TWI542166B

TWI542166B - 使用高度波束形成技術的通訊站及相關的通訊裝置

Info

Publication number: TWI542166B
Application number: TW103112915A
Authority: TW
Inventors: 郭秉衡
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2016-07-11
Also published as: CN104104421B; EP2790332B1; CN104104421A; EP2790332A2; US20140301310A1; TW201440450A; EP2790332A3; US9825681B2

Description

使用高度波束形成技術的通訊站及相關的通訊裝置

【0001】

本發明有關通訊系統，尤指使用高度波束形成技術的通訊站及相關的通訊裝置。

【0002】

在第三代合作夥伴計劃長期演進技術(3rd Generation Partnership Project-Long Term Evolution，3GPP-LTE)技術標準及其他通訊標準中，高度波束形成技術(elevation beamforming)可以藉由二維的天線陣列(antenna array)形成立體角度之波束，以進行無線信號的傳輸。高度波束形成技術能夠能調整波形傾角(downtilt)以精準地將信號發送至不同高度的通訊裝置。使通訊站將信號能量更精準地聚焦於目標方向的通訊裝置，以提升信號品質，並降低對其他用戶所造成的干擾。此外，高度波束形成技術能夠聚焦地發送信號，因此也能夠降低信號傳輸的能量，達到節約能源的效果。

【0003】

然而，在目前的通訊系統中，即便通訊站採用高度波束形成技術，通訊站和通訊裝置間仍然缺少有效的機制設置天線陣列，而無法採用較佳的天線埠(antenna port)組態與通訊裝置進行通訊傳輸。

【0004】

有鑑於此，如何使通訊站能夠使用高度波束形成技術而有效地與通訊裝置進行通訊傳輸，實為業界有待解決的問題。

【0005】

本說明書提供一種通訊站的實施例，用於設置一天線陣列使用高度波束形成技術與一通訊裝置進行通訊傳輸，該天線陣列包含有多個天線單元，該通訊站包含：一傳收電路；一無線信號配置電路，耦接於該傳收電路以及用於耦接於該天線陣列，用於設置該天線陣列以使用一第一天線埠組態及一第二天線埠組態的其中之一與該通訊裝置進行通訊傳輸；以及一控制電路，耦接於該傳收電路及該無線信號配置電路，用於設置該傳收電路產生一或多個第一參考信號，並設置該無線信號配置電路將該天線陣列設置為以該第一天線埠組態，將該一或多個第一參考信號發送至該通訊裝置；用於設置該傳收電路產生一或多個第二參考信號，並設置該無線信號配置電路將該天線陣列設置為以該第二天線埠組態，將該一或多個第二參考信號發送至該通訊裝置；用於設置該傳收電路通過該無線信號配置電路，而接收該通訊裝置對應於該一或多個第一參考信號所產生的一或多個第一通道狀態信息、以及對應於該一或多個第二參考信號所分別產生的一或多個第二通道狀態信息的至少其中之一；其中該第一天線埠組態及該第二天線埠組態分別包含有一或多個天線埠，每一該天線埠包含有該多個天線單元的一或多個天線單元。

【0006】

本說明書另提供一種通訊裝置的實施例，用於與一通訊站進行通訊傳輸；該通訊站設置一天線陣列使用高度波束形成技術而與該通訊裝置進行通訊傳輸，該天線陣列包含有多個天線單元；該通訊站將該天線陣列設置為以一第一天線埠組態發送一或多個第一參考信號；以及該通訊站將該天線陣列設置為以一第二天線埠組態發送一或多個第二參考信號；該第一天線埠組態及該第二天線埠組態分別包含有一或多個天線埠，每一該天線埠包含有該多個天線單元的一或多個天線單元；該通訊裝置包含：一傳收電路，用於接收該一或多個第一參考信號及該一或多個第二參考信號；一通道狀態信息產生電路，用於依據該一或多個第一參考信號而產生對應的一或多個第一通道狀態信息，以及依據該一或多個第二參考信號，而分別產生對應的一或多個第二通道狀態信息；以及一控制電路，耦接於該傳收電路及該通道狀態信息產生電路，用於設置該傳收電路發送該一或多個第一通道狀態信息及該一或多個第二通道狀態信息的至少其中之一。

