多個終端機之上行鏈路MIMO傳輸執行聯合解碼。
  41. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制尚對接收自多個終端機之上行鏈路MIMO傳輸執行個別解碼。
  42. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制尚對被傳送到多個終端機之下行鏈路MIMO傳輸執行聯合編碼。
  43. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO主編碼器係與該等基地台之一者一起放置。
  44. 如請求項26之多小區式無線網路，尚包含一同步化機制，以將被傳送到該等基地台之該等天線驅動信號之各自部分的傳輸同步化。
  45. 如請求項26之多小區式無線網路，其中該合作MIMO傳輸機制執行合作MIMO傳輸以促進在無線網路小區或扇區之間的終端機交遞。
  46. 一種多小區式無線網路，其包含：複數個基地台，每個基地台相關聯於一各自小區且具 有一各自天線陣列，其包含至少一天線元件；一合作多重輸入多重輸出(MIMO)傳輸機制，其採用該複數個基地台之經選擇的天線元件以形成一擴增型天線陣列，其經使用以支援經由該無線網路之合作MIMO傳輸；一主編碼器，其用以：對一要透過一對應合作MIMO頻道傳輸之資料串流執行MIMO編碼，該MIMO編碼產生各自編碼資料序列組，在各自基地台處對該等各自編碼資料序列組執行天線信號處理；將每個各自編碼資料序列組傳送給其對應的基地台；及在每個基地台處之一組天線信號處理組件，其用以對其所接收的該編碼資料序列組執行天線信號處理操作，以產生多個天線信號，其中透過在該基地台之每一者處之經選擇的天線元件傳輸該等天線信號，以在該合作MIMO頻道上形成一合作MIMO傳輸。
  47. 如請求項46之多小區式無線網路，尚包含一同步化機制，其用以將在該等基地台處之該等天線信號處理操作同步化，使得該已產生的天線信號係以同步方式經由在不同基地台處之該等經選擇的天線元件予以傳輸。
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