TWI609577B - 執行上行鏈路通道估測的方法及使用所述方法的基地台 - Google Patents

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Description

執行上行鏈路通道估測的方法及使用所述方法的基地台
本發明是有關於一種通道估測的方法，且是有關於一種執行上行鏈路通道估測的方法及使用所述方法的基地台。
在未來的無線通訊系統當中，可以預見的是將會有大量的使用者設備(User Equipment,UE)需要被同時提供服務。舉例來說，例如物聯網(Internet of Things，IOT)，預計UE的數量將會成長10至100倍。雖然IOT將提供創造一個週遭事物(可稱為智慧型裝置)皆可以透過無線通訊系統連結世界的巨大挑戰，但IOT的廣闊視野仍然顯露其具有巨大的潛力來增進生活品質。然而，大量的挑戰，諸如電池功率消耗、大量UE之間的干擾、UE的花費等等問題仍然需要解決。
目前，通訊系統主要採用寬帶通訊。然而，具有大量延遲擴展通道的寬帶通訊由於嚴重的符號間干擾 (Inter-Symbol-Interferences，ISI)因而是一個具有挑戰性的任務。要解決此一挑戰，在接收端需要多載波調變例如正交分頻多工(OFDM)及複雜的等化(equalization)技術，來減輕任何潛在的ISI。雖然使用OFDM可提供良好的性能，但使用OFDM的結果是對於典型的UE需要很高的計算複雜度。
時間反轉分時多重存取(time-reversal division multiple access，TRDMA)的概念最近被引入作為用於寬帶通訊系統的另一個多重存取方案。在TRDMA下行鏈路系統的一個應用當中，基地台可透過不同的多路徑通道同時傳送資料流給每一個UE。為了利用這種通道自由度的空間度，基地台先時間反轉(time-revers)每一個UE通道的通道脈衝響應(channel impulse response，CIR)以作為UE的特徵波形，接著將嵌入這些特徵波形至對應的資料流。當此結合訊號透過對應的多路徑通道傳送至目標UE，此結合訊號以只集中在對應UE的一個「尖峰(spiky)」訊號功率空間分佈作為結束。在此情況下，接收端僅需要在尖峰訊號功率的時間取樣上做出決定。顯示出系統性能同時具有有效的訊號對干擾雜訊比(Signal-to-Interference-plus-Noise power Ratio，SINR)以及可達到的總實現率，使得TRDMA顯然是未來寬帶無線通訊的首選。
已有相關的研究比較在TRDMA和OFDM之間兩種寬帶技術的計算複雜度和可實現率。研究顯示時間反轉系統在基地台僅需要一些加法器，而OFDM則由於快速傅立葉轉換(FFT)區 塊則需要一些乘法器。除此之外，由於時間反轉系統僅執行單階(one-tap)偵測，其計算複雜度在接收端是可忽略的。這表示時間反轉系統的整體計算複雜度似乎比OFDM系統低得多。
然而，TRDMA的關鍵點是基地台應該要知道每一個UE通道的通道脈衝響應以作為特徵波形來執行時間反轉。因此，時間反轉系統對通道估測錯誤非常敏感。當一個通道估測誤差非常大時，可能會導致時間反轉和相應的通道之間的不匹配。由於基於TRDMA的通訊系統需要在時間域的通道狀態資訊而不是頻率域，因此，基於TRDMA的通訊系統並不同於其他的通訊系統。
當UE傳送資料至基地台時，每一個UE可能需要執行通道估測。在一些IOT的情境當中，應該要注意的是可能會有大量的UE同時需要執行通道估測。傳統的通道估測方法是UE一個接著一個的執行通道估測。也就是說，只要有一個UE正在執行通道估測，其他的UE就不能執行通道估測。依此方式，任一個UE必須要等到其他UE完成通道估測。因此，當UE的個數非常多時，UE將需要大量的時間進行通道估測。此外，若UE透過傳送訓練序列至基地台來同時執行通道估測，由多個UE傳送的訓練序列在訓練階段可能會造成彼此的干擾。換言之，如何發展出一種針對大量UE有效率且良好的通道估測方法為本領域技術人員所關心的議題之一。
有鑑於此，本發明提供一種執行上行鏈路通道估測的方法及使用所述方法的基地台。
本發明實施例提供一種執行上行鏈路通道估測的方法，適於在通訊系統中服務至少兩個UE的基地台。所述至少兩個UE分別位於兩個波束扇區，且基地台包括多根天線。此方法包括以下步驟：決定至少兩個UE的多路徑是否經過相同波束扇區；配置第一訓練序列給至少兩個UE中的第一UE及配置第二訓練序列給至少兩個UE中的第二UE，其中響應於至少兩個UE的多路徑經過相同波束扇區，配置第一訓練序列與第二訓練序列相互正交；接收參考訊號，其中參考訊號為由第一UE及第二UE分別根據第一訓練序列與第二訓練序列來傳送；以及根據參考訊號、第一訓練序列與第二訓練序列為第一UE及第二UE執行通道估測。
本發明實施例提供一種基地台，適於在通訊系統中服務至少兩個UE。所述至少兩個UE分別位於兩個波束扇區。此基地台包括多根天線、收發電路、儲存電路以及處理電路。收發電路經配置以經由所述多根天線傳送和接收無線訊號。儲存電路儲存多個程式碼。處理電路操作性耦接收發電路和儲存電路，並且經配置以存取所述程式碼以執行如下操作：取得至少兩個UE的多路徑資訊；根據至少兩個UE的多路徑資訊決定至少兩個UE的多路徑是否經過相同波束扇區；配置第一訓練序列給至少兩個UE中的第一UE及配置第二訓練序列給至少兩個UE中的第二UE，其中 響應於至少兩個UE的多路徑經過相同波束扇區，配置第一訓練序列與第二訓練序列相互正交；接收參考訊號，其中參考訊號為由第一UE及第二UE分別根據第一訓練序列與第二訓練序列來傳送；以及根據參考訊號、第一訓練序列與第二訓練序列為第一UE及第二UE執行通道估測。
