TWI572230B

TWI572230B - Energy saving mechanism system and method for wireless relay network

Info

Publication number: TWI572230B
Application number: TW101143871A
Authority: TW
Inventors: Chih Hsuan Tang; Che Shen Chiu
Original assignee: Chunghwa Telecom Co Ltd
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2017-02-21
Also published as: TW201422029A

Description

應用於無線中繼網路之節能機制系統及其方法

本發明係關於一種無線傳送網路，特別為一種利用存在點對點通信系統中之中繼台，藉由主動式協作傳遞，以傳送終端資訊，並達成降低系統耗能與干擾，亦能增加資料獲得準確性之技術。

下一世代的行動通訊系統將具備高速資料傳輸、高鏈路品質(High link quality)、高安全性及支援多樣化通訊服務之能力。針對不同使用者的不同服務需求，系統設計者需建立一套有效的資源分配方式，以滿足不同使用者的服務品質(Quality of Service，QoS)需求。相聯的行動電話與無線區域網路等移動通訊設備，是行動電話網路，或為無線區域網路之存取點(Access Point，AP)或基站，但通訊使用的電波頻率越高，受障礙物遮斷的電波就更明顯，因此一個存取點可覆蓋的通訊範圍就會變小。在細胞邊界(Cell Boundary)之使用者，因與基地台(Base Station，BS)傳輸距離較遠，將導致鏈路品質較差之情形；而於細胞內部受地形或地物嚴重遮蔽(Shadowing)之使用者，亦因遮蔽效應(Shadow Effect，SE)而降低鏈路品質，因此使用者將無法使用高速資料傳輸。為解決上述問題，電信業者通常會增加基地台之佈設密度，以縮短基地台與使用者之間的通訊距離，使其提升細胞邊界使用者的服務品質，或於嚴重遮蔽區增加基地台佈設，藉以解決使用者因遮蔽效應而導致傳輸品質差的問題，但是，該習知技術將導致基地台的硬體設備費用及後端網路(Backhaul Network)連接的佈設成本提高；另外，因存取點價格昂貴，若採減少基地台之佈建，而增加基地台傳輸功率之方式，其結果雖可提高鏈路強度，但會有鄰近細胞間之干擾(Interference)問題。綜合考量該服務品質、建置成本、傳輸功率以及細胞涵蓋範圍等因素下，中繼技術(Relay Technique)無非是一個良好解決方案。而系統業者可藉佈建中繼台(Relay Station，RS)，以協助基地台轉送訊號至鏈路品質較差的使用者。並將鏈路品質較差之單一鏈結切割成多個鏈路品質較好的鏈結，使每段鏈結皆可提供較高之傳輸速率。

為滿足IMT-Advanced之需求，第三代合作夥伴計畫(3GPP)組織基於已具有明顯4G技術特徵之LTE系統，而演進至LTE-Advanced系統。在LTE-Advanced所要求之高系統容量要求下，應運而生該LTE-Advanced中之一項關鍵中繼技術，其主要提供改善覆蓋和提高容量之2種功能。當中繼技術通過插入中繼台，其主要作用如下：(1)可有效地提高陰影區域的覆蓋，進而提高陰影區域使用者的服務品質QoS；(2)擴展覆蓋半徑，因為基站的高容量不太可能被其覆蓋範圍內的所有用戶用盡；(3)對於不需要永久覆蓋的區域或需要快速部署網路的區域，中繼台可臨時覆蓋這些區域；(4)中繼台通過無線Backhaul連接，這樣可以儘量減小基礎設施成本，而在很多情況下，這是網路佈署的主要成本，中繼台僅僅需要電力網支撐，在沒有電力網情況下，可以由如太陽能等再生能源支撐，但於電力有限之場景，中繼台能提供服務的時間將受到限制。

中繼技術雖然在理論上可以獲得覆蓋和容量增益，但這項技術帶來的潛在問題也是很明顯的，訊號於基地台及中繼節點之間傳送造成接收終端之間的干擾及傳送電力不必要的浪費，中繼台於沒有訊號傳送時功率放大器持續開啟，亦造成電力不必要的浪費。下一代的中繼台應具備能夠識別中繼對象是否位於自己的通訊可能範圍之內等狀態，並以適合該狀態的方式進行中繼之能力，系統運作也需要安排必要且有效之訊號於基地台及中繼台之間傳送，亦應有適時開關中繼台之機制，以減少基地台、用戶裝置及中繼台之間可能產生的干擾及電力的消耗。

