TWI770644B - 波束成型傳輸裝置與方法 - Google Patents

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TWI770644B TW109136445A TW109136445A TWI770644B TW I770644 B TWI770644 B TW I770644B TW 109136445 A TW109136445 A TW 109136445A TW 109136445 A TW109136445 A TW 109136445A TW I770644 B TWI770644 B TW I770644B
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何彥胤
陳筱茜
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Abstract

一種波束成型傳輸裝置，包括基頻處理單元、至少一射頻單元與天線陣列單元。基頻處理單元提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生控制信號，其中資料流包括至少二使用者設備的資料。射頻單元接收資料流，以產生至少一射頻信號。天線陣列單元接收射頻信號與控制信號，並依據控制信號，調整天線陣列單元的增益及相位，使射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至至少二使用者設備，其中共享波束成型信號包括至少二使用者設備的資料。

Description

波束成型傳輸裝置與方法
本發明關於一種波束成型傳輸裝置與方法。
目前傳統波束成型傳輸裝置的設計是使用多個射頻鍊(radio frequency (RF) chains)來支援多個使用者設備。傳統設計的波束成型傳輸裝置的波束只有單一波束成型方向且會集中在單一方向上，使得上述波束一次只能支援一個使用者設備。也就是說，使用傳統波束成型傳輸裝置的設計，射頻鍊的數量必須等於或大於使用者設備的數量。因此，傳統波束成型傳輸裝置的設計會增加設計複雜度與功率消耗。
據此，如何有效地降低波束成型傳輸裝置的設計複雜度及功率消耗是當前重要的課題。
本發明提供一種波束成型傳輸裝置與方法，藉以使用較少數量的射頻單元來提供共享波束成型信號以支援多個使用者設備，並可以有效地降低波束成型傳輸裝置的設計複雜度與功率消耗。
本發明提供一種波束成型傳輸裝置，包括基頻處理單元、至少一射頻單元與天線陣列單元。基頻處理單元提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生控制信號，其中資料流包括至少二使用者設備的資料。射頻單元耦接基頻處理單元，接收資料流，以產生至少一射頻信號。天線陣列單元耦接射頻單元與基頻處理單元，接收射頻信號與控制信號，並依據控制信號，調整天線陣列單元的增益及相位，使射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至至少二使用者設備，其中共享波束成型信號包括至少二使用者設備的資料。
本發明提供一種波束成型傳輸方法，包括下列步驟。透過基頻處理單元，提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生控制信號，其中資料流包括至少二使用者設備的資料。透過至少一射頻單元，接收至少一資料流，以產生至少一射頻信號。透過天線陣列單元，接收至少一射頻信號與控制信號，並依據控制信號，調整天線陣列單元的增益及相位，使至少一射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至至少二使用者設備，其中共享波束成型信號包括至少二使用者設備的資料。
本發明所揭露之波束成型傳輸裝置與方法，透過基頻處理單元提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生控制信號。接著，射頻單元接收資料流，以產生至少一射頻信號。之後，天線陣列單元依據控制信號，調整天線陣列單元的增益及相位，使射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至至少二使用者設備，其中共享波束成型信號包括該至少二使用者設備的資料。如此一來，本發明實施例可以使用較少數量的射頻單元來提供共享波束成型信號以支援多個使用者設備，並可以有效地降低波束成型傳輸裝置的設計複雜度與功率消耗。
本說明書的技術用語參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。
在以下所列舉的各實施例中，將以相同的標號代表相同或相似的元件或組件。
