ПЕРЕДАТЧИК И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА
TRANSMITTER AND SIGNAL TRANSMISSION METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к области мобильной связи, а более конкретно к передатчику, имеющему несколько антенн, и к способу передачи сигнала.
Уровень техники
В данной области техники набирают темп научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, нацеленные на разработку схем мобильной связи следующего поколения. Консорциум 3GPP, который является организацией по стандартизации W-CDMA, в качестве технологии, идущей на смену W-CDMA, HSDPA и/или HSUPA, рассматривает схему связи LTE (Long Term Evolution, долгосрочное развитие). В LTE в качестве схем радиодоступа в нисходящей и восходящей линии связи будут использоваться, соответственно, схема OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) и схема SC-FDMA (Single-Carrier Frequency Division Multiple Access, множественный доступ с частотным разделением на одной несущей) (см., например, 3GPP TR 25.814 (V7.0.0), "Physical Layer Aspects for Evolved UTRA", June 2006).
OFDM представляет собой схему с несколькими несущими. Полоса частот в данной схеме подразделяется на более узкие полосы частот (поднесущие), и данные передаются в отдельных более узких полосах частот. В OFDM поднесущие тесно соседствуют и частично перекрываются без интерференции (помех), благодаря чему достигается более быстрая передача и повышается эффективность использования частотных ресурсов.
SC-FDMA представляет собой схему с одной несущей. Полоса частот в данной схеме подразделяется на несколько частотных поддиапазонов, и для снижения интерференции между терминалами каждый из множества терминалов использует для передачи отдельный частотный поддиапазон. В схеме SC-FDMA снижены вариации мощности передачи, что позволяет уменьшить энергопотребление терминалов и расширить зону покрытия.
LTE представляет собой систему связи, в которой несколько терминалов пользователя совместно используют один или большее количество восходящих физических каналов и один или большее количество нисходящих физических каналов. Каналы, совместно используемые несколькими терминалами пользователя, обычно называют общими каналами (shared channels). В LTE восходящая связь осуществляется посредством каналов PUSCH (Physical Uplink Shared Channels, физические восходящие общие каналы), а нисходящая связь осуществляется посредством каналов PDSCH (Physical Downlink Shared Channels, физические нисходящие общие каналы).
В системе связи, в которой применяются общие каналы, для каждого подкадра (1 мс в LTE) необходимо сообщать, каким терминалам пользователя будут назначены общие каналы. В LTE каналы управления, используемые для такого сообщения (сигнализации), называются каналами PDCCH (Physical Downlink Control Channels, физические нисходящие каналы управления) либо нисходящими каналами управления L1/L2 (Layer 1 /Layer 2, уровня 1/уровня 2). Например, PDCCH может включать несколько информационных элементов, таких, как информация нисходящего планирования, информация подтверждения (ACK/NACK), грант восходящего планирования, индикаторы перегрузки и биты команды управления мощностью передачи (см., например, R1-070103, Downlink L1/L2 Control Signaling Channel Structure: Coding).
Информация нисходящего планирования и грант восходящего планирования используются для сообщения о том, каким терминалам пользователя будут назначены общие каналы. Информация нисходящего планирования, например, может содержать такие информационные элементы для нисходящих общих каналов, как информация о назначении нисходящих блоков ресурсов (RB, resource block), идентификаторы терминалов пользователя (UE, user equipment, пользовательских устройств), количество потоков в MIMO, информация о векторах предварительного кодирования, размеры данных, схемы модуляции и информация гибридного автоматического запроса повторной передачи (HARQ, Hybrid Automatic Repeat reQuest). С другой стороны, грант восходящего планирования может содержать такие информационные элементы для восходящих общих каналов, как информация о назначении восходящих блоков ресурсов, идентификаторы терминалов пользователя, размеры данных, схемы модуляции, информация о мощности передачи в восходящей линии связи и информация о демодуляции опорного сигнала в схеме MIMO восходящей линии связи.
Схема MIMO (Multiple Input Multiple Output, несколько входов и несколько выходов) представляет собой способ многоантенной связи, в котором для повышения скорости и качества передачи используется несколько антенн. В данной схеме путем дублирования передаваемых потоков сигнала и комбинирования дублированных потоков сигнала с использованием соответствующих весовых коэффициентов («весов») участникам связи можно передавать лучи с управляемой направленностью. Такая схема называется схемой предварительного кодирования; применяемые при этом весовые коэффициенты называются вектором предварительного кодирования (precoding vector) или, в более общем случае, матрицей предварительного кодирования (preceding matrix).
Фиг.1 схематично иллюстрирует пример операции предварительного кодирования. Каждый из двух потоков (передаваемые сигналы 1, 2) в модулях дублирования дублируется с образованием пары потоков, и каждый поток из пары умножается на вектор предварительного кодирования. Затем потоки комбинируются и передаются, как показано. Предварительное кодирование подразделяется на схему с обратной связью (с замкнутым контуром управления) и схему без обратной связи (с открытым контуром управления). В отличие от схемы без обратной связи в схеме с обратной связью вектор предварительного кодирования адаптивно управляется, принимая надлежащие значения, на основании информации обратной связи от принимающей стороны (терминала пользователя). На фиг.1 показан пример функционирования с обратной связью. В схеме предварительного кодирования отдельные потоки передаются с разделением в пространстве, что может значительно повысить качество отдельных потоков.