【0007】

本說明書另提供一種通訊站的實施例，用於與一通訊站進行通訊傳輸；該通訊站設置一天線陣列使用高度波束形成技術而與該通訊裝置進行通訊傳輸，該天線陣列包含有多個天線單元；該通訊站發送一參考信號以及該天線陣列的一設定參數的至少其中之一；該通訊裝置包含：一傳收電路，用於接收該參考信號以及該天線陣列的該設定參數的該至少其中之一；一天線組態計算電路，用於依據該參考信號以及該天線陣列的該設定參數的該至少其中之一，而提供一或多個天線埠組態建議信息，每一該天線埠組態建議信息包含該天線陣列的該多個天線單元的一或多個；以及一控制電路，耦接於該傳收電路及該天線組態計算電路，用於設置該傳收電路向該通訊站發送該一或多個天線埠組態建議信息。

【0008】

本說明書另提供一種通訊站的實施例，用於設置一天線陣列使用高度波束形成技術與一第一通訊裝置進行通訊傳輸，該天線陣列包含有多個天線單元，該通訊站包含：一傳收電路；一無線信號配置電路，耦接於該傳收電路以及用於耦接於該天線陣列；以及一控制電路，耦接於該傳收電路及該無線信號配置電路，用於設置該傳收電路產生一參考信號，並設置該無線信號配置電路將該天線陣列設置為以該天線單元的至少其中一來發送該參考信號以及該天線陣列的一設定參數的該至少其中之一至該第一通訊裝置；用於設置該傳收電路通過該無線信號配置電路，而接收該第一通訊裝置對應於該參考信號以及該天線陣列的該設定參數的該至少其中之一所產生的一或多個天線埠組態建議信息，每一該天線埠組態建議信息包含該天線陣列的該多個天線單元的一或多個；以及用於設置該傳收電路產生一或多個第一參考信號，並設置該無線信號配置電路將該天線陣列設置為以該天線埠組態建議信息中的一第一天線埠組態，而將該一或多個第一參考信號發送至該第一通訊裝置。

【0009】

上述實施例的優點之一，是通訊站與通訊裝置可以藉由上述的機制選擇較佳的天線埠組態，以善用天線陣列使用高度波束形成技術進行通訊傳輸，而能夠有效地提升系統效能。本發明的其他優點將藉由以下的說明和圖式進行更詳細的解說。

100．．．通訊系統

110．．．通訊站

111．．．天線陣列

113．．．傳收電路

115．．．無線信號配置電路

117．．．控制電路

120．．．通訊裝置

122．．．傳收電路

124．．．通道狀態信息產生電路

126．．．天線組態計算電路

128．．．控制電路

140、160．．．通訊裝置

200．．．天線單元

210、220．．．天線埠組態

211~218、221~228．．．天線埠

300~350．．．無線資源單元

400~409．．．無線資源單元

Ref1、Ref2、Ref3．．．參考信號

【0010】

圖1為本發明一實施例的通訊系統簡化後的功能方塊圖。

【0011】

圖2為圖1的天線陣列的一實施例簡化後的功能方塊圖。

【0012】

圖3為圖1的通訊系統所使用的無線資源單元的一實施例簡化後的示意圖。

【0013】

圖4為圖1的通訊裝置向通訊站回報通道狀態信息所使用的無線資源單元的一實施例簡化後的示意圖。

【0014】

以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。

【0015】

圖1為本發明一實施例的通訊系統100簡化後的功能方塊圖，通訊系統100包含通訊站110以及通訊裝置120、140和160。為使圖面簡潔而便於說明，通訊系統100的其他元件及連接關係並未繪示於圖1中。

