TW200816692A - Communication systems - Google Patents

Description

200816692 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域3 發明領域 近來對於在封包式無線電與其他通訊系統中使用多跳 5 點技術有相當大的重要性，此技術之目的在於其可擴大覆 蓋範圍及增加系統容量（呑吐量）。 發明背景 在一多跳點通訊系統中，通訊信號以沿著自一來源裝 10 置經由一或更多中繼裝置至一目地裝置之通訊路徑（C)之 通訊方向傳送。 【曰月内^§1】 發明概要 第6a-b圖繪示一個單一單元雙跳點之無線通訊系統， 15 其包含一個基地臺BS(在3G通訊系統之結構下習知為「節點 -B」NB)、一中繼節點RN(亦習知為中繼站RS)、以及〆個 使用者設備UE(亦習知為行動站MS)。在信號在向下鏈路 (DL)上從一基地臺經由中繼節點(RN)發射到一目的使用者 設備(UE)之情況下，基地臺包含來源站〇而使用者設備包 20含目的站(D)。在通訊信號在向上鏈路(UL)上從一目的使用 者設備(UE)經由中繼節點發射到一基地臺之情況下，使用 者設備包含來源站而基地臺包含目的站。中繼節點是為中 間裝置(I)的一種範例，且包含一個接收器，可操作來接收 來自來源裝置之貧料；以及-發射器，可操作來發射資料 5 200816692 或其產物至目的裝置。 簡單類比中繼器或數位中繼器已用為在、 供覆蓋範圍之中繼。從來源站它們可操作以不同的^或提 ▼以避免來源發射與巾繼器發射之間的干擾可射頻 5來源站沒有發射時。 h知作在 第7圖綠示繼電站之多種應用。就固定的公 言，繼電站提供之覆蓋範圍可為「填人」以_3= 通訊網路，行動站可能在其他物體之陰影下、或2 地臺之正常範圍中也無法接收來自基地臺之充分強度之二 10號。圖中亦顯示「範圍擴大」，其中一中繼站在—行動站^ 基地臺之正常資料發射範圍外時允許存取。顯示於第7圖之 右=的一個「填入」例子，係置放一個遊移的中繼站來 允夺穿過可能高於、在於、或低於地面之一建築物中之 蓋範圍。 ' 15 其他應用為遊移的中繼站，其用於暫時地覆蓋，提供 事件或緊急事故/災難期間的存取。第7圖右下方顯示之最 後一種應用提供利用位於一運載工具中之中繼來存取一網 路。 中繼亦可與先進的發射技術一起使用以增強通訊系統 20 之增益，如下所述。 習知傳播損失、或「路徑損失」之發生罩於無線電通 訊在行經空間時之分散或失真，造成，信號強度減弱。影 響發射器與接收器之間之路徑損失的參數包括：發射器天 線南度、接收天線南度、載波頻率、壅塞類型（城市、近 6 200816692 郊、農村）' 形態細節諸如高度、密度、間隔、地形(丘陵、 平坦）。發射器和接收器間之路徑損失L(dB)可模型化為：： “b + i〇nl〇gd (a) 5 10 15 "口八中d(么尺)疋發射器與接收器之間距，b(db)和η是路 控損失參數，而絕對路#損失料卜。 間接鏈路SI+ID上經歷的絕對路徑損失總合可能少於 在直接鏈路SD上經歷的路_失，換句話說它可能為： L(SI)+L(ID)<L(SD) 广將個傳輸鏈路分成二個較短的傳輸節段 ，藉此利用 路《員失.祕性_。由❹方喊(A)構徑損失的 一間早理論分析，可以瞭解到當—個㈣從-來源裝置ϋ 過一中間裝置(例如’中繼節點)被送到到-目的裝置而不是 直接從來源裝置傳送到目的裝置H達财__ A 上之減少(並因此改進、或者增加錢強度與資料吞吐量）。 