TWI768770B - 無線通訊裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露了一種無線通訊裝置與方法，能夠優化從一通訊對象至該無線通訊裝置的上行傳輸。該方法可由該裝置來執行，並包含：於接收上行效能估測後，依據該估測決定上行調整資訊包括資源單元配置與目標接收訊號強度指示（目標RSSI）；依據先前上行探測資訊包含通道品質指標、RSSI與頻寬，以及依據該上行調整資訊，產生一目標通道品質指標，其中該先前上行探測資訊指出該上行傳輸的特性；依據該目標通道品質指標以及一糾錯技術的類型決定上行傳輸設定包含調制與編碼策略及雙載波調制的設定，以依據該上行傳輸設定傳送一控制訊號給該通訊對象；以及依據來自該通訊對象的一接收訊號更新該上行效能估測，其中該接收訊號的特性相關於該上行傳輸設定。

Description

無線通訊裝置與方法
本發明是關於通訊裝置與方法，尤其是關於無線通訊裝置與方法。
新一代無線區域網路(Wireless Local Area Network；WLAN)標準(例如：IEEE 802.11ax標準)藉由一探測協定(sounding protocol)，納入一通道品質指標(channel quality indicator；CQI)的回報。CQI是一個陣列，該陣列中每個單位元素對應到一資源單元(Resource Unit；RU)的平均訊雜比(signal-to-noise ratio；SNR)，若將資源單元(RUs)所處的頻寬分成複數個單元，每個單元具有約26個頻調(tone)(亦即：26個特定頻寬的子載波(subcarriers))，這樣的單元稱為RU26，對應第i個RU26之通道品質指標(CQI i )的定義如下：
Figure 110109362-A0305-02-0003-1
 式(1)式(1)中，各參數的定義如底下表1所示。
Figure 110109362-A0305-02-0004-2
CQI能夠用於調變編碼方案適應化(modulation and coding scheme adaptation；MCS adaptation)功能，此功能可將一CQI的值轉換成該CQI所對應之RU的MCS，從而讓存取點(access point；AP)採用適當的MCS，以減少嘗試錯誤傳輸速率，縮短調整傳輸速率的時間，並提升系統效能。
IEEE 802.11ax標準僅定義下行(downlink；DL)的CQI探測(CQI sounding)，而未定義上行(uplink；UL)的CQI探測；上行與下行在本技術領域分別指從「非存取點之站台(non-AP STA)」到「存取點(Access Point；AP)」的傳輸以及從「AP」至「non-AP STA」的傳輸。下行的CQI探測可由一站台(station；STA)依據一AP傳送的訊號來產生一CQI，再由該STA回 報該CQI給該AP。雖然IEEE 802.11ax標準提到上行閉迴路功率控制(UL closed-loop power control)，但該控制未利用CQI。該上行閉迴路功率控制包含：一AP在上行正交頻分多址流程(UL OFDMA flow)中先傳送一觸發訊框(Trigger frame)給至少一STA，該觸發訊框為一控制訊框(control frame)而不是一非控制訊框(例如：資料訊框(data frame)或管理訊框(management frame))；該觸發訊框的一般欄位(common field)攜帶資訊表示AP傳輸功率(AP Tx Power)；在收到該觸發訊框後，該STA估計一接收訊號強度指標(Received Signal Strength Indicator；RSSI)，其中該AP傳輸功率與該RSSI的差距可視為路徑損失(Path Loss；PL)；該STA在傳送一高效能基於觸發實體層聚合程序協定資料單元(high efficiency trigger-based physical layer conformance procedure(PLCP)protocol data unit,HE_TB PPDU)給該AP時，藉由功率調整以補償該路徑損失，以預期該AP所收到之HE_TB PPDU的功率符合該觸發訊框之使用者欄位(user field)所表示的上行目標RSSI(UL Target RSSI)；該HE_TB PPDU內的媒體存取控制表頭(MAC header)會攜帶資訊表示上行功率上調空間(UL Power Headroom；UPH)，其表示該STA的目前傳輸功率與該STA的最大傳輸功率之間的距離；該表頭也會攜帶一最小旗標(minimum flag)，其表示該STA所傳送之訊號的功率是否達到最小功率；UPH以及最小旗標可供該AP在接下來的上行正交頻分多址流程中調整該AP傳輸功率以及該目標RSSI，以達到上行閉迴路功率控制的效果。
