TWI565252B

TWI565252B - 天線陣列通訊系統的通訊方法、使用者裝置及基地台

Info

Publication number: TWI565252B
Application number: TW103119345A
Authority: TW
Inventors: 邱頌恩; 顏嘉邦
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2013-07-22
Filing date: 2014-06-04
Publication date: 2017-01-01
Also published as: TW201505391A

Description

天線陣列通訊系統的通訊方法、使用者裝置及基地台

本揭露是有關於一種天線陣列通訊系統的通訊方法、使用者裝置及基地台。

隨著通訊技術的發展，天線陣列已經被用來傳送資料。現今天線陣列也已經使用在LTE(Long Term Evolution)技術。例如，多樣性通訊或多工通訊已被使用於LTE的天線陣列。

在天線陣列的天線數目可能超過100個。天線陣列的通訊可以應用在分頻多工(Frequency Division Duplexing；FDD)模式與分時雙工(Time Division Duplex；TDD)模式。在分頻多工模式，因為大量的天線而造成高回饋負載，所以在分頻多工模式，降低負載是十分重要的。

根據本揭露之一示範性實施例，提出一種天線陣列通訊系統的通訊方法。通訊方法包括：由一基地台傳送複數波束，該複數波束是由基地台的複數天線所形成，並由使用者裝置選取部分波束；由該基地台自該選取之部分波束配置一波束群給該使用者裝置；以及該使用者裝置依據所配置之該波束群，回覆一預編碼訊息給該基地台。

根據本揭露之一示範性實施例，提出一種天線陣列通訊系統的使用者裝置。使用者裝置包括：收發單元及處理單元；收發單元接收由基地台之複數天線形成之複數個波束；處理單元自該複數個波束選擇部分波束，其中該部分波束中之一波束群被配置給該使用者裝置，該處理單元並依據該配置之該波束群得到一預編碼資訊並由該收發單元回覆給該基地台。

根據本揭露之一示範性實施例，提出一種天線陣列通訊系統的基地台。基地台包括：收發單元及處理單元。收發單元傳送由複數個天線形成之複數個波束，其中，一使用者裝置選取部分波束；處理單元自選取的該複數個波束配置一波束群給該使用者裝置，該收發單元更包括接收一預編碼訊息，該預編碼訊息是使用者裝置依據該波束群得到的。

為了對本案之上述及其他內容有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧基地台

110，210‧‧‧收發單元

120，220‧‧‧處理單元

130，230‧‧‧儲存單元

200‧‧‧使用者裝置

S1a，S1b，S1，S2，S1a’，S1b’，S1’，S2’，S3’‧‧‧步驟

第1圖繪示本案一實施例之天線陣列通訊系統之示意圖。

第2圖繪示本案第一實施例之基地台傳送複數個波束到使用者裝置之示意圖。

第3圖繪示本案第一實施例天線陣列通訊系統的之通訊方法。

第4圖繪示本案第二實施例天線陣列通訊系統的之通訊方法。

本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。另外，在可能實施的前提下，本說明書所描述之物件或事件間的相對關係，涵義可包含直接或間接的關係，所謂「間接」係指物件間尚有中間物或物理空間的存在，或指事件間尚有中間事件或時間間隔的存在。再者，以下內容係關於天線陣列通訊系統，對於該領域習見的技術或原理，若不涉及本案之技術特徵，將不予贅述。此外，圖示中元件之形狀、尺寸、比例以及流程之步驟順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本案之用，非對本案之實施範圍加以限制。

另外，以下說明內容之各個實施例分別具有一或多個技術特徵，然此並不意味著使用本案者必需同時實施任一實施例中的所有技術特徵，或僅能分開實施不同實施例中的一部或全部技術特徵。換句話說，在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可依據本案之揭露內容，並視自身的需求或設計理念，選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地實施多個實施例中部分或全部的技術特徵之組合，藉此增加本案實施彈性。