【0016】

通訊站110包含有天線陣列111、傳收電路(transceiving circuit)113、無線信號配置電路115及控制電路117，能設置成以天線陣列111而使用高度波束形成技術(elevation beamforming)與通訊裝置120、140和160進行通訊傳輸。

【0017】

天線陣列111包含有多個天線單元，並且能夠被設置成使用多個天線埠組態進行與通訊裝置120、140和160進行通訊傳輸，每一個天線埠組態分別包含有一或多個天線埠，每一天線埠包含有一或多個天線單元。

【0018】

圖2為圖1的天線陣列111的一實施例簡化後的功能方塊圖。在圖2的實施例中，天線陣列111包含64個天線單元200，並且至少可以設置成第一天線埠組態210及第二天線埠組態220。

【0019】

天線埠組態210包含有天線埠211～218，天線埠211～218分別包含有8個天線單元。天線埠組態220包含有天線埠221～228，天線埠221～228分別包含有8個天線單元。

【0020】

在其他的實施例中，也可以依據不同的設計考慮或使用環境，而適當地設置陣列天線111的天線單元的數量、天線埠組態中天線埠數量以及天線埠組態中的天線單元數量。例如，在其他實施例中，天線埠的數量也可以適當地設置，例如，1個天線埠包含有64個天線單元，或64個天線埠，每個天線埠包含有1個天線單元等。此外，天線陣列111可以採用其他數量的天線單元所實施，並且每個天線埠也可以分別包含有相同或不同數量的天線單元。

【0021】

在本實施例中，傳收電路113包含有傳收電路113(1)～113(n)(n為適當的正整數)可以包含有調制電路(modulation circuit)、解調製電路(demodulation circuit)、信號產生電路或其他合適的類比電路或數位電路，用於發送及接收所需的信號(例如，參考信號及天線陣列111的設定參數等)至通訊裝置120、140和160。

【0022】

無線信號配置電路115耦接於傳收電路113以及耦接於天線陣列111，用於設置天線陣列111以使用合適的天線埠組態與通訊裝置120、140和160進行通訊傳輸。

【0023】

控制電路117耦接於傳收電路113及無線信號配置電路115，用於設置傳收電路113產生參考信號、設置無線信號配置電路115將天線陣列111設置為以合適的天線埠組態，而使用該天線埠組態的一個或多個天線埠將參考信號發送至通訊裝置120、140和160；並且設置傳收電路113通過無線信號配置電路115及天線陣列111，而接收通訊裝置120、140和160對應於參考信號所產生的通道狀態信息(channel state information)。

【0024】

通訊站110可以採用B節點(node B)、演進B節點(evolved node B)或其他合適的基地站(base station)等方式實施。

【0025】

天線陣列111、傳收電路113、無線信號配置電路115及控制電路117可以分別以一個或多個電路元件的方式實施，並且可以採用微處理器、網路處理器、類比信號處理電路、數位信號處理電路及/或其他合適的電路元件等方式實施。

【0026】

通訊裝置120包含有傳收電路122、通道狀態信息產生電路124、天線組態計算電路126以及控制電路128，以分別與通訊站110進行通訊傳輸。

【0027】

傳收電路122包含有調制電路、解調製電路、信號產生電路或其他合適的類比電路或數位電路，用於接收通訊站110所發送的參考信號以及與通訊站110間進行其他信號的發送及接收。

【0028】

通道狀態信息產生電路124用於依據通訊站110所發送的參考信號而產生對應的通道狀態信息。

【0029】

天線組態計算電路126用於依據通訊站110所發送的參考信號以及天線陣列111的設定參數(physical antenna array configuration)的至少其中之一，而提供一或多個天線埠組態建議信息，每一天線埠組態建議信息包含天線陣列111的一或多個天線單元。

【0030】

控制電路128耦接於傳收電路122、通道狀態信息產生電路及天線組態計算電路126，用於設置傳收電路122發送通道狀態信息及天線埠組態建議信息等。

【0031】

通訊裝置140和160可以採用與通訊裝置120相同或相似的架構，並且通訊裝置120、140和160可以採用行動電話、平板電腦、可攜式裝置或其他合適的用戶設備(user equipment)等方式實施。