Между тем, предложена технология, называемая разнесением по задержке или циклическим разнесением по задержке (CDD, cyclic delay diversity), в которой для подлежащего передаче сигнала формируется несколько дублированных сигналов, количество которых соответствует количеству антенн, и для путей распространения сигнала от модулей дублирования в антенны устанавливаются различные задержки. Поскольку один и тот же сигнал передается в разные моменты времени, применение данной технологии целесообразно для выравнивания качества сигнала между разными потоками.
Как показано на фиг.2, одни и те же сигналы передаются с нескольких антенн в разные моменты времени. Принимающая сторона принимает сигналы, поступившие по нескольким путям, и комбинирует их, что может дать эффект разнесения.
CDD может сочетаться с предварительным кодированием для повышения качества за счет как CCD, так и предварительного кодирования. В этом случае передаваемые сигналы могут иметь различные характеристики в зависимости от того, какой из двух видов обработки сигнала - обработка сигнала при предварительном кодировании либо обработка сигнала при CCD - был выполнен первым.
FFT
kn
Фиг.3 схематично иллюстрирует пример, в котором обработка сигнала при CCD выполняется после обработки сигнала при предварительном кодировании. На фиг.4, где более подробно поясняются показанные на фиг.3 компоненты, N обозначает размер БПФ (FFT, fast Fourier transform, быстрое преобразование Фурье), τ обозначает величину задержки, a s обозначает n-й поток k-й поднесущей.
k
Как показано на фиг.4, операции над отдельными компонентами сигнала представляются в матричной форме, и операция, описываемая матрицей (D) для CDD, в общем случае некоммутативна с операцией, описываемой матрицей (F) для предварительного кодирования. По этой причине более значимое воздействие на подлежащие передаче сигналы может оказывать последняя из двух последовательно выполняемых операций над сигналами. В представленном примере эффект повышения качества сигнала вследствие использования CCD выражен сильнее, и поэтому существует более высокая вероятность того, что качество сигнала в передаваемых потоках может быть выровнено, однако при этом эффект повышения качества сигнала вследствие использования предварительного кодирования может быть ослаблен. Применение данной схемы может быть целесообразным в предварительном кодировании без обратной связи, где вектор предварительного кодирования не меняется. На фиг.4 в качестве весового коэффициента используется вектор предварительного кодирования, обозначенный как F. Схема данного типа раскрыта, например, в документе 3GPP R1-070236 "Precoding for E-UTRA downlink MIMO", LG Electronics, Samsung и NTT-DoCoMo.
i
i
1
2
P
Фиг.5 схематично иллюстрирует пример, в котором обработка сигнала при предварительном кодировании выполняется после обработки сигнала при CCD, Фиг.6 более подробно поясняет показанные на фиг.5 компоненты. И в данном случае обработка сигнала, выполняемая последней, может оказывать более значимое воздействие на подлежащий передаче сигнал. Поэтому в представленном примере эффект повышения качества сигнала вследствие использования предварительного кодирования выражен сильнее, что может быть полезно для повышения качества в отдельных потоках. Однако при этом эффект повышения качества сигнала вследствие использования CCD может быть ослаблен. По этой причине предпочтительно адаптивное управление векторами предварительного кодирования. На фиг.5 векторы предварительного кодирования обозначены как U. Оптимальный вектор U адаптивно выбирается из предварительно заданного множества P векторов предварительного кодирования, {U, U, …, U}, на основании сигнала обратной связи от противоположной стороны, участвующей в связи. Иными словами, данная схема целесообразна для предварительного кодирования в схеме с обратной связью. Схема данного типа раскрыта, например, в документе 3GPP R1-072461, "High Delay CDD in Rank Adapted Spatial Multiplexing Mode for LTE DL", Ericsson.
Управление вектором предварительного кодирования в предварительном кодировании с обратной связью имеет значительное преимущество с точки зрения повышения качества сигнала, состоящее в том, что отдельные потоки передаются в пространстве раздельно. Однако при этом необходимо адаптивно менять передаваемые лучи в зависимости от участника связи (терминала пользователя). Таким образом, если участник связи быстро перемещается, подобное управление может быть затруднено. В данном случае эффект повышения качества сигнала от использования CCD может быть выражен лучше, чем от использования предварительного кодирования. Иными словами, целесообразным может быть выполнение в первую очередь предварительного кодирования, как показано на фиг.3 и 4, после чего можно попытаться получить более выраженный эффект от разнесения по задержке путем использования CCD. Таким образом, если предварительное кодирование комбинируется с CDD, то целесообразность использования первой схемы, показанной на фиг.3 и 4, либо второй схемы, показанной на фиг.5 и 6, зависит от состояния связи.
