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TWI549445B - 用於波束成形之方法及裝置 - Google Patents

用於波束成形之方法及裝置 Download PDF

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TWI549445B
TWI549445B TW103115874A TW103115874A TWI549445B TW I549445 B TWI549445 B TW I549445B TW 103115874 A TW103115874 A TW 103115874A TW 103115874 A TW103115874 A TW 103115874A TW I549445 B TWI549445 B TW I549445B
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TW
Taiwan
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transmitters
target area
beams
tactical
network device
Prior art date
Application number
TW103115874A
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English (en)
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TW201501486A (zh
Inventor
多魯 卡林
艾利耶 歐吉 卡亞
楊愷
賽門 游
Original Assignee
阿卡特朗訊公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 阿卡特朗訊公司 filed Critical 阿卡特朗訊公司
Publication of TW201501486A publication Critical patent/TW201501486A/zh
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Publication of TWI549445B publication Critical patent/TWI549445B/zh

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Description

用於波束成形之方法及裝置 相關申請案參考
本申請案主張於2013年5月6日申請之標題為「METHOD AND APPARATUS FOR COORDINATED BEAMFORMING」之一第61/820166號臨時申請案之優先權，該申請案係共同擁有的且以引用之方式整體併入本文中。
本發明大體而言係關於通信，且特定而言，係關於無線通信系統中之波束成形。
此章節介紹可幫助促進對本發明之一較佳理解之態樣。因此，此章節之陳述須以此觀點來閱讀且不應理解為對先前技術或非先前技術之認可。
商業無線網路經設計以提供跨一大地理區域(諸如，一3G及/或4G都會蜂巢式網路)或對具有密集使用者之一熱點區域(諸如，室內系統，例如超微型、微型、WiFi及諸如此類)之普遍存在之行動存取。若流量需求被預測變化，則可藉由組合藉助於進階統計預測方法之歷史資料與由負載均衡技術補償之毗鄰基地台(BS)當中之流量不均衡來預測與一BS相關聯之資料流量及使用者設備(UE)之數目。
公共安全無線網路經設計以涵蓋一大地理區域，其中跨鄰近小 區之流量需求在一特定小區中之緊急事件期間動態地變化。公共安全網路中之此等熱點區域係隨機的且公共安全網路需要比商業無線網路高得多之可靠性、彈性及安全性等級。
存在用於防範干擾及竊聽之數種已知技術。此等已知技術包含資料加密演算法及使用安全密鑰。此等已知技術中之其他者包含經設計以保護資訊傳輸之適用存取技術。
經設計以保護資訊傳輸之適用存取技術之實例包含展開頻譜通信及超寬頻帶通信。在展開頻譜通信(例如，直接序列展開頻譜DSSS)中，用一使用者特定正交偽雜訊(PN)序列(例如，金氏(Gold)或沃爾什(Walsh)碼序列)調變經傳輸資訊位元，此使信號跨一大頻寬展開。一對應接收器能夠藉由採用由傳輸器使用之相同PN序列解調變並解碼所接收之經傳輸資訊。在超寬頻帶(UWB)通信中，資訊係使用低能量透過一列窄脈衝(例如，具有奈秒持續時間之脈衝)發送(亦即，在雜訊基準(noise floor)下傳輸)。在一對應接收器處，可藉由偵測並累積來自一列此等脈衝之能量來擷取所接收之經傳輸資訊，允許解碼。
然而，最終，在戰術通信中，一敵人可開發解碼意欲秘密發送至一既定接收器之經傳輸資訊之演算法及技術。
本發明提供一種戰術通信之實例性方法。該方法包含：接收指示與一目標區域相關聯之一戰術情況之資訊。該戰術情況係飛行中之一飛彈、一竊聽器、一信號干擾器及位於一關注區中之一收發器中之一者。該方法進一步包含：執行包含指示自一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸複數個發信號波束之一波束成形程序。該戰術情況可與一敵軍相關聯且該複數個發信號波束產生抑制由該敵軍進行之通信之干擾。該戰術情況可與一友軍相關聯且該複數個發信號波束產生用於增強與該友軍之通信之可解碼信號。
