TWI596918B - 毫米波通訊的波束成型方法以及使用此方法的基地台與使用者設備 - Google Patents

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Description

毫米波通訊的波束成型方法以及使用此方法的基地台與使用者設備
本揭露是有關於一種毫米波通訊的波束成型方法，以及使用此方法的基地台與使用者設備。
隨著科技的進步，使用毫米波(Millimeter Wave，簡稱mmWave)之無線通信技術依然存在一些技術困難。基本上，使用毫米波首先面對的在於傳播過程中可能遇到波能嚴重衰減，這跟毫米波通訊系統操作於高頻帶並使用相當大的頻寬進行通訊有非常大的關聯。進一步來說，相較於現今普遍使用的第三代(3G)或第四代(4G)通訊系統，毫米波通訊系統使用相對高頻的頻段來進行通訊。可以知道的是，電磁波的傳播在高頻段(例如，毫米波)較低頻段(例如，微米波)來的不可靠。接收機所接收到的電磁波能量強弱會與訊號傳送距離的平方成反比並與電磁波訊號的波長成正比，於是毫米波通訊系統將會因為使用短波長的高頻訊號而大 幅提昇訊號能量衰減的幅度。並且，高頻訊號的使用也將造成天線孔徑驟降，並可能導致毫米波通訊系統中的傳送訊號的訊號能量遞減。
再者，由於使用高頻段的電磁波訊號，因此毫米波通訊系統中收發訊號穿透障礙物的能力明顯降低。一般來說，對於毫米波通訊系統來說，系統效能對於訊號傳送路徑中的障礙物非常敏感。即訊號傳輸的直視性(Line of Sight,LOS)與非直視性(Non Line of Sight,NLOS)屬於非常重要的考量。另外，雨天、空氣中的氧氣跟水蒸氣等等也都會吸收掉毫米波能量。除此之外，為了達到高資料傳輸效率，毫米波通訊系統使用相當大的頻寬(例如500MHz~1GHz)進行資料傳輸，此舉也將大幅提高雜訊能量並因此降低訊雜比。因此，為了確保通訊品質，毫米波通訊系統中的收發器通常需要使用到多天線波束成形技術來改善訊號能量衰減用以增益收發訊號的效能。
一般來說，相關技術是在基地台/使用者設備上配置包括多個天線的天線陣列，藉由控制這些天線讓基地台/使用者設備可產生具有指向性的波束。藉由天線陣列所達成的波束成型技術是影響毫米波無線通信系統之效能的關鍵因素之一。進一步來說，由於基地台/使用者設備所產生的波束具有可調整的波束指向與波束場型，因此波束的波束場型與波束指向將直接影響基地台與使用者設備之間是否可建立資料傳輸路徑。比如，基地台可透過波束掃描來與使用者設備建立資料傳輸路徑，而所述波束掃描為基 地台於蜂巢細胞內依序朝不同方向發射涵蓋範圍有限的波束。因此，波束的涵蓋範圍(filed of view，FoV)也成為決定基地台與使用者設備建立資料傳輸路徑所需耗費時間的重要因素之一。基此，如何藉由波束成型技術來提昇毫米波無線通訊系統的效能著實為本領域技術所關心的重要議題之一。
因此，本揭露提出一種毫米波通訊的波束成型方法。特別是，本揭露提出一種毫米波通訊的波束成型方法，以及使用此方法的基地台與使用者設備，能夠有效的管理波束以及排程優選波束用來做資料的傳輸。
本揭露提供一種毫米波通訊的波束成型方法。根據一範例實施例，所述波束成型方法適用於具有產生Q個基地台波束的能力的基地台。所述波束成型方法包括以下步驟。在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的Q個基地台波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來傳遞多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1。在藉由從Q個基地台波束中選出的至少一經排程波束執行使用者設備連結(UE connection)時，藉由至少一經排程波束，使用M個無線電訊框的負載區來收發資料封包。
本揭露提供一種基地台。根據一範例實施例，所述基地台為具有產生Q個基地台波束，且包括收發電路以及處理電路的基地台。收發電路經配置以傳遞與接收毫米波通訊的無線訊號。 處理電路耦接於收發電路，並且經配置以在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的Q個基地台波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來傳遞多個週期信號，M≧1以及Q≧1。處理電路經配置以在藉由從Q個基地台波束中選出的至少一經排程波束執行使用者設備連結時，藉由作為至少一經排程波束的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的負載區來收發資料封包。
本揭露提供一種毫米波通訊的波束成型方法。根據一範例實施例，所述波束成型方法適用於使用者設備。所述波束成型方法包括以下步驟。在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的至少其中之一的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的至少其中之一的訊框標頭來接收多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1。從Q個基地台波束中，決定作為至少一經排程波束的Q個基地台波束的至少其中之一。在藉由從Q個基地台波束選出的至少一經排程波束執行使用者設備連結時，藉由至少一經排程波束，使用M個無線電訊框的至少其中之一的負載區來收發資料封包。
本揭露提供一種使用者設備。根據一範例實施例，所述使用者設備包括收發電路以及處理電路。收發電路經配置以傳遞與接收毫米波通訊的無線訊號。處理電路耦接於收發電路，並且經配置以在執行網路登錄時，藉由作為至少一掃描波束的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的至少其中之一的訊框標頭來接收多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1。處理電 路經配置以從Q個基地台波束中，決定作為至少一經排程波束的Q個基地台波束的至少其中之一，並且在藉由從Q個基地台波束選出的經排程波束執行使用者設備連結時，藉由至少一經排程波束，使用M個無線電訊框的至少其中之一的負載區來收發資料封包。