達成上述發明目的之中繼主動傳送接收，係利用無線傳送網路中之中繼節點轉發信號，增進獲得傳送終端資訊之準確度。其方法為候選中繼節點根據偵測之傳送終端及接收終端通道狀況資訊，經打開信號傳送功能模組，發送主動向基地站提出協作要求之訊號，基地站授權後，在母基地台控制下採中繼節點協作分程機制，以授權之時序轉發傳送終端信號，協助獲取更為準確的資訊，並可避免中繼節點對無線網路干擾之增加。本發明之另一功能為可降低中繼終端及傳送終端之耗能，中繼節點根據基站授權之時限，自主開關傳送功能模組，以有限電力儘量使資料信號傳送更為可靠。

一種應用於無線中繼網路之節能機制系統，其至少包括一中繼終端，其偵測傳送終端發送之信號內容，並發送主動協作請求信號，其中該信號內容以一接收信號暫存器存放；一傳送終端，其透過無線傳遞網路，以發送資料信號與導航信號，並接收中繼終端發送之主動協作請求信號，以控制傳送終端工作模態之各項控制命令，其中該導航信號是用於幫助接收終端解碼資料信號；一接收終端，其藉無線介面接收傳送終端發送之資料信號、導航信號，以及中繼終端發送之信號；一傳送信號模組，其存在於中繼終端，包含傳送信號所需之所有處理單元；以及一協作請求單元及協作授權單元，其分別存在於中繼終端及傳送終端，作為協定中繼協作之通訊工具。

其中該無線傳遞網路係為一點對點式無線通信網路，該傳送終端係執行發送資料信號與導航信號於中繼終端與接收終端接收範圍內，該中繼終端係為無線網路中之任何終端，但不為傳送終端及接收終端，該協作請求信號係產生由量測傳送終端發送之導航信號品質決定，該協作授權單元係由產生接收終端、中繼終端之信號接收品質及中繼終端合併傳送終端之通道品質決定，該接收信號暫存器存放傳送終端發送之資料信號，該中繼終端係於無資料傳送時，關閉信號傳送功能模組，進入低耗能狀態，該中繼終端係於降低耗能之狀態下，接收空中介面訊號，並解讀與監視該空中介面訊號品質，該中繼終端係於降低耗能之狀態下，自行開啟資料傳送功能模組。

一種應用於無線中繼網路之節能機制方法，其步驟如下：步驟S1：一中繼節點已註冊並已知一母基站，在對於一行動台的狀態下，一基地台傳送導航信號、控制信號給行動台，並量測基地台-中繼節點鏈路通道品質；步驟S2：行動台回報品質及傳送導航信號、控制信號，此時中繼節點接收而獲知基地台-行動台鏈路通道品質，同時量測行動台-中繼節點鏈路通道品質；步驟D2：中繼節點根據S1及S2獲得資訊，決定是否主動協助轉遞基地台及行動台發送資訊，若否，重複步驟S1，中繼節點持續接收空中訊號，若是，執行步驟D3；步驟D3：中繼節點若處於未活化狀況，進入步驟S3，中繼節點若處於活化狀況，進入步驟S4；步驟S3：中繼節點信號傳送模組開啟，進入步驟S4；步驟S4：中繼節點傳送協助請求給基地台，並報告基地台-中繼節點及行動台-中繼節點鏈路通道品質，進入步驟D4；步驟D4：基地台根據中繼節點報告，決定是否授權中繼節點成為轉遞中繼節點，若否，進入步驟D5，若是，進入步驟S6；步驟D5：中繼節點若處於未活化狀況，進入步驟S5關閉信號傳送模組，並重複步驟S1，中繼節點持續接收空中訊號，中繼節點若處於活化狀況，進入步驟D10；步驟S6：基地台傳送授權中繼節點協助信號並進入步驟D6；步驟D6：中繼節點若處於未活化狀況，進入於步驟S7，中繼節點若處於活化狀況，進入步驟S8；於步驟S7：中繼節點通知鄰細胞已活化，並進入步驟S8；步驟S8：基地台告知中繼節點授權時限，中繼節點開始計時，進入步驟D8；步驟D8：中繼節點決定是否授權時限到達，若是，進入步驟D10，若否，進入步驟D9；步驟D10：中繼節點決定是否去活化，若否，重複步驟S1；若是進入步驟S9，中繼節點通知鄰細胞去活化，中繼節點信號傳送模組關閉後，進入步驟S1；步驟D9：中繼節點根據基地台訊息，決定該行動台是否仍由此基地台服務，若否，中繼節點對此行動台主動協作機制結束，若是，進入步驟D13；步驟D13：基地台決定基地台或行動台是否有資料要傳送，若否，持續步驟D8，若是，進入步驟D11；步驟D11：基地台檢查若中繼節點未通知去活化，若是，進入步驟S1，若否，進入步驟D12；以及步驟D12：若為基地台有資料要傳送該行動台，進入步驟S10，基地台告知行動台、中繼節點排程結果，基地台傳送資料信號，中繼節點轉遞基地台傳送給該行動台之資料信號後，進入步驟D8，若為行動台有資料要傳送基地台，進入步驟S11，基地台告知行動台、中繼節點排程結果，行動台依排程結果傳送信號，中繼節點轉送行動台信號後，進入步驟D8。