第1圖為依據本發明之一實施例之波束成型傳輸裝置的示意圖。在本實施例中，波束成型傳輸裝置100提供共享波束成型信號至u個使用者設備(user equipments, UEs)150_1~150_U，其中u為大於1的正整數(亦即U ≧ 2)。舉例來說，波束成型傳輸裝置100可以透過分時多工(time division multiple access, TDMA)、分頻多工(frequency division multiple access, FDMA)、分碼多工(code division multiple access, CDMA)或其組合，提供共享波束成型信號至使用者設備150_1~150_U。也就是說，使用者設備150_1~150_U可以由共享波束成型信號取得對應的資料。
在一些實施例中，波束成型傳輸裝置100可以與使用者設備150_1~150_U形成一群集(cluster)，且波束成型傳輸裝置100為上述群集的群集頭(cluster header)。另外，波束成型傳輸裝置100可以是中繼裝置(relay device)或例如設置於手機(mobile phone)、車輛(vehicle)、船隻(boat)、火車(train)等上的通訊裝置。使用者設備150_1~150_U可以是例如設置於手機、車輛、船隻、火車等上的通訊裝置。使用者設備150_1~150_U設置於不同位置。
在一些實施例中，波束成型傳輸裝置100也可以是低軌道衛星(low-orbit satellite)、無人機、基地台(base station)等。當波束成型傳輸裝置100是低軌道衛星、無人機、基地台時，使用者設備150_1~150_U可以例如是群集頭。也就是說，在使用者設備150_1~150_U接收低軌道衛星、無人機、基地台所傳輸的共享波束成型信號後，使用者設備150_1~150_U也可以分別作為波束成型傳輸裝置100。接著，使用者設備150_1~150_U也可以提供共享波束成型信號給對應使用者設備150_1~150_U之相同群集的其他使用者設備(圖未示)。
請參考第1圖，波束成型傳輸裝置100可以包括基頻處理單元110、射頻單元120與天線陣列單元130。
基頻處理單元110可以提供一資料流DS1，並接收使用者設備150_1~150_U的通道狀態資訊，且依據使用者設備150_1~150_U的通道狀態資訊，產生控制信號。在本實施例中，上述資料流DS1可以包括使用者設備150_1~150_U的資料，例如
Figure 02_image003
，
Figure 02_image005
中的上標“1~U”分別表示第1個使用設備150_1~第U個使用設備150_U，
Figure 02_image005
中的下標“1”表示資料流DS1。
射頻單元120耦接基頻處理單元110。射頻單元120接收資料流，以產生射頻信號。在一些實施例中，射頻單元120例如是射頻鍊(radio frequency (RF) chain)。在一些實施例中，射頻單元120可以包括混合器(mixer)121與類比預編碼(analog precoder)單元122。混合器121用以對資料流進行混合處理。類比預編碼單元122耦接混合器121，用以對資料流進行類比預編碼處理，以產生射頻信號。射頻信號可以包括資料流DS1所具有之使用者設備150_1~150_U的資料，例如
Figure 02_image003
。
天線陣列單元130耦接射頻單元120與基頻處理單元110，接收射頻單元120所產生的射頻信號與基頻處理單元110所產生的控制信號。天線陣列單元130可以依據控制信號，調整天線陣列單元130的增益及相位，使射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至使用者設備150_1~150_U，其中共享波束成型信號包括使用者設備150_1~150_U的資料。
接著，使用者設備150_1~150_U便可以於共享波束成型信號取得對應的資料。舉例來說，使用者設備150_1可以由共享波束成型信號接收到資料
Figure 02_image007
。使用者設備150_2可以由共享波束成型信號接收到資料
Figure 02_image009
。…。使用者設備150_U可以由共享波束成型信號接收到資料
Figure 02_image011
。
在本實施例中，天線陣列單元130包括多個相移器(phase shifter)131_1~131_Nt、多個增益單元(gain unit)132_1~132_Nt與多個天線單元(antenna unit)133_1~133_Nt，其中Nt為大於1的正整數。
相移器131_1~131_Nt耦接射頻單元120。相移器131_1~131_Nt用於調整天線陣列單元130的相位。
增益單元132_1~132_Nt對應地耦接相移器131_1~131_Nt。舉例來說，增益單元132_1對應地耦接相移器131_1、增益單元132_2對應地耦接相移器131_2、…、增益單元132_Nt對應地耦接相移器131_Nt。增益單元132_1~132_Nt用於調整天線陣列單元130的增益。
天線單元133_1~133_Nt對應地耦接增益單元132_1~132_Nt。舉例來說，天線單元133_1對應地耦接增益單元132_1、天線單元133_2對應地耦接增益單元132_2、…、天線單元133_Nt對應地耦接增益單元132_Nt。天線單元133_1~133_Nt用於傳輸共享波束成型信號至使用者設備150_1~150_U。
