CN106921417A - 合作式多点传输方法、控制节点以及无线通信装置 - Google Patents

合作式多点传输方法、控制节点以及无线通信装置 Download PDF

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Abstract

合作式多点传输方法、控制节点以及无线通信装置。该合作式多点传输方法适于让移动载具上的至少一接入点与多个基站进行通信。所述方法包括下列步骤。依据移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合。此第一合作式多点集合为此些基站中的多个第一协作基站的集合。查询数据库以获取每一第一协作基站所对应使用的第一波束形成权重矩阵。每一第一协作基站利用对应的第一波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。

Description

合作式多点传输方法、控制节点以及无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种合作式多点传输方法、控制节点以及无线通信装置。
背景技术
铁路、或公路在许多国家都是很重要的交通设施。举例来说，在高速铁路***中，典型的列车速度可高达每小时三百多公里，且高速列车一般是用以服务长途旅行的乘客，因此在高速移动的车厢内使用便利的通信服务对来说乘客非常具有吸引力。就一般乘客搭乘高速铁路或快速行驶在路面上的交通工具的体验可知，虽然速度为乘客大幅节省了交通时间，但快速移动也导致乘客无法在车辆上自如地使用无线通信服务。
进一步来说，在移动的环境下，车辆中的乘客常碰到通信不顺畅甚至是通信中断的情况。因为在移动的环境下尤其是高速时，都卜勒效应所造成的频率偏移会非常严重，同调时间(coherent time)会相当小，从而造成通道估测与无线射频信号接收上的困难。另一方面，由于铁路列车或车辆等快速地行驶在路线上，因此车上的通信装置与基站之间频繁的换手程序是难以避免的，更导致封包遗失的机率因为频繁的换手程序而增加。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种合作式多点传输方法、控制节点以及无线通信装置，其可减少基站与移动载具(vehicle)上的通信装置进行换手程序的频率，并藉由基站之间的合作来提升通信装置于高速移动下进行无线通信的可靠度。
依据本发明提供一种合作式多点传输方法一实施例，其适于让移动载具上的至少一接入点与多个基站进行通信。所述方法包括下列步骤。依据移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合。此第一合作式多点集合为此些基站中的多个第一协作基站的集合。查询数据库以获取每一第一协作基站所对应使用的第一波束形成权重矩阵。其中，每一第一协作基站利用对应的第一波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。
依据本发明提供一种控制节点一实施例，其适于控制多个基站与移动载具上的至少一接入点进行通信。所述控制节点包括连接接口以及处理电路。此连接接口操作性连接至此些基站，而处理电路操作性耦接连接接口。处理电路经配置以执行；依据该移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合，其中第一合作式多点集合为此些基站中的多个第一协作基站的集合；查询数据库以获取每一第一协作基站所对应使用的第一波束形成权重矩阵。其中每一第一协作基站利用对应的第一波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。
依据本发明提供一种无线通信装置一实施例，其配置于移动载具上并适于与多个基站进行通信。所述无线接入装置包括多个接入点以及控制器。这些接入点分别包括至少一天线且彼此相互连接，而控制器操作性连接至这些接入点。控制器经配置以执行：依据移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合，并获取每一接入点所使用的第二波束形成权重矩阵，其中第一合作式多点集合为此些基站中的多个第一协作基站的集合；通过每一接入点所使用的第二波束形成权重矩阵与第一协作基站进行合作式多点传输。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A是依据本发明一示范性实施例所绘示的合作式多点传输方法的情境示意图。
图1B是依据本发明一示范性实施例所绘示的合作式多点传输方法的情境示意图。
图2是依据本发明一示范性实施例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。
图3A是依据本发明的一实施范例而绘示的合作式多点传输方法的示意图。
图3B是依据本发明的一实施范例而绘示的合作式多点传输方法的示意图。
图4A是依据本发明一实施范例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。
图4B是依据本发明一实施范例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。
图4C是依据本发明一实施范例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。
图5是依据本发明一实施范例所绘示的利用反馈信息更新波束形成权重矩阵的流程图。
图6是依据本发明一实施范例所绘示的用户设备通过移动载具上的无线通信装置与协作基站进行通信的示意图。
图7是依据本发明一实施范例所绘示的基站与移动载具上的接入点执行下行链路通信的流程图。
图8是依据本发明一实施范例所绘示的基站与移动载具上的接入点执行上行链路通信的流程图。
【符号说明】
110：控制节点
111：连接接口
112：处理电路
120、126：数据库
130：铁路列车
140：车队
BS1～BS18：基站
T1：路线
131～134、610～640：接入点
130a、130b、130c、130d：车厢
P1～P8：预设位置
Comp-s1、Comp-s2、Comp-s3、Comp-s4、Comp-s5：合作式多点集合