由於前述CQI的定義與取得、下行的CQI探測以及上行閉迴路功率控制屬於已知技術，其細節在此省略。
本揭露的目的之一在於提供一種無線通訊裝置與方法，該裝置與方法能夠利用一通道品質指標(channel quality indicator,CQI)來優化上行(uplink)傳輸，以彌補先前技術的不足。
本揭露之無線通訊裝置的一實施例能夠優化從一通訊對象至該無線通訊裝置的上行傳輸，並包含一上行設定電路、一CQI更新電路、一上行傳輸設定決定電路以及一效能估測電路。該上行設定電路用來於接收上行效能估測後，依據該上行效能估測決定上行調整資訊。該CQI更新電路用來依據先前上行探測資訊以及該上行調整資訊產生一目標CQI，其中該先前上行探測資訊指出該上行傳輸的特性。該上行傳輸設定決定電路用來依據該目標CQI以及該無線通訊裝置所採用之一糾錯技術的類型決定上行傳輸設定，以供該無線通訊裝置依據該上行傳輸設定傳送一控制訊號給該通訊對象，該控制訊號影響該通訊對象與該無線通訊裝置之間的上行傳輸效能。該效能估測電路用來依據來自該通訊對象的一接收訊號更新該上行效能估測。上述實施例中，該無線通訊裝置為一存取點(access point)，該通訊對象為一站台(station)。
本揭露之無線通訊方法的一實施例是由一無線通訊裝置來執行。該實施例能夠優化從一通訊對象至該無線通訊裝置的上行傳輸，並包含下列步驟：於接收上行效能估測後，依據該上行效能估測決定上行調整資訊；依據先前上行探測資訊以及該上行調整資訊產生一目標CQI，其中該先前上行探測資訊指出該上行傳輸的特性；依據該目標CQI以及該無線通訊裝置所採用之一糾錯技術的類型決定上行傳輸設定，以依據該上行傳輸設定傳送一控制訊號 給一通訊對象；以及依據來自該通訊對象的一接收訊號更新該上行效能估測，其中該接收訊號的特性相關於該上行傳輸設定。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
100:無線通訊裝置
110:上行設定電路
120:CQI(通道品質指標)更新電路
130:上行傳輸設定決定電路
140:效能估測電路
CQI i :第i個RU(資源單元)的通道品質指標
NV i :第i個RU26的總雜訊功率
avgsigpow i (dB):第i個RU26內的訊號功率
Chgain i (dB):通道增益
S410~S440:步驟
〔圖1〕顯示本揭露之無線通訊裝置的一實施例；〔圖2〕顯示習知之觸發訊框的格式；〔圖3〕顯示各資源單元之通道品質指標(CQI)的計算結果的範例；以及〔圖4〕顯示本揭露之無線通訊方法的一實施例。
本揭露包含一種無線通訊裝置與方法，該裝置與方法能夠利用一通道品質指標(channel quality indicator,CQI)來優化上行(uplink)傳輸。
目前的無線區域網路(WLAN)標準(例如：IEEE 802.11ax)沒有定義上行探測(UL Sounding)，只有定義下行探測(DL Sounding)。本揭露提出一上行調整流程包含：當一無線通訊裝置在一上行傳輸流程(例如：上行正交頻分多址流程(UL OFDMA flow))中同時身為一接收端以及一決策者(例如：傳送一控制訊框(control frame)者)時，該無線通訊裝置可依據一通訊對象的通道狀態資訊(channel state information；CSI)決定一目標CQI，並依據該目標CQI來決定一控制訊號的內容(例如：觸發訊框(trigger frame)之 一般欄位(common field)與使用者欄位(user field)的內容))，然後無線通訊裝置100再傳送該控制訊號給該通訊對象，以令該通訊對象依據該控制訊號做出調整，從而優化從該通訊對象至該無線通訊裝置的上行傳輸。視實施需求，該無線通訊裝置可僅執行該上行調整流程一次或數次，或週期性地執行該流程，或不定期地執行該流程。值得注意的是，該CSI可藉由已知或自行開發的通道估測技術求得；由於通道估測技術不屬本發明的範疇，其細節在此省略。