當基頻處理單元110取得使用者設備150_1~150_U的通道狀態資訊時，基頻處理單元110例如可以依據使用者設備150_1~150_U之通道狀態資訊的代價函數(cost function)，計算對應於使用者設備150_1~150_U的增益。在本實施例中，使用者設備150_1~150_U的通道狀態資訊可以包括如下式(1)及式(2)。
Figure 02_image013
,   (1)
Figure 02_image015
,   (2)
其中，
Figure 02_image017
(u =1~U)表示第u 個使用者設備150_1~150_U之通道狀態資訊的毫米波(mmWave)通道資訊，H 表示通道資訊的矩陣，L 表示對應於使用者設備之路徑的數量，
Figure 02_image019
表示第l 個路徑的複數增益(complex gain)，
Figure 02_image021
為第l 個路徑的發射角(angle of departure, AOD)，Nt 表示天線單元133_1~133_Nt的數量，
Figure 02_image025
表示波束角
Figure 02_image021
的轉向向量(steering vector)，式(1)中的上標“H”表示矩陣的共軛轉置運算(Hermitian operation)。
另外，
Figure 02_image025
可以由式(3)表示。
Figure 02_image029
,   (3)
其中，λ表示毫米波頻率的波長，d 表示元件間間隔(inter-element spacing)。
在一些實施例中，代價函數可以包括使用者設備150_1~150_U之最小資料率(data rate)的最大化(maximization)。在一些實施例中，代價函數可以包括使用者設備150_1~150_U之總和率(sum rate)的最大化(maximization)，其中總和率為各個(individual)使用者設備150_1~150_U的總比率(total rate)。舉例來說，使用者設備150_1~150_U之總和率的最大化可以由如下式(4)及式(5)表示。
Figure 02_image031
),   (4)
Figure 02_image033
,   (5)
其中，u 表示使用者設備150_1~150_U，
Figure 02_image035
表示第u 個使用者設備150_1~150_U的後編碼(postcoder)，
Figure 02_image037
表示由波束成型傳輸裝置100與第u 個使用者設備150_1~150_U間的通道狀態資訊，
Figure 02_image039
表示雜訊功率，以及
Figure 02_image041
表示總傳輸功率。接著，可以依據式(4)及式(5)，得到對應於使用者設備150_1~150_U的增益。
在基頻處理單元110取得對應於使用者設備150_1~150_U的增益後，基頻處理單元110可以依據對應於使用者設備150_1~150_U的增益及使用者設備150_1~150_U的通道狀態資訊，計算預編碼。在本實施例中，預編碼可以由式(6)表示。
Figure 02_image043
,   (6)
其中，f 表示預編碼且
Figure 02_image045
，H 表示u 個使用者設備150_1~150_U之通道狀態資訊的毫米波(mmWave)通道資訊，
Figure 02_image047
~
Figure 02_image049
表示對應於u 個使用者設備150_1~150_U的增益
Figure 02_image051
。
在基頻處理單元110取得預編碼後，基頻處理單元110可以依據預編碼，產生控制信號，其中控制信號可以影響u個使用者設備150_1~150_U之接收信號的相關訊息。在本實施例中，第u 個使用者設備150_1~150_U之接收信號可以由式(7)表示。
Figure 02_image053
,   (7)
其中，
Figure 02_image055
表示第u 個使用者設備150_1~150_U之接收信號，s表示符號(symbol)且
Figure 02_image057
，
Figure 02_image059
表示第u 個使用者設備150_1~150_U之接收雜訊(received noise)。據此，波束成型傳輸裝置100可以使用一個射頻單元120來產生用於多個使用者設備的共享波束成型信號。因此，可以有效地降低波束成型傳輸裝置100的設計複雜度及功率消耗。
在第1圖的實施例中，射頻單元120為1個，但本發明實施例不限於此。
第2圖為依據本發明之另一實施例之波束成型傳輸裝置的示意圖。請參考第2圖。波束成型傳輸裝置200包括基頻處理單元210、射頻單元220_1~220_i與天線陣列單元230，其中i為大於0的正整數(亦即，i≧1)。在一些實施例中，當射頻單元220_1~220_i的數量大於一個且使用者設備150_1~150_U的數量大於二個時，射頻單元220_1~220_i的數量小於使用者設備150_1~150_U的數量，亦即i＜K。但本發明實施例不限於此。當射頻單元220_1~220_i的數量大於一個且使用者設備150_1~150_U的數量大於二個時，射頻單元220_1~220_i的數量也可以等於或大於使用者設備150_1~150_U的數量，亦即i=K或，亦即i＞K。如此，都可以達到相同的效果。