基於上述，在無線電訊框的訊框標頭中，朝向不同方向且作為多個掃描波束的多個基地台波束連續且週期性地由基地台發送。除此之外，在無線電訊框的負載區中，從基地台波束所選的至少一經排程波束動態的被排程且由基地台發送，以用來做資料的傳輸。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，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‧‧‧收發電路
120、220‧‧‧處理電路
130、230‧‧‧記憶體電路
140‧‧‧波束成型單元
150‧‧‧天線陣列
200‧‧‧使用者設備
240‧‧‧天線單元
400‧‧‧無線電訊框
411‧‧‧下行訊框標頭
412‧‧‧上行訊框標頭
413‧‧‧訊框標頭
414、701、702‧‧‧負載區
61~82‧‧‧子訊框
C1‧‧‧細胞
D1‧‧‧順時針方向
DL‧‧‧下行
UL‧‧‧上行
#1、#2、#3、#4、#5、#6、#7‧‧‧波束
S310、S320、S330、S340、S350、S910、S920、S930、S940、S950、S960、S970、S1001、S1002、S1003、S1004、S1005、S1006、S1007、S1008、S1009‧‧‧波束成型方法的步驟
附圖包含於本文中以便於進一步理解本揭露，且併入於本說明書中並構成本說明書的一部分。附圖說明本揭露的實施例，並與描述一起用以解釋本揭露的原理。
圖1A是根據本揭露一範例實施例所繪示的基地台的概要方塊圖。
圖1B是根據本揭露一範例實施例所繪示的使用者設備的概要方塊圖。
圖2是根據本揭露一實施例所繪示的波束成型的毫米波通訊的示意圖。
圖3A是根據本揭露一範例實施例所繪示的由基地台操作的波束成型方法的流程圖。
圖3B是根據本揭露一範例實施例所繪示的由使用者設備操作的波束成型方法的流程圖。
圖4是根據本揭露一範例實施例所繪示的用於毫米波通訊的訊框結構的示意圖。
圖5是根據本揭露一範例實施例所繪示的波束成型機制的無線電訊框的示意圖。
圖6A與圖7A是根據本揭露一範例實施例所繪示的集中型的訊框標頭中的掃描波束分配的示意圖。
圖6B與圖7B是根據本揭露一範例實施例所繪示的分散型的訊框標頭中的掃描波束分配的示意圖。
圖8是根據本揭露一範例實施例所繪示的在掃描波束上週期地發送信號的示意圖。
圖9是根據本揭露一範例實施例所繪示的由基地台操作的波束成型方法的流程圖。
圖10是根據本揭露一範例實施例所繪示的由使用者設備操作的波束成型方法的流程圖。
在以下的實施方式中為了解釋上的目的，將闡述大量具體細節以提供對本揭露實施例更全面性的理解。然而，必須清楚的是，一或多個實施例也可能在不具備上述的具體細節下被實作。另一方面，為了簡化圖式，習知的結構或設備將以示意圖來表示。
以下將參照所附圖式以提供所屬技術領域中具通常知識者對本揭露實施例更全面性的理解。本發明可以許多不同的方式實作而不限制於本文所提出的實施例。在本文的揭露中將省略習知部件的說明，並且在本文的揭露當中相同的標號被使用來表示相同或類似的部分。
在本揭露中，「基地台」一詞可表示多種不同的實施方式，其包括但不限於例如是家用演進基站(Home evolved Node B,HeNB)、演進基站(evolved Node B,eNB)、進階基地台(advanced base station,ABS)、基地收發機系統(base transceiver system,BTS)、存取點(access point)、家用基地台(home base station)、中繼站(relay)、散射體(scatterer)、中繼器(repeater)、中間節點(intermediate node)、中間裝置(intermediary)及/或衛星通信基站(satellite-based communication base station)。
根據本揭露的實施例，基地台至少可表示為如圖1A所繪示的功能設備。基地台100至少包括(但不限於)收發電路110、處理電路120、記憶體電路130(可選)、波束成型電路140以及天線 陣列150。
收發電路110可以無線方式傳遞與接收上行(uplink,UL)訊號及/或下行(downlink,DL)訊號。收發電路110也可執行諸如低雜訊放大、阻抗匹配、混頻、升頻轉換、降頻轉換、濾波、增幅或類似的操作。舉例而言，收發電路110可包括放大器、混頻器、震盪器、類比轉數位轉換器(analog-to-digital converter,ADC)、數位轉類比轉換器(digital-to-analog converter,DAC)、濾波器或類似的元件。類比轉數位轉換器經配置以在上行訊號處理階段中，將類比訊號格式轉換為數位訊號格式，而數位轉類比轉換器經配置以在下行訊號處理階段，將數位訊號格式轉換為類比訊號格式。
基地台100的波束成型電路140可對收發電路110所提供的訊號執行波束成型操作。舉例而言，波束成型電路140包括多個相位轉換器以及多個功率放大器(power amplifier,PA)。因此，送至天線陣列150中各天線的訊號相對相位可被適當的調整，以增強訊號在指定方向的強度，但在其他方向的強度則被壓縮。換言之，藉著操作波束成型電路140，基地台100能夠朝不同方向或以不同場型產生多個波束。
處理電路120經配置以處理數位訊號，以及執行根據本揭露的範例實施例所提出方法的程序。此外，處理電路120可選擇性地耦接於記憶體電路130，以便存取程式碼、裝置組態、碼本與緩衝或永久資料，以及記錄由處理電路120所執行的多個模組。處理電路120的功能可藉使用諸如微處理器、微控制器、數位訊 號處理(digital signal processing)晶片、現場可程式化閘陣列(field programmable gate array)，以及其他類似的可程式化單元來實作。處理電路120的功能也可藉由獨立的電子裝置或積體電路來實作，並且處理電路亦可以硬體或軟體的型式來實作。