【0032】

傳收電路122、通道狀態信息產生電路124、天線組態計算電路126以及控制電路128可以分別以一個或多個電路元件的方式實施，並且可以採用微處理器、網路處理器、類比信號處理電路、數位信號處理電路及/或其他合適的電路元件等方式實施。

【0033】

圖3為通訊站110與通訊裝置120、140、160進行通訊時所使用的無線資源單元的一實施例簡化後的示意圖。無線資源單元可以設置為一預設時段於一預設頻段可使用的資料量，例如，無線資源單元可以設置為具有1200個子載波而時間為10毫秒的無線資料幀。此外，無線資源單元也可以設置為具有其他數量的載波及時間的資料幀，例如，無線資源單元可以設置為3GPP系統中的無線資料幀(radio frame)、子資料幀(subframe)、資料槽(slot)、無線資料塊(radio block)及正交分頻多工符號(OFDM symbol)等的全部或部分。

【0034】

以下僅以通訊站110和通訊裝置120間的運作進行說明，通訊站110與其他的通訊裝置也可以採用相同或類似的方式實施。

【0035】

在一實施例中，通訊站110的控制電路117會設置傳收電路113的至少部分傳收電路(例如，113(a)～113(b),a及b可以設置為1～n的適當數目)產生一或多個第一參考信號Ref1，並設置無線信號配置電路115將天線陣列111設置為以第一天線埠組態210的天線埠211～218中的一個或多個天線埠，使用第一無線資源單元310將第一參考信號Ref1發送至通訊裝置120。控制電路117還會設置傳收電路113的至少部分傳收電路產生一或多個第二參考信號Ref2，並設置無線信號配置電路115將天線陣列111設置為以第二天線埠組態220的天線埠221～228中的一個或多個天線埠，使用第二無線資源單元330將第二參考信號Ref2發送至通訊裝置120。此外，控制電路117還會設置傳收電路113的至少部分傳收電路產生一或多個第三參考信號Ref3，並設置無線信號配置電路115將天線陣列111設置為以第三天線埠組態(未繪示於圖示中)的多個天線埠中的一個或多個天線埠，使用第三無線資源單元340將第三參考信號Ref3發送至通訊裝置120。

【0036】

通訊裝置120的傳收電路122會接收第一參考信號Ref1、第二參考信號Ref2及第三參考信號Ref3，通道狀態信息產生電路124會依據第一參考信號Ref1、第二參考信號Ref2及第三參考信號Ref3，而分別產生對應的一或多個第一通道狀態信息CSI1、一或多個第二通道狀態信息CSI2及一或多個第三通道狀態信息CSI3。

【0037】

在其他的實施例中，通訊站110也可以使用合適數量的天線埠組態而發送一個或多個參考信號，並且這些參考信號可以分別設置為相同或不同的信號，使通訊裝置120可以對應地產生通道狀態信息，使通訊站110能夠依據通道狀態信息而設置通訊站110及/或通訊裝置120的運作方式。例如，在3GPP系統中，通道狀態信息CSI1、CSI2及CSI3可以包含有一個或多個指標指示(rank indicator)、前編碼矩陣指示(precoding matrix indicator)及通道品質指示(channel quality indicator)等。在其他實施例中，通訊站110可以採用周期性或非周期性的方式，向通訊裝置120發送多個參考信號。

【0038】

圖4為通訊裝置120向通訊站110發送通道狀態信息所使用的無線資源單元的一實施例簡化後的示意圖。此外，依據不同的設計考慮，圖3與圖4所使用的無線資源單元可以採用相同或不同的無線資源單元。

【0039】

在圖4的實施例中，通訊裝置120使用多個無線資料幀的子資料幀向通訊站110發送通道狀態信息。圖4的無線資料幀400包含有10個子資料幀，分別以D代表通訊站110向通訊裝置120發送下行(downlink)資料使用的下行子資料幀、以U代表通訊裝置120向通訊站110發送上行(uplink)資料使用的上行子資料幀，以S代表下行子資料幀與上行子資料幀之間的特別子資料幀。