121～125：分散式数据库
61：无线通信装置
600：移动载具
U1：用户设备
650：控制器
B1～B4：波束
S210～S250、S410～S430、S440～S480、S411～S416、S510～S560、S710～S740、S810～S830：步骤
具体实施方式
以下，参考伴随的图示，详细说明依据本发明的实施例，从而使本领域技术人员易于了解。所述的发明创意可以采用多种变化的实施方式，当不能只限定于这些实施例。本发明省略已熟知部分(well-known part)的描述，并且相同的参考号于本发明中代表相同的元件。
需先说明的是，在本发明中，基站的「服务范围」代表由上述的基站管理的一个覆盖范围，而位于该服务范围内的无线通信装置可与上述的基站进行通信。
在本发明中，在「合作式多点(Coordination multi-point，CoMP)传输」架构中，在多个基站或是转发站(Relay Station)的服务范围重叠的情况下，属于同一个合作式多点传输集合的多个基站或是转发站可同时传送信号给同一个无线通信装置。无线通信装置将会接收、解调多个来自于不同基站或是转发站的信号与数据。
在本发明中，「移动载具」(vehicle)代表可移动/可行驶的交通工具，例如火车(包括高速列车)、车辆或是车辆所组成的车队等，且本发明对此不限制。「无线通信装置」设置于移动载具上，包括至少一接入点与控制器，适于与行驶路线附近的基站进行通信。无线通信装置的接入点例如是移动中继站(Mobile Relay)。
在本发明中，「基站」(BS)可表示各种实施例，例如是可包含(但不限于)家用演进型节点B(Home Evolved Node B，HeNB)、eNB、进阶基站(advanced base station，ABS)、基地收发器***(base transceiver system，BTS)、家用基站、中继台和/或基于卫星的通信基站。「控制节点」可以称作(但不限于)以下实体：移动性管理实体(Mobility Management Entity，MME)、服务网关(Serving Gateway，S-GW)、分组数据网关(Packet DataNetwork Gateway，PDN-GW)、服务GPRS支持节点(Serving GPRS SupportNode，SGSN)、网关GPRS支持节点(Gateway GPRS Support Node，GGSN)、移动交换中心(Mobile Switching Center，MSC)以及归属用户服务器(HomeSubscriber Server，HSS)等等。在本发明的一示范性实施例中，所述控制节点与基站也可以是相同的实体。
从硬件的角度来看，控制节点或基站例如可至少包含(但不限于)以下项的装置：收发器电路、模拟数字(A/D)转换器、数字模拟(D/A)转换器、处理电路、一个或多个天线单元以及(可选地)存储介质。收发器电路以无线方式传输下行链路信号以及接收上行链路信号。收发器电路可以包含执行低噪声放大、阻抗匹配、混频、下变频、滤波、放大等操作的功能元件。收发器电路也可以包含执行放大、阻抗匹配、混频、上变频、滤波、功率放大等操作的功能元件。模拟数字(A/D)或数字模拟(D/A)转换器经配置以在上行链路信号处理期间将模拟信号格式转换为数字信号格式，并在下行链路信号处理期间将数字信号格式转换为模拟信号格式。
处理电路经配置以处理数字信号并执行与根据本发明示例性实施例所提出的方法相关的程序。此外，控制节点或基站的处理电路可以任选地操作性耦接存储器电路以存储编程代码、装置配置、编码本、缓冲数据或永久数据等。处理电路的功能可以使用微处理电路、微控制器、DSP芯片、FPGA等可编程单元来实施。处理电路的功能还可以用分开的电子装置或IC来实施，并且处理电路也可以用硬件或软件来实施。
另一方面，无线通信装置的接入点例如可至少包含(但不限于)以下项的装置：收发器电路、模拟数字(A/D)转换器、数字模拟(D/A)转换器、处理电路、一个或多个天线单元以及(可选地)存储介质。收发器电路以无线方式传输下行链路信号以及接收上行链路信号。收发器电路可以包含执行低噪声放大、阻抗匹配、混频、下变频、滤波、放大等操作的功能元件。收发器电路也可以包含执行放大、阻抗匹配、混频、上变频、滤波、功率放大等操作的功能元件。模拟数字(A/D)或数字模拟(D/A)转换器经配置以在上行链路信号处理期间将模拟信号格式转换为数字信号格式，并在下行链路信号处理期间将数字信号格式转换为模拟信号格式。
无线通信装置的控制器至少包括(可选地)存储介质与处理电路，控制器的处理电路经配置以处理数字信号并执行与根据本发明示例性实施例所提出的方法相关的程序。
在一示范性实施例中，提出一种合作式多点传输方法，适于让移动载具上的至少一接入点与多个基站进行通信。在此方法中，对应至第一位置的第一合作式多点集合藉由依据移动载具的第一位置查询数据库而获取。须特别说明的是，所述的第一合作式多点集合为此些基站中的多个第一协作基站的集合。进一步来说，行驶路线沿途设置有多个基站，而属于第一合作式多点集合的多个第一协作基站可依据移动载具的位置而被识别出来。
每一第一协作基站所使用的第一波束形成权重矩阵藉由查询数据库而决定。于本发明的一示范性实施例，所述的第一协作基站使用各自对应的第一波束形成权重矩阵来控制各个第一协作基站的天线阵列，以产生并发送射频信号至移动载具上的至少一接入点。于是，第一协作基站与移动载具上的至少一接入点之间的合作式多点传输可藉由每一第一协作基站以及对应使用的第一波束形成权重矩阵而进行。举例而言，在进行下行链路通信时，所述的第一协作基站可以联合处理(Joint Processing)模式中的联合传输(JointTransmission，JT)来传送数据至移动载具上的接入点。
上述的数据库可记录有至少一路线的多个预设位置，这些预设位置形成了至少一路线，以及分别对应至这些预设位置的多个预设合作式多点集合。在一示范性实施例中，用以决定第一合作式多点集合的第一位置为数据库中的预设位置其中之一，而用以识别第一协作基站的第一合作式多点集合为数据库中的预设合作式多点集合其中之一。举例而言，通过利用第一位置来查询数据库中记录有预设位置与预设合作式多点集合的一查找表(look-uptable)，对应于第一位置的第一合作式多点集合可被搜寻出来。