果適度實卩夕跳點通信系統，可以降低發射器之發射 功率，方便無線傳輪，從_低干擾喊以及減少暴露於 電_射。或者’可以利用總體路徑損失之減少來改善接 收器所接收信號品質而不增加傳遞信號所需整體輕射發射 功率。 /多跳點糸統適合用與多載波傳輸。在-個多載波傳輸 糸統中，例如FDM(分頻多工），〇聰(正交分頻多工）或者 讓T(離散多調二’-單資料流被調變到職平行上， 二副載0號有其本身頻率範圍。這允許將分給多個副 載波之總料(在給定時間㈣送之資料量）藉此增加每- 7 200816692 續期間。由於每—副載波具有較低的資訊 心:二=直多_統相較於單載波 ^ 、…員、引起之失真有較強的免疫力。其眘银 係藉:確保傳輪率，且因此各職波之頻寬小於頻道之一 頻見目此，在一信號副载波上經歷的頻道失真是頻率 不相:的，因此能被—個簡單的相位和振幅校正因數所校 正。因此，當系統頻寬超過頻道的一致頻寬時，在一多^ 波接收⑨内之頻道失真校正實體之複雜度能比在—單載波 接收器内之對手的複雜性更低。 10 正父分頻多工（0FDM)是基於FDM的一種調變技術 碼。-個QFDMI；統使用數學上正交之多個職波頻率使 得副載波頻譜可由於他們相互獨立的事實重疊而沒有干 擾。OFDM系統的正交性除去對保護頻帶頻率的需要而且 因此增加系統的頻譜的效率。0FDM以被提議及採用於許 15多無線系統。最近被用於非對稱數位使用者線(ADSL)連 線、一些無線LAN應用（例如依據IEEE802· 11 a/g標準之WiFi 裝置）、以及例如WiMAX(依據IEEE802· 16標準）之無線MAN 應用。OFDM之應用通常伴隨頻道編碼，一種錯誤校正技 術，來產生編碼正交FDM或COFDM。COFD現在廣泛地用 2〇 於數為電信系統中來改良一多路徑環境中之OFDM式系統 之效能，其中頻道失真之變數可被視為跨過頻域之副載波 與時域之符號。此系統已被傭於視訊和音訊之廣播，例如 DVB和DAB，以及某些類型之電腦網路技術。 在一OFDM系統裡，N個經調變平行資料來源信號之一 8 200816692 區塊藉用一反離散或快速傅利葉轉換演算法(IDFT/IFFT)映 射到N個正交平行的副載波來在發射器形成一個習知為 「OFDM符號」在時域上之信號。因此，一 r〇FDM符號」 是為全部N個副載波信號之補償信號。一〇FDM符號可以數 5 學式表示為：

其中Δ/為以赫茲為單位之副載波，Ts=1/A/是以秒為單 位之符號時間間隔，而cn為經調變來源信號。各方程式（1) 中其上之各來源#被被調變的副載波向量，CeCn，c=(C〇， 10 Ci.Xn_i)是為來自有限叢集之N個叢集符號之向量。在接收 器處，所接收之日守域# 5虎藉由施予離散傅利葉轉換(Dft) 或快速傅利葉轉換(FFT)演算法而被轉換回頻域。 OFDMA(正交分頻多重存取h^、〇fdm之多重存取變 化。其作動係藉由分派一子集的副載波給一個別使用者。 15這允許從幾個使用者同時傳輸而導致更好的頻譜效率。不 過，仍然有允許雙向通訊上問題，即，在上鏈與下鍵方向 上沒有干擾。 习為了能在二個節點之間進行雙向通訊，有兩種不同的 習知方法用來雙工這兩種通訊鏈路（進送或下鏈及逆回或 20上鏈），以克服設備在同一資源媒體上不能同時發射鱼接收 的物理限制。第一種為分頻雙卫(咖），其涉及同時但以不 冋的頻帶操作兩鏈路，以不同頻帶之操作係藉由將發射媒 體再細分成兩個不同頻帶，-用於進送鏈路而另一用於逆 9 200816692 迴鏈路通迅。