СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ
WIRELESS COMMUNICATION METHOD AND DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к беспроводной связи и, в частности, к способу и системе оценки беспроводных каналов связи и компенсации помех, используемым для демодуляции сигналов в системе V-MIMO (Virtual Multiple Input, Multiple Output -виртуальная система со многими входами и многими выходами).
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Требования к высокоскоростной беспроводной связи растут очень быстро. Они стимулируются ростом числа вводимых в эксплуатацию терминалов беспроводной связи, а также ростом требований к полосе частот. Указанные требования, в свою очередь, стимулируются ростом числа приложений, для которых особо важна ширина полосы частот, например поточные мультимедийные приложения, использование веб-обозревателей, обеспечение функционирования системы GPS (Global Positioning System -глобальная система навигации и определения положения).
Беспроводные сети связи, например сотовые сети, функционируют, осуществляя распределение ресурсов по мобильным терминалам, работающим в сети связи. Как часть процесса распределения, ресурсы, связанные с назначенными каналами, кодами и т.д., распределяются одним или более управляющими устройствами внутри системы. Для обеспечения высокоскоростных услуг, основанных на ячейках, в рамках таких стандартов как 3GPP (3 rd Generation Partnership Project - проект партнерства третьего поколения), например LTE (Long Term Evolution - долгосрочное развитие сетей связи), как 3GPP2, например UMB (Ultra-Mobile Broadband - сверхширокополосная мобильная связь), и стандартов широкополосной беспроводной связи IEEE 802.16, используются беспроводные сети связи, например такие, как OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexed - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов). Стандарты IEEE 802.16 часто называют как WiMAX или реже как WirelessMAN или Air Interface Standard (Стандарт эфирного интерфейса).
В технологии OFDM используется многоканальный подход и разделение беспроводных каналов связи на множество подканалов, которые могут использоваться множеством мобильных терминалов одновременно. Указанные подканалы и, следовательно, мобильные терминалы могут быть подвержены воздействию помех от смежных ячеек и других мобильных терминалов, т.к. в соседних базовых станциях и мобильных терминалах могут использоваться одни и те же временные и частотные блоки ресурсов. В результате, спектральная эффективность уменьшается, из-за чего уменьшается пропускная способность каналов связи и количество мобильных терминалов, поддерживаемых сетью.
Эта проблема дополнительно осложняется в средах MIMO (Multiple Input, Multiple Output - система со многими входами и многими выходами). Технология MIMO-OFDM (Multiple Input, Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing - мультиплексирование с ортогональным разделением частот в системе со многими входами и многими выходами) представляет собой технологию OFDM, в которой для передачи и приема радиосигналов используется несколько антенн. Технология MIMO-OFDM позволяет поставщикам услуг развертывать беспроводные широкополосные системы, обладающие преимуществом сред с многолучевым распространением сигнала, использующих антенны базовых станций, так что нет необходимости в наличии каналов связи в пределах прямой видимости с мобильным терминалом.
В MIMO-системах для одновременной передачи данных на приемник небольшими порциями используется несколько передающих и приемных антенн, которые обрабатывают отдельные блоки передаваемых данных и возвращают их назад вместе. Этот процесс, называемый пространственным мультиплексированием, может использоваться для пропорционального резкого увеличения скорости передачи данных с множителем, равным наименьшему числу из числа передающих и приемных антенн. Кроме того, т.к. все данные передаются в одной и той же полосе частот с отдельными пространственными подписями, в данной технологии спектр используется очень эффективно.
При работе системы MIMO для определения матрицы кодирования и модуляции для беспроводного канала связи в целом используется матрица каналов (N×М), где N - число передающих антенн, а М - число приемных антенн. Чем меньше коррелированны столбцы в матрице, тем меньше помех в каждом канале (как результат наличия нескольких антенн). В случае, когда корреляция полностью отсутствует, например если скалярное произведение столбцов равно нулю, то каналы считаются ортогональными друг к другу. Ортогональность обеспечивает наименьший уровень помех, создаваемых антеннами друг для друга, благодаря чему максимизируется емкость каналов и скорость передачи данных из-за более высокого значения параметра PP-SINR (Post-Processing Signal to Interference and Noise Ratio - отношение сигнала к сумме помехи и шумов в результате постобработки сигнала). Отношение PP-SINR - это отношение SINR (Signal to Interference and Noise Ratio - отношение сигнала к сумме помехи и шумов) после стадии MIMO-декодирования.
