TWI694687B - 通訊系統及其運作方法 - Google Patents

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張獻文
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Abstract

一種通訊系統及其運作方法。通訊系統包括一智慧型天線單元電性連接多個天線、一天線選擇單元、一或多個訊號處理單元以及一控制單元。控制單元經配置：設定該多個天線為一或多個天線區域，各天線區域包括選自該多個天線中的一或多個天線。設定多個天線區域組態，每一天線區域組態包括調配給該一或多個訊號處理單元的一或多個區域，其中各天線區域組態中的區域選自該一或多個天線區域。選擇該多個天線區域組態其中之一以運作用戶設備的通訊傳輸，該選擇出的天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元依據對應區域所調配到的天線波束數量運作波束掃描。

Description

通訊系統及其運作方法
本案是有關於一種通訊系統及其運作方法。
傳統上智慧型天線(Smart Antenna)技術係已被應用於WiFi系統上來提高傳送訊號品質。智慧型天線系統主要是由許多不同方向的指向性天線(Directional Antenna)所組成，因此針對位於不同位置的使用者，可藉由使用者回報的資訊來讓具有智慧型天線系統的基地台有效調整天線傳輸的方向，讓使用者的傳輸效能最大化，以提高系統整體的資料傳輸率。但當使用者密度增高或通訊需求量提高時，基地台端則必須使用多套智慧型天線系統來維持服務區域效能。
況且，智慧型天線系統一般是利用單一天線場型(Antenna Pattern)來進行傳輸，即使應用於多基站協調系統中，各個基地台一般也是挑選一個或多個天線所形成的單一天線場型來進行訊號傳輸，且其他天線所形成的天線場型是處於關閉狀態，則較未能有效提高訊號多樣性(Diversity)。因此構思一種可應用於不同使用者分 布密度環境區塊下的通訊傳輸運作機制，來處理環境區塊中因使用者分布(Distribution)密度之變化而需要不同傳輸資源之需求，遂成為研究課題之一。
本案提出有關於一種通訊系統及其運作方法實施例。
根據本案之一實施例，提出一種通訊系統之運作方法，該通訊系統用以供至少一用戶設備進行通訊。該通訊系統之運作方法包括，設定一智慧型天線單元所包括的多個天線為一或多個天線區域，各天線區域包括選自該多個天線中的一或多個天線。設定多個天線區域組態，每一天線區域組態包括調配給一或多個訊號處理單元的一或多個區域，其中各天線區域組態中的區域選自該一或多個天線區域。選擇該多個天線區域組態其中之一以運作該至少一用戶設備的通訊傳輸，該選擇的天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元依據對應區域所調配到的天線波束數量運作波束掃描。
根據本案之一實施例，提出一種通訊系統。通訊系統包括，至少一用戶設備，一智慧型天線單元，具有多個天線，一天線選擇單元，電性連接該智慧型天線單元，該天線選擇單從該多個天線中選擇天線，一或多個訊號處理單元電性連接該智慧型天線單元以及該天線選擇單元，各訊號處理單元包括至少 一處理器以及至少一儲存裝置，以及一控制單元，電性連接該天線選擇單元以及該一或多個訊號處理單元。該控制單元經配置：設定該多個天線為一或多個天線區域，各天線區域包括選自該多個天線中的一或多個天線。該控制單元還設定多個天線區域組態，每一天線區域組態包括調配給該一或多個訊號處理單元的一或多個區域，其中各天線區域組態中所包括的區域選自該一或多個天線區域。以及選擇該多個天線區域組態其中之一以運作該至少一用戶設備的通訊傳輸，該選擇的天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元依據對應區域所調配到的天線波束數量運作波束掃描。
為了對本案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：
100:通訊系統
10:用戶設備
12:智慧型天線單元
121:天線
14:天線選擇單元
16:訊號處理單元
161:處理器
162:儲存裝置
18:控制單元
A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、Ai、AN-2、AN-1、AN:天線
I1、I2、I3、I4:天線區域組態
S1、S2、S3、S4:天線區域、區域
S32、S34、S36、S362、S3622、S3624、S3626:步驟
第1圖繪示依據本案技術之通訊系統的一實施例示意圖。
第2a圖、第2b圖、第2c圖以及第2d圖分別繪示不同的天線區域組態(sector configuration)設定方式實施例示意圖。
第3圖繪示依據本案技術之通訊系統運作方法的一實施例流程示意圖。
第4a圖以及第4b圖分別繪示依據本案技術之通訊系統運作方法的可能實施例流程示意圖。