圖1顯示本揭露之無線通訊裝置的一實施例。圖1之無線通訊裝置100(例如：存取點(access point；AP))包含一上行設定電路110、一CQI更新電路120、一上行傳輸設定決定電路130以及一效能估測電路140。該些電路之說明如下。
上行設定電路110用來於接收效能估測電路140所提供的上行效能估測後，依據該上行效能估測決定上行調整資訊。該上行效能估測的一範例包含但不限於「來自一通訊對象的接收訊號(例如：實體層聚合程序協定資料單元(physical layer conformance procedure(PLCP)protocol data unit；PPDU))的傳輸時間」，或「該通訊對象至無線通訊裝置100之間的上行傳輸的吞吐量(throughput)」。該上行調整資訊的一範例包含但不限於資源單元配置(resource unit allocation；RU allocation)與一目標接收訊號強度指標(target Received Signal Strength Indicator；target RSSI)。
CQI更新電路120用來依據先前上行探測資訊以及該上行調整資訊產生一目標CQI，該目標CQI包含M個值({CQI i ’})分別對應M個資源單元(resource unit；RU)，該M為正整數，該下標“i”為0到(M-1)之間的整數。該先 前上行探測資訊的一範例包含但不限於無線通訊裝置100執行最近一次上行探測流程時所求出的CQI({CQI i })以及所得到的RSSI與BW。CQI之產生的細節說明於後。
上行傳輸設定決定電路130用來依據該目標CQI({CQI i ’})以及無線通訊裝置100所採用之一糾錯(error correction)技術的類型(例如：前向糾錯(forward error correction；FEC)像是低密度同位元校驗(Low Density Parity Check Code；LDPC)或二維旋轉碼(Binary Convolution Code；BCC))決定上行傳輸設定。舉例而言，上行傳輸設定決定電路130可依據該目標CQI與該糾錯技術的類型選擇一適當的調變與編碼方案(modulation and coding scheme；MCS)如底下表2所示，以令該上行傳輸設定包含該MCS；由於MCS、LDPC與BCC為本領域之通常知識，其細節在此省略。無線通訊裝置100依據該上行傳輸設定決定一控制訊號(例如：觸發訊框)的內容，並傳送該控制訊號給一通訊對象(例如：非存取點之站台(non-AP station；non-AP STA))，以使該通訊對象依據該控制訊號做出調整。於一實作範例中，該控制訊號的格式為習知之觸發訊框的格式如圖2所示，包含一般欄位與使用者欄位；顯示於圖2之欄位的說明如底下表3所示；依該上行傳輸設定所決定之控制訊號的內容的一範例包含但不限於顯示於圖2之欄位的內容。值得注意的是，圖2僅顯示該觸發訊框的部分欄位，以避免妨礙本發明之觀點的呈現。
Figure 110109362-A0305-02-0009-4
Figure 110109362-A0305-02-0010-5
Figure 110109362-A0305-02-0010-6
Figure 110109362-A0305-02-0011-7