本案之揭露內容包含天線陣列通訊系統的通訊方法，使用者裝置及基地台，但本案實施例之技術特徵並非對本案之限制，僅供本案舉例說明暨本技術領域人士瞭解本案之用。此外，在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者能夠依據本案揭露內容來選擇等效之元件或步驟來實現本案，亦即本案之實施並不侷限於本案所揭露之實施例。

另外，如果本案之天線陣列通訊系統的通訊方法，使用者裝置及基地台所包含之個別元件為已知元件的話，在不影響充分揭露及可據以實現的情形下，以下說明對於實現之個別元件的細節將予以節略。

以下註記協助使本案說明更清楚：

H _M×N：實體多輸入多輸出通道(Physical MIMO channel)。

b _i：第i波束的方向性波束合成加權。

：方向性波束合成矩陣，其中n是波束數量； {1,2,…,N}是選取之波束編號。

W _n'×RI：應用在基頻對應層級指標(Rank indicator：RI)的預編碼裝置，其中n是相當於波束成型天線埠數量。

R=E{H ^H H}：實體多輸入多輸出通道共變異數矩陣(Physical MIMO channel covariance matrix)。

：波束成型多輸入多輸出通道(MIMO channel under beams)。

：波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣(MIMO channel covariance matrix)。

：波束成型多輸入多輸出通道之克羅內克空間關聯模型(Kronecker spatial correlation model)。

【第一實施例】

如第1圖所示，其顯示一天線陣列通訊系統1000。此天線陣列通訊系統1000包括一基地台100配有天線陣列，及使用者裝置200。基地台100傳送資料給使用者裝置200或自使用者裝置200接收資料。使用者裝置200接收基地台100傳送的資料並執行一些程序，例如，呼叫程序、網頁瀏覽程序、視訊串流程序等。舉例來說，使用者裝置200可以是智慧型手機、桌上電腦、筆記型電腦等。

基地台100包括一收發單元110，一處理單元120，以及一儲存單元130。使用者裝置200包括一收發單元210，一處理單元220，以及一儲存單元230。收發單元110、210用以傳送接收資料。例如，收發單元110、210可以是天線組合(combination of antennas)、射頻積體電路(RFIC)、放大器(Amplifier)及類比數位轉換器(AD converter)、或具傳送接收功能的電路、等。處理單元120，220執行複數個計算程序、複數個分析程序、或複數個轉換程序。例如，處理單元120，220可以是一晶片、電路板、處理器及儲存計算機程序碼的儲存裝置、或具有計算分析或轉換功能的電路。儲存單元130，230用以儲存資料。儲存單元130、230例如可以是記憶體或硬碟。

請參閱第1~3圖，其中第2圖顯示複數個波束b1~b5根據第一實施例自基地台100傳送到使用者裝置200。第3圖顯示一天線陣列通訊系統1000根據第一實施例之通訊方法。在第2圖中，基地台100的天線是被配置於一陣列，並採用波束成型技術來形成波束b1~b5。

於本案一實施例中，波束b1~b5可以有其固定的方向(fixed direction)。使用者裝置200的波束間的傳輸容量取決於使用者裝置200的位置、基地台100與使用者裝置200間的障礙、或天氣等。

本揭露第一實施例提出一2階段機制，期能降低回饋負載。如圖3所示，所述通訊方法包括2階段S1及S2，其中S1並包括步驟S1a及步驟S1b。

在階段S1的步驟S1a，基地台100的收發單元110傳送複數個波束b1~b5，該複數個波束b1~b5是由複數個天線形成。使用者裝置200並選取波束b1~b5的其中部分波束。例如，使用者裝置200選取波束b2以及波束b3。

步驟S1a的其中一實施例，基地台100的處理單元120將在波束b1~b5配置不同參考符號。使用者裝置200的處理單元220偵測到波束b1~b5的參考符號及其能量，並選擇波束b1~b5中能量大於一臨界值的部分波束，例如，波束2及波束3傳送到使用者裝置200的能量大於該臨界值。即，使用者裝置200的處理單元220選擇了波束2及波束3。

