TWI487311B - 改善具有複數個天線的網路元件之傳輸增益的方法 - Google Patents

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Description

改善具有複數個天線的網路元件之傳輸增益的方法
本發明係關於一種改善具有複數個天線的網路元件之傳輸增益的方法。
在無線通訊系統中，基地台傳統上配備有小量的天線。完全不同的方法涉及具有空前數量的天線(M)之基地台藉由多使用者波束成形而同時服務數量少很多的行動終端(K，其中，M>>K)。在同時服務之下，以天線對終端的大比率操作會導致頻譜效率及能量效率大幅增加。因為服務天線的數量增加而降低功率，所以最簡單的訊號處理(順向鏈結上的共軛波束成形及反向鏈結上的匹配濾波)漸近地達成接近最佳的效能。
藉由使用大量的天線，大型天線陣列(LSAS)基地台應該能將每個天線的發送功率降低至幾瓦(Watt)或甚至更低。因此，LSAS基地台天線不再需要非常高的功耗之功率放大器，或伴隨昂貴的冷卻配備。然而，小區(cellular)網路還有廣播操作。例如，時序同步(也被稱為小區搜尋)及呼叫典型上需要廣播操作。
因為在未知的終端變成作用(active)之前，此基地台不知道那些終端的通道，所以此基地台不能利用閉迴路 波束成形來改善閉迴路波束成形的增益，所以此天線陣列使用對於這些終端的通道之瞭解，以將功率選擇性地集中於順向鏈結，且將功率選擇性地聚集於反向鏈結。為了處理此問題，一個或多個實施例使用技術：開迴路波束成形(例如，降低波束寬度)、降低通道寬度、及增加序列長度(例如，增加用於小區搜尋的同步序列長度或增加用於呼叫的重複編碼之冗餘)的組合。
因此，至少一個實施例有關於一種改善具有複數個天線的網路元件之傳輸增益的方法。
在一個實施例中，此方法包括降低傳輸的波束寬度，以增加開迴路波束成形增益；降低此傳輸的通道頻寬，以增加通道頻寬增益；以及增加此傳輸的序列長度，以增加序列長度增益。在此實施例中，增益改善係根據此開迴路波束成形增益、此通道頻寬增益與此序列長度增益的乘積。
在一個實施例中，此降低波束寬度將此波束寬度降低至此網路元件的最小波束寬度。
在另一個實施例中，此降低波束寬度將此波束寬度降低成低於與此網路元件相關聯的角度擴展。
在另外實施例中，此降低波束寬度藉由固定量來降低此波束寬度。
在一個實施例中，此降低通道頻寬將此通道頻寬降低至一個子載波。
在另一個實施例中，此降低通道頻寬藉由一個子載波 來降低此通道頻寬。
在另外實施例中，此降低通道頻寬藉由固定量來降低此通道頻寬。
在一個實施例中，此增加使用於小區搜尋的同步序列之長度增加。
在另一個實施例中，此增加使用於呼叫的重複編碼之冗餘增加。
在一個實施例中，實施此增加及此降低通道頻寬，使得此通道頻寬增益乘以此序列長度增益為小於，其中，N為廣播通道上之每秒所傳送的訊息之最大數量，而τ為各個訊息的持續時間。
在一個實施例中，此方法另包括使用此降低的波束寬度來波束成形。在一個實施例中，此方法可另包括使波束旋轉；以及使用此降低的波束寬度來波束成形。例如，此旋轉藉由此降低的波束寬度之一半而使此等波束旋轉。
在另一個實施例中，此方法包括決定想要的增益改善；以及實施此降低波束寬度、此降低通道頻寬及此增加步驟，以獲得此想要的增益改善。例如，在一個實施例中，此降低波束寬度藉由第一固定量來降低此波束寬度；此降低通道頻寬藉由第二固定量來降低此通道頻寬；此增加藉由第三固定量而使用於小區搜尋的同步長度或用於呼叫的重複編碼之冗餘增加；以及重複此降低波束寬度、此降低通道頻寬及此增加步驟，直到獲得此想要的增益改善。
各種範例實施例現在將參考顯示某些範例實施例的附圖而更充分地予以說明。
雖然範例實施例能夠各種修改及替代的形式，但是在圖式中，這些實施例被顯示作為範例，且將在此予以詳細說明。然而，應該瞭解的是，沒有意圖將範例實施例限制於所揭示的特定形式。反之，範例實施例用以涵蓋落入此揭示的範圍內之所有的修改、等效、及替代。在遍及這些圖式的說明中，相似的標號係指相似的元件。
