TWI566610B - 透過波束扇區處理資料傳輸的方法及其通訊裝置 - Google Patents

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Description

透過波束扇區處理資料傳輸的方法及其通訊裝置
本發明相關於一種用於無線通訊系統的方法，尤指一種透過波束扇區處理資料傳輸的方法及其通訊裝置。
第三代合作夥伴計畫(the 3rd Generation Partnership Project，3GPP)為了改善通用行動電信系統(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)，制定了具有較佳效能的長期演進(Long Term Evolution，LTE)系統，其支援第三代合作夥伴計畫第八版本(3GPP Rel-8)標準及/或第三代合作夥伴計畫第九版本(3GPP Rel-9)標準，以滿足日益增加的使用者需求。長期演進系統被視為提供高資料傳輸率、低潛伏時間、封包最佳化以及改善系統容量和覆蓋範圍的一種新無線介面及無線網路架構，包含有由複數個演進式基地台(evolved Node-Bs，eNBs)所組成的演進式通用陸地全球無線存取網路(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network，E-UTRAN)，其一方面與用戶端(user equipment，UE)進行通訊，另一方面與處理非存取層(Non Access Stratum，NAS)控制的核心網路進行通訊，而核心網路包含伺服閘道器(serving gateway)及行動管理單元(Mobility Management Entity，MME)等實體。
先進長期演進(LTE-advanced，LTE-A)系統由長期演進系統進化而成，其包含有載波集成(carrier aggregation)、協調多點(coordinated multipoint，CoMP)傳送/接收以及上鏈路(uplink，UL)多輸入多輸出(UL multiple-input multiple-output，UL MIMO)等先進技術，以延展頻寬、提供快速轉換功率狀態及提升細胞邊緣效能。為了使先進長期演進系統中的用戶端及演進式基地台能相互通訊，用戶端及演進式基地台必須支援為了先進長期演進系統所制定的標準，如第三代合作夥伴計畫第十版本(3GPP Rel-10)標準或較新版本的標準。
第三代合作夥伴計畫目前正在發展第五代通訊系統(5G)，用來取代先進長期演進系統，以同時提供服務給大量的通訊裝置。第五代通訊系統所考量的應用場景包含有大量機械連結(massive machine connection，MMC)網路及超密集網路(ultra-dense network，UDN)。大量機械連結網路的一實施例為物聯網(Internet of Things，IoT)，其可同時支援數十倍到數百倍的通訊裝置。超密集網路則會發生於小範圍細胞被密集佈建的地點。舉例來說，這些地點可為運動場、購物中心等，其中大量的通訊裝置可能會同時執行傳送及/或接收。大規模多輸入多輸出(massive MIMO)可被實現於演進式基地台中，用來同時服務大量的通訊裝置，以滿足上述的需求，例如大量的天線可被設置於演進式基地台中。然而，當使用大量的天線時，會有大量的通道需要被偵測(即)估計。
另一方面，由於通道的特性，可用來偵測通道的導航訊號(pilot)的數量是有限的。更詳細來說，可同時傳送的導航訊號的數量會被通道的同調時間(coherence time)及同調頻寬(coherence bandwidth)所限制住。大規模多輸入多輸出所能支援的通訊裝置的數量也會因此受到限制，降低了大規模多輸入多輸出的效能增益。通道所產生的限制又被稱為導航訊號汙染問題(pilot contamination problem)，當多個細胞同時運作時，導航訊號汙染問題會更為嚴重。舉例來說，假設當考慮單一細胞時，大規模多輸入多輸出所支 援的通訊裝置數量為20。當考慮4個細胞時，大規模多輸入多輸出所支援的通訊裝置數量會降為5。也就是說，多個細胞會共享用來傳送導航訊號的資源，降低了單一細胞可擁有的資源數量，進而降低了單一細胞中可被服務的通訊裝置數量。
因此，如何在服務大量的通訊裝置的同時減輕導航訊號汙染問題是亟待解決的問題。
因此，本發明提供了一種方法及相關通訊裝置，用來透過波束扇區處理資料傳輸，以解決上述問題。
本發明揭露一種透過波束扇區(beam sector)處理資料傳輸的方法，用於一網路端中，該方法包含有分配至少一第一通訊裝置到一第一波束扇區；接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號(pilot)；根據該至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道；以及在根據該至少一第一通道過濾至少一第一傳輸後，透過該第一波束扇區，傳送該至少一第一傳輸到該至少一第一通訊裝置。
