天線控制方法與系統的制作方法

天線控制方法與系統的制作方法
【專利摘要】本發明揭露了一種天線控制方法與系統。定義多組衰減參數與延遲參數。獲取一客戶端裝置與一基地臺的對應于多個遠程天線單元的多個通道響應。依據該些通道響應計算對應該些組衰減參數與延遲參數的多個通道特征值，該些通道特征值反應基地臺與客戶端裝置間的數據傳輸量。依據一默認通道特征值，選擇并輸出對應的該組衰減參數與延遲參數。
【專利說明】天線控制方法與系統
【技術領域】
[0001]發明涉及一種天線控制方法與系統。
【背景技術】
[0002]隨著日漸高漲的環保意識以及節能經濟的考慮，大眾運輸系統成為優先考慮的重 要建設。在大眾運輸系統的通訊服務架構上，目前通常采用結合車對內網絡與車對外網絡 的兩段式服務架構以提供眾多乘客在單一行進車廂內完整的移動通訊服務。
[0003]光纖微波(Radio over Fiber, RoF)技術已被廣泛應用于隧道或建筑物等信號接 收質量較差的地點。近年來，光纖微波技術更結合軌道通訊系統，將微波信號先轉換成光信 號送至遠方目的地再轉回電信號，故可傳送高頻信號至較遠距離而不會快速衰減。在移動 通訊中，受限于基地臺涵蓋范圍而會發生換手(Hand Over,Hand Off)的情形。過于頻繁的 換手情形可能會導致數據傳輸效能大幅下降，甚至無法提供服務的情形，此一現象在高速 移動通訊中影響更為明顯。
[0004]因大眾運輸系統具有可預期性移動的特性，更進一步地，于軌道通訊系統中，固 定基地臺結合光纖微波技術的概念被提出以形成分布式天線系統(Distributed Antenna System, DAS),可延伸基地臺涵蓋范圍。同時，并可通過射頻控制方法達成移動基地臺 (moving cell)以避免換手的情形發生。然而，光纖微波技術在通訊系統中所傳送的信號為 同頻，可能會導致多重路徑(multipath)效應。對移動通訊系統而言，時域的多重路徑效應 會造成頻域上的通道變化，當多重路徑又具備相近的能量分布時影響更劇。
[0005]舉例來說，當列車在兩個遠程天線單元(Remote Antenna Unit, RAU)間移動時,具 備相近能量的多重路徑情況容易出現，進而導致接收質量下降，甚至被迫中斷通訊。有提出 過采用基地臺結合選擇服務天線來達成單一直視波(Line of Sight，LoS)信號以減少多重 路徑效應。當應用于分頻多任務(frequencydomain multiplexing)系統中，基地臺端控制 裝置會選擇最接近移動臺的遠程天線單元作為服務天線單元并關閉其他遠程天線單元發 送接收信號，減少多重路徑效應。
[0006]在布建分布式天線系統時，有提出過將基地臺到每一個遠程天線單元的線路以接 線或加上電子延遲裝置的方式來補償成相同的傳輸延遲時間。然而，上述的作法需要額外 的光纖或電子延遲裝置。分布式天線系統中傳輸延遲時間包含光纖與空氣間的信號傳遞， 而信號在光纖中傳輸速度較在空氣間慢；而使用的光纖長度越長，可容許的純空氣中傳送 涵蓋范圍就越小。若想把信號延伸較遠則需要較高密度布建方式；反之，一般而言若想提升 單一天線涵蓋范圍則不能使用較長的光纖，整體的涵蓋范圍較無法提升。

【發明內容】

[0007]本發明的目的在于，提供一種天線控制方法與系統，能夠有效解決天線系統的多 重路徑效應問題。此外，本發明提出的非對稱式天線系統，能夠降低天線系統進行通道調整 時的運算復雜度，并節省天線系統的布建成本。[0008]根據本發明一實施范例，提出一種天線控制方法，包括下列步驟。定義多組衰減參 數與延遲參數。獲取一客戶端裝置與一基地臺的對應于多個遠程天線單元的多個通道響 應。依據該些通道響應計算對應該些組衰減參數與延遲參數的多個通道特征值，該些通道 特征值反應該基地臺與該客戶端裝置間的數據傳輸量。依據一默認數據傳輸量，選擇并輸 出對應的該組衰減參數與延遲參數。
