TWI483570B - 使用類比束控制來傳遞信號的方法、使用此方法的傳輸站與接收站及此方法使用之序文結構 - Google Patents

Description

使用類比束控制來傳遞信號的方法、使用此方法的傳輸站與接收站及此方法使用之序文結構

本發明是關於一種使用類比束形成傳遞信號之方法，一執行此方法之傳輸站及接收站及此方法使用之特定序文結構。

本發明是關於無線通訊，使用任意傳輸方案(例如OFDM)或類似者，及特別專注於毫米波無線通訊(例如，60GHz頻帶)。

對於一些應用，例如毫米波無線通訊，其基於60GHz頻帶，多於幾米之距離，高增益天線被需要以克服鏈路預算限度。

此高增益天線可被獲得有一包含複數個天線或天線元件之天線陣列，其中發射束可被電控制。此等天線之每一上的信號可借助於一放大器/衰減器及相位移位器或延遲線被修改。對於一動態束形成，放大器之增益及相位移位器之相位可被控制及調整。此可以複數(稱為權重)模型化，其模量(或絕對值)代表應用於一考慮天線專用之一放大器之增益，及其輻角代表應用於相位移位器之相移。束形成允許修改天線陣列之靈敏度型樣，使得其更具指向性，亦即，增加沿著一特定方向之靈敏度，其中例如在有干擾的情況下，信號被認為是(及/或減低)沿著一不同方向之靈敏度。

對於某一需要高天線增益的應用，可採用包含多個元件 之天線。然而，就基帶處理器之功率損耗及處理需求而言，具有高速類比數位轉換器用於每一個別天線信號的成本過高。因此，較佳地使用類比束形成，亦即，一接收站結構，其中在類比區域中天線信號被修改(相移及振幅乘積)，增加，及然後僅藉由一單一類比數位轉換器數位化。在一些應用中，接收站包含複數個類比數位轉換器，每一為複數個天線元件共有(可能幾個(M個)類比數位轉換器，其中M<N=天線元件數量)。類似地，在傳輸站，一單一數位信號(或幾個數位信號)被轉換成類比及在多個天線元件上分裂。每一元件上的類比信號可被個別修改，正如接收器中一樣。

然而，當接收站具有的A/D轉換器(M)比天線元件(N)少時，其僅可同時執行M個通道測量，然而，一全通道測量將需要N個測量。

本發明之一目的是提議一種用於使用一單一序文，從一傳輸站向一允許對準多個天線元件之接收站傳遞之方法。

本發明之另一目的是提議一種用於快速組態一類比束形成之方法。

為此，本發明提議一種用於從一第二站向一第一站傳遞一信號之方法，該第一站具有一包含複數個天線之天線陣列，該方法包含以下步驟：(a)在每一天線上接收一具有一組態欄位及一資料欄 位之各自類比信號，該組態欄位包含一重複複數次之訓練符號，(b)將至少二類比信號組合成一組合信號，其中在每一訓練符號重複期間，調整複數個天線之至少一天線參數及測量組合信號，及- 計算一組將應用於天線陣列上的類比束形成用於接收資料欄位的天線權重。

因此，借助於一單一序文，接收站(在此即第一站)，當接收不同訓練符號時，可藉由轉換其束形成權重執行更多通道測量，及因此決定最佳束形成權重。取決於訓練符號之數量，其甚至可測量所有天線之信號，及計算束形成權重之最佳組，及使用其等用於接收後續資料報。

本發明亦關於一接收站，包含一包含複數個天線之天線陣列，用於接收每一天線上的具有一組態欄位及一資料欄位之各自類比信號，該組態欄位包含一重複複數次之訓練符號，用於將至少二類比信號組合成一組合信號之組合構件，在每一訓練符號重複期間，用於調整複數個天線之至少一天線參數之調整構件，用至少一參數之每一設定獲得的組合信號之測量構件，及用於針對天線陣列上用於接收資料欄位的類比束形成，計算一組將應用於調整構件之天線權重之計算構件。

根據本發明之另一態樣，提議一用於與一根據本發明之先前態樣之接收站通訊之傳輸站，包含用於傳輸一具有一 組態欄位及一資料欄位之類比信號之傳輸構件，該組態欄位包含重複複數次的相同訓練符號之一序列，使得接收站可使用用於推導一類比束形成的各自天線設定執行複數個測量。

根據本發明之又一態樣，提議一種序文結構，該序文結構具有重複複數次之相同訓練符號之一序列，如此配置使得本發明所主張之接收站可使用用於推導一類比束形成的各自天線設定執行複數個測量。