本發明另揭露一種網路端，用來處理波束扇區處理資料傳輸，該網路端包含有一儲存單元，用來儲存以下指令：分配至少一第一通訊裝置到一第一波束扇區；接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號；根據該至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道；以及在根據該至少一第一通道過濾至少一第一傳輸後，透過該第一波束扇區，傳送該至少一第一傳輸到該至少一第一通訊裝置；以及一處理裝置，耦接於該儲存單元，被設定以執行該儲存單元中的該指令。
本發明另揭露至少一處理器，用來處理波束扇區處理資料傳輸，該至少一處理器包含有一第一模組，用來使該至少一處理器分配至少一第一通訊裝置到一第一波束扇區；一第二模組，用來使該至少一處理器接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號；一第三模組，用來使該至少一處理器根據該至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道；以及一第四模組，用來使該至少一處理器在根據該至少一第一通道過濾至少一第一傳輸後，透過該第一波束扇區，傳送該至少一第一傳輸到該至少一第一通訊裝置。
10‧‧‧無線通訊系統
20‧‧‧通訊裝置
200‧‧‧處理裝置
210‧‧‧儲存單元
214‧‧‧程式代碼
220‧‧‧通訊介面單元
30、40‧‧‧流程
300、302、304、306、308、310、400、402、404、406、408、410、412、414‧‧‧步驟
第1圖為本發明實施例一無線通訊系統的示意圖。
第2圖為本發明實施例一通訊裝置的示意圖。
第3圖為本發明實施例一流程的流程圖。
第4圖為本發明實施例一流程的流程圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一無線通訊系統10的示意圖，其簡略地係由一網路端及複數個通訊裝置所組成。在第1圖中，網路端及通訊裝置係用來說明無線通訊系統10之架構。在通用行動電信系統(Universal Mobile Telecommunications System，UMTS)中，網路端可為通用陸地全球無線存取網路(Universal Terrestrial Radio Access Network，UTRAN)，其包含有複數個基地台(Node-Bs，NBs)。在長期演進(Long Term Evolution，LTE)系統、先進長期演進(LTE-Advanced，LTE-A)系統或是先進長期演進系統的後續版本中，網路端可為一演進式通用陸地全球無線存取網路(evolved universal terrestrial radio access network，E-UTRAN)，其可包含有複數個演進式基地台(evolved NBs，eNBs)及/或中繼站(relays)。
網路端可被配置有多個天線，用來執行波束成型(beamforming)，以實現大規模多輸入多輸出(massive multiple-input multiple-output，massive MIMO)及/或分時反轉多重存取(time-reversal division multiple access，TRDMA)。也就是說，根據大規模多輸入多輸出或分時反轉多重存取，網路端可使用這些天線來形成波束扇區(beam sector)，以先分開及再集中波束扇區中的訊號(例如接收的訊號及/或傳送的訊號)的能量。通訊裝置可被分為多個通訊裝置群組，每一個通訊裝置群組屬於一個對應的波束扇區。因此，當大規模多輸入多輸出或分時反轉多重存取運作時，可替通訊裝置帶來空間集中效果(spatial focusing effect)。需注意的是，當網路端根據分時反轉多重存取執行傳送時，可進一步降低通訊裝置的複雜度。舉例來說，通訊裝置僅需要一個接收天線，即可來執行來自於網路端(根據分時反轉多重存取)的傳送。根據以上所述，多用戶多輸入多輸出(multiple-user MIMO，MU-MIMO)可被實現於網路端及通訊裝置間。
除此之外，網路端亦可同時包括通用陸地全球無線存取網路/演進式通用陸地全球無線存取網路及核心網路，其中核心網路可包括伺服閘道器(serving gateway)、行動管理單元(Mobility Management Entity，MME)、封包資料網路(packet data network，PDN)閘道器(PDN gateway，P-GW)、本地閘道器(local gateway，L-GW)、自我組織網路(Self-Organizing Network，SON)及/或無線網路控制器(Radio Network Controller，RNC)等網路實體。換句話說，在網路端接收通訊裝置所傳送的資訊後，可由通用陸地全球無線存取網路/演進式通用陸地全球無線存取網路來處理資訊及產生對應於該資訊的決策。或者，通用陸地全球無線存取網路/演進式通用陸地全球無線存 取網路可將資訊轉發至核心網路，由核心網路來產生對應於該資訊的決策。此外，亦可在用陸地全球無線存取網路/演進式通用陸地全球無線存取網路及核心網路在合作及協調後，共同處理該資訊，以產生決策。