[0009]根據本發明一實施范例，提出一種天線控制系統，包括一測量模塊、一控制模塊以 及一延遲與衰減模塊。測量模塊獲取一客戶端裝置與一基地臺的對應于多個遠程天線單元 的多個通道響應。控制模塊依據該些通道響應計算對應多組衰減參數與延遲參數的多個通 道特征值，該些通道特征值反應該基地臺與該客戶端裝置間的數據傳輸量。控制模塊依據 一默認通道特征值，選擇并輸出對應的特征值該組衰減參數與延遲參數。延遲與衰減模塊 實現由該控制模塊輸出的該組衰減參數與延遲參數。
[0010]根據本發明一實施范例，提出一種天線控制系統，包括多個遠程天線區塊、一測量 模塊、一控制模塊以及一延遲與衰減模塊。每一個遠程天線區塊包括一第一遠程天線單元 與一第二遠程天線單元，第一遠程天線單元與一基地臺間的距離大于第二遠程天線單元與 該基地臺間的距離。測量模塊獲取一客戶端裝置對應于該些遠程天線單元的多個通道響 應。控制模塊依據該些通道響應計算對應多個衰減參數組的多個通道特征值，該些通道特 征值反應該基地臺與該客戶端裝置間的數據傳輸量。控制模塊依據一默認通道特征值，選 擇并輸出對應的衰減參數組。其中衰減模塊實現由該控制模塊輸出的衰減參數組至該多個 遠程天線區塊的第一遠程天線單元。
[0011]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1A繪示一通訊系統，其中包括依照本發明的天線控制裝置的一實施范例示意 圖；
[0013]圖1B繪示另一通訊系統，其中包括依照本發明的天線控制裝置的另一實施范例 示意圖；
[0014]圖1C繪示另一通訊系統，其中包括依照本發明的天線控制裝置的另一實施范例 示意圖；
[0015]圖2繪示依照本發明的天線控制方法一實施范例流程圖；
[0016]圖3繪示依照本發明的天線控制方法一實施范例的詳細流程圖；
[0017]圖4繪示依照本發明的天線控制系統的一實施范例簡略布建示意圖；
[0018]圖5繪示依照本發明的天線控制方法的另一實施范例的詳細流程圖；
[0019]圖6繪示依照本發明的天線控制系統的另一實施范例簡略布建示意圖。
[0020]元件其中，附圖標記
[0021]100、100’、100”、400、600:通訊系統
[0022]120:基地臺
[0023]140、140’、140”:頭端單元
[0024]142:測量模塊
[0025]144:控制模塊[0026]145、161:電光轉換器(E/0)
[0027]146:天線控制系統
[0028]147、162:光電轉換器(0/E)
[0029]148、168:延遲與衰減模塊
[0030]149:多任務器
[0031]152、165:上下行信號控制器
[0032]154:合成器
[0033]156:分歧器
[0034]160、160’:遠程天線單元
[0035]163:低噪聲放大器
[0036]164:功率放大器
[0037]166:天線
[0038]167:控制器
[0039]169:解多任務器
[0040]170:客戶端裝置
[0041]610、610_1、610_2:遠程天線區塊
[0042]648:衰減模塊
【具體實施方式】
[0043]本發明所提出的天線控制方法與裝置的實施范例，可利用控制遠程天線單元的發 射功率與延遲時間解決天線系統的多重路徑效應(multipath effect)問題。此外,本發明 更進一步提出非對稱式天線控制系統，以降低天線系統進行通道調整時的運算復雜度。
