TWI355161B - Communication systems - Google Patents

Description

1355161 九、發明說明： I：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（吞吐量）。 t先前技術:j 發明背景 在一多跳點通訊系統中，通訊信號以沿著自—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。 I：發明内容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)、以及一個 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（S)而使用者設備包 2〇 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 來自來源裝置之資料；以及一發射器，可操作來發射資料 5 1355161 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死角改良或提 供覆蓋範圍之中繼。從來源站它們可操作以不同的發射頻 帶以避免來源發射與中繼器發射之間的干擾，或可操作在 5 來源站沒有發射時。 第7圖繪示繼電站之多種應用。就固定的公共建設而 言，繼電站提供之覆蓋範圍可為「填入」以供行動站存取 通訊網路，行動站可能在其他物體之陰影下、或即使在基 地臺之正常範圍中也無法接收來自基地臺之充分強度之信 10 號。圖中亦顯示「範圍擴大」，其中一中繼站在一行動站在 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 右上方的一個「填入」例子，係置放一個遊移的中繼站來 允許穿過可能高於、在於、或低於地面之一建築物中之覆 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 線高度、接收器天線高度、載波頻率、壅塞類型（城市、近 6 1355161

郊、農村）、形態細節諸如高度 平坦）。發射器和接收器間之路徑損失L(dB)可模型化為： 其中d(公尺)是發射器與接收器之間距，b(db)和n是路 5徑損失參數，而絕對路徑損失值為/ = 10(训)）。 間接鏈路SI+1D上經歷的絕對路徑損失總合可能少於 在直接鏈路SD上經歷的路徑損失，換句話說它可能為： L(SI)+L(ID)<L(SD) ⑻ 將一個傳輸鏈路分成二個較短的傳輸節段，藉此利用 10路徑損失間之非線性關係。由使用方程式(A)之路徑損失的 一簡單理論分析，可以瞭解到當一個信號從一來源裝置透 過一中間裝置(例如，中繼節點)被送到到一目的裝置而不是 直接從來《置傳送到目的裝置時’可賴在總路徑損失 上之減少（並因此改進、或者增加信號強度與資料吞吐量）。 15如果適度實行，多跳點通信系統，可以降低發射器之發射 功率，方便無線傳輸，從而降低干擾程度以及減少暴露於 電磁輻射。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輻射發射 功率。 -0 多跳點系統適合用與多載波傳輸。在一個多載波傳輸 系統中，例如FDM(分頻多工），OFDM(正交分頻多工）或者 DMT(離散多調）’ 一單資料流被調變到N個平行附載波上， 每一副載波信號有其本身頻率範圍。這允許將分給多個副

7 資料符號的持續期間。由於每一副載波具有較低的資訊 率。每副载波有一低資訊比率，多載波系統相較於單栽波 系統優勢在於對頻道引起之失真有較強的免疫力。其實現 係藉由確保傳輸率，且因此各副載波之頻寬小於頻道之— 致頻寬。因此，在一信號副載波上經歷的頻道失真是頻率 不相關的，因此能被一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—多栽 波接收器内之頻道失真校正實體之複雜度能比在一單栽波 接收器内之對手的複雜性更低。 正交分頻多工（OFDM)是基於FDM的一種調變技術 碼。一個OFDM系統使用數學上正交之多個副載波頻率使 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。OFDM以被提議及採用於許 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· 1 la/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 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 1355161 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「OFDM符號」 是為全部N個副載波信號之補償信號。一 〇 F D Μ符號可以數 5 學式表示為： 吨、=H„.ej2m'Q 孓 t 孓 Ts (1) 其中△/為以赫茲為單位之副載波，Ts=lM/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) 中其上之各來源信號被調變的副載波向量，CeCn , C=(C〇， 10 C1..CN-1)是為來自有限叢集之N個叢集符號之向量。在接收 器處’所接收之時域信號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）係OFDM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，在上鏈與下鏈方向 上沒有干擾。 為了能在二個節點之間進行雙向通訊，有兩種不同的 省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與接收 的物理限制。第一種為分頻雙工(FDD)，其涉及同時但以不 同的頻帶操作兩鏈路，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，一用於進送鏈路而另一用於逆 9 1355161 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 線通訊系統的技術。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日提申 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 1355161 技術之相關發明。其他九件申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8〇2 16e 2〇〇4和 802.16e-2005)，標準網路登入程序已存在於進入—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 路登入程序被界定。本發明之實施例適用為一標準網路登 入演算法’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 一步之實施例則由申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； 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OFDMA實體層中的 2〇 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