在本實施例中，基頻處理單元210所提供之資料流的數量可以與射頻單元220_1~220_i的數量相對應。也就是說，本實施例之基頻處理單元210可以提供i個資料流，且i個資料流可以分別包括使用者設備150_1~150_U的資料。
另外，基頻處理單元210所提供之i個資料流分別傳送至射頻單元220_1~220_i，以對應產生i個射頻信號。舉例來說，基頻處理單元210所提供之第1個資料流DS1傳送至射頻單元220_1，以產生第1個射頻信號，其中第1個射頻信號可以包括第1個資料流DS1對應之使用者設備150_1~150_U的資料，例如
Figure 02_image003
，
Figure 02_image005
中的上標“1~U”分別表示第1個使用設備150_1~第U個使用設備150_U，
Figure 02_image005
中的下標“1”表示第1個資料流DS1。
基頻處理單元210所提供之第2個資料流DS2傳送至射頻單元220_2，以產生第2個射頻信號，其中第2個射頻信號可以包括第2個資料流DS2對應之使用者設備150_1~150_U的資料，例如
Figure 02_image061
，
Figure 02_image063
中的上標“1~U”分別表示第1個使用設備150_1~第U個使用設備150_U，
Figure 02_image063
中的下標“2”表示第2個資料流DS2。…。基頻處理單元210所提供之第i個資料流DSi傳送至射頻單元220_i，以產生第i個射頻信號，其中第i個射頻信號可以包括第i個資料流DSi對應之使用者設備150_1~150_U的資料，例如
Figure 02_image065
，
Figure 02_image067
中的上標“1~U”分別表示第1個使用設備150_1~第U個使用設備150_U，
Figure 02_image067
中的下標“
Figure 02_image069
”表示第
Figure 02_image069
個資料流DSi。
此外，射頻單元220_1~220_i及其內部電路與第1圖之射頻單元120相同或相似，可參考第1圖之射頻單元120的描述，故在此不再贅述。
天線陣列單元230耦接射頻單元220_1~220_i與基頻處理單元210。在本實施例中，射頻單元220_1~220_i與天線陣列單元230的耦接方式例如為全連接(Fully-Connected)方式。天線陣列單元230接收i個射頻信號與控制信號，並依據控制信號，調整天線陣列單元230的增益及相位，使i個射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至使用者設備150_1~150_U，其中共享波束成型信號包括使用者設備150_1~150_U的資料。
也就是說，天線陣列單元230可以將i個射頻信號形成共享波束成型信號，使得共享波束成型信號可以包括i個射頻信號所具有之使用者設備150_1~150_U的資料，例如
Figure 02_image003
、
Figure 02_image061
、
Figure 02_image065
。並且，天線陣列單元230可以將上述共享波束成型信號傳輸至使用者設備150_1~150_U。
接著，使用者設備150_1~150_U可以由共享波束成型信號接收到對應的資料。舉例來說，使用者設備150_1可以由共享波束成型信號接收到資料
Figure 02_image007
、
Figure 02_image071
、…、
Figure 02_image073
。使用者設備150_2可以由共享波束成型信號接收到資料
Figure 02_image009
、
Figure 02_image075
、…、
Figure 02_image077
。…。使用者設備150_U可以由共享波束成型信號接收到資料
Figure 02_image011
、
Figure 02_image079
、…、
Figure 02_image081
。
在本實施例中，天線陣列單元230可以包括相移器231_1~231_Nt、增益單元232_1~232_Nt與天線單元233_1~233_Nt。第2圖之天線陣列單元230的相移器231_1~231_Nt、增益單元232_1~232_Nt與天線單元233_1~233_Nt與第1圖之天線陣列單元130相移器131_1~131_Nt、增益單元132_1~132_Nt與天線單元133_1~133_Nt的相同或相似，可參考第1圖之天線陣列單元130之相移器131_1~131_Nt、增益單元132_1~132_Nt與天線單元133_1~133_Nt的描述，故在此不再贅述。
當基頻處理單元210取得使用者設備150_1~150_U的通道狀態資訊時，基頻處理單元210例如可以依據使用者設備150_1~150_U之通道狀態資訊的代價函數，計算對應於使用者設備150_1~150_U的增益。在一些實施例中，代價函數可以例如包括使用者設備150_1~150_U之總和率的最大化。舉例來說，使用者設備150_1~150_U之總和率的最大化可以由如下式(8)表示。