通訊裝置可為用戶端(user equipment，UE)、低成本裝置(例如機器型態通訊(machine type communication，MTC))、裝置對裝置(device-to-device，D2D)通訊裝置、行動電話、筆記型電腦、平板電腦、電子書及可攜式電腦系統等裝置。此外，根據傳輸方向，可將網路端及通訊裝置分別視為傳送端或接收端。舉例來說，對於一上鏈路(uplink，UL)而言，通訊裝置為傳送端而網路端為接收端；對於一下鏈路(downlink，DL)而言，網路端為傳送端而通訊裝置為接收端。更具體來說，對於一網路端而言，傳送的方向為下鏈路而接收的方向為上鏈路；對於一通訊裝置而言，傳送的方向為上鏈路而接收的方向為下鏈路。
第2圖為本發明實施例一通訊裝置20的示意圖。通訊裝置20可為第1圖中的通訊裝置或網路端，包括一處理裝置200、一儲存單元210以及一通訊介面單元220。處理裝置200可為一微處理器或一特定應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)。儲存單元210可為任一資料儲存裝置，用來儲存一程式代碼214，處理裝置200可通過儲存單元210讀取及執行程式代碼214。舉例來說，儲存單元210可為用戶識別模組(Subscriber Identity Module，SIM)、唯讀式記憶體(Read-Only Memory，ROM)、隨機存取記憶體(Random-Access Memory，RAM)、光碟唯讀記憶體(CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM)、磁帶(magnetic tape)、硬碟(hard disk)、光學資料儲存裝置(optical data storage device)、非揮發性儲存單元(non-volatile storage unit)、非暫態電腦可讀取介質(non-transitory computer-readable medium)(例如具體媒體(tangible media))等，而不限於此。通訊介面單元220可為 一無線收發器，其是根據處理裝置200的處理結果，用來傳送及接收訊號(例如資料、訊號、訊息或封包)。
第3圖為本發明實施例一流程30之流程圖，用於第1圖的網路端中，用來透過波束扇區處理資料傳輸。流程30可被編譯成程式代碼214，其包含以下步驟：
步驟300：開始。
步驟302：分配至少一第一通訊裝置到一第一波束扇區。
步驟304：接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號(pilot)。
步驟306：根據該至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道。
步驟308：在根據該至少一第一通道過濾至少一第一傳輸後，透 過該第一波束扇區，傳送該至少一第一傳輸到該至少一第一通訊裝置。
步驟310：結束。
根據流程30，網路端分配至少一第一通訊裝置到第一波束扇區。接著，網路端接收至少一第一通訊裝置透過第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號(例如探測參考訊號(sounding reference signal，SRS))，以及根據至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道(即獲得偵測的通道)。在根據至少一第一通道過濾(例如預過濾(prefilter))至少一第一傳輸(例如資料及/或控制資訊)後，網路端可透過第一波束扇區，傳送至少一第一傳輸到至少一第一通訊裝置。也就是說，至少一第一通訊裝置會被分配到第一波束扇區，使至少一第一導航訊號被傳送在第一波束扇區內，不會干擾傳送在其他波束扇區內的導航訊號。相對應地，至少一第一導航訊號也不會受到傳送在其他波束扇區內的導航訊號的干擾。此外，即使偵測的通道實際上為上鏈路通道，網路端可將這些偵測的通道視為下鏈路通道，以過濾傳輸，進而補 償下鏈路通道的效應。接著，網路端可執行過濾的傳輸。因此，不同的波束扇區中用來傳送導航訊號的資源可重複被使用，可減輕導航訊號汙染問題(pilot contamination problem)。
根據流程30，由於波束扇區可產生空間域(space domain)(即角度域(angular domain))，增加了可用來傳送導航訊號的資源。此外，由於波束成型(beamforming)的使用，可增加波束扇區中通道的同調頻寬(coherence bandwidth)，進一步增加了可用來傳送導航訊號的資源。如此一來，可進一步改善導航訊號汙染問題。根據以上所述，大規模多輸入多輸出及分時反轉多重存取的效能增益可獲得改善，網路端可服務大量的通訊裝置。
本發明的實現方式有很多種，不限於以上所述。
