基站及其操作方法与通信系统与流程

本发明涉及一种基站及其操作方法与通信系统。

背景技术：

在无线通信系统中，常利用阵列天线形成波束，用以达到提高信号质量、降低干扰、增加系统容量等目的。随着技术的演进，3gpp国际电信组织已陆续完成下一代通信系统的制定，其中波束形成与相关信号处理的关键技术，是与前一代系统不同处之一。

一般阵列天线信号处理由全数字架构实现时，虽然可达到最佳理论值，但由于要实现每一个天线至基带端的高端模拟电路(又称射频链(rfchain))，须包含数字模拟转换器、滤波器、升频器、功率放大器等，且因阵列天线的天线数目多(一般大于16)，可能对于一般商用传送机而言有成本昂贵与功率消耗大等议题。因此混合式架构被提出用以改善此议题，将波束形成的信号处理分为数字端及模拟端，可大幅降低所需的模拟元件数目，并且达到相似的系统效能。

模拟波束形成可使用相移器网络(phaseshifternetwork，psn)实现，常见的架构有两种，分别为全连接(fully-connected)与子连接(sub-connected)架构。全连接架构可形成较细致的波束，但需要的元件数量较多，因此成本与功耗较高。子连接架构在成本与能源效益上具有优势，但其能形成的波束方向与其波束增益因元件数量较少而受限。因此，如何达到降低电路设计的复杂度，减少电路元件的使用数量及保有信号传输的效能成为一重要议题。

技术实现要素：

本发明提供一种基站及其操作方法与通信系统，藉以降低电路设计的复杂度，减少电路元件的使用数量及保有信号传输的效能。

本发明提供一种基站，包括处理单元、多个射频单元、多个天线单元、控制单元与调整单元。处理单元产生基带信号，并提供控制策略。射频单元耦接处理单元，接收基带信号，以产生多个射频信号。多个天线单元传输多个输出信号。控制单元耦接处理单元，接收控制策略，并依据控制策略，产生多个控制信号。调整单元耦接控制单元、射频单元与天线单元，接收射频信号与控制信号，并依据控制信号，切换射频单元与天线单元之间的连接，调整射频信号的增益，以产生输出信号。

本发明提供一种基站的操作方法，包括以下步骤。产生基带信号，并提供控制策略。依据基带信号，产生多个射频信号。依据控制策略，产生多个控制信号。依据控制信号，调整射频信号的增益，以产生多个输出信号。传输输出信号。

本发明提供一种通信系统，包括至少一用户装置与基站。基站包括处理单元、多个射频单元、多个天线单元、控制单元与调整单元。处理单元产生基带信号，并提供控制策略。射频单元，耦接处理单元，接收基带信号，以产生多个射频信号。天线单元传输多个输出信号至至少一用户装置。控制单元耦接处理单元，接收控制策略，并依据控制策略，产生多个控制信号。调整单元耦接控制单元、射频单元与天线单元，接收射频信号与控制信号，并依据控制信号，切换射频单元与天线单元之间的连接，调整射频信号的增益，以产生输出信号。

本发明所公开的基站及其操作方法与通信系统，通过处理单元提供控制策略，射频单元将基带信号转换成多个射频信号，控制单元依据控制策略，产生多个控制信号，使得调整单元可以依据控制信号，切换射频单元与天线单元之间的连接，调整射频信号的增益，以产生输出信号，且输出信号通过天线单元传输。如此一来，可以降低电路设计的复杂度，减少电路元件的使用数量及保有信号传输的效能。

附图说明

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图详细说明如下：

图1为依据本发明的一实施例的基站的示意图。

图2为依据本发明的一实施例的基站的另一示意图。

图3为依据本发明的一实施例的基站的又一示意图。

图4为依据本发明的一实施例的通信系统的示意图。

图5为依据本发明的一实施例的基站的操作方法的流程图。

图6为依据本发明的另一实施例的基站的操作方法的流程图。

【符号说明】

100：基站

110：处理单元

120_1～120_l：射频单元

130_1～130_n：天线单元

140：控制单元

150：调整单元

160_1～160_n：开关单元

161：第一端

162：第二端

163：控制端

170_1～170_n：相移器

180_1～180_n：增益单元

210、310_1～310_o：第一群组

220、310_o+1～310_l：第二群组

400：信号产生单元

410_1～410_m：用户装置

s502、s504、s506、s508、s510、s602、s604、s606、s608、s610、s612、s614、s616：步骤

具体实施方式

本说明书的技术用语参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释以本说明书的说明或定义为准。本公开的各个实施例分别具有一或多个技术特征。在可能实施的前提下，本领域技术人员可选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地将这些实施例中部分或全部的技术特征加以组合。