Виртуальная система MIMO (V-MIMO), также обозначаемая как MU-MIMO (Multi-User MIMO - многопользовательская система MIMO), реализует технологию MIMO, описанную выше, путем использования нескольких одновременно передающих мобильных терминалов, каждый из которых оснащен одной или несколькими антеннами. Обслуживающая базовая станция оснащена несколькими антеннами. Несмотря на то, что базовая станция может выполнять виртуальные MIMO-операции как операции обычной системы MIMO, в которой один мобильный терминал оснащен несколькими антеннами, и может осуществлять разделение и декодирование данных, одновременно передаваемых с нескольких мобильных терминалов, корреляция каналов мобильных терминалов, как обсуждалось выше, приводит к снижению емкости каналов из-за взаимных помех, создаваемых мобильными терминалами.
Поскольку беспроводные каналы связи подвержены воздействию помех и искажений, были разработаны методы оценки определенных свойств каналов, такие, чтобы приемник, например базовая станция, мог учесть эти свойства при декодировании принимаемых данных. Например, искажения и затухание, обусловленные многолучевым распространением, могут исказить амплитуду и фазу передаваемого беспроводного сигнала. Результатом является то, что если беспроводной канал связи оценен неточно, декодируемые данные могут декодироваться неверно. Например, сигнал 16QAM или 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation - квадратурная амплитудная модуляция) модулирует множество битов. Декодирование указанных битов основано на амплитуде и фазе принятого сигнала в приложении к созвездиям модулированных колебаний. Если амплитуда и/или фаза передаваемых изменяющихся во времени сигналов принимается приемником, отображение их на сигнальном созвездии будет выполнено с ошибкой, что приведет к неправильному декодированию. Если канал может быть оценен приемником, изменения амплитуды и фазы приемником могут учитываться во время процесса отображения и декодирования.
Проблема становится еще более сложной в средах V-MIMO. Технология V-MIMO основана на пространственном мультиплексировании. Для правильного восстановления сигнала приемник также должен декоррелировать сигналы и подавить помехи. Эти задачи обычно выполняются во временной области. Указанные задачи достаточно затратны по времени и ресурсам, когда 2, 4 или более мобильных терминалов являются частью компоновки V-MIMO. В результате, стоимость аппаратуры на приемной стороне становится непомерной, даже если будут реализованы все необходимые меры для ее снижения.
Кроме того, хотя методы оценки каналов, основанные на алгоритмах наименьших квадратов, известны, эти методы недостаточны для реализации системы V-MIMO, например таких, где два или более сигнала с мобильных терминалов в блоках ресурсов накладываются друг на друга. Даже использование методов на основе критерия MMSE (Minimum Mean Square Error - минимальная среднеквадратическая ошибка) не соответствует требованиям приложений V-MIMO.
Таким образом, необходимо разработать экономичные, масштабируемые, эффективно работающие систему и способ для оценки беспроводных каналов связи и компенсации помех, которые можно использовать в среде V-MIMO, например, в приемнике восходящего канала связи базовой станции в сети LTE.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обладает тем преимуществом, что в нем предлагаются система и способ демодуляции данных в восходящем канале связи (от мобильного терминала к базовой станции) в виртуальной беспроводной сети связи со многими входами и многими выходами (V-MIMO). Опорные символьные сигналы используются для того, чтобы оценить беспроводные каналы связи и взаимные помехи, создаваемые между несколькими мобильными терминалами или базовыми станциями при передаче данных, путем использования оценок для компенсации помех от других терминалов или базовых станций, участвующих в сеансе V-MIMO. Указанные оценки затем используются при демодуляции сигналов данных, передаваемых пользователем, например мобильным устройством, по восходящему каналу связи. Проверка на отсутствие ошибок, например, методом CRC (Cyclical Redundancy Check - контроль при помощи циклического избыточного кода) выполняется на демодулированных пользовательских данных. В случае, когда проверка на отсутствие ошибок при передаче данных с одного из мобильных терминалов выявляет ошибку, а с другого не выявляет ошибки (т.е. подтверждается, что пользовательские данные являются достоверными), правильно демодулированные данные от мобильного терминала, проверка на отсутствие ошибок которого прошла успешно, используются для компенсации помехи, создаваемой информационным сигналом мобильного терминала, сигнал с которого признан ошибочным. Пользовательский сигнал данных после компенсации помехи восстанавливается и снова проверяется на отсутствие ошибок.