TWI587656B - 用於在分散式輸入分散式輸出之無線系統中之無線回程之系統及方法 - Google Patents

用於在分散式輸入分散式輸出之無線系統中之無線回程之系統及方法 Download PDF

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Description

用於在分散式輸入分散式輸出之無線系統中之無線回程之系統及方法 相關申請案
本申請案係以下同在申請中之美國專利申請案的部分接續案：
名為「System and Methods To Enhance Spatial Diversity In Distributed-Input Distributed-Output Wireless Systems」的美國申請案第13/475,598號。
名為「System and Methods to Compensate for Doppler Effects in Distributed-Input Distributed Output Systems」的美國申請案第13/464,648號。
名為「Systems And Methods To Coordinate Transmissions In Distributed Wireless Systems Via User Clustering」的美國申請案第12/917,257號
名為「Interference Management,Handoff,Power Control And Link Adaptation In Distributed-Input Distributed-Output(DIDO)Communication Systems」的美國申請案第12/802,988號
2010年5月1日頒予之名為「System And Method For Adjusting DIDO Interference Cancellation Based On Signal Strength Measurements」的美國專利第8,170,081號
名為「System And Method For Managing Inter-Cluster Handoff Of Clients Which Traverse Multiple DIDO Clusters」的美國申請案第12/802,974號
名為「System And Method For Managing Handoff Of A Client Between Different Distributed-Input-Distributed-Output(DIDO)Networks Based On Detected Velocity Of The Client」的美國申請案第12/802,989號
名為「System And Method For Power Control And Antenna Grouping In A Distributed-Input-Distributed-Output(DIDO)Network」的美國申請案第12/802,958號
名為「System And Method For Link adaptation In DIDO Multicarrier Systems」的美國申請案第12/802,975號
名為「System And Method For DIDO Precoding Interpolation In Multicarrier Systems」的美國申請案第12/802,938號
名為「System and Method For Distributed Antenna Wireless Communications」的美國申請案第12/630,627號
2009年10月6日頒予之名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,599,420號；2009年12月15日頒予之名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,633,994號；2009年12月22日頒予之名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,636,381號；2012年4月17日頒予之名為「System and Method For Distributed Input-Distributed Output Wireless