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‧‧‧單一UE上行鏈路訓練系統
110、201_1~201_U、202_1~202_U、UE 1、UE 2、620、621、622、623、801_1~801_U‧‧‧UE
120、220、330、610、820‧‧‧基地台
200‧‧‧多個UE及多個小區上行鏈路訓練系統
211、212、710、720、730、811‧‧‧小區
300、600‧‧‧上行鏈路傳輸系統
310、320、630、631、632、633‧‧‧波束扇區
341、342、343、344‧‧‧通道路徑
410‧‧‧收發電路
420‧‧‧儲存電路
430‧‧‧處理電路
S510、S520、S530、S540、S550、S560、S570、S580、S590‧‧‧步驟
800‧‧‧上行鏈路TRDMA傳輸系統
圖1繪示單一UE上行鏈路訓練系統的整個系統模型的示意圖。
圖2繪示多個UE及多個小區上行鏈路訓練系統的整個系統模型的示意圖。
圖3繪示不同UE的多路徑訊號散射至相同的波束扇區的示意圖。
圖4是依據本發明之一實施例繪示之基地台的方塊圖。
圖5是依據本發明之一實施例繪示之執行上行鏈路通道估測方法的流程圖。
圖6是依據本發明之一實施例繪示之另一上行鏈路傳輸系統的示意圖。
圖7是依據本發明之一實施例繪示之不同小區的序列配置的 示意圖。
圖8是依據本發明之一實施例繪示之上行鏈路TRDMA傳輸系統的系統模型的示意圖。
圖9繪示圖8之上行鏈路TRDMA傳輸系統之通道與時間反轉波形的摺積結果的示意圖。
本揭露提出的基地台及其方法，基地台可透過接收波束成型(beamforming)偵測UE通道的空間自由度，使得基地台可適當的配置訓練序列給在通訊系統中的UE。如此一來，本揭露不僅可提供一種手段給多個裝置同時執行通道估測，亦針對多個UE情境亦提供一種通道估測技術。
圖1繪示單一UE上行鏈路訓練系統的整個系統模型的示意圖。請參照圖1，單一UE上行鏈路訓練系統100包含(但不限於)上行鏈路單一UE 110及目標基地台120。在目標基地台120第m個單一輸入單一輸出(single-input and single-output，SISO)通道接收的訊號可以由通道及訓練訊號的摺積(convolution)以及雜訊組成，其可以表示為：x m [n]=(S cu * h mcu )[n]+w m [n] 方程式(1)其中訓練訊號可以表示為：S cu =[S cu [0] S cu [1]…S cu [N p -1]] T 方程式(2)，且通道h mcu 可以表示為： h mcu =[h mcu [0] h mcu [1]…h mcu [L]] T 方程式(3)
在方程式(1)中，w m [n]為AWGN訊號。在本實施例中，假設w m [n]為具有平均值為0且變異數為1的高斯隨機變數，但本發明並不限於此。在方程式(2)中，S cu [n]為在第c個小區的第u個UE的訓練序列訊號，且假設每一個UE及每一個訊框的訓練符號的個數為N p 。在方程式(3)中，h mcu [n]為在第c個小區的第u個UE的第m根天線的通道係數，且假設通道脈衝響應的總長度為L+1。
在本實施例中，方程式(1)亦可以矩陣的型式表示，如下所示：X=S cu H cu +N 方程式(4)其中S cu 為訓練矩陣，而且是特普立茲(Toeplitz)矩陣、H cu 為目標基地台120結合所有天線的通道矩陣以及N是在目標基地台120接收到的雜訊矩陣。假設每一個UE及每一個訊框的訓練符號的個數為N p ，且目標基地台120天線的總個數為N r 。由於第一訓練符號受到之前不知名的符號干擾，目標基地台120僅接收到最後N p 個訓練符號來執行通道估測。維度為N p ×(L+1)的訓練矩陣S cu 可以表示為： ，在目標基地台120接收到維度為N p ×N r 的矩陣X可以表示為： ，維度為(L+1)×N r 的通道矩陣H cu 可以表示為：
由於在大規模的多輸入多輸出(multiple-input and multiple-output，MIMO)系統中的每一個UE可具有多根服務的天線，因而可使用空間自由度來偵測UE。UE可使用隨機存取通道通知目標基地台120它們的位置。因此，目標基地台120可透過探測訊號(sounding signal)(例如，隨機存取前置碼(preamble))偵測UE資訊，此UE資訊包括UE的訊號抵達角度(Angle of Arrival，AOA)、位置、目標UE所位於的波束扇區(beam sector)，但本發明並不限於此。透過使用所述UE資訊，目標基地台120可透過時序向量(timing)接收波束成型，所述時序向量為在第b個波束扇區(若UE位於此波束扇區)的第c個小區的第u個UE的指向向量(steering vector)。接收到的矩陣X可以轉換為向量x (b)表示，如下所示： ，其中可以表示為： 、Ω(b)為第b個波束扇區的角度以及n為在第b個波束扇區接收到的雜訊向量。
根據方程式(6)及方程式(8)，在透過目標基地台120接收到波束成型之後，在UE 110及目標基地台120之間的虛擬通道可被視為向量，其中向量為在第b個波束扇區的第c個小區的第u個UE的SISO虛擬通道。因此，在方程式(8)所接收到的訊號可以表示為：