在一示范性实施例中，当第一位置落入预设位置的范围时，则譬如(但不限于)，可任选范围落入的预设位置其中之一或选择最靠近第一位置的预设位置，用来决定对应的第一合作式多点集合。
在一示范性实施例中，记录预设位置与预设合作式多点集合的数据库可以是基于基站的服务范围以及包括多个预设位置的至少一路线而被建立的。举例而言，对于预设位置中的第一预设位置来说，若一特定基站的服务范围涵盖了第一预设位置，所述特定基站将被加入第一预设位置所对应的预设合作式多点集合之中。因此，移动载具的第一位置将位于每一第一协作基站的服务范围内，使每一第一协作基站可同时对位于第一位置上附近的接入点进行联合传输。
在一示范性实施例中，上述的数据库可包括分别对应至多个基站的多个分散式数据库。对应至第一协作基站其中之一的分散式数据库其中之一记录有第一协作基站其中的该一在第一位置上所使用的第一波束形成权重矩阵。也就是说，上述的数据库可以集中式的方式而存储于同一实体装置，或是以分散式的方式而分别存储于相异的基站。每一个基站的分散式数据库记录有基站自身的第一波束形成权重矩阵，因此第一协作基站用来进行合作式多点传输的第一波束形成权重矩阵可藉由分别接入第一协作基站的分散式数据库而获取。
在一示范性实施例中，当移动载具从第一位置移动至第二位置，对应至第二位置的第二合作式多点集合藉由依据第二位置查询数据库而获取。第二合作式多点集合为基站中的多个第二协作基站的集合。由于第一位置相异在第二位置，因此第一合作式多点集合也相异在第二合作式多点集合。须特别说明的是，第二协作基站的部分相同于第一协作基站的部分，即第二协作基站的部分的服务范围与第一协作基站的部分的服务范围都覆盖第一位置与第二位置。
在一示范性实施例中，第二合作式多点集合的多个基站识别码可藉由利用第二位置查询数据库而获取，而第二协作基站也将被指示与移动载具上的接入点进行合作式多点传输。举例而言，连接基站的控制节点可利用第二位置查询数据库而获取第二合作式多点集合的多个基站识别码，并依据查询到的基站识别码发出指示至每一第二协作基站。接收到指示的第二协作基站可直接决定提供服务给移动载具上的接入点，并可不执行换手决策的状态下以联合传输的方式同时发送数据至移动载具上的接入点。
在一示范性实施例中，当移动载具从第一位置移动至第二位置，第一合作式多点集合中第一协作基站的部分被保留，且将此些基站其中的至少一基站(新增基站)新增至第一合作式多点集合，以更新第一合作式多点集合而获取第二合作式多点集合。第二合作式多点集合为此些基站中的多个第二协作基站的集合，且第二协作基站包括新增基站以及第一协作基站的部分。
在一示范性实施例中，关联于第一位置的反馈信息可被获取，所述的反馈信息用以适应性调整各个协作基站所使用的波束形成权重矩阵，以提升通信质量。所述的反馈信息可包括移动载具周围的环境参数、执行合作式多点传输而获取的通道反馈信息、移动载具所测量的当前位置或前述三项信息至少两者的组合，而本发明并不以此为限。举例而言，移动载具通过第一位置时的周遭的环境参数可被测量来作为反馈信息，环境参数例如是温度或湿度。利用第一协作基站执行合作式多点传输而获取的通道反馈信息也可作为关联于第一位置的反馈信息。又或者，在利用第二位置查询数据库之前，移动载具在持续移动的状态下可回报当前位置，而实际的当前位置可以用来适应性的调整各个协作基站所使用的波束形成权重矩阵。于是，第一协作基站其中之一所使用的第一波束形成权重矩阵将藉由利用反馈信息而更新，且第一协作基站的合作式多点传输也将藉由利用更新后的第一波束形成权重矩阵而进行。
在一示范性实施例中，第一协作基站其中之一的测量波束形成权重矩阵可依据反馈信息而被估测，而第一协作基站其中之一所使用的第一波束形成权重矩阵可藉由利用上述的测量波束形成权重矩阵而更新。举例而言，基于环境湿度与信号衰减量的关系，测量波束形成权重矩阵可依据当下的湿度而被估测出来，而第一协作基站所使用的第一波束形成权重矩阵可藉由测量波束形成权重矩阵来更新。在一示范性实施例中，对测量波束形成权重矩阵与第一波束形成权重矩阵执行内插法运算可获取更新后的第一波束形成权重矩阵。
在一示范性实施例中，当移动载具上的接入点的数量大于1，这些接入点也可视为合作式联合传输中的传输点。也就是说，在进行上行链路通信时，每一接入点所使用的第二波束形成权重矩阵可依据移动载具的第一位置而决定。通过每一接入点所使用的第二波束形成权重矩阵，合作式多点传输可与些第一协作基站而进行。举例而言，在进行上行链路通信时，每一接入点都可视为联合传输中的传输点而同时对第一协作基站传输信号与数据。
以下几个示范性实施例搭配图示用来更详细的说明本发明，但并不以此为限。
为了方便说明本发明，以下将以移动载具为包括多节车厢的铁路列车为例进行说明，但本发明并不以此为限。
图1A是依据本发明公开一示范性实施例所绘示的合作式多点传输方法的情境示意图。在此例中，铁路列车130行驶在路线T1上，而基站BS1～BS5布建于路线T1的附近。换句话说，铁路列车130将依序进入基站BS1～BS5的服务范围。基站BS1～BS5可藉由回程(backhaul)网络或者X2接口相互连接以进行信息交换。
控制节点110包括连接接口111以及处理电路112，控制节点110的连接接口111用以连接基站BS1～BS5，以与基站BS1～BS5进行信息交换。处理电路112操作性耦接连接接口111，可依据数据库120所记录的信息来指示基站BS1～BS5执行对应的操作。数据库120可存储于控制节点110内，或者存储于与控制节点110相连的另一实体装置内，且本发明对于存储数据库120的装置并不限制。在一示范性实施例中，基站BS1～BS5也可藉由回程(backhaul)网络或者X2接口来接入数据库120内的数据。
于图1A所示的示范性实施例中，接入点(access point，AP)133设置于铁路列车130的车厢130b上，可与BS1～BS5进行通信。举例而言，接入点133可作为乘客的移动装置(例如手机、平板计算机、笔记型计算机或其他类似装置)与基站BS1～BS5之间的中继站，以提供铁路列车130中乘客网络接入功能。