在本揭露中，「使用者設備」一詞可表示多種不同的實施方式，其包括但不限於例如是行動台(mobile station,MS)、進階行動台(advanced mobile station,AMS)、伺服器、使用者終端、桌上型電腦、筆記型電腦、網路電腦、工作站、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、個人電腦(personal computer,PC)、掃瞄器、電話裝置、傳呼機(pager)、相機、電視機、手持式視訊遊戲裝置、音樂裝置、無線感測器以及其他類似的設備。在一些應用當中，使用者設備可為操作於諸如公車、火車、飛機、船、汽車以及其他類似的移動環境中的固定電腦裝置。
根據本揭露的實施例，使用者設備至少可表示為如圖1B所繪示的功能設備。使用者設備200至少包括(但不限於)收發電路210、處理電路220、記憶體電路230(可選)，以及一或多個天線單元240。記憶體電路230能夠儲存程式碼、裝置組態、緩衝或永久資料、碼本(codebook)等。處理電路220亦可以硬體或軟體的型式來實作。使用者設備200中各元件的功能是類似於其在基地台100中的功能，因此上述各元件的詳細描述將不再重複贅述。雖然未於圖1B中繪示，在一範例實施例中，使用者設備200亦可包括波束成型單元，藉由使用具有方向性的波束來與基地台100進行通 訊。
在本揭露的範例實施例中，操作於極高頻帶的手機系統能夠利用基於波束成型技術所獲得的天線增益來補償傳輸路徑上的能量損耗。前述的極高頻帶例如是約38千兆赫(GHz)毫米波頻帶，但本揭露並不限於此。波束成型技術是從多數個天線來發送訊號以使訊號可聚集於一特定方向的技術。基地台100能夠調整從各天線所發送訊號的相位，故從所有天線發送的訊號可聚集於特定方向以產生定向波束。因此，由基地台100所傳遞的波束可被位於特定方向的使用者設備200所接收。
圖2是根據本揭露一實施例所繪示的波束成型的毫米波通訊的示意圖。請參照圖2，基地台100能夠在細胞C1中朝向不同方向連續地產生多個基地台波束。在本範例實施例中，例如，基地台100能夠產生八個不同波束方向的基地台波束#0~#7，並且基地台100能夠依據順時針方向D1連續地傳遞基地台波束#0~#7。基地台波束#0~#7的覆蓋範圍能夠覆蓋整個細胞C1。換言之，基地台100能夠藉著切換七次波束方向，來產生基地台波束#0~#7以覆蓋整個細胞C1。
在本揭露中，基地台100可藉著使用以下揭露所定義出的波束成型訊框的訊框標頭，連續地依序發送作為掃描波束的基地台波束#0~#7。在此「掃描波束」一詞表示在訊框標頭中傳遞的基地台波束，且用於波束搜尋與細胞搜尋的週期性訊號與用於網路登錄程序的網路系統資訊是透過訊框標頭而傳遞。也就是 說，基地台100可藉由各掃描波束傳遞週期訊號以及網路系統資訊，以使至少一使用者設備能夠在細胞C1中的任何地方執行波束探尋、波束追蹤以及網路登錄程序。網路登錄程序可為網路接取(camp-on)程序、訊號換手(handover)程序、回退(fallback)程序以及其他類似的程序，本揭露不在此限制。
換言之，當使用者設備200進入細胞C1，使用者設備200與基地台100能夠藉由掃描波束的至少其中之一執行網路登錄程序，其中掃描波束的至少其中之一為基地台波束#0~#7的至少其中之一。因此，使用者設備200能夠與基地台100進行同步並且獲得網路系統資訊。以圖2為例而言，使用者設備200能夠接收藉由部份的掃描波束，即基地台波束#0到#7中的部份所傳遞的波束搜尋訊號，並且執行波束探尋以從基地台波束#0~#7中決定用作資料傳遞的至少一經排程波束。舉例而言，在接收到掃描波束#1~#3的三個波束搜尋訊號後，使用者設備200會向基地台100回報基地台波束#2是最適合用來通訊的波束，故圖2中的基地台100會排程波束#2以用於接續的資料傳輸。也就是說，基地台波束#2被選擇作為經排程波束。在此「經排程波束」一詞表示在訊框的負載區中被傳遞的波束，並且經排程波束可被排程與傳遞以用於在使用者設備200與基地台100之間的資料傳輸。基地台100以及使用者設備200首先使用掃描波束來執行網路登錄程序，接著使用經排程波束來執行使用者設備連結，以便於使用經排程波束來執行資料封包傳輸。如此一來，資料以及控制訊號能夠藉著 使用波束成型技術來被傳遞於毫米波的頻帶之中，並且網路登錄程序也能夠藉由毫米波波束來完成。
圖3A是根據本揭露一範例實施例所繪示的由基地台操作的波束成型方法的流程圖。在步驟S310中，在網路登錄階段，處理電路120可在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的Q個基地台波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來傳遞多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1。在一範例實施例中，依據使用者設備用來回報回饋訊息時所使用的優選掃描波束，處理電路120可以知道使用者設備的位置，因而可以排程經排程波束以傳遞資料封包。如此一來，在步驟S320，在使用者設備連結階段，處理電路120可在藉由從Q個基地台波束中選出的經排程波束執行使用者設備連結時，藉由作為至少一經排程波束的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的負載區來收發資料封包。
另一方面，圖3B是根據本揭露一範例實施例所繪示的由使用者設備操作的波束成型方法的流程圖。在步驟S330中，在網路登錄階段，處理電路220可在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的至少其中之一的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的至少其中之一的訊框標頭來接收多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1。在步驟S340中，在網路登錄階段或使用者設備連結階段，處理電路220可從Q個基地台波束中，決定Q個掃描波束的至少其中之一作為至少一經排程波束。處理電路220可基於訊號特性量測(但不限於此)，從基地台波束中選擇經排 程波束。在步驟S350中，在使用者設備連結階段，處理電路220可在藉由從Q個基地台波束中選出的經排程波束執行使用者設備連結時，藉由至少一經排程波束，使用M個無線電訊框的至少其中之一的負載區來收發資料封包。