在一項實施例中，該方法包含判定與該戰術情況相關聯之該目標區域，其中該目標區域係該戰術情況之一當前位置或該戰術情況之一預期未來位置。
在一項實施例中，該方法包含以下各步驟中之至少一者：判定來自可用於傳輸至該目標區域之一組傳輸器之該一或多個傳輸器；判定來自在該一或多個傳輸器處可用之一組波束之該複數個波束；及判定來自可用於該一或多個傳輸器之該複數個波束上操作之一組通信資源之資源。
在一項實施例中，可用於操作之該組通信資源包含一或多個實體層參數。實體層參數包含頻率、頻道、時間、空間、功率及/或碼序列。
在一項實施例中，執行該波束成形程序之該方法包含：用該一或多個傳輸器執行聯合波束排程，該一或多個傳輸器係能夠服務該目標區域之一組傳輸器之部分。
在一項實施例中，執行聯合波束排程包含：使用瞬時頻道回饋資訊或所量測頻道回饋資訊中之至少一者以每一使用者為基礎計算一聯合波束成形向量。
在一項實施例中，該方法亦可包含：自該一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸該複數個發信號波束。
在一項實施例中，該方法包含：執行另一波束成形程序，該另一波束成形程序包含：指示自另一組一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸另一或多個發信號波束以便發信號至該目標區域，及朝該目標區域傳輸該另一或多個發信號波束。
在一項實施例中，執行該另一波束成形程序包含：根據位於該關注區中之該收發器已知之一演算法判定該一或多個傳輸器之該另一或多個發信號波束；經由一受到良好保護之頻道將該一或多個傳輸器 之該另一或多個發信號波束之一識別碼明確傳達至位於該關注區中之該收發器；或使用與該一或多個傳輸器及該收發器互相已知之提示或秘密碼將該一或多個傳輸器之該另一或多個發信號波束之該識別碼傳送至位於該關注區中之該收發器。
在一項實施例中，該方法在一有形處理器可讀取媒體中實現，該有形處理器可讀取媒體排除信號且儲存一指令集，該指令集當由一處理器執行時執行上文闡述之方法中之任何者。
在一項實施例中，用於一通信系統之一網路設備經組態以與該系統中之其他設備通信。該網路設備包含一處理器及一相關聯記憶體單元，其中該處理器經組態以執行上文闡述之方法中之任何者。
101‧‧‧附近基地台
102‧‧‧附近基地台
103‧‧‧附近基地台
104‧‧‧附近基地台
105‧‧‧附近基地台
110‧‧‧特定地理區域
610‧‧‧傳輸器
620‧‧‧接收器
630‧‧‧干擾器
640‧‧‧竊聽器
710‧‧‧傳輸器
720‧‧‧接收器
730‧‧‧干擾器/敵人傳輸器
740‧‧‧竊聽器
810‧‧‧導引飛彈/傳輸器
820‧‧‧敵人干擾器
822‧‧‧干擾攻擊
830‧‧‧傳輸器
832‧‧‧傳輸器
834‧‧‧傳輸器
840(1)‧‧‧波束化信號
840(2)‧‧‧波束化信號
842‧‧‧波束化信號
844‧‧‧波束化信號
910‧‧‧敵人導引飛彈
920‧‧‧敵人飛機
930‧‧‧傳輸器
932‧‧‧傳輸器
934‧‧‧傳輸器
936‧‧‧傳輸器
940(1)‧‧‧波束化信號
940(2)‧‧‧波束化信號
942‧‧‧波束化信號
944‧‧‧波束化信號
946‧‧‧波束化信號
1010(1)‧‧‧指揮中心單元
1010(2)‧‧‧指揮中心單元
1010(N)‧‧‧指揮中心單元
1020‧‧‧接收器
1030‧‧‧信號
1050‧‧‧竊聽器
1300‧‧‧電腦
1302‧‧‧處理器
1304‧‧‧記憶體
1305‧‧‧協調模組/程序/協調程序
1306‧‧‧輸入/輸出器件
B1‧‧‧波束1
B2‧‧‧波束2
B3‧‧‧波束3
B4‧‧‧波束4
B5‧‧‧波束5
B6‧‧‧波束6
B18‧‧‧波束
Bk‧‧‧波束k
Bk-1‧‧‧波束k-1
Bk-2‧‧‧波束k-2
Rx‧‧‧接收器
Tx‧‧‧傳輸器
Tx1‧‧‧收發器/傳輸器
Tx2‧‧‧收發器/第二收發器/第一收發器
Tx3‧‧‧收發器
Tx4‧‧‧收發器
Tx5‧‧‧收發器
Tx6‧‧‧收發器/傳輸器
TxM‧‧‧收發器
圖1係根據本發明之一或多項實施例在一無線網路中啟動之下行鏈路波束型樣之一繪示。
圖2係根據本發明之一或多項實施例在一無線網路中啟動之上行鏈路波束型樣之一繪示。
圖3係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。
圖4係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。
圖5係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。
圖6圖解說明根據本發明之一項實施例之當在無線通信中時可遭受干擾及/或竊聽之一傳輸器(Tx)及一接收器(Rx)。
圖7圖解說明根據本發明之一或多項實施例之可利用在存在敵手之情況下有益於戰術無線通信之波束成形技術之一實例性傳輸器(Tx)及一實例性接收器(Rx)。
圖8a至圖8b圖解說明在一進攻性打擊中使用協調波束成形技術來導引對付敵人干擾之一攻擊飛彈之一實例。
圖9a至圖9b圖解說明使用協調波束成形技術來迷惑來自敵人之一 攻擊飛彈且從而提供對付敵人飛彈之一抵禦之一實例。
圖10圖解說明根據本發明之原理在一或多項實施例中實施之波束成形技術之一實例。
圖11係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。
圖12a、圖12b及圖12c係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。