1
k
Фиг.7 иллюстрирует пример решения, основанного на вышеизложенных соображениях. В данном примере предусмотрены модули обработки сигнала и для первой, и для второй схемы, за счет чего можно применять и первую, и вторую схему, а эти схемы можно адаптивно менять в зависимости от состояний связи. Однако в такой конструкции должны присутствовать два модуля обработки сигнала для CDD, соответствующие показанным на фиг.4 и 6 D-D, что привело бы к усложнению передатчика.
Раскрытие изобретения
Таким образом, целью настоящего изобретения является упрощение передатчика с несколькими передающими антеннами, позволяющего использовать разнесение по задержке и предварительное кодирование.
Для решения вышеуказанной проблемы в одном аспекте настоящего изобретения предлагается передатчик, включающий несколько передающих антенн; модуль преобразования, выполненный с возможностью формирования из одного или большего количества потоков передачи, связанных с любой передающей антенной, нескольких последовательностей сигнала, соответствующих заранее заданной полосе частот; модуль предварительного кодирования, выполненный с возможностью задания веса последовательностей сигнала с использованием матрицы предварительного кодирования, выбранной из кодового модуля, содержащего несколько заранее заданных матриц предварительного кодирования; и модуль передачи, выполненный с возможностью преобразования выходного сигнала модуля предварительного кодирования в несколько сигналов, количество которых соответствует количеству передающих антенн, и с возможностью передачи преобразованных сигналов с передающих антенн, причем модуль предварительного кодирования применяет различные матрицы предварительного кодирования к различным последовательностям сигнала, а взаимосвязь между различными матрицами предварительного кодирования и различными последовательностями сигнала определяется с использованием управления без обратной связи, не зависящего от информации обратной связи из приемника.
В соответствии с данным аспектом настоящего изобретения становится возможным упростить передатчик с несколькими передающими антеннами, позволяющий использовать разнесение по задержке и предварительное кодирование.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 схематично иллюстрирует пример операции предварительного кодирования.
Фиг.2 схематично иллюстрирует принцип разнесения по задержке.
Фиг.3 схематично иллюстрирует первый вариант передатчика, реализующего CCD и предварительное кодирование.
Фиг.4 более подробно иллюстрирует данный передатчик.
Фиг.5 схематично иллюстрирует второй вариант передатчика, реализующего CCD и предварительное кодирование.
Фиг.6 более подробно иллюстрирует данный передатчик.
Фиг.7 иллюстрирует пример выполнения передатчика, реализующего возможность переключения между первой схемой и второй схемой.
Фиг.8 схематично иллюстрирует пример конструкции передатчика в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 представляет собой структурную схему передатчика в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 схематично иллюстрирует вычислительные операции в модулях предварительного кодирования в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 схематично иллюстрирует пример взаимосвязи между векторами предварительного кодирования и поднесущими.
Фиг.12A схематично иллюстрирует пример взаимосвязи между векторами предварительного кодирования и поднесущими.
Фиг.12B схематично иллюстрирует еще один пример взаимосвязи между векторами предварительного кодирования и поднесущими.
Фиг.13 представляет собой структурную схему, иллюстрирующую вариант выполнения передатчика.
Фиг.14 схематично иллюстрирует вычислительные операции в модулях предварительного кодирования в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 схематично иллюстрирует операции, выполняемые в модулях предварительного кодирования в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Tx
Rx
Фиг.16 иллюстрирует пример результатов моделирования для (N, N)=(4, 2) и некоррелированных каналов.
Tx
Rx
Фиг.17 иллюстрирует пример результатов моделирования для (N, N)=(4, 2) и коррелированных каналов.
ПЕРЕЧЕНЬ ОБОЗНАЧЕНИЙ:
902: модуль формирования сигнала;
904: модуль последовательно-параллельного преобразования (S/P);
906: модуль предварительного кодирования;
908: модуль параллельно-последовательного преобразования (P/S);
910: модуль ОБПФ (обратного быстрого преобразования Фурье);
912: кодовый модуль;
914: селектор;
916: модуль отображения поднесущих;
918: модуль переключения режима.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.8, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения для передатчика предусмотрены два режима работы, именно режим с обратной связью и режим без обратной связи. В режиме с обратной связью вектор предварительного кодирования, аналогично известным схемам, изменяется надлежащим образом в зависимости от сигнала обратной связи, поступающего от стороны, с которой осуществляется связь, как показано на фиг.1, 5 и 6. Данный режим работы целесообразен при медленном движении стороны, с которой осуществляется связь. В режиме без обратной связи операции предварительного кодирования отличаются от операций предварительного кодирования, выполняемых в режиме с обратной связью. В передатчике, выполненном в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, к последовательностям сигнала, предназначенным для передачи на различных поднесущих, применяются заранее заданные различные векторы предварительного кодирования. При этом для режима с обратной связью предполагается, что для определенного количества последовательно расположенных поднесущих используются относительно стабильные каналы распространения. Ко всем стабильным поднесущим на основании информации обратной связи из терминалов пользователя применяется одинаковое предварительное кодирование.