值得注意的是，表2適用於使用RU26(具有26個子載波(subcarriers)的最小RU)的傳輸，且是在未使用空時區塊編碼的情形下。基於RU26的頻寬(2MHz)小於一同調頻寬(6.7MHz)如後所述，表2的建立是根據加性高斯白雜訊(Additive White Gaussian Noise；AWGN)通道的效能，該效能通常是基於需要訊號雜訊比(Required SNR；rSNR)，也就是基於在物理服務數據單位(Presentation Service Data Unit；PSDU)的長度為1000位元組(Bytes)時，封包錯誤率(Packet Error Rate)為0.1的訊雜比。另外，關於較大的RU，其它已知或自行開發的轉換方式(例如：指數有效訊雜比映射(Exponential effective SNR mapping；EESM)如下列參考文獻所述：Jobin Francis,Student Member,IEEE,and Neelesh B.Mehta,Senior Member,IEEE,“EESM-based Link Adaptation in OFDM：Modeling and Analysis”,Globecom 2013-Wireless Communications Symposium)可在給定糾錯技術之類型的情形下，將該RU的目標CQI轉換成MCS。
效能估測電路140用來依據來自該通訊對象的一接收訊號(例如：高效能基於觸發實體層聚合程序協定資料單元(high efficiency trigger-based physical layer conformance procedure(PLCP)protocol data unit；HE_TB PPDU))更新該上行效能估測。該接收訊號的一範例攜帶資訊包括但不限於上行功率上調空間(UL Power Headroom；UPH)與一最小旗標(minimum flag)，該些資訊的定義為本領域的通常知識。圖1之實施例中，上行設定電路110除依據該上行效能估測產生該上行調整資訊外，也可選擇性地依據該接收 訊號的資訊來產生該上行調整資訊；另外，於接收該上行效能估測前(亦即：在未收到任何上行效能估測前)，上行設定電路110可輸出預設資訊(例如：預設的RU配置與預設的目標RSSI)作為該上行調整資訊。
接下來的說明為CQI之產生的細節。請參閱圖1。無線通訊裝置100可依據前述通訊對象的接收訊號針對該通訊對象計算CQI；舉例而言，無線通訊裝置100包含一CQI計算電路(未顯示)用來計算CQI；另舉例而言，無線通訊裝置100之CQI更新電路120包含上述CQI計算電路以計算CQI；該CQI計算電路可藉由已知或自行開發的技術來實現，且不屬於本發明的範疇，故細節在此省略。CQI的計算式如前述式(1)所示。基於對數函數(log)為凸函數(Concave Function)，從式(1)可推得一不等式如下：
Figure 110109362-A0305-02-0012-8
 由於WLAN的最大室內延遲擴展(delay spread)約為150ns，其等效於一同調頻寬(coherence BW)為「
Figure 110109362-A0305-02-0012-14
=0.0067GHz=6.7MHz>2MHz(RU26的訊號頻寬)」，故在2MHz之頻寬內WLAN訊號的變化很小，該訊號變化趨近於加性高斯白雜訊(AWGN)之通道的雜訊，因此，式(2)的左邊可近似於式(2)的右邊如底下式(3)所示。式(3)的右邊可視為第i個RU26的平均訊號功率(dB)減去 雜訊的訊號功率(dB)，其中NV i 本身跟訊號傳送端無關，可藉由訊號接收端之已知或自行開發的電路長期統計射頻特性以得到。
Figure 110109362-A0305-02-0013-9
承上所述，在無線通訊裝置100針對該通訊對象計算CQI後，無線通訊裝置100可得到在該通訊對象之上行頻寬(Bandwidth；BW)內每個最小資源單元(RU26)的CQI。舉例而言，無線通訊裝置100從該通訊對象收到上行頻寬為20MHz的實體層聚合程序協定資料單元(PPDU)；基於一個RU26的訊號頻寬為2MHz，20MHz可被分成九個RU26(i=0~8)，因此，無線通訊裝置100可求得{CQI i |i
Figure 110109362-A0305-02-0013-15