圖2繪示多個UE及多個小區上行鏈路訓練系統的整個系統模型的示意圖。請參照圖2，多個UE及多個小區上行鏈路訓練系統200可包含(但不限於)多個UE(例如，位於小區211中的UE 201_1~201_U以及位於小區212中的UE 202_1~202_U，其中U為任意正整數)以及目標基地台220。類似於在圖1中的單一UE上行鏈路訓練系統100，目標基地台220可偵測UE 201_1~201_U及UE 202_1~202_U的UE資訊，此UE資訊包括訊號AOA、位置、目標UE所位於的波束扇區，但本發明並不限於此。透過使用所述UE資訊，目標基地台220可透過時序向量接收波束成型，所述時序向量為在第b個波束扇區的第c個小區的 第u個UE的指向向量。接著，根據方程式(10)，接收到具有波束成型的訊號可以表示為：
在一實施例中，假設在第一個小區的第一個UE為目標UE(例如，UE 201_1)。接收到的訊號x (b)可以分開表示為目標UE的訊號以及由其他多個UE傳送的在引導訊號(pilot)之間的干擾，如下所示：
根據方程式(8)及方程式(10)，針對單一UE上行鏈路訓練系統100或多個UE及多個小區上行鏈路訓練系統200的線性最小平方(least-square，LS)通道估測可以表示為： ，通道估測的關聯矩陣(correlation matrix)的誤差可以表示為： 因此，LS通道估測的均方誤差(Mean Square Error，MSE)可以表示為：
為了最小化LS通道估測的MSE，本發明提出設計訓練 序列S cu 符合兩種情況，如下所示：
在本實施例中，對於具有任意長度N p 的訓練序列S cu 可使用扎德奧夫-朱(Zadoff-Chu)序列來產生，如下所示： ，其中M為Zadoff-Chu序列的根的索引，其值為大於等於零的自然數且需與N p 互質。
有關Zadoff-Chu序列的特性可以如以下方程式(18)來表示： ，其中S M (t 1)=[S M [t 1] S M [t 1+1]…S M [t 1+N p -1]] T 。
在一實施例中，假設選擇初始的時間平移(time shift)值t 1以及Zadoff-Chu序列的根的索引M做為訓練序列S M (t 1)，其為訓練矩陣S M (t 1)的第一列。則下一列可為前列的一個元素右移的版本，如此以形成在系統模型中單一UE上行鏈路訓練系統100或多個UE及多個小區上行鏈路訓練系統200的特普立茲訓練矩陣S M (t 1)。訓練矩陣S M (t 1)可以表示為：
若有時間平移值為t 2的其他訓練矩陣S M (t 2)，其通道脈衝響應的總長度亦為L+1且t 2大於t 1，則訓練矩陣S M (t 1)及S M (t 2)符合互相正交的特性，即：
另一方面，若訓練矩陣S M (t 1)及S M (t 2)分別使用具有不同Zadoff-Chu序列的根的索引M 1及M 2來產生，則訓練矩陣S M (t 1)及S M (t 2)可滿足以下方程式：
在本發明的實施例中，為了最小化LS通道估測的MSE，本發明可接收波束成型及使用Zadoff-Chu序列作為訓練序列來減少由其他多個UE傳送的在引導訊號之間的干擾。雖然波束成型已有助於減輕由其他多個UE傳送的在引導訊號之間的干擾，且配置互相正交或非正交的Zadoff-Chu訓練序列給UE亦有助於減輕在相同波束扇區的UE在訓練階段由其他多個UE傳送的在引導訊號之間的干擾。然而，應注意的是，仍有一些情況會造成多個UE之間的嚴重干擾。由於多個UE在傳送參考訊號至目標基地台時，UE的多路徑訊號可能散射(scattering)，且在不同的AOA由基地台來接收。
圖3繪示不同UE的多路徑訊號散射至相同的波束扇區的 示意圖。請參照圖3，UE 1及UE 2分別位於波束扇區310及320。在一實施例中，定義箭頭所指的方向為UE的多路徑(例如，通道路徑341、342、343及344)。若UE 1及UE 2彼此使用非正交的訓練序列且UE 1及UE 2的多路徑散射至相同的波束扇區(例如，波束扇區320)，將會在波束扇區320中造成嚴重的多用戶干擾。
因此，依據上述的觀點，本發明實施例針對基地台提出上行鏈路通道估測方法，以減輕從其他用戶所造成的多用戶干擾。請參照圖3，本發明實施例的上行鏈路傳輸系統300包含基地台330以及至少兩個UE(例如，UE 1及UE 2)。應注意的是，雖然圖3僅繪示UE 1及UE 2做為範例，但本發明可推廣到更多的UE，本發明並不僅限於此實施例。UE 1及UE 2分別位於波束扇區310及320。此外，本實施例亦定義箭頭所指的方向為UE 1及UE 2的上行鏈路的多路徑(即，通道路徑341、342、343及344)。
在本實施例中，UE 1及UE 2例如可實現為(但不限於)移動站、先進移動站(advanced mobile station，AMS)、伺服器、用戶端、桌上型電腦、膝上型電腦、網路電腦、工作站、個人數位助理(personal digital assistant，PDA)、平板電腦(tablet personal computer，tablet PC)、掃描器、電話裝置、尋呼機、相機、電視、掌上型視頻遊戲裝置、音樂裝置、無線感測器等等。
此外，基地台330可以各種方式實施，可包含(但不限於)，例如，eNB、家用eNB(Home eNB)、高級基地台(advanced base station，ABS)、基站收發系統(base transceiver system，BTS)、 接取點、本籍基地台(home BS)、中繼器、中間節點、中間設備以及/或者基於衛星的通訊基地台。
在本實施例中，基地台330可以至少表示為如圖4所示的功能元件。圖4是依據本發明之一實施例繪示之基地台330的方塊圖。基地台330可至少包含(但不限於)收發電路410、儲存電路420及處理電路430。此外，基地台330包含多根天線。收發電路410具有一般網路界面的功能，且經配置以經由多根天線與UE 1及UE 2傳送及接收無線訊號。儲存電路420例如是記憶體、硬碟、或任何其它用以儲存資料的元件，並可經配置以記錄多個程式碼或模組。處理電路430耦接收發電路410及儲存電路420。處理電路430經配置以存取儲存在儲存電路420中的程式碼。