步驟S1a的其中又一實施例，使用者裝置200的處理單元220依據實體多輸入多輸出通道共變異數矩陣R來選擇了波束b1~b5的其中部分波束。在一實施例，使用者裝置200的處理單元220計算實體多輸入多輸出通道共變異數矩陣R，並依據實體多輸入多輸出通道共變異數矩陣R來計算其特徵空間(eigenspace)U，即R=UDU ^H。然後，使用者裝置200的處理單元220找到相近於該特徵空間的波束。例如，該些波束滿足以下式子在一預設臨界值γ條件下。

||Ub _i||<γ，其中||a||是向量的歐幾理德模值。

滿足上式條件的波束將被選取並回報給基地台100。

在階段S1的步驟S1b，基地台100的處理單元120從使用者裝置200選取的波束配置一波束群。該配置是依據該回報的波束及其他排程規則等。

步驟S1b的其中一實施例，基地台100的處理單元120配置該選取波束的波束群會考慮到對其他使用者裝置的干擾。例如，另有一使用者裝置200’可能位於靠近波束b2處，所以基地台100的處理單元120配置波束b3為該波束群，期使避免對波束b2的干擾。

步驟S1b的其中一實施例，基地台100的處理單元 120配置該選取波束的波束群是依據使用者裝置200的移動狀況(mobility)。例如，使用者裝置200可能移向波束b1，則基地台100的處理單元120將波束b1併入波束群。

在階段2，使用者裝置200依據已經配置之波束群，回覆一預編碼訊息給基地台100的收發單元110。

階段2的其中一實施例，預編碼訊息包括層級指標(rank indicator(RI))，預編碼矩陣指標(pre-code matrix indicator：PMI)，以及通道品質指標(channel quality indicator：CQI)。

【第二實施例】

請參閱圖2及圖4。圖4揭露天線陣列通訊系統1000根據第二實施例的通訊方法。第二實施例的通訊方法和第一實施例的通訊方法是不相同的。

如圖4所示，此通訊方法包括3個階段S1’，S2’以及S3’，其中S1’階段包括步驟S1a’及S1b’。

S1’階段的步驟S1a’及S1b’與圖3的S1階段的步驟S1a及S1b’相似，S3’與圖3的步驟S2相似。相似的部分在此不再贅述。

在步驟S2’，波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣R _Ts或其特徵空間(eigenspace)U，R _Ts=UDU ^H，將被回覆到基地台100的收發單元110。此波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣R _Ts是由使用者裝置200的處理單元220依據所配置之波束群來計算所計算的。

在一實施例，使用者裝置200可以是回覆複數個一維(rank-1)的預編碼矩陣指標(PMI)來取代波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣。在收到這些rank-1的預編碼矩陣指標(PMI)後，基地台100的處理單元120可找出由rank-1預編碼矩陣指標(PMI)生成的子空間來估算波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣之特徵空間Q。估算該特徵空間Q的一個例子，例如是由列間隔(column-wisely)連結rank-1預編碼矩陣指標(PMI)之QR分解，即，[v ₁ v ₂…v _M]=QR，其中，{v _i}是回報的rank-1預編碼矩陣指標(PMI)。

rank-1預編碼矩陣指標(PMI)的位元總數通常是小於共變異數矩陣或特徵空間的位元數，推論是可降低回覆的負載。

如上所述，當天線陣列是分頻多工(FDD)模式，利用波束合成技術的3階段方案，推論是可以降低負載的。

如上所述，其中所述天線陣列可以例如是超大型天線陣列(massive antenna array)。其中所述基地台100可以例如是基地台(evolved Node B，eNB)。

綜上所述，雖然本案技術已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S1a，S1b，S1，S2‧‧‧步驟