本發明係構思以無線傳遞網路群體終端為考量，在儘可能有效利用傳送終端本身電力，以及儘可能減少中繼節點對網路的干擾和額外通訊信號負擔下，由智慧型中繼節點根據量測到的傳送終端導航信號品質，主動請求授權，加入原本單一點對點無線通訊，以少量的信號處理複雜度傳送信號，並根據接收終端反饋之控制信號，及傳送終端排程資訊動態開關信號傳送功能模組，達成可即時助益之無線分程傳遞網路，其中該方式提供顯著的正確資料速率增強或是有效通訊範圍增加及系統耗用電力的下降。

圖一A係為習知之無線通信網路下行鏈路通訊方式，以第三代合作夥伴計畫3GPP長期演進系統(3GPP Long Term Evolution，3GPP LTE)為例，步驟S100中，BS發射導頻信號、控制信號及資料信號。步驟S300中，UE根據接收BS之導頻信號與控制信號，進行資料信號解碼。步驟S500中，UE產生控制信號反饋通道品質或同時傳送控制信號與導航信號，步驟S700中，BS接收解調後調整與資料格式諸如調變碼率多重輸入輸出編碼方式等並安排傳送信號功率，之後再從步驟S100週而復始的循環。

圖一B為表示習知之無線通信網路上行鏈路通訊方式，步驟S200中，BS發射導頻信號及控制信號，控制信號告知UE排程、資料格式諸如調變碼率、多重輸入輸出編碼方式及UE傳送功率設定，導頻信號輔助控制信號及資料信號解碼。步驟S400中，UE根據接收BS之導頻信號與控制信號解碼獲得排程結果，依此設定在指定時頻進行資料信號傳送，並同時伴隨導頻信號。步驟S600中，BS根據接收UE之信號進行解碼。之後再從步驟S200週而復始的循環。

目前，在3GPP定義了兩種Relay：Type I Relay和Type II Relay。Type I Relay具有以下特性：(1)每個Type I Relay有獨立的社區識別碼(ID)，而Type I Relay的社區ID與所屬基站的社區ID不同；(2)Typel Relay具有資源調度和HARQ功能；(3)對於LTE Release 8終端，Type I Relay的表現如同一個基站；(4)對於LTE-Advanced終端，Type I Relay可能具有比LTE Release 8基站更先進的性能增強。

Type II Relay是帶內Relay節點，有以下特點：(1)沒有獨立的物理社區ID，即不能產生新的社區；(2)對LTE Release 8的UE是透明的，即LTE Release 8的UE不知道Type II Relay的存在；(3)發送物理下行共用通道(PDSCH)；(4)不發送共通導航訊號(CRS)和物理下行控制通道(PDCCH)。

為營運商節省成本，3GPP組織在Release 9依據自我最佳化網路(SON)精神，制定Inter-eNB的節能方案，基於階層式佈建拓墣(HCS)，當基地台評估自己不需提供服務時，即可透過X2 Interface告知鄰近基地台將關閉的訊息，若要開啟則由鄰近細胞透過X2 Interface送出Reactivation Request給Deactivated Cell，Relay作為提高容量功效時，亦可採用以上機制，在確保涵蓋之下，進行為達節電功能之開關(即活化與去活化)，然Relay Backhaul為空中介面，需於Relay去活化期間保持信號接收功能模組監控空中介面鄰近細胞傳送資訊，方能適時被再活化，因空中介面亦包含傳收終端之控制與資料訊號，一網路中註冊存在之Relay在去活化期間，能同時解讀上述資訊，本發明即利用Relay此等能力，可達有效決定開關適當時機之功效。