图1为依据本发明的一实施例的基站的示意图。请参考图1，基站100包括处理单元110、多个射频单元120_1～120_l、多个天线单元130_1～130_n、控制单元140与调整单元150，其中l、n分别为大于1的正整数，且l与n不同。

处理单元110产生基带信号，并提供控制策略。在本实施例中，控制策略例如包括信号发射排程、信号传输距离、用户装置状态、优先性、带宽效率、能量效率至少其一或其组合。其中，信号发射排程表示基站100欲提供服务给用户装置的排程。举例来说，基站100欲提供服务给用户装置的数量为5个，则信号发射排程可以根据5个用户装置进行排序，以便基站100可在对应的时间点提供服务给对应的用户装置。

信号传输距离表示基站100与用户装置之间的距离。举例来说，当信号传输距离较远时，表示用户装置与基站100之间的距离较远，则基站100需要分配较多天线单元进行信号传输或是提供较高增益的输出信号。当信号传输距离较近时，表示用户装置与基站100之间的距离较近，则基站100可以分配较少天线单元进行信号传输或是提供较低增益的输出信号。

用户装置状态包含用户装置的移动性。举例来说，当用户装置的移动性较高时，则基站100可以分配较多天线单元进行信号传输或是提供较高增益的输出信号，使得移动性较高的用户装置能够获得较好的信号接收强度。另外，当用户装置的移动性较低时，基站100可以分配较多天线单元进行信号传输或是提供较高增益的输出信号，使得移动性较低或静态的用户装置能够获得较好的信号接收强度。

优先性表示基站100欲提供服务给用户装置的优先权。假设用户装置的数量5个，其中优先权顺序依序为第3个用户装置、第2个用户装置、第5个用户装置、第1个用户装置及第4个用户装置。并且，对于第3个用户装置来说，基站100可以分配较多天线单元进行信号传输或是提供较高增益的输出信号，使得第3个用户装置能够获得较好的信号接收强度。而其余的用户装置则依序减少天线单元的数量或是减少输出信号的增益。

带宽效率表示用户装置可以收到的最大信号强度。当基站100考虑到带宽效率时，基站100可以分配较多天线单元进行信号传输或是提供较高增益的输出信号，使得用户装置能够获得较好的信号接收强度。

能量效率表示基站100的功率消耗。当基站100考虑到能量效率时，例如需要减少基站100的功率消耗，则基站100可以根据能维持提供用户装置的正常服务，分配最少天线单元进行信号传输或是提供最低增益的输出信号，可以达到省电的效果及降低干扰的影响。

射频单元120_1～120_l耦接处理单元110，接收基带信号，以产生多个射频信号。其中，射频单元120_1～120_l例如为射频链(radiofrequencychain，rfchain)。

天线单元130_1～130_n传输多个输出信号。也就是说，基站100所产生的输出信号通过天线单元130_1～130_n传输至外部的用户装置，以供用户装置使用并提供相应的服务。

控制单元140耦接处理单元110，接收控制策略，并依据控制策略，产生多个控制信号。也就是说，控制单元140会根据控制策略中的讯息，而产生对应的控制信号。

调整单元150耦接控制单元140、射频单元120_1～120_l与天线单元130_1～130_n，接收射频信号与控制信号，并依据控制信号，切换射频单元120_1～120_l与天线单元130_1～130_n之间的连接，调整射频信号的增益，以产生输出信号。

调整单元150包括多个开关单元160_1～160_n、多个相移器170_1～170_n与多个增益单元180_1～180_n。

开关单元160_1～160_n具有多个第一端161、一第二端162与一控制端163。开关单元160_1～160_n的第一端161耦接射频单元120_1～120_l。开关单元160_1～160_n的控制端163接收控制信号。其中，开关单元160_1～160_n的第一端161的数量与射频单元120_1～120_l的数量对应，亦即开关单元160_1～160_n的第一端的数量也为l。并且，每一开关单元160_1～160_n可耦接射频单元120_1～120_l。例如，开关单元160_1可耦接射频单元120_1～120_l，开关单元160_2可耦接射频单元120_1～120_l，…，开关单元160_n可耦接射频单元120_1～120_l。