雖然第一、第二等的術語在此可被使用來說明各種元件，但是這些元件不應該被這些術語限制。這些術語僅被使用來區別一個元件與另一個元件。例如，第一元件可被稱為第二元件，且同樣地，在不脫離此揭示的範圍之下，第二元件可被稱為第一元件。如在此所使用的，術語「及/或」包括關聯列出的術語之一個或多個的任何及所有組合。
當元件被稱為被「連接」或「耦接」至另一個元件時，其可被直接連接或耦接至其他元件，或可存在介於中間的元件。相較之下，當元件被稱為被「直接連接」或「直接耦接」至另一個元件時，沒有存在介於中間的元件。被使用來描述元件之間的關聯之其他字詞應該以類似的形式(例如，「在...之間」對「直接在...之間」、「相鄰」對「直接相鄰」等)來予以解讀。
在此所使用的術語僅為了說明特定實施例的目的，而非意謂限制。如在此所使用的，除非本文另有清楚地表示，否則單數形式「一(a)」、「一(an)」、及「此(the)」被意謂也包括複數形式。將進一步瞭解的是，當術語「包含(comprises)」、「包含(comprising)」、「包括(includes)」、及/或「包括(including)」在此被使用時，這些術語指定陳述的特性、整體、步驟、操作、元件、及/或組件之出現，但是不排除一個或多個其他的特性、整體、步驟、操作、元件、組件、及/或其群組之出現或增加。
還應該注意的是，在某些替代的實施中，所提及的功能/動作會脫離圖式中所提及的順序而發生。例如，連續顯示的兩個圖式事實上可實質同時地予以執行，或有時可依據涉及的功能/動作而以反向順序予以執行。
除非另有定義，否則在此所使用的所有術語(包括技術及科學術語)具有與一般熟習屬於範例實施例的技術者所通常瞭解之意義相同的意義。將進一步瞭解的是，術語(例如，通常使用的字典中所定義之那些術語)應該被解讀為具有與其在相關技術的本文中之意義一致的意義，且除非在此明確地如此定義，否則將不會以理想化或過於正式的意義予以解讀。
範例實施例及對應的詳細說明之部分係以藉由控制器所實施的演算法來來予以呈現。演算法(如在此所使用的術語，及如一般使用的術語)被認為是導致想要的結果之 步驟的自我一致序列。步驟為需要物理量的物理操控之那些步驟。經常，雖然不必要，但是這些量採用能夠被儲存、轉移、結合、比較、及以其他方式操控之光學、電氣、或磁性訊號的形式。將這些訊號稱為位元、值、元件、符號、字元、項目、標號、或類似有時已證明方便的(主要為由於共同使用的原因)。
特定細節係在下面的說明中予以提供，以提供範例實施例的徹底瞭解。然而，一般熟習此項技術者將瞭解的是，範例實施例可在沒有這些特定細節之下予以實施。例如，系統可以方塊圖予以顯示，以便不以不必要的細節而混淆範例實施例。在其他的情況中，熟知的程序、結構及技術會在沒有不必要的細節之下予以顯示，以便避免混淆範例實施例。
在下面的說明中，例示的實施例將參考可被實施為程式模組或功能程序(包括實施特定的工作或實施特定的抽象資料型式之常式、程式、物件、組件、資料結構等)，且可使用現有的網路元件、現有的終端使用者裝置、及/或後處理工具(例如，行動裝置、膝上型電腦、桌上型電腦等)處的現有硬體來予以實施之操作(例如，以流程圖(flow chart)、流程圖(flow diagram)、資料流程圖、結構圖、方塊圖等的形式)的動作及符號表示來予以說明。此種現有的硬體可包括一個或多個中央處理單元(CPUs)、數位訊號處理器(DSPs)、特定應用積體電路、場域可程式閘陣列(FPGAs)電腦或類似。
除非另有特別陳述，否則如自此說明而顯然可知的，諸如「處理」或「計算(computing)」或「計算(calculating)」或「決定」或「顯示」或類似的術語有關於將如在電腦系統的暫存器及記憶體內之物理，電氣量所表示的資料操控及轉換成如電腦系統記憶體或暫存器或諸如資訊儲存器、傳輸、或顯示裝置的其他裝置內之物理量所類似表示的其他資料之電腦系統，或類似的電子計算裝置之動作及程序。
雖然流程圖可將這些操作描述為循序的程序，但是這些操作的許多操作可並行、同時或同步地予以實施。此外，可重新安排這些操作的順序。當完成這些操作時，程序可予以終止，但還可具有圖式中未包括的額外步驟。程序可符合方法、功能、程序、子常式、子程式等。當程序符合功能時，此程序的終止可符合呼叫功能或主功能之功能的返回。