圖13繪示適於在執行本文闡述之功能中使用之一電腦之一高階方塊圖。下文參考諸圖揭示本發明之特定實施例。已出於增強理解目的起草了闡述及圖解說明兩者。舉例而言，諸圖元件中某些元件之尺寸可相對於其他元件而誇大，且可不繪示對一成功實施係有益的或甚至必需的之習知元件，使得可達成對實施例之一較不模糊呈現及一較清晰呈現。另外，雖然參考以一特定次序執行之特定步驟闡述並展示上文之邏輯流程圖，但在不偏離申請專利範圍之範疇之情況下可省略此等步驟中之某些步驟或可組合、細分或重排序此等步驟中之某些步驟。因此，除非特別指明，否則步驟之次序及分組並非係對可落在申請專利範圍之範疇內之其他實施例之一限制。
圖解說明及闡述兩者之簡單及清晰力圖有效地使熟習此項技術者鑒於此項技術中所已知的內容而做出、使用並最佳地實踐所闡述之實施例。熟習此項技術者將瞭解在不偏離本發明之精神及範疇之情況下可對下文所闡述之特定實施例做出各種修改及改變。因此，說明書及圖式被認為係圖解說明性的及例示性的而非限制性的或涵蓋全部的，且對下文所闡述之特定實施例之所有此等修改意欲包含於本發明之範疇內。
為在做出及使用本發明之各種實施例中提供一更大程度之細 節，出於實例目的，接下來係對在如一公共安全、軍事通信及戰術無線之網路中之通信採取之方法之一闡述以及對特定、極其特定實施例之一闡述。
提出一種用於公共安全及戰術無線網路中之高度可靠及頻譜有效通信之協調波束成形(CoB)系統。每一BS配備有能夠根據流量條件自一組波束成形型樣(例如，經預先計算的)選擇一個或兩個或多個波束之一波束成形天線。此一方式可用於解決戰術或軍事威脅。此外，此一方式可顯著提高系統輸送量且從而增加可同時連接之UE之數目。舉例而言，如在圖1及圖2中所展示，當在一特定地理區域110中發生一緊急情況(例如，一消防、醫療、戰術及諸如此類)時，附近BS101至105將朝該特定地理區域(亦即，目標)照射波束。由每一BS啟動之波束型樣係由一BS與目標(例如，小區、來襲飛彈或其附近區域)之間之實體距離而判定。若一BS遠離目標小區，則選擇具有較高波束成形增益但較窄波束寬度之一波束。此外，在一項實施例中，此波束成形方式可與一進階網路MIMO方法組合以進一步抑制干擾並提高系統範圍之容量。
下文概述所提出方法之某些明顯特徵。
快速回應：一網路應能夠對緊急事件(例如，消防、醫療，及/或戰術)快速做出回應。舉例而言，根據本發明之原理之一個實例性CoB系統可藉由智慧地選擇一波束成形型樣群組並朝目標區域輻射一波束群組來滿足對具有數百或甚至數千使用者之一熱點區域中之可靠資料通信的需求。如此一來，該系統可適應性地提供對一熱點區域之涵蓋，以便保證一選定使用者群組之必要輸送量效能。藉助於能夠極其快速地切換波束之當前電器件，根據本發明之原理之一個實例性CoB系統能夠容納熱點區域中之數目快速增加的使用者。舉例而言，在接收到關於一來襲導引飛彈之資訊之後，根據本發明之原理之一個 實例性CoB系統旋即可藉由智慧地選擇一波束成形型樣群組並朝包含來襲飛彈之目標區域輻射一波束群組來解決彼威脅。
靈活性：在一項實施例中，根據本發明之原理之一實例性CoB系統能夠支援非緊急資料通信且亦支援非戰術通信。該CoB系統可藉由靈活地調適由每一BS使用之波束型樣以跨不同小區服務目標及/或使用者來滿足此需求。
彈性：一波束成形天線通常包括一天線元件集合，且該等元件中之每一者可獨立地工作或可聯合形成波束。在一個天線元件無法工作之情形中，剩餘天線元件仍可一起工作以朝所要(若干)目標及/或使用者引導信號。相比之下，具有傳統全向天線之一BS可相當更容易遭受天線元件故障，此可造成目標區域中之一涵蓋空洞。另外，在一CoB系統實施例中，若一BS失效，則一鄰近BS可使用具有一較高波束成形增益之一經調整波束型樣來提供所要結果。
安全性：安全性係一網路之一至關重要特徵。無線網路之一特定弱點係一潛在無線阻斷服務(WDoS)攻擊。在一WDoS攻擊中，惡意節點用可損壞無線網路之各種虛假請求及訊息連續轟擊目標BS。此一DoS攻擊可藉由形成一恰當波束來緩解，以抑制來自該等惡意節點之信號，且從而允許大部分合法使用者存取BS。在一戰術情況中，可形成一恰當波束以抑制一敵人之能力。
能量效率：一全向天線具有一均勻輻射型樣。相反地，一波束成形天線可僅朝一選定目標區域及/或使用者群組輻射一信號。如此一來，波束成形天線可以小得多的功率消耗來達成相當類似的輸送量效能。
定向天線已廣泛用於室外及室內傳輸兩者以提高商業無線網路之涵蓋及輸送量效能。各種理論性及實驗性研究已指示波束成形技術係緩解無線干擾且從而增加系統效能之一有效構件。波束成形技術亦 可與其他智慧型資源分配方案(例如，分率頻率重複使用、功率控制或混合自動重複請求(混合ARQ)方案)組合，以進一步改良一無線系統之輸送量。
達成波束成形增益之一標準方法係以一特定幾何形狀(舉例而言，圓形、直線或矩形幾何形狀)放置一天線元件集合。由施加至天線元件之特定權重集來判定由一BS輻射之波束之形狀。如此一來，每一BS可將波束引導至目標區域、小區及/或使用者以便改良信號強度及/或增加或減小一干擾。一波束成形天線之主波瓣表示輻射之主要方向。
理想地，一波束成形天線將信號僅引導至目標區域(亦即，主波瓣之方向)。主波瓣之波束寬度通常隨著天線元件變多而減小，提供一窄得多且聚焦波束。然而，實務中，天線可不完全移除在其他方向(例如，側波瓣)上發射之與自主波瓣輻射之能量相比可相當顯著之非所要輻射。
除了波束成形方法，用於改良鏈路輸送量(尤其當鏈路信號對干擾加雜訊比(SINR)係有利的時)之一相關技術係多輸入多輸出(MIMO)技術。與波束成形技術相反，MIMO技術利用無線頻道之強散射性質並跨不同天線埠傳輸不同信號。注意，每一天線埠可包含多個天線元件。若不同對傳輸器與接收器天線埠之間之頻道係完全不相干的(亦即，在環境中存在諸多散射)，則此方式可達成一顯著MIMO增益(例如，一分集或空間多工增益)並顯著地改良鏈路輸送量。
