无线通信系统中波束成形的调整.pdf

一种用于调整一无线通信系统中两通信实体间的波束成形使用的方法及系统。该两实体可通信关于其各别的波束成形使用的控制信息。可提供用于至少一实体的一校正因子，其中该实体可降低或抑制其波束调整，以校正该实体的波束相关于与其通信的另一实体波束的量测调正误差。可根据通信周围的条件为基础，选择用于调整波束的调整参数。

1.  一种调整两通信实体间波束成形的使用的方法，其中关于波束成形使用的控制信息未在该两实体间通信，该方法的步骤包括：
选择该两通信实体其中之一来缩减一总量，其中该选定实体将调整其波束以响应辐射自该两实体的波束间的失准；
测量辐射自该两通信实体的波束的一调正误差；
选择至少一调整参数，以调整该选定实体的波束；及
利用该选定调整参数来调整该选定实体的波束。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于该两通信实体系一基地台及一WTRU。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于该两通信实体是两WTRU。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于该至少一调整参数是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：
重复所述的测量及调整步骤，直到所测量的误差低于一既定数值为止。

6.  一种调整两通信实体间波束成形的使用的方法，其特征在于关于波束成形使用的控制信息是在该两实体间通信，该方法的步骤包括：
测量辐射自该两通信实体的波束的一调正误差；
为该两通信实体中的一第一者，选择至少一调整参数；
确认该第一实体的一第一校正因子；
为该两通信实体中的一第二者，选择至少一调整参数；
确认用于该第二实体的一第二校正因子；及
以等于该测量误差乘以所述的实体各别校正因子的一总量来调整该两通信实体的波束。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于该两通信实体是一基地台及一WTRU。

8.  如权利要求6所述的方法，其特征在于该两通信实体是两WTRU。

9.  如权利要求6所述的方法，其特征在于一实体的校正因子为零，以使该实体限制调整其波束。

10.  如权利要求6所述的方法，其特征在于该第一实体的至少一调整参数，是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

11.  如权利要求6所述的方法，其特征在于该第二实体的至少一调整参数，是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

12.  一种调整两通信实体间波束成形的使用的方法，该方法的步骤包括：
为每一所述的实体选择用于方位维度上的一第一校正因子及一第一调整参数，其中该两第一校正因子的总和等于1；
为每一所述的实体选择用于高度维度上的一第二校正因子及一第二调整参数，其中该两第二校正因子的总和等于1；
测量辐射自该两互相通信实体的波束在方位维度上的一调正误差；
测量辐射自该两通信实体的波束在高度维度上的一调正误差；
依据该两实体各别的第一校正因子，利用该两第一调整参数来调整该两实体的波束，其中一误差是在方位维度上检测；及
依据该两实体各别的第二校正因子，利用该两第二调整参数来调整其波束，其中一误差是在高度维度上检测。

13.  如权利要求12所述的方法，其特征在于该两第一调整参数是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

14.  如权利要求13所述的方法，其特征在于该两实体的该两第一调整参数为相等。

15.  如权利要求13所述的方法，其特征在于该两实体的该两第一调整参数为不相同。

16.  如权利要求12所述的方法，其特征在于该两第二调整参数是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

17.  如权利要求16所述的方法，其特征在于该两实体的该两第二调整参数为相等。

18.  如权利要求16所述的方法，其特征在于该两实体的该两第二调整参数为不相同。

19.  一种调整两通信实体间波束成形的使用的方法，其特征在于关于波束成形使用的控制信息是在该两实体间通信，该方法的步骤包括：
为每一所述的实体选择一第一校正因子及至少一调整参数；
在每一实体，测量辐射自该两通信实体的波束的一调正误差；及
依据该两实体各别的校正因子及误差测量，利用所述的选定参数来调整所述的波束。

20.  如权利要求19所述的方法，其特征在于该至少一调整参数是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

21.  如权利要求19所述的方法，其特征在于该至少一调整参数为复数个调整参数。

22.  如权利要求21所述的方法，其特征在于该复数个调整参数是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

23.  一种无线通信系统，其中可调整复数个波束，以加强操作于该系统内的无线实体间的无线通信，该无线通信系统包括：
复数个无线实体，所述的实体能够使用波束成形传输及接收形态来通信，且包含一处理器，用于测量其本身的波束及与其通信的另一实体的波束的一调正误差；及
其中该两通信无线实体至少其中之一是选择至少一调整参数，以调整其波束，达与该另一无线实体波束有关的其波束调正所测量误差的一分数。