從以下較佳實施方式的描述中可以更詳細地理解本發明，該實施方式以實施例的方式給出，並結合附圖理解。在下文中，行動台(UE)包括但不局限於使用者設備、移動站、固定或移動使用者單元、傳呼機、或其他任何類型的能在無線環境中工作的周邊設備。在下文中，基地台(BS)包括但不局限於節點B(NodeB)、演進型節點B(eNB)、站點控制器、存取點或其他任何類型的在無線環境中的周邊設備。在下文中，中繼節點(RS)為經無線後傳(Wireless Backhual)與其母基站(Donor eNB)連結之任何存取點。

圖二為表示本發明之例示性較佳實施例的示意性流程圖，以Type II Relay為例，在RS已註冊並已知母基站之情形下，對該UE，於步驟S1中，BS傳送導航信號、控制信號給UE，此時量測BS-RS鏈路通道品質，於步驟S2中，UE回報品質及傳送導航信號、控制信號，此時RS接收而獲知BS-UE鏈路通道品質，同時量測UE-RS鏈路通道品質。於步驟D2中，RS根據S1及S2獲得資訊，決定是否主動協助轉遞BS及UE發送資訊。若否，重複步驟S1，RS持續接收空中訊號，若是，於步驟D3中，RS若處於未活化狀況，於步驟S3中，RS信號傳送模組開啟，於步驟D3中，RS若處於活化狀況，於步驟S4中，RS傳送協助請求給BS，並報告BS-RS及UE-RS鏈路通道品質，於步驟D4中，BS根據RS報告，決定是否授權RS成為轉遞中繼節點，若否，於步驟D5中，RS若處於未活化狀況，於步驟S5中，RS關閉信號傳送模組，並重複步驟S1，RS持續接收空中訊號，於步驟D5中，RS若處於活化狀況，於步驟D10中，RS決定是否去活化，若否，重複步驟10，於步驟D10中，RS若決定去活化，於步驟S9中，RS通知鄰細胞去活化，RS信號傳送模組關閉，再從步驟S1週而復始的循環。於步驟D4中，若BS授權RS成為轉遞中繼節點，於步驟S6中，BS傳送授權RS協助信號，隨後，於步驟D6中，RS若處於未活化狀況，於步驟S7中，RS通知鄰細胞已活化，於步驟D6中，RS若處於活化狀況，於步驟S8中，BS告知RS授權時限，RS開始計時，於步驟D8中，RS決定是否授權時限到達，若否，於步驟D9中，RS根據BS訊息，決定該UE是否仍由此BS服務，若否，本RS對此UE主動協作機制結束，若是，於步驟D13中，BS決定BS或UE是否有資料要傳送，若否，持續步驟D8，若是，於步驟D11中，BS檢查若RS未通知去活化，於步驟D12中，若為BS有資料要傳送該UE，於步驟S10中，BS告知UE、RS排程結果，BS傳送資料信號，RS轉遞BS傳送給該UE之資料信號，於步驟D12中，若為UE有資料要傳送BS，於步驟S11中，BS告知UE、RS排程結果，UE依排程結果傳送信號，RS轉送UE信號，於步驟D11中，BS檢查若RS已通知去活化，進行步驟S1，於步驟D8中，RS判別授權是否到期，若是，於步驟D10中，RS決定是否去活化，若否，從步驟S1週而復始的循環，若是，於步驟S9中，RS通知鄰細胞去活化，RS信號傳送模組關閉，再從步驟S1週而復始的循環。

此意味著BS可在多個候選中繼台中選擇一經歷良好之BS-RS-UE或UE-RS-BS通道的特定中繼終端進行信號之分程傳遞，藉此允許增加之平均資料速率、減少傳送終端之電力消耗以及增加之總資料速率。

儘管本發明通常可適用於無線分程傳遞網路，然其可視為一種簡化之協作式分程傳遞網路。圖三為表示本發明之例示性較佳實施例之基於多終端的無線之簡化之合作式分程傳遞網路的示意圖。該無線之合作式分程傳遞網路基本上包含：一指定發源端節點，可為基地台(BS)10或行動站(UE)30；一分程傳遞端節點或所謂的中繼台(RS)20；及一接收端節點，可為行動站(UE)30或基地台(BS)10。