Figure 02_image083
(8)
其中，
Figure 02_image085
的
Figure 02_image087
表示可達到總和率最大化的第u個使用者設備150_1~150_U的基頻預編碼，而
Figure 02_image089
表示可達到總和率最大化的天線陣列單元230之增益與相位的預編碼，u 表示使用者設備150_1~150_U，
Figure 02_image091
表示單位矩陣，
Figure 02_image093
表示由波束成型傳輸裝置200與第u 個使用者設備150_1~150_U間的通道狀態資訊，
Figure 02_image095
表示第u個使用者設備150_1~150_U的基頻預編碼，
Figure 02_image097
表示天線陣列單元230之增益與相位的預編碼，
Figure 02_image099
表示符號功率，
Figure 02_image039
表示雜訊功率，以及
Figure 02_image041
表示總傳輸功率，κ 表示歸一化標量(normalized scalar)。進一步來說，在分時多工方案中，κ 可以例如設定成1/U。接著，可以依據式(8)，得到對應於使用者設備150_1~150_U的增益。在基頻處理單元210取得對應於使用者設備150_1~150_U的增益後，基頻處理單元210可以依據對應於使用者設備150_1~150_U的增益及使用者設備150_1~150_U的通道狀態資訊，計算預編碼。在基頻處理單元210取得預編碼後，基頻處理單元210可以依據預編碼，產生控制信號。
據此，波束成型傳輸裝置200可以使用較少數量的射頻單元220_1~220_i來產生用於使用者設備150_1~150_U的共享波束成型信號，以便支援所有使用者設備150_1~150_U。另外，波束成型傳輸裝置200也可以支援多個射頻單元、多個資料流，來服務多個使用者設備。此外，當射頻單元220_1~220_i、資料流DS1~DSi的數量增加時，也可以增加使用者設備150_1~150_U所接收之資料的資料率。因此，可以有效地降低波束成型傳輸裝置200的設計複雜度與功率消耗。
在一些實施例中，波束成型傳輸裝置200的數量可以為N個，且N個波束成型傳輸裝置200還可以依據代價函數來對使用者設備150_1~150_U進行分群，例如N個群集。接著，N個波束成型傳輸裝置200便可以對N個群集的使用者設備150_1~150_U提供對應的共享波束成型信號。也就是說，第n個波束成型傳輸裝置200可以對應到第n個群集，以便對第n個群集中的使用者設備提供共享波束成型信號，其中n=1, 2, 3, …, N。另外，N個群集之間的使用者設備不會重複。
在一些實施例中，代價函數可以例如包括使用者設備150_1~150_U之總和率的最大化。舉例來說，使用者設備150_1~150_U之總和率的最大化可以由如下式(9)及式(10)表示。
Figure 02_image101
,   (9)
Figure 02_image103
,   (10)
其中，n表示群集，
Figure 02_image105
表示第n個群集之使用者設備的總和率，κ 表示歸一化標量，u 表示使用者設備150_1~150_U，
Figure 02_image107
表示第k個波束成型傳輸裝置與
Figure 02_image109
矩陣所對應之使用者設備之間的通道，
Figure 02_image111
表示第n個波束成型傳輸裝置針對第n個群集內的所有使用者設備設計的類比預編碼，
Figure 02_image113
表示第n個波束成型傳輸裝置針對
Figure 02_image109
矩陣所對應之使用者設備所設計的基頻預編碼，
Figure 02_image039
表示雜訊功率，以及
Figure 02_image115
的
Figure 02_image117
表示可達到總和率最大化的第n個波束成型傳輸裝置針對第n個群集內的所有使用者設備設計的類比預編碼，而
Figure 02_image119
第n個波束成型傳輸裝置針對
Figure 02_image109
矩陣所對應之使用者設備所設計的基頻預編碼。
舉例來說，假設
Figure 02_image121
，表示
Figure 02_image123
矩陣所對應之使用者設備例如為第2群集的第3個使用者設備，且“11”例如為使用者設備150_11，亦即第2群集的第3個使用者設備為使用者設備150_11。假設
Figure 02_image125
，表示
Figure 02_image127
矩陣所對應之使用者設備例如為第1群集的第5個使用者設備，且“6”例如為使用者設備150_6，亦即第1群集的第5個使用者設備為使用者設備150_6。假設
Figure 02_image129
，表示
Figure 02_image131
矩陣所對應之使用者設備例如為第3群集的第4個使用者設備，且“1”例如為使用者設備150_1，亦即第3群集的第4個使用者設備為使用者設備150_1。其餘則類推。