Communications」的美國專利第8,160,121號；2010年5月4日頒予之名為「System and Method For Spatial-Multiplexed Tropospheric Scatter Communications」的美國專利第7,711,030號；2008年8月26日頒予之名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,418,053號；2011年8月2日頒予之名為「System and Method For Enhancing Near Vertical Incidence Skywave(“NVIS”)Communication Using Space-Time Coding」的美國專利第7,885,354號。
先前技術多使用者無線系統增加無線網路的複雜度並對無線網路引入限制，其導致一給定使用者之體驗(例如，可用頻寬、潛時、可預測性、可靠性)受區域中之其他使用者對頻譜之利用影響的情形。考慮到對於由多個使用者共用之無線頻譜內的聚集頻寬之漸增的需求，及用於給定使用者的可依賴於多使用者無線網路可靠性、可預測性及低潛時的應用之不斷增長，顯然先前技術多使用者無線技術遭受許多限制。實際上，由於適用於特定類型之無線通信的頻譜(例如，在可有效穿透建築物牆壁的波長下)之有限可用性，先前技術無線技術將不足以滿足對於可靠、可預測及低潛時之頻寬的漸增之需求。
101‧‧‧集中式處理器
102‧‧‧網路
103‧‧‧收發站
104‧‧‧使用者設備(UE)
201‧‧‧集中式處理器
202‧‧‧路由器/閘道器
203‧‧‧交換器/集線器
204‧‧‧BTS
205‧‧‧高速有線鏈路
206‧‧‧有線鏈路
301‧‧‧集中式處理器
302‧‧‧路由器/閘道器
303‧‧‧交換器/集線器
304‧‧‧BTS
305‧‧‧高速有線鏈路
306‧‧‧有線鏈路
307‧‧‧天線
308‧‧‧存取點(BTS-AP)
309‧‧‧中繼器(BTS-RP)
401‧‧‧集中式處理器
402‧‧‧路由器/閘道器
403‧‧‧交換器/集線器
404‧‧‧BTS
405‧‧‧高速有線鏈路
406‧‧‧有線鏈路
407‧‧‧天線
408‧‧‧存取點(BTS-AP)
409‧‧‧中繼器(BTS-RP)
410‧‧‧中繼器(BTS-RP)
501‧‧‧集中式處理器
502‧‧‧路由器/閘道器
503‧‧‧交換器/集線器
504‧‧‧BTS
505‧‧‧高速有線鏈路
506‧‧‧有線鏈路
507‧‧‧天線
508‧‧‧存取點(BTS-AP)
509‧‧‧中繼器(BTS-RP)
510‧‧‧中繼器(BTS-RP)
901‧‧‧太陽電池板
902‧‧‧充電控制器
903‧‧‧電池
904‧‧‧反相器
905‧‧‧BTS
906‧‧‧天線
907‧‧‧天線
1001‧‧‧矽整流二極體天線
1002‧‧‧充電控制器
1003‧‧‧電池
1004‧‧‧反相器
1005‧‧‧BTS
1006‧‧‧天線
1007‧‧‧天線
1102‧‧‧充電控制器
1103‧‧‧電池
1104‧‧‧反相器
1105‧‧‧BTS
1106‧‧‧天線
1107‧‧‧天線/接收器
1201‧‧‧作用中BTS
1202‧‧‧非作用中BTS
1203‧‧‧UE
1301‧‧‧BTS
1302‧‧‧BTS
1303‧‧‧UE
1401‧‧‧BTS
1402‧‧‧BTS
1403‧‧‧UE
專利或申請案檔案含有以彩色繪製的至少一個圖式。在請求及支付必要費用後，美國專利及商標局將提供本專利或專利公開案的具有彩色圖式之複本。
可結合圖式自以下詳細描述獲得對本發明之較好理解，其中：圖1說明由集中式處理器101、網路102及與N個用戶端器件UE1-UE4無線地通信之M個收發站103組成的MU-MAS之一個實施例；圖2說明由多個路由器或閘道器202及將集中式處理器201互連至202以及將路由器或閘道器202彼此互連的高速有線鏈路205組成之一個實施例；圖3說明經由點對多點無線鏈路將位元串流重新傳輸至多個BTS-RP 409及410的BTS-AP 408之一個實施例；圖4說明經由點對多點無線鏈路將位元串流重新傳輸至多個BTS-RP 409及410的BTS-AP 408之一個實施例；圖5說明利用網狀網路[5,7-8]之DIDO系統之一個實施例；圖6說明在San Francisco(CA)商業區中的BSN部署之一個實例；圖7說明展示具有點對多點鏈路之San Francisco商業區中兩個台的一個實施例。