第1圖繪示依據本案技術之通訊系統100的實施例示意圖。通訊系統100包括至少一用戶設備10、電性連接多個天線121的一智慧天線單元12、一天線選擇單元14、一或多個訊號處理單元16、以及一控制單元18。用戶設備10例如是一智慧型手機、一個人電腦、一筆記型電腦、一車載裝置、一智慧電視、一機器人或一智慧家電等等可以進行無線通訊的設備，而本發明並不限於此。智慧型天線單元12電性連接數個天線121，用以進行無線通訊傳輸，天線121具備有指向性。為方便繪示，本發明所有示意圖中天線的方向並非用以限制可能實施方式，實施時智慧型天線單元12中各天線121之方向可依系統需求設置而不限於圖中所繪示。天線選擇單元14電性連接智慧型天線單元12，用以從多個天線121中選擇天線。一或多個訊號處理單元16電性連接智慧型天線單元12以及天線選擇單元14，各訊號處理單元16包括至少一處理器161以及至少一儲存裝置162。而控制單元18，則電性連接天線選擇單元14以及一或多個訊號處理單元16。
於第1圖實施例示意圖中，通訊系統100之天線121(A1,A2,A3,...,Ai,...,AN-2,AN-1,AN)的數量為N，訊號處理單元16的數量可以為1至M，N跟M為自然數。天線選擇單元14能夠選擇特定一個天線或數個天線所組成的一或多個天線區 域組態(antenna sector configuration)Ii來形成(forming)不同波束寬度大小與不同傳送角度的波束，以供用戶設備10進行通訊傳輸。一般而言，多個天線所形成的寬波束服務距離較短，因此較適用於近距離的使用者；單個天線所形成的窄波束服務距離較長，因此適用於使用者與基地台距離較遠時來使用。另外，還可將所組成的多個天線區域組態Ii分類成為數個天線區域組態集合以供動態選擇。天線選擇單元14以及控制單元18可以例如是一晶片、一電路、一電路板、一可程式陣列邏輯、一具有控制指令的韌體或儲存數組程式碼之非暫態電腦可讀取記錄媒體，而本案並不限於此。
於一實施例中，控制單元18經配置設定多個天線121為一或多個天線區域(sector(s))Si，各天線區域包括透過天線選擇單元14選自多個天線121中的一或多個天線。其中，各天線區域的一或多個天線121可組成一或多個天線區域組態Ii。
於一實施例中，控制單元18還設定多個天線區域組態Ii，每一天線區域組態Ii包括調配給該一或多個訊號處理單元16的一或多個區域，其中各天線區域組態Ii中的區域Sj選自該一或多個天線區域Si。以及選擇多個天線區域組態Ii其中之一以運作該至少一用戶設備10的通訊傳輸，該選擇的天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元16依據所調配到區域的天線波束數量運作波束掃描。
於一實施例中，各天線區域組態Ii中區域的天線形成的波束可以為以下其中之一：連續波束、不連續波束、或部分連續波束部分不連續波束。於另一實施例中，各天線區域組態Ii中各區域Sj的天線數目可以為以下其中之一：數目皆相同、數目皆不相同、或數目部分相同部分不相同。於再一實施例中，其中各天線區域組態Ii中各區域Sj所對應的訊號處理單16的數目可以為以下其中之一：皆相同、皆不相同、或部分相同部分不相同。
第2a圖、第2b圖、第2c圖以及第2d圖分別繪示不同的天線區域組態Ii實施例設定方式示意圖，這些實施例中天線121之數目為8，但本案並不以此為限。第2a圖是將所有天線設定為單一天線區域，天線區域組態I1包括一區域S1。第2b圖是將天線設定成2個天線區域，天線區域組態I2包括兩區域S1、S2，天線A1~A4在區域S1中，天線A5~A8在區域S2中。而第2c圖則是將天線設定為4個天線區域，天線區域組態I3包括選自此4個天線區域的三區域S1、S2和S3，區域S1包括天線A1~A3，區域S2包括天線A4~A5，而區域S3則包括天線A6與A8。於此實施例中包括了天線A7的天線區域並未被配置給天線區域組態I3。第2d圖是將天線設定成5個天線區域，天線區域組態I4包括選自此5個天線區域的四區域S1、S2、S3和S4，區域S1包括天線A1~A2，區域S2包括天線A4，而區域S3包括天線A5~A6，而區域S4則包括天線 A7~A8。於此實施例中包括了天線A3的天線區域並未被配置給天線區域組態I4。
請一併參見第1圖、第2a圖、第2b圖、第2c圖以及第2d圖實施例。於一實施例中，可將各天線區域組態Ii中的區域其中之一調配給一或多個訊號處理單元16的其中之一或多個。而於另一實施例中，可將各天線區域組態Ii中的多個區域調配給一或多個訊號處理單元16的其中之一或多個。舉例來說：於第2a圖實施例中，可將天線區域組態I1中的區域S1調配給一個訊號處理單元16、或調配給2個訊號處理單元16。於第2b圖實施例中，可將天線區域組態I2中的區域S1、S2調配給同一個訊號處理單元16、或分別調配給各自對應的一個訊號處理單元16。於第2c圖實施例中，可將天線區域組態I3中的區域S1、S3調配給同一個訊號處理單元16、或調配給3個訊號處理單元16，而將I3中的區域S2調配給2個訊號處理單元16。於第2d圖實施例中，可將天線區域組態I4中的區域S1、S2調配給同一個訊號處理單元16、或調配給2個訊號處理單元16，而將I4中的區域S3、S4調配給1個訊號處理單元16。如此，可依據低、中、或高通訊流量需求進行動態配置，譬如，使多個訊號處理單元16服務一或多個天線121，或一個訊號處理單元16服務一或多個天線121。