显而易知的是，路线T1以及基站BS1～BS5的地理位置是不会变动。因此，当铁路列车行驶至路线T1上的多个预设位置其中之一时，路线T1周遭的哪些基站可提供良好的信号传递质量是可预测的。换句话说，本发明可基于基站BS1～BS5的服务范围以及路线T1来建立数据库120，而数据库120记录有路线T1上的多个预设位置P3～P5，以及分别对应至预设位置P3～P5的多个预设合作式多点集合(CoMP set)。这些预设合作式多点集合为基站中的协作基站的集合。然而，此例是以3个预设位置为例进行说明，但本发明并不限制于此。换句话说，在数据库120记录的信息中，每一预设位置P3～P5都将对应至一组预设合作式多点集合。举例而言，预设位置P3将对应至预设合作式多点集合Comp-s1。
具体而言，当铁路列车130行驶至位置P3，控制节点110可依据位置P3查询数据库120而获取合作式多点集合Comp-s1，而合作式多点集合Comp-s1为基站BS1～BS5中的三个协作基站BS2～BS4的集合。位置P3位于每一协作基站BS2～BS4的服务范围内。也就是说，当铁路列车行驶至位置P3，协作基站BS2～BS4可依据数据库120而与接入点133执行合作式多点传输。例如：由基站BS2～BS4对接入点133进行合作式多点传输的联合传输。基此，在铁路列车130于路线T1上行驶的过程中，基站BS1～BS5可依据数据库120所存储的信息而在不执行换手决策的状态下直接决定是否提供网络接入服务给铁路列车130上的接入点133。
一般来说，铁路列车130的行驶信息是已经被规划好的。举例而言，铁路列车130停留于多个车站的时刻表是可预知的，因此铁路列车130的实际地理位置是可依据当下时间点而被预测。另外，在一示范性实施例中，铁路列车130也可设置有位置传感器或定位装置，以检测铁列车130的实际地理位置与行驶速度。基此，在一示范性实施例中，控制节点110可藉由查询数据库120中的列车时刻表而获取铁路列车130的位置，或者，铁路列车130可通过接入点133回报自身的位置信息给控制节点110。在一示范性实施例中，控制节点110可每隔一预设时间间隔就依据铁路列车130的位置查询数据库120，以随铁路列车130的移动而周期性地获取分别对应于相异位置的合作式多点传输集合。举例而言，控制节点110依据位置P5查询数据库120而获取的合作式多点传输集合将不同于合作式多点集合Comp-s1。在进行下行链路通信的过程中，接入点133可接收协作基站BS2～BS4通过合作式多点传输而发送的数据。在进行上行链路通信的过程中，接入点133可发送数据与信号至协作基站BS2～BS4其中的至少一。
图1B是依据本发明一示范性实施例所绘示的合作式多点传输方法的情境示意图。相似的，在此例中，铁路列车130行驶在路线T1上，而基站BS1～BS5布建于路线T1的附近。换句话说，铁路列车130将依序进入基站BS1～BS5的服务范围。基站BS1～BS5可藉由回程(backhaul)网络或者X2接口相互连接以进行信息交换。
需注意的是，在此例中，接入点131～134可分别配置于铁路列车130的车厢130a、130b、130c、130d上。举例而言，接入点131可供车厢130d中的乘客以移动装置(例如手机、平板计算机、笔记型计算机或其他类似装置)接入，而接入点132可供车厢130c中的乘客以移动装置接入，其余接入点133～134亦同。接入点131～133可作为乘客的移动装置与基站BS1～BS5之间的中继站，以提供铁路列车130中乘客网络接入等通信功能。在进行下行链路通信的过程中，接入点133～134可接收协作基站BS2～BS4通过合作式多点传输而发送的数据。
在一示范性实施例中，协作基站BS2～BS4与接入点133～134更可藉由波束形成技术而产生具有特定指向的波束信号。因此，在进行下行链路通信的过程中，接入点133～134可同时地分别接收不同的协作基站BS2～BS4所发送的数据。举例而言，协作基站BS2通过合作式多点传输而发送的数据可由接入点131接收；协作基站BS3通过合作式多点传输而发送的数据可由接入点133接收；协作基站BS4通过合作式多点传输而发送的数据可由接入点134接收。
图2是依据本发明一示范性实施例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。图2所示的范例适用于图1A或图1B所示的情境中，请同时参考图1A、图1B与图2。在步骤S210中，控制节点110依据移动载具在第一时间点的位置P3查询数据库120而取得合作式多点传输集合Comp-s1。控制节点110可查询数据库120而识别协作基站BS4，并将欲发送给接入点133的数据配置给协作基站BS2～BS4。在步骤S220，控制节点110查询数据库120而取得协作基站BS4所使用的波束形成权重矩阵。在基站BS4无法直接接入数据库120的范例中，控制节点110可将查询到的波束形成权重矩阵传送给协作基站BS4。在基站BS4可直接接入数据库120的范例中，控制节点110可控制基站BS4自行接入数据库120而获取波束形成权重矩阵。
进一步来说，协作基站BS4可包括天线阵列、多个相位转换器以及多个放大器(Power Amplifier，PA)来完成执行波束形成功能。送往天线阵列的各天线的信号的相对相位经过适当调整，最后会强化信号在指定方向的强度，并且压抑其他方向的强度。于此，波束形成权重矩阵内的各个元素将对应至天线阵列中的相异天线，以决定送往天线阵列的各天线的信号的相对相位与强度。如此，协作基站BS4可依据波束形成权重矩阵产生具有特定方向的波束，以与移动中的移动载具上的接入点进行通信。
在步骤S230，基站BS4与接入点133进行合作式多点传输。在步骤S240，通过通道测量、环境参数测量或移动载具的位置检测，协作基站BS4可获取关联于位置P3的反馈信息，并将反馈信息传送至控制节点110。在步骤S250，控制节点110利用反馈信息来更新协作基站BS4的波束形成权重矩阵。
图3A是依据本发明的一实施例而绘示的合作式多点传输方法的示意图。请参照图3A，铁路列车130在一路线上行驶并从位置P1移动至位置P2。当铁路列车130行驶至位置P1时，合作式多点传输集合Comp-s2可通过查询数据库的方式而取得，而控制节点可基于合作式多点传输集合Comp-s2而识别出协作基站BS6～BS8。于是，控制节点可将要发送给移动载具上的通信装置的数据与控制信号配置给协作基站BS6～BS8，使协作基站BS6～BS8可同时传送数据与控制信号给移动载具上的通信装置。