在本實施例中，處理電路430可存取程式碼以執行上行鏈路通道估測方法。圖5是依據本發明之一實施例繪示之執行上行鏈路通道估測方法的流程圖。請參照圖3、圖4及圖5，本實施例執行上行鏈路通道估測的方法可適用於圖3的上行鏈路傳輸系統300，以下即搭配圖4中的各個元件來說明執行上行鏈路通道估測方法的各個步驟。
首先，在步驟S510中，處理電路430可透過隨機存取通道取得至少兩個UE的多路徑資訊，其中多路徑資訊包含對應於UE 1的第一多路徑資訊及對應於UE 2的第二多路徑資訊。
在本實施例中，處理電路430可透過隨機存取通道取得的多路徑資訊包含AOA、位置、至少兩個UE的多路徑以及至少 兩個UE中的每一個位於的至少兩個波束扇區。在本實施例中，空間自由度可用以偵測UE 1及UE 2的資訊。UE 1及UE 2可使用隨機存取通道通知基地台330他們的位置。基地台330可透過探測訊號(例如，隨機存取前置碼)偵測關於UE 1及UE 2的資訊，包括UE的AOA、UE的位置、UE所位於的波束扇區，但本發明並不限於此。在本實施例中，基地台330可偵測出UE 1及UE 2分別位於波束扇區310及320。
除此之外，基地台330還可透過隨機存取通道執行MUSIC演算法偵測UE 1及UE 2的多路徑，但本發明不僅限於此。多路徑資訊包含對應於UE 1的第一多路徑資訊及對應於UE 2的第二多路徑資訊。請參照圖3，由於定義箭頭所指的方向為UE 1及UE 2的多路徑，而UE 1的多路徑(即，第一多路徑)顯示出通道路徑341是往波束扇區310的方向，而通道路徑342是往波束扇區320的方向。UE 2的多路徑(即，第二多路徑)顯示出通道路徑343是往波束扇區320的方向，而通道路徑34是往波束扇區320之外的方向。
在步驟S520中，處理電路430根據第一多路徑資訊及第二多路徑資訊可決定第一多路徑是否有經過波束扇區320或第二多路徑是否有經過波束扇區310。也就是說，處理電路430可決定第一多路徑及第二多路徑是否有經過相同的波束扇區。
在本實施例中，處理電路430可決定UE 1的第一多路徑是否有經過UE 2所位於的波束扇區320或UE 2的第二多路徑是 否有經過UE 1所位於的波束扇區310。由於UE 1的通道路徑342及UE 2的通道路徑343的方向皆是前往波束扇區320，顯示出第一多路徑及第二多路徑有經過相同的波束扇區(即，波束扇區320)。
在步驟S530中，處理電路430可配置第一訓練序列給UE 1及配置第二訓練序列給UE 2，其中第一訓練序列與第二訓練序列相互正交。
在本實施例中，基地台330可配置互相正交的訓練序列給多路徑是往相同波束扇區的多個UE。因此，處理電路430可配置第一訓練序列給UE 1及配置第二訓練序列給UE 2，其中第一訓練序列與第二訓練序列相互正交。基於在上述方程式(18)中提到的Zadoff-Chu序列的特性，第一訓練序列與第二訓練序列可使用具有不同循環時間平移(cyclic time shift)的Zadoff-Chu序列來產生。換言之，假設選擇初始時間平移值為t 1及Zadoff-Chu根索引為M的第一訓練序列S M (t 1)給UE 1，且選擇另一大於t 1的時間平移值為t 2第二訓練序列S M (t 2)給UE 2。依此方式，第一訓練序列S M (t 1)及第二訓練序列S M (t 2)可滿足互相正交的特性，即：
在步驟S540中，處理電路430可響應於傳送第一訓練序列及第二訓練序列而接收第一參考訊號。
在本實施例中，根據方程式(10)描述在基地台接收到的訊號，由基地台330接收到的在第b個波束扇區的第u個UE的第一 參考訊號x (b)可以表示為： 其中c可以是任意整數、u {1,2}以及b {310,320}。需說明的是，第一參考訊號x (b)為UE 1及UE 2根據第一訓練序列及第二訓練序列來傳送所產生的訊號。
在步驟S550中，處理電路430可根據第一訓練序列與第二訓練序列從第一參考訊號分離在相同波束扇區的UE 1的第一使用者訊號及UE 2的第二使用者訊號，其中第一參考訊號包括第一使用者訊號及第二使用者訊號。
在本實施例中，由於基地台330配置適當的第一訓練序列給UE 1(即，S M (t 1))及第二訓練序列給UE 2(即，S M (t 2))，第一參考訊號可依據第一訓練序列及第二訓練序列分離為兩個部份，如下所示：
在步驟S560中，處理電路430可根據第一參考訊號、第一訓練序列與第二訓練序列為UE 1及UE 2執行通道估測。
在本實施例中，由於多用戶干擾可以透過配置互相正交的序列來減輕，處理電路430在相同波束扇區320中可根據第一訓練序列與第一使用者訊號(即，根據方程式(24)所分離的第一部分的使用者訊號)來為UE 1執行通道路徑342的通道估測，且根據第二訓練序列與第二使用者訊號(即，根據方程式(24)所分離的 第二部分的使用者訊號)來為UE 2執行通道路徑343的通道估測。此外，處理電路430亦可根據第一訓練序列與在波束扇區310中接收到的訊號來為UE 1執行通道路徑341的通道估測，且根據第二訓練序列與在其他波束扇區中接收到的訊號來為UE 2執行通道路徑344的通道估測。如此一來，即可降低通道估測的MSE。