請參照第3圖依據本案技術之通訊系統100運作方法一實施例流程示意圖，通訊系統100用以供至少一用戶設備10進行通訊。通訊系統100之運作方法包括，設定一智慧型天線單 元12所包括的多個天線121為一或多個天線區域Si，各天線區域包括選自該多個天線中的一或多個天線(步驟S32)。設定多個天線區域組態Ii，每一天線區域組態Ii包括調配給一或多個訊號處理單元16的一或多個區域Sj，其中各天線區域組態Ii中的區域Sj選自該一或多個天線區域Si(步驟S34)。以及，選擇該多個天線區域組態Ii其中之一以運作該至少一用戶設備10的通訊傳輸，該選擇的天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元16依據對應區域所調配到的天線波束數量運作波束掃描(步驟S36)。
第4a圖以及第4b圖分別繪示依據本案技術之通訊系統運作方法的可能實施例流程示意圖。請參照第4a圖，於一實施例中，依據一使用者指標以及該使用者指標所對應的預設臨界值選擇該多個天線區域組態Ii其中之一，以運作至少一用戶設備10的通訊傳輸(步驟S362)。
請一併參見第1圖、第2a圖、第2b圖、第2c圖以及第2d圖實施例。為方便說明，以各天線區域組態Ii中的各區域Sj對應一個訊號處理單元16為例來進一步說明。在這種配置情境下，各區域Sj的最大支援資料率為Rs，則天線區域組態I1的最大支援資料率為Rs，天線區域組態I2的最大支援資料率為2Rs，天線區域組態I3的最大支援資料率為3Rs，而天線區域組態I4的最大支援資料率則為4Rs。
請參照第4b圖，於一實施例中，使用者指標可以為一使用者平均資源使用率或為一使用者平均傳輸率，且該方法 復包括：依據各天線區域組態的最大支援資料率(maximum supported data rate)將各天線區域組態進行排序(步驟S3622)。並且，依據使用者平均資源使用率以及所對應的一第一預設臨界值動態選擇該多個天線區域組態其中之一(步驟S3624)，或是依據使用者平均傳輸率以及所對應的一第二預設臨界值動態選擇該多個天線區域組態其中之一(步驟S3626)。其中，使用者平均資源使用率以及使用者平均傳輸率皆可以由接收到的使用者資訊計算得到，並且可以於一時間段中，依據計算出的使用者平均資源使用率或使用者平均傳輸率，選擇一天線區域組態Ii來使用。也就是說，於一時間段中，可以依據當時的傳輸流量狀態以動態切換使用哪一個天線區域組態Ii來進行通訊傳輸。
於一實施例中，可以依據各天線區域組態Ii的最大支援資料率從低至高將各天線區域組態Ii進行排序。一範例演算法為：根據使用者資訊計算使用者平均傳輸率Davg，且根據Davg值與第二預設臨界值TD決定i值，以選擇出Ii來進行通訊傳輸；或者可以根據使用者資訊計算使用者平均資源使用率Ravg，且根據Ravg值與第一預設臨界值TR決定i值。其中，若Davg>TD(或Ravg>TR)，則i=i-1且最小i值為1，若Davg<TD(或Ravg<TR)，則i=i+1且最大i值為系統中天線區域組態的數目。而於一被設定時間區中迭代進行此演算法，以根據i值來選擇出天線區域組態Ii來進行通訊傳輸。根據上述實施例，i值越大代表天線單元所形成的區域越多；相反的，i值越小代表天線單元所形成的區域越少。
上述所揭露的各種智慧型天線系統實施例可應用於未來5G系統之天線模組，可用來取代天線陣列(Antenna Array)所造成的高天線複雜度之問題，所提出之技術適合Small Cell使用。依據本案技術多區域智慧型天線系統實施例，基地台端可使用一套智慧型天線單元12，搭配可擴充性之訊號處理單元16，即可處理不同通訊流量需求之問題。
綜上所述，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。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:通訊系統
10:用戶設備
12:智慧型天線單元
121:天線
14:天線選擇單元
16:訊號處理單元
161:處理器
162:儲存裝置
18:控制單元

Claims (20)

  1. 一種通訊系統之運作方法，該通訊系統用以供至少一用戶設備進行通訊，該運作方法包括：設定一智慧型天線單元包括的多個天線為一或多個天線區域，各天線區域包括選自該多個天線中的一或多個天線；設定多個天線區域組態，每一天線區域組態包括調配給多個訊號處理單元的一或多個區域，其中各天線區域組態中的區域選自該一或多個天線區域；以及選擇該多個天線區域組態其中之一以運作至少一用戶設備的通訊傳輸，該選擇的天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元依據對應區域所調配到的天線波束數量運作波束掃描。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統的運作方法，其中各天線區域組態中的區域其中之一調配給該些訊號處理單元的其中之一或多個。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統的運作方法，其中各天線區域組態中的多個區域調配給該些訊號處理單元的其中之一或多個。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統的運作方法，其中各天線區域組態中區域的天線形成的波束為以下其中之一：連續波束、不連續波束、或部分連續波束部分不連續波束。