此外，在使用者設備連結階段，由於使用者設備200可在細胞中移動，因此能夠被使用者設備200接收的基地台波束，是會隨著使用者設備200的位置變化而動態地改變。也就是說，為了達到無縫的資料傳輸，用來切換經排程波束的波束追蹤是必要的。在一範例實施例中，除了在網路登錄階段使用掃描波束來作波束探尋外，承載有波束搜尋訊號的掃描波束也可被使用於在使用者設備連結階段中切換經排程波束的波束追蹤中。換言之，對於移動中的使用者設備，在傳遞資料封包時，基地台100以及使用者設備200可同時藉由掃描波束來執行波束追蹤。
圖4是根據本揭露一範例實施例所繪示的用於毫米波通訊的訊框結構的示意圖。無線電訊框400包括訊框標頭413，並且訊框標頭413是位於無線電訊框400的起始段。藉由各掃描波束所傳遞的訊框標頭413可承載網路登錄程序的網路系統資訊、波束搜尋訊號、細胞搜尋訊號以及下行控制訊號。舉例而言，分別對應於多個掃描波束的波束搜尋訊號，可使用對應的訊框標頭而透過掃描波束傳遞。換言之，基地台100會藉由各掃描波束與其所對應的訊框標頭，週期性地傳遞控制訊號以及關聯於網路登錄程序的系統資訊。此外，無線電訊框400的負載區414是被使用 於下行/上行資料傳輸中，並且根據基地台與使用者設備的相對位置，被用於下行/上行資料傳輸的經排程波束會動態地被分配於無線電訊框的負載區414中。
進一步地說，訊框標頭413包括下行訊框標頭411以及上行訊框標頭412，並且本揭露並不限制下行訊框標頭411與上行訊框標頭412的配置次序。在下行訊框標頭411中，波束探尋以及網路登錄可以被執行。更明確地說，承載有所屬波束識別符的至少一波束搜尋訊號，可藉由下行訊框標頭411中的至少一掃描波束而被基地台傳遞。使用者設備可偵測波束搜尋訊號，並且使用者設備可藉著優選的掃描波束來通知基地台使用者設備所位於的掃描波束。也就是說，基地台可藉由掃描波束而使用無線電訊框的訊框標頭來傳遞波束搜尋訊號，並且使用者設備可藉由至少一掃描波束而使用無線電訊框的訊框標頭來接收至少一波束搜尋訊號。
除此之外，在一範例實施例中，網路登錄程序的同步訊號或參考訊號可使用下行訊框標頭411而藉由掃描波束傳遞。在一範例實施例中，承載有所屬波束識別符的波束搜尋訊號可被作為網路登錄程序的同步訊號，以偵測時間偏差以及頻率偏差。在一實施例中，基地台可使用上行訊框標頭412而藉由掃描波束偵測隨機存取前置碼(random access preamble)，但本揭露並不限於此。一旦基地台在執行波束探尋與網路登錄程序之後知道了用作資料傳輸的優選波束，基地台可排程經排程波束並隨後使用無線 電訊框400的負載區414來傳遞資料封包。
圖5是根據本揭露一範例實施例所繪示的波束成型機制的無線電訊框的示意圖。請參照圖5，假設基地台能夠在一個細胞中產生朝向不同方向的Q個掃描波束，並且上述的Q個掃描波束被分配到M個毫米波無線電訊框中來被基地台傳遞。也就是說，M個無線電訊框中的每一者會分配到Q個掃描波束之中的N個掃描波束(N=Q/M)。Q個掃描波束中的每一者會以每M個無線電訊框週期性地被傳遞，並且經排程波束被排程至M個無線電訊框的負載區中以收發資料封包。詳細地說，訊框nf包括訊框標頭以及負載區。在第nf個訊框的訊框標頭中，掃描波束#0~#(N-1)承載週期訊號(諸如波束搜尋訊號、細胞搜尋訊號等等)，下行控制訊號以及網路系統資訊連續地被傳遞。在第nf個訊框的負載區中，負載有資料封包的經排程波束#Xnf被傳遞。
類似地，在m個訊框之後，在第nf+m個訊框的訊框標頭之中，掃描波束#mN~#N(m+1)-1承載週期訊號(諸如波束搜尋訊號、細胞搜尋訊號等等)，下行控制訊號以及網路系統資訊連續地被傳遞。在第nf+m個訊框的負載區中，負載有資料封包的經排程波束#Xnf+m被傳遞。在M-1個訊框之後，在第nf+M-1個訊框的訊框標頭之中，承載有週期訊號、下行控制訊號以及網路系統資訊的掃描波束#(M-1)N~#NM-1連續地被傳遞。在第nf+M-1個訊框的負載區之中，負載有資料封包的經排程波束#Xnf+M-1被傳遞。也就是說，分配於一個訊框標頭中掃描波束的數量是可配置 的，此數量是藉由基地台波束的數量Q以及週期信號的信標週期M來決定。表1是配置掃描波束的一實例。
此外，除了掃描波束可被分配於M個無線電訊框中傳遞，在一個訊框標頭中被傳遞的掃描波束可被分配於訊框標頭的 單一子訊框中或是被分配於訊框標頭的多個子訊框中。在集中型的配置方式，N個掃描波束可連續地被分配於訊框標頭中的單一個上行/下行子訊框中。另一方面，在分散型的配置方式，N個掃描波束可連續地被分配於訊框標頭中的多個上行/下行子訊框中。比較集中型與分散型的配置方式，集中型的配置方式可具有為時較短的訊框標頭。除此之外，由於上下行切換的保護時間(毫秒級)較波束切換的保護時間(毫微秒級)來得長，因此集中型的配置方式具有較短的上下行切換的保護時間。
圖6A是根據本揭露的一範例實施例所繪示的集中型的訊框標頭中的掃描波束分配的示意圖。圖6B是根據本揭露的一範例實施例所繪示的分散型的訊框標頭中的掃描波束分配的示意圖。請參照圖6A，假設基地台可在細胞中產生朝向4個不同方向的4個掃描波束(Q=4，掃描波束#0~#3)，並且基地台在單一無線電訊框的訊框標頭的單一個子訊框中傳遞掃描波束#0到#3(M=1且N=4)。在圖6A中，對於第nf個訊框，承載有下行訊號的掃描波束#0到#3被分配於訊框標頭的同一個子訊框61中，並且承載有上行訊號的掃描波束#0到#3被分配於訊框標頭的同一個子訊框62中。
請參照圖6B，同樣地假設基地台可在細胞中產生朝向4個不同方向的4個掃描波束(Q=4，掃描波束#0~#3)，並且基地台在單一無線電訊框的訊框標頭的單一個子訊框中傳遞掃描波束#0~#3(M=1且N=4)。在圖6B中，對於第nf個訊框，承載有下行訊 號的掃描波束#0~#3分別被分配到訊框標頭的不同子訊框63、65、67與69中，並且承載有上行訊號的掃描波束#0到#3分別被分配到訊框標頭的不同子訊框64、66、68與70中。請參照圖6A與圖6B，用以傳遞資料封包的負載區701較負載區702來得長。
