TWI641281B

TWI641281B - 多基站系統及其通道校正方法

Info

Publication number: TWI641281B
Application number: TW106136744A
Authority: TW
Inventors: 許仁源; 陳家銘; 賴俊佑; 林明哲
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-11-11
Also published as: EP3334224B1; TW201822584A; EP3334224A1

Abstract

多基站系統包括一協調伺服器通訊連接具有多個基站天線的多個基站及至少一參考裝置。參考裝置無線地通訊連接基站，且多個參考裝置天線設置於參考裝置中。協調伺服器依據接收到的多個基站依據經至少一參考裝置的參考裝置天線傳送的多個上行鏈路參考訊號計算的多個上行鏈路通道資訊，計算多個相對載波頻率偏移量。協調伺服器依據接收到的至少一參考裝置依據經各個基站的至少一基站天線傳送的多個下行鏈路參考訊號計算的多個下行鏈路通道資訊、上行鏈路通道資訊及相對載波頻率偏移量，計算多個通道校正係數。

Description

多基站系統及其通道校正方法

本發明是有關於一種多基站系統及其通道校正方法。

多基站系統(multi-cell system)，特別是多基站協調系統(multi-cell coordination system,MCC system)，藉由協調複數個基站共同對用戶進行資料傳輸，而能達到等效於巨量天線(massive antenna)的效能。

在多基站系統中，由於各基站的時脈源(Clock Source)相互獨立，因此基站間存在載波頻率偏移(Carrier Frequency Offset，CFO)。載波頻率偏移可能會導致例如取樣時脈偏移(Sampling Clock Offset，SCO)、下行和上行鏈路通道具有相反的線性相位等，進而造成基站間干擾(Inter-Cell Interference，ICI)及用戶間干擾(Inter-User Interference，IUI)，降低系統容量。

此外，在進行通道校正時，會因參考裝置與各基站之間的距離不同，而產生頻率選擇性通道衰減(frequency selective channel fading)，進而使得通道校正不準確。

因此，如何提出一種多基站系統及其通道校正方法，以解決上述問題，已然成為一個重要的課題。

本發明是有關於一種多基站系統以及多基站系統的通道校正方法，用以對多基站系統進行通道校正。

本發明一實施例揭露多基站系統包括一協調伺服器通訊連接具有多個基站天線的多個基站及至少一參考裝置。參考裝置無線地通訊連接基站，且多個參考裝置天線設置於參考裝置中。協調伺服器依據接收到的多個基站依據經至少一參考裝置的參考裝置天線傳送的多個上行鏈路參考訊號計算的多個上行鏈路通道資訊，計算多個相對載波頻率偏移量。協調伺服器依據接收到的至少一參考裝置依據經各個基站的至少一基站天線傳送的多個下行鏈路參考訊號計算的多個下行鏈路通道資訊、上行鏈路通道資訊及相對載波頻率偏移量，計算多個通道校正係數。

本發明一實施例揭露一種多基站系統的通道校正方法，該通道校正方法包括下列步驟。一協調伺服器依據接收到的多個基站依據經設置於至少一參考裝置中的多個參考裝置天線傳送的多個上行鏈路參考訊號計算的多個上行鏈路通道資訊，計算多個相對載波頻率偏移量。協調伺服器依據接收到的至少一參考裝置依據經各個基站的至少一基站天線傳送的多個下行鏈路參考訊號計算的多個下行鏈路通道資訊、上行鏈路通道資訊及相對載波頻率偏移量，計算多個通道校正係數。

本發明一實施例揭露一種多基站系統的通道校正方法，其包括：參考裝置透過多個基站之上行鏈路通道傳送上行鏈路參考訊號至多個基站，以經由該多個基站將基於該上行鏈路參考訊號的多個上行鏈路通道資訊傳送至協調伺服器；利用該多個上行鏈路通道資訊估算該多個基站之間的相對載波頻率偏移量；該多個基站傳送下行鏈路參考訊號至參考裝置，以透過該參考裝置將基於該下行鏈路參考訊號的多個下行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器；以及利用該相對載波頻率偏移量以及該多個下行鏈路通道資訊，該伺服器對該多個基站進行時變通道校正。

本發明一實施例揭露一種多基站系統，其包括：協調伺服器；多個基站，用以與該協調伺服器進行資料交換；以及參考裝置，用以與該協調伺服器進行資料交換，且可以無線傳輸方式與該多個基站連接，其中，該參考管理係透過該多個基站的上行鏈路通道傳送上行鏈路參考訊號至該多個基站，以經由該多個基站將基於該上行鏈路參考訊號的多個上行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器；該多個基站係傳送下行鏈路參考訊號至該參考裝置，以透過該參考裝置將基於該下行鏈路參考訊號的多個下行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器；該多個基站之間的相對載波頻率偏移量係藉由該多個上行鏈路通道資訊所估算，而該協調伺服器係利用該相對載波頻率偏移量以及該多個下行鏈路通道資訊對該多個基站進行時變通道校正。

透過本發明前述的方法或系統，可解決多基站系統中的基站間的協調與同步、射頻響應的時變效應、及下行鏈路通道狀態資訊取得等問題，本發明提供參考裝置加入多基站系統，利用上行鏈路參考訊號估測多個基站間的相對載波頻率偏移量並予以補償，以解決多個基站間同步的問題；參考裝置藉由收到的下行鏈路參考訊號，即時追蹤射頻響應的時變效應，進行通道校正，取得下行鏈路通道狀態資訊，使得多基站協調系統能正常進行預編碼，達到近乎巨量天線系統的效能。另外，當參考裝置天線的數量增加時，更可有效降低頻率選擇性衰減造成的影響。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉若干實施範例，並配合所附圖式詳細說明如下：