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統的運作方法，其中各天線區域組態中各區域的天線數目為以下其中之一：數目皆相同、數目皆不相同、或數目部分相同部分不相同。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統的運作方法，其中各天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元數目為以下其中之一：皆相同、皆不相同、或部分相同部分不相同。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統的運作方法，其中各天線區域的該一或多個天線組成一或多個天線區域組態。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之通訊系統的運作方法，其中依據一使用者指標以及該使用者指標所對應的預設臨界值選擇該多個天線區域組態其中之一，以運作至少一用戶設備的通訊傳輸。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之通訊系統的運作方法，其中該使用者指標為一使用者平均資源使用率，且該方法復包括：依據各天線區域組態的最大支援資料率將各天線區域組態進行排序；以及 依據該使用者平均資源使用率以及所對應的一第一預設臨界值動態選擇該多個天線區域組態其中之一。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之通訊系統的運作方法，其中該使用者指標為一使用者平均傳輸率，且該方法復包括：依據各天線區域組態的最大支援資料率將各天線區域組態進行排序；以及依據該使用者平均傳輸率以及所對應的一第二預設臨界值動態選擇該多個天線區域組態其中之一。
  11. 一種通訊系統，包括：至少一用戶設備；一智慧型天線單元，電性連接多個天線；一天線選擇單元，電性連接該智慧型天線單元，該天線選擇單元從該多個天線中選擇天線；多個訊號處理單元，電性連接該智慧型天線單元以及該天線選擇單元，各訊號處理單元包括至少一處理器以及至少一儲存裝置；以及一控制單元，電性連接該天線選擇單元以及該些訊號處理單元，該控制單元經配置：設定該多個天線為一或多個天線區域，各天線區域包括選自該多個天線中的一或多個天線； 設定多個天線區域組態，每一天線區域組態包括調配給該些訊號處理單元的一或多個區域，其中各天線區域組態中所包括的區域選自該一或多個天線區域；以及選擇該多個天線區域組態其中之一以運作該至少一用戶設備的通訊傳輸，該選擇的天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元依據對應區域所調配到的天線波束數量運作波束掃描。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之通訊系統，其中調配各天線區域組態中的區域其中之一給該些訊號處理單元的其中之一或多個。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之通訊系統，其中調配各天線區域組態中的多個區域給該些訊號處理單元的其中之一或多個。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之通訊系統，其中各區域的天線形成的波束為以下其中之一：連續波束、不連續波束、或部分連續波束部分不連續波束。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之通訊系統，其中各天線區域組態中各區域的天線數目為以下其中之一：數目皆相同、數目皆不相同、或數目部分相同部分不相同。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之通訊系統，其中各天線區域組態中各區域所對應的訊號處理單元數目為以下其中之一：皆相同、皆不相同、或部分相同部分不相同。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之通訊系統，其中各天線區域的該一或多個天線組成一或多個天線區域組態。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之通訊系統，其中依據一使用者指標以及該使用者指標所對應的預設臨界值選擇該多個天線區域組態其中之一，以運作至少一用戶設備的通訊傳輸。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之通訊系統，其中該使用者指標為一使用者平均資源使用率，且該控制單元經配置：依據各天線區域組態的最大支援資料率將各天線區域組態進行排序；以及依據該使用者平均資源使用率以及所對應的一第一預設臨界值動態選擇該多個天線區域組態其中之一。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之通訊系統，其中該使用者指標為一使用者平均傳輸率，且該控制單元經配置：依據各天線區域組態的最大支援資料率將各天線區域組態進行排序；以及依據該使用者平均傳輸率以及所對應的一第二預設臨界值動態選擇該多個天線區域組態其中之一。
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