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, в настоящем изобретении предлагается способ беспроводной связи в беспроводной сети связи, в котором беспроводная сеть связи содержит множество мобильных терминалов, скомпонованных в системе связи V-MIMO (Virtual Multiple Input, Multiple Output -виртуальная система с многими входами и многими выходами) с базовой станцией. Заметим, что хотя для описания настоящего изобретения здесь используется термин V-MIMO, следует понимать, что этот термин не ограничивает изобретение никоим образом и может быть заменен термином MU-MIMO (multi-user MIMO - многопользовательская система MIMO) и "кооперативная система MIMO". Опорный сигнал восходящего канала связи принимается от каждого из множества мобильных терминалов. Первая оценка канала опорного сигнала определяется для каждого из множества мобильных терминалов на основе соответствующего принятого опорного сигнала. Оценка с учетом компенсации помехи принимается для каждого из множества мобильных терминалов с использованием соответствующей первой оценки канала опорного сигнала. Соответствующая вторая оценка канала опорного сигнала определяется для каждого из множества мобильных терминалов на основе соответствующей оценки с учетом компенсации помехи.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, в настоящем изобретении предлагается базовая станция для использования в беспроводной сети связи, где базовая станция способна связываться по каналу беспроводной связи с множеством мобильных терминалов, скомпонованных в системе связи V-MIMO (Virtual Multiple Input, Multiple Output - виртуальная система с многими входами и многими выходами) с базовой станцией. Базовая станция принимает опорный сигнал восходящего канала связи от каждого из множества мобильных терминалов, определяет первую оценку канала связи опорного сигнала для каждого из множества мобильных терминалов на основе соответствующего принятого опорного сигнала, определяет оценку с учетом компенсации помехи для каждого из множества мобильных терминалов с использованием соответствующей первой оценки канала связи опорного сигнала и определяет соответствующую вторую оценку канала опорного сигнала для каждого из множества мобильных терминалов на основе соответствующей оценки с учетом компенсации помехи.
В соответствии с очередным аспектом настоящего изобретения в настоящем изобретении предлагается способ и система беспроводной связи в системе беспроводной связи. Беспроводная система связи содержит первый мобильный терминал и второй мобильный терминал, скомпонованные в системе связи V-MIMO (Virtual Multiple Input, Multiple Output - виртуальная система с многими входами и многими выходами) с базовой станцией. Оценивается первый беспроводной восходящий канал связи, соответствующий первому мобильному терминалу. Оценка основана на первом опорном символьном сигнале, принятом с первого мобильного терминала, и на втором опорном символьном сигнале, принятом со второго мобильного терминала. Второй опорный символьный сигнал используется для оценки и компенсации помехи для третьего опорного символьного сигнала, принятого со второго мобильного терминала, от первого опорного символьного сигнала. Оценивается второй беспроводной восходящий канал связи, соответствующий второму мобильному терминалу. Оценка для второго беспроводного восходящего канала связи основана на третьем опорном символьном сигнале, принятом со второго мобильного терминала, и компенсации помехи посредством первого опорного символьного сигнала, принятого с первого мобильного терминала, на основе четвертого опорного сигнала, принятого с первого мобильного терминала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Более полное понимание настоящего изобретения, а также его соответствующих преимуществ и особенностей можно получить из приведенного далее подробного описания в связи с прилагаемыми чертежами, на которых:
на чертеже фиг.1 представлена блок-схема, отражающая предпочтительный вариант осуществления системы в соответствии с принципами настоящего изобретения;
на чертеже фиг.2 представлена блок-схема примерного варианта базовой станции, созданной в соответствии с принципами настоящего изобретения;
на чертеже фиг.3 представлена блок-схема примерного варианта мобильного терминала, созданного в соответствии с принципами настоящего изобретения;
на чертеже фиг.4 представлена блок-схема примерного варианта архитектуры OFDM, созданной в соответствии с принципами настоящего изобретения;
на чертеже фиг.5 представлена блок-схема процесса обработки принятого сигнала в соответствии с принципами настоящего изобретения;
на чертеже фиг.6 представлена блок-схема примерного варианта рассредоточения контрольных символов по имеющимся поднесущим;
на чертеже фиг.7 представлена блок-схема примерного варианта процесса оценки канала связи в соответствии с настоящим изобретением;