1‧‧‧多基站系統

CS‧‧‧協調伺服器

eNB_1~eNB_p‧‧‧基站

RD_1~RD_q‧‧‧參考裝置

UE_1~UE_s‧‧‧使用者裝置

ULRS_1_1~ULRS_q_p‧‧‧上行鏈路參考訊號集

ULRS(UE)_1_1~ULRS(UE)_s_p‧‧‧上行鏈路參考訊號

DLRS_1_1~DLRS_p_q‧‧‧下行鏈路參考訊號集

S22~S265、S81A~S83A、S81B~S83B‧‧‧步驟

Fu‧‧‧上行時間的子訊框

Fd‧‧‧下行時間的子訊框

Fs‧‧‧特別子訊框

T_du‧‧‧時間差

C1、C2、C3‧‧‧計算

第1圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統的系統方塊圖。

第2A、2B圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統的通道校正方法的流程圖。

第3圖繪示本發明一實施例使用的傳輸模型圖。

第4圖繪示本發明一實施例的多基站系統的一例的時序圖。

第5圖繪示本發明一實施例的多基站系統的另一例的時序圖。

第6圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統的系統方塊圖。

第7圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統實現載波偏移估測的示意圖。

第8A~8B圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統的多基站協調與通道校正之流程圖。

第9圖至第11圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統所配置參考訊號於訊框之示意圖。

第12圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統於基站間CFO估測效能之模擬圖。

第13圖繪示基站間干擾的累積分布函數之示意圖。

第14圖繪示本發明運用於WiFi系統之示意圖。

請參照第1圖，第1圖繪示依據本發明一實施例的多基站系統的系統方塊圖。多基站系統1包括多個基站eNB_1~eNB_p、一個或多個參考裝置RD_1~RD_q以及一協調伺服器CS，其中p為基站的數量且p為大於1的整數，q為參考裝置的數量且q為大於或等於1的整數。基站eNB_1~eNB_p可以具有多根基站天線，例如Nt根基站天線，Nt為大於1的整數。參考裝置RD_1~RD_q可以具有一根或多根參考裝置天線，例如Nr根參考裝置天線，Nr為大於或等於1的整數。基站eNB_1~eNB_p分別無線地通訊連接至參考裝置RD_1~RD_q(以虛線表示)。基站eNB_1~eNB_p與參考裝置RD_1~RD_q分別有線地通訊連接至協調伺服器CS(以實線表示)。多基站系統1可用以服務使用者裝置UE_1~UE_s，s為使用者裝置的數量且為大於或等於1的整數。使用者裝置UE_1~UE_s皆具有大於或等於一根使用者裝置天線，且可以無線地通訊連接基站eNB_1~eNB_p。在不同的實施例中，參考裝置的數量可為多個而每一參考裝置的參考裝置天線的數量可為一、該至少一參考裝置的數量可為一個而每一參考裝置的參考裝置天線的數量可為多個、或該至少一參考裝置的數量可為多個而每一參考裝置的參考裝置天線的數量可為多個，來進行傳輸。此外，在不同的實施例中，基站亦可根據實際需要選擇基站天線中的部分進行傳輸，亦即各基站用來傳輸的基站天線數量可小於各基站所具有的基站天線總數。然，為使說明更為簡潔，以下的說明皆以用來傳輸的基站天線數量等於基站天線的總數為例，但本發明不以此為限。

參考裝置RD_1~RD_q與基站eNB_1~eNB_p具有各自的載波頻率，例如參考裝置RD_r(r=1,2,...q)具有載波頻率η _r，而基站eNB_b(b=1,2,...p)具有載波頻率ε _b。此外，基站eNB_b具有載波頻率偏移量ε _b-η _r。

為清楚地說明本實施例，以下搭配第2A圖及第2B圖所繪示的依據本發明一實施例的多基站系統的通道校正方法的流程圖進行說明。第2A圖及第2B圖所示的通道校正方法可以用以對第1圖所示的多基站系統1進行通道校正。更進一步來說，第2A圖所示的通道校正方法是用以對各基站eNB_1~eNB_p向使用者裝置UE_1~UE_s進行下行鏈路傳輸時所使用的下行鏈路通道(downlink channel)進行通道校正。如第2A圖所示，通道校正方法包括步驟S22、步驟S24及步驟S26。

在步驟S22中，一協調伺服器依據接收到的多個基站依據經設置於至少一參考裝置中的多個參考裝置天線傳送的多個上行鏈路參考訊號計算的多個上行鏈路通道資訊，計算多個相對載波頻率偏移量。

在步驟S24中，協調伺服器依據接收到的至少一參考裝置依據經各該些基站的多個基站天線的至少一基站天線傳送的多個下行鏈路參考訊號計算的多個下行鏈路通道資訊、該些上行鏈路通道資訊及該些相對載波頻率偏移量，計算多個通道校正係數。於一實施例中，各基站可選擇至少一基站天線進行聯合傳輸。

在步驟S26中，協調伺服器依據相對載波頻率偏移量及通道校正係數計算一預編碼矩陣，並將預編碼矩陣分別傳送至基站。

進一步來說，步驟S22、S24、S26的細節如第2B圖所示。步驟S22包括步驟S221、S223、S225。步驟S24包括步驟S241、S243、S245。步驟S26包括步驟S261、S263、S265。以下將對各個步驟進行詳細的說明。

在步驟S221中，各參考裝置RD_1~RD_q分別傳送一上行鏈路參考訊號集ULRS_1_1~ULRS_q_p至各基站eNB_1~eNB_p。舉例來說，參考裝置RD_1分別傳送上行鏈路參考訊號集ULRS_1_1~ULRS_1_p至基站eNB_1~eNB_p，即參考裝置RD_1傳送上行鏈路參考訊號集ULRS_1_1至基站eNB_1，傳送上行鏈路參考訊號集ULRS_1_2至基站eNB_2，以此類推。