本文中提出雙層波束成形技術，作為達成MIMO增益及波束成形增益兩者之一有效方式。在下行鏈路傳輸中，雙層波束成形技術允許傳輸器實現兩層預處理。第一層之目標係執行波束成形，而第二層之目標係達成MIMO增益。
在本文提出之某些實施例中，一BS及/或一鄰近BS之一或多個天 線將朝已發生一緊急事件之一區域輻射一信號。此行動可造成強烈小區間干擾。因此，在某些實施例中，協調多點傳輸(CoMP)可用於協助進一步抑制強烈小區間干擾並提高使用者輸送量，尤其在小區邊界處。CoMP係指針對協調資料傳輸利用地理分佈之天線且從而減小小區間干擾之傳輸/重複策略之一框架。通常需要參與協調之節點透過X2介面交換即時資訊。協調波束成形(CB)及聯合處理(JP)係CoMP技術之兩種眾所周知實現。在一協調波束成形系統之一項實施例中，一UE僅自一個BS接收資訊，同時聯合波束成形/預編碼方法由鄰近BS採用來取消小區間干擾。相反，聯合處理方法藉由將資訊自多個BS聯合傳輸至一UE來消除干擾。已展示兩個方案皆可以跨X2介面之額外資料處理及傳輸為代價來顯著改良系統效能。然而，由於頻道回饋中之誤差及需要實時交換之大量資訊，因此隨著協調BS之數目增加，實現CoMP變得愈加困難。
圖3係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖300。在初始化階段(320)處，構造一鄰近BS群組，(亦即，受到強烈相互干擾之BS)。注意，屬於一群組之BS未必地理上彼此毗鄰。在至少一項實施例中，可藉由將訓練序列自BS向外發送至行動台(MS)來量測兩個BS之間之干擾之位準且所得之量測用於支援該群組之構造。取決於實施例，訓練序列可係跨控制頻道(例如，廣播頻道)傳輸之系統資訊。此處，一MS讀取其他BS之識別碼並將其返回報告至至少一個BS，該MS能夠自該等其他BS接收系統資訊。
在初始階段之後，每個BS以每一T時槽定期地量測(330)頻道以捕捉頻道之動態。在一或多項實施例中，時間間隔T係可為最佳系統效能及最小額外負擔而經最佳化之一系統參數。基於頻道條件(例如，使用頻道品質資訊(CQI)量測)及流量條件(例如，有關流量之系統資訊或來自MS之量測報告(諸如，MS緩衝器佔用))，BS判定(340)用 於傳輸之波束型樣。
朝相同區域照射多個波束可降低使用者設備(UE)處之所接收信號對干擾加雜訊比(SINR)。因此，在一或多項實施例中，採用一第二層聯合波束成形處理來進一步抑制所得之干擾(350)。舉例而言，附近BS根據在330中採取之量測聯合計算針對每一BS之波束成形向量且在附近BS當中交換資訊。此外，在一項實施例中，以每一使用者為基礎執行第二層波束成形。舉例而言，鄰近BS透過X2干擾交換資訊並根據經量測頻道回饋資訊針對每一UE計算一聯合波束成形向量。
注意，雖然以上過程係針對下行鏈路傳輸(亦即，自BS至MS/UE之傳輸)進行闡述，但可針對上行鏈路(亦即，自MS/UE至BS之傳輸)採用一類似機制。例如，可設想用於上行鏈路及下行鏈路之干擾集係不同的，在此情形中，針對下行鏈路及上行鏈路之一群組未必具有相同成員，如(舉例而言)在圖1(下行鏈路)及圖2(上行鏈路)中所繪示。可藉由量測適當上行鏈路系統資訊(例如，發聲信號及上行鏈路頻道品質回饋)，以類似於下行鏈路之方式形成上行鏈路中之群組。
上文提供詳細且有時極其特定之闡述以有效地使熟習此項技術者鑒於此項技術中所已知的內容而做出、使用並最佳地實踐本發明之一或多項實施例。在實例中，細節係出於圖解說明本發明之可能實施例而提供且不應被解釋為侷限或限制較廣發明性概念之範疇。
可參考圖4及圖5理解本發明之一或多項實施例之態樣。圖4之圖400係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。在於圖400中繪示之方法中，偵測(401)一目標區域中對額外無線服務之一需要。作為一第一層波束成形程序之部分，朝目標區域引導(402)一發信號波束，且作為一第二層波束成形程序之部分，取消(403)目標區域中之至少某些小區間干擾。
提供諸多實施例，其中可修改上文之方法及邏輯流程。舉例而 言，在諸多實施例中，偵測一目標區域中對額外無線服務之一需要包含偵測影響目標區域之一緊急情況及/或一小區設備故障。在一或多項實施例中，執行第二層波束成形程序包含在提供用於目標區域之無線服務中促進協調多點傳輸(CoMP)。在一或多項實施例中，執行第二層波束成形程序包含：用服務該目標區域之其他基地台執行聯合波束排程。此聯合波束排程可包含：使用瞬時頻道回饋資訊及/或所量測頻道回饋資訊以每一使用者為基礎計算一聯合波束成形向量。
圖5之圖500係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。在於圖500中繪示之方法中，偵測(501)來自一第一無線節點之一無線阻斷服務(WDoS)攻擊。朝第一無線節點引導(502)一發信號波束以抑制自第一無線節點發信號。在抑制此發信號的同時，可將服務提供(503)至其他無線節點。
圖6圖解說明根據本發明之一項實施例之當在無線通信中時可遭受干擾及/或竊聽之一傳輸器(Tx)及一接收器(Rx)。一傳輸器(Tx)610要求/需要在存在干擾器及竊聽器之情況下將安全資訊發送至一接收器(Rx)620。此一情境可在一軍事或戰術情況中出現。一干擾器630試圖中斷傳輸器Tx與接收器Rx之間之通信。一竊聽器640試圖解碼發送至接收器(Rx)之資訊。