另外需要特别说明的是，在图3A所示的范例中，数据库可以分散式布建的方式而包括分别对应至基站BS6～BS10的多个分散式数据库。此外，每一分散式数据库可分别记录对应的基站所使用的波束形成权重矩阵，且这些波束形成权重矩阵分别对应至不同列车位置。更具体来说，分散式数据库121可存储于基站BS7的存储媒介中。分散式数据库121可记录基站BS7所使用的波束形成权重矩阵，且基站BS7所使用的这些波束形成权重矩阵分别对应至不同列车位置。其余分散式数据库122～125亦相似于分散式数据库121。举例而言，对应至协作基站BS6的分散式数据库125记录有协作基站BS6于位置P1所使用的波束形成权重矩阵。
于是，协作基站BS6～BS8从控制节点接收到待发送的数据时，协作基站BS6～BS8可分别藉由查询分散式数据库121、124、125而各自获取对应至位置P1的波束形成权重矩阵。之后，协作基站BS6～BS8可利用各自的波束形成权重矩阵而与铁路列车130上的接入点进行合作式多点传输。
当铁路列车130从位置P1行驶至位置P2时，控制节点可通过依据位置P2直接查询数据库的方式而取的合作式多点传输集合Comp-s3。或者，控制节点可通过更新合作式多点传输集合Comp-s2的方式来获取合作式多点传输集合Comp-s3。合作式多点传输集合Comp-s3为协作基站BS8～BS10的集合。
举例来说，当铁路列车130从位置P1移动至位置P2，控制节点可依据位置P2查询数据库，以获取对应至位置P2的合作式多点集合Comp-s3。合作式多点集合Comp-s2相异于合作式多点集合Comp-s3，且合作式多点集合Comp-s3中的协作基站BS8相同于合作式多点集合Comp-s2中的协作基站BS8。
另外，当铁路列车130从位置P1移动至位置P2，控制节点可保留协作基站Comp-s2的部分并新增至少一新增基站至合作式多点集合Comp-s2，以更新合作式多点集合Comp-s2而获取合作式多点集合Comp-s3。协作基站Comp-s3包括新增基站以及协作基站Comp-s2的部分。以图3A为例，控制节点可依据位置P2而保留协作基站Comp-s2的BS8并新增两个新增基站BS9～BS10至合作式多点集合Comp-s2，以更新合作式多点集合Comp-s2而获取合作式多点集合Comp-s3。
相似的，协作基站BS8～BS10可通过查询分散式数据库122～124而获取各自的波束形成权重矩阵来控制天线阵列。因此，在铁路列车130上的接入点不执行换手决策的状态下，铁路列车130上的接入点从与协作基站BS6～BS8进行通信切换至与协作基站BS8～BS10进行通信。
以下以移动载具为一车队进行说明。图3B是依据本发明的一实施例而绘示的合作式多点传输方法的示意图。请参照图3B，车队140包括多台车辆(图3Β以三台车辆为例，但本发明不限制于此)，车队140在一路线上行驶并从位置P7移动至位置P8。当车队140行驶至位置P7时，合作式多点传输集合Comp-s4可通过查询数据库126的方式而取得，而控制节点可基于合作式多点传输集合Comp-s4而识别出协作基站BS14、BS15、BS17。于是，控制节点可将要发送给车队140上的通信装置的数据与控制信号配置给协作基站BS14、BS15、BS17，使协作基站BS14、BS15、BS17可同时传送数据与控制信号给移动载具上的通信装置。
需说明的是，在本范例实施例中，基站BS14～18藉由回程(backhaul)网络或者X2接口相互连接。因此，基站BS14～18都具有接入数据库126的能力。于是，协作基站BS14、BS15、BS17从控制节点接收到待发送的数据时，协作基站BS14、BS15、BS17可分别藉由查询数据库126而各自获取对应至位置P7的波束形成权重矩阵。之后，协作基站BS14、BS15、BS17可利用各自的波束形成权重矩阵而与车队140的接入点进行合作式多点传输。
当车队140从位置P7行驶至位置P8时，控制节点可通过依据位置P8直接查询数据库126的方式而取的合作式多点传输集合Comp-s5。或者，控制节点可通过更新合作式多点传输集合Comp-s4的方式来获取合作式多点传输集合Comp-s5。合作式多点传输集合Comp-s5为协作基站BS15、BS16、BS18的集合。因此，在车队140的各车辆不执行换手决策的状态下，车队140的各车辆从与协作基站BS14、BS15、BS17进行通信切换至与协作基站BS15、BS16、BS18进行通信。
图4A是依据本发明一实施例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。请参照图4A，在步骤S410，依据移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合。在步骤S420，查询数据库，以获取每一第一协作基站所使用的第一波束形成权重矩阵。在步骤S430，由每一第一协作基站以及对应的第一波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。图4A所示的步骤流程S410～S420可由图1A所示的控制节点110的处理电路112来执行，但本发明并不限制于此。
以下列举一流程图说明藉由新的位置来查询数据库而获取新的合作式多点传输集合的范例。图4B是依据本发明一实施例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。请参照图4B，在步骤S440，依据移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合。在步骤S450，查询数据库，以获取每一第一协作基站所使用的第一波束形成权重矩阵。在步骤S460，由每一第一协作基站以及对应的第一波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。在步骤S470，当移动载具从第一位置移动至第二位置，依据移动载具的第二位置查询数据库，以获取对应至第二位置的第二合作式多点集合。在步骤S480，当移动载具从第一位置移动至第二位置，查询数据库，以获取每一第二协作基站所使用的第二波束形成权重矩阵。在步骤S490，由每一第二协作基站以及对应的第二波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。图4B所示的步骤流程S440～S450、S470～S480可由图1A所示的控制节点110的处理电路112来执行，但本发明并不限制于此。