注意任一BTS-RP亦可將信號中繼至其他BTS-NP，如該圖之左側所示；圖8說明具有在San Francisco商業區周圍分散之節點的例示性網狀網路部署；圖9說明連接至對電池充電的充電控制器902(儀錶之影像僅出於說明之目的，且並非對充電控制器之要求)的太陽電池板901之一個實施例；圖10說明利用矽整流二極體天線之本發明之一個實施例；圖11說明與用於點對點/多點無線鏈路之天線1007組合以形成接收器的矽整流二極體天線1001之一個實施例；圖12說明由傳輸位元串流至UE 1203之作用中BTS 1201及非作用中BTS組成的典型DIDO網路之一個實施例；圖13說明所有UE可移動至相同區域的一個實施例； 圖14說明若電力消耗並非一問題且在可接通的UE之鄰域中不存在非作用中BTS，則另一解決方案係增加在遠離UE叢集之BTS處之傳輸功率的一個實施例。
克服上述先前技術限制中之許多限制的一解決方案係分散式輸入分散式輸出(DIDO)技術之一實施例。DIDO技術在以下專利及專利申請案中加以描述，該等專利及專利申請案全部讓與給本專利之受讓人並以引用之方式併入本文。此等專利及申請案有時在本文中統稱為「相關專利及申請案」。
名為「Systems and Methods to Enhance Spatial Diversity in Distributed Input Distributed Output Wireless Systems」的美國申請案第13/475,598號。
名為「System and Methods to Compensate for Doppler Effects in Distributed-Input Distributed Output Systems」的美國申請案第13/464,648號。
名為「Systems And Methods To Coordinate Transmissions In Distributed Wireless Systems Via User Clustering」的美國申請案第12/917,257號
名為「Interference Management,Handoff,Power Control And Link Adaptation In Distributed-Input Distributed-Output(DIDO)Communication Systems」的美國申請案第12/802,988號
2012年5月1日頒予之名為「System And Method For Adjusting DIDO Interference Cancellation Based On Signal Strength Measurements」的美國專利第8,170,081號
名為「System And Method For Managing Inter-Cluster Handoff Of Clients Which Traverse Multiple DIDO Clusters」的美國申請案第 12/802,974號
名為「System And Method For Managing Handoff Of A Client Between Different Distributed-Input-Distributed-Output(DIDO)Networks Based On Detected Velocity Of The Client」的美國申請案第12/802,989號
名為「System And Method For Power Control And Antenna Grouping In A Distributed-Input-Distributed-Output(DIDO)Network」的美國申請案第12/802,958號
名為「System And Method For Link adaptation In DIDO Multicarrier Systems」的美國申請案第12/802,975號
名為「System And Method For DIDO Precoding Interpolation In Multicarrier Systems」的美國申請案第12/802,938號
名為「System and Method For Distributed Antenna Wireless Communications」的美國申請案第12/630,627號