第二種為分時雙工(TDD)，其涉及用相同的頻 帶存取這兩個鏈路，但再進一步細分存取媒體的時間，使 得只有進送或逆回鏈路在任一時間點利用媒體。兩種方式 (TDD&FDD)有其相對優勢，且都是常用於單跳點有線和無 5 線通訊糸統的技術。例如IEEE802.16標準包含FDD和TDD 模式。 第7圖說明用於IEEE802.16標準(WiMAX)的OFDMA實 體層模式之單跳點TDD訊框結構作為一個例子。. 各訊框被分成DL和UL子訊框，各自作為離散的發射間 10 隔。他們被發射/接收、以及接收/發射過渡保護間隔（分別 為TTG和RTG)分隔開。每一DL子訊框始於前綴，接著是訊 框控制標頭（FCH)、DL-MAP、和UL-MAP.。 FCH含有DL訊框前綴（DLFP)來指定從發檔案和 DL_MAP之長度。DLFP是在各訊框起始處傳送的一種資料 15 結構，並且包含關於當今訊框的訊息，其被映射到FCH。 同步DL配置可以被廣播、多重傳送、和單一播送，且 他們也能包括用於不是伺服BS的另一BS之配置。同步UL 可能是資料配置和範圍或頻寬請求。 本專利申請案是一組共十件由同一申請人於同曰提申 20 之英國專利申請案中之其中一件，這十件之代理人參考編 號為 P106752GB00、P106753GB00、P106754GB00、 P106772GB00 、 P106773GB00 、 P106795GB00 、 P106796GB00、P106797GB00、P106798GB00、及 P106799GB00，其等描述本發明之發明人所提出關於通訊 10 200816692 之相關發明。其他九件中請案各自之整體内容包含於 本文中供參考。 在潛伏期單跳點通訊系統中（例如802.16e-2004和 802.16e-2005) ’標準網路登入程序已存在於進入一網路之 5 MS然而’由於這些系統沒有RS之概念，沒有適合的網 路么入私序被界定。本發明之實施例適用為 一標準網路登 入/貝才去，其中其係一進入網路之RS。 現在參考由申請專利範圍獨立項所界定之本發明。進 -步之實施例則由中請專利範圍裡附屬項界定。 10 圖式簡單說明 本發明的較佳特徵現下將被描述，完全地藉由舉例方 式，參考隨附圖式，其中： 第1圖顯示標準MS網路登入程序； 第2圖顯示能力交涉修改； 15 第3圖顯示獲得RS上鏈參數之修改； 第4圖顯示切換上鏈參數利用之修改 第5圖顯示一單胞元雙跳點無線通訊系統； 第6a-b圖顯示中繼站之應用；以及 第7圖顯示用於IEEE802.16標準之0FDMA實體層中的 20單跳點TDD訊框結構。 C實施方式;3 較佳實施例之詳細說明 RS網路登入程序 第一階段係針對RS遵循標準MS網路登入程序來建立 11 200816692 该BS之一連線。在8〇2 l6系統情況下之網路登入程序範例 如該榡準之第6·3·9節所述。第1圖概括此標準中更細節的程 序。 王 其全篇假定網路可由某些潛伏期BS和某些中繼致用式 5 BS構成。其亦假定一中繼致用式BS可操作於一潛符期模式 下直到其接收來自一 RS之一請求供進入網路。68可操作於 此一模式下的理由在於當其未由發射獲得中繼利益時不需 廣播中繼特定資訊而節省發射資源。 10 15 20 合野前述序列之第-修改係在交涉基本能力之期間，^ :識別其本身為相對於到用—新發訊實體之則的—防，其 才曰出登入之裝置有能力作為_中繼。