圖7A是根據本揭露一範例實施例所繪示的集中型的訊框標頭中的掃描波束分配的示意圖。圖7B是根據本揭露一範例實施例所繪示的分散型的訊框標頭中的掃描波束分配的示意圖。請參照圖7A，假設基地台可在細胞中產生朝向4個不同方向的4個掃描波束(Q=4，掃描波束#0~#3)，並且基地台在兩個不同無線電訊框的訊框標頭的兩個子訊框中傳遞掃描波束#0~#3(M=2且N=2)。在圖7A中，對於第nf個訊框，承載有下行訊號的掃描波束#0~#1被分配於訊框標頭的同一個子訊框71中，並且承載有上行訊號的掃描波束#0~#1被分配於訊框標頭的同一個子訊框72中。對於第nf+1個訊框，承載有下行訊號的掃描波束#2~#3被分配於訊框標頭的同一個子訊框73中，並且承載有上行訊號的掃描波束#2~#3被分配於訊框標頭的同一個子訊框74中。
請參照圖7B，同樣地假設基地台可在細胞中產生朝向4個不同方向的4個掃描波束(Q=4，掃描波束#0~#3)，並且基地台在兩個不同無線電訊框的訊框標頭的四個子訊框中傳遞掃描波束#0~#3(M=2且N=2)。在圖7B中，對於第nf個訊框，承載有下行訊號的掃描波束#0到#1分別被分配到訊框標頭的不同子訊框75與77中，並且承載有上行訊號的掃描波束#0~#1分別被分配到訊 框標頭的不同子訊框76與78中。對於第nf+1個訊框，承載有下行訊號的掃描波束#2~#3分別被分配到訊框標頭的不同子訊框79與81中，並且承載有上行訊號的掃描波束#2~#3分別被分配到訊框標頭的不同子訊框80與82中。可以知道的是，在集中型的訊框標頭較分散型的訊框標頭來得短。然而，掃描波束的傳遞先後順序以及訊框中下行/上行子訊框的排序並不限於本揭露的內容。
基於上述，藉由不同的掃描波束以及相對應地訊框標頭，基地台能夠週期性地傳遞波束搜尋訊號、細胞搜尋訊號、系統資訊以及關聯於網路登錄程序且由網路登錄程序所必要的控制訊號。但無論如何，負載區的封包傳遞資料段是否排程都可依據使用者設備200的通訊需求、通道標準以及系統網路能力來動態地決定。
圖8是根據本揭露一範例實施例所繪示的在掃描波束上週期地發送信號的示意圖。請參照圖8，藉由掃描波束傳遞的週期信號包括波束搜尋訊號(beam search signal,BSS)以及細胞搜尋訊號(cell search signal,CSS)。波束搜尋訊號分別對應於Q個掃描波束，且各波束搜尋訊號承載有波束識別符。掃描波束相關於不同的波束識別符。此外，細胞搜尋訊號承載有細胞識別符。在一範例實施例中，基地台藉由掃描波束，使用對應的訊框標頭來發送波束搜尋訊號以及細胞搜尋訊號。在圖8中，掃描波束被傳遞於M個無線電訊框中，上述的M個無線電訊框為第nf個訊框到第nf+M-1個訊框。第nf個訊框到第nf+M-1個訊框的訊框標頭包括 承載有相同細胞識別符的細胞搜尋訊號。如此一來，細胞搜尋訊號的週期為一個訊框。
除此之外，第nf個訊框的訊框標頭承載具有分別對應於波束#0到波束#(N-1)的不同波束識別符的N個波束搜尋訊號。第nf+m個訊框的訊框標頭承載具有分別對應於波束#(mN)到波束#(N(m+1)-1)的不同波束識別符的N個波束搜尋訊號。第nf+M-1個訊框的訊框標頭承載具有分別對應於波束#N(M-1)到波束#(NM-1)的不同波束識別符的N個波束搜尋訊號。經過M個訊框過後，第nf+M個訊框的訊框標頭承載具有分別對應於波束#0到波束#(N-1)的不同波束識別符的N個波束搜尋訊號。也就是說，具有相同波束識別符的波束搜尋訊號的週期為M個訊框。
必須注意的是，波束搜尋訊號可以為被至少一掃描波束覆蓋的使用者設備提供波束搜尋、頻率同步以及時間資訊。除此之外，在一範例實施例中，基地台以及使用者設備使用細胞搜尋訊號來執行細胞搜尋程序。承載有相同細胞識別符的細胞搜尋訊號被分配於M個無線電訊框的每一個的訊框標頭中。諸如在LTE規範中的主同步訊號(primary synchronization signal,PSS)以及次同步訊號(secondary synchronization signal,SSS)的細胞搜尋訊號，也可藉由掃描波束使用個訊框的訊框標頭來發送。細胞搜尋訊號能夠提供使用者設備細胞搜尋資訊。在一範例實施例中，細胞搜尋訊號也可同時提供頻率同步以及時間資訊。換言之，基地台會藉由各掃描波束以及對應的訊框標頭，週期性地發送控制訊 號以及相關於網路登錄程序的系統資訊。
圖9是根據本揭露一範例實施例所繪示的由基地台操作的波束成型方法的流程圖。在步驟S910中，基地台100可藉由Q個掃描波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來傳遞不同的波束搜尋訊號以及細胞搜尋訊號，其中M≧1並且Q≧1。更進一步地說，透過傳遞不同的波束搜尋訊號以及細胞搜尋訊號，至少一使用者設備可藉由作為Q個掃描波束的Q個基地台波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來與至少一基地台(例如，基地台100)同步。在步驟S920中，基地台100可藉由Q個掃描波束的其中之一接收網路登錄成功訊息，以從Q個基地台波束中識別出至少一經排程波束。在步驟S930中，基地台100可藉由經排程波束，使用M個無線電訊框的負載區來傳遞網路登錄結束訊息。在此所述的步驟S910到S930指的是基地台100使用掃描波束以及經排程波束，來執行波束探尋以及網路登錄程序的網路登錄階段。
在步驟S940中，基地台100可藉由作為Q個掃描波束的Q個基地台波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來傳遞波束搜尋訊號。在步驟S950中，基地台100可在收發資料封包時，藉由Q個掃描波束之部份或全部，使用M個無線電訊框的訊框標頭來接收關聯於Q個基地台波束之部份或全部的至少一訊號量測參數，以決定用以收發資料封包的經排程波束，以及排程經排程波束。訊號量測參數可以是藉著量測任何由基地台在訊框標頭中傳遞的下行訊號，所得到的接收訊號強度指標(received signal strength indicator,RSSI)或訊號雜訊比(signal-to-noise ratio,SNR)，但本揭露不在此限。在步驟S960中，基地台100可藉由從Q個基地台波束中選出的經排程波束，傳遞下行配置(downlink assignment)資訊或上行授權(uplink grant)資訊。在步驟S970中，基地台100可基於下行配置資訊或上行授權資訊，藉由經排程波束來收發資料封包。在此所述的步驟S940到S970指的是基地台100使用掃描波束來執行波束追蹤以及使用經排程波束來執行資料封包傳輸的使用者設備連結階段。