還要注意的是，範例實施例之軟體實施的觀點典型上在某些形式的有形(或記錄)儲存媒體上予以編碼，或透過某些型式的傳輸媒體予以實施。如在此所揭示的，術語「儲存媒體」可表示用以儲存資料的一個或多個裝置，包括唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、磁性RAM、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體裝置、及/或用以儲存資訊之其他有形的機器可讀取媒體。術語「電腦可讀取媒體」可包括，但不受限於可攜式或固定儲存裝置、光學儲存裝置、及能夠儲存、包含或攜帶指令及 /或資料的各種其他媒體。
再者，範例實施例可藉由硬體、軟體、韌體、中介軟體、微碼、硬體描述語言、或其的任何組合來予以實施。當以軟體、韌體、中介軟體、或微碼來予以實施時，實施必要工作的程式碼或碼區段可被儲存在諸如電腦可讀取儲存媒體的機器或電腦可讀取媒體中。當以軟體來予以實施時，一個或多個處理器將實施必要工作。
碼區段可表示程序、功能、子程式、程式、常式、子常式、模組、軟體封裝、類別、或指令的任何組合、資料結構或程式陳述。碼區段可藉由傳送及/或接收資訊、資料、引數(argument)、參數或記憶體內容而被耦接至另一個碼區段或硬體電路。資訊、引數、參數、資料等可經由任何適當的機制(包括記憶體共享、訊息傳送、符記傳送、網路傳輸等)來予以傳送、傳遞、或發送。
如在此所使用的，術語「終端」會與行動使用者、行動站、行動終端、使用者、用戶、無線終端、使用者配備、及/或遠端站台同義，且會描述無線通訊網路中的無線資源之遠端使用者。因此，終端可為無線電話、無線配備的膝上型電腦、無線配備的設備等。
術語「基地台」可被瞭解為一個或多個小區站點(cell site)、基地台、基地台節點(nodeBs)、加強式基地台節點、存取點、及/或射頻通訊的任何終站。雖然目前的網路架構會考慮行動/使用者裝置與存取點/小區站點之間的差別，但是此後所述的範例實施例一般可應用至 此差別不是如此明顯的架構，諸如，例如隨意(ad hoc)及/或網狀網路架構。自基地台至終端的通訊典型上被稱為下鏈或順向鏈結通訊。自終端至基地台的通訊典型上被稱為上鏈或反向鏈結通訊。
架構
圖1繪示依據實施例之無線通訊系統的部分。如所顯示，基地台10具有M個天線的大型天線陣列20。例如，M可為100個天線，但是不受限於此數量。基地台10還包括處理器12(例如，數位訊號處理器)，及記憶單元14。記憶單元14可為任何熟知的儲存媒體或其組合。處理器12控制基地台10的操作及功能，且將資料等儲存於記憶單元14中。基地台10的操作將於下面更詳細地予以說明。圖1還繪示基地台10的覆蓋區域中之終端30。如將被瞭解的，多個終端可在基地台10的覆蓋區域中。藉由使用大量的天線，大型天線陣列(LSAS)基地台應該能將每個天線的發送功率降低至幾瓦或甚至更低。因此，LSAS基地台天線不再需要非常高的功耗之功率放大器，或伴隨昂貴的冷卻配備。然而，小區網路還有廣播操作。例如，時序同步(也被稱為小區搜尋)及呼叫典型上需要廣播操作。
因為在未知的終端變成作用之前，此基地台不知道那些終端的通道，所以此基地台不能利用閉迴路波束成形來改善增益。為了處理此問題，一個或多個實施例使用技 術：開迴路波束成形、降低通道寬度、及增加序列長度(例如，增加用於小區搜尋的同步序列長度或增加用於呼叫的重複編碼之冗餘)的組合。
操作
圖2繪示依據實施例之改善傳輸增益的方法。如所顯示，在步驟S210中，系統設計者可決定想要的增益改善。對於此步驟而言，如由圖2中的虛線框所表示，決定想要的增益改善可為選用的。在步驟S210中，假定各個基地台天線的最大傳輸功率為P1。假定傳統的基地台以最大傳輸功率P0發送。與傳統的基地台相較，讓gtt 為此LSAS基地台之總想要的增益改善。在此，。例如，若傳統的基地台有20瓦的傳輸功率且LSAS基地台天線僅需要2瓦的功率，則gtt =10。