2009年10月6日頒予的名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,599,420號；2009年12月15日頒予的名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,633,994號；2009年12月22日頒予的名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,636,381號；2012年4月17日頒予的名為「System and Method For Distributed Input-Distributed Output Wireless Communications」的美國專利第8,160,121號； 名為「System and Method For Spatial-Multiplexed Tropospheric Scatter Communications」的美國申請案第11/256,478號；2008年8月26日頒予的名為「System and Method for Distributed Input Distributed Output Wireless Communication」的美國專利第7,418,053號；名為「System and Method For Enhancing Near Vertical Incidence Skywave(“NVIS”)Communication Using Space-Time Coding」的美國申請案第10/817,731號。
為了減少本專利申請案之大小及複雜度，下文未明確地闡述相關專利及申請案中之一些的揭示內容。為了獲得該揭示內容之完整描述，請參看相關專利及申請案。
1. 系統描述
吾人描述一用於無線傳輸之多使用者(MU)多天線系統(MAS)，其包含用以連接多個天線之無線及/或有線回程。如圖1中所描繪，MU-MAS由集中式處理器101、網路102及與N個用戶端器件UE1-UE4無線地通信之M個收發站103組成。
集中式處理器單元101接收具有意欲用於不同用戶端器件之不同網路內容(例如，自網頁伺服器或其他網路源串流傳輸的視訊、網頁、視訊遊戲、文字、語音，等等C1-C5)之N個資訊串流。下文中，吾人使用術語「資訊串流」來指經由網路發送的含有可根據某一調變/寫碼方案或協定而解調變或解碼為獨立串流以產生某一語音、資料或視訊內容的資訊之任一資料串流。在一個實施例中，資訊串流為攜載可經解調變或解碼為獨立串流的網路內容之位元序列。
集中式處理器101利用預編碼變換來將來自網路內容C1-C5之N個資訊串流組合(根據特定演算法)成M個位元串流。預編碼變換可為線性的(例如，迫零[22]、區塊對角化[20-21]、矩陣求逆，等等)或非線 性的(例如，髒紙編碼[11-13]或湯姆林森-哈拉希瑪(Tomlinson-Harashima)預編碼[14-15]、網格技術或格式預編碼[16-17]、向量擾動技術[18-19])。下文中，吾人使用術語「位元串流」來指不一定含有任何有用之資訊位元且因此無法被解調變或解碼為獨立串流以擷取網路內容的任何位元序列。在本發明之一個實施例中，位元串流為由集中式處理器產生且相對於待發送至M個收發站103中之一者的給定數目之位元加以量化的複合基頻信號。
在一個實施例中，MAS為如在吾人先前專利申請案[0002-0018]中所描述的分散式輸入分散式輸出(DIDO)系統。在此實施例中，DIDO系統由以下各物組成：
˙使用者設備(UE)104：用於固定或行動用戶端104之RF收發器經由下行鏈路(DL)頻道接收來自DIDO回程之資料串流，並經由上行鏈路(UL)頻道傳輸資料至DIDO回程
˙基地收發站(BTS)103：BTS 103介接DIDO回程與無線頻道。一個實施例之BTS為由DAC/ADC及將基頻信號轉換至RF之射頻(RF)鏈組成的存取點103。在一些狀況下，BTS為配備有功率放大器/天線之簡單RF收發器，且RF信號係經由如吾人先前專利申請案中所描述的光纖上RF技術攜載至BTS。
˙控制器(CTR)：CTR為針對某些專用特徵而設計的一特定類型BTS 103，該等特徵諸如傳輸用於BTS及/或UE之時間/頻率同步之訓練信號，接收/傳輸來自/至UE之控制資訊，接收來自UE之頻道狀態資訊(CSI)或頻道品質資訊。一或多個CTR台可包括於任一DIDO系統中。當多個CTR可用時，至或來自彼等台之資訊經組合以增加分集並改良鏈路品質。在一個實施例中，經由最大比組合(MRC)技術自多個CTR接收CSI以改良CSI解調變。在另一實施例中，經由最大比傳輸(MRT)自多個CTR發送控制資訊以改良接收器側的SNR。本發明之範 疇不限於MRC或MRT，且任一其他分集技術(諸如天線選擇等等)可用以改良CTR與UE之間的無線鏈路。