以下列举一流程图说明更新旧的合作式多点传输集合而获取新的合作式多点传输集合的范例。图4C是依据本发明一实施例所绘示的合作式多点传输方法的流程图。请参照图4C，在步骤S411，依据移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合。在步骤S412，查询数据库，以获取每一第一协作基站所使用的第一波束形成权重矩阵。在步骤S413，由每一第一协作基站以及对应的第一波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。
在步骤S414，当移动载具从第一位置移动至第二位置，保留第一协作基站的部分并新增基站其中的至少一新增基站至第一合作式多点集合，以更新第一合作式多点集合而获取第二合作式多点集合。在步骤S415，当移动载具从第一位置移动至第二位置，指示每一第二协作基站查询数据库，以决定每一第二协作基站所使用的第二波束形成权重矩阵。在步骤S416，由每一第二协作基站以及对应的第二波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。图4C所示的步骤流程S411～S412、S414～S415可由图1A所示的控制节点110的处理电路112来执行，但本发明并不限制于此。
图5是依据本发明一实施例所绘示的利用反馈信息更新波束形成权重矩阵的流程图。请参照图5，在步骤S510，依据移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至第一位置的第一合作式多点集合。在步骤S520，查询数据库，以获取每一第一协作基站所使用的第一波束形成权重矩阵。在步骤S530，由每一第一协作基站以及对应的第一波束形成权重矩阵与移动载具上的至少一接入点进行合作式多点传输。
在步骤S540，获取关联于第一位置的反馈信息。所述的反馈信息可包括移动载具周围的环境参数、执行合作式多点传输而获取的通道反馈信息、移动载具所测量的当前位置或前述三项信息至少两者的组合，而本发明并不以此为限。举例而言，移动载具通过第一位置时的周遭的环境参数可被测量来作为反馈信息，环境参数例如是温度或湿度。利用第一协作基站执行合作式多点传输而获取的通道反馈信息也可作为关联于第一位置的反馈信息。又或者，在利用第二位置查询数据库之前，移动载具在持续移动的状态下可回报当前位置，而实际的当前位置可以用来适应性的调整各个协作基站所使用的波束形成权重矩阵。
在步骤S550，利用反馈信息更新第一协作基站其中的至少一所使用的第一波束形成权重矩阵。进一步来说，关于实际环境与当下通信条件的反馈信息可用来估测出测量波束形成权重矩阵。举例而言，环境温度与噪声功率为正比关系，因此测量波束形成权重矩阵可基于作为反馈信息的温度而被估测出来。在一范例实施例中，对应于相异温度条件下的测量波束形成权重矩阵可事先建立于数据库中，因此最接近实际测量温度的测量波束形成权重矩阵可藉由查询数据库而取得。另外，环境湿度也与射频信号的衰减量有关，因此测量波束形成权重矩阵可基于作为反馈信息的湿度而被估测出来。在一范例实施例中，对应于相异湿度条件下的测量波束形成权重矩阵可事先建立于数据库中，因此最接近实际测量湿度的测量波束形成权重矩阵可藉由查询数据库而取得。如此，更新后的第一波束形成权重矩阵可藉由对测量波束形成权重矩阵以及第一波束形成权重矩阵进行内插运算而获取。
举例而言，第一波束形成权重矩阵可表征如矩阵(1)：
矩阵(1)
基于反馈信息而获取的测量波束形成权重矩阵可表征如矩阵(2)：
矩阵(2)
藉由对矩阵(1)与矩阵(2)进行内插运算可获取更新后的第一波束形成权重矩阵，而更新后的第一波束形成权重矩阵可表征如矩阵(3)：
矩阵(3)
于是，在步骤S560，由第一协作基站其中的至少一利用更新后的第一波束形成权重矩阵与至少一接入点进行合作式多点传输。图5所示的步骤流程S540～S550可由图1A所示的控制节点110的处理电路112来执行，但本发明并不限制于此。举例而言，图5所示的步骤流程S540～S560也可由图1A所示的协作基站BS4来执行，但本发明并不限制于此。
图6是依据本发明一实施例所绘示的用户设备通过移动载具上的无线通信装置与协作基站进行通信的示意图。请参照图6，无线通信装置61配置于移动载具600上，且移动载具600行驶在路线上。无线通信装置61包括多个接入点610～640以及控制器650。接入点610～640分别包括至少一天线，接入点610～640彼此相互连接而可视为合作式多点传输中的多个协作传输点，且接入点610～640可视为用户设备U1与路线周遭的基站之间的中继站。
控制器650例如是一般用途处理器、特殊用途处理器、传统的处理器、数字信号处理器、多个微处理器(microprocessor)、一个或多个结合数字信号处理器核心的微处理器、微控制器、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列电路(Field Programmable GateArray，FPGA)、任何其他种类的集成电路。控制器650操作性连接至接入点610～640。控制器650依据移动载具600的位置P6查询数据库660，以获取对应至位置P6的合作式多点集合Comp-s6，并从数据库660获取每一接入点610～640所使用的波束形成权重矩阵。合作式多点集合Comp-s6为多个协作基站BS11～BS13的集合。控制器650控制每一接入点610～640使用对应的第二波束形成权重矩阵与协作基站BS11～BS13进行合作式多点传输。
如图6所示，接入点610可依据对应的波束形成权重矩阵而产生具有特定指向或场型的波束B1，并利用波束B1来接收协作基站BS11所传送的下行链路数据，或利用波束B1来发送经由控制器650配置的上行链路数据。此外，接入点620可依据对应的波束形成权重矩阵而产生具有特定指向或场型的波束B2，并利用波束B2来接收协作基站BS11所传送的下行链路数据，或利用波束B2来发送经由控制器650配置的上行链路数据。