0~8}}如圖3所示；無線通訊裝置100所計算出來的CQI i 加上非即時(Offline)計算的NV i (dB)(圖3中以網點顯示的那部分)會等於第i個RU26內的訊號功率(avgsigpow i (dB))；所有RU26的avgsigpow i 的面積總和如圖3之虛框所示，該虛框指出一平均訊號功率代表一RSSI，該RSSI相當於該通訊對象的傳輸功率減去路徑損失(path loss；PL)；若上行設定電路110調高(調低)一目標RSSI以要求該通訊對象提高傳輸功率，之後來自該通訊對象的接收訊號的RSSI會變高(低)，這表示圖3中每個RU26內的訊號強度都會一起變高(低)；圖3中，該RSSI與第i個RU26之訊號功率(avgsigpow i (dB))的差 值相當於第i個RU26的通道增益(Chgain i (dB))；不同RU26對應不同通道增益，且在室內變化緩慢的環境下，每個RU26的通道增益短時間內不會變化，這使得無線通訊裝置100可依通道增益的需求來選擇RU26。
據上所述，在其它條件不變的情形下，當該上行頻寬減少(增加)，所有的訊號傳輸須透過較小(較大)的頻寬來執行，因此該上行頻寬內的功率密度(Power Spectral Density；PSD)增加(減少)，該功率密度的變化會與該上行頻寬的變化成反比；另外，在其它條件不變的情形下，當該RSSI增加(減少)，相同頻寬內的訊號強度會變大(變小)，因此該功率密度也會增加(減少)；此外，RU配置可依據通道增益而定(例如：具有較高通道增益的RU優先被用於上行傳輸)。因此，無線通訊裝置100可藉由設定上行傳輸的一目標RSSI、一目標頻寬以及RU配置來優化上行傳輸。
基於前述，上行設定電路110依據來自效能估測電路140的上行效能估測決定該上行調整資訊，CQI更新電路120依據該上行調整資訊與該先前上行探測資訊(例如：藉由最近一次上行探測所得到之上行傳輸的CQI、RSSI與頻寬)決定一目標CQI，上行傳輸設定決定電路130再利用該目標CQI及其它資訊(例如：前述FEC、UPH等)來決定前述控制訊號(例如：觸發訊框)的內容，然後無線通訊裝置100再傳送該控制訊號給該通訊對象，從而影響下次上行傳輸的訊號功率與CQI。舉例而言，該上行調整資訊包含一目標RSSI(RSSI’)與一目標頻寬(BW’)，CQI更新電路120據以產生一目標CQI表示無線通訊裝置100所預期之下次上行傳輸的CQI如下式所示：
Figure 110109362-A0305-02-0014-10
Figure 110109362-A0305-02-0015-11
 式(4)中的參數的定義如底下表4所示。
Figure 110109362-A0305-02-0015-12
Figure 110109362-A0305-02-0016-13
值得注意的是，目標RSSI不能一直提高，會受限於該通訊對象之傳輸功率的能力以及法規，該通訊對象可攜帶UPH來讓無線通訊裝置100得知該通訊對象還可提高多少功率。
由以上揭露內容可知，無線通訊裝置100可藉由改變上行頻寬、上行目標RSSI以及RU配置來調整該通訊對象所傳送之訊號的訊號強度以及上行傳輸的CQI。值得注意的是，無線通訊裝置100可與一或多個通訊對象進行通訊，並可針對每個通訊通象進行上行探測，以優化與該通訊對象之間的上行傳輸。
圖4顯示本揭露之無線通訊方法的一實施例，該實施例是由一無線通訊裝置來執行，能夠優化從一通訊對象至該無線通訊裝置的上行傳輸，並包含下列步驟：S410：於接收上行效能估測後，依據該上行效能估測決定上行調整資訊；S420：依據先前上行探測資訊以及該上行調整資訊產生一目標通道品質指標，其中該先前上行探測資訊指出該上行傳輸的特性；S430：依據該目標通道品質指標以及該無線通訊裝置所採用之一糾錯技術的類型決定上行傳輸設定，以依據該上行傳輸設定傳送一控制訊號給該通訊對象；以及 S440：依據來自該通訊對象的一接收訊號更新該上行效能估測，其中該接收訊號的特性相關於該上行傳輸設定。
由於本領域具有通常知識者能夠參酌前揭裝置發明之揭露來瞭解本方法發明之實施細節與變化，亦即前述裝置發明之技術特徵均可合理地應用於本方法發明中，因此，重複及冗餘之說明在此予以節略。
請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。
綜上所述，本揭露之無線通訊裝置與方法能夠藉由上行探測來優化上行傳輸。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100:無線通訊裝置
110:上行設定電路
120:CQI(通道品質指標)更新電路