˙集中式處理器(CP)：CP為一介接網際網路或其他類型外部網路與DIDO回程的DIDO伺服器101。在一個實施例中，CP計算DIDO基頻處理並發送波形至分散式BTS以用於DL傳輸
˙基地台網路(BSN)：BSN為連接CP 101至攜載用於DL抑或UL頻道之資訊的分散式BTS 103的網路102。BSN為一有線或無線網路或兩者之組合。舉例而言，BSN為DSL、纜線、光纖網路，或視線或非視線無線鏈路。此外，BSN為專屬網路，或區域網路，或網際網路。
2. 無線及有線回程
本發明之實施例描述用於經由DIDO系統中之無線或有線鏈路(或兩者之組合)之實用BSN部署的系統及方法。在一個實施例中，BSN為圖2中之由多個路由器或閘道器202及將集中式處理器201互連至202以及將路由器或閘道器202彼此互連的高速有線鏈路205組成的有線網路。有線鏈路205攜載待發送至連接至相同DIDO BSN之所有BTS 204的位元串流。路由器及閘道器經由有線鏈路206連接至交換器或集線器203。有線鏈路206僅攜載意欲至連接至相同交換器或集線器203之BTS 204的位元串流。BTS 204經由DIDO無線鏈路以每一UE恢復並解調變其自身資訊串流之一方式同時發送自集中式處理器201接收之位元串流。
有線鏈路205及206包含各種網路技術，網路技術包括(但不限於)數位用戶線(DSL)、纜線數據機、光纖環、T1線、光纖同軸電纜混合(HFC)網路。專用光纖通常具有非常大的頻寬及低潛時(在局部區域中可能小於一毫秒)，但與DSL及纜線數據機相比部署範圍較窄。現今，在美國DSL及纜線數據機連接通常具有在10ms至25ms之間的最後一哩潛時，但其部署非常廣泛。
經由BSN發送之位元串流由自CP至BTS之基頻信號組成。假定基頻信號之每一複合樣本係量化為32個位元(亦即，16位元用於實數部分且16位元用於虛數部分)，BSN經由無線DIDO鏈路以10M樣本/秒(亦即，10MHz頻寬)操作BTS的總頻寬要求為320Mbps。通常，僅16位元或更少位元的量化就足以表示具有可忽略誤差之基頻信號(尤其在將壓縮技術用以減少頻寬要求之情況下)，藉此將BSN輸貫量要求減少至160Mbps或更少。在本發明之一個實施例中，DIDO系統使用壓縮技術來減少在BSN回程上所要求的輸貫量之量。此外，已證明DIDO技術提供相對於任一現有無線技術的在頻譜效率上之一個數量級的增加。因此，可能將BTS處之基頻輸貫量要求自10M樣本/秒放鬆直至5M樣本/秒或1M樣本/秒，同時經由無線鏈路提供與任何習知無線通信系統相比而言相當或較高之每使用者輸貫量。因此，在實用DIDO部署中，BSN處之輸貫量要求可低至至每一BTS的16Mbps。
在另一實施例中，當將無線鏈路用於兩個BTS之間時，一個BTS充當無線地重新分散位元串流至其他遠端BTS之存取點(BTS-AP)308。每一遠端BTS接收來自BTS-AP的其專用位元串流，並經由DIDO無線鏈路重新傳輸，從而充當一中繼器(BTS-RP)309。注意圖3中之z形單箭頭線指示經由DIDO鏈路的自BTS至UE之無線傳輸位元串流，而直雙箭頭線指示經由BSN回程的點對點無線傳輸。
用於BSN回程的無線鏈路之一些實例為在ISM 2.4、5.8或24GHz頻帶[1-5]中操作的在市場上可購得之WiFi橋接器，或諸如雷射光傳輸[6]之無線光學通信，或可提供高輸貫量低潛時無線網路連接的任一其他射頻(RF)或光學專屬系統。注意所有上述系統可達成自100Mbps直至1Gbps或更大的可靠連接速度，其足以實現在BSN上的BTS-AP與BTS-RP之間的高速無線鏈路。
在另一實施例中，BTS-AP 408經由點對多點無線鏈路重新傳輸 位元串流至多個BTS-RP 409及BTS-RP 410，如圖4中所示。BTS-AP將相同無線資源(亦即，相同時間及相同頻帶)用於至BTS-RP之所有鏈路，且藉由建立非常窄之波束(經由使用波束成形技術的強方向性天線或天線陣列)避免鏈路之間的干擾。窄波束亦可用於BTS-RP處以改良鏈路品質並減少來自其他相鄰位置之干擾。當遠端位置彼此太近且導引窄波束至該等遠端位置而其不互相干擾係不切實際時，可經由不同多重存取技術(諸如TDMA、FDMA、OFDMA或CDMA)在彼等BTS-RP之間共用相同無線資源。
為了提供自BTS-AP至BTS-RP之網路服務，本發明使用點對點或點對多點視線(LOS)鏈路。在另一實施例中，LOS可能不可用，且鏈路使用波束成形、MRT、MIMO或其他分集技術來改良非LOS(NLOS)鏈路中之鏈路品質。