根據本發明之原理之一或多項實施例可利用以下各項中之一或多者：- 一單個傳輸器或多個傳輸器，其可同時形成引導至相同使用者或至不同(若干)目標及/或使用者之多個波束；- 一傳輸器，其可同時使用多使用者多輸入多輸出(MU-MIMO)以傳輸、干擾、竊聽或其一組合。
圖7圖解說明根據本發明之一項實施例之可利用在存在敵手之情況下有益於戰術無線通信之波束成形技術之一實例性傳輸器(Tx)及一 實例性接收器(Rx)。圖7繪示一戰術通信場景實例，其中一Tx 710試圖將關鍵資訊安全地發送至Rx 720。在安全地發送關鍵資訊712時，為對抗干擾器730及竊聽器740之存在，傳輸器Tx可形成經波束化信號並朝干擾器及竊聽器引導該等經波束化信號。藉由故意地將經製造信號引導至竊聽器(例如，干擾竊聽器)714，TX可試圖使竊聽器解碼在Tx與Rx之間發送之關鍵資訊之可能性最小化。
此外，Tx 710亦可試圖對敵人傳輸器730(其在所圖解說明實例中與飛機干擾器共同定位，但亦可以其他方式定位)進行預防性地竊聽716。為預防性地竊聽，TX 710可使用波束成形技術放大可關注之敵人通信信號，以試圖解碼來自敵人之任何關鍵資訊或僅偵測敵人(或敵手)之活動。
Rx 720亦可使用波束成形技術來進一步增加來自所要傳輸器(亦即，Tx 710)之信號之位準722，以便增加接收所要信號之可能性。在Rx處採用之波束成形技術亦將使Rx能夠使由干擾器730發送之信號722無效。此外，Rx 720亦可使信號朝竊聽器740波束成形以故意地干擾竊聽器。
在另一實施例中，一傳輸器(在圖7中圖解說明之Tx及Rx處)可形成具有眾多自由度之波束，探測使信號彼此區別開之頻率、時間、空間、功率、碼序列及任何其他實體層參數之分集。
圖8a至圖8b圖解說明在一進攻性打擊中使用協調波束成形技術來導引對付敵人干擾之一攻擊飛彈之一實例。圖8a繪示一戰術通信場景實例，其中一導引飛彈810已經發射且在飛行中，以對一敵人進行一進攻性打擊。一敵人干擾器820(例如，配備有電子反制(ECM)能力之一敵人飛機)可持續對導引飛彈810之一干擾攻擊822。進攻部隊可利用傳輸器Tx 830來形成複數個波束化信號840(1)、840(2)並將其朝導引飛彈引導，以便增加接收安全地發送至關注區中之Rx 810之關鍵資 訊的可能性，並克服敵人試圖進行的干擾。圖8b繪示類似戰術通信場景，除複數個傳輸器Tx 832、834可用於形成複數個波束化信號842、844並將其朝導引飛彈引導之外。雖然在圖8b中僅圖解說明兩個傳輸器，但在其他實施例中可利用額外傳輸器。雖然在圖8b中一單個傳輸器經圖解說明為僅發射一單個波束，但每一傳輸器可發射一或多個波束。
圖9a至圖9b圖解說明使用協調波束成形技術來迷惑來自敵人之一攻擊飛彈且從而提供對付敵人飛彈之一防禦之一實例。圖9a繪示一戰術通信場景實例，其中一敵人導引飛彈910已經發射且在飛行中。一敵人飛機920可與敵人導引飛彈910通信。防禦部隊可利用傳輸器Tx 930來形成複數個波束化信號940(1)、940(2)，並將其朝敵人導引飛彈910引導以便減小接收來自敵人飛機920之關鍵資訊的可能性及/或迷惑敵人導引飛彈910。圖9b繪示類似的戰術通信場景，除複數個傳輸器Tx 932、934、936可用於形成複數個波束化信號942、944及946並將其朝敵人導引飛彈引導以外。雖然圖9b中僅圖解說明三個防禦性傳輸器，但在其他實施例中可利用額外傳輸器。雖然在圖9b中一單個傳輸器經圖解說明為僅發射一單個波束，但每一傳輸器可發射一或多個波束。
圖10圖解說明根據本發明之原理在一或多項實施例中實施之波束成形技術之一實例。在一項例項中，可在戰術(例如，電子戰爭/戰場)情境中採用此等實施例。將關鍵資訊自一指揮中心(例如，指揮中心單元#1 1010(1)、指揮中心單元#2 1010(2)、…指揮中心單元#N 1010(N)或其一組合)傳送至既定(若干)接收器(例如，接收器1020)。舉例而言，指揮中心可由數個指揮中心單元組成，該等指揮中心單元可使用一網狀網路連接技術互連以獲得最大可靠性。此外，每一指揮單元連接至能夠形成至一既定接收器之至少一個波束之若干個收發器 (例如，Tx1、Tx2、Tx3、…TxM)。在收發器(例如，Tx1、Tx2、Tx3、…TxM)處形成之波束可用於將來自數個指揮中心單元/指揮中心之資料同時傳送至多個接收器(為便於圖解說明僅展示一個接收器1020)。
更確切而言，每一收發器能夠在若干個波束TB上傳輸，及在若干個波束RB上接收。TB及RB係特定於收發器的。為簡單起見，圖10中之所有收發器經圖解說明為具有三(3)個波束(TB=RB=3)，其中為便於理解，對波束自左至右進行連續編號。舉例而言，一第一收發器(Tx1)能夠在波束1(B1)、波束2(B2)及波束3(B3)上傳輸；一第二收發器(Tx2)能夠在波束4(B4)、波束5(B5)及波束6(B6)上傳輸；一第M收發器能夠在波束k-2(Bk-2)、波束k-1(Bk-1)及波束k(Bk)上傳輸。如所圖解說明，當存在M個收發器且每一收發器具有三個波束時，波束之總數目係等於M×3之k。在一項實施例中，TB與RB可針對每一收發器而不同；且，TB與RB可具有大於0之一整數值。
根據本發明之原理，藉由在任何時刻智慧地判定以下各項中之一或多者而在指揮中心單元與既定目標及/或接收者之間傳送關鍵資訊：- 來自所有可用收發器之一組收發器；- 來自一選定收發器之所有可用波束之一組波束；及- 來自在一選定收發器之一選定波束上操作之所有可用通信資源之一組資源(例如，頻道、碼序列、其他實體層參數)。