Применение различных весов для соответствующих поднесущих соответствует введению задержки передаваемых сигналов во времени. Благодаря CDD, применение различных весов для соответствующих поднесущих может повысить качество сигнала даже в режиме без обратной связи. Взаимосвязь между различными векторами предварительного кодирования и различными поднесущими легко и быстро определяется с использованием управления без обратной связи, не зависящего от информации обратной связи из приемника. Кроме того, как показано на фиг.8, не требуется дублирование модуля обработки сигнала для CDD. Таким образом удается упростить передатчик с несколькими передающими антеннами, реализующий разнесение по задержке и предварительное кодирование.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения модуль предварительного кодирования может применять различные векторы предварительного кодирования к одной и той же последовательности сигнала в разные моменты времени. В вышеуказанном варианте осуществления различные векторы предварительного кодирования используются так, что при этом расположены в частотном направлении, тогда как в данном варианте осуществления указанные векторы используются так, что расположены во временном направлении. В еще одном варианте осуществления различные векторы предварительного кодирования могут использоваться так, что будут расположены как в частотном направлении, так и во временном направлении. Взаимосвязи между различными векторами предварительного кодирования и различными поднесущими и/или моментами времени легко и быстро определяются с использованием управления без обратной связи, не зависящего от информации обратной связи из приемника.
Количество P индивидуальных векторов предварительного кодирования может быть кратно общему количеству поднесущих, соответствующих одному блоку ресурсов, или являться делителем общего количества поднесущих, соответствующих одному блоку ресурсов. Таким образом, различные векторы предварительного кодирования могут использоваться почти на одной частоте, что целесообразно для унификации эффекта разнесения по задержке.
1
P
Различные векторы предварительного кодирования, U, …, U, могут циклически использоваться для различных последовательностей сигнала либо в разные моменты времени. Это предпочтительно для упрощения различения векторов предварительного кодирования, применяемых к различным сигналам.
Определенный вектор предварительного кодирования может применяться к нескольким последовательностям сигнала, соответствующим соседним поднесущим, тогда как к нескольким последовательностям сигнала, соответствующим другим соседним поднесущим, может применяться другой вектор предварительного кодирования. В частности, для одного блока ресурсов может использоваться только один тип вектора предварительного кодирования. Это предпочтительно для точного определения уровня шума или уровня интерференции для каждого блока ресурсов с целью повышения качества планирования и увеличения пропускной способности.
В число режимов работы передатчика могут входить режим без обратной связи и режим с обратной связью. В режиме с обратной связью векторы предварительного кодирования могут выбираться из кодового модуля, хранящего несколько заранее определенных векторов предварительного кодирования. Векторы предварительного кодирования для использования в режиме без обратной связи также могут выбираться из кодового модуля. Тем самым векторы предварительного кодирования выбираются из кодового модуля в каждом из указанных режимов работы, что целесообразно при использовании общих обрабатывающих элементов.
Режимы работы передатчика могут переключаться по запросу от стороны, с которой осуществляется связь, например, терминала пользователя, начавшего быстро двигаться. Это предпочтительно для быстрого переключения режима при связи, где приемной стороной является передатчик.
Веса для циклического разнесения по задержке могут применяться к последовательностям сигнала, передаваемым из модуля преобразования. Это предпочтительно с точки зрения использования уже существующих операций разнесения по задержке без модификаций.
Для удобства настоящее изобретение описывается с использованием отдельных вариантов осуществления, но разделение на варианты осуществления несущественно для настоящего изобретения, и в соответствии с необходимостью совместно могут использоваться два или более вариантов осуществления. Для облегчения понимания настоящего изобретения используются некоторые конкретные численные значения, но, если специально не оговорено обратное, данные численные значения являются лишь примерами, и вместо них могут использоваться любые другие подходящие значения.
Первый вариант осуществления
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПЕРЕДАТЧИКА
Фиг.9 представляет собой структурную схему передатчика в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Передатчик, хотя и описывается далее как базовая станция, осуществляющая связь с терминалами пользователя в системе мобильной связи, может быть выполнен как любое другое устройство. Под системой мобильной связи понимается система связи, где при связи в нисходящем направлении используется схема OFDM, например, система LTE. На фиг.9 показаны модуль 902 формирования сигнала, модуль 904 последовательно-параллельного преобразования (S/P), модуль 906 предварительного кодирования, модуль 908 параллельно-последовательного преобразования (P/S), модули 910-1…910-М ОБПФ, кодовый модуль 912, селектор 914, модуль 916 отображения поднесущих и модуль 918 переключения режима.
Модуль 902 формирования сигнала формирует нисходящие сигналы. Формируемыми сигналами могут быть любые подходящие сигналы, передаваемые с использованием схемы OFDM. Например, модуль 902 формирования сигнала на основании CQI (channel quality indicator, индикатор качества канала), сообщаемого стороной, с которой осуществляется связь (которой обычно является терминал пользователя), определяет схему модуляции данных, схему канального кодирования, уровень мощности передачи и/или другие параметры для сигнала, подлежащего передаче стороне, с которой осуществляется связь, а также выполняет некоторые операции, соответствующие определенным таким образом параметрам. Кроме того, может определяться количество потоков в зависимости от объема нисходящего трафика, количества передающих антенн, количества приемных антенн терминала пользователя и/или других параметров.
k
k1
k2
kS
Модуль 904 последовательно-параллельного преобразования преобразует входящий поток передачи в несколько последовательностей сигнала, количество которых соответствует количеству поднесущих, содержащихся в заранее заданной полосе частот. Количество компонентов в указанных последовательностях сигнала соответствует количеству передающих антенн. Например, последовательность s сигнала, связанная с k-й поднесущей, имеет S компонентов s, s, …, s сигнала, где S обозначает количество потоков передачи. Количество S потоков передачи является целым числом, которое меньше или равно количеству передающих антенн. Заранее заданная полоса частот может представлять собой системную полосу шириной, например, 5 МГц, 10 МГц либо 20 МГц.