另一方面，請回到步驟S520，若第一多路徑並未經過波束扇區320且第二多路徑也並未經過波束扇區310(未繪示)，則在步驟S570中，基地台330可配置相同的第三訓練序列給UE 1及UE 2。或者，在其他實施例中，基地台330亦可配置第四訓練序列給UE 1及配置第五訓練序列給UE 2，其中第四訓練序列與第五訓練序列彼此非正交，但本發明並不限於此。在本實施例中，將配置相同的第三訓練序列給UE 1和UE 2來做說明，但是本發明並不僅限於此。
在本實施例中，由於第一多路徑僅經過波束扇區310且第二多路徑也僅經過波束扇區320，處理電路430在步驟S580中響應於傳送第三訓練序列所接收到的第二參考訊號，將不會在波束扇區310或320中造成嚴重的多用戶干擾。原因在於，第二參考訊號僅包含UE 1在波束扇區310的第三使用者訊號及UE 2在波束扇區320的第四使用者訊號。因此，在步驟S590中，處理電路430可根據第三訓練序列分別在UE 1及UE 2所對應的波束扇區中執行通道估測。也就是說，處理電路430可根據第三訓練序列及第三使用者訊號在波束扇區310中為UE 1執行通道估測，且 根據第三訓練序列及第四使用者訊號在波束扇區320中為UE 2執行通道估測。
圖6是依據本發明之一實施例繪示之另一上行鏈路傳輸系統的示意圖。請參照圖6，本實施例的上行鏈路傳輸系統600包含基地台610及多個UE(即，UE 620、621、622和623)。此外，同樣定義箭頭所指的方向為UE(即，UE 620、621、622和623)的多路徑。
在本實施例中，基地台610可配置互相正交的訓練序列給多路徑是往相同波束扇區的多個UE。若任兩個UE的多路徑不是往相同波束扇區，則此兩個UE可被配置相同或非正交的訓練序列。由於空間自由度可用以偵測UE，基地台610可透過探測訊號(例如，隨機存取前置碼)偵測UE資訊，此UE資訊包括UE的AOA、位置、UE所位於的波束扇區，但本發明並不限於此。在本實施例中，基地台610可偵測出UE 620、621、622和623分別位於波束扇區630、631、632和633。
除此之外，基地台610還可執行MUSIC演算法來偵測UE 620、621、622和623的多路徑，但本發明不僅限於此。在本實施例中，定義UE多路徑的AOA資訊為矩陣T (B×K)，可以表示為： ，其中B為波束扇區的總數、K為UE的總數，且 。
在本實施例中，由於四個UE(即，UE 620、621、622和623)分別位於四個波束扇區(即，波束扇區630、631、632和633)，對於表示UE 620、621、622和623的多路徑分別前往波束扇區630、631、632和633的矩陣T (4×4)可以表示為： ，其中UE 620的通道路徑往波束扇區630可以表示為，UE 621的通道路徑往波束扇區630及631可以表示為，UE 622的通道路徑往波束扇區631及632可以表示為以及UE 623 的通道路徑往波束扇區632及633可以表示為。
在取得UE 620、621、622和623的多路徑資訊(即，矩陣T (4×4))之後，基地台610基於UE 620、621、622和623的多路徑將UE 620、621、622和623分成多個互斥的集合。由於t 620與t 622的交集為空集合，UE 620和622可以組成第一集合。另一方面， 由於t 621與t 623的交集亦為空集合，UE 621和623可以組成第二集合。值得注意的是，第一集合與第二集合為互斥的集合。
在其他實施例中，若有其他UE 624(未繪示)進入上行鏈路傳輸系統600，基地台610還可透過隨機存取通道偵測尚未與第一集合及第二集合中的任何一個相關聯的UE 624的多路徑資訊。基地台610可根據UE 624的多路徑資訊決定UE 624的多路徑是否經過與其他多個UE(即，UE 620、621、622和623)在第一集合或第二集合中相同的波束扇區。若否，表示UE 624不具有與其它多個UE相同的波束扇區，基地台610可使UE 624與第一集合或第二集合相關連。
在一實施例中，假設UE 624的多路徑只前往波束扇區633，則UE 624的多路徑可以表示為。由於t 624與t 623的交集不為空集合，表示UE 624的多路徑訊號前往與UE 623相同的波束扇區。然而，由於t 624與t 620或t 622的交集為空集合，表示UE 624的多路徑訊號並未前往與在第一集合中的UE 620或622相同的波束扇區。因此，由於第一集合中的UE 620或622的多路徑不具有與UE 624相同的波束扇區，基地台610可使UE 624與第一集合相關連。
另一方面，假設UE 624的多路徑前往與在第一集合或第二集合中的多個UE(即，UE 620、621、622和623)相同的波束 扇區，則基地台610需創建一個新的空集合，並將UE 624分配至此空集合。
在一實施例中，假設UE 624的多路徑前往波束扇區630及633，則UE 624的多路徑可以表示為。由於UE 624的多路徑有前往與UE 620及623相同的波束扇區，則表示t 624與t 620或t 623的交集皆不為空集合。為了減輕UE 624與UE 620及623之間的多用戶干擾，基地台610需創建一個新的空集合(例如，第三集合)，並將UE 624分配至此空集合。
接下來，請再次回到圖6的實施例，基地台將依據各個用戶所屬的集合，為UE 620、621、622和623配置訓練序列，其中訓練序列在不同的集合為彼此正交，而對於在相同的集合則可彼此相同或非正交。基於在上述方程式(18)中提到的Zadoff-Chu序列的特性，基地台610可分別配置具有不同循環時間平移的Zadoff-Chu序列給第一集合及第二集合。換言之，假設選擇初始時間平移值為t 1及Zadoff-Chu根索引為M的第一訓練序列S M (t 1)給在第一集合中的UE 620及622，且選擇另一大於t 1的時間平移值為t 2第二訓練序列S M (t 2)給在第二集合中的UE 621及623。依此方式，第一訓練序列S M (t 1)及第二訓練序列S M (t 2)可滿足互相正交的特性，即：