Claims

一種天線陣列通訊系統的通訊方法，所述通訊方法包括：由一基地台傳送複數波束，該複數波束是由該基地台的複數天線形成，並由一使用者裝置選取部分波束；由該基地台自該選取之部分波束及根據該使用者裝置之移動狀況自未選取之部分波束配置一波束群給該使用者裝置；以及該使用者裝置依據所配置之該波束群，回覆一預編碼訊息給該基地台。
如申請專利範圍第1項所述之通訊方法，其中該基地台在各該些波束配置一參考符號。
如申請專利範圍第2項所述之通訊方法，該選取步驟更包括：該使用者裝置偵測到各波束的能量，並選擇能量大於一臨界值的波束，並回報所選取的波束給該基地台。
如申請專利範圍第2項所述之通訊方法，其中，該使用者裝置依據實體多輸入多輸出通道共變異數矩陣來選擇部分波束。
如申請專利範圍第1項所述之通訊方法，其中，該基地台依據該使用者裝置之複數排程規則，自所選取之該部分波束配置該波束群。
如申請專利範圍第1項所述之通訊方法，其中，該基地台依據該使用者裝置之移動狀況，自所選取之該部分波束配置該波束群。
如申請專利範圍第1項所述之通訊方法，其中，該預編碼訊息是一層級指標(rank indicator：RI)。
如申請專利範圍第1項所述之通訊方法，其中，該預編碼訊息是一預編碼矩陣指標(pre-code matrix indicator：PMI)。
如申請專利範圍第1項所述之通訊方法，更包括：該使用者裝置依據配置之該波束群，回覆一波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣給該基地台。
一使用者裝置，適用於一天線陣列通訊系統，包括：一收發單元，接收由一基地台之複數天線形成之複數個波束；一處理單元，自該複數個波束選取部分波束，其中該基地台自該選取之部分波束、及根據該使用者裝置之移動狀況自未選取之部分波束配置一波束群給該使用者裝置，該處理單元並依據該波束群得到一預編碼訊息並由該收發單元回覆給該基地台。
如申請專利範圍第10項所述之使用者裝置，其中，該處理單元偵測各波束的能量，選擇該複數個波束中能量大於一臨界值的部分波束。
如申請專利範圍第10項所述之使用者裝置，其中，該處理單元依據實體多輸入多輸出通道共變異數矩陣來選擇該複數個波束的部分波束。
如申請專利範圍第10項所述之使用者裝置，其中，該預編碼訊息是一層級指標(rank indicator：RI)。
如申請專利範圍第10項所述之使用者裝置，其中，該預編碼訊息是一預編碼矩陣指標(pre-code matrix indicator：PMI)。
如申請專利範圍第10項所述之使用者裝置，其中，該處理單元更包括依據該波束群來計算一波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣，以及該收發單元更回報該波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣到該基地台。
如申請專利範圍第15項所述之使用者裝置，其中，該使用者裝置回覆複數個rank-1的預設矩陣指標(PMI)，以及該基地台估算該波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣之特徵空間。
一基地台，適用於一天線陣列通訊系統，包括：一收發單元，傳送由複數個天線形成之複數個波束，其中，一使用者裝置選取部分波束；以及一處理單元，自選取的該複數個波束、及根據該使用者裝置之移動狀況自未選取之部分波束配置一波束群給該使用者裝置；其中，該收發單元更包括接收一預編碼訊息，該預編碼訊息是該使用者裝置依據該波束群得到的。
如申請專利範圍第17項所述之基地台，其中，該處理單元在各該些波束配置一參考符號。
如申請專利範圍第17項所述之基地台，其中，該處理單元依據該使用者裝置排程規則，自選取的該複數個波束配置該波束群給該使用者裝置。
如申請專利範圍第17項所述之基地台，其中，該處理單元依據該使用者裝置的移動狀況(Mobility)，自選取的該複數個波束配置該波束群給該使用者裝置。
如申請專利範圍第17項所述之基地台，其中，該收發單元更包括：接收由該使用者裝置依據所配置之該波束群得到之一波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣、一波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣之特徵空間或波束成型多輸入多輸出通道共變異數矩陣之複數個Rank-1預設矩陣指標(PMI)。