相移器170_1～170_n分别耦接至对应的开关单元160_1～160_n的第二端162。举例来说，相移器170_1耦接至开关单元160_1的第二端162，相移器170_2耦接至开关单元160_2的第二端162，…，相移器170_n耦接至开关单元160_n的第二端162。在本实施例中，每一相移器170_1～170_n的相位可以相同或不同，使得调整单元150所产生的输出信号的相位相同或不同，以形成相同或不同波束方向的波束。

增益单元180_1～180_n分别耦接至对应的相移器170_1～170_n与天线单元130_1～130_n。举例来说，增益单元180_1耦接至对应的相移器170_1与天线单元130_1，增益单元180_2耦接至对应的相移器170_2与天线单元130_2，…，增益单元180_n耦接至对应的相移器170_n与天线单元130_n。

在本实施例中，增益单元180_1～180_n由多个第一子增益单元与多个第二子增益单元组成。举例来说，第一子增益单元例如为增益单元180_i，第二子增益单元例如为增益单元180_j，其中i＝1，3，5，…，n-1，j＝2，4，6，…，n。本实施例仅为本发明的一种实施范例，不用以限制本发明。用户也可视其需求，自行调整第一子增益单元与多个第二子增益单元的分配关系。

第一子增益单元180_i与第二子增益单元180_j分别耦接至对应的相移器170_1～170_n与天线单元130_1～130_n。举例来说，第一子增益单元180_1耦接至对应的相移器170_1与天线单元130_1，第二子增益单元180_2耦接至对应的相移器170_2与天线单元130_2，…，第一子增益单元180_n-1耦接至对应的相移器170_n-1与天线单元130_n-1，第二子增益单元180_n耦接至对应的相移器170_n与天线单元130_n。

并且，第一子增益单元180_i与第二子增益单元180_j的数量总和与相移器170_1～170_n的数量对应，亦即i+j＝n。另外，第一子增益单元180_i的增益大于第二子增益单元180_j的增益。也就是说，第一子增益单元180_i例如为高增益的功率放大器，第二子增益单元180_j例如为低增益的功率放大器。如此一来，本实施例的基站100可以根据不同的需求，而提供不同功率大小的输出信号，以增加使用上的便利性。

在整体操作上，控制单元140通过处理单元110提供的控制策略，产生对应的控制信号至开关单元160_1～160_n的控制端163。接着，开关单元160_1～160_n可以根据上述控制信号，切换射频单元120_1～120_l与对应的相移器170_1～170_n的连接，使得射频单元120_1～120_l所输出的射频信号可以通过对应的相移器170_1～170_n与增益单元180_1～180_n进行相位及增益的处理，以产生输出信号，且输出信号通过天线单元130_1～130_n输出。

或是，开关单元160_1～160_n根据可以上述控制信号，断开部分的射频单元120_1～120_l与相移器170_1～170_n之间的连接，以降低基站100的功率消耗，进而达到省电的效果。

另外，处理单元110更可通过天线单元130_1～130_n接收至少一用户装置(图未示)所产生的多个回传信号，并依据回传信号，建立控制策略，其中回传信号为至少一用户装置响应基站100所提供的多个测试信号而产生。也就是说，在处理单元110提供上述控制策略前，处理单元110可通过射频单元120_1～120l、调整单元140与天线单元130_1～130_n提供测试信号给至少一用户装置。

在至少一用户装置接收到测试信号后，至少一用户装置会响应所接收到的测试信号而产生对应的回传信号，使得天线单元130_1～130_n可以接收到回传信号。并且，回传信号通过天线单元130_1～130_n、调整单元140与射频单元120_1～120l传送至处理单元110，处理单元110可根据回传信号，建立并调整控制策略，使得控制单元140根据控制策略提供控制信号给调整单元150，以进行相应的操作。

图2为依据本发明的一实施例的基站的另一示意图。本实施例的基站100大致上与图1的基站100相同，亦即图2的基站100仍包括处理单元110、射频单元120_1～120_l、天线单元130_1～130_n、控制单元140与调整单元150，其中l、n分别为大于1的正整数，且l与n不同。并且，图2的处理单元110、射频单元120_1～120_l、天线单元130_1～130_n、控制单元140与调整单元150，可参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。

在本实施例中，调整单元150包括多个开关单元160_1～160_n、多个相移器170_1～170_n与多个增益单元180_1～180_n。增益单元180_1～180_n包括多个第一子增益单元与多个第二子增益单元。并且，第一子增益单元例如为增益单元180_i，第二子增益单元例如为增益单元180_j，其中i＝1，3，5，…，n-1，j＝2，4，6，…，n。本实施例仅为本发明的一种实施范例，不用以限制本发明。用户也可视其需求，自行调整第一子增益单元与多个第二子增益单元的分配关系。