24.  如权利要求23所述的无线通信系统，其特征在于该至少一通信无线实体的处理器是配置成，以等于该分数乘以该测量误差的一总量来调整该至少一无线实体的波束。

25.  如权利要求23所述的无线通信系统，其特征在于该至少一通信无线实体的处理器是配置成，选择至少一调整参数来执行该调整。

26.  如权利要求25所述的无线通信系统，其特征在于该至少一调整参数是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

27.  一种无线传输/接收单元(WTRU)，配置成使其波束与另一无线实体的波束保持调正，该另一无线实体是与该WTRU通信，该WTRU包括：
一第一处理器，配置成测量辐射自该WTRU的一第一波束与辐射自该另一无线实体的一第二波束的一调正误差；
其中该第一处理器尚配置成，选择至少一调整参数，以调整该第一波束；及
一第二处理器，配置成计算一第一分数，且利用该至少一选定参数，以等于该第一分数乘以该测量误差的一总量来调整该第一波束。

28.  如权利要求27所述的WTRU，其特征在于还包括：
一传输器，配置成将该WTRU用于调整其波束的该测量误差分数传输至与该WTRU通信的该无线实体。

29.  如权利要求28所述的WTRU，其特征在于还包括：
一接收器，配置成自与该WTRU通信的该无线实体处接收该实体用于调整其波束的一第二分数；及
其中当接收到第二分数时，该第二处理器是配置成，通过扣除1减去该第二分数来计算出该第一分数，以及等于该第一分数乘以该测量误差一总量来调整该第一波束。

30.  如权利要求29所述的WTRU，其特征在于与该WTRU通信的该无线实体是另一WTRU。

31.  如权利要求29所述的WTRU，其特征在于与该WTRU通信的该无线实体是一基地台。

32.  如权利要求27所述的WTRU，其特征在于该至少一调整参数是选自由瞄准线方位、波束宽度及功率增益所组成的一群组。

33.  一种调整两通信实体间波束成形的使用的方法，该方法的步骤包括：
利用波束成形传输与接收信号以缩减互相通信的两通信实体至少其一的一波束的至少一调整参数，其中辐射自该两实体的波束间的一调正程度是高于一既定时间长度的一既定位准。