在一實施例中，除了流程30中所述的至少一通訊裝置外，流程30可進一步被應用於另一組通訊裝置。詳細來說，網路端可分配至少一第二通訊裝置到一第二波束扇區。接著，網路端接收至少一第二通訊裝置透過第二波束扇區所傳送的至少一第二導航訊號(例如探測參考訊號)，以及根據至少一第二導航訊號，偵測至少一第二通道(即獲得偵測的通道)。在根據至少一第二通道過濾(例如預過濾)至少一第二傳輸(例如資料及/或控制資訊)後，網路端可透過第二波束扇區，傳送至少一第二傳輸到至少一第二通訊裝置。換句話說，流程30可同時被應用於多個波束扇區，其分別用於多組通訊裝置。需注意的是，不同波束扇區的詳細運作方式可不相同，可根據設計考量及波束扇區的特性來決定。
在一實施例中，網路端可先接收至少一通訊裝置所傳送的至少一角度探測訊號(angular sounding signal)。接著，網路端根據至少一角度探測 訊號分配至少一第一通訊裝置到第一波束扇區。也就是說，本實施例提供了一種網路端分配通訊裝置到對應的波束扇區的方法。至少一角度探測訊號中所具有的資訊則未有所限。舉例來說，至少一角度探測訊號可包含有至少一第一通訊裝置的至少一識別(例如用戶端識別(UE ID))。也就是說，網路端可根據通訊裝置的識別來分配通訊裝置到一波束扇區。
在一實施例中，網路端可在至少一資源中，接收至少一第一通訊裝置透該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號。至少一資源可由至少一時間及至少一頻率所識別，即該資源可為時-頻資源(例如資源區塊)。決定至少一資源的方法則未有所限。舉例來說，至少一資源可由網路端分配(例如通知或指示)到至少一第一通訊裝置。也就是說，網路端可協調相同波束扇區中的多個通訊裝置，例如為了降低傳送導航訊號所產生的干擾。因此，導航訊號可根據協調以分時多工(time-division multiplexing，TDM)及/或分頻多工(frequency-division multiplexing，FDM)的方法來傳送。在另一實施例中，至少一資源可由至少一第一通訊裝置隨機決定。也就是說，相同波束扇區中的多個通訊裝置可根據各自的決定(例如隨機地)來傳送導航訊號，而不需接受網路端的協調。在另一實施例中，至少一資源可根據至少一第一通訊裝置的至少一識別(例如用戶端識別)及至少一細胞(傳送/接收所透過的細胞)識別(例如Cell ID)的一函數來決定。
較佳地，至少一第一通訊裝置運作於分時多工模式中。因此，在上鏈路通道及下鏈路通道相似的情況下，根據導航訊號所偵測的上鏈路通道對透過下鏈路通道下鏈路所執行的傳送來說是足夠精確的。
在一實施例中，流程30中的第一波束扇區可由網路端的複數個天線，根據大規模多輸入多輸出所形成。根據分時反轉多重存取，至少一第一 傳輸可透過第一波束扇區被執行。
第4圖為本發明實施例一流程40之流程圖，用於第1圖的網路端中，用來透過波束扇區處理資料傳輸，可用來舉例說明先前所述的實施例。流程40可被編譯成程式代碼214，其包含以下步驟：
步驟400：開始。
步驟402：接收至少一通訊裝置所傳送的至少一角度探測訊號。
步驟404：根據該至少一角度探測訊號分配該至少一通訊裝置到一波束扇區。
步驟406：分配用於至少一導航訊號的至少一資源到該至少一通訊裝置。
步驟408：接收該至少一通訊裝置透過該波束扇區所傳送的該至少一導航訊號。
步驟410：根據該至少一導航訊號，偵測至少一通道。
步驟412：在根據該至少一通道過濾至少一傳輸後，透過該波束扇區，傳送該至少一傳輸到該至少一通訊裝置。
步驟414：結束。
流程40的詳細運作方式可參考前述，在此不贅述。
本領域具通常知識者當可依本發明的精神加以結合、修飾或變化以上所述的實施例，而不限於此。前述的陳述、步驟及/或流程(包含建議步驟)可透過裝置實現，裝置可為硬體、軟體、韌體(為硬體裝置與電腦指令與資料的結合，且電腦指令與資料屬於硬體裝置上的唯讀軟體)、電子系統、或上述裝置的組合，其中裝置可為通訊裝置20。
硬體可為類比微電腦電路、數位微電腦電路及/或混合式微電腦電路。例如，硬體可為特定應用積體電路、現場可程式邏輯閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可程式化邏輯元件(programmable logic device)、耦接的硬體元件，或上述硬體的組合。在其他實施例中，硬體可為通用處理器(general-purpose processor)、微處理器、控制器、數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)，或上述硬體的組合。
軟體可為程式代碼的組合、指令的組合及/或函數(功能)的組合，其儲存於一儲存單元中，例如一電腦可讀取介質(computer-readable medium)。舉例來說，電腦可讀取介質可為用戶識別模組、唯讀式記憶體、快閃記憶體、隨機存取記憶體、光碟唯讀記憶體(CD-ROM/DVD-ROM/BD-ROM)、磁帶、硬碟、光學資料儲存裝置、非揮發性記憶體(non-volatile storage unit)，或上述元件的組合。電腦可讀取介質(如儲存單元)可以內建地方式耦接於至少一處理器(如與電腦可讀取介質整合的處理器)或以外接地方式耦接於至少一處理器(如與電腦可讀取介質獨立的處理器)。上述至少一處理器可包含有一或多個模組，以執行電腦可讀取介質所儲存的軟體。程式代碼的組合、指令的組合及/或函數(功能)的組合可使至少一處理器、一或多個模組、硬體及/或電子系統執行相關的步驟。