[0044]請參照圖1A，一通訊系統100包括一基地臺(Base Station, BS) 120、一客戶端裝 置(subscriber) 170、一頭端單兀(Head End Unit, HEU) 140以及多個遠程天線單兀(Remote Antenna Unit, RAU)160。
[0045]其中頭端單元140與遠程天線單元160之間的溝通采用光纖微波(Radio over Fiber,RoF)技術。其中，頭端單元140用以將基地臺120的下行鏈路(Downlink)信號，分 配且導向該些遠程天線單元160 ;同時將遠程天線單元160收集的客戶端裝置170上行鏈 路(Uplink)信號，合成且導向基地臺120。
[0046]頭端單兀140包括一上下行信號控制器152、一分歧器156、一合成器152,多電光 轉換器(E/0) 145,多光電轉換器(0/E)147。遠程天線單兀160包括一光電轉換器162, —電 光轉換器161，一功率放大器164、一低噪聲放大器163、一上下行信號切換器165以及一天 線 166。
[0047]上下行信號控制器152將基地臺120發出的下行鏈路信號導引至分歧器156，而 后依據實際天線布建需求，將下行信號對應該些遠程天線單元160數量以分歧器156等分 為多組信號，經電光轉換器(E/0) 145轉換成光域信號經由光纖送至對應該遠程天線單元 160。頭端單元140轉送基地臺下行鏈路信號的光域信號，光電轉換器162轉換成電域信號， 經功率放大器164放大功率后，經上下行信號控制器165導引至天線166發送。
[0048]將該些遠程天線單元160經天線166收集的客戶端裝置170上行鏈路信號，經上下行信號控制器165導引至低噪聲放大器163放大后,經電光轉換器161轉換成光域信號 經由光纖送至對應該頭端單元140。光電轉換器147轉換成光域信號再經合成器152與其 他遠程天線單元160轉送的上行鏈路信號合成后，利用上下行信號控制器152導向基地臺 120。
[0049]其中，上下行信號控制器152可以循環器(Circulator)或受控于基地臺的切換器 (Switch)實施；而上下行信號控制器165可以循環器(Circulator)或受控于下行鏈路信 號功率偵測器的切換器(Switch)實施。
[0050]圖1A中包括依照本發明的天線控制系統146 —實施范例示意圖，天線控制系統 146至少包括一測量模塊142、多個延遲與衰減模塊148、以及一控制模塊144。圖1A中延 遲與衰減模塊148是以實現于頭端單元140為例進行說明，然不限于此。測量模塊142獲 取客戶端裝置170與基地臺120對應于多個遠程天線單元160的多個通道響應。測量模塊 142可基于由上下行信號控制器152參考一時序參考信號(timing epoch)及該些遠程天線 單元160的多個上行鏈路信號得到該些通道響應，每一個通道響應包括一信號強度值a及 一延遲時間T。該時序參考信號可以為一 GPS信號或是下行鏈路的幀起始時間。多個延遲 與衰減模塊148對應多個遠程天線單元160，實現控制模塊144輸出對應延遲與衰減模塊 148的遠程天線單元160的一組衰減參數與延遲參數。
