天线控制方法与系统的制作方法
【专利摘要】本发明揭露了一种天线控制方法与系统。定义多组衰减参数与延迟参数。获取一客户端装置与一基地台的对应于多个远程天线单元的多个通道响应。依据该些通道响应计算对应该些组衰减参数与延迟参数的多个通道特征值，该些通道特征值反应基地台与客户端装置间的数据传输量。依据一默认通道特征值，选择并输出对应的该组衰减参数与延迟参数。
【专利说明】天线控制方法与系统
【技术领域】
[0001]发明涉及一种天线控制方法与系统。
【背景技术】
[0002]随着日渐高涨的环保意识以及节能经济的考虑，大众运输系统成为优先考虑的重要建设。在大众运输系统的通讯服务架构上，目前通常采用结合车对内网络与车对外网络的两段式服务架构以提供众多乘客在单一行进车厢内完整的移动通讯服务。
[0003]光纤微波(Radio over Fiber, RoF)技术已被广泛应用于隧道或建筑物等信号接收质量较差的地点。近年来，光纤微波技术更结合轨道通讯系统，将微波信号先转换成光信号送至远方目的地再转回电信号，故可传送高频信号至较远距离而不会快速衰减。在移动通讯中，受限于基地台涵盖范围而会发生换手(Hand Over,Hand Off)的情形。过于频繁的换手情形可能会导致数据传输效能大幅下降，甚至无法提供服务的情形，此一现象在高速移动通讯中影响更为明显。
[0004]因大众运输系统具有可预期性移动的特性，更进一步地，于轨道通讯系统中，固定基地台结合光纤微波技术的概念被提出以形成分布式天线系统(Distributed AntennaSystem, DAS),可延伸基地台涵盖范围。同时，并可通过射频控制方法达成移动基地台(moving cell)以避免换手的情形发生。然而，光纤微波技术在通讯系统中所传送的信号为同频，可能会导致多重路径(multipath)效应。对移动通讯系统而言，时域的多重路径效应会造成频域上的通道变化，当多重路径又具备相近的能量分布时影响更剧。
[0005]举例来说，当列车在两个远程天线单元(Remote Antenna Unit, RAU)间移动时,具备相近能量的多重路径情况容易出现，进而导致接收质量下降，甚至被迫中断通讯。有提出过采用基地台结合选择服务天线来达成单一直视波(Line of Sight，LoS)信号以减少多重路径效应。当应用于分频多任务(frequency domain multiplexing)系统中，基地台端控制装置会选择最接近移动台的远程天线单元作为服务天线单元并关闭其他远程天线单元发送接收信号，减少多重路径效应。
[0006]在布建分布式天线系统时，有提出过将基地台到每一个远程天线单元的线路以接线或加上电子延迟装置的方式来补偿成相同的传输延迟时间。然而，上述的作法需要额外的光纤或电子延迟装置。分布式天线系统中传输延迟时间包含光纤与空气间的信号传递，而信号在光纤中传输速度较在空气间慢；而使用的光纤长度越长，可容许的纯空气中传送涵盖范围就越小。若想把信号延伸较远则需要较高密度布建方式；反之，一般而言若想提升单一天线涵盖范围则不能使用较长的光纤，整体的涵盖范围较无法提升。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，提供一种天线控制方法与系统，能够有效解决天线系统的多重路径效应问题。此外，本发明提出的非对称式天线系统，能够降低天线系统进行通道调整时的运算复杂度，并节省天线系统的布建成本。[0008]根据本发明一实施范例，提出一种天线控制方法，包括下列步骤。定义多组衰减参数与延迟参数。获取一客户端装置与一基地台的对应于多个远程天线单元的多个通道响应。依据该些通道响应计算对应该些组衰减参数与延迟参数的多个通道特征值，该些通道特征值反应该基地台与该客户端装置间的数据传输量。依据一默认数据传输量，选择并输出对应的该组衰减参数与延迟参数。
[0009]根据本发明一实施范例，提出一种天线控制系统，包括一测量模块、一控制模块以及一延迟与衰减模块。测量模块获取一客户端装置与一基地台的对应于多个远程天线单元的多个通道响应。控制模块依据该些通道响应计算对应多组衰减参数与延迟参数的多个通道特征值，该些通道特征值反应该基地台与该客户端装置间的数据传输量。控制模块依据一默认通道特征值，选择并输出对应的特征值该组衰减参数与延迟参数。延迟与衰减模块实现由该控制模块输出的该组衰减参数与延迟参数。