電子系統可為系統單晶片(system on chip，SoC)、系統級封裝(system in package，SiP)、嵌入式電腦(computer on module，CoM)、電腦可程式產品、裝置、行動電話、筆記型電腦、平板電腦、電子書、可攜式電腦系統，以及通訊裝置20。
根據以上所述，本發明提供了一種方法及相關通訊裝置，用來透 過波束扇區處理資料傳輸。不同的波束扇區中用來傳送導航訊號的資源可重複被使用，可減輕導航訊號汙染問題。因此，大規模多輸入多輸出及分時反轉多重存取的效能增益可獲得改善，網路端可服務大量的通訊裝置。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
30‧‧‧流程
300、302、304、306、308、310‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種透過波束扇區(beam sector)處理資料傳輸的方法，用於一網路端中，該方法包含有：分配至少一第一通訊裝置到一第一波束扇區；接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號(pilot)；根據該至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道；以及在根據該至少一第一通道過濾至少一第一傳輸後，透過該第一波束扇區，傳送該至少一第一傳輸到該至少一第一通訊裝置。
  2. 如請求項1所述的方法，另包含有：分配至少一第二通訊裝置到一第二波束扇區；接收該至少一第二通訊裝置透過該第二波束扇區所傳送的至少一第二導航訊號；根據該至少一第二導航訊號，偵測至少一第二通道；以及在根據該至少一第二通道過濾至少一第二傳輸後，透過該第二波束扇區，傳送該至少一第二傳輸到該至少一第二通訊裝置。
  3. 如請求項1所述的方法，另包含有：接收該至少一第一通訊裝置所傳送的至少一角度探測訊號(angular sounding signal)；以及根據該至少一角度探測訊號分配該至少一第一通訊裝置到該第一波束扇區。
  4. 如請求項3所述的方法，其中該至少一角度探測訊號包含有該至少一第一通訊裝置的至少一識別。
  5. 如請求項1所述的方法，其中在至少一資源中，該網路端接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的該至少一第一導航訊號。
  6. 如請求項5所述的方法，其中該至少一資源是由至少一時間及至少一頻率所識別。
  7. 如請求項5所述的方法，其中該至少一資源是由該網路端分配到該至少一第一通訊裝置。
  8. 如請求項5所述的方法，其中該至少一資源是由該至少一第一通訊裝置隨機決定。
  9. 如請求項5所述的方法，其中該至少一資源是根據該至少一第一通訊裝置的至少一識別及至少一細胞識別的一函數來決定。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該至少一第一通訊裝置運作於一分時多工(time-division duplexing，TDD)模式中。
  11. 如請求項1所述的方法，其中該第一波束扇區是由該網路端的複數個天線根據大規模多輸入多輸出(massive multiple-input multiple-output，massive MIMO)所形成。
  12. 如請求項1所述的方法，其中根據分時反轉多重存取(time-reversal division multiple access，TRDMA)，該至少一第一傳輸透過該第一波束扇區被執行。
  13. 一種網路端，用來處理波束扇區處理資料傳輸，該網路端包含有：一儲存單元，用來儲存以下指令：分配至少一第一通訊裝置到一第一波束扇區；接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號；根據該至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道；以及在根據該至少一第一通道過濾至少一第一傳輸後，透過該第一波束扇區，傳送該至少一第一傳輸到該至少一第一通訊裝置；以及一處理裝置，耦接於該儲存單元，被設定以執行該儲存單元中的該指令。
  14. 至少一處理器，用來處理波束扇區處理資料傳輸，該至少一處理器包含有：一第一模組，用來使該至少一處理器分配至少一第一通訊裝置到一第一波束扇區；一第二模組，用來使該至少一處理器接收該至少一第一通訊裝置透過該第一波束扇區所傳送的至少一第一導航訊號；一第三模組，用來使該至少一處理器根據該至少一第一導航訊號，偵測至少一第一通道；以及一第四模組，用來使該至少一處理器在根據該至少一第一通道過濾至少一第一傳輸後，透過該第一波束扇區，傳送該至少一第一傳輸到該至少一第一通訊裝置。
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