在一項實施例中，經判定頻道可用於在指揮中心與接收器單元之間來回通信。在一項實施例中，經判定頻道可用於將發信號波束自指揮中心傳達至一(若干)敵人目標。指揮中心與接收器單元之間之通信可本質上係廣播、多播或單播。
可根據發送器(例如，(若干)指揮中心)與接收者兩者眾所周知之 一演算法作出對在一給定時間例項處使用之收發器、波束、資源(例如，頻道、秘密碼及諸如此類)之選擇以確保使用於調諧至適當通信頻道之搜尋時間最小化。資源選擇可依循由在傳輸側(亦即，指揮中心)處可用之智慧所判定之一序列/型樣。
在一項實施例中，可將接下來欲使用且既定接收器應調諧至其以便解碼關鍵資訊之該組通信頻道(例如，傳輸器、波束、頻率等)之序列/型樣經由一受到良好保護之頻道(例如，經受一定等級之加密(例如，強加密)之一頻道)明確地傳達至既定接收器。
在另一實施例中，可藉由使用與傳輸器及既定接收者互相已知之提示或秘密碼進一步傳送關於欲使用之該組通信頻道之資訊。此外，既定接收器可根據接收器眾所周知之一演算法判定將藉由處理某些資訊(例如，由傳輸器傳送之秘密碼)調諧至之通信頻道之序列。
圖10展示若干個通信例項，其中如下發送關鍵資訊：- 在時間t1處，由傳輸器Tx1使用頻道f1上之波束B2；- 在時間t2處，由傳輸器Tx6使用頻率f2上之波束B18；及- 在時間t3處，聯合地由傳輸器Tx1使用頻率f3上之B2及傳輸器TxM使用頻率f4上之Bk-2。
如所圖解說明，波束操控可用於產生具有不同PHY性質之唯一性空間頻道。可在任何時間處在一單個波束上或在多個波束上發送關鍵資訊。在於多個波束上發送關鍵資訊之情形中，既定接收器能夠組合並解碼跨多個波束發送之資訊。(若干)指揮中心單元/指揮中心可切換傳輸器、波束、頻道等等及諸如此類並可在任何時刻處使用彼等通信資源之任何組合，只要接收器可快速調諧至使用中之新組通信資源。
在任何情形中，由此處揭示之用於在傳輸器與既定接收器之間傳送關鍵資訊之實施例提供之分集之等級使一非既定接收者(竊聽器、敵人接收器)極其難以解碼關鍵資訊。
根據本文所揭示之原理，在一或多項實施例中，傳輸器及接收器中之任一者或兩者可對潛在竊聽器產生故意干擾。此概念亦在圖10中加以圖解說明，其中既定接收器使干擾竊聽器1050之一信號1030波束成形。此外，來自傳輸器Tx1至TxM之波束中之一或多者可另外用於故意地干擾竊聽器。
圖11係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。如在圖11中所圖解說明，(若干)指揮中心單元判定一組收發器、來自一選定收發器之所有可用波束之一組波束，以及用於將資訊傳輸至一目標接收器之一組資源。(若干)指揮中心單元判定來自所有可用收發器之一組收發器(例如，圖10之Tx1)。(若干)指揮中心單元判定來自一選定收發器之所有可用波束之一組波束(例如，圖10之B2)。(若干)指揮中心單元判定來自在一選定收發器之一選定波束上操作之所有可用通信資源之一組資源(例如，頻道、秘密碼、實體層資源及其他)(例如，一第一頻率f1)。
在一項實施例中，對收發器、波束、資源(例如，頻道、秘密碼)之組之判定依循為兩個發送器(例如，指揮中心及接受者)眾所周知之一演算法以使用於調諧至適當頻道之搜尋時間最小化。
在一項實施例中，經由一受良好保護之頻道(例如，經受一定等級之加密(諸如，強加密))將對收發器、波束、資源(例如，頻道、秘密碼)之組之判定明確地傳達至既定接收器。
在一項實施例中，使用與傳輸器及既定接收者互相已知之提示或秘密碼將對收發器、波束、資源(例如，頻道、秘密碼)之組之判定傳送至既定接收器。此外，既定接收器可根據為接收器眾所周知之一演算法判定欲藉由處理某些資訊(例如，由傳輸器傳送之秘密碼)調諧至之通信頻道之序列。
視情況，傳輸器(及接收器)可進一步形成額外波束以產生對潛在 竊聽器之故意干擾。
(若干)指揮中心單元然後指示收發器(必要時，Tx1至TxM)按照所判定收發器、波束、資源之組進行傳輸。
(若干)指揮中心然後判定彼事件已發生，使得收發器、波束及資源之組應再新(例如，計時器期滿、雜訊高於臨限值)並迴圈至開始。
圖12a、圖12b及圖12c係根據本發明之一或多項實施例之功能性之一邏輯流程圖。
如在圖12a中所圖解說明，在時間T0處，(若干)指揮中心單元判定一組收發器、來自一選定收發器之所有可用波束之一組波束，以及用於將資訊傳輸至一目標接收器之一組資源。(若干)指揮中心單元判定來自所有可用收發器之一組收發器(例如，圖10之Tx1)。(若干)指揮中心單元判定來自一選定收發器之所有可用波束之一組波束(例如，圖10之B2)。(若干)指揮中心單元判定來自在一選定收發器之一選定波束上操作之所有可用通信資源之一組資源(例如，頻道、秘密碼、實體層資源及其他)(例如，一第一頻率f1)。除了其他方法，對收發器、波束、資源之組之判定亦可藉由以下步驟來判定：藉由依循為兩個發送器眾所周知之一演算法、透過經由一受良好保護之頻道明確傳達至既定接收器，或藉由使用與傳輸器及既定接收者互相已知或需要根據為接收器眾所周知之一演算法進行進一步處理之提示或秘密碼來傳送至既定接收器。
(若干)指揮中心亦判定當收發器、波束及資源之組將再新並啟動被設定至T1之一計時器時之時間T1。(若干)傳輸器傳輸一每一經判定收發器、波束及資源之組，直至計時器期滿。
繼續至圖12b，隨著時間推移，時間前進至時間T1。在時間T1處，(若干)指揮中心單元判定：來自所有可用收發器之另一組收發器(例如，圖10之Tx6)；來自一選定收發器之所有可用波束之一組波束 (例如，圖10之B18)；及來自在一選定收發器之一選定波束上操作之所有可用通信資源之一組資源(例如，頻道、秘密碼)(例如，另一頻率f2)。此外，視情況，傳輸器(及接收器)可進一步形成額外波束以產生對潛在竊聽器之故意干擾。