[0010]根据本发明一实施范例，提出一种天线控制系统，包括多个远程天线区块、一测量模块、一控制模块以及一延迟与衰减模块。每一个远程天线区块包括一第一远程天线单元与一第二远程天线单元，第一远程天线单元与一基地台间的距离大于第二远程天线单元与该基地台间的距离。测量模块获取一客户端装置对应于该些远程天线单元的多个通道响应。控制模块依据该些通道响应计算对应多个衰减参数组的多个通道特征值，该些通道特征值反应该基地台与该客户端装置间的数据传输量。控制模块依据一默认通道特征值，选择并输出对应的衰减参数组。其中衰减模块实现由该控制模块输出的衰减参数组至该多个远程天线区块的第一远程天线单元。
[0011]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1A绘示一通讯系统，其中包括依照本发明的天线控制装置的一实施范例示意图；
[0013]图1B绘示另一通讯系统，其中包括依照本发明的天线控制装置的另一实施范例示意图；
[0014]图1C绘示另一通讯系统，其中包括依照本发明的天线控制装置的另一实施范例示意图；
[0015]图2绘示依照本发明的天线控制方法一实施范例流程图；
[0016]图3绘示依照本发明的天线控制方法一实施范例的详细流程图；
[0017]图4绘示依照本发明的天线控制系统的一实施范例简略布建示意图；
[0018]图5绘示依照本发明的天线控制方法的另一实施范例的详细流程图；
[0019]图6绘示依照本发明的天线控制系统的另一实施范例简略布建示意图。
[0020]元件其中，附图标记
[0021]100、100’、100”、400、600:通讯系统
[0022]120:基地台
[0023]140、140’、140”:头端单元
[0024]142:测量模块
[0025]144:控制模块[0026]145、161:电光转换器(E/0)
[0027]146:天线控制系统
[0028]147、162:光电转换器(0/E)
[0029]148、168:延迟与衰减模块
[0030]149:多任务器
[0031]152、165:上下行信号控制器
[0032]154:合成器
[0033]156:分歧器
[0034]160、160’:远程天线单元
[0035]163:低噪声放大器
[0036]164:功率放大器
[0037]166:天线
[0038]167:控制器
[0039]169:解多任务器
[0040]170:客户端装置
[0041]610、610_1、610_2:远程天线区块
[0042]648:衰减模块
【具体实施方式】
[0043]本发明所提出的天线控制方法与装置的实施范例，可利用控制远程天线单元的发射功率与延迟时间解决天线系统的多重路径效应(multipath effect)问题。此外,本发明更进一步提出非对称式天线控制系统，以降低天线系统进行通道调整时的运算复杂度。
[0044]请参照图1A，一通讯系统100包括一基地台(Base Station, BS) 120、一客户端装置(subscriber) 170、一头端单兀(Head End Unit, HEU) 140以及多个远程天线单兀(RemoteAntenna Unit, RAU)160。
[0045]其中头端单元140与远程天线单元160之间的沟通采用光纤微波(Radio overFiber,RoF)技术。其中，头端单元140用以将基地台120的下行链路(Downlink)信号，分配且导向该些远程天线单元160 ;同时将远程天线单元160收集的客户端装置170上行链路(Uplink)信号，合成且导向基地台120。
[0046]头端单兀140包括一上下行信号控制器152、一分歧器156、一合成器152,多电光转换器(E/0) 145,多光电转换器(0/E)147。远程天线单兀160包括一光电转换器162, —电光转换器161，一功率放大器164、一低噪声放大器163、一上下行信号切换器165以及一天线 166。
[0047]上下行信号控制器152将基地台120发出的下行链路信号导引至分歧器156，而后依据实际天线布建需求，将下行信号对应该些远程天线单元160数量以分歧器156等分为多组信号，经电光转换器(E/0) 145转换成光域信号经由光纤送至对应该远程天线单元160。头端单元140转送基地台下行链路信号的光域信号，光电转换器162转换成电域信号，经功率放大器164放大功率后，经上下行信号控制器165导引至天线166发送。