接著，在步驟S220中，此系統設計者將基地台10組構成降低波束寬度，以透過單天線的開迴路波束形成增益而改善開迴路波束形成增益g0 。然而，此波束形成增益被佈署環境的角度擴展Θangs 限制。角度擴展Θangs 可依據任何熟知的技術來予以決定。我們將有效波束寬度Θeff 定義成實際波束寬度Θbeam 加上角度擴展Θangs 。因此，波束形成增益g0 可被表示為
例如，若角度擴展為60°且波束寬度被設定成30°。則 g0 =360/(30+60)=4。在一個實施例中，實際波束寬度被降低成低於角度擴展。在另一個實施例中(諸如，在此範例中)，實際波束寬度被設定成角度擴展的一半。再者，實際波束寬度被保持在此系統的最小設計限制之上。在操作時，此基地台將波束形成至m=360/Θbeam 方向。
接著，在步驟S230中，降低此通道頻寬，以增加通道頻寬增益gb 。如將被瞭解的，有有限數量的調變方案。對於各個調變方案而言，在接收到的SNR(訊噪比)上，有臨限值，在其之下，不可能解碼。具有固定的總功率，較小的頻寬意謂接收到的訊號比SNR較大。在建立通道頻寬資源的使用中(例如在以正交分頻多工(OFDM)為基礎的系統中)，基地台10分配一個或多個子載波。因此，在一個實施例中，最小頻寬為一個子載波，且在步驟S230中，此系統設計者可將此通道頻寬降低至一個子載波。
接著，在步驟S240中，增加序列長度，以增加序列長度增益gs 。例如，在步驟S240中，可增加用於小區搜尋的同步序列長度，及/或可增加用於呼叫的重複編碼之冗餘。假設初始或習知的同步序列長度L0，而新的較長序列長度L1，則gs =L1/L0。此增益gs 可被應用至用於小區搜尋的同步通道，及呼叫通道(每個用戶資訊在此呼叫通道上被傳送)。對於此呼叫通道的應用而言，可使用重複編碼。
若此系統將容量強加於廣播通道上，其中，N為廣播 通道上之每秒所傳送的訊息(平均長度)之最大數量，而τ為傳統基地台之各個訊息的持續時間，則gs 及gb 上的限制於下面以表示式(2)予以顯示：
接著，在步驟S250中，在操作的持續期間，基地台10波束成形至m=360/Θbeam 。
如進一步的選用，為了改善波束的邊界之間的增益，基地台10藉由將波束旋轉如步驟S260中所表示的Θbeam /2，而再次波束成形。例如，假定小區為如圖3中所顯示的120度部分。假定Θbeam =60度。基地台10首先以具有Θbeam 的波束寬度之三個方向播送。為了改善波束的邊界之間的波束成形增益，如圖4中所顯示，基地台10於是將波束旋轉30度，且波束成形至兩個方向(各個波束寬度為60度)。取代產生最大角度擴展之波束的是，可使波束適合各個方向的角度擴展。
如圖4的實施例之替代的一個範例，步驟S220、S230及S240的各者可根據固定增加量而操作，且重複這些步驟，直到達到想要的增益改善。例如，步驟S220可藉由10度來降低傳統或初始的波束寬度，步驟S230可藉由一個子載波來降低傳統或初始的頻寬，而步驟S240可藉由初始序列長度的50%(或100%)而使傳統或初始的序列加長。然後，總增益改善TGI=g0 ×gb ×gs 與想要的增益gtt 做比較。若TGI為小於gtt ，則重複步驟S220、S230及S240。若否，則處理進行至步驟S250。此外，在步驟 S220、S230及S240的各者之後，可實施TGI與gtt 的比較，其中，若TGI為小於gtt ，則處理進行至步驟S220、S230及S240的下個步驟，而若TGI為不小於gtt ，則處理進行至步驟S250。
更進一步而言，如以上所述，決定想要的增益改善為選用的，且在沒有目標增益改善之下，可執行此方法，以達成增益改善。此外，目標或想要的增益改善可被設定為設計參數，或根據實證研究。
範例實施例以此方式予以說明，將顯然可知的是，範例實施例可以許多方式予以變化。此類變化不被視為脫離範例實施例的精神及範圍，且如熟習此項技術者將顯然可知的是，所有此類的修改意謂被包括在申請專利範圍的範圍內。
10‧‧‧基地台(BS)
12‧‧‧處理器
14‧‧‧記憶單元
20‧‧‧大型天線陣列
30‧‧‧終端