34.  如权利要求33所述的方法，其特征在于减小的该至少一调整参数为波束宽度。

35.  如权利要求33所述的方法，其特征在于减小的该至少一调整参数为功率增益。

36.  如权利要求33所述的方法，其特征在于减小的该至少一调整参数为波束宽度及功率增益。

无线通信系统中波束成形的调整
技术领域
本发明有关无线通信系统。更具体说，本发明是有关无线电通信系统中波束成形的调整。
背景技术
一般而言，波束成形是传输或接收信号功率朝向一各别预期接收器或传输器的方向集中者。传输与接收信号两者，皆可由对照全向性形态的波束成形形态中受益。就一传输器方面，波束成形可减少实施传输所需的功率，且使可对非预期接收器造成干扰的功率降低。就一接收器方面，波束成形可增强需求的接收信号，且降低因更远离一传输主轴的其它传输器或信号源所造成的干扰。
请参考图1，波束成形通常与譬如微波电塔10、12等固定设施相关联。这是因为其可相对较容易地使微波电塔10、12的静态传输与接收波束互相对准，如图1所示。所述的电塔架设所在的结构，及利用的波束宽度，仅需充份稳定，使波束保持重叠，即可提供可靠的传输。倘若因结构或电气的不稳定性而造成电塔或波束不稳定，则波束将无法适当地重叠，如图2所示。然而，在这种情境下，由于波束是自两个固定位置传输出，且失准程度典型地相对较不严重，因此相对较容易校正。
然而，随着无线通信系统容量与涵盖需求快速地成长，基地台与无线传输/接收单元(WTRU)之间亦可使用波束成形。现在请参考图3，其中显示出使用波束成形的一基地台20、及使用一全向性形态的一WTRU22。忽略波束上可能的外部干扰(亦即，实物障碍)，基地台20应具有一适度静态的形态定位。另一方面，WTRU22将可承受任何方向的旋转与位置运动。倘若WTRU22的传输形态确实为全向性(亦即，近似圆形)，则旋转将对通信链接无任何影响。然而，位置运动将引发一问题，即其可改变WTRU22与基地台20通信链接的关系。譬如，在图3中，WTRU22起初是放射出全向性形态24，且接着改变位置并开始放射出全向性形态26。基地台20将因此而必须校正其波束，以保持接触。当然，极度改变者可能需要切换至另一基地台，这是称为转移(或交递)，且可在现存无线通信系统中自然地发生。
现在请参考图4，基地台30是使用一全向性形态，且WTRU32是使用波束成形。在此，将引入又一问题，即由于WTRU是使用波束成形，因此现在位置运动及旋转将可使基地台30与WTRU32之间的形态重叠退化。譬如，在这种情境下，WTRU32起初是放射出波束形态34，且接着将因旋转或位置运动、或着该两者而改变定位，并开始放射波束形态36。然而，亦可使用上述的转移来处理这种状况，这是现存系统的一既存能力。请注意到，经常可在无线系统中发现到的一分区形态，可用来取代基地台30的全向性形态。其关键在于，基地台30可环绕着其位置提供完全涵盖，使得同时WTRU32的旋转及位置运动需要区块间的转移，而此为现存无线系统的一既存能力。
然而，如图5所示，当两实体(亦即一基地台及WTRU)皆使用波束成形时，一WTRU40的运动(请参阅虚线图案者)更可能中断形态的重叠。亦即，尽管波束成形可在使用适当调正形态时改善通信，但WTRU与基地台两者皆使用波束成形时将还可能失准，因此使链接的建立与保持更加费时且困难。
譬如，在图6中，「调整前」情况是显示两个失准的波束。在先前技术中，所述的波束起源的实体Xa、Xb(所述者可为一基地台或WTRU)两者可决定一调整，以较佳地调正所述的波束，但因该两者并不确知对方的工作情形，因此皆执行必须的调整。因此，净调整将造成一合成调正误差，其与原始误差大体上相等，但波束是指向不同方向，如「调整后」情况所示。当企图实施下次调整时，将发生相同情形，而因此造成波束发生，环绕着最佳化波束调正的一振荡形态。重要地请注意到，在复数个波束测量或实际调整之间，并无任何隐含的时序关系。因此，造成这种问题的唯一必要情况在于，某一实体所实施的测量及执行的合成调整，是与另一实体处发生的相同测量及合成调整的时间重叠。
因此，亟需一种用于无线通信系统中波束成形的调整的方法及系统。
发明内容
本发明是一种用于调整一无线通信系统中两通信实体间的波束成形使用的方法及系统。该两实体可沟通关于其各别的波束成形使用的控制信息。可提供用于至少一实体的一校正因子，其中该实体可降低或抑制其波束调整，以校正该实体的波束相关于与其通信的另一实体的测量调正误差。
本发明的另一具体实施例可应用在，当所述的实体其中之一或两者并不确知另一个是否能够形成波束之时。因此，可计算得一校正因子，且提供某一实体使用，该因子的型式是使得不论另一实体是否能够形成波束、或着另一实体是否利用本发明，皆得以实行。
可使用任何调整波束用的适当调整参数、或其任何组合，来调整所述的波束。亦即，可通过调整一单一调整参数、复数个可用调整参数的一特殊组合、或所有可用参数，来调整一波束，以校正测量到的误差。另外高度与方位维度上可使用相同或不同的调整参数。类似地，两互相通信的实体可使用相同或不同的调整参数。
附图说明
图1是示出依据先前技术，具有适当调正的波束成形式传输的一固定传输器及一固定接收器。
图2是示出依据先前技术，具有已变得失准的波束成形式传输的一固定传输器及一固定接收器。
图3是示出依据先前技术的使用波束成形的一基地台、及使用一全向性形态的一WTRU。
图4是示出依据先前技术的使用一全向性形态的一基地台、及使用波束成形的一WTRU。
图5是示出依据先前技术的一基地台及一WTRU，其各别的波束可因该WTRU的运动而变得失准。