Figure 02_image133
表示第7個波束成型傳輸裝置與
Figure 02_image135
矩陣所對應之第2群集的第3個使用者設備(例如使用者設備150_11)之間的通道。
Figure 02_image137
表示第2個波束成型傳輸裝置針對
Figure 02_image135
矩陣所對應之第2群集的第3個使用者設備(例如使用者設備150_11)所設計的基頻預編碼。另外，在分時多工方案中，κ 可以例如設定成
Figure 02_image139
。
藉由如上實施例的說明，本發明實施例提供一種波束成型傳輸方法。第3圖為依據本發明之一實施例之波束成型傳輸方法的流程圖。
在步驟S302中，透過基頻處理單元，提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生控制信號，其中資料流包括該至少二使用者設備的資料。在步驟S304中，透過至少一射頻單元，接收至少一資料流，以產生至少一射頻信號。
在步驟S306中，透過天線陣列單元，接收至少一射頻信號與控制信號，並依據控制信號，調整天線陣列單元的增益及相位，使至少一射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至至少二使用者設備，其中共享波束成型信號包括至少二使用者設備的資料。
在本實施例中，當該至少一射頻單元的數量大於一個且該至少二使用者設備的數量大於二個時，該些射頻單元的數量小於該些使用者設備的數量。至少一資料流的數量與至少一射頻單元的數量相對應。射頻單元為射頻鍊。至少二使用者設備設置於不同位置。
第4圖為第3圖之步驟S302的詳細流程圖。在步驟S402中，依據至少二使用者設備之通道狀態資訊的代價函數，計算對應於至少二使用者設備的增益。在步驟S404中，依據對應於至少二使用者設備的增益與至少二使用者設備的通道狀態資訊，計算預編碼。在步驟S406中，依據預編碼，產生控制信號。
綜上所述，本發明所揭露之波束成型傳輸裝置與方法，透過基頻處理單元提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生控制信號。接著，射頻單元接收資料流，以產生至少一射頻信號。之後，天線陣列單元依據控制信號，調整天線陣列單元的增益及相位，使射頻信號形成共享波束成型信號，並將共享波束成型信號傳輸至至少二使用者設備，其中共享波束成型信號包括該至少二使用者設備的資料。另外，資料流的數量可以與射頻單元的數量相對應，以支援多個射頻單元與多個資料流，來服務多個使用者設備。如此一來，本發明實施例可以使用較少數量的射頻單元提供共享波束成型來支援多個使用者設備，並可以有效地降低波束成型傳輸裝置的設計複雜度與功率消耗。
本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何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，當可做些許的更動與潤飾，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。
100,200:波束成型傳輸裝置 110,210:基頻處理單元 120,220_1~220_i:射頻單元 121:混合器 122:類比預編碼單元 130,230:天線陣列單元 131_1~131_Nt,231_1~231_Nt:相移器 132_1~132_Nt,232_1~232_Nt:增益單元 133_1~133_Nt,233_1~233_Nt:天線單元 150_1~150_U:使用者設備 S302~S306,S402~S406:步驟
第1圖為依據本發明之一實施例之波束成型傳輸裝置的示意圖。 第2圖為依據本發明之另一實施例之波束成型傳輸裝置的示意圖。 第3圖為依據本發明之一實施例之波束成型傳輸方法的流程圖。 第4圖為第3圖之步驟S302的詳細流程圖。
100:波束成型傳輸裝置
110:基頻處理單元
120:射頻單元
121:混合器
122:類比預編碼單元
130:天線陣列單元
131_1~131_Nt:相移器
132_1~132_Nt:增益單元
133_1~133_Nt:天線單元
150_1~150_U:使用者設備

Claims (14)

  1. 一種波束成型傳輸裝置，包括：一基頻處理單元，提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生一控制信號，其中該資料流包括該至少二使用者設備的資料；至少一射頻單元，耦接該基頻處理單元，接收該至少一資料流，以產生至少一射頻信號；以及一天線陣列單元，耦接該至少一射頻單元與該基頻處理單元，接收該至少一射頻信號與該控制信號，並依據該控制信號，調整該天線陣列單元的增益及相位，使該至少一射頻信號形成一共享波束成型信號，並將該共享波束成型信號傳輸至該至少二使用者設備，其中該共享波束成型信號包括該至少二使用者設備的資料；其中，該基頻處理單元更依據該至少二使用者設備之通道狀態資訊的一代價函數，計算對應於該至少二使用者設備的增益，依據對應於該至少二使用者設備的增益與該至少二使用者設備的通道狀態資訊，計算一預編碼，且依據該預編碼，產生該控制信號；其中，該預編碼如下式所示：