本發明將自下面在此所給予的詳細說明，及附圖中變成更充分地瞭解，在附圖中，相似的元件係藉由相似的參考標號予以表示，其僅被給予作為例示，因此，並非本發明的限制，且其中：圖1繪示依據實施例之無線通訊系統的部分。
圖2繪示依據實施例之改善傳輸增益的方法。
圖3繪示波束成形期間的小區部分之範例。
圖4繪示旋轉之後的波束成形之範例。
10‧‧‧基地台(BS)
12‧‧‧處理器
14‧‧‧記憶單元
20‧‧‧大型天線陣列
30‧‧‧終端

Claims (15)

  1. 一種改善具有複數個天線(20)的網路元件(10)之傳輸增益的方法，包含：降低(S220)傳輸的波束寬度，以增加開迴路波束成形增益；降低(S230)該傳輸的通道頻寬，以增加通道頻寬增益；以及增加(S240)該傳輸的序列長度，以增加序列長度增益；其中，增益改善係根據該開迴路波束成形增益、該通道頻寬增益與該序列長度增益的乘積。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該降低波束寬度將該波束寬度降低至該網路元件的最小波束寬度。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該降低波束寬度將該波束寬度降低成低於與該網路元件相關聯的角度擴展。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該降低波束寬度藉由固定量來降低該波束寬度。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該降低通道頻寬將該通道頻寬降低至一個子載波。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該降低通道頻寬藉由一個子載波來降低該通道頻寬。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該降低通道頻寬藉由固定量來降低該通道頻寬。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該增加使用於小區搜尋的同步序列之長度增加。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該增加使用於呼叫的重複編碼之冗餘增加。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，執行該增加及該降低通道頻寬，使得該通道頻寬增益乘以該序列長度增益為小於，其中，N為廣播通道上之每秒所傳送的訊息之最大數量，而τ為各個訊息的持續時間。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：使用該降低的波束寬度來波束成形(S250)。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：使波束旋轉(S260)；以及使用該降低的波束寬度來波束成形(S260)。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該旋轉藉由該降低的波束寬度之一半而使該等波束旋轉。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：決定(S210)想要的增益改善；以及其中執行該降低波束寬度、該降低通道頻寬及該增加步驟，以獲得該想要的增益改善。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該降低波束寬度藉由第一固定量來降低該波束寬度；該降低通道頻寬藉由第二固定量來降低該通道頻寬；該增加藉由第三固定量來增加該序列長度；以及其中，重複該降低波束寬度、該降低通道頻寬及該增加步驟，直到獲得該想要的增益改善。
TW101133502A 2011-09-19 2012-09-13 改善具有複數個天線的網路元件之傳輸增益的方法 TWI487311B (zh)

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