[0051]控制模塊144定義多組衰減參數(attenuation candidate) A與延遲參數(delay candidate) A，每一組衰減參數A由多個衰減元素a組成并分別對應該些遠程天線單元 160，多個衰減元素a數值可由系統元件可提供的裝置特性定義而得；同理，每一組延遲參 數A由多個衰減元素8組成并分別對應該些遠程天線單元160，多個衰減元素8數值可 由系統元件可提供的裝置特性定義而得。控制模塊144依據該些通道響應計算對應該些組 衰減參數與延遲參數的多個通道特征值。其中，通道特征值例如為方均根延遲展延(Root Mean Square delay spread)、平均過量延遲(Mean Excess Delay)、或與最強信號差異在 3dB以內的通道響應和其相關的延遲時間等，只要通道特征值能反應基地臺120與客戶端 裝置(subscriber) 170間的數據傳輸量(通道傳輸質量狀態)即可，如頻率響應的變化程 度。舉例來說，方均根延遲展延越小，基地臺120與客戶端裝置170間的數據傳輸量越高、 通道傳輸質量狀態越好。以下通道特征值采用方均根延遲展延為例說明，然不限于此。
[0052]控制模塊144也可因應系統設計需求，依據一默認通道特征值選擇并輸出對應的 一組衰減參數A與延遲參數A。此默認通道特征值是能反應，例如，一較佳數據傳輸量或是 一最高數據傳輸量。控制模塊144可選擇并輸出，譬如說，對應最小方均根延遲展延的該組 衰減參數A與延遲參數A。由延遲與衰減模塊148達到控制遠程天線單元160信號發射的 時間與大小。
[0053]此外，延遲與衰減模塊148也可置于遠程天線單元中，請參照圖1B，其繪示一通訊 系統100’，其中包括依照本發明的天線控制系統146的另一實施范例示意圖。遠程天線單 元160’的多個延遲與衰減模塊168實現控制模塊144輸出對應延遲與衰減模塊168的遠程 天線單元160’的衰減參數與延遲參數。控制模塊144輸出對應遠程天線單元160’的一組 衰減參數與延遲參數，轉換為一適當格式控制信號如中心頻率為于較低頻的調幅信號，通 過多任務器149與下行鏈路信號整合，通過電光轉換器145 (E/0)傳輸到遠程天線單元160’ 的光電轉換器162(0/E)，經一解多任務器169分離適當格式控制信號及下行鏈路信號。此一適當格式控制信號經一控制器167回復為該組衰減參數與延遲參數，控制延遲與衰減模 塊 168。
[0054]請參照圖1C，其繪示一通訊系統100”，其中包括依照本發明的天線控制系統146’ 一實施范例示意圖。天線控制系統146’包括:一測量模塊142，一控制模塊144，多個衰減 模塊648，以及多個遠程天線區塊610。第IC圖為一種非對稱分布式天線系統的架構。
[0055]多個遠程天線區塊610，每一個遠程天線區塊610包括一第一遠程天線單元160與 一第二遠程天線單元160，該第一遠程天線單元160與該基地臺120間的距離大于該第二 遠程天線單元160與該基地臺120間的距離。測量模塊142用以獲取一客戶端裝置對應于 該些遠程天線單元的多個通道響應。控制模塊144，用以依據該些通道響應計算對應多個 衰減參數的多個通道特征值，該些通道特征值反應該基地臺與該客戶端裝置間的數據傳輸 量，且選擇并輸出對應一默認通道特征值的衰減參數。多個衰減模塊648，用以實現控制模 塊144輸出的該些衰減參數對應該些遠程天線區塊610中該第一遠程天線單元160。請參 照圖2，其繪示依照本發明一實施范例的天線控制方法流程圖。于步驟S200中，定義多組衰 減參數A與延遲參數A。每一組衰減參數A由多個衰減元素a組成并分別對應該些遠程 天線單元160，多個衰減元素a數值可由系統元件可提供的裝置特性定義而得；同理，每一 組延遲參數A由多個衰減元素5組成并分別對應該些遠程天線160單元，此處的多個衰 減元素S數值可由系統元件可提供的裝置特性定義而得。