其他的參數之間， 2識別魏力作為柳轨㈣上的巾繼。其 =繼支援之類型（即通透與否）。需被包括到第碉所示程 序中所需求之處理如第2圖中以加底線文字所述者。 結果’ BS在完成此階段時將會知道現在連 若BS是-潛伏BS，則其將不會完成此階段，因‘ θ知道要使用延伸中繼相關能力。_由於 ^另―模式下而可繼續網路登人程序，其不需細知道复 為一RS而不是MS。 、 若RS係用來執行上鏈中繼(如前述），則第二修改 该RS成功登記以BS而BS# 欠為可操作的之間的某些點日: 求BS通知它關於RS特定上 ^ 鍵參數。尤其，此在正常範 域日守被需求，RS將需要接妆也 ll 要收來自Μ S或其他R S之信號 此無法發射到BS。 12 200816692 假疋當BS尚未準備好透過一適合的訊息廣布這些參數 時，其至少會在RS能力交涉階段期間所判定而知道一1^將 進入網路時開始一次。因此*RS特定上鏈參數未被BS廣布 而使得RS因此無法判定RS特定上鏈參數(通常是在等待將 5被廣播之參數的逾時期之後），其會假定BS不支援RS(即其 為一潛伏期BS)以及將標記與此BS相關聯之下鏈頻道為不 可使用的，並重新開始掃瞄其他潛在下鏈頻道之網路登入 程序。 需包括在第1圖所示程序中之所需處理如第3圖中以底 10 線文字標示者。 一旦RS上鏈參數被識別，RS接著在變為可操作之前切 換成在上鏈上使用這些新的參數。此需求在RS為可操作之 前，且最後的修改需求第1圖所示程序，如第4圖中以底線 文字標示者。 is RS完成網路登入程序，現在變為可操作的，其接收前 綴以維持同步化和DL和UL-MAP訊息，以瞭解訊框内之資 源配置供與MS和BS通訊。 RS發射前級情況之延伸 若需要RS來提供發射廣播控制資訊（即MS無法直接接 2〇收來自BS或其所連接之RS之資訊），則要求在變成可操作的 最後一步驟之前。在此例中，BS和RS會在能力交涉階段識 別RS應操作於此一模式。RS接著會停止聽取正常前綴及 MAP訊息，使得其可發射其本身。反之，其會在缺乏前綴 資訊時由BS或其所連接之RS確定中繼綴之位置或可用來 13 200816692 識別發射器及訓練接收器中之各種失真效正單元的其他RS 特定貧訊信號。 此時RS接著可開始時廣播正常前綴，以及在需要時廣 播MAP訊息。 5 操作期間，RS連續地監視上鏈上之RS上鏈參數及其他 RS特定資訊信號（即中繼綴和控制資訊），因為BS或RS可能 基於動態改變操作環境而變化。譬如，需求越多上鏈頻道 來回報HARQ相關ACK/NACKs，頻道品質回報或增加範圍 區域。 10 優勢 總結本發明實施例之優勢·· •對支援MS和RS登入一通訊網路之一現有程序定義 一簡單的修改。 •隨所需修改數最少而對現有BS設計影響最少。 15 ·使得汉8極近似現已開發且用於MS中之程序，因此 能再使用已開發支援MS中網路登入程序之現有軟 體。 本發明之實施例可以硬體、或在一或更多處理器上執 行之軟體模組、或其等之組合來實現。即，熟於此技術領 或者將瞭解-微處理II或數位信號處理器(Dsp)可用來實 β ^月實知例之_發射器之一些或所有功能。本發明亦 、見以或更多裝置或設備程式（例如電腦程式及電腦 程式產品）來實現本說明所描述之部份或全部方法。這類具 現本發明之程式可儲存在電腦可讀式媒體上，或可呈現為 200816692 一或更多信號的形式。這類信號可為可從一網際網路網站 下載之資料信號、或可由一載波信號提供、或呈現以任何 的形式。 t圖式簡單說明3 5 第1圖顯示標準MS網路登入程序； 第2圖顯示能力交涉修改； 第3圖顯示獲得RS上鏈參數之修改； 第4圖顯示切換上鏈參數利用之修改 第5圖顯示一單胞元雙跳點無線通訊系統； 10 第6a-b圖顯示中繼站之應用；以及 第7圖顯示用於IEEE802.16標準之OFDMA實體層中的 單跳點TDD訊框結構。 【主要元件符號說明】 (無） 15