第一子增益单元180_i与部分的开关单元160_1～160_n(即开关单元160_i)、部分的相移器170_1～170_n(即相移器170_i)、部分的天线单元130_1～130_n(即天线单元130_i)和部分的射频单元120_1～120_l(即射频单元120_k)组成第一群组210，其中k＝1，3，5，…，l-1。也就是说，开关单元160_i的第一端161耦接射频单元120_k，且开关单元160_i的第一端161与射频单元120_k的数量对应。相移器170_i耦接开关单元160_i的第二端162。第一子增益单元180_i耦接相移器170_i与天线单元130_i。

另外，第二子增益单元180_j与部分的开关单元160_1～160_n(即开关单元160_j)、部分的相移器170_1～170_n(即相移器170_j)、部分的天线单元130_1～130_n(即天线单元130_j)和部分的射频单元120_1～120_l(即射频单元120_m)组成第二群组220，其中m＝2，4，6，…，l。也就是说，开关单元160_j的第一端161耦接射频单元120_m，且开关单元160_j的第一端161与射频单元120_m的数量对应。相移器170_j耦接开关单元160_j的第二端162。第二子增益单元180_j耦接相移器170_j与天线单元130_j。

此外，第一子增益单元180_i的增益大于第二子增益单元180_j的增益。也就是说，第一子增益单元180_i例如为高增益的功率放大器，第二子增益单元180_j例如为低增益的功率放大器。

由此可知，第一群组210为可产生高增益的输出信号的群组，第二群组220为可产生低增益的输出信号的群组。因此，当控制策略中需要提供高增益的输出信号时，控制单元140可以选控制第一群组210的元件的操作，使得天线单元130_i可以传输高增益的输出信号。当控制策略中需要提供低增益的输出信号时，控制单元140可以选控制第二群组220的元件的操作，使得天线单元130_j可以传输低增益的输出信号。

此外，处理单元110更可通过天线单元130_1～130_n接收至少一用户装置(图未示)所产生的多个回传信号，并依据回传信号，建立控制策略，其中回传信号为至少一用户装置响应基站100所提供的多个测试信号而产生。并且，上述操作可参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。

图3为依据本发明的一实施例的基站的又一示意图。本实施例的基站100大致上与图1的基站100相同，亦即图3的基站100仍包括处理单元110、射频单元120_1～120_l、天线单元130_1～130_n、控制单元140与调整单元150，其中l、n分别为大于1的正整数，且l与n不同。并且，图3的处理单元110、射频单元120_1～120_l、天线单元130_1～130_n、控制单元140与调整单元150，可参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。

在本实施例中，调整单元150包括多个开关单元160_1～160_l、多个相移器171、172与多个增益单元181、182。增益单元181、182包括多个第一子增益单元与多个第二子增益单元。并且，第一子增益单元例如为增益单元181，第二子增益单元例如为增益单元182。本实施例仅为本发明的一种实施范例，不用以限制本发明。用户也可视其需求，自行调整第一子增益单元与多个第二子增益单元的分配关系。

在本实施例中，第一子增益单元181与部分的相移器171和部分的天线单元130_1～130_n组成多个第一群组310_1～310_o，且第一群组310_1～310_o的相移器171与对应的开关单元耦接，其中o为大于1的正整数。也就是说，第一群组310_1的多个相移器171与开关单元160_1耦接，第一群组310_2的多个相移器171与开关单元160_2耦接，…，第一群组310_o的多个相移器171与开关单元160_o耦接。其中，第一群组310_1～310_o中的相移器171与第一子增益单元181的数量可以相同或不同，且用户可视其需求，自行调整第一群组310_1～310_o中的相移器171与第一子增益单元181的数量的分配关系。

另外，第二子增益单元182与部分的相移器172和部分的天线单元130_1～130_n组成多个第二群组310_o+1～310_l，且第二群组310_o+1～310_l的相移器172与对应的开关单元耦接，其中o<l。也就是说，第二群组310_o+1的相移器172与开关单元160_o+1耦接，第二群组310_o+2的相移器172与开关单元160_o+2耦接，…，第二群组310_l的相移器172与开关单元160_l耦接。其中，第二群组310_o+1～310_l中的相移器172与第二子增益单元182的数量可以相同或不同，且用户可视其需求，自行调整第二群组310_o+1～310_l中的相移器172与第二子增益单元182的数量的分配关系。