[0048]将该些远程天线单元160经天线166收集的客户端装置170上行链路信号，经上下行信号控制器165导引至低噪声放大器163放大后,经电光转换器161转换成光域信号经由光纤送至对应该头端单元140。光电转换器147转换成光域信号再经合成器152与其他远程天线单元160转送的上行链路信号合成后，利用上下行信号控制器152导向基地台120。
[0049]其中，上下行信号控制器152可以循环器(Circulator)或受控于基地台的切换器(Switch)实施；而上下行信号控制器165可以循环器(Circulator)或受控于下行链路信号功率侦测器的切换器(Switch)实施。
[0050]图1A中包括依照本发明的天线控制系统146 —实施范例示意图，天线控制系统146至少包括一测量模块142、多个延迟与衰减模块148、以及一控制模块144。图1A中延迟与衰减模块148是以实现于头端单元140为例进行说明，然不限于此。测量模块142获取客户端装置170与基地台120对应于多个远程天线单元160的多个通道响应。测量模块142可基于由上下行信号控制器152参考一时序参考信号(timing epoch)及该些远程天线单元160的多个上行链路信号得到该些通道响应，每一个通道响应包括一信号强度值a及一延迟时间τ。该时序参考信号可以为一 GPS信号或是下行链路的帧起始时间。多个延迟与衰减模块148对应多个远程天线单元160，实现控制模块144输出对应延迟与衰减模块148的远程天线单元160的一组衰减参数与延迟参数。
[0051]控制模块144定义多组衰减参数(attenuation candidate) A与延迟参数(delaycandidate) Δ，每一组衰减参数A由多个衰减元素α组成并分别对应该些远程天线单元160，多个衰减元素α数值可由系统元件可提供的装置特性定义而得；同理，每一组延迟参数Λ由多个衰减元素δ组成并分别对应该些远程天线单元160，多个衰减元素δ数值可由系统元件可提供的装置特性定义而得。控制模块144依据该些通道响应计算对应该些组衰减参数与延迟参数的多个通道特征值。其中，通道特征值例如为方均根延迟展延(RootMean Square delay spread)、平均过量延迟(Mean Excess Delay)、或与最强信号差异在3dB以内的通道响应和其相关的延迟时间等，只要通道特征值能反应基地台120与客户端装置(subscriber) 170间的数据传输量(通道传输质量状态)即可，如频率响应的变化程度。举例来说，方均根延迟展延越小，基地台120与客户端装置170间的数据传输量越高、通道传输质量状态越好。以下通道特征值采用方均根延迟展延为例说明，然不限于此。
[0052]控制模块144也可因应系统设计需求，依据一默认通道特征值选择并输出对应的一组衰减参数A与延迟参数Λ。此默认通道特征值是能反应，例如，一较佳数据传输量或是一最高数据传输量。控制模块144可选择并输出，譬如说，对应最小方均根延迟展延的该组衰减参数A与延迟参数Λ。由延迟与衰减模块148达到控制远程天线单元160信号发射的时间与大小。
[0053]此外，延迟与衰减模块148也可置于远程天线单元中，请参照图1Β，其绘示一通讯系统100’，其中包括依照本发明的天线控制系统146的另一实施范例示意图。远程天线单元160’的多个延迟与衰减模块168实现控制模块144输出对应延迟与衰减模块168的远程天线单元160’的衰减参数与延迟参数。控制模块144输出对应远程天线单元160’的一组衰减参数与延迟参数，转换为一适当格式控制信号如中心频率为于较低频的调幅信号，通过多任务器149与下行链路信号整合，通过电光转换器145 (Ε/0)传输到远程天线单元160’的光电转换器162(0/Ε)，经一解多任务器169分离适当格式控制信号及下行链路信号。此一适当格式控制信号经一控制器167回复为该组衰减参数与延迟参数，控制延迟与衰减模块 168。
[0054]请参照图1C，其绘示一通讯系统100”，其中包括依照本发明的天线控制系统146’一实施范例示意图。天线控制系统146’包括:一测量模块142，一控制模块144，多个衰减模块648，以及多个远程天线区块610。第IC图为一种非对称分布式天线系统的架构。