進一步來說，以參考裝置RD_r具備多根參考天線為例，參考裝置RD_r傳送至基站eNB_b的上行鏈路參考訊號集ULRS_r_b包括參考裝置RD_r的傳送接收器(transceiver)經第一根參考裝置天線傳送的上行鏈路參考訊號到參考裝置RD_r的傳送接收器經第Nr根參考裝置天線傳送的上行鏈路參考訊號(即共Nr個上行鏈路參考訊號)。

進一步來說，參考裝置RD_r在傳送上行鏈路參考訊號集ULRS_r_b到基站eNB_b時，會因為傳送的參考裝置天線及接收的基站天線的不同，而受到不同初始相位的影響。舉例來說，透過參考裝置RD_r的第一根參考裝置天線傳送的上行鏈路參考訊號會受到傳送端初始相位θ _r,1的影響，透過參考裝置RD_r的第二根參考裝置天線傳送的上行鏈路參考訊號會受到傳送端初始相位θ _r,2的影響，以此類推。相似地，透過基站eNB_b的第一根基站天線接收的上行鏈路參考訊號會受到接收端初始相位的影響，透過基站eNB_b的第二根基站天線接收的上行鏈路參考訊號會受到接收端初始相位的影響，以此類推。

在步驟S223中，各基站eNB_1~eNB_p依據各自收到的上行鏈路參考訊號集ULRS_1_1~ULRS_q_p計算對應於各參考裝置RD_1~RD_q的各參考裝置天線的上行鏈路通道資訊，並將計算出的上行鏈路通道資訊傳送至協調伺服器CS。舉例來說，基站eNB_1會收到來自參考裝置RD_1的第一根參考裝置天線到第Nr根參考裝置天線的上行鏈路參考訊號(即上行鏈路參考訊號集ULRS_1_1)、來自參考裝置RD_2的第一根參考裝置天線到第Nr根參考裝置天線的上行鏈路參考訊號(即上行鏈路參考訊號集ULRS_2_1)等，以此類推；接著，基站eNB_1依據上行鏈路參考訊號集ULRS_1_1計算對應於參考裝置RD_1的各參考裝置天線的上行鏈路通道資訊，依據上行鏈路參考訊號集ULRS_2_1計算對應於參考裝置RD_2的各參考裝置天線的上行鏈路通道資訊，以此類推。

在說明步驟S223的細節之前，請先參考第3圖所示，第3圖繪示的是本實施例所使用的傳輸模型(link model)圖。在第3圖中，最左側的方塊代表基站eNB_b的第n根天線(n=1,2,...Nt)，最右側的方塊代表參考裝置RD_r的第k根天線(k=1,2,...Nr)。上方的箭頭(由基站eNB_b的第n根天線指向參考裝置RD_r的第k根天線)代表下行鏈路。下方的箭頭(由參考裝置RD_r的第k根天線指向基站eNB_b的第n根天線)代表上行鏈路。α代表傳送端的射頻響應，例如α _b,n代表的是以基站eNB_b的第n根天線為傳送端的射頻響應，α _r,k代表以參考裝置RD_r的第k根天線為傳送端的射頻響應。β代表接收端的射頻響應，β _b,n代表的是以基站eNB_b的第n根天線為接收端的射頻響應，β _r,k代表的是以參考裝置RD_r的第k根天線為接收端的射頻響應。g _{(b,n)→(r,k)}與g _{(r,k)→(b,n)}代表空氣中通道，若空氣中通道具有互易性(reciprocity)，則g _{(b,n)→(r,k)}可視為等於g _{(r,k)→(b,n)}。

在了解本實施例所使用的傳輸模型後，繼續回到步驟S223的細節說明。基於第3圖所示的傳輸模型，基站eNB_b(b=1,2,...,p)依據上行鏈路參考訊號集ULRS_r_b所計算出對應於參考裝置RD_r(r=1,2,...,q)的上行鏈路通道資訊(t)可以表示為一維度(dimension)為Nt×Nr(即有Nt列與Nr行)的複數矩陣(complex matrix)，其中(t)的第k行第n列的元素(element)可表示為： z_b(t)為雜訊項。

由丄式可知，(t)是由基站eNB_b所觀測到的上行鏈路通道資訊(可視為由基站eNB_b觀測到的上行鏈路通道)，由於受到初始相位與載波頻率偏移的影響，而與實際的上行鏈路通道不同。因此，(t)可視為實際上行鏈路通道H _r→b(t)乘上一個由初始相位與載波頻率偏移所組成的項，再加上雜訊項。

在步驟S225中，協調伺服器CS依據上行鏈路通道資訊計算各基站eNB_1~eNB_p的相對載波頻率偏移量。所謂相對載波頻率偏移量是指預先選擇基站eNB_1~eNB_p中的其中之一，作為一參考基站，其他基站的載波頻率偏移量與參考基站的載波頻率偏移量的差值。舉例來說，假設選擇基站eNB_1作為參考基站，基站eNB_2的載波頻率偏移量與基站eNB_1的載波頻率偏移量的差值即為基站eNB_2的相對載波頻率偏移量，以此類推。關於協調伺服器CS計算相對載波頻率偏移量的細節將在底下進一步說明。

首先，假設選擇基站eNB_1為參考基站，定義一參數矩陣 G _1b(t)：其中(t)為由基站eNB_1所計算出的參考裝置RD_r的所有參考裝置天線到基站eNB_1的所有基站天線的上行鏈路通道矩陣(即由上行鏈路通道資訊組成)，(t)為(t)的赫密特矩陣(Hermitian matrix)，H _r→b(t)為實際上行鏈路通道矩陣，(t)為實際上行鏈路通道矩陣的赫密特矩陣，(t)為雜訊項。