【0040】

在一實施例中，通訊裝置120可以採用周期性的方式以相同的周期向通訊站110發送各個通道狀態信息。例如，通訊裝置120的控制電路128可以設置傳收電路122在一個或多個無線資料幀的子資料幀402發送第一通道狀態信息CSI1，在一個或多個無線資料幀的子資料幀403發送第二通道狀態信息CSI2，並且在一個或多個無線資料幀的子資料幀408發送第三通道狀態信息CSI3。

【0041】

在另一實施例中，通訊裝置120可以採用周期性的方式以至少一個不同的周期向通訊站110發送各個通道狀態信息。例如，通訊裝置120的控制電路128可以設置傳收電路122在一個或多個無線資料幀的子資料幀402和407發送第一通道狀態信息CSI1，在一個或多個無線資料幀的子資料幀403和404發送第二通道狀態信息CSI2，並且在一個或多個無線資料幀的子資料幀408發送第三通道狀態信息CSI3。

【0042】

在另一實施例中，通訊裝置120也可以採用非周期性的方式向通訊站110發送各個通道狀態信息。例如，通訊裝置120的控制電路128可以設置傳收電路122先發送完第一通道狀態信息CSI1，再發送第二通道狀態信息CSI2，然後再第三通道狀態信息CSI3。

【0043】

在其他的實施例中，通訊裝置120也可以採用分別其他合適的周期性或非周期性的方式向通訊站110發送各個通道狀態信息。

【0044】

在其他實施例中，通訊裝置120也可以依據預設規則而僅發送部分的通道狀態信息。例如，該預設規則可以由通訊站110以較高層的信息(higher layer signaling，例如，無線資源控制信息，radio resource control message)等方式發送給通訊裝置120，也可以事先內建於通訊裝置120的記憶裝置(未繪示於圖1中)。

【0045】

例如，通訊裝置120也可以依據預設規則而僅發送通道品質較佳的2個通道狀態信息。因此，通訊裝置120的控制電路128可以設置傳收電路122依據通道品質指示，而向通訊站110發送通道品質較佳的第一通道狀態信息CSI1及第三通道狀態信息CSI3。在另一實施例中，通訊裝置120也可以依據預設規則而僅發送通道品質最佳的1個通道狀態信息。因此，通訊裝置120的控制電路128可以依據通道品質指示，而設置傳收電路122向通訊站110發送通道品質較佳的第一通道狀態信息CSI1。

【0046】

在其他實施例中，通訊裝置120的控制電路128也可以依據通訊站110的設置傳收電路122而發送通訊站110所要求的通道狀態信息。例如，通訊站110以較高層的信息(例如，無線資源控制信息等)等方式將一個或多個回報組設定信息發送給通訊裝置120，每一個回報組包含有通訊裝置120的通道狀態信息產生電路124依據通訊站110以一或多個天線埠組態所發送的一或多個參考信號，所對應產生的一或多個通道狀態信息。而通訊站110可以採用實體層信息(physical layer signaling)等方式，設置通訊裝置120回報通訊站110所要求的回報組的通道狀態信息。

【0047】

例如，通訊站110所發送給通訊裝置的回報組設定信息中，回報組設定信息0代表不回報任何通道狀態信息，回報組設定信息1代表回報第二通道狀態信息CSI2及第三通道狀態信息CSI3，回報組設定信息2代表回報第一通道狀態信息CSI1及第三通道狀態信息CSI3，而回報組設定信息3代表回報全部的通道狀態信息。

【0048】

在上述的實施例中，通訊站110可以依據通訊裝置120、140和160所發送的通道狀態信息，而將天線陣列111設置為使用較佳的天線埠組態與通訊裝置120、140和160進行通訊傳輸。