CS 11 1355161 假定當BS尚轉備好透過__適合㈣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^將 進入=路時開始ϋ此若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 文子標不者。 15 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 20 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 CS 1355161 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 特定資訊信號。 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RS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 2〇域者將瞭解一微處理器或數位信號處理器（DSP)可用來實 現本發明實施例之一發射器之一些或所有功能。本發明亦 可具現以一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 14 1355161 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。 【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. 丄υ丄 100.08ΤΤ〇Γ^ 、 種在-無線通訊系統中評估一潜在通訊鏈路之方 1此系統包含多個通訊I置，該等多個通訊農置包含 土地台、-使用者設備、以及至少—個中介裝置該 ^也錢用者設備係可操作來使用—通訊路徑藉 發射貝訊來通訊，該通訊路徑係直接沿著-單_通4 著經由該等或每-該中介裝置之通= 收來M操作ΐ沿著該路徑《接 收之該資訊到下-裝置，該方法包含：射所接 地台定該中介裝置以及該通訊系統之該基 :潛在通訊鏈路’建立該基地台是支援中介 裝置之-第-中繼致用類型或為非中 類型； # — 15 依據該基地台之所建立類型來判定該鏈路是否適 於以一第一令繼模式或以一第二模式通訊；以及 若判定該潛在鏈路適於_第—中繼模式通訊，做 出:鏈路初始處理之決定以沿著該鏈路致用該第一中 繼模式之通訊。 20 ®3IIl796〇335t5^ 申請專利範圍： 2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其令以該第-中繼模 式通訊步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·依射請專利範圍第2項之方法，其包含下列步驟： 16 13.55161 • 第96127960號申請案修正本 100.08.10.— 若判定該鏈路適於以該第二模式通訊，做出一鏈路 初始處理之決定以沿著潛在鏈路致用該第二模式之通 訊。 4.依據申請專利範圍第1項之方法，其中以該第一中繼模 5 式通訊涉及使用該特定中介裝置之一組能力的一些或 全部，且其中以該第二模式通訊不允許做出該潛在鏈路 • 之一鏈路初始處理之決定，使得若判定該潛在鏈路適用 - 於以該第二模式通訊，該潛在鏈路較佳地被標記為不可 籲 用。 10 5.依據申請專利範圍第1項之方法，其包含在該基地台中 實行該建立步驟。 6. 依據申請專利範圍第1項之方法，其包含在該特定中介 裝置中實行該建立步驟。 7. 依據申請專利範圍第6項之方法，其包含根據自該基地 15 台所接收之資訊實行該建立步驟。 8. 依據申請專利範圍第6或7項之方法，其包含根據自該系 ® 統之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或7項之方法，其包含根據儲存 在該特定中介裝置中之資訊實行該建立步驟。 20 10.依據申請專利範圍第1項之方法，其包含在該特定中介 裝置中實行該判定。 11. 依據申請專利範圍第1項之方法，其更包含根據該基地 台之所建立類型來組配該特定中介裝置之一操作模式。 