    Figure 109136445-A0305-02-0021-1
     其中，f表示該預編碼且f
    Figure 109136445-A0305-02-0021-8
    ，H表示u個使用者設備之通道狀態資訊的毫米波通道資訊，.g 1~g U 表示對應於u個使用者設備的增益； 其中，該控制信號影響u個使用者設備之接收信號的相關訊息，且第u個使用者設備之接收信號如下式所示：
    Figure 109136445-A0305-02-0022-3
     其中，ru表示第u個使用者設備之接收信號，
    Figure 109136445-A0305-02-0022-4
    表示由該波束成型傳輸裝置與第u個使用者設備間的通道狀態資訊，s表示符號且s
    Figure 109136445-A0305-02-0022-11
    ，n u 表示第u個使用者設備之接收雜訊。
  2. 如請求項1所述之波束成型傳輸裝置，當該至少一射頻單元的數量大於一個且該至少二使用者設備的數量大於二個時，該些射頻單元的數量小於該些使用者設備的數量。
  3. 如請求項1所述之波束成型傳輸裝置，其中該至少一資料流的數量與該至少一射頻單元的數量相對應。
  4. 如請求項1所述之波束成型傳輸裝置，其中該天線陣列單元包括：多個相移器，耦接該至少一射頻單元，並調整該天線陣列單元的相位；多個增益單元，對應地耦接該些相移器，並調整該天線陣列單元的增益；以及多個天線單元，對應地耦接該些增益單元，並傳輸該共享波束成型信號至該至少二使用者設備。
  5. 如請求項1所述之波束成型傳輸裝置，該至少一射頻單元包括：一混合器，對該資料流進行混合處理；以及 一類比預編碼單元，耦接該混合器，對該資料流進行類比預編碼處理。
  6. 如請求項1所述之波束成型傳輸裝置，其中該代價函數包括該至少二使用者設備之總和率的最大化或是該至少二使用者設備之最小資料率的最大化。
  7. 如請求項1所述之波束成型傳輸裝置，其中該至少一射頻單元為一射頻鍊。
  8. 如請求項1所述之波束成型傳輸裝置，其中該至少二使用者設備設置於不同位置。
  9. 一種波束成型傳輸方法，包括：透過一基頻處理單元，提供至少一資料流以及依據至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生一控制信號，其中該資料流包括該至少二使用者設備的資料；透過至少一射頻單元，接收該至少一資料流，以產生至少一射頻信號；以及透過一天線陣列單元，接收該至少一射頻信號與該控制信號，並依據該控制信號，調整該天線陣列單元的增益及相位，使該至少一射頻信號形成一共享波束成型信號，並將該共享波束成型信號傳輸至該至少二使用者設備，其中該共享波束成型信號包括該至少二使用者設備的資料；其中，依據該至少二使用者設備的通道狀態資訊，產生該控制信號的步驟包括： 依據該至少二使用者設備之通道狀態資訊的一代價函數，計算對應於該至少二使用者設備的增益；依據對應於該至少二使用者設備的增益與該至少二使用者設備的通道狀態資訊，計算一預編碼；以及依據該預編碼，產生該控制信號；其中，該預編碼如下式所示：
    Figure 109136445-A0305-02-0024-5
     其中，f表示該預編碼且f
    Figure 109136445-A0305-02-0024-9
    ，H表示u個使用者設備之通道狀態資訊的毫米波通道資訊，g 1~g U 表示對應於u個使用者設備的增益；其中，該控制信號影響u個使用者設備之接收信號的相關訊息，且第u個使用者設備之接收信號如下式所示：
    Figure 109136445-A0305-02-0024-6
     其中，ru表示第u個使用者設備之接收信號，
    Figure 109136445-A0305-02-0024-7
    表示由該波束成型傳輸裝置與第u個使用者設備間的通道狀態資訊，s表示符號且s
    Figure 109136445-A0305-02-0024-10
    ，n u 表示第u個使用者設備之接收雜訊。
  10. 如請求項9所述之波束成型傳輸方法，其中當該至少一射頻單元的數量大於一個且該至少二使用者設備的數量大於二個時，該些射頻單元的數量小於該些使用者設備的數量。
  11. 如請求項9所述之波束成型傳輸方法，其中該至少一資料流的數量與該至少一射頻單元的數量相對應。
  12. 如請求項9所述之波束成型傳輸方法，其中該代價函數包括該至少二使用者設備之總和率的最大化或是該至少二使用者設備之最小資料率的最大化。
  13. 如請求項9所述之波束成型傳輸方法，其中該至少一射頻單元為一射頻鍊。
  14. 如請求項9所述之波束成型傳輸方法，其中該至少二使用者設備設置於不同位置。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150200718A1 (en) * 2013-03-29 2015-07-16 Intel Corporation Techniques for beamforming to mitigate multi-user leakage and interference