圖10是根據本揭露一範例實施例所繪示的由使用者設備操作的波束成型方法的流程圖。在步驟S1001中，使用者設備200可藉由作為至少一掃描波束的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的至少其中之一的訊框標頭來接收不同的多個波束搜尋訊號以及一細胞搜尋訊號，其中M≧1以及Q≧1。在步驟S1002中，使用者設備200可藉由Q個掃描波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的至少其中之一的訊框標頭來執行波束探尋以及同步化。在步驟S1003中，使用者設備200可藉由Q個掃描波束的其中之一回報網路登錄成功訊息，以使基地台100可從Q個基地台波束中識別出經排程波束。在步驟S1004中，使用者設備200可藉由經排程波束，使用M個無線電訊框的其中之一的負載區來接收網路登錄結束訊息。在此所述的步驟S1001到S1004指的是使用者設備200使用掃描波束以及經排程波束來執行波束探尋以及網路登錄程序的網路登錄階段。
在步驟S1005中，使用者設備200可藉由Q個掃描波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來接收波束搜尋訊號。在步驟S1006中，使用者設備200可量測關聯於Q個基地台波束的至少其中之一的至少一訊號量測參數。在步驟S1007中，使用者設備200可藉由Q個掃描波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的訊框標頭來回報關聯於Q個基地台波束的至少其中之一的至少一訊號量測參數，以通知基地台用以收發資料封包的經排程波束。在步驟S1008中，使用者設備200可藉由從Q個基地台波束中選出的經排程波束接收下行配置資訊或上行授權資訊。在步驟S1009中，使用者設備200可基於下行配置資訊或上行授權資訊收發資料封包。在此所述的步驟S1005到S1009指的是使用者設備200使用掃描波束來執行波束追蹤以及使用經排程波束來執行資料封包傳輸的使用者設備連結階段。
綜上所述，本揭露的基地台以及使用者設備能夠至少藉由基地台週期性傳遞的掃描波束，來執行波束探尋以及網路登錄程序。更進一步地說，由基地台動態傳遞的經排程波束，基地台以及使用者設備可執行資料封包傳輸。如此一來，本揭露的波束成型方法能夠有效的管理波束並且選擇最優選的波束用來作資料的傳輸。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍 當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S310、S320‧‧‧由基地台操作的波束成型方法的步驟

Claims (32)

  1. 一種毫米波通訊的波束成型方法，適於具有產生Q個基地台波束的能力的基地台，所述波束成型方法包括：在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的Q個基地台波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來傳遞多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1；以及在藉由從所述Q個基地台波束選出的至少一經排程波束執行使用者設備連結時，藉由作為所述至少一經排程波束的所述Q個基地台波束的至少其中之一，使用所述M個無線電訊框的負載區來收發資料封包，其中所述波束成型方法更包括：藉由所述Q個掃描波束的其中之一，接收網路登錄成功訊息，以從所述Q個基地台波束識別出所述至少一經排程波束；以及藉由所述經排程波束，使用所述M個無線電訊框的所述負載區來傳遞網路登錄結束訊息。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的波束成型方法，其中在執行所述網路登錄時，藉由作為所述Q個掃描波束的所述Q個基地台波束，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來傳遞所述週期訊號的步驟包括：藉由所述Q個掃描波束，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來同步至少一使用者設備。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的波束成型方法，其中所 述週期訊號包括分別對應於所述Q個掃描波束的多個波束搜尋訊號，各所述波束搜尋訊號承載波束識別符，並且所述掃描波束關聯於不同的波束識別符。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的波束成型方法，其中所述週期訊號包括細胞搜尋訊號，並且所述細胞搜尋訊號承載細胞識別符。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的波束成型方法，其中在基於所述Q個掃描波束執行所述網路登錄時，藉由作為所述Q個掃描波束的所述Q個基地台波束，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來傳遞所述週期訊號的步驟包括：使用所述細胞搜尋訊號來執行細胞搜尋程序，其中承載有相同的所述細胞識別符的所述細胞搜尋訊號被配置於各所述M個無線電訊框的所述訊框標頭中。