【0049】

在其他實施例中，通訊站110和通訊裝置120、140和160也可以採用其他的方式決定較佳的天線埠組態以進行通訊傳輸。

【0050】

例如，在一實施例中，通訊站110的控制電路117會設置傳收電路113的至少部分傳收電路(例如，113(a)～113(b),a及b可以設置為1～n的適當數目)產生參考信號，並設置無線信號配置電路115設置天線陣列111以至少一個天線單元向通訊裝置120、140和160發送參考信號以及天線陣列111的設定參數的至少其中之一，而天線陣列111的設定參數可以包含有天線陣列111的天線單元的數量、天線陣列111的天線單元的間距以及天線陣列111的天線單元的空間關聯(spatial correlation)的至少其中之一。

【0051】

通訊裝置120的天線組態計算電路126會依據參考信號以及天線陣列111的設定參數的至少其中之一，而提供一或多個天線埠組態建議信息，每一天線埠組態建議信息包含天線陣列111的一或多個天線單元。通訊站110的控制電路117會設置傳收電路113的至少部分傳收電路通過天線陣列111及無線信號配置電路115接收天線埠組態建議信息，使通訊站110的控制電路能夠依據天線埠組態建議信息而設置無線信號配置電路115選擇合適的天線埠組態進行通訊傳輸。

【0052】

通訊裝置120的天線組態計算電路126會依據參考信號以及天線陣列111的設定參數的至少其中之一，而於一預設的天線埠組態建議信息集合中選擇該一或多個天線埠組態建議信息，使通訊站110能夠依據天線埠組態建議信息而選擇合適的天線埠組態進行通訊傳輸。該天線埠組態建議信息集合可以由通訊站110以較高層的信息(例如，無線資源控制信息)等方式發送給通訊裝置120，也可以事先內建於通訊裝置120的記憶裝置(未繪示於圖1中)。

【0053】

通訊裝置120的控制電路128會設置傳收電路122將天線埠組態建議信息發送至通訊站110。通訊站110的控制電路117可以依據通訊裝置120的所發送的天線埠組態建議信息，而設置無線信號配置電路115將天線陣列111設置為使用較佳的天線埠組態。因此，通訊站110可以依據通訊裝置120、140及160的至少其中之一的所發送的天線埠組態建議信息，而將天線陣列111設置為使用較佳的天線埠組態。例如，通訊站110的控制電路117依據通訊裝置120、140及160所發送的天線埠組態建議信息，而設置無線信號配置電路115選擇對於通訊裝置120、140及160都有較佳通訊品質的天線埠組態進行通訊傳輸。

【0054】

在上述的實施例中，天線組態計算電路126可以依據參考信號而產生天線陣列111的多個天線單元的多個通道回應參數(channel response)，並依據該多個通道回應參數，而將天線陣列111的多個天線單元的一或多個設置於天線埠組態建議信息。在上述的實施例中，天線組態計算電路126也可以依據天線陣列111的多個天線單元的天線單元的空間關聯，而將天線陣列111的多個天線單元的一或多個設置於天線埠組態建議信息。此外，天線組態計算電路126也可以依據參考信號以及天線陣列111的設定參數的至少其中之一，而將天線陣列111的多個天線單元的一或多個設置於天線埠組態建議信息。

【0055】

由前述說明可知，通訊站與通訊裝置可以藉由上述的機制選擇較佳的天線埠組態，以善用天線陣列使用高度波束形成技術進行通訊傳輸，而能夠有效地提升系統效能。

【0056】

在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。

【0057】

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。

【0058】

圖式的某些元件的尺寸及相對大小會被加以放大，或者某些元件的形狀會被簡化，以便能更清楚地表達實施例的內容。因此，除非申請人有特別指明，圖式中各元件的形狀、尺寸、相對大小及相對位置等僅是便於說明，而不應被用來限縮本發明的專利範圍。此外，本發明可用許多不同的形式來體現，在解釋本發明時，不應僅侷限於本說明書所提出的實施例態樣。

【0059】

以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。