接著，在經過時間D之後，可以得到參數 G _1b(t+D)：

將 G _1b(t)與 G _1b(t+D)做共軛複數乘法(Complex Conjugate Multiplication)可得另一參數R _1b(t,t+D)： D)，其中v(t,t+D)為雜訊所造成的影響的綜合項。

在不失一般性的情況下，時間D內上行鏈路通道變化不大(即上行鏈路通道的變化可以被忽略)，於是(t+D)可視為等於(t)，H _r→b(t+D)可視為等於(t)，而R _1b(t,t+D)可改寫為：

接著，協調伺服器CS依據所有來自基站eNB_b的上行鏈路通道資訊(分別對應於參考裝置RD_1~RD_q)以上述方式計算後，將所有計算結果以權重合併(weight combining)的方式進行合併，例如以最大比值合併(maximum ratio combining)，合併後可得：

由上式可知，基站eNB_b相對於基站eNB_1的相對頻率偏移量(ε ₁-ε _b)可從R _1b(t,t+D)的相位中獲得。此外，藉由最大比值合併後所得的R _1b(t,t+D)，在與相對頻率偏移量的相關項上增加了一第一增益(gain)，即。當參考裝置 RD_1~RD_q的數量越多(即q的值越大)時，第一增益越大，進而使得具有第一增益的項與v(t,t+D)的比例相對地越大。換言之，藉由權重合併(例如最大比值合併)，可以減少雜訊所造成的影響，而增加計算相對頻率偏移量的準確度。需要注意的是，上述合併方式僅為舉例而已，本發明並不以此為限。

上述的權重合併的方式除了可使用最大比例合併方式外，也可使用等增益合併(equal gain combining)、切換式合併(switching combining)或選擇性合併(selection combining)等其他權重合併方式。

經由上述計算後，由協調伺服器CS所計算出的基站eNB_b的相對頻率偏移量可表示為：其中angle(R _1b(t,t+D))表示取R _1b(t,t+D)的相位。

需要注意的是，是由基站eNB_b所計算出的值，即估測值，與實際值可能不相同。估測的準確度越高，則會越接近實際值。

可以理解的是，上述說明是以基站eNB_b為例，實際操作時，協調伺服器CS會一一依據每一基站eNB_1~eNB_p所傳送的上行鏈路通道資訊，分別以上述方式進行計算，以獲得對應於各基站eNB_1~eNB_p的相對載波頻率偏移量。

在步驟S241中，各基站eNB_1~eNB_p分別傳送一下行鏈路參考訊號集DLRS_1_1~DLRS_p_q至各參考裝置RD_1~RD_q。舉例來說，基站eNB_1分別傳送下行鏈路參考訊號集DLRS_1_1~DLRS_1_q至參考裝置RD_1~RD_q，即基站eNB_1傳送下行鏈路參考訊號集DLRS_1_1至參考裝置RD_1，傳送下行鏈路參考訊號集DLRS_1_2至參考裝置RD_2，以此類推。

進一步來說，基站eNB_b傳送至參考裝置RD_r的下行鏈路參考訊號集DLRS_b_r包括基站eNB_b的傳送接收器(transceiver)經第一根基站天線傳送的下行鏈路參考訊號到基站eNB_b的傳送接收器經第Nt根基站天線傳送的下行鏈路參考訊號(即共Nt個下行鏈路參考訊號)。

如同上行鏈路參考訊號一般，下行鏈路參考訊號也會因傳送的基站、接收的參考裝置的不同，而受到載波頻率偏移的影響，也會因傳送的基站的基站天線/接收的天線的參考裝置的參考裝置天線不同，而受到初始相位的影響。

在步驟S243中，各參考裝置RD_1~RD_q依據各自收到的下行鏈路參考訊號集DLRS_1_1~DLRS_p_q計算對應於各基站eNB_1~eNB_p的各基站天線的下行鏈路通道資訊，並將計算出的下行鏈路通道資訊傳送至協調伺服器CS。舉例來說，參考裝置RD_1會收到來自基站eNB_1的下行鏈路參考訊號集DLRS_1_1、來自基站eNB_2的下行鏈路參考訊號集DLRS_2_1等，以此類推；接著，參考裝置RD_1依據下行鏈路參考訊號集DLRS_1_1計算對應於基站eNB_1的各基站天線的下行鏈路通道資訊，依據下行鏈路參考訊號集DLRS_2_1計算對應於基站eNB_2的各基站天線的上行鏈路通道資訊，以此類推。

基於第3圖所示的傳輸模型，從基站eNB_b的第n根天線到參考裝置RD_r的第k根天線的下行鏈路通道資訊h _{(b,n)→(r,k)}(t)可表示為：

其中θ _b,n為基站eNB_b的第n根天線的初始相位，為參考裝置RD_r的第k根天線的初始相位。需注意的是，在不失一般性的情況下，將雜訊項省略以簡化計算與說明。

在步驟S245中，協調伺服器CS依據相對載波頻率偏移量、上行鏈路通道資訊及下行鏈路通道資訊計算對應於各基站eNB_1~eNB_p的通道校正係數。關於通道校正係數的細節將在底下進一步說明。

在時間點t+T _du，由參考裝置RD_r的第k根天線至基站eNB_b的第n根天線的上行鏈路通道資訊可表示為：其中T _du為傳送下行鏈路參考訊號與傳送上行鏈路參考訊號之間的時間差，θ _r,k為參考裝置RD_r的第k根天線的初始相位，為基站eNB_b的第n根天線的初始相位。為經之前步驟計算出的載波頻率偏移，而(ε _b-)代表的是實際載波頻率偏移與計算出的載波頻率偏移的差值(即估測誤差值)。