延伸無線回程之涵蓋區域的另一方式係經由網狀網路[5,7-9]。 Webpass[8]已使用在ISM頻帶中操作之Wi-Fi收發器在San Francisco(CA)商業區中部署實用網狀網路，其可達成自45Mbps直至200Mbps之速度。如上文所描述，此等速度將足以在實用BSN部署中攜載自CP至BTS的位元串流。在本發明之一個實施例中，DIDO系統利用圖5中之網狀網路[5,7-8]來延伸涵蓋範圍至分散在廣大區域上的多個BTS。網狀網路之每一迴路包含一個或多個BTS-AP以甚至在發生暫時或永久網路故障時亦保證至其他BTS-RP之持續連接。
圖6中描繪San Francisco(CA)商業區中的BSN部署之一實例。圓圈指示有權存取光纖或其他類型高速有線網路連接之位置。彼等位置中之一些可配備有BTS-AP、或使用用於至其他BTS的點對點位元串流無線傳輸的天線307之路由器及交換器。實心點表示BTS-RP 309、或使用天線307來接收位元串流並經由DIDO無線鏈路將其重新傳輸的路由器及交換器。注意BTS-AP亦可經由DIDO鏈路無線地重新傳輸其 自身位元串流，藉此亦充當一中繼器。
在本發明之一個實施例中，BSN中之最高BTS-AP中之一或多者廣播控制資訊至所有其他DIDO BTS。控制資訊由用以在BTS處恢復時間及頻率偏移的在給定頻率下的訓練序列或已知導頻組成。舉例而言，主BTS-AP發送由所有其他BTS知曉的一訓練序列，使得彼等BTS可估計時間及頻率偏移，且使用時間及頻率偏移用於時間及頻率同步。在此情境下，BTS不需要任何全球定位系統(GPS)接收器來維持彼此之間的時間及頻率同步。
吾人觀察到儘管圖6中之佈局看起來類似於典型蜂巢式系統(亦即，具有發送無線信號至多個位置之一個主塔)，但其框架及功能性根本上不同。實際上，與蜂巢式系統中之資訊串流對照，BTS-AP發送位元串流至BTS-RP。在吾人之發明中位元串流係經由BSN回程發送，而在蜂巢式系統中資訊串流係自塔發送至用戶(亦即，在回程之後，通信鏈路之最後部分)。又，自BTS-AP至每一BTS-RP之鏈路為固定點對點，意謂其使用強方向性天線，使得對其他BTS-RP之干擾得以移除，且鏈路品質得以改良。另一方面，蜂巢式系統在整個小區或扇區或扇區之部分上(經由波束成形)傳輸能量，並藉由使用不同多重存取技術(例如，TDMA、FDMA、OFDMA、CDMA、SDMA)來避免跨用戶端之干擾。
當僅一個BTS-AP不足以伺服散佈在廣大區域上之多個BTS-RP時，可將額外BTS-AP用以建立至BTS-RP之其他點對點/多點鏈路。舉例而言，圖7展示具有點對多點鏈路之在San Francisco商業區的兩個台。注意任何BTS-RP亦可將信號中繼至其他BTS-NP，如該圖之左側所示。
圖8描繪一例示性網狀網路部署，其中節點分散於San Francisco商業區四周。網狀類型架構之幾個關鍵優點為：
˙偶然(serendipitous)之部署：BTS可置放於任一方便之處。 對於BTS-AP，僅要求至電源之連接及至高速有線網路之連接。BTS-RP無需網路連接，因為其可無線地建立，且其可置放於可通往屋頂之任一處。相比而言，在先前技術無線系統(諸如蜂巢式系統)中，BTS受限於其相對於彼此的實體置放及實體障礙，常常導致昂貴、不方便或難看之置放，或若所需置放不可用，則導致涵蓋範圍之損失。
˙更好的涵蓋範圍：因為BTS可以偶然方式來安裝，所以假定自服務區域周圍的幾乎任一位置起皆可能發現連接至網狀網路的至少一BTS係切合實際的。因此，當安裝一新BTS-RP時，在該相鄰區域中發現其他BTS-RP或BTS-AP以存取網狀網路的機會很大。同樣，在給定位置處之任一UE可看見至少一或多個BTS以遞送其資訊串流。
˙較低電力消耗：每一BTS無需無線地傳輸位元串流至置於遠處的BTS。實際上，在網狀網路中，BTS僅聯絡在其鄰域中之一個或幾個BTS，藉此減少傳輸功率需求並產生電力消耗之顯著改良。
˙對網路故障之較高穩健性：在網狀網路中，一個或多個BTS-AP連接至相同迴路，使得總是存在網路連接，即使在一或多個BTS-AP歸因於網路故障或暫時停電而關機的極端情形下亦然。
在本發明之一個實施例中，BSN為一偶然之網路，其節點(例如，BTS、BTS-AP或BTS-RP)安裝於任何方便之處。基於以下各者而評估網路中之BTS之安裝的便利性：˙高速低潛時網路或網際網路連接之可用性，不管為有線、無線、光纖或其他連接性；˙獲得在某些特定位置(例如，屋頂、電桿、燈桿、標石)中安裝BTS的授權是否可行，或是否存在由FCC發射限制強加之任何限制；˙租用被指定用於安裝BTS的位置的廉價程度。藉由將網路部 署之CAPEX以及OPEX維持於一最小值而獲得DIDO相對於蜂巢式系統之經濟性優勢中之一者。此係藉由安裝許多極便宜BTS而達成，其總體CAPEX及OPEX比涵蓋相同服務區域所需的蜂巢式電話塔低得多。