图6是示出依据先前技术，企图校正其各自波束地失准的两实体Xa、Xb(该两者可为一基地台或一WTRU)。
图7是图标出一传输形态方案范例的表格，其中一基地台及WTRU能够实施波束成形。
图8a是示出依据本发明一第一具体实施例，可校正各自波束在一方位维度上的失准的一基地台及一WTRU。
图8b是示出依据本发明一第一具体实施例，可校正各自波束在一高度维度上的失准的一基地台及一WTRU。
图9a是示出依据本发明一第二具体实施例，可校正各自波束在一方位维度上的失准的一基地台及一WTRU。
图9b是示出依据本发明一第二具体实施例，可校正各自波束在一高度维度上的失准的一基地台及一WTRU。
图10是示出一无线通信系统，其中操作于该系统内的无线实体可调整其波束，以加强该系统内的通信。
具体实施方式
在此，一无线传输/接收单元(WTRU)包括但不限于一使用者终端设备、移动电话基地台、固定或移动用户单元、呼叫器、或任何能够在一无线环境中操作的其它型式装置。在此讨论中，一基地台包括但不限于一节点B、网点控制器、存取点、或任何能够在一无线环境中操作的其它型式接口装置。
另外，重要的要注意到，如同任何形态的天线，附图显示的一波束轮廓，仅为信号在其形态内自最大能量衰减一特定量的描绘。信号实际上可延伸超越该轮廓，但将处于一额外衰减的位准。此中附图所显示的形态是描绘出可能发生通信的位准。这些位准事实上是受到传输器与接收器两者的能力所支配。当显示出重叠时，即意指适合在一般条件下提供可接受通信效果的形态。
为了简化起见，在此是显示及描述单维度传输形态。然而，重要的是要注意到，此中所显示及描述的波束失准、及据此实施的任何调整，不仅可存在于方位(即，水平)或高度(即，垂直)维度上，且亦可在该两者的一组合上。亦即，此中所显示及描述的失准波束，可在方位维度、高度维度、或其组合上失准。相似地，可在方位维度、高度维度、或其组合上执行，依据本发明且为了校正失准波束所作的调整。另外，此处的波束宽度可为水平波束宽度或垂直波束宽度。亦即，当通过调整波束宽度来调整该波束前，即可调整该波束的水平波束宽度、垂直波束宽度、或其组合。
为了方便说明，可在一基地台与WTRU之间描述本发明，但当然可依需求而在WTRU之间实现。一旦在一无线通信系统与一WTRU之间建立接触，该两者即可协商波束成形的使用。仅在WTRU的旋转与位置(方位与高度两者)视为充份稳定时，两实体才得协议波束成形。这可譬如为由WTRU与使用者的交互作用、WTRU中的运动传感器、或监视通信信道特征而建立的一WTRU设定。来自每一实体的实际波束成形程度是可用功率、距离、及超脱于收发器控制以外的缓和因子(譬如退化、多重路径、环境条件)的一函数，且相关于功率消耗、及来自与传递至其它收发器的干扰作较佳地最佳化。
图7中的图表可提供上链与下链两者相关于波束成形使用的四种方案范例。用于每一方向的方案，是应用需求，装置能力、无线电频率(RF)环境、及每一装置的物理稳定性等的一函数。在某些环境下，其在一给定方向上的运用可不相同。例如，高速标定(targeted)下载可由一紧凑下链波束，在发送器与接收器两者处最佳化地服务(方案72、74)，而一上链认可(acknowledge)信道可由一全向性传输及波束成形接收器较佳地服务(方案76)，以保证迅速且可靠地检测认可(ack)或否认(nack)控制信号。
在一第一具体实施例中，无线通信系统、及在其中操作的WTRU，将无法沟通及协商对其各自波束成形使用的控制。此为波束成形在网络或装置中的布置所造成，而所述的布置譬如并未在一给定区域中通报或协商其运用。两实体对波束成形的运用将因此出现问题，如先前结合图6解说的。
因此，于第一具体实施例中，在譬如方案72及74等情况下的波束成形控制，是以一非调整型式实施，以使失准波束的调整最佳化，且防止波束成为振荡形态，如结合先前技术解说的。现在请参考图8a的「调整前」部份，该附图是两个实体及其波束的平面图，其中两互相通信的实体80、82至少其中之一、例如80将实施一校正(亦即，一调整)，该校正相等于其各别波束84、86失准角度的一分数(fraction)。亦即，实体80将实施一调整，且该调整为误差测量值的一分数。在这种情况下，于起初数次校正反复叠代之后，仍具有一定程度的失准。例如，倘若某一实体企图实施一完全校正，且另一个正实现本发明，则在达到需求调正程度之前的任何反复叠代，将造成一过冲(overshoot)状态，如图8a的「调整后」部份所示。另一选择为，倘若某一实体并未调整其波束、或两实体皆正使用本发明的程序，且调整的分数少于误差之半，则每一调整的波束皆下冲(undershoot)。倘若前句中的校正因子大于误差之半，则波束将过冲。校正因子与误差测量值的其它百分比组合，将造成下冲或过冲。然而，在所有情况下，失准的程度将随着每次叠代而逐渐下降，其中只要某一实体正实现本发明(亦即，执行一调整，且该调整为误差测量的一分数)，即可收敛于一需求调正程度。一旦已达到需求的调正程度，则可结束调整，直到再次检测得低于该需求调正程度的一调正程度为止。当然，该需求调正程度可依据操作者的偏好而设定。
为了进一步阐述在第一具体实施例中如何达成波束调正，现在请参考以下所示的第一表。第一表中是显示出三种范例方案，其中使用的调整分数(即校正分数)为一半(0.5)。误差测量值与调整值是以角度计。在每一方案中，实体「A」正使用本发明，而实体「B」则否。
                             第一表
            方案1：重叠调整周期