130:上行傳輸設定決定電路
140:效能估測電路

Claims (10)

  1. 一種無線通訊裝置，能夠優化從一通訊對象至該無線通訊裝置的上行(uplink)傳輸，包含：一上行設定電路，用來於接收上行效能估測後，依據該上行效能估測決定上行調整資訊；一通道品質指標(channel quality indicator；CQI)更新電路，用來依據先前上行探測資訊以及該上行調整資訊產生一目標通道品質指標，其中該先前上行探測資訊指出該上行傳輸的特性；一上行傳輸設定決定電路，用來依據該目標通道品質指標以及該無線通訊裝置所採用之一糾錯(error correction)技術的類型決定上行傳輸設定，以供該無線通訊裝置依據該上行傳輸設定傳送一控制訊號給一通訊對象，該控制訊號影響該通訊對象與該無線通訊裝置之間的上行傳輸效能；以及一效能估測電路，用來依據來自該通訊對象的一接收訊號更新該上行效能估測。
  2. 如請求項1之無線通訊裝置，其中該上行調整資訊包含資源單元配置(resource unit allocation；RU allocation)與一目標接收訊號強度指標(target received signal strength indicator；target RSSI)，該上行設定電路依據該上行效能估測調整該資源單元配置與該目標接收訊號強度指標的至少其中之一，以產生該更行上行資訊。
  3. 如請求項1之無線通訊裝置，其中該先前上行探測資訊包含一上行探測通道品質指標、一上行探測目標接收訊號強度指標以及一上行探測訊號頻寬。
  4. 如請求項1之無線通訊裝置，其中該上行傳輸設定包含調變設定與目標接收訊號強度指標設定的至少其中之一。
  5. 如請求項1之無線通訊裝置，其中該控制訊號是或包含一觸發訊框(trigger frame)，該接收訊號是或包含一高效能基於觸發實體層聚合程序協定資料單元(high efficiency trigger-based physical layer conformance procedure(PLCP)protocol data unit；HE_TB_PPDU)。
  6. 如請求項5之無線通裝置，其中該觸發訊框包含複數個一般欄位(common field)與複數個使用者欄位(user field)，該複數個一般欄位與該複數個使用者欄位之至少一部分的內容是基於該上行傳輸設定，該觸發訊框用來使該通訊對象依據該複數個一般欄位與該複數個使用者欄位之至少一部分的內容決定該接收訊號的特性。
  7. 如請求項5之無線通訊裝置，其中該高效能基於觸發實體層聚合程序協定資料單元包含上行功率上調空間(uplink power headroom)以及一最小旗標(minimum flag)，該上行設定電路依據該上行效能估測以及依據該上行功率上調空間與該最小旗標的至少其中之一產生該上行調整資訊。
  8. 一種無線通訊方法，是由一無線通訊裝置來執行，該無線通訊方法能夠優化從一通訊對象至該無線通訊裝置的上行(uplink)傳輸，包含：於接收上行效能估測後，依據該上行效能估測決定上行調整資訊；依據先前上行探測資訊以及該上行調整資訊產生一目標通道品質指標(channel quality indicator；CQI)，其中該先前上行探測資訊指出該上行傳輸的特性； 依據該通道品質指標以及一糾錯(error correction)技術的類型決定上行傳輸設定，以依據該上行傳輸設定傳送一控制訊號給該通訊對象；以及依據來自該通訊對象的一接收訊號更新該上行效能估測，其中該接收訊號的特性相關於該上行傳輸設定。
  9. 如請求項8之無線通訊方法，其中該上行傳輸設定包含調變設定與目標接收訊號強度指標設定的至少其中之一。
  10. 如請求項8之無線通訊方法，其中該控制訊號包含一觸發訊框(trigger frame)，該接收訊號包含一高效能基於觸發實體層聚合程序協定資料單元(high efficiency trigger-based physical layer conformance procedure(PLCP)protocol data unit；HE_TB_PPDU)。
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