Модуль 906 предварительного кодирования, используя векторы предварительного кодирования, присваивает вес соответствующим последовательностям сигнала для поднесущих. В иллюстрируемом варианте осуществления общее количество поднесущих равно К, и модуль 906 предварительного кодирования имеет К прекодеров. Операции в прекодерах с 1 по К описываются ниже. В дальнейшем описании для удобства используются векторы предварительного кодирования, но при более общем рассмотрении под векторами предварительного кодирования могут пониматься матрицы предварительного кодирования.
Модуль 908 параллельно-последовательного преобразования выполняет операции, обратные выполняемым в модуле 904 последовательно-параллельного преобразования. Модуль 908 параллельно-последовательного преобразования преобразует входные последовательности сигнала, количество которых соответствует количеству поднесущих, в несколько потоков, используемых для передачи.
Каждый из модулей 910-1…910-М ОБПФ преобразует входные потоки передачи в потоки передачи символов в соответствии со схемой OFDM. Например, модуль 910-1 ОБПФ формирует поток передачи символа, подлежащий передаче с первой передающей антенны, а также выполняет обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ, IFFT) и модуляцию в соответствии со схемой OFDM. Для упрощения на иллюстрации не показаны некоторые операции, например, добавление циклических префиксов, цифроаналоговое преобразование, преобразование частоты, ограничение полосы частот и усиление мощности.
1
2
P
i
Кодовый модуль 912 хранит множество векторов предварительного кодирования. Например, в кодовом модуле 912 могут быть заранее предусмотрены Р векторов предварительного кодирования, U, U, …, U. При управлении векторами предварительного кодирования с обратной связью (CL, closed loop), из P векторов предварительного кодирования на основании сигнала обратной связи от стороны, с которой осуществляется связь (терминала пользователя), выбирается какой-либо один вектор предварительного кодирования, например U, который затем передается в модуль 906 предварительного кодирования через модуль 918 переключения режима. Сигнал обратной связи от стороны, с которой осуществляется связь, называется индикатором матрицы предварительного кодирования (preceding matrix indicator, PMI), и идентифицирует каждый из P векторов предварительного кодирования. Обычно PMI определяет терминал пользователя.
В случае функционирования передатчика в режиме без обратной связи, а не в режиме с обратной связью, используется селектор 914. Селектор 914 выбирает из кодового модуля 912 тот или иной вектор предварительного кодирования в соответствии с заранее заданными критериями определения. Заранее заданные критерии определения описаны далее.
Модуль 916 отображения поднесущих определяет взаимосвязь вектора предварительного кодирования, выбранного селектором 914, с поднесущей, и передает определенную таким образом взаимосвязь в модуль 906 предварительного кодирования через модуль 918 переключения режима.
Модуль 918 переключения режима переключает режимы работы передатчика в соответствии с заранее установленными критериями определения. В одном примере модуль 918 переключения режима может переключать режимы работы в зависимости от скорости движения стороны, с которой осуществляется связь. В этом примере, если сторона, с которой осуществляется связь, движется с небольшой скоростью, то модуль 918 переключения режима выбирает режим работы с обратной связью. С другой стороны, если сторона, с которой осуществляется связь, движется с большой скоростью, то модуль 918 переключения режима выбирает режим работы без обратной связи. В другом примере модуль 918 переключения режима может менять режимы работы в ответ на падение качества сигнала в восходящей или нисходящей линии связи ниже заранее установленного уровня. Режимы могут переключаться в ответ на запрос из терминала пользователя или в зависимости от результатов измерения условий распространения сигнала. Кроме того, если передатчик определяет, что в режиме с обратной связью в матрице предварительного кодирования с большой вероятностью будут присутствовать ошибки, модуль 918 переключения режима может выполнить переключение в режим без обратной связи. В любом случае модуль 918 переключения режима может переключать режимы работы в ответ на возникновение в передатчике заранее определенных событий переключения режима.