  6. 如申請專利範圍第3項所述的波束成型方法，更包括：在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來傳遞所述波束搜尋訊號；以及在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束的至少其中之一，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來接收關聯於所述Q個掃描波束之部份或全部的至少一訊號量測參數，以決定用來收發所述資料封包的所述經排程波束，以及排程所述經排程波束。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的波束成型方法，其中各 所述Q個掃描波束以每M個無線電訊框週期性地被傳遞，並且從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束被排程至用來收發所述資料封包的所述M個無線電訊框的所述負載區中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的波束成型方法，其中在藉由從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束執行所述使用者設備連結時，藉由作為所述至少一經排程波束的所述Q個基地台波束的至少其中之一，使用所述M個無線電訊框的所述負載區來收發所述資料封包的步驟包括：藉由從所述Q個基地台波束選出的所述經排程波束，傳遞下行配置(downlink assignment)資訊或上行授權(uplink grant)資訊，以基於所述下行配置資訊或所述上行授權資訊收發所述資料封包。
  9. 一種基地台，具有產生Q個基地台波束的能力，包括：收發電路，經配置以傳遞和接收毫米波通訊的無線訊號；處理電路，耦接於所述收發電路，並且經配置以：在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的所述Q個基地台波束，使用M個無線電訊框的訊框標頭來傳遞多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1；以及在藉由從所述Q個基地台波束選出的至少一經排程波束執行使用者設備連結時，藉由作為所述至少一經排程波束的所述Q個基地台波束的至少其中之一，使用所述M個無線電訊框的負載區來收發資料封包，其中所述處理電路更經配置以： 藉由所述Q個掃描波束的其中之一，接收網路登錄成功訊息，以從所述Q個基地台波束識別出所述至少一經排程波束；以及藉由所述經排程波束，使用所述M個無線電訊框的所述負載區來傳遞網路登錄結束訊息。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的基地台，其中所述處理電路更經配置以：藉由所述Q個掃描波束，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來同步至少一使用者設備。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的基地台，其中所述週期訊號包括分別對應於所述Q個掃描波束的多個波束搜尋訊號，各所述波束搜尋訊號承載波束識別符，並且所述掃描波束分別關聯於不同的波束識別符。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的基地台，其中所述週期訊號包括細胞搜尋訊號，並且所述細胞搜尋訊號承載細胞識別符。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中所述處理電路更經配置以：使用所述細胞搜尋訊號來執行細胞搜尋程序，其中承載有相同的所述細胞識別符的所述細胞搜尋訊號被配置於各所述M個無線電訊框的所述訊框標頭中。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的基地台，其中所述處 理電路更經配置以：在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來傳遞所述波束搜尋訊號；以及在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束之部份或全部，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來接收關聯於所述Q個掃描波束之部份或全部的至少一訊號量測參數，以決定用來收發所述資料封包的所述經排程波束，以及排程所述經排程波束。
  15. 如申請專利範圍第9項所述的基地台，其中各所述Q個掃描波束以每M個無線電訊框週期性地被傳遞，並且從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束被排程至用來收發所述資料封包的所述M個無線電訊框的所述負載區中。
  16. 如申請專利範圍第9項所述的基地台，其中所述處理電路更經配置以：藉由從所述Q個基地台波束選出的所述經排程波束，傳遞下行配置(downlink assignment)資訊或上行授權(uplink grant)資訊，以基於所述下行配置資訊或所述上行授權資訊收發所述資料封包。
  17. 一種毫米波通訊的波束成型方法，適用於使用者設備，所述波束成型方法包括：在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的至少其中之一的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的至少其中之一的訊框標頭來接收多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1； 從所述Q個基地台波束中，決定所述Q個基地台波束的至少其中之一作為至少一經排程波束；以及在藉由從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束執行使用者設備連結時，藉由所述至少一經排程波束，使用所述M個無線電訊框的至少其中之一的負載區來收發資料封包，其中所述波束成型方法更包括：藉由所述Q個掃描波束的其中之一，回報網路登錄成功訊息，以使基地台從所述Q個基地台波束識別出所述經排程波束；以及藉由所述經排程波束，使用所述M個無線電訊框的其中之一的所述負載區來接收網路登錄結束訊息。