另外，接入点630可依据对应的波束形成权重矩阵而产生具有特定指向或场型的波束B3，并利用波束B3来接收协作基站BS12所传送的下行链路数据，或利用波束B3来发送经由控制器650配置的上行链路数据。接入点640可依据对应的波束形成权重矩阵而产生具有特定指向或场型的波束B4，并利用波束B4来接收协作基站BS13所传送的下行链路数据，或利用波束B4来发送经由控制器650配置的上行链路数据。换句话说，用户设备U1可通过波束B1～B4而与协作基站BS11～B13进行通信。
图7是依据本发明一实施例所绘示的基站与移动载具上的接入点执行下行链路通信的流程图。在步骤S710，依据移动载具的位置查询基站端的数据库而获取合作式多点传输集合，以依据合作式多点传输集合识别多个协作基站并获取每一协作基站的波束形成权重矩阵。在步骤S720，查询移动载具端的数据库而获取移动载具上每一接入点的波束形成权重矩阵。在步骤S730，在执行下行链路通信时，由每一协作基站使用对应的波束形成权重矩阵进行合作式多点传输而发送数据。在步骤S740，在执行下行链路通信时，由每一接入点使用对应的波束形成权重矩阵进行关联于合作式多点传输的接收。
图8是依据本发明一实施例所绘示的基站与移动载具上的接入点执行上行链路通信的流程图。在步骤S810，查询移动载具端的数据库而获取移动载具上每一接入点的波束形成权重矩阵。在步骤S820，在执行上行链路通信时，由每一接入点使用对应的波束形成权重矩阵进行合作式多点传输。由于每一接入点所使用的波束形成权重矩阵是基于协作基站的位置而产生，因此每一接入点将产生指向协作基站的波束。于是，在步骤S830，在执行上行链路通信时，由每一协作基站使用对应的波束形成权重矩阵进行关联于合作式多点传输的接收。
依照本发明一个示范性实施例上述所描述的，对于在路线上移动的移动载具来说，移动载具上的接入点与基站可藉由查询数据库的方式来获取合作式多点传输集合。如此，用以服务移动载具上的接入点的基站可不需要通过传统的换手决策程序来决定，可大幅减少执行换手程序的频率并减少传统的换手程序所需要的时间。此外，藉由波束形成与合作式多点传输的实施，因都普勒效应而下降的通信质量将得以改善。再者，藉由基站之间的合作，本发明可提升在高速移动的移动载具中使用用户设备进行无线通信的可靠度。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。

Claims (32)

1.一种合作式多点传输方法，适于让移动载具上的至少一接入点与多个基站进行通信，其特征在于，所述方法包括：
依据该移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至该第一位置的第一合作式多点集合，其中该第一合作式多点集合为这些基站中的多个第一协作基站的集合；以及
查询该数据库以获取每一这些第一协作基站所对应使用的第一波束形成权重矩阵，
其中每一这些第一协作基站利用所对应的该第一波束形成权重矩阵与该移动载具上的该至少一接入点进行合作式多点传输。
2.如权利要求1所述的合作式多点传输方法，其中该移动载具行驶在路线上，该数据库记录有该路线上的多个预设位置，以及分别对应至这些预设位置的多个预设合作式多点集合，
其中该第一位置落入这些预设位置其中之一的范围，且该第一合作式多点集合为这些预设合作式多点集合其中之一。
3.如权利要求2所述的合作式多点传输方法，还包括：
基于这些基站的服务范围以及包括这些预设位置的该路线，建立记录有这些预设位置与这些预设合作式多点集合的该数据库。
4.如权利要求2所述的合作式多点传输方法，其中该第一位置位于每一这些第一协作基站的服务范围内。
5.如权利要求2所述的合作式多点传输方法，其中该数据库包括分别对应至这些基站的多个分散式数据库，对应至这些第一协作基站其中之一的这些分散式数据库其中之一记录有这些第一协作基站其中的该一于该第一位置所使用的该第一波束形成权重矩阵。
6.如权利要求1所述的合作式多点传输方法，还包括：
当该移动载具从该第一位置移动至第二位置，依据该第二位置查询该数据库，以获取对应至该第二位置的第二合作式多点集合，其中该第二合作式多点集合为这些基站中的多个第二协作基站的集合，该第一合作式多点集合相异于该第二合作式多点集合，且这些第二协作基站的部分相同于这些第一协作基站的部分。
7.如权利要求6所述的合作式多点传输方法，还包括：
依据该数据库所记录的该第二合作式多点集合的多个基站识别码，指示这些第二协作基站与该移动载具上的该至少一接入点进行该合作式多点传输，使这些第二协作基站在不执行换手决策的状态下决定是否服务该移动载具上的该至少一接入点。
8.如权利要求1所述的合作式多点传输方法，还包括：
当该移动载具从该第一位置移动至第二位置，保留这些第一协作基站的部分并新增这些基站其中的至少一新增基站至该第一合作式多点集合，以更新该第一合作式多点集合而获取第二合作式多点集合，其中该第二合作式多点集合为这些基站中的多个第二协作基站的集合，且这些第二协作基站包括该至少一新增基站以及这些第一协作基站的该部分。
9.如权利要求8所述的合作式多点传输方法，还包括：
依据该第二合作式多点集合的多个基站识别码，指示这些第二协作基站与该移动载具上的该至少一接入点进行该合作式多点传输，使这些第二协作基站在不执行换手决策的状态下决定是否服务该移动载具上的该至少一接入点。
10.如权利要求1所述的合作式多点传输方法，还包括：
获取关联于该第一位置的反馈信息；以及
利用该反馈信息更新这些第一协作基站其中之一所使用的该第一波束形成权重矩阵，以利用更新后的该第一波束形成权重矩阵与该至少一接入点进行该合作式多点传输。
11.如权利要求10所述的合作式多点传输方法，其中利用该反馈信息更新这些第一协作基站其中的该一所使用的该第一波束形成权重矩阵的步骤还包括：
依据该反馈信息估测出这些第一协作基站其中的该一的测量波束形成权重矩阵，并利用该测量波束形成权重矩阵更新这些第一协作基站其中之一所使用的该第一波束形成权重矩阵。
12.如权利要求11所述的合作式多点传输方法，其中利用该测量波束形成权重矩阵更新这些第一协作基站其中的该一所使用的该第一波束形成权重矩阵的步骤还包括：
对该测量波束形成权重矩阵与这些第一协作基站其中的该一所使用的该第一波束形成权重矩阵执行内插法运算，以获取更新后的该第一波束形成权重矩阵。