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПЕРЕДАТЧИКА: ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
1
2
P
1
2
P
В качестве режимов работы в передатчике предусмотрены режим с обратной связью и режим без обратной связи. В режиме с обратной связью выполняются операции, аналогичные известным. В этом случае, как отмечено в связи с фиг.1, 5 и 6, векторы предварительного кодирования изменяются на требуемые в зависимости от сигналов обратной связи (PMI), передаваемых сторонами, которые осуществляют связь. Как правило, в качестве векторов предварительного кодирования могут использоваться векторы из числа векторов U, U, …, U, заранее сохраненных в кодовом модуле 912. Индикаторы PMI идентифицируют любой из векторов U, U, …, U. В более общем случае векторы предварительного кодирования могут не выбираться из заданных вариантов, а настраиваться адаптивным образом с образованием необходимых векторов. С целью снижения рабочей нагрузки при управлении векторами и создания возможности для адаптивного управления желательно ограничить множество исходных векторов предварительного кодирования соответствующим выбором из числа векторов. В режиме работы с обратной связью векторы предварительного кодирования должны адаптивно меняться в зависимости от местоположения сторон, осуществляющих связь. Таким образом, с точки зрения повышения качества режим работы с обратной связью для быстро движущихся сторон, осуществляющих связь, может давать лучшие результаты, нежели чем для медленно движущихся сторон, осуществляющих связь.
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПЕРЕДАТЧИКА: БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
При быстром движении стороны, с которой осуществляется связь, адаптивная смена векторов предварительного кодирования затруднительна. В этом случае повышение качества благодаря разнесению по задержке CDD может оказаться эффективнее повышения качества вследствие смены векторов предварительного кодирования. Для усиления эффекта повышения качества, связанного с применением CDD, вычислительные операции, относящиеся к CDD, могут выполняться после операций предварительного кодирования, но для этого передатчик должен иметь такую конструкцию, как показана на фиг.7, что ведет к усложнению выполнения передатчика.
k
FFT
FFT
В то же время, как показано на фиг.4, вычислительные операции, реализующие разнесение по задержке CDD в частотной области, могут быть представлены как операции над компонентами сигнала k-й поднесущей и определенной матрицей D. Более конкретно, указанные вычислительные операции могут быть представлены как умножение множителей exp(-j(2πmτ/N)k), где m=0, …, М-1, на несколько компонентов сигнала, количество которых соответствует количеству S потоков, передаваемых на некоторой поднесущей. Здесь S обозначает количество потоков передачи (S≦M), M обозначает количество передающих антенн, N обозначает количество элементов обработки сигнала, используемых в преобразовании Фурье и обратном преобразовании Фурье, а τ обозначает величину задержки в CDD. При умножении различных весов (весовых коэффициентов) на соответствующие компоненты сигнала различных поднесущих результирующие сигналы могут иметь некоторое разнесение по задержке. Основываясь на вышеописанных предпосылках, авторы настоящего изобретения изобрели схему применения векторов предварительного кодирования к отдельным поднесущим с целью получения эффекта разнесения по задержке без дублирования функциональных элементов, используемых для CDD.
1
1
2
2
P
P
1
2
P
1
2
P
1
2
P
Фиг.10 схематично иллюстрирует пример вычислительных операций в прекодерах, показанных на фиг.9. В отличие от известных схем, здесь в отдельных прекодерах используются различные векторы предварительного кодирования. Например, вектор U предварительного кодирования применяется к первой поднесущей s, вектор U предварительного кодирования применяется ко второй поднесущей s, …, и вектор U предварительного кодирования применяется к P-й поднесущей s. Для (P+1)-й и последующих поднесущих повторно используются векторы U, U, …, U предварительного кодирования. Указанные векторы U, U, …, U предварительного кодирования заранее сохраняются в кодовом модуле 912; это те же векторы, которые используются в режиме с обратной связью. С целью использования других векторов для соответствующих поднесущих, в режиме без обратной связи могут быть предусмотрены и использованы векторы, отличающиеся от векторов U, U, …, U, предусмотренных для режима с обратной связью. Следует отметить, что векторы предпочтительно выбираются из одного и того же кодового модуля 912 как в режиме с обратной связью, так и в режиме без обратной связи.
1
2
P
1
2
P
1
2
Как сказано выше, векторы предварительного кодирования, U, U, …, U, здесь те же, что используются в режиме с обратной связью и меняются в зависимости от местоположения сторон, осуществляющих связь (терминалов пользователя). Таким образом, векторы U, U, …, U предварительного кодирования могут быть связаны с P различных направленных лучей. Как показано на фиг.10, последовательное применение P векторов предварительного кодирования к отдельным поднесущим в режиме без обратной связи соответствует передаче определенных поднесущих в определенных направлениях, то есть передаче поднесущих с номерами jP+1 (первой, (P+1)-й, (2P+1)-й, …) в направлении U, передаче поднесущих с номерами jP+2 (второй, (P+2)-й, (2P+2)-й, …) в направлении U, и так далее (j=0, 1, 2, …). Тем самым отдельные компоненты сигнала в пределах полосы частот индивидуально распределяются по P различным направлениям, что целесообразно для усиления эффекта разнесения сигнала.
FFT
В проиллюстрированном здесь примере общее количество K(=N) поднесущих установлено кратным количеству Р векторов, хранимых в кодовом модуле 912, хотя настоящее изобретение и не ограничено данным вариантом. Это дает возможность достичь равномерного использования Р различных векторов по всей полосе частот, что предпочтительно в целях достижения однородности качества сигнала.