并且，开关单元160_1～160_l的数量为第一群组310_1～310_o与第二群组310_o+1～310_l的数量的总和。另外，相移器171和172的数量的总和及第一子增益单元181和第二子增益单元182的数量的总和与天线单元130_1～130_n的数量相同，亦即n。此外，第一子增益单元181的增益大于第二子增益单元182的增益。也就是说，第一子增益单元181例如为高增益的功率放大器，第二子增益单元182例如为低增益的功率放大器。

由此可知，第一群组310_1～310_o为可产生高增益的输出信号的群组，第二群组310_o+1～310_l为可产生低增益的输出信号的群组。并且，每一射频单元120_1～120_l可以与第一群组310_1～310_o或第二群组310_o+1～310_l相关联。因此，当控制策略中需要提供高增益的输出信号时，控制单元140可以选控制第一群组310_1～310_o的元件的操作，使得第一群组310_1～310_o的天线单元可以传输高增益的输出信号。当控制策略中需要提供低增益的输出信号时，控制单元140可以选控制第二群组310_o+1～310_l的元件的操作，使得第二群组310_o+1～310_l的天线单元可以传输低增益的输出信号。

此外，处理单元110更可通过天线单元130_1～130_n接收至少一用户装置(图未示)所产生的多个回传信号，并依据回传信号，建立控制策略，其中回传信号为至少一用户装置响应基站100所提供的多个测试信号而产生。并且，上述操作可参考图1的实施例的说明，故在此不再赘述。

图4为依据本发明的一实施例的通信系统的示意图。通信系统400包括用户装置410_1～410_m与基站100，其中m为大于0的正整数。其中，本实施例的基站100与图1、图2和图3的基站100相同，且本实施例的基站100的内部元件及其耦接关系与对应操作也与图1、图2和图3的基站的内部元件及其耦接关系与对应操作相同，故可分别参考图1、图2和图3的实施例的说明，故在此不再赘述。

另外，处理单元110更可通过天线单元130_1～130_n提供多个测试信号至用户装置410_1～410_m，使用户装置410_1～410_m响应于上述测试信号而产生多个回传信号，且处理单元110通过天线单元130_1～130_n接收上述回传信号，并依据上述回传信号建立控制策略。并且，上述操作可参考图1～图3的实施例的说明，故在此不再赘述。

藉由上述实施例的说明，可以归纳出一种基站的操作方法。图5为依据本发明的一实施例的基站的操作方法的流程图。

在步骤s502中，产生基带信号，并提供控制策略。在步骤s504中，依据基带信号，产生多个射频信号。在步骤s506中，依据控制策略，产生多个控制信号。在步骤s508中，依据控制信号，调整射频信号的增益，以产生多个输出信号。在步骤s510中，传输输出信号。

在本实施例中，上述输出信号包括多个第一子输出信号和/或多个第二子输出信号，其中第一子输出信号的增益大于第二子输出信号的增益。并且，上述控制策略包括信号发射排程、信号传输距离、用户装置状态、优先性、带宽效率、能量效率至少其一。

图6为依据本发明的另一实施例的基站的操作方法的流程图。在步骤s602中，提供多个测试信号至至少一用户装置。在步骤s604中，接收至少一用户装置响应于测试信号而产生的多个回传信号。在步骤s606中，依据回传信号，建立控制策略。

在步骤s608中，产生基带信号，并提供控制策略。在步骤s610中，依据基带信号，产生多个射频信号。

在步骤s612中，依据控制策略，产生多个控制信号。在步骤s614中，依据控制信号，调整射频信号的增益，以产生多个输出信号。在步骤s616中，传输输出信号。在本实施例中，上述输出信号包括多个第一子输出信号和/或多个第二子输出信号，其中第一子输出信号的增益大于第二子输出信号的增益。并且，上述控制策略包括信号发射排程、信号传输距离、用户装置状态、优先性、带宽效率、能量效率至少其一。

综上所述，本发明所公开的基站与其操作方法及通信系统，通过处理单元提供控制策略，射频单元将基带信号转换成多个射频信号，控制单元依据控制策略，产生多个控制信号，使得调整单元可以依据控制信号，切换射频单元与天线单元之间的连接，调整射频信号的增益，以产生输出信号，且输出信号通过天线单元传输。如此一来，可以降低电路设计的复杂度，减少电路元件的使用数量及保有较能的信号传输效果。

本发明虽以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。