本發明之此等及其它態樣將明白無誤及將參閱此後所說明之實施例來解說。

本發明是關於一用於在圖1所示之系統中傳遞之方法，該系統具有至少一第一站100，能接收信號，及至少一第二站200，能傳輸信號。大體而言，及如圖1所示，系統之每一站既能接收又能傳輸信號。

根據本發明之第一站100包含N天線101至10N，每一分別被連接至調整構件111至11N。此等調整構件可包含放大器或衰減器用於調整所接收的信號之增益，及相位移位器或延遲閘用於調整其等各自信號之相位。在此實例中，其等調整構件111至11N是類比的，及藉由一處理單元140動態控制。調整構件為一組合構件120(如圖1所示一加法器)供應一信號。加法器120輸出一組合類比信號，然後其藉由一類比數位轉換器(ADC)130數位化成一數位信號。處理單元140接收數位信號用於執行測量及用於處理數位信 號。在本發明之一變體中，站100可包含複數個類比數位轉換器130，每一為天線陣列之一天線子組所共有。

如圖所示，第一站100亦能使用相同天線陣列傳輸信號。轉換構件150允許從一接收模式轉換為一傳輸模式。在傳輸模式中，站100之傳輸鏈藉由轉換構件150連接至天線陣列。當與先前所說明之接收鏈相比時，傳輸鏈具有一對稱結構。在傳輸模式中，每一天線101至10N被分別連接至調整構件211至21P。此等調整構件211至21P可為類比的及可類似於接收鏈之調整構件。處理單元140可動態控制天線。此處理單元可首先產生一將被傳送至第二站之數位信號。此數位信號可藉由一數位類比轉換器230轉換成一類比信號，然後該信號藉由一解多工構件220複製，並供應給每一調整構件211至21P及傳輸天線T1至TP。

第二站200具有一類似結構，此後將不再進一步詳細說明。

如圖1所示，所有站可包含例如藉由使用相同天線陣列既用於傳輸又用於接收信號之構件，其可從接收時的一接收鏈轉換至傳輸時的一傳輸鏈。

當彼此通訊時，站100及200使用一具有圖3所說明之序文之信號。此序文包含複數個訓練符號，註記為L。一L符號例如在一單一天線系統中，是一接收器可用以評估通道的預定波形。實際上，一接收站如站100可使用調整構件調整一些天線參數，及使用此等參數測量信號。因此，其可嘗試幾種不同天線設定，及從結果計算束形成權重。一 S符號是另一藉由傳輸器傳輸的訓練符號，接收器可用S符號執行同步(定義類似於802.11中的長序文及短序文)。

在一根據本發明之束形成系統中，傳輸站傳輸具有圖3之結構之封包，其中L符號之總數：藉由標準固定為一適當數量，例如1、2、4或137。在此情況下，指示欄位可為空缺，或為可變的，在此情況下其等數量被信號通知在指示欄位。指示欄位可使用與信號欄位相同之調變(低資料速率)來傳輸，因此其具有可正確解碼之最高可能性。為考慮到多個訓練符號，可提供至少一全八位元組(取值0、...、255)使得讓此數量指示遵循指示欄位之L符號之數量有意義。如果提供剛好在同步符號之後的第一L符號使得接收站可測試其目前束形成權重，L符號之總數可多一個。指示欄位中剩餘八位元組可用於其他目的，例如，對接收器指示傳輸器想要稍後當其等作為傳輸器及接收器之角色被顛倒時從接收器接收之L符號數量。

此處使用一固定編碼及調變方法傳輸符號(信號欄位)。在此，傳輸站編碼其在資料符號(在信號欄位後)中使用之編碼及調變方法。

由於L符號之數量，接收站可藉由在接收不同L符號時轉換其束形成權重來執行通道測量，因此決定最佳束形成權重。此在下文詳細說明。

對於二站，如站100及站200，其等皆使用與接收相同之天線傳輸，如圖1所示，通道互易性暗示是對於從站200接 收之站100為最優的權重對於傳輸至站200的站100亦是最優的。如果站使用不同天線傳輸及接收，則通道由於傳輸及接收鏈中的差異而為非互易性。但是，由於此等差異可被測量及藉由已知方法校準，通道互易性可藉由此校準之使用而確保。

根據本發明之方法之一第一實施例，及假設站之互易性，當一站例如站200開始與站100通訊，其可首先使用一全定向傳輸型樣傳輸一第一信號。而且，如果最初站100及200不知道其等最優束形成權重也不知道彼此之天線元件之數量，傳輸站100將以一低資料速率及使用傳輸束形成權重V ⁽¹⁾ (其對應一完全全定向發射型樣，亦即，在圖2之步驟S100，沒有任何傳輸方向為較佳)傳送其第一封包。如圖3所示，在一信號之指示欄位320，站200指示其等天線元件之數量P，及其正在傳輸的訓練符號(在圖3註記為L符號)有多少。由於站200不知道接收站100所擁有天線元件之數量N，因此站200必須任意選擇L符號之數量。在第一步驟S100中，站200可選擇K=1。