[0056]于步驟S210中，測量單元142獲取一客戶端裝置與一基地臺120的對應于多個遠 程天線單元160的多個通道響應，每一個通道響應包括一信號強度值a及一延遲時間T。 于步驟S220中，控制單元144依據該些通道響應計算對應該些組衰減參數與延遲參數的多 個通道特征值，這些通道特征值反應基地臺120與客戶端170裝置間的數據傳輸量(通道 傳輸質量狀態)。于步驟S230中，控制單元144依據一默認通道特征值，選擇并輸出對應的 該組衰減參數與延遲參數。
[0057]接下來茲討論客戶端裝置位于基地臺120的一涵蓋范圍C內一特定位置p且基地 臺對應至M個遠程天線單元160的情況。請參照圖3，其繪示依照一實施范例的天線控制方 法的詳細流程圖。于步驟S300中，定義多組衰減參數A與延遲參數A。每一組衰減參數A 由多個衰減元素ak組成并分別對應于第k個遠程天線160，多個衰減元素a,數值可由系 統元件可提供的裝置特性定義而得；同理，每一組延遲參數A由多個衰減元素Sk組成并 分別對應于第k個遠程天線單元160，該多個衰減元素Sk數值可由系統元件可提供的裝置 特性定義而得，k為Il的正整數。于步驟S310中，測量模塊142獲取客戶端裝置170位 于該特定位置P時，對應于第k個遠程天線單元160的通道響應，此通道響應包括一信號強 度值ap，k及一延遲時間T p，k，k為Il的正整數。
[0058]于步驟S322中，逐一代入每一組衰減參數與延遲參數。于步驟S324中，控制模塊 144依據該些通道響應(ap，k與T p，k)計算當客戶端裝置170位于特定位置p時，對應步 驟S322所代入該組衰減參數A與延遲參數A的通道特征值O p，如公式(I)所示。通道特 征值O p能反應當客戶端裝置170位于特定位置p時，基地臺120與客戶端170裝置間的 數據傳輸量(通道傳輸質量狀態)。
【權利要求】
1.一種天線控制方法，其特征在于，包括:定義多組衰減參數與延遲參數；獲取一客戶端裝置與一基地臺的對應于多個遠程天線單元的多個通道響應；依據該些通道響應計算對應該些組衰減參數與延遲參數的多個通道特征值，該些通道特征值反應該基地臺與該客戶端裝置間的數據傳輸量；以及依據一默認通道特征值，選擇并輸出對應的該組衰減參數與延遲參數。
2.根據權利要求1所述的天線控制方法，其特征在于，該些通道響應基于一時序參考信號及該些遠程天線單元的多個上行鏈路信號而得到，每一個通道響應包括一信號強度值及一延遲時間。
3.根據權利要求1所述的天線控制方法，其特征在于，該客戶端裝置位于該基地臺的一涵蓋范圍內一特定位置，且該獲取該些通道響應的步驟包括:獲取當該客戶端裝置位于該特定位置時對應于該些遠程天線單元的該些通道響應。
4.根據權利要求3所述的天線控制方法，其特征在于，所述計算該些通道特征值的步驟包括:依據該些通道響應計算當該客戶端裝置位于該特定位置時，對應于該些組衰減參數與延遲參數的該些通道特征值。
5.根據權利要求4所述的天線控制方法，其特征在于，該默認通道特征值為一默認門檻值，該選擇并輸出的步驟包括:判斷該些通道特征值是否均超過該預設門檻值；以及當該些通道特征值的一未超過該預設門檻值，選擇并輸出未超過該默認門檻值的該通道特征值對應的該組衰減參數與延遲參數。
6.根據權利要求5所述的天線控制方法，其特征在于，所述選擇并輸出的步驟還包括: 當該些通道特征值均超過該默認門檻值，選擇并輸出對應該預定數據傳輸量的通道特征值對應的該組衰減參數與延遲參數。
7.根據權利要求1所述的天線控制方法，其特征在于，該客戶端裝置位于該基地臺的一涵蓋范圍內任一位置，且所述獲取該些通道響應的步驟包括:獲取當該客戶端裝置位于該涵蓋范圍內任一位置時對應于該些遠程天線單元的該些通道響應。
8.根據權利要求7所述的天線控制方法，其特征在于，所述計算該些通道特征值的步驟包括:依據該些通道響應計算當該客戶端裝置位于該涵蓋范圍內任一位置時，對應該些組衰減參數與延遲參數的該些通道特征值。