(若干)指揮中心亦判定當收發器、波束及資源之組將再新並啟動被設定至T2之一計時器時之一時間T2。(若干)傳輸器再次在經判定組之收發器、波束及資源上傳輸，直至計時器T2期滿。
繼續至圖12c，隨著時間推移，時間前進至時間T2。在時間T2處，(若干)指揮中心單元判定：來自用於聯合傳輸之所有可用收發器之再一組收發器(例如，圖10中之Tx1及TxM)；來自一選定收發器之所有可用波束之一組波束(例如，圖10中之Tx1上之B2及TxM上之Bk-2)；及來自在一選定收發器之一選定波束上操作之所有可用通信資源之一組資源(例如，頻道、秘密碼)(例如，Tx1/B2上之一第三頻率f3及TxM/Bk-2上之一第四頻率f4)。在經判定組之收發器、波束、資源上傳達信號。
既定接收器組合並解碼跨波束B2及Bk-2聯合發送之資訊。傳輸器與接收器中之一者或兩者可進一步形成額外波束以產生對潛在竊聽器之故意干擾。
(若干)指揮中心判定當收發器、波束及資源之組將再新並啟動被設定至T3之一計時器時之時間T3。(若干)傳輸器再次在經判定組之收發器、波束及資源上傳輸，直至計時器T3期滿。
圖13繪示適用於執行本文中所闡述之功能之一電腦之一高階方塊圖。電腦1300包含一處理器1302(例如，一中央處理單元(CPU)或其他適用處理器)及一記憶體1304(例如，隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)及諸如此類)。
電腦1300亦可包含一協調模組/處理程序1305。協調處理程序 1305可載入至記憶體1304中並由處理器1302執行以實施如本文中所論述之功能，且因此，協調處理程序1305(包含相關聯資料結構)可儲存於一電腦可讀儲存媒體(例如，RAM記憶體、磁性或光學磁碟機或磁片及諸如此類)上。
電腦1300亦可包含一或多個輸入/輸出器件1306(例如，一使用者輸入器件(諸如，一鍵盤、一小鍵盤、一滑鼠等)、一使用者輸出器件(諸如，一顯示器、一揚聲器等)、一輸入埠、一輸出埠、一接收器、一傳輸器、一或多個儲存器件(例如，一磁帶機、一軟碟機、一硬式磁碟機、一光碟機及諸如此類)或諸如此類，以及其各種組合)。
將瞭解，在圖13中繪示之電腦1300提供適於實施本文闡述之功能元件或本文闡述之功能元件之部分之一一般構造及功能性。舉例而言，電腦1300提供適於實施圖10之指揮中心單元1010、TxM及接收器1020或諸如此類中之一或多者之一一般架構及功能性。
熟習此項技術者將容易地認識到，可藉由經程式化電腦來執行上文闡述之各種方法之步驟。在本文中，某些實施例意欲涵蓋程式儲存器件(例如，數位資料儲存媒體)，該等程式儲存器件係機器或電腦可讀的且編碼指令之機器可執行或電腦可執行程式，其中該等指令執行本文中所闡述之方法中之一或多者之步驟中之某些或全部步驟。程式儲存器件可係非暫時性媒體，例如，數位記憶體、磁性儲存媒體(諸如，一磁碟或磁帶)、硬碟機或光學可讀數位資料儲存媒體。在一或多項實施例中，不包括信號之有形媒體可包含一指令集，該指令集當被執行時可操作以執行所闡述方法中之一或多者。所提供實施例亦意欲在經程式化以執行本文中所闡述之方法之該等步驟之電腦中實現。
上文已針對本發明之特定實施例闡述了益處、其他優點及問題解決方案。然而，該等益處、優點、問題解決方案及可致使或引起此 等益處、優點或解決方案或致使此等益處、優點或解決方案變得更突出之任何元件皆不應被解釋為任何或所有請求項之一關鍵、必需或基本之特徵或元件。
如本文中以及在隨附申請專利範圍中所使用，術語「包括(comprises、comprising)」或其任何其他變化形式皆意欲係指一非排他性包含，使得包括一元件清單之一處理程序、方法、製品或裝置不僅包含該清單中之彼等元件，而且可包含其他未明確列出或此程序、方法、製品或裝置所固有之元件。如本文所使用之術語「一(a或an)」被定義為一個或一個以上。如本文所使用之術語「複數個」被定義為兩個或兩個以上。如本文所使用之術語「另一」被定義為至少一第二者或以上。除非本文另有指示，使用關係型術語(若有)(諸如，第一與第二、頂部與底部及諸如此類)僅用於區別一個實體或行動與另一實體或行動而不必要要求或暗示此等實體或行動之間之任何實際之此關係或次序。
如本文所使用之術語「包含(including)」及/或「具有(having)」被定義為包括(亦即，開放性語言)。如本文所使用之術語「耦合(coupled)」被定義為連接，但未必直接地連接，且未必機械地連接。自文字「指示(indicating)」(例如，「指示(indicates)」或「指示(indication)」)衍生之術語意欲涵蓋可用於傳達或參考所指示之物件/資訊之所有各種技術。可用於傳達或引用所指示之物件/資訊之技術之某些而非所有實例包含傳送所指示之物件/資訊、傳送所指示之物件/資訊之一識別符、傳送用於產生所指示之物件/資訊之資訊、傳送所指示之物件/資訊之某一部或部分、傳送所指示之物件/資訊之某一導出，以及傳送表示所指示之物件/資訊之某些符號。
101‧‧‧附近基地台
102‧‧‧附近基地台
103‧‧‧附近基地台
104‧‧‧附近基地台
105‧‧‧附近基地台
110‧‧‧特定地理區域

Claims (18)