на чертежах фиг.8А и 8В представлена блок-схема алгоритма процесса демодуляции и компенсации помехи в восходящем канале связи в соответствии с настоящим изобретением;
на чертеже фиг.9 представлена блок-схема, детализирующая процесс восстановления сигнала и компенсации помехи в первом мобильном терминале по отношению ко второму мобильному терминалу, отображенный на чертежах фиг.8А и 8В;
на чертеже фиг.10 представлена блок-схема, детализирующая процесс восстановления сигнала и компенсации помехи во втором мобильном терминале по отношению к первому мобильному терминалу, отображенный на чертежах фиг.8А и 8В; и
на чертеже фиг.11 представлен график зависимости частоты ошибок символов от отношения сигнал/шум для ряда типичных процессов передачи данных по восходящему беспроводному каналу связи.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Вначале заметим, что хотя определенные варианты осуществления настоящего изобретения описываются в контексте беспроводных сетей, функционирующих в соответствии со стандартами, созданными в развитие стандарта 3GPP (3 rd Generation Partnership Project - проект партнерства третьего поколения), например LTE (Long Term Evolution - долгосрочное эволюционное развитие), и т.д., настоящее изобретение этим обстоятельством не ограничено и может применяться к другим широкополосным сетям, включая сети, работающие на принципах систем типа OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - мультпиплексирование с ортогональным разделением частот), включая системы WiMAX (IEEE 802.16) и UMB (Ultra-Mobile Broadband -сверхширокополосная мобильная связь), и т.д. Аналогичным образом, настоящее изобретение не ограничено только системами на основе OFDM и может быть реализовано в соответствии с другими системными технологиями, например CDMA (Code Division Multiple Access - множественный (многостанционный) доступ с кодовым разделением каналов), SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access - одиночная несущая - множественный доступ с разделением частот) и т.д.
Перед подробным описанием примерных вариантов осуществления настоящего изобретения следует также заметить, что указанные варианты осуществления настоящего изобретения состоят прежде всего в реализации сочетаний компонентов и этапов обработки, связанных с улучшением оценки беспроводного канала связи и компенсации помех для демодуляции в системе V-MIMO (Virtual Multiple Input, Multiple Output - виртуальная система со многими входами и многими выходами), например такой, как приемник восходящего канала связи LTE.
Соответственно, компоненты системы и способа представлены там, где они нужны в соответствии с управляющими символами на чертежах, отображая только те конкретные детали, которые необходимы для понимания вариантов осуществления настоящего изобретения, и не загромождая чертежи деталями, которые для специалиста в данной области техники очевидны из описания. Используемые в данном описании термины отношений, такие как "первый" и "второй", "верхний" и "нижний" и т.п., приведены исключительно для того, чтобы отличать одну сущность или элемент от других без обязательного введения каких-либо физических или логических отношений между указанными сущностями или элементами или порядка их расположения.
Обратимся теперь к чертежам, на которых одинаковые ссылочные номера относятся к одинаковым элементам. На чертеже фиг.1 представлена система, созданная в соответствии с принципами настоящего изобретения, и обозначена, в общем, номером 6. Система 6 содержит одну или несколько базовых станций 8 (известных в системах LTE как eNodeB) и один или больше мобильных терминалов 10 (показанных на чертеже фиг.1 как мобильные терминалы 10а и 10b). Заметим, что хотя здесь используется термин "базовая станция", следует понимать, что эти устройства в среде LTE обозначаются как устройства "eNodeB". Соответственно, предполагается, что использование термина "базовая станция" не ограничивает настоящее изобретение конкретной технологической реализацией. Скорее в контексте настоящего изобретения термин "базовая станция" используется для облегчения понимания и является взаимозаменяемым с термином eNodeB. Несмотря на то, что на чертеже это не показано, мобильные терминалы 10 могут осуществлять связь с базовыми станциями 8 через один или более радиотрансляционных узлов. Базовые станции 8 осуществляют связь друг с другом и с внешними сетями, такими как Интернет (не показано), через коммуникационную сеть 12. Базовые станции 8 поддерживают беспроводную связь с мобильными терминалами 10 напрямую или через один или более радиотрансляционных узлов. Аналогичным образом мобильные терминалы 10 участвуют в беспроводной связи с базовой станцией напрямую или через один или несколько радиотрансляционных узлов.