本文中及相關專利及申請案中所論述的一些實施例要求：i)對有線網路連接的存取；ii)電源插座。移除此兩個要求可顯著地簡化BTS之安裝及維護，從而使DIDO網路更具有偶然性。如上文所論述，可能藉由利用BTS-AP及BTS-RP來建立點對點/多點無線鏈路而移除第一要求。為了消除第二要求，本發明之實施例提供兩個解決方案：i)利用太陽能；ii)使用無線電力傳送。
在本發明之一個實施例中，太陽電池板901連接至對電池903充電之充電控制器902(儀錶之影像僅出於說明之目的，且並非對充電控制器之要求)，如圖9中所示。電池經由反相器904提供DC電流至BTS905，反相器904將電池電壓轉換至由BTS之規格定義的電壓。舉例而言，若BTS接受6V之輸入電壓且電池提供12V，則反相器將12V轉換至6V。BTS配備有天線906以經由無線DIDO鏈路傳輸無線電波至UE並接收來自UE之無線電波。此外，BTS連接至經由點對點/多點無線鏈路提供網路連接性之另一天線907。注意，天線906及907可被調諧到相同頻率或不同頻率，此視用於兩個不同類型鏈路的頻譜部分而定。舉例而言，至天線906之DIDO鏈路可經設計以在VHF或UHF下操作，而至天線907之點對點/多點鏈路可使用微波之ISM頻帶(亦即，用於WiFi之5.8GHz)。在本發明之一個實施例中，彼等鏈路不限於任一特定操作頻率。
作為一實例，假定BTS在6V DC輸入電壓下汲取3安培(A)電流，以小於10%的效率(亦即，考慮到電路中之功率損失及使用A類線性功率放大器，其效率通常非常低)經由無線鏈路傳輸1W。若電池額定容 量為60Ah，則目前較佳實施例將僅使電池放電至50%(或30Ah)以保持其壽命。因而，當BTS連續通電並以1W的輻射功率操作時，將花費約10小時將電池放電至50%。典型的在市場上可購得之太陽電池板以約20%的效率操作，產生約12W/ft2。假定存在足夠面積以容下5ft2的太陽電池板，則由太陽電池板901產生的總功率為60W。由於電池電壓通常為12V DC，所以太陽電池板901經由充電控制器提供5A電流至電池。因此，該太陽電池板將花費約6小時將電池自50%再充電至100%完全充電狀態。此為自持式系統之典型實例，其中充電率快於放電率。注意，對於夜間操作，當太陽電池板歸因於缺乏陽光而不在作用中時，短充電率及長放電率為特別方便的。在另一實施例中，將多個電池及一切換器用以在不同電池間切換，從而允許在整個白天進行獨立的充電/放電循環並在夜晚時間維持穩定的電力供應。
在以日光光照不足為特徵的區域(例如，在白天持續時間較短之月份期間在接近北極及南極之多雨及多雲的地方或位置，被遮蔽區域，等等)中，太陽電池板可能並非對BTS供電之實用解決方案。一替代解決方案係無線電力傳送。本發明之另一實施例利用圖10中之矽整流二極體天線1001來經由充電控制器1002提供DC電流至電池1003。經由不同位置處之強方向性天線將無線電力傳輸至矽整流二極體天線1001。在一個實施例中，無線電力傳輸器為具有強方向性天線之一或多個BTS-AP，該等強方向性天線用以形成一瞄準矽整流二極體天線1001之位置的非常窄波束。矽整流二極體天線1001自身配備有一強方向性天線以增加所接收電力量。
在另一實施例中，矽整流二極體天線1001與用於點對點/多點無線鏈路之天線1007組合以形成圖11中所示的接收器1107。此係將相同天線1107用以解調變來自無線網路之數位內容以及儲存電力以饋送給電池及因而饋送給BTS的小型設計。
3. 可重新組態之BTS組態
吾人已描述提供至相同BSN中之所有BTS之網路連接的用於無線回程的系統及方法。接下來，吾人描述用以基於UE分散而重新組態網路拓撲的系統及方法。在摩根史坦利(Morgan Stanley)[10]之最近報告中，已展示當前蜂巢式系統中之訊務分散為非常不均勻的：在典型蜂巢式網路中，僅20%之基地台攜載80%之資料訊務。此效應係歸因於人口稠密之都市區域中的無線用戶之高集中度。在此等區域中，在多個用戶試圖在一日之繁忙時間期間同時存取蜂巢式網路時會發生資料擁塞，從而導致斷訊、有限的連接速度及不良之涵蓋範圍。