更詳細來說，在本實施例中，第一個時間D內(時間區間t=0~D)，協調伺服器CS計算出第一個相對載波頻率偏移量的初始值，在第二個時間D內(時間區間t=D~2D)，協調伺服器CS計算第二個相對載波頻率偏移量，並將於第一個時間D內計算出的第一個相對載波頻率偏移量作為計算通道校正係數的依據，並計算通道校正係數。換言之，計算通道校正係數會依據前次計算出的相對載波頻率偏移量來計算。

通道校正係數c _{(b,n)→(r,k)}(t+T _du)可表示為：

接著，再例如以基站eNB_1的第一根天線為基準進行校準，經校準後的通道校正係數(t+T _du)可表示為：其中φ _r為將所有相位進行整合所得。

將上式改寫即可看出上行鏈路通道h _{(r,k)→(b,n)}與下行鏈路通道h _{(b,n)→(r,k)}(t)之間的關係：

將上式以矩陣形式表示： C _{(1,1)→(R,K)}． H _{(b,n)→(R,K)}= H _{(R,K)→(b,n)}． C _{(b,n)→(R,K)}(t+T _du)，其中(R,K)代表的是對於所有的(r,k)，也就是從(1,1)、(1,2)、...(2,1)、(2,2)、...(q,Nr-1)、(q,Nr-1)， C _{(1,1)→(R,K)}為從基站eNB_1的第一根天線到參考裝置RD_1的第一根天線~參考裝置RD_q的第Nr根天線的通道校正係數矩陣， H _{(b,n)→(R,K)}為基站eNB_1的第一根天線到參考裝置RD_1的第一根天線~參考裝置RD_q的第Nr根天線的下行鏈路通道矩陣， H _{(R,K)→(b,n)}為由參考裝置RD_1的第一根天線~參考裝置RD_q的第Nr根天線到基站eNB_1的第一根天線的通道校正係數矩陣， H _{(R,K)→(b,n)}為由參考裝置RD_1的第一根天線~參考裝置RD_q的第Nr根天線到基站eNB_1的第一根天線的上行鏈路通道矩陣。

將所有參考裝置RD_1~RD_q的通道校正係數以權重合併的方式進行合併，例如使用最大比例合併可得：

由上式可知，藉由最大比例合併的方式可使通道校正係數增加一第二增益。從第二增益可以看出，當參考裝置RD_1~RD_q的天線數量越多時(即Nr越大)，第二增益的值會越大。換言之，當基站eNB_1~eNB_p與參考裝置RD_1~RD_q之間存在頻率選擇性衰減時(即可能有部分通道衰減較大導致傳輸品質較差)，多天線帶來的第二增益可以將傳輸品質較差的通道造成的影響補償回來，而使得通道校正係數更加準確。

上述的權重合併的方式除了可使用最大比例合併方式外，也可使用等增益合併、切換式合併或選擇性合併方式等其他權重合併方式。

在本實施例中，計算預編碼矩陣例如是以強制歸零(zero forcing)的方式進行計算。

在步驟S261中，各基站eNB_1~eNB_p接收來自各使用者裝置UE_1~UE_s的上行鏈路參考訊號ULRS(UE)_1_1~ULRS(UE)_s_p，並依據使用者裝置的上行鏈路參考訊號ULRS(UE)_1_1~ULRS(UE)_s_p計算對應於各使用者裝置的上行鏈路通道資訊。計算的細節與前文所述類似。

在步驟S263中，各基站eNB_1~eNB_p分別將計算出的使用者裝置的上行鏈路通道資訊傳送至協調伺服器CS。

在步驟S265中，協調伺服器CS依據相對載波頻率偏移量、通道校正係數以及使用者裝置的上行鏈路通道資訊計算預編碼矩陣，細節如下所述。

針對使用者裝置UE_u(u=1,2,...s)協調伺服器CS先利用使用者裝置UE_u的上行鏈路通道資訊計算出使用者裝置UE_u的下行鏈路通道資訊：其中δ _u為使用者裝置UE_u的載波頻率偏移，(t+T _du)為藉由參考裝置RD_1~RD_q與基站eNB_1~eNB_p計算出的通道校正係數。換言之，協調伺服器CS是用參考裝置RD_1~RD_q與基站eNB_1~eNB_p計算出的通道校正係數計算(推算)使用者裝置UE_u的下行鏈路通道資訊。

將所有使用者裝置UE_1~UE_u的下行鏈路通道資訊以矩陣表示：其中H ^CFO(t+T _du)為載波頻率偏移項的矩陣。

再例如以強制歸零的方式計算出預編碼矩陣F _ZF(t+T _du)：

接著將算出的預編碼矩陣分別傳送至基站eNB_1~eNB_p。由於預編碼矩陣含有各基站eNB_1~eNB_p的相對載波頻率偏移量及通道校正係數等資訊，基站eNB_1~eNB_p可以在對使用者裝置UE_1~UE_s進行下行鏈路傳輸時使用預編碼矩陣進行通道校正，使得基站eNB_1~eNB_p之間的協作更加同步，進而讓使用者裝置UE_1~UE_s獲得較佳的服務品質。

在其他實施例中，參考裝置的數量可以是一個，且參考裝置具有兩根以上的天線，藉以獲得多樣性增益(diversity gain)，以補償衰減較大的天線提供的資訊；或者，參考裝置的數量可以是兩個以上，且參考裝置皆具有一根天線，藉由多參考裝置可以補償產生頻率選擇性衰減時，衰減較大的通道造成的影響。