FFT
На фиг.11, кроме того, что количеству P векторов, хранимых в кодовом модуле 912, кратно общее количество K(=N) поднесущих, P также соответствует общему количеству поднесущих, содержащихся в единичном блоке ресурсов. Терминалам пользователя назначаются нисходящие радиоресурсы, причем ресурсы, занимающие определенную полосу частот (например, 12 поднесущих) и имеющие определенную длительность (например, 1 мс), образуют один элемент. Данный вариант осуществления целесообразен для повышения однородности качества блоков ресурсов.
На фиг.12А для одного блока ресурсов зафиксирован и используется один тип вектора предварительного кодирования, а для соседних блоков ресурсов используются векторы предварительного кодирования различных типов. Данный вариант осуществления целесообразен для точного измерения уровня шума и уровня интерференции в блоках ресурсов. Поскольку уровень шума и уровень интерференции для отдельных блоков ресурсов (RB) может использоваться как основание для назначения ресурсов и/или для других целей, достоверная оценка уровня шума и уровня интерференции предпочтительна для надлежащего планирования. В более общем случае с одним и тем же вектором предварительного кодирования может использоваться любое количество соседних поднесущих. На фиг.12B матрицы предварительного кодирования циклически применяются каждые три поднесущие.
В вышеприведенных вариантах осуществления все P векторов предварительного кодирования, предусмотренных для режима с обратной связью, также используются и в режиме без обратной связи, что, однако, не ограничивает настоящее изобретение. В режиме без обратной связи может использоваться лишь часть из P векторов предварительного кодирования, хранимых в кодовом модуле 912.
1
Количество S пространственно мультиплексированных сигналов может меняться в зависимости от условий распространения сигнала в системе MIMO. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения отображение матриц предварительного кодирования на поднесущие может меняться в зависимости от количества S пространственно мультиплексированных сигналов. Например, при S=1, когда легче получить больший эффект от предварительного кодирования, с целью повышения эффекта от предварительного кодирования для всех поднесущих используется одна и та же матрица предварительного кодирования (например, U). При S равном или превосходящем 2 для повышения эффекта от разнесения могут циклически применяться несколько матриц предварительного кодирования, как показано на фиг.11.
ВАРИАНТ
Для простоты в варианте осуществления, представленном на фиг.10, в прекодерах с 1 по K для отдельных поднесущих использованы только различные векторы предварительного кодирования, что может давать значительный эффект разнесения по задержке даже в режиме без обратной связи. В данном случае несущественно, что входные сигналы в прекодеры с 1 по K передаются из модуля 904 последовательно-параллельного преобразования. Как показано на фиг.13, обрабатывающие элементы с CCD 1 до CCD K, предназначенные для использования для CCD в режиме с обратной связью, могут использоваться аналогично.
Второй вариант осуществления
В первом варианте осуществления различные векторы предварительного кодирования применяются к различным поднесущим, тогда как во втором варианте осуществления настоящего изобретения различные векторы предварительного кодирования применяются к одной и той же поднесущей в разные моменты времени.
1
2
P
1
2
P
Фиг.14 схематично иллюстрирует пример вычислительной операции в прекодерах, показанных на фиг.9, в соответствии со вторым вариантом осуществления. В определенный момент времени (t=T) ко всем поднесущим применяется один и тот же вектор U предварительного кодирования. В другой момент времени (t=T+ΔT/P) ко всем поднесущим применяется вектор U предварительного кодирования. Наконец, в момент времени (t=T+ΔT(P-1)/P) ко всем поднесущим применяется вектор U предварительного кодирования. Таким образом, в течение определенного интервала ДТ векторы U, U, …, U предварительного кодирования по очереди используются для всех поднесущих. Интервал ΔT устанавливается большим, чем время, достаточное для последовательного переключения P векторов предварительного кодирования.
1
2
P
1
2
P
1
2
Как сказано выше, векторы U, U, …, U предварительного кодирования могут рассматриваться во взаимосвязи с Р различно направленными лучами. В данном варианте осуществления векторы предварительного кодирования, используемые для всех поднесущих, в течение интервала ΔT меняются в порядке U, U, …, U. Это значит, что в полосе частот в определенный момент времени сигналы передаются в направлении U, в следующий момент времени в направлении U, …, и в P-й момент времени в направлении Up, после чего те же самые операции циклически повторяются. Следует заметить, что, в отличие от обычных схем, смена векторов предварительного кодирования производится независимо от местоположения сторон, которые осуществляют связь. В первом варианте осуществления компоненты сигнала для поднесущих в пределах заранее заданной полосы частот одновременно распределяются по P различным направлениям. Во втором варианте осуществления компоненты сигнала для поднесущих в каждый определенный момент направлены только в одном направлении, но в течение интервала ΔT компоненты сигнала распределяются по всем P различным направлениям. Данный вариант осуществления также целесообразен для усиления эффекта разнесения по задержке.
Третий вариант осуществления
В третьем варианте осуществления комбинируются схема в соответствии с первым вариантом осуществления и схема в соответствии со вторым вариантом осуществления. Другими словами, различные векторы предварительного кодирования применяются одновременно к различным поднесущим и в разные моменты времени к одной и той же поднесущей.