[0055]多个远程天线区块610，每一个远程天线区块610包括一第一远程天线单元160与一第二远程天线单元160，该第一远程天线单元160与该基地台120间的距离大于该第二远程天线单元160与该基地台120间的距离。测量模块142用以获取一客户端装置对应于该些远程天线单元的多个通道响应。控制模块144，用以依据该些通道响应计算对应多个衰减参数的多个通道特征值，该些通道特征值反应该基地台与该客户端装置间的数据传输量，且选择并输出对应一默认通道特征值的衰减参数。多个衰减模块648，用以实现控制模块144输出的该些衰减参数对应该些远程天线区块610中该第一远程天线单元160。请参照图2，其绘示依照本发明一实施范例的天线控制方法流程图。于步骤S200中，定义多组衰减参数A与延迟参数Δ。每一组衰减参数A由多个衰减元素α组成并分别对应该些远程天线单元160，多个衰减元素α数值可由系统元件可提供的装置特性定义而得；同理，每一组延迟参数Λ由多个衰减元素δ组成并分别对应该些远程天线160单元，此处的多个衰减元素S数值可由系统元件可提供的装置特性定义而得。
[0056]于步骤S210中，测量单元142获取一客户端装置与一基地台120的对应于多个远程天线单元160的多个通道响应，每一个通道响应包括一信号强度值a及一延迟时间τ。于步骤S220中，控制单元144依据该些通道响应计算对应该些组衰减参数与延迟参数的多个通道特征值，这些通道特征值反应基地台120与客户端170装置间的数据传输量(通道传输质量状态)。于步骤S230中，控制单元144依据一默认通道特征值，选择并输出对应的该组衰减参数与延迟参数。
[0057]接下来兹讨论客户端装置位于基地台120的一涵盖范围C内一特定位置P且基地台对应至M个远程天线单元160的情况。请参照图3，其绘示依照一实施范例的天线控制方法的详细流程图。于步骤S300中，定义多组衰减参数A与延迟参数Δ。每一组衰减参数A由多个衰减元素ak组成并分别对应于第k个远程天线160，多个衰减元素α,数值可由系统元件可提供的装置特性定义而得；同理，每一组延迟参数Λ由多个衰减元素δ,组成并分别对应于第k个远程天线单元160，该多个衰减元素δ,数值可由系统元件可提供的装置特性定义而得，k为Il的正整数。于步骤S310中，测量模块142获取客户端装置170位于该特定位置P时，对应于第k个远程天线单元160的通道响应，此通道响应包括一信号强度值ap，k及一延迟时间τ p，k，k为Il的正整数。
[0058]于步骤S322中，逐一代入每一组衰减参数与延迟参数。于步骤S324中，控制模块144依据该些通道响应(ap，k与τ p，k)计算当客户端装置170位于特定位置P时，对应步骤S322所代入该组衰减参数A与延迟参数Λ的通道特征值σρ，如公式(I)所示。通道特征值σ P能反应当客户端装置170位于特定位置P时，基地台120与客户端170装置间的数据传输量(通道传输质量状态)。[0059]
【权利要求】
1.一种天线控制方法，其特征在于，包括: 定义多组衰减参数与延迟参数； 获取一客户端装置与一基地台的对应于多个远程天线单元的多个通道响应； 依据该些通道响应计算对应该些组衰减参数与延迟参数的多个通道特征值，该些通道特征值反应该基地台与该客户端装置间的数据传输量；以及 依据一默认通道特征值，选择并输出对应的该组衰减参数与延迟参数。
2.根据权利要求1所述的天线控制方法，其特征在于，该些通道响应基于一时序参考信号及该些远程天线单元的多个上行链路信号而得到，每一个通道响应包括一信号强度值及一延迟时间。
3.根据权利要求1所述的天线控制方法，其特征在于，该客户端装置位于该基地台的一涵盖范围内一特定位置，且该获取该些通道响应的步骤包括:获取当该客户端装置位于该特定位置时对应于该些远程天线单元的该些通道响应。
4.根据权利要求3所述的天线控制方法，其特征在于，所述计算该些通道特征值的步骤包括: 依据该些通道响应计算当该客户端装置位于该特定位置时，对应于该些组衰减参数与延迟参数的该些通道特征值。
5.根据权利要求4所述的天线控制方法，其特征在于，该默认通道特征值为一默认门槛值，该选择并输出的步骤包括: 判断该些通道特征值是否均超过该预设门槛值；以及 当该些通道特征值的一未超过该预设门槛值，选择并输出未超过该默认门槛值的该通道特征值对应的该组衰减参数与延迟参数。