在各實施例中，基站eNB_1~eNB_p例如是演進節點(evolved node B,eNB)。參考裝置RD_1例如是行動裝置、個人電腦或閒置中的基站等。所謂閒置中的基站是指由協調伺服器CS判定，當前沒有提供服務或當前負載較輕的基站。藉由讓閒置中的基站作為參考裝置，可以充分利用可用的資源進行通道校正。若有多個閒置中的基站，協調伺服器CS可進行排程，以決定輪到哪些閒置中的基站做為參考裝置之用。

請參照第4圖，第4圖繪示的是依據本發明的多基站系統的一例的時序圖。在本實施例中，下行鏈路參考訊號是配置在一上行時間的子訊框Fu與一下行時間的子訊框Fd之間的一特別子訊框(special sub-frame)Fs內傳輸。進一步來說，下行鏈路參考訊號是配置在特別子訊框Fs的一保護時間(guard period)內傳輸，緊接著參考裝置RD_1~RD_q計算下行鏈路通道資訊(C1)並傳送至協調伺服器CS。上行鏈路參考訊號是配置在上行時間的子訊框Fu內傳輸，緊接著基站eNB_1~eNB_p計算上行鏈路通道資訊(C2)並傳送至協調伺服器CS。基站eNB_1~eNB_p計算使用者裝置UE_1~UE_s的上行鏈路通道資訊(C3)並傳送至協調伺服器CS後，基站eNB_1~eNB_p可從協調伺服器CS取得預編碼矩陣，並可將預編碼矩陣用在接下來的多個下行時間的子訊框Fd以服務使用者裝置UE_1~UE_s。

請參照第5圖，第5圖繪示的是依據本發明的多基站系統的另一例的時序圖。在本實施例中，下行鏈路參考訊號是配置在一下行時間的子訊框Fd內傳輸，緊接著參考裝置RD_1~RD_q計算下行鏈路通道資訊(C1)並傳送至協調伺服器CS。上行鏈路參考訊號是配置在一上行時間的子訊框Fu內傳輸，緊接著基站eNB_1~eNB_p計算上行鏈路通道資訊(C2)並傳送至協調伺服器CS。基站eNB_1~eNB_p計算使用者裝置UE_1~UE_s的上行鏈路通道資訊(C3)並傳送至協調伺服器CS後，基站eNB_1~eNB_p可從協調伺服器CS取得預編碼矩陣，並可將預編碼矩陣用在接下來的多個下行時間的子訊框Fd以服務使用者裝置UE_1~UE_s。

除此之外，上行鏈路參考訊號及下行鏈路參考訊號可以依據需要而有不同的設計，以使得基站eNB_1~eNB_p可辨別出上行鏈路參考訊號的來源(參考裝置/參考裝置天線)，及使得參考裝置RD_1~RD_q可辨別出下行鏈路參考訊號的來源(基站/基站天線)。在一實施例中，參考裝置RD_1~RD_q的各個參考裝置天線可分別使用具有不同頻率的子載波(sub-carrier)傳送上行鏈路參考訊號，例如參考裝置RD_1的第一根參考裝置天線使用具有第一頻率的子載波傳送上行鏈路參考訊號，參考裝置RD_1的第二根參考裝置天線使用具有第二頻率的子載波傳送上行鏈路參考訊號，以此類推。或是不同的參考裝置的參考裝置天線，可使用不同頻率的子載波傳送上行鏈路參考訊號。在另一實施例中，參考裝置RD_1~RD_q的各個參考裝置天線可分別傳送經不同的正交碼編碼的上行鏈路參考訊號，例如參考裝置RD_1的第一根參考裝置天線傳送第一正交碼編碼的上行鏈路參考訊號，參考裝置RD_1的第二根參考裝置天線傳送第二正交碼編碼的上行鏈路參考訊號，以此類推。或是不同參考裝置的參考裝置天線，可分別傳送經不同的正交碼編碼的上行鏈路參考訊號。以上僅為舉例而已，本發明不以此為限。

相似地，基站eNB_1~eNB_p的各個基站天線可分別使用具有不同頻率的子載波傳送下行鏈路參考訊號。或是不同的基站的基站天線，可使用不同頻率的子載波傳送下行鏈路參考訊號。在另一實施例中，基站eNB_1~eNB_p的各個基站天線可分別傳送經不同的正交碼編碼的下行鏈路參考訊號。或是不同基站的基站天線，可分別傳送經不同的正交碼編碼的下行鏈路參考訊號。

除此之外，在其他實施例中，上行鏈路參考訊號及/或下行鏈路參考訊號可以配置於保護頻帶(guard band)內的子載波進行傳送。

請參照第6圖，第6圖繪示依據本發明另一實施例的多基站系統的系統方塊圖。本實施例是前述實施例的其中一種特定情況，即基站的數量為多個，參考裝置的數量為一個，且參考裝置天線的數量為一個的情況。在本實施例中，各基站 eNB_1~eNB_p與參考裝置RD_1利用全球定位系統(Global Positioning System,GPS)訊號進行時間同步，各基站eNB_1~eNB_p、參考裝置RD_1以及使用者裝置UE_1~UE_s都具有各自獨立的時脈源(Clock Source)。另外，本實施例係以長期演進技術(Long Term Evolution,LTE)的規格為例。