  1. 一種戰術通信之方法，該方法包括：接收指示與一目標區域相關聯之一戰術情況的資訊，其中該戰術情況係飛行中之一飛彈、一竊聽器、一信號干擾器及位於該目標區域中之一收發器中之一者；執行包含指示自一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸複數個發信號波束之一波束成形程序；執行包含指示自另一組之一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸另一(another)或多個發信號波束之另一波束成形程序；及同時(i)自該一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸該複數個發信號波束及(ii)自該另一組之一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸該另一或多個發信號波束，其中該另一組之一或多個傳輸器不與該一或多個傳輸器共同定位(co-located)。
  2. 如請求項1之方法，其中執行該另一波束成形程序包括：根據位於該目標區域中之該收發器已知之一演算法判定該一或多個傳輸器之該另一或多個發信號波束；經由一受到良好保護之頻道將該一或多個傳輸器之該另一或多個發信號波束之一識別碼明確傳達至位於該目標區域中之該收發器；或使用與該一或多個傳輸器及該收發器互相已知之提示或秘密碼將該一或多個傳輸器之該另一或多個發信號波束之該識別碼傳送至位於該目標區域中之該收發器。
  3. 如請求項1之方法，其中該戰術情況係與一敵軍相關聯，且其中該複數個發信號波束係用於產生用於抑制由該敵軍進行之通信的干擾。
  4. 如請求項1之方法，其中該戰術情況係與一友軍相關聯，且其中該複數個發信號波束用於產生用於增強與該友軍之通信的可解碼信號。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括：判定與該戰術情況相關聯之該目標區域，其中該目標區域係該戰術情況之一當前位置或該戰術情況之一預期未來位置。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括以下各步驟中之至少一者：判定來自可用於朝該目標區域傳輸之一組傳輸器之該一或多個傳輸器；判定來自在該一或多個傳輸器處可用之一組波束之該複數個波束；及判定來自可用於該一或多個傳輸器之該複數個波束之操作之一組通信資源的資源。
  7. 如請求項6之方法，其中可用於操作之該組通信資源包含一或多個實體層參數，該實體層參數包含一頻率、頻道、時間、空間、功率及碼序列中之至少一者。
  8. 如請求項1之方法，其中執行該波束成形程序包含：用該一或多個傳輸器執行聯合波束排程，該一或多個傳輸器係能夠服務該目標區域之一組傳輸器之部分。
  9. 如請求項8之方法，其中藉由能夠服務該目標區域之該一或多個傳輸器以執行聯合波束排程包含：使用瞬時頻道回饋資訊或所量測頻道回饋資訊中之至少一者而以每一使用者為基礎來計算一聯合波束成形向量。
  10. 一種用於在一通信系統中執行如請求項1之方法之網路設備，該網路設備經組態以與該系統中之其他設備通信，該網路設備包含一處理器及一相關聯記憶體單元，該處理器經組態以 接收指示與一目標區域相關聯之一戰術情況的資訊，其中該戰術情況係飛行中之一飛彈、一竊聽器、一信號干擾器及位於一目標區域中之一收發器中之一者；及執行包含指示自一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸複數個發信號波束之一波束成形程序，其中：該網路設備進一步包括該一或多個傳輸器及另一組之一或多個傳輸器；該另一組之一或多個傳輸器不與該一或多個傳輸器共同定位；及該網路設備進一步經組態以同時(i)自該一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸該複數個發信號波束及(ii)自該另一組之一或多個傳輸器朝該目標區域傳輸該另一或多個發信號波束。
  11. 如請求項10之網路設備，其中該處理器經組態以判定該戰術情況係與一敵軍相關聯，且其中該複數個發信號波束係用於產生用於抑制由該敵軍進行之通信的干擾。
  12. 如請求項10之網路設備，其中處理器經組態以判定該戰術情況係與一友軍相關聯，且其中該複數個發信號波束用於產生用於增強與該友軍之通信的可解碼信號。
  13. 如請求項10之網路設備，其中處理器經組態以判定與該戰術情況相關聯之該目標區域，其中該目標區域係該戰術情況之一當前位置或該戰術情況之一預期未來位置。
  14. 如請求項10之網路設備，其中處理器經組態以進行以下各步驟中之至少一者：判定來自可用於朝該目標區域傳輸之一組傳輸器之該一或多個傳輸器；判定來自在該一或多個傳輸器處可用之一組波束之該複數個 波束；及判定來自可用於該一或多個傳輸器之該複數個波束之操作之一組通信資源的資源。
  15. 如請求項10之網路設備，其中該一或多個傳輸器能夠服務該目標區域，其中該處理器經組態以用能夠服務該目標區域之一組收發器來執行聯合波束排程以判定該一或多個傳輸器；及將一聯合波束排程以信號形式發送至該一或多個傳輸器。
  16. 如請求項10之網路設備，進一步包括該一或多個傳輸器。
  17. 如請求項10之網路設備，其中：該戰術情況係飛行中之一飛彈；飛行中之該飛彈包括在該系統中之其他設備；及自該一或多個傳輸器之該傳輸複數個發信號波束經調適以克服對飛行中之該飛彈之一試圖進行的干擾。
  18. 如請求項10之網路設備，其中：該戰術情況係飛行中之一飛彈；自該一或多個傳輸器之該傳輸複數個發信號波束係對準朝向飛行中之該飛彈及經調適以干擾由一敵人與飛行中之該飛彈之通信。
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