Базовая станция 8 может быть любой базовой станцией, скомпонованной для беспроводной связи с мобильными терминалами 10. Базовая станция 8 содержит аппаратное и программное обеспечение, используемое для выполнения описанных здесь функций, предназначенных для обеспечения оценки восходящего канала связи в системе V-MIMO и компенсации помех в соответствии с настоящим изобретением. Базовые станции 8 содержат центральный процессорный блок, передатчик, приемник, устройства ввода-вывода и устройство хранения данных, например такое, как энергозависимая и энергонезависимая память, в зависимости от того, какая может потребоваться для реализации описанных здесь функций. Дополнительные сведения о базовых станциях 8 приведены ниже.
В соответствии с очередным аспектом настоящего изобретения мобильные терминалы 10 могут содержать портативные электронные устройства широкого спектра разновидностей, включая, но не в качестве ограничения, мобильные телефоны, беспроводные терминалы данных и подобные устройства, в которых используются различные технологии связи, такие как LTE, AMPS (Advanced Mobile Phone System - усовершенствованная система мобильной телефонной связи), TDMA (Time Division Multiple Access - многостанционный (множественный) доступ с временным разделением каналов), CDMA (Code Division Multiple Access - многостанционный доступ с кодовым разделением каналов), GSM (Global System For Mobile Communications - глобальная система мобильной связи), GPRS (General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего назначения), EV-DO или 1×EV-DO (Evolution-Data Optimized - эволюционировавшая оптимизированная передача данных) и UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - универсальная мобильная телекоммуникационная сеть). Мобильные терминалы 10 также включают в себя аппаратное и программное обеспечение, предназначенное для поддержки функций, используемых в беспроводной связи в системах V-MIMO с базовой станцией 8. В состав такого аппаратного обеспечения могут входить приемник, передатчик, центральный процессорный блок, устройство хранения данных в форме энергозависимой памяти и энергонезависимой памяти, устройства ввода-вывода и т.д.
Радиотрансляционные узлы (не показаны) дополнительно используются, чтобы упростить беспроводную связь между мобильным терминалом 10 и базовой станцией 8 по восходящему каналу связи (от мобильного терминала 10 к базовой станции 8) и/или по нисходящему каналу связи (от базовой станции 8 к мобильному терминалу 10). Конфигурация радиотрансляционного узла, настроенная в соответствии с принципами настоящего изобретения, включает в себя центральный процессорный блок, устройство хранения данных в форме энергозависимой или энергонезависимой памяти, передатчик, устройства ввода-вывода и т.д. Радиотрансляционные узлы могут также включать в себя программное обеспечение, предназначенное для реализации функций управления описываемыми здесь функциями MAC (Medium Access Control - управление доступом к среде). Следует заметить, что компоновка, показанная на чертеже фиг.1, является обобщенной, возможны и другие конкретные варианты осуществления систем связи в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Несмотря на то, что это на чертеже не показано, система 6 может содержать контроллер базовой станции (BSC), управляющий беспроводной связью внутри множества ячеек, которые обслуживаются соответствующими базовыми станциями (BS) 8. Необходимо понимать, что в некоторых реализациях, таких как LTE и WiMAX, контроллеры BSC не используются. В общем случае, использование технологий V-MIMO OFDM облегчает каждой базовой станции 8 связь с терминалами 10, что иллюстрируется примером, представленным в географических границах ячейки 14, связанной с соответствующей базовой станцией. Перемещение мобильных терминалов 10 относительно базовых станций 8 может привести к значительным флуктуациям состояния каналов и последующим искажениям, обусловленным многолучевым распространением сигнала, а также изменением наземных условий, отражениями и/или помехами, причиной которых являются объекты, созданные человеком (например, зданиями и другими сооружениями), и т.д.
Несколько мобильных терминалов 10 могут быть логически сгруппированы вместе, чтобы сформировать группу V-MIMO 16. Заметим, что хотя на чертеже фиг.1 показано два мобильных терминала 10, сгруппированных для того, чтобы сформировать группу V-MIMO 16, изобретение этим не ограничено. Предполагается, что в группе V-MIMO 16 может быть больше двух терминалов. Также предполагается, что мобильный терминал может быть оснащен более чем одной антенной с целью обеспечения функционирования с использованием традиционной системы MIMO для беспроводной связи, а также для участия в группе V-MIMO 16. Даже при использовании каналов разнесенного приема там, где планирование на основе ортогональности является неэффективным и, следовательно, мобильные терминалы 10 создают помехи друг другу, для получения выгод от многопользовательского коэффициента усиления, связанного с беспроводной связью в системе MIMO, мобильные терминалы 10 могут еще быть сопряжены в соответствии с настоящим изобретением.