本實施例的方法之流程如第8A圖所示，並參考第7圖之載波頻率偏移估測示意圖，在步驟S81A，該MCC系統利用該參考裝置RD_1透過該多個基站eNB_1~eNB_p的上行鏈路通道(Uplink Channel)傳送上行鏈路參考訊號至該多個基站eNB_1~eNB_p；於步驟S82A，經由該多個基站eNB_1~eNB_p將包括該上行鏈路參考訊號、或基於該上行鏈路參考訊號所轉換得出的多個上行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器CS；在步驟S83A，協調伺服器CS基於前述的該上行鏈路參考訊號、或該多個上行鏈路通道資訊估算相對載波頻率偏移量，其中，請參考第9圖所示，該上行鏈路參考訊號係配置在該上行鏈路通道的上行導引時槽(Uplink Pilot Time Slot,UpPTS)內傳輸，也可配置在該上行鏈路通道鄰近於下一個下行鏈路通道的上行時間的子訊框傳輸。

如第8B圖所示，在該協調伺服器CS得到所估算出的相對載波頻率偏移量後，於步驟S81B，透過該多個基站eNB_1~eNB_p發送下行鏈路參考訊號至參考裝置RD_1；於步驟S82B，透過該參考裝置RD_1將包括該下行鏈路參考訊號、或基於該下行鏈路參考訊號所轉換得出的多個下行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器CS；在步驟S83B，該協調伺服器CS基於前述的上行鏈路參考訊號所估算的相對載波頻率偏移量以及前述下行鏈路參考訊號、或前述多個下行鏈路通道資訊，以對該多個基站eNB_1~eNB_p進行時變通道校正(Time-varying Channel Calibration)，其中，請參考第9圖所示，該下行鏈路參考訊號可配置在上行時間的子訊框(Uplink Subframe)與下行時間的子訊框(Downlink Subframe)之間的特別子訊框(Special Subframe)的保護時間(Guard Period,GP)內傳輸，在另一實施例中，如第10圖所示，該下行鏈路參考訊號可配置在下行鏈路通道鄰近特別子訊框的下行時間的子訊框(Downlink Subframe)內傳輸，在其他實施例中，如第11圖所示，該下行鏈路參考訊號配置在保護頻帶內的子載波(Guard-band Subcarriers)內傳輸。

得到上述時變通道校正的數據後，由協調伺服器CS計算預編碼器(Precoder)或預編碼矩陣並傳送至該多個基站eNB_1~eNB_p以進行預編碼(precoding)。

如第12圖所示，其係基站間CFO估測效能模擬圖，以本次模擬的結果可知，當通道估測(Channel Estimation)訊雜比(Signal-to-Noise-Ratio，SNR)夠高(SNR>15dB)，不論用在平均10半幀、20半幀或30半幀的通道中，其僅需平均約10次的CFO估測，所估測的平均平方誤差(Mean Squared Error,MSE)即可達到0.7ppb左右，顯示本發明所能達到估測的準確性。另外，本發明不限於在特定時間進行估測CFO，可以固定於週期或非週期性的時間點進行估測CFO，將上述不同時間點所測得的CFO紀錄並取平均值。

使用上述方法校正之後，可如第13圖所示，基站間干擾的抑制效果可以清楚得知，平均的基站間干擾小於-25dB，已符合傳送16 QAM的SNR。

上述的概念可運用於使用LTE通訊協定的系統、使用WiFi通訊協定的系統(如第14圖所示意的存取點(Access Point 1至Access Point Nb)作為基站使用)或其他時分雙工(Time-Division Duplexing，TDD)系統。