由於UE 620的通道路徑往波束扇區630且UE 622的通道路徑往波束扇區631及632，表示UE 620與UE 622的多路徑訊號不會彼此干擾。因此，在第一集合中的UE 620與UE 622可使用相同的訓練序列S M (t 1)。而類似於UE 620與UE 622，在第二集合中的UE 621與UE 623可使用相同的訓練序列S M (t 2)而不會彼此干擾。需說明的是，本發明實施例採用Zadoff-Chu序列來產生訓練序列僅是示例性說明本發明，但本發明並不僅限於此。
如此一來，由於基地台610可取得各個UE(即，UE 620、621、622和623)的多路徑所對應的波束扇區(即，矩陣T (4×4))，基地台610可分別為UE 620、621、622和623配置適當的訓練序列，以降低UE 620、621、622和623之間的多用戶干擾。
接下來，根據方程式(10)描述的在基地台610接收到的訊號，由基地台610在第b個波束扇區接收的第u個UE的參考訊號x (b)可以表示為： ，其中c可以是任意整數，u {620,621,622,623}以及b {630,631,632,633}。
由於基地台610可分別為UE 620、621、622和623配置適當的訓練序列(即，在第一集合中的UE 620與UE 622使用相同的訓練序列S M (t 1)，在第二集合中的UE 621與UE 623使用相同的訓練序列S M (t 2))，參考訊號x (b)可根據訓練序列分離為幾個部份，如下所示：
於是，多用戶干擾可透過配置互相正交的序列來降低。若基地台610的接收天線的規模足夠龐大，則由其他多個UE(多路徑為前往不同波束扇區的UE)傳送的在引導訊號(pilot)之間的干擾亦可被降低，如下所示： 如此一來，即可大幅降低通道估測的MSE。
在本發明的另一實施例中，基地台還可基於UE所屬的小區為UE配置具有不同根的Zadoff-Chu序列。基於在上述方程式(18)中提到的Zadoff-Chu序列的特性，基地台可配置具有不同根的Zadoff-Chu訓練序列給位於不同小區的UE。也就是說，每一個小區有其所對應的根的Zadoff-Chu訓練序列。圖7是依據本發明之一實施例繪示之不同小區的序列配置的示意圖。請參照圖7，圖7顯示出小區710、720及730的Zadoff-Chu訓練序列的根的值M分別為13、11和7。基於方程式(18)，由於具有不同根的值的Zadoff-Chu訓練序列之間的相關性小於具有相同根的值的Zadoff-Chu訓練序列之間的相關性，此特性亦有助於減輕多用戶之間的干擾。
依此方式，基地台可根據配置給分享相同波束扇區多個使用者的訓練序列分離在相同波束扇區的使用者訊號。基於方程式(10)，在基地台接收到的訊號x (b)可分離為目標UE的訊號及由其 他多個UE傳送的在參考訊號之間的干擾，如下所示：
更進一步地，在基地台接收到的訊號x (b)可分離為以下三個部份，如下所示： 在第一部分中，訊號S 12 +…+S 1u 前往與訊號S 11 相同的波束扇區，故配置訓練序列S 12,S 13,...及S 1u 中的任一個皆與訓練序列S 11互相正交。在第二部分中，訊號S 1u' +…+S 1U 前往與訊號S 11 不同的波束扇區，故配置訓練序列S 1u',...及S 1U 中的任一個與訓練序列S 11相同或互相非正交。在第三部分中，訊號S cu +…+S CU 前往與訊號S 11 不同的小區，故配置訓練序列S cu ,...and S CU 中的任一個為具有與訓練序列S 11不同根的Zadoff-Chu序列。類似地，若基地台的接收天線的規模足夠龐大，則由其他多個UE(多路徑為前往不同波束扇區的UE)傳送的在引導訊號之間的干擾亦可被降低，如下所示：
由於配置適當的互相正交的訓練序列，多用戶干擾可以被完全地緩解。如此一來，即可大幅降低通道估測的MSE。
在本發明其他實施例中，圖4中所示的上行鏈路通道估測方法還可用於上行鏈路TRDMA傳輸系統。圖8是依據本發明 之一實施例繪示之上行鏈路TRDMA傳輸系統的系統模型的示意圖。請參照圖8，上行鏈路TRDMA傳輸系統800包括多個UE(例如，在小區811中的UE 801_1~801_U，其中U為任意正整數)及目標基地台820。
在本實施例中，假設在第一個小區的第一個UE為目標UE(即，UE 801_1)，且為在第一個小區的第一個UE時間反轉的特徵波形。因此，訊號y 11[n]可以表示為： 其中為目標UE時間反轉的通道模型的特徵波形，可以表示為： ，其中為目標基地台820在完成上行鏈路訓練之後在第一個小區對於第一個UE的估測通道。需說明的是，在此可利用在圖5中的上行鏈路通道估測方法來取得估測的通道。而為在第一個小區對於第u個UE的二進位移相鍵控(Binary Phase Shift Keying，BPSK)的調變傳輸符號，且經由因子D增採樣(up-sampled)，如下所示：
在一實施例中，目標UE的通道與其時間反轉的特徵波形之摺積，在時間取樣的中間以一個「尖峰」訊號功率空間分佈作為結束。如此，基地台820僅需要偵測該時間取樣且為目標UE 的符號做出決定(例如，如圖八所示的訊號)。因此，每一個符號僅需做出單階的決定，使得基地台820的接收端在上行鏈路TRDMA傳輸系統800中的複雜度相較於OFDM系統是非常低的。