12. 依據申請專利範圍第1項之方法，其進一步包含根據該 17 1355161 第96127960號申請案修正本 100.08.10. 基地台之所建立類型來組配一通訊格式供該特定中介 裴置與該基地台間之通訊使用。 13.依據申請專利範圍第1項之方法，其中該基地台係沿著 該路徑相對於該特定中介裝置之前一裝置，該方法進一 5 步包含根據該基地台之所建立類型來組配一通訊格式 • 10 供該特定十介裝置與沿著該路徑相對於該特定中介裝 置之下一裝置間通訊使用。 14. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該等或該每一中 介裝置係一中繼站。 15. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該系統係一 OFDM或OFDMA通訊系統。 16. —種無線通訊系統，其包含： 包含一基地台、一使用者設備、以及至少一個中介 裝置之通訊裝置，該基地台及該使用者設備係可操作來 15 使用一通訊路徑藉由發射資訊來通訊，該通訊路徑係直 • 接沿著一單一通訊鏈路或間接沿著經由該等或每一該 中介裝置之該通訊路徑，該等或每一該中介裝置可操作 來沿著該路徑以接收來自前一通訊裝置之資訊，以及沿 著該路徑發射所接收之該資訊到下一裝置； 20 建立裝置，其可操作來針對在一特定該中介裝置以 及該通訊系統之基地台之間的一潛在通訊鏈路，建立該 基地台為一第一中繼致用類型或或為非中繼致用之一 第二類型； 判定裝置，其可操作來依據該基地台之所建立類型 18 1355161 100.08.10. 第96127960號申請案修正本 判定該鏈路是否適於以一第一中繼模式或以一第二模 式通訊；以及 斷定裝置，其可操作來在判定該潛在鏈路適於以該 第一中繼模式通訊時，做出一鏈路初始處理之決定以沿 5 著該鏈路致用該第一中繼模式之通訊。 17. —種電腦程式，當其在一無線通訊系統之一電腦裝置上 被執行時，使得該系統實行估計一潛在通訊鏈路之方 法，該系統包含多個通訊裝置，該等多個通訊裝置包含 一基地台、一使用者設備、以及至少一個中介裝置，該 10 基地台及該使用者設備係可操作來使用一通訊路徑藉 由發射資訊來通訊，該通訊路徑係直接沿著一單一通訊 路徑或間接沿著經由該等或每一該中介裝置之通訊路 徑，該等或每一該中介裝置可操作來沿著該路徑以接收 來自前一通訊裝置之資訊，以及沿著該路徑發射所接收 15 之該資訊到下一裝置，該方法包含： 針對在一特定該中介裝置以及該通訊系統之該基 地台之間的一潛在通訊鏈路，建立該基地台支援中介裝 置之一第一中繼致用類型或為非中繼致用之一第二類 型； 20 依據該基地台所建立類型來判定該鏈路是否適於 以一第一中繼模式或以一第二模式通訊；以及 若判定該潛在鏈路適於以該第一中繼模式通訊，做 出一鏈路初始處理之決定以沿著該鏈路致用該第一中 繼模式之通訊。 19 13.55161 1第96127960號申請案修正本 100.08.10. 5 Φ 18. —種用於一無線通訊系統之一中介裝置，該系統進一步 包含多個通訊裝置，該等多個通訊裝置包含： 一基地台、一使用者設備，該基地台及該使用者設 備係可操作來使用一通訊路徑藉由發射資訊來通訊，該 通訊路徑係直接沿著直接沿著一單一通訊路徑或間接 沿著經由該中介裝置之通訊路徑，該中介裝置可操作來 沿著該路徑接收來自前一通訊裝置之資訊以及沿著該 路徑發射所接收之該資訊到下一裝置，該甲介裝置包 含： 10 建立裝置，其可操作來針對在該中介裝置以及該通 訊系統之基地台之間的一潛在通訊鏈路，建立該基地台 為一第一中繼致用類型或為非中繼致用之一第二類型； 判定裝置，其可操作來依據該基地台之所建立類型 來判定該鏈路是否適於以一第一中繼模式或以一第二 15 模式通訊；以及 • 斷定裝置，其可操作來若判定該潛在鏈路適於以該 第一中繼模式通訊，做出一鏈路初始處理之決定以沿著 該鏈路致用該第一中繼模式之通訊。 20 1355161 年产月〜日修正替換I

   2/6

   第2圖 第3圖 I r Λ 建立供應連接 V r f Λ 開始上鏈監視&中繼 J \ f Λ 可操作 J

   第4圖