依據本發明的多基站系統及通道校正方法，不僅可以有效降低多個基站協作時載波頻率偏移所造成的影響，亦能解決由於頻率選擇性衰減使得通道校正不準確的問題。

綜上所述，雖然本發明已以實施範例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種多基站系統，包括：一協調伺服器，通訊連接具有複數個基站天線的複數個基站及至少一參考裝置，該至少一參考裝置無線地通訊連接該些基站，且複數個參考裝置天線設置於該至少一參考裝置中，其中，該協調伺服器依據接收到的該些基站依據經該至少一參考裝置的該些參考裝置天線傳送的複數個上行鏈路參考訊號計算的複數個上行鏈路通道資訊，計算複數個相對載波頻率偏移量，以及該協調伺服器依據接收到的該至少一參考裝置依據經各該些基站的多個基站天線中的至少一基站天線傳送的複數個下行鏈路參考訊號計算的複數個下行鏈路通道資訊、該些上行鏈路通道資訊及該些相對載波頻率偏移量，計算複數個通道校正係數。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中該至少一參考裝置的數量係為多個而每一參考裝置的參考裝置天線的數量係為一、該至少一參考裝置的數量係為一個而每一參考裝置的該些參考裝置天線的數量係為多個、或該至少一參考裝置的數量係為多個而每一參考裝置的參考裝置天線的數量係為多個。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中該協調伺服器依據該些相對載波頻率偏移量及該些通道校正係數計算一預編碼矩陣，且該協調伺服器傳送該預編碼矩陣至該些基站。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中各該上行鏈路參考訊號係配置於一上行時間的子訊框內。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中該至少一參考裝置的該些參考裝置天線係分別使用具有不同頻率的子載波傳送該些上行鏈路參考訊號，該些基站的該些基站天線係分別使用具有不同頻率的子載波傳送該些下行鏈路參考訊號。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中該至少一參考裝置的該些參考裝置天線係分別傳送經不同的正交碼編碼的該些上行鏈路參考訊號，該些基站的該些基站天線係分別傳送經不同的正交碼編碼的該些下行鏈路參考訊號。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中各該下行鏈路參考訊號係配置於一下行時間的子訊框或一上行時間的子訊框與該下行時間的子訊框之間的一保護時間內。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中各該下行鏈路參考訊號係配置於一保護頻帶內的子載波。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中該協調伺服器係使用權重合併計算該些相對載波頻率偏移量及該些通道校正係數，且該些相對載波頻率偏移量具有一第一增益，該些通道校正係數具有一第二增益。
如申請專利範圍第1項所述之多基站系統，其中該至少一參考裝置的其中之一係為一行動裝置、一個人電腦或一閒置中的基站。
一種多基站系統的通道校正方法，該通道校正方法包括：一協調伺服器依據接收到的複數個基站依據經設置於至少一參考裝置中的複數個參考裝置天線傳送的複數個上行鏈路參考訊號計算的複數個上行鏈路通道資訊，計算複數個相對載波頻率偏移量；以及該協調伺服器依據接收到的該至少一參考裝置依據經該些基站的複數個基站天線中的至少一基站天線傳送的複數個下行鏈路參考訊號計算的複數個下行鏈路通道資訊、該些上行鏈路通道資訊及該些相對載波頻率偏移量，計算複數個通道校正係數。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中該至少一參考裝置的數量係為多個而每一參考裝置的參考裝置天線的數量係為一、該至少一參考裝置的數量係為一個而每一該參考裝置的該些參考裝置天線的數量係為多個、或該至少一參考裝置的數量係為多個而每一參考裝置的參考裝置天線的數量係為多個。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，更包括：該協調伺服器依據該些相對載波頻率偏移量及該些通道校正係數計算一預編碼矩陣，並將該預編碼矩陣傳送至該些基站。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中各該上行鏈路參考訊號係配置於一上行時間的子訊框內。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中該至少一參考裝置的該些參考裝置天線係分別使用具有不同頻率的子載波傳送該些上行鏈路參考訊號，該些基站的該些基站天線係分別使用具有不同頻率的子載波傳送該些下行鏈路參考訊號。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中該至少一參考裝置的該些參考裝置天線係分別傳送經不同的正交碼編碼的該些上行鏈路參考訊號，該些基站的該些基站天線係分別傳送經不同的正交碼編碼的該些下行鏈路參考訊號。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中各該下行鏈路參考訊號係配置於一下行時間的子訊框或一上行時間的子訊框與該下行時間的子訊框之間的一保護時間內。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中各該下行鏈路參考訊號係配置於一保護頻帶內的子載波。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中該協調伺服器係使用權重合併計算該些相對載波頻率偏移量及該些通道校正係數，且該些相對載波頻率偏移量具有一第一增益，該些通道校正係數具有一第二增益。
如申請專利範圍第11項所述之通道校正方法，其中該至少一參考裝置的其中之一係為一行動裝置、一個人電腦或一閒置中的基站。
一種多基站系統之通道校正方法，其包括：由參考裝置透過多個基站之上行鏈路通道傳送上行鏈路參考訊號至多個基站，以經由該多個基站將基於該上行鏈路參考訊號的多個上行鏈路通道資訊傳送至協調伺服器；利用該多個上行鏈路通道資訊估算該多個基站之間的相對載波頻率偏移量；令該多個基站傳送下行鏈路參考訊號至參考裝置，以透過該參考裝置將基於該下行鏈路參考訊號的多個下行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器；以及利用該相對載波頻率偏移量以及該多個下行鏈路通道資訊，該協調伺服器對該多個基站進行時變通道校正。
如申請專利範圍第21項所述之通道校正方法，其中，該下行鏈路參考訊號係配置在上行時間的子訊框與下行時間的子訊框之間的特別子訊框內傳輸。
如申請專利範圍第22項所述之通道校正方法，其中，該下行鏈路參考訊號係配置在該特別子訊框內的保護時間內傳輸。
如申請專利範圍第21項所述之通道校正方法，其中，該下行鏈路參考訊號係配置在下行時間的子訊框內傳輸。
如申請專利範圍第21項所述之通道校正方法，其中，該下行鏈路參考訊號係配置在保護頻帶內的子載波內傳輸。
如申請專利範圍第21項所述之通道校正方法，其中，該上行鏈路參考訊號係配置在上行導引時槽或上行時間的子訊框傳輸。
如申請專利範圍第21項所述之通道校正方法，係應用於LTE通訊協定或WIFI通訊協定。
一種多基站系統，包括：協調伺服器；多個基站，用以與該協調伺服器進行資料交換；以及參考裝置，用以與該協調伺服器進行資料交換，且以無線傳輸方式與該多個基站連接，其中，該參考裝置係透過該多個基站的上行鏈路通道傳送上行鏈路參考訊號至該多個基站，以經由該多個基站將基於該上行鏈路參考訊號的多個上行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器；該多個基站係傳送下行鏈路參考訊號至該參考裝置，以透過該參考裝置將基於該下行鏈路參考訊號的多個下行鏈路通道資訊傳送至該協調伺服器；以及，該多個基站之間的相對載波頻率偏移量係藉由該多個上行鏈路通道資訊所估算，而該協調伺服器係利用該相對載波頻率偏移量以及該下行鏈路通道資訊對該多個基站進行時變通道校正。
如申請專利範圍第28項所述之多基站系統，其中，該多個基站係將該下行鏈路參考訊號配置在上行時間的子訊框與下行時間的子訊框之間的特別子訊框內傳輸。
如申請專利範圍第29項所述之多基站系統，其中，該多個基站係將該下行鏈路參考訊號配置在該特別子訊框內的保護時間內傳輸。
如申請專利範圍第28項所述之多基站系統，其中，該下行鏈路參考訊號配置在下行時間的子訊框內傳輸。
如申請專利範圍第28項所述之多基站系統，其中，該多個基站係將該下行鏈路參考訊號配置在保護頻帶內的子載波內傳輸。
如申請專利範圍第28項所述之多基站系統，其中，該參考裝置係將該上行鏈路參考訊號配置在上行導引時槽或上行時間的子訊框傳輸。
如申請專利範圍第28項所述之多基站系統，係應用於LTE通訊協定環境或WIFI通訊協定環境。