在步驟S101中，站100接收此具有一束形成權重W ⁽¹⁾ 之第一組之封包。由於其僅接收 K =1訓練符號，站100還不能做任意最優化。在步驟S102中，站100以一使用束形成權重W ⁽¹⁾ 傳輸及包含P個L符號之封包回應，其亦可在指示欄位中指示其具有N個天線元件。站100可選擇傳輸較少的L符號，及其亦可選擇稍微較高資料速率用於此封包之資料符號，因為在步驟S103之接收期間，站200將能進行接收器 束形成。設 V ⁽²⁾ 指示所得的束形成權重。

然後在步驟S104中，站200以例如N個L符號及使用束形成權重 V ⁽²⁾ 傳輸其第二封包。資料符號可以一較高速率傳輸，因為站100現在正在進行傳輸束形成，及在站200的第二封包之接收期間，站200應能進行接收束形成。事實上，站100知道後面將有N個L符號。然後，對於每一L符號，站100可調整其調整構件至一各自設定及測量所接收信號，例如藉由測量信號品質(CQI測量、信噪比測量等等)。藉由這麼做，然後站100可計算束形成權重。站100的束形成之結果是 W ⁽²⁾ 。然後，站100再次回應所傳輸的具有束形成權重 W ⁽²⁾ 之封包，等等...

所執行的計算之實例如下。如果在第n天線元件上的基帶信號藉由X(n) 表示及對應天線元件的複數(束形成權重)是W(n) ，那麼所接收信號是： 其中N是接收站(例如站100)之天線元件之數量。

如果序文包含K 個L符號，接收器測量用於K 個不同天線設定的所接收信號(在A-D轉換器之後)。如果對應第k 天線設定及第n 元件的束形成權重被註記為W _k (n) 及在一L符號之接收期間，第n 天線元件上的基帶信號是X(n) ，那麼在第k 個L符號期間所接收的信號是

直接在R₁ ,...,R_K 之接收之後，接收器計算，在封包中資料符號之接收期間，其將用於 束形成權重

可建議傳輸站多傳輸一個L符號，使得接收站亦可使用所計算的束形成權重 W 進行通道測量。(當K =1時，不需要此額外符號)。此等權重提供最優化束形成權重在 W ₁ ,...,W _K 之空間範圍(亦即，提供最高信雜比的束形成)。如果K =N 及 W ₁ ,...,W _N 是線性獨立，所得束形成權重是最優的。接收器可自由選擇 W ₁ ,...,W _K 。

如果通道是穩定的，束形成權重 V ⁽ⁱ⁾ 及 W ⁽ⁱ⁾ 迅速收斂成極限值。然後站可選擇請求與其等天線元件之數量相比較少的L符號(例如，僅1)，因為沒有必要進一步最優化。如果通道條件改變，其等可再次請求更多L符號。在每一反覆時，站可自由選擇其在K 通道測量期間使用的基本向量。可建議使第一基本向量等於先前步驟所計算的最優向量。

在本發明之一變體中，一第一站指示將在一下一傳輸信號中由另一站使用的位元速率。可獨立於所計算的天線權重之組選擇該位元速率。例如，如果所計算的天線權重不夠好，因為L符號之數量太低而不能測試所有可能設定，則第一站將指示一中間資料速率而不是一高資料速率。

在本發明之另一變體中，傳輸站(例如站200)可傳輸的L符號比接收站100之天線之數量多。例如，其可傳輸Q 個L符號，其中Q =NxP 。此可用以測試傳輸既接收天線設定。站200可用不同天線設定傳輸L符號，不同天線設定隨一預定週期(例如T，等於N個L符號之持續時間)而變化。站100用不同天線設定(例如每個L符號均變化)接收L符號。

可執行設定改變使得每一站較不頻繁地改變。例如，如果站100及200皆具有相同天線之數量，其等可每隔二L符號(但為異相，例如相對彼此為正交)改變其等各自設定。

然後，接收站100可計算傳輸天線權重及接收天線權重及向站200傳輸至少傳輸天線權重，使得後者可在下一傳輸使用這些傳輸天線權重。

無論使用何傳輸方案(例如，OFDM、單一載波、單一載波方塊傳輸或一些其他方法)，均可使用序文之結構。

此方法允許確保束形成權重之計算而不需要向其他站之回饋傳輸。而且，在一單一序文中，站可獲得最優束形成權重，及可在每一資料傳輸調整此等權重。

本發明說明書及申請專利範圍中，一元件前的用字"一"不排除複數個此等元件之存在。而且，用字"包含"不排除除了所列元件或步驟的其他元件或步驟之存在。申請專利範圍中包含括弧內的參考符號用以輔助理解及不用以限制。