1
P
2
P-1
P
P
1
P-1
Как показано на фиг.15, в определенный момент времени (t=T) векторы U, …, U предварительного кодирования циклически применяются к поднесущим с номерами 1-K. Затем, в другой момент времени (t=T+ΔT/P) к поднесущим с номерами 1-K циклически применяются векторы предварительного кодирования U, …, U, U. Наконец, в момент времени (t=T+ΔT(P-1)/P) к поднесущим с номерами 1-K циклически применяются векторы предварительного кодирования U, U, …, U. Для применения P векторов предварительного кодирования могут использоваться способы, рассмотренные выше в связи с фиг.11 и 12.
В соответствии с данным вариантом осуществления компоненты поднесущей распределены как в частотном направлении, так и во временном направлении, что целесообразно для усиления эффекта разнесения по задержке.
Во всех вышеприведенных вариантах осуществления может присутствовать несколько типов взаимосвязи между различными матрицами предварительного кодирования и различными последовательностями сигнала. Указанные взаимосвязи могут применяться выборочно в зависимости от запросов из терминалов пользователя либо от решений, принимаемых в базовых станциях. Например, взаимосвязи могут меняться через относительно продолжительный период времени.
Четвертый вариант осуществления
Результаты моделирования передатчика, выполненного в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, описываются далее со ссылкой на фиг.16 и 17. При моделировании были использованы нижеперечисленные значения параметров.
FFT
Количество поднесущих OFDM, N:120;
Количество векторов предварительного кодирования, P:12;
Количество поднесущих в одном блоке ресурсов: 12;
Канал радиопередачи: коррелированный канал или некоррелированный канал;
Скорость движения терминала пользователя, работающего как приемник: 60 км/ч.
При моделировании предполагается, что используется кодирование с адаптивной модуляцией на основе CQI.
График на фиг.16 показывает связь среднего SNR (отношение сигнал/шум, выраженное в дБ) и спектральной эффективности (выраженной в бит/с/Гц) для двух передающих антенн и четырех приемных антенн. Среднее SNR (дБ), откладываемое на горизонтальной оси, ухудшается в направлении влево и улучшается в направлении вправо. Откладываемая на вертикальной оси спектральная эффективность указывает пропускную способность в единичной полосе частот (объем данных, успешно принятых в единицу времени). Тем самым, при ухудшении среднего SNR снижается пропускная способность. Этот случай соответствует ситуации, когда пользователь находится далеко от базовой станции либо быстро движется. С другой стороны, при улучшении среднего SNR пропускная способность возрастает. Это соответствует случаю, когда пользователь находится близко к базовой станции или движется медленно. При показанном моделировании предполагается, что каналы радиопередачи некоррелированы, т.е. каналы радиопередачи между передающими антеннами и приемными антеннами независимы друг от друга.
На графике кривая, указанная символами "○", соответствует передатчику известной конструкции, представленному на фиг.3 и 4, который для простоты называется известной схемой 1. Данный передатчик выполняет операции CDD после операций предварительного кодирования и подходит для управления с обратной связью. Кривая, указанная символами "", соответствует передатчику другой известной конструкции, представленной на фиг.5 и 6, для простоты называемой известной схемой 2. Данный передатчик выполняет операции CDD перед операциями предварительного кодирования и подходит для управления без обратной связи. Кривая, указанная символами "♦", соответствует передатчику в соответствии с настоящим изобретением, то есть передатчику, работающему в режиме без обратной связи. Как видно из фиг.16, при скорости перемещения около 60 км/ч показано, что известная схема 1 имеет лучшие характеристики, чем известная схема 2, так что предпочтительным является управление с обратной связью. Передатчик в соответствии с настоящим изобретением, переключающийся между режимом с обратной связью и режимом без обратной связи, даже в режиме без обратной связи дает такой же эффект разнесения по задержке, как и известная схема 1.
График на фиг.17 аналогичен представленному на фиг.16, отличаясь только тем, что в качестве каналов радиопередачи использованы коррелированные каналы.
Хотя настоящее изобретение описано с разделением на представленные выше конкретные варианты осуществления, указанные варианты осуществления являются лишь иллюстрацией, и специалисту в данной области будет очевидна возможность осуществления настоящего изобретения в других вариантах, модификациях, переделках, с заменами и(или) иными изменениями. Для облегчения понимания настоящего изобретения использованы конкретные численные значения, но, если специально не оговорено обратное, данные численные значения являются лишь примерами, и вместо них могут использоваться любые другие подходящие значения Разделение на варианты осуществления несущественно для настоящего изобретения, и в соответствии с необходимостью могут комбинироваться два или более вариантов осуществления. Для удобства объяснения устройства в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения описывались с использованием структурных схем, но указанные устройства могут быть выполнены с использованием аппаратных средств, программных средств или их комбинации. Настоящее изобретение не ограничено приведенными выше вариантами осуществления, и может включать варианты, модификации, переделки и замены без отступления от сущности настоящего изобретения.
Настоящая заявка основана на заявке Японии №2007-161943, поданной 19 июня 2007 года, все содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.