6.根据权利要求5所述的天线控制方法，其特征在于，所述选择并输出的步骤还包括: 当该些通道特征值均超过该默认门槛值，选择并输出对应该预定数据传输量的通道特征值对应的该组衰减参数与延迟参数。
7.根据权利要求1所述的天线控制方法，其特征在于，该客户端装置位于该基地台的一涵盖范围内任一位置，且所述获取该些通道响应的步骤包括:获取当该客户端装置位于该涵盖范围内任一位置时对应于该些远程天线单元的该些通道响应。
8.根据权利要求7所述的天线控制方法，其特征在于，所述计算该些通道特征值的步骤包括: 依据该些通道响应计算当该客户端装置位于该涵盖范围内任一位置时，对应该些组衰减参数与延迟参数的该些通道特征值。
9.根据权利要求8所述的天线控制方法，其特征在于，该默认通道特征值为一默认门槛值，该选择并输出的步骤包括: 计算每一组衰减参数与延迟参数所对应的该些通道特征值大于一默认门槛值的几率；以及 选择并输出该些几率的最小值对应的该组衰减参数与延迟参数。
10.一种天线控制系统，其特征在于，包括: 一测量模块，用以获取一客户端装置与一基地台的对应于多个远程天线单元的多个通道响应；一控制模块，用以依据该些通道响应计算对应多组衰减参数与延迟参数的多个通道特征值，该些通道特征值反应该基地台与该客户端装置间的数据传输量，且依据一默认通道特征值，选择并输出对应的该组衰减参数与延迟参数；以及 多个延迟与衰减模块，用以实现由该控制模块输出的该组衰减参数与延迟参数。
11.根据权利要求10所述的天线控制系统，其特征在于，该测量模炔基于一时序参考信号及该些远程天线单元的多个上行链路信号得到该些通道响应，每一个通道响应包括一信号强度值及一延迟时间。
12.根据权利要求10所述的天线控制系统，其特征在于，该客户端装置位于该基地台的一涵盖范围内一特定位置，且该测量模块获取当该客户端装置位于该特定位置时对应于该些远程天线单元的该些通道响应。
13.根据权利要求12所述的天线控制系统，其特征在于，该控制模块依据该些通道响应计算当该客户端装置位于该特定位置时，对应于该些组衰减参数与延迟参数的该些通道特征值。
14.根据权利要求13所述的天线控制系统，其特征在于，该默认通道特征值为一默认门槛值，该控制模块判断该些通道特征值是否均超过该预设门槛值，当该些通道特征值的一未超过该预设门槛值，该控制模块选择并输出未超过该默认门槛值的该通道特征值对应的该组衰减参数与延迟参数。
15.根据权利要求14所述的天线控制系统，其特征在于，当该些通道特征值均超过该默认门槛值，该控制模块选择并输出对应该预定数据传输量的通道特征值对应的该组衰减参数与延迟参数。
16.根据权利要求10所述的天线控制系统，其特征在于，该客户端装置位于该基地台的一涵盖范围内任一位置，且该测量模块获取当该客户端装置位于该涵盖范围内任一位置时对应于该些远程天线单元的该些通道响应。
17.根据权利要求16所述的天线控制系统，其特征在于，该控制模块依据该些通道响应计算当该客户端装置位于该涵盖范围内任一位置时，对应于该些组衰减参数与延迟参数的该些通道特征值。
18.根据权利要求17所述的天线控制系统，其特征在于，该默认通道特征值为一默认门槛值，该控制模块计算每一组衰减参数与延迟参数所对应的该些通道特征值大于该默认门槛值的几率，且该控制模块选择并输出该些几率的最小值对应的该组衰减参数与延迟参数。
19.一种天线控制系统，其特征在于，包括: 多个远程天线区块，每一个远程天线区块包括一第一远程天线单元与一第二远程天线单元，该第一远程天线单元与一基地台间的距离大于该第二远程天线单元与该基地台间的距离； 一测量模块，用以获取一客户端装置对应于该些远程天线单元的多个通道响应；以及 一控制模块，用以依据该些通道响应计算对应多个衰减参数组的多个通道特征值，该些通道特征值反应该基地台与该客户端装置间的数据传输量，且依据一默认通道特征值，选择并输出对应的衰减参数组； 其中该多个衰减模块，用以实现由该控制模块输出的衰减参数组至该多个远程天线区块的第一远程天线单元。
【文档编号】H04B7/02GK103580734SQ201210282785
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】侯信安 申请人:财团法人工业技术研究院