US20150282001A1 (en) * 2014-03-27 2015-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Beamforming method and apparatus for serving multiple users
US20180212653A1 (en) * 2015-07-17 2018-07-26 Intel IP Corporation Beamforming device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7529323B2 (en) 2005-06-06 2009-05-05 The Aerospace Corporation Quaternary precoded continuous phase modulation soft bit metric demodulator
CN103229578B (zh) * 2010-09-15 2017-04-12 华为技术有限公司 用于无线通信系统中信道状态信息反馈的系统和方法
WO2012154090A1 (en) 2011-05-06 2012-11-15 Ellintech Ab Precoder using a constant envelope constraint and a corresponding precoding method for mu-mimo communication systems
US9526091B2 (en) 2012-03-16 2016-12-20 Intel Corporation Method and apparatus for coordination of self-optimization functions in a wireless network
JP2015185953A (ja) * 2014-03-20 2015-10-22 株式会社Ｎｔｔドコモ ビーム選択方法、基地局、およびユーザ装置
US9231676B2 (en) * 2014-05-12 2016-01-05 Nokia Solutions And Networks Oy Low effort massive MIMO antenna arrays and their use
US10775476B2 (en) 2015-05-18 2020-09-15 King Abdullah University Of Science And Technology Direct closed-form covariance matrix and finite alphabet constant-envelope waveforms for planar array beampatterns
US10009073B2 (en) 2016-03-15 2018-06-26 Mediatek Inc. System for acquiring channel knowledge and method thereof
US10341831B2 (en) 2017-05-24 2019-07-02 Qualcomm Incorporated System and method for power-efficient IoT devices
US10804995B2 (en) * 2018-02-14 2020-10-13 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. Radio frequency chain allocation method and radio node device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150200718A1 (en) * 2013-03-29 2015-07-16 Intel Corporation Techniques for beamforming to mitigate multi-user leakage and interference
US20150282001A1 (en) * 2014-03-27 2015-10-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Beamforming method and apparatus for serving multiple users
US20180212653A1 (en) * 2015-07-17 2018-07-26 Intel IP Corporation Beamforming device

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