除此之外，訊號y 11[n]可以分離為訊號、ISI以及用戶之間的干擾(inter-UE interference，IUI)等部份，如下所示：
若基地台820的天線規模足夠龐大，則接收波束成型可降低從其他方向的多路經，使得訊號更為「尖峰」。圖9繪示圖8之上行鏈路TRDMA傳輸系統之通道與時間反轉波形的摺積結果的示意圖。請參照圖9，假設通道階層(channel order)L=46，且N r =128示例性地示出了目標基地台820的天線總數，而N r =1示例性地示出了目標基地台820僅具有一根天線，且欲取得的訊號功率之增益為在時間取樣的中間部份。圖9顯示出當接收天線的數量變大時，其他時間取樣的增益值將會變小。由於ISI是經由其他時間取樣的增益值所產生的，ISI及IUI將可透過使用大規模的天線來減輕。如此一來，基地台820在不增加D值與資料速率的權衡之下，可增進頻譜效益。
綜上所述，本發明實施例提出的執行上行鏈路通道估測的方法及使用所述方法的基地台，基地台透過接收波束成型偵測 UE的空間自由度，其不僅可取得UE的AOA亦可取得UE的多路徑。基此，基地台可適當地配置正交的訓練序列給那些多路徑是往相同波束扇區的UE，以減輕在相同波束扇區的多用戶干擾，其中訓練序列為具有不同循環時間平移的Zadoff-Chu序列。如此一來，透過配置適當的訓練序列的機制，本發明實施例提出的方法不僅可讓多個UE同時執行通道估測，更由於多用戶干擾被減輕而可提供良好的通道估測。除此之外，本發明實施例更可透過在基地台使用大規模的天線來增進頻譜效益。
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。
S510、S520、S530、S540、S550、S560、S570、S580、S590‧‧‧步驟

Claims (22)

  1. 一種執行上行鏈路通道估測的方法，適於在一通訊系統中服務至少兩用戶設備的一基地台，其中所述至少兩用戶設備分別位於至少兩波束扇區且該基地台包括多根天線，所述方法包括：決定所述至少兩用戶設備的多路徑是否經過一相同波束扇區；依據所述至少兩用戶設備的所述多路徑是否經過所述相同波束扇區，配置一第一訓練序列給所述至少兩用戶設備中的一第一用戶設備及配置一第二訓練序列給所述至少兩用戶設備中的一第二用戶設備，其中響應於所述至少兩用戶設備的所述多路徑經過該相同波束扇區，配置該第一訓練序列與該第二訓練序列相互正交；接收一參考訊號，其中該參考訊號為由該第一用戶設備及該第二用戶設備分別根據該第一訓練序列與該第二訓練序列來傳送；以及根據該參考訊號、該第一訓練序列與該第二訓練序列為該第一用戶設備及該第二用戶設備執行通道估測。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中決定所述至少兩用戶設備的多路徑是否經過該相同波束扇區的步驟包括：決定該第一用戶設備的多路徑是否經過該第二用戶設備位於的一第二波束扇區或該第二用戶設備的多路徑是否經過該第一用戶設備位於的一第一波束扇區。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中響應於所述至少兩用戶設備的所述多路徑經過該相同波束扇區，在根據該參考訊號、該第一訓練序列與該第二訓練序列為該第一用戶設備及該第二用戶設備執行通道估測的步驟之前，所述方法更包括：根據該第一訓練序列與該第二訓練序列從該參考訊號分離在該相同波束扇區的該第一用戶設備的一第一使用者訊號及該第二用戶設備的一第二使用者訊號，其中該參考訊號包括該第一使用者訊號及該第二使用者訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中決定所述至少兩用戶設備的多路徑是否經過該相同波束扇區的步驟之前，所述方法更包括：透過一隨機存取通道取得多路徑資訊，所述多路徑資訊包括訊號抵達角度、位置、所述至少兩用戶設備的多路徑以及所述至少兩用戶設備中的每一個位於的所述至少兩波束扇區。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該第一訓練序列與該第二訓練序列為使用具有不同循環時間平移的扎德奧夫-朱序列來產生。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中響應於所述至少兩用戶設備的所述多路徑不經過該相同波束扇區，配置該第一訓練序列非正交或相同於該第二訓練序列。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述至少兩用戶設備更包括一第三用戶設備，所述方法包括： 決定所述第三用戶設備的多路徑是否經過所述至少兩波束扇區；以及響應於所述第三用戶設備的所述多路徑不經過所述至少兩波束扇區，配置該第一訓練序列或該第二訓練序列給所述第三用戶設備。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中所述方法更包括：響應於所述第三用戶設備的所述多路徑經過該第二用戶設備位於的一第二波束扇區但不經過該第一用戶設備位於的一第一波束扇區，配置該第一訓練序列給所述第三用戶設備；以及響應於所述第三用戶設備的所述多路徑經過該第一用戶設備位於的該第一波束扇區但不經過該第二用戶設備位於的該第二波束扇區，配置該第二訓練序列給所述第三用戶設備。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中所述方法更包括：響應於所述第三用戶設備的所述多路徑經過該相同波束扇區，配置一第三訓練序列給所述第三用戶設備，其中該第三訓練序列正交於該第一訓練序列及該第二訓練序列。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的方法，其中所述第三用戶設備位於與該第一用戶設備及該第二用戶設備一不同小區，所述方法更包括：配置一第四訓練序列給所述第三用戶設備，其中該第四訓練 序列為由具有不同於該第一訓練序列及該第二訓練序列的根的扎德奧夫-朱序列來產生。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中所述通訊系統為一時間反轉分時多重存取系統。