13.如权利要求10所述的合作式多点传输方法，其中该反馈信息包括该移动载具周围的环境参数、执行该合作式多点传输而获取的通道反馈信息、该移动载具所测量的当前位置或前述三项信息至少两者的组合。
14.如权利要求1所述的合作式多点传输方法，其中当该至少一接入点的数量大于1，所述方法还包括：
依据该第一位置决定每一这些接入点所使用的第二波束形成权重矩阵；以及
通过每一这些接入点所使用的该第二波束形成权重矩阵与这些第一协作基站进行该合作式多点传输。
15.一种控制节点，适于控制多个基站与移动载具上的至少一接入点进行通信，其特征在于，所述控制节点包括：
连接接口，操作性连接至这些基站；以及
处理电路，操作性耦接该连接接口，经配置以执行：
依据该移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至该第一位置的第一合作式多点集合，其中该第一合作式多点集合为这些基站中的多个第一协作基站的集合；以及
查询该数据库以获取每一这些第一协作基站所对应使用的第一波束形成权重矩阵，
其中每一这些第一协作基站利用所对应的该第一波束形成权重矩阵与该移动载具上的该至少一接入点进行合作式多点传输。
16.如权利要求15所述的控制节点，其中该移动载具行驶在路线上，该数据库记录有该路线上的多个预设位置，以及分别对应至这些预设位置的多个预设合作式多点集合，
其中该第一位置落入这些预设位置其中之一的范围，且该第一合作式多点集合为这些预设合作式多点集合其中之一。
17.如权利要求16所述的控制节点，其中该处理电路还经配置以执行：
基于这些基站的服务范围以及包括这些预设位置的至少一预设路线，建立记录有这些预设位置与这些预设合作式多点集合的该数据库。
18.如权利要求16所述的控制节点，其中该第一位置位于每一这些第一协作基站的服务范围内。
19.如权利要求16所述的控制节点，其中该数据库包括分别对应至这些基站的多个分散式数据库，对应至这些第一协作基站其中之一的这些分散式数据库其中之一记录有这些第一协作基站其中的该一于该第一位置所使用的该第一波束形成权重矩阵。
20.如权利要求15所述的控制节点，其中该处理电路还经配置以执行：
当该移动载具从该第一位置移动至第二位置，依据该第二位置查询该数据库，以获取对应至该第二位置的第二合作式多点集合，其中该第二合作式多点集合为这些基站中的多个第二协作基站的集合，该第一合作式多点集合相异于该第二合作式多点集合，且这些第二协作基站的部分相同于这些第一协作基站的部分。
21.如权利要求20所述的控制节点，其中该处理电路还经配置以执行：
依据该数据库所记录的该第二合作式多点集合的多个基站识别码，指示这些第二协作基站与该移动载具上的该至少一接入点进行该合作式多点传输，使这些第二协作基站在不执行换手决策的状态下决定是否服务该移动载具上的该至少一接入点。
22.如权利要求15所述的控制节点，其中该处理电路还经配置以执行：
当该移动载具从该第一位置移动至第二位置，保留这些第一协作基站的部分并新增这些基站其中的至少一新增基站至该第一合作式多点集合，以更新该第一合作式多点集合而获取第二合作式多点集合，其中该第二合作式多点集合为这些基站中的多个第二协作基站的集合，且这些第二协作基站包括该至少一新增基站以及这些第一协作基站的该部分。
23.如权利要求22所述的控制节点，其中该处理电路还经配置以执行：
依据该第二合作式多点集合的多个基站识别码，指示这些第二协作基站与该移动载具上的该至少一接入点进行该合作式多点传输，使这些第二协作基站在不执行换手决策的状态下决定是否服务该移动载具上的该至少一接入点。
24.如权利要求15所述的控制节点，其中该处理电路还经配置以执行：
获取关联于该第一位置的反馈信息；以及
利用该反馈信息更新这些第一协作基站其中之一所使用的该第一波束形成权重矩阵，以利用更新后的该第一波束形成权重矩阵与该至少一接入点执行该合作式多点传输。
25.如权利要求24所述的控制节点，其中该处理电路还经配置以执行：
依据该反馈信息估测出这些第一协作基站其中的该一的测量波束形成权重矩阵，并利用该测量波束形成权重矩阵更新这些第一协作基站其中之一所使用的该第一波束形成权重矩阵。
26.如权利要求25所述的控制节点，中该处理电路还经配置以执行：
对该测量波束形成权重矩阵与这些第一协作基站其中的该一所使用的该第一波束形成权重矩阵执行内插法运算，以获取更新后的该第一波束形成权重矩阵。
27.如权利要求24所述的控制节点，其中该反馈信息包括该移动载具周围的环境参数、执行该合作式多点传输而获取的通道反馈信息、该移动载具所测量的当前位置或前述三项信息至少两者的组合。
28.一种无线通信装置，配置于移动载具上并适于与多个基站进行通信，其特征在于，所述无线接入装置包括：
多个接入点，分别包括至少一天线，彼此相互连接；以及
控制器，操作性连接至这些接入点，经配置以执行：
依据该移动载具的第一位置查询数据库，以获取对应至该第一位置的第一合作式多点集合，并获取每一这些接入点所对应使用的第二波束形成权重矩阵，其中该第一合作式多点集合为这些基站中的多个第一协作基站的集合；以及
通过每一这些接入点所使用的该第二波束形成权重矩阵与这些第一协作基站进行合作式多点传输。
29.如权利要求28所述的无线通信装置，其中该移动载具行驶在路线上，该数据库记录有该路线上的多个预设位置，以及分别对应至这些预设位置的多个预设合作式多点集合，
其中该第一位置落入这些预设位置其中之一的范围，且该第一合作式多点集合为这些预设合作式多点集合其中之一。
30.如权利要求29所述的无线通信装置，其中该第一位置位于每一这些第一协作基站的服务范围内。
31.如权利要求28所述的无线通信装置，其中该控制器还经配置以执行：
当该移动载具从该第一位置移动至第二位置，依据该第二位置查询该数据库，以获取对应至该第二位置的第二合作式多点集合，其中该第二合作式多点集合为这些基站中的多个第二协作基站的集合，该第一合作式多点集合相异于该第二合作式多点集合，且这些第二协作基站的部分相同于这些第一协作基站的部分。
32.如权利要求31所述的无线接入装置，其中该控制器还经配置以执行：
当该移动载具从该第一位置移动至该第二位置，在不执行换手决策的状态下，从与这些第一协作基站进行通信切换至与这些第二协作基站进行通信。
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