DIDO之一個關鍵優點係其能夠動態地重新組態網路以適應於隨時間經過的某一區域中之用戶的不斷變化之空間分散及訊務之可變分散。圖12展示一由傳輸位元串流至UE 1203之作用中BTS 1201及連接至BSN但不經由無線鏈路傳輸任何資料的非作用中BTS 1202組成的典型DIDO網路。在作用中BTS周圍的圓圈指示其涵蓋區域。在此情境中，UE均勻地分散於給定區域周圍且CP已啟動在UE近旁之所有BTS以保證良好的涵蓋。
然而，在一日之某些時間期間，UE之分散可改變。舉例而言，在發生公共事件的情況下，所有UE可移至如圖13中所描繪之相同區域。在此情況下，CP辨識出UE分散之變化並啟動較接近UE之BTS，同時將其他BTS設定為待用。在一個實施例中，CP基於經由上行鏈路無線頻道自UE發送至BTS之CSI反饋或任何訓練或其他控制資訊來判定自每一BTS至每一UE的路徑損失。注意當UE組態隨時間改變時作用中BTS之數目保持恆定，以保證在無線鏈路上存在足夠自由度以建立至所有UE的平行互不干擾頻道。此外，將一些作用中BTS設定為待用係一種節省電力以及使CP處之計算複雜度保持恆定的方式。在另一實施例中，當UE分散改變時，作用中BTS未被設定為待用，藉此以 CP處之更多電力消耗及更高計算複雜度為代價來保證更好的涵蓋。
若電力消耗並非一問題且在UE之鄰域中不存在可開啟的非作用中BTS，則另一解決方案係增加在遠離UE叢集之BTS處的傳輸功率，如圖14中所示。增加傳輸功率會建立跨越BTS之更多干擾型樣，其由DIDO預編碼器利用以建立互不干擾的資料串流。
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101‧‧‧集中式處理器
102‧‧‧網路
103‧‧‧收發站
104‧‧‧使用者設備(UE)

Claims (17)

  1. 一種多使用者(MU)多天線系統(MAS)，其包含：一或多個集中式單元，其經由一網路通信地耦接至多個分散式收發站；該網路由有線或無線鏈路或兩者之一組合組成，該網路用作一回程通信頻道；該集中式單元將第一複數個N個資料串流變換成第二複數個M個經調變之串流，使得沒有單一M個經調變之串流攜載該等N個資料串流中之任一者之完整資料；該複數個M個經調變之串流係經由該網路發送至該等分散式收發站；該等分散式收發站經由無線鏈路同時發送該複數個M個經調變之串流至複數個用戶端器件，使得當在每一用戶端器件位置處接收時，該複數個M個經調變之串流之組合產生(result in)攜載該複數個N個資料串流中之至少一者之該完整資料的一經調變之串流。
  2. 如請求項1之系統，其中該MU-MAS包含一集中式處理器(CP)，該分散式收發站包含一基地收發站(BTS)，該網路包含一基地台網路(BSN)，該用戶端器件包含使用者設備(UE)。
  3. 如請求項2之系統，其中該無線或有線BSN互連多個BTS或控制器(CTR)台。
  4. 如請求項2之系統，其中該無線或有線BSN將一或多個BTS存取點(BTS-AP)或路由器或交換器互連至一或多個BTS中繼器(BTS-RP)或路由器或交換器。
  5. 如請求項1之系統，其中該無線鏈路由點對點或點對多點視線鏈 路組成。
  6. 如請求項5之系統，其中該無線鏈路使用以射頻或經由光學通信操作之在市場上可購得的或專屬系統。
  7. 如請求項1之系統，其中該無線鏈路由點對點或點對多點非視線鏈路組成。
  8. 如請求項7之系統，其中該無線鏈路使用波束成形、最大比傳輸(MRT)、多輸入多輸出(MIMO)或其他分集技術來改良鏈路品質。
  9. 如請求項2之系統，其中該BSN由一網狀網路組成。
  10. 如請求項9之系統，其中一個或多個BTS連接至相同網狀網路，使得該BSN在一或多個BTS發生故障的狀況下保持與所有其他BTS之連接。
  11. 如請求項1之系統，其中壓縮技術用以減少經由該網路傳輸位元串流所需的輸貫量之量。
  12. 如請求項2之系統，其中該等BTS廣播控制資訊至該網路中之一些或所有BTS，以允許實現彼等BTS之時間及頻率同步。
  13. 如請求項2之系統，其中該系統經設計使得BTS位於任一位置中。
  14. 如請求項3之系統，其中多個CTR台使用最大比組合(MRC)、最大比傳輸(MRT)或任何其他分集技術來改良經由其無線鏈路的傳輸及接收。
  15. 如請求項2之系統，其中該BTS係使用太陽電池板來供電。
  16. 如請求項2之系統，其中該BTS係使用無線電力傳送來供電。
  17. 如請求項2之系統，其中該CP辨識出該等UE在一特定區域上之分散的變化或該等UE之訊務隨時間的變化，並藉由動態地啟動提供最佳鏈路至該等UE之該等BTS而重新組態該網路。
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