9.根據權利要求8所述的天線控制方法，其特征在于，該默認通道特征值為一默認門檻值，該選擇并輸出的步驟包括:計算每一組衰減參數與延遲參數所對應的該些通道特征值大于一默認門檻值的幾率；以及選擇并輸出該些幾率的最小值對應的該組衰減參數與延遲參數。
10.一種天線控制系統，其特征在于，包括:一測量模塊，用以獲取一客戶端裝置與一基地臺的對應于多個遠程天線單元的多個通道響應；一控制模塊，用以依據該些通道響應計算對應多組衰減參數與延遲參數的多個通道特征值，該些通道特征值反應該基地臺與該客戶端裝置間的數據傳輸量，且依據一默認通道特征值，選擇并輸出對應的該組衰減參數與延遲參數；以及 多個延遲與衰減模塊，用以實現由該控制模塊輸出的該組衰減參數與延遲參數。
11.根據權利要求10所述的天線控制系統，其特征在于，該測量模炔基于一時序參考信號及該些遠程天線單元的多個上行鏈路信號得到該些通道響應，每一個通道響應包括一信號強度值及一延遲時間。
12.根據權利要求10所述的天線控制系統，其特征在于，該客戶端裝置位于該基地臺的一涵蓋范圍內一特定位置，且該測量模塊獲取當該客戶端裝置位于該特定位置時對應于該些遠程天線單元的該些通道響應。
13.根據權利要求12所述的天線控制系統，其特征在于，該控制模塊依據該些通道響應計算當該客戶端裝置位于該特定位置時，對應于該些組衰減參數與延遲參數的該些通道特征值。
14.根據權利要求13所述的天線控制系統，其特征在于，該默認通道特征值為一默認門檻值，該控制模塊判斷該些通道特征值是否均超過該預設門檻值，當該些通道特征值的一未超過該預設門檻值，該控制模塊選擇并輸出未超過該默認門檻值的該通道特征值對應的該組衰減參數與延遲參數。
15.根據權利要求14所述的天線控制系統，其特征在于，當該些通道特征值均超過該默認門檻值，該控制模塊選擇并輸出對應該預定數據傳輸量的通道特征值對應的該組衰減參數與延遲參數。
16.根據權利要求10所述的天線控制系統，其特征在于，該客戶端裝置位于該基地臺的一涵蓋范圍內任一位置，且該測量模塊獲取當該客戶端裝置位于該涵蓋范圍內任一位置時對應于該些遠程天線單元的該些通道響應。
17.根據權利要求16所述的天線控制系統，其特征在于，該控制模塊依據該些通道響應計算當該客戶端裝置位于該涵蓋范圍內任一位置時，對應于該些組衰減參數與延遲參數的該些通道特征值。
18.根據權利要求17所述的天線控制系統，其特征在于，該默認通道特征值為一默認門檻值，該控制模塊計算每一組衰減參數與延遲參數所對應的該些通道特征值大于該默認門檻值的幾率，且該控制模塊選擇并輸出該些幾率的最小值對應的該組衰減參數與延遲參數。
19.一種天線控制系統，其特征在于，包括:多個遠程天線區塊，每一個遠程天線區塊包括一第一遠程天線單元與一第二遠程天線單元，該第一遠程天線單元與一基地臺間的距離大于該第二遠程天線單元與該基地臺間的距離；一測量模塊，用以獲取一客戶端裝置對應于該些遠程天線單元的多個通道響應；以及一控制模塊，用以依據該些通道響應計算對應多個衰減參數組的多個通道特征值，該些通道特征值反應該基地臺與該客戶端裝置間的數據傳輸量，且依據一默認通道特征值， 選擇并輸出對應的衰減參數組；其中該多個衰減模塊，用以實現由該控制模塊輸出的衰減參數組至該多個遠程天線區塊的第一遠程天線單 元。
【文檔編號】H04B10/2575GK103580733SQ201210270287
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月31日 優先權日:2012年7月31日
【發明者】侯信安 申請人:財團法人工業技術研究院