通過讀取本發明揭示，熟悉此項技術者將明白其他修改。此等修改可關於無線電通訊中已知之其他特性及可用以代替或補充本文已經說明之特性。

100‧‧‧第一站

101‧‧‧天線

102‧‧‧天線

10N‧‧‧天線

11N‧‧‧調整構件

21N‧‧‧調整構件

111‧‧‧調整構件

112‧‧‧調整構件

120‧‧‧組合構件

130‧‧‧類比數位轉換器(ADC)

140‧‧‧處理單元

150‧‧‧轉換構件

211‧‧‧調整構件

212‧‧‧調整構件

本發明將參考附圖藉由舉例來詳細說明，其中：圖1是根據本發明之一第一實施例，一概略代表一包含二站之系統之方塊圖；圖2是根據本發明之一實施例圖解一方法之流程圖；及 圖3是根據本發明之一實施例，一代表一包含一序文結構之信號之時序圖。

Claims (12)

1. 一種用於從一第二站向一第一站傳遞(communicating)一信號之方法，該第一站具有一包含複數個天線之天線陣列，該方法包含以下步驟：(a)在每一天線上接收一具有一組態欄位及一資料欄位之各自類比信號，該組態欄位包含一重複複數次之訓練符號，(b)將至少二類比信號組合成一組合信號，其中在每一訓練符號重複期間，調整該複數個天線之至少一天線參數及測量該組合信號，及計算在該天線陣列上用於接收該資料欄位之將應用於一類比束形成(analog beam forming)的一組天線權重(weights)，其中該組合信號在被測量之前被數位化。
2. 如請求項1之方法，其中該等天線參數包含每一天線信號之相位及振幅。
3. 如請求項1或2之方法，其中該組態欄位包含該訓練符號之重複之數量之一指示。
4. 如請求項1或2之方法，其中該訓練符號之重複之數量被預定。
5. 如請求項1或2之方法，進一步包含在步驟(a)以前用信號通知從該第一站至該第二站該天線陣列之天線之數量之步驟。
6. 如請求項5之方法，其中該訓練符號之重複之數量基於該第一站之天線之數量被預定。
7. 如請求項1或2之方法，其中該第二站包含一具有複數個傳輸天線之傳輸天線陣列，及該方法進一步包含在每一訓練符號重複期間，在該傳輸站調整該複數個傳輸天線之該第二站之至少一天線參數，在該第一站計算一組傳輸天線權重及一組接收天線權重，在該第一站，發送該組傳輸天線權重用於在下一傳輸期間使用。
8. 如請求項1或2之方法，其中該第二站包含一具有複數個傳輸天線之傳輸天線陣列，該方法包含在該第二站使用一全定向發射型樣初始與該接收站之通訊。
9. 如請求項1或2之方法，其中該第一站指示藉由該第二站在下一傳輸信號中使用的一位元速率，該位元速率取決於該組合信號之信號品質而被選擇。
10. 一種用於通訊之接收站，包含：一包含複數個天線之天線陣列，用於在每一天線上接收一具有一組態欄位及一資料欄位之各自類比信號，該組態欄位包含一重複複數次之訓練符號；組合構件，用於將至少二類比信號組合成一組合信號；調整構件，在每一訓練符號重複期間，用於調整該複數個天線之至少一天線參數；測量構件，用於測量以該至少一天線參數之每一設定獲得之組合信號；及 計算構件，用於計算在該天線陣列上用於接收該資料欄位之將應用於一類比束形成之一組天線權重(antenna weights)，其中該組天線權重應用於該調整構件；該接收站進一步包括一數位化構件，用於在測量該組合信號之前將其數位化。
11. 一種用於與如請求項10之接收站通訊之傳輸站，包含用於傳輸一具有一組態欄位及一資料欄位之類比信號之傳輸構件，該組態欄位包含一重複複數次之相同訓練符號之序列，使得該接收站可使用用於推導一類比束形成的各自天線設定之複數個測量。
12. 一種具有一重複複數次之相同訓練符號之序列之序文結構產品，其經配置使得如請求項10之接收站可使用用於推導一類比束形成的各自天線設定之複數個測量。