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的波束成型方法，更包括：藉由所述Q個掃描波束的至少其中之一，使用所述M個無線電訊框的其中之一的所述訊框標頭，來與基地台進行同步。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的波束成型方法，其中所述週期訊號包括分別對應於所述Q個掃描波束的多個波束搜尋訊號，各所述波束搜尋訊號承載波束識別符，並且所述掃描波束分別關聯於不同的波束識別符。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的波束成型方法，其中所述週期訊號包括細胞搜尋訊號，並且所述細胞搜尋訊號承載細胞識別符。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的波束成型方法，其中在執行所述網路登錄時，藉由作為所述Q個掃描波束的至少其中之一的所述Q個基地台波束的至少其中之一，使用所述M個無線電訊框的至少其中之一的所述訊框標頭來接收所述週期訊號的步驟包括：使用所述細胞搜尋訊號來執行細胞搜尋程序，其中承載有相同的所述細胞識別符的所述細胞搜尋訊號被配置於各所述M個無線電訊框的所述訊框標頭中。
  22. 如申請專利範圍第19項所述的波束成型方法，更包括：在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來接收所述波束搜尋訊號；以及在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束之部份或全部，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來回報關聯於所述Q個掃描波束之部份或全部的至少一訊號量測參數，以通知所述基地台用來收發所述資料封包的所述經排程波束。
  23. 如申請專利範圍第17項所述的波束成型方法，其中各所述Q個掃描波束以每M個無線電訊框週期性地被傳遞，並且從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束被排程至用來收發所述資料封包的所述M個無線電訊框的所述負載區中。
  24. 如申請專利範圍第17項所述的波束成型方法，其中在藉由從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束執行 所述使用者設備連結時，藉由所述至少一經排程波束，使用所述M個無線電訊框的至少其中之一的所述負載區來收發所述資料封包的步驟包括：藉由從所述Q個基地台波束選出的所述經排程波束，接收下行配置(downlink assignment)資訊或上行授權(uplink grant)資訊，以基於所述下行配置資訊或所述上行授權資訊收發所述資料封包。
  25. 一種使用者設備，包括：收發電路，經配置以傳遞和接收無線訊號；以及處理電路，耦接於所述收發電路，並且經配置以：在執行網路登錄時，藉由作為Q個掃描波束的至少其中之一的Q個基地台波束的至少其中之一，使用M個無線電訊框的至少其中之一的訊框標頭來接收多個週期訊號，其中M≧1以及Q≧1；從所述Q個基地台波束中，決定所述Q個基地台波束的至少其中之一作為至少一經排程波束；以及在藉由從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束執行使用者設備連結時，藉由所述至少一經排程波束，使用所述M個無線電訊框的至少其中之一的負載區來收發資料封包，其中所述處理電路更經配置以：藉由所述Q個掃描波束的其中之一，回報網路登錄成功訊息，以使基地台從所述Q個基地台波束識別出所述經排程波束； 以及藉由所述經排程波束，使用所述M個無線電訊框的其中之一的所述負載區來接收網路登錄結束訊息。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的使用者設備，其中所述處理電路更經配置以：藉由所述Q個掃描波束的至少其中之一，使用所述M個無線電訊框的其中之一的所述訊框標頭，來與基地台進行同步。
  27. 如申請專利範圍第25項所述的使用者設備，其中所述週期訊號包括分別對應於所述Q個掃描波束的多個波束搜尋訊號，各所述波束搜尋訊號承載波束識別符，並且所述掃描波束分別關聯於不同的波束識別符。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的使用者設備，其中所述週期訊號包括細胞搜尋訊號，並且所述細胞搜尋訊號承載細胞識別符。
  29. 如申請專利範圍第28項所述的使用者設備，其中所述處理電路更經配置以：使用所述細胞搜尋訊號來執行細胞搜尋程序，其中承載有相同的所述細胞識別符的所述細胞搜尋訊號被配置於各所述M個無線電訊框的所述訊框標頭中。
  30. 如申請專利範圍第27項所述的使用者設備，其中所述處理電路更經配置以：在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束，使用所述 M個無線電訊框的所述訊框標頭來接收所述波束搜尋訊號；以及在收發所述資料封包時，藉由所述Q個掃描波束之部份或全部，使用所述M個無線電訊框的所述訊框標頭來回報關聯於所述Q個掃描波束之部份或全部的至少一訊號量測參數，以通知所述基地台用來收發所述資料封包的所述經排程波束。
  31. 如申請專利範圍第25項所述的使用者設備，其中各所述Q個掃描波束以每M個無線電訊框週期性地被傳遞，並且從所述Q個基地台波束選出的所述至少一經排程波束被排程至用來收發所述資料封包的所述M個無線電訊框的所述負載區中。
  32. 如申請專利範圍第25項所述的使用者設備，其中所述處理電路更經配置以：藉由從所述Q個基地台波束選出的所述經排程波束，接收下行配置(downlink assignment)資訊或上行授權(uplink grant)資訊，以基於所述下行配置資訊或所述上行授權資訊收發所述資料封包。
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