Claims (1)

1. 200816692 十、申請專利範圍·· l -種在-無線通訊线中評估—潛在通訊鏈路之方 法’此系統包含一來源裝置、一目的裝置、以及至少一 個中介裳置，該來源裝置係可操作來經由該等或每一該 5巾介裝置以朝著該目的裳置之-通訊方向直接沿著- . fT1訊路徑或間接沿著—單—通訊㈣來發射資 等或每》亥中介裝置可操作來沿著該通訊方向上 之该路徑接收來自前一通訊裝置之資訊以及沿著該通 訊方向上之該路徑發射該所接收資訊到下—裝置，該方 10 法包含·· 針對在-特定該中介襄置以及該通訊系統之另一 裝置之間的—潛在通訊鏈路，建立該另-裝置為-第-類型或與該第一類型不同之—第二類型，· 判定該鏈路是否適於以—第一模式或以一第二模 15 式通訊’該第二模式係依據該另-裝置之所建立類型； 以及 若判定該潛在鏈路粉㈣第—模式軌，斷定一 鏈路初始處理以沿著該鏈路致用該第一模式之通訊。 2·依據中請專圍第丨項之方法，其中以該第—模式通 2〇 訊涉及利用該特定中介裝置之一組能力，且其中以該第 二模式通訊涉及使用該特定中介裝置之該組能力的一 子集。 3.依财請專利範圍第2項之方法，其包含下列步驟·· 若判定該鏈路適於以該第二模式通訊，斷定一鏈路 16 200816692 4 ::=Γ沿著該鏈路致用該第二模式之通訊。 5 10 15 20 5. :=專:咖第1項之方法，其中以該第-模式通 二=定:介裝置之-組能力的-_ n' u第—#式通訊不允許斷定該潛在鏈路之 义贿處理，故若財該潛在鏈路適祕以該第二 杈式相，該潛在鏈路較佳地被標記為不可用。 :據物範圍任一項之發射方法，其包含在該 另一衣置中貫行該建立步驟。 6· 依據前述巾料—項之發財法 特定中介裝置中實行該建立步驟。 。在°亥 Γ1Γ專職圍第6奴方法，其包含根據自該另一 衣置接收之資訊實行該建立步驟。 8· Γ申請專利範圍第6或7項之方法，其包含根據自該系 亥另一裝置接收之資訊實行該建立步驟。 9·依據申請專利範圍第6至8項之方法，其包含根據儲 該特定中介裝置中之資訊實行該建立步驟。 Κ).依據前述切專利範圍任—項之發射方法，其包含在該 特定中介裴置中實行該判定。 U.f據前述中請專利範圍任-項之發射方法，其包含根據 "亥另破置之該所建立類型來組配該特定中介裝置之 一操作模式。 12·依據前述巾請專·_ —項之發射方法，其進一步包 含根據該另-裝置之該所建立類型來組配一通訊格式 亥特疋中介裝置與該其他裝置間之通訊使用。 17 200816692 依據刖述申請專利範圍任_項之發射方法，其中該另一 裝置係沿著該路徑相對於該特定中介裝置之下一裝 去進一步包含根據該另一裝置之該所建立類型 對於々牲^格式供該特定中介裝置與沿著該路徑相 、、°"特疋中介裝置之下一裝置間通訊使用。 依據則述申請專利範圍任一項之發射方法， 裝置係該來源裳置。 另- 15·依射鱗賴圍以屈項之方法， 係該目的裳置。 装i ⑺專利範圍第⑴城之方法 5 ,u ^ ^ Y 4糸統包含 不日物^裝置’且其中該另—裳置係該中介裝置而 不疋該特定中介裝置。 