  12. 一種基地台，適於在一通訊系統中服務至少兩用戶設備，其中所述至少兩用戶設備分別位於至少兩波束扇區，所述基地台包括：多根天線；一收發電路，經配置以經由所述多根天線傳送和接收無線訊號；一儲存電路，儲存多個程式碼；以及一處理電路，操作性耦接所述收發電路和所述儲存電路，並且經配置以存取所述程式碼以執行如下操作：取得所述至少兩用戶設備的多路徑資訊；根據所述至少兩用戶設備的所述多路徑資訊決定所述至少兩用戶設備的多路徑是否經過一相同波束扇區；依據所述至少兩用戶設備的所述多路徑是否經過所述相同波束扇區，配置一第一訓練序列給所述至少兩用戶設備中的一第一用戶設備及配置一第二訓練序列給所述至少兩用戶設備中的一第二用戶設備，其中響應於所述至少兩用戶設備的所述多路徑經過該相同波束扇區，配置該第一訓練序列與該第二訓練序列相互正交； 接收一參考訊號，其中該參考訊號為由該第一用戶設備及該第二用戶設備分別根據該第一訓練序列與該第二訓練序列來傳送；以及根據該參考訊號、該第一訓練序列與該第二訓練序列為該第一用戶設備及該第二用戶設備執行通道估測。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：決定該第一用戶設備的多路徑是否經過該第二用戶設備位於的一第二波束扇區或該第二用戶設備的多路徑是否經過該第一用戶設備位於的一第一波束扇區。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中響應於所述至少兩用戶設備的所述多路徑經過該相同波束扇區，所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：根據該第一訓練序列與該第二訓練序列從該參考訊號分離在該相同波束扇區的該第一用戶設備的一第一使用者訊號及該第二用戶設備的一第二使用者訊號，其中該參考訊號包括該第一使用者訊號及該第二使用者訊號。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：透過一隨機存取通道取得多路徑資訊，所述多路徑資訊包括訊號抵達角度、位置以及所述至少兩用戶設備中的每一個位於的所述至少兩波束扇區。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中該第一訓練序列與該第二訓練序列為使用具有不同循環時間平移的扎德奧夫-朱序列來產生。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中響應於所述至少兩用戶設備的所述多路徑不經過該相同波束扇區，所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：配置該第一訓練序列非正交或相同於該第二訓練序列。
  18. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中所述至少兩用戶設備更包括一第三用戶設備，所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：取得所述第三用戶設備的多路徑資訊；根據所述第三用戶設備的多路徑資訊決定所述第三用戶設備的多路徑是否經過所述至少兩波束扇區；以及響應於所述第三用戶設備的所述多路徑不經過所述至少兩波束扇區，配置該第一訓練序列或該第二訓練序列給所述第三用戶設備。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的基地台，其中所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：響應於所述第三用戶設備的所述多路徑經過該第二用戶設備位於的一第二波束扇區但不經過該第一用戶設備位於的一第一波束扇區，配置該第一訓練序列給所述第三用戶設備；以及響應於所述第三用戶設備的所述多路徑經過該第一用戶設備 位於的該第一波束扇區但不經過該第二用戶設備位於的該第二波束扇區，配置該第二訓練序列給所述第三用戶設備。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的基地台，其中所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：響應於所述第三用戶設備的所述多路徑經過該相同波束扇區，配置一第三訓練序列給所述第三用戶設備，其中該第三訓練序列正交於該第一訓練序列及該第二訓練序列。
  21. 如申請專利範圍第18項所述的基地台，其中所述第三用戶設備位於與該第一用戶設備及該第二用戶設備一不同小區，所述處理電路進一步存取所述程式碼以執行：配置一第四訓練序列給所述第三用戶設備，其中該第四訓練序列為由具有不同於該第一訓練序列及該第二訓練序列的根的扎德奧夫-朱序列來產生。
  22. 如申請專利範圍第12項所述的基地台，其中所述通訊系統為一時間反轉分時多重存取系統。
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