下行時基地台10經鏈路1 40傳送信號至中繼台20，中繼台20經鏈路2 50傳送信號至行動站30，上行時行動站30經鏈路2 50傳送信號至中繼台20，中繼台20經鏈路1 40傳送信號至基地台10，或下行時基地台10直接由鏈路傳送信號至行動台30，上行時再由行動台30直接經鏈路傳送信號至基地台10，或下行時基地台10直接由鏈路傳送信號至行動台30，並且亦經鏈路1 40傳送信號至中繼台20，中繼台20經鏈路2 50傳送信號至行動站30，上行時再由行動台30直接經鏈路傳送信號至基地台10，並且亦經鏈路2 50傳送信號至中繼台20，中繼台20經鏈路1 40傳送信號至基地台10。

如圖四所示之基地台10概要圖，基地台(BS)10除正常的信號發送模組12、信號接收模組13、及收發天線11之外，控制信號處理模組14包含通道品質量測，亦包含協作授權單元15決定中繼台協作轉遞之授權、資源調度單元16處理中繼台與行動站之空中資源調度分配。如圖五所示之中繼台20概要圖，除正常的信號發送模組22、信號接收模組23、及收發天線21之外，控制信號處理模組24包含通道品質量測、排程信息解讀，亦包含請求協作授權單元25決定協作轉遞之請求授權、計時單元26計算授權是否到達時限、信號暫存器27暫存基地台與行動站之資料。如圖六所示之行動站30概要圖，除正常的信號發送模組32、信號接收模組33、及收發天線31之外，具有一控制信號處理單元34，包含通道品質量測、排程信息解讀。

起初，自基地台10信號發送模組12發送控制信號與導航信號至行動台UE1 30，由行動台30中之信號接收模組33根據接收之導航信號量測通道品質及估計其時序，接下控制信號處理單元34根據通道品質產生控制信號資訊(CQI)，由信號發送模組32反饋基地台10。基地台10之控制信號處理模組14根據控制信號調整資料信號與導航信號傳送功率及功率比。此時存在無線網路中之候選中繼台20(RS1~RSk)亦同時接收自基地台10發送之導航信號及行動台30通道品質資訊，以候選中繼終端RS1~RSk 20為例，控制信號處理模組24判斷符合輔助條件，即啟動主動協作請求單元25，信號發送模組23發送主動協作請求訊號及通道品質量測結果給基地台10，經基地台10信號接收模組13接收，由控制信號處理模組14判斷，假設根據量測之通道品質候選中繼終端RS1 20優於候選中繼終端RSk 20，即由協作授權單元15擇定中繼台RS1 20並產生協作授權信號及授權時限，並由控制信號處理模組14調整中繼台20及行動台30傳送終端之信號傳送功率與信號格式，中繼台20若於授權前處於未活化狀態，即由控制信號處理模組24產生已活化信號，發送基地台10。中繼台20計時單元26之自協作授權信號確認獲得授權開始計時至授權時限到達結束該UE之授權，經自行判斷若關閉信號發送模組22進入去活化狀態，即由控制信號處理模組24產生去活化信號，發送基地台10。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

10‧‧‧基地台(BS)

11、21、31‧‧‧收發天線

12、22、32‧‧‧信號發送模組

13、23、33‧‧‧信號接收模組

14、24‧‧‧控制信號處理模組

15‧‧‧協作授權單元

16‧‧‧資源調度單元

20‧‧‧中繼台(RS)

25‧‧‧協作請求單元

26‧‧‧計時單元

27‧‧‧信號暫存器

30‧‧‧行動站(UE)

34‧‧‧控制信號處理單元

40‧‧‧鏈路1

401、502‧‧‧導航信號+資料信號+控制信號

402‧‧‧協作請求

403‧‧‧通道品質

404‧‧‧協作授權

405、408‧‧‧活化、去活化

406‧‧‧導航信號+UE資料信號

407‧‧‧協作請求

50‧‧‧鏈路2

501‧‧‧導航信號+BS資料信號

503‧‧‧通道品質

S100~S600‧‧‧習知無線通信網路示意流程圖

D2~D6、D8~D12、S1~S11‧‧‧節能機制實施例示意流程圖

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖一A、圖一B係為習知之無線通信網路示意流程圖；圖二係本發明應用於無線中繼網路之節能機制之例示性較佳實施例的示意流程圖；圖三係為本發明應用於無線中繼網路之節能機制之無線多終端之簡化合作式分程傳遞網路示意圖；圖四係為本發明應用於無線中繼網路之節能機制之基地台(BS)概要圖；圖五係為本發明應用於無線中繼網路之節能機制之中繼台(RS)概要圖；以及圖六係為本發明應用於無線中繼網路之節能機制之行動站(UE)概要圖。