其中該來源 其中該來源 其中該目的 其中該目的 其中該等或 其中該系統 Ρ·依據#述中請專利範圍任—項之發射方法 裝置係一基地臺。 15 18·依據w述中請專利範圍任-項之發射方法 裝置行動終端。 19·依據前述巾請專利範圍任—項之發射方法 裝置係一基地臺。 20.依據前述中請專利範圍任—項之發射方法 裝置係一行動終端。 21·依據前述申請專利範圍任一項之發射方法 該每一中介裝置係一中繼站。 22.依據前述申請專利範圍任一項之發射方法 係一 OFD1V[或OFDMA通訊系統。 18 200816692 23. —種無線通訊系統，其包含： 一來源裝置、一目的裝置、以及至少一個中介裝 置，該來源裝置係可操作來經由該等或每一該中介裝置 以朝著該目的裝置之一通訊方向直接沿著一單一通訊 5 路徑或間接沿著一單一通訊路徑來發射資訊，該等或每 一該中介裝置可操作來沿著該通訊方向上之該路徑接 收來自前一通訊裝置之資訊以及沿著該通訊方向上之 該路徑發射該所接收資訊到下一裝置； 建立裝置，其可操作來針對在一特定該中介裝置以 10 及該通訊系統之另一裝置之間的一潛在通訊鏈路，建立 該另一裝置為一第一類型或與該第一類型不同之一第 二類型； 判定裝置，其可操作來判定該鏈路是否適於以一第 一模式或以一第二模式通訊，該第二模式係依據該另一 15 裝置之所建立類型；以及 斷定裝置，其可操作來在判定該潛在鏈路適於以該 第一模式通訊時，斷定一鏈路初始處理以沿著該鏈路致 用該第一模式之通訊。 24. —種電腦程式，當其在一無線通訊系統之一電腦裝置上 20 被執行時，使得該系統實行估計一潛在通訊鏈路之方 法，該系統包含一來源裝置、一目的裝置、以及至少一 個中介裝置，該來源裝置係可操作來經由該等或每一該 中介裝置以朝著該目的裝置之一通訊方向直接沿著一 單一通訊路徑或間接沿著一單一通訊路徑來發射資 19 200816692 訊，該等或每一該中介裝置可操作來沿著該通訊方向上 之該路徑接收來自前一通訊裝置之資訊以及沿著該通 訊方向上之該路徑發射該所接收資訊到下一裝置，該方 法包含： 5 針對在一特定該中介裝置以及該通訊系統之另一 裝置之間的一潛在通訊鏈路，建立該另一裝置為一第一 類型或與該第一類型不同之一第二類型； 判定該鏈路是否適於以一第一模式或以一第二模 式通訊，該第二模式係依據該另一裝置之所建立類型； 10 以及 若判定該潛在鏈路適於以該第一模式通訊，斷定一 鏈路初始處理以沿著該鏈路致用該第一模式之通訊。 25. —種用於一無線通訊系統之一中介裝置，該系統進一步 包含= 15 一來源裝置、一目的裝置、以及至少一個中介裝 置，該來源裝置係可操作來經由該等或每一該中介裝置 以朝著該目的裝置之一通訊方向直接沿著一單一通訊 路徑或間接沿著一單一通訊路徑來發射資訊，該等或每 一該中介裝置可操作來沿著該通訊方向上之該路徑接 20 收來自前一通訊裝置之資訊以及沿著該通訊方向上之 該路徑發射該所接收資訊到下一裝置，該方法包含： 針對在一特定該中介裝置以及該通訊系統之另一 裝置之間的一潛在通訊鏈路，建立該另一裝置為一第一 類型或與該第一類型不同之一第二類型； 20 200816692 判定該鏈路是否適於以一第一模式或以一第二模 式通訊，該第二模式係依據該另一裝置之所建立類型； 以及 若判定該潛在鏈路適於以該第一模式通訊，斷定一 鏈路初始處理以沿著該鏈路致用該第一模式之通訊。 21