Базовая станция 8 на чертеже фиг.1 также показана как содержащая две антенны 18, чтобы обеспечить техническую поддержку функционирования системы V-MIMO. Следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено этим, и базовая станция 8 для обеспечения технической поддержки нескольких терминалов 10 может быть оснащена более чем двумя антеннами 18 или даже одной антенной 18. На фиг.1 изображен каждый мобильный терминал 10, поддерживающий беспроводную связь с каждой антенной 18 базовой станции 8. Как подробно обсуждается ниже, базовая станция 8 оснащена программным обеспечением и/или аппаратным обеспечением приемника для оценки беспроводного канала с использованием подхода на основе критерия MMSE (Minimum Mean Square Error - минимальная среднеквадратичная ошибка), также подробно рассматриваемого ниже в соответствии с настоящим изобретением. Базовая станция 8 также оснащена программным и/или аппаратным обеспечением приемника для компенсации помехи в восходящем канале связи системы V-MIMO.
Прежде чем тщательно исследовать конструктивные и функциональные особенности предложенных вариантов осуществления настоящего изобретения, проведем краткий обзор мобильных терминалов 10 и базовых станций 8. Необходимо понимать, что в число указанных конструктивных и функциональных особенностей, описываемых здесь в отношении базовых станций 8 и мобильных терминалов 10, могут быть включены радиотрансляционные узлы в случае их необходимости для выполнения описываемых здесь функций.
На чертеже фиг.2 представлена базовая станция 8, конфигурация которой настроена в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. В общем случае базовая станция 8 содержит систему управления 20, процессор канала прямой передачи сигнала 22, передающую схему 24, приемную схему 26, одну или более антенн 18 и сетевой интерфейс 30. Приемная схема 26 принимает несущие информацию радиосигналы от одного или более удаленных передатчиков мобильных терминалов 10 (показан на чертеже фиг.3). В предпочтительном варианте усилитель с малым уровнем шумов и фильтр (не показаны) взаимодействуют, осуществляя усиление сигнала и удаление внеполосных помех из обрабатываемого сигнала. Далее схема преобразования и оцифровки (не показана) преобразует отфильтрованный принятый сигнал в сигнал промежуточной или групповой частоты, который затем преобразуется в цифровой сигнал, состоящий из одного или нескольких цифровых потоков.
Процессор канала прямой передачи сигнала 22 обрабатывает принятый цифровой сигнал с целью извлечения информации или битов данных, переданных в принятом сигнале. Указанная процедура обработки обычно включает в себя операции демодуляции, декодирования и коррекции ошибок. Процессор канала прямой передачи сигнала 22, как таковой, обычно реализуется в виде одного или более процессоров цифровых сигналов (DSP) или специализированных интегральных схем (ASIC). Затем принятая информация отправляется по проводам или по беспроводной сети через сетевой интерфейс 30 или передается на другой мобильный терминал 10, обслуживаемый базовой станцией 8.
На передающей стороне процессор канала прямой передачи сигнала 22 принимает от сетевого интерфейса 30 под управлением управляющей системы 20 цифровые данные, которые могут быть речевой, управляющей информацией или информацией в виде данных, и кодирует данные для передачи. Кодированные данные выдаются на передающую схему 24, где они модулируются сигналом несущей частоты, которая соответствует заданным частоте или частотам передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированный сигнал несущей до уровня, необходимого для передачи, и передает его на антенны 18 через согласующую схему (не показана). Подробные сведения о модуляции и обработке приведены ниже.
На чертеже фиг.3 представлен мобильный терминал 10, конфигурация которого настроена в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как и в случае с базовой станцией 8, мобильный терминал 10, разработанный в соответствии с принципами настоящего изобретения, содержит систему управления 32, процессор канала прямой передачи сигнала 34, передающую схему 36, приемную схему 38, одну или более антенн 40 и схему пользовательского интерфейса 42. Приемная схема 38 принимает несущие информацию радиосигналы от одной или более базовых станций 8. В предпочтительном варианте усилитель с малым уровнем шумов и фильтр (не показаны) взаимодействуют, осуществляя усиление сигнала и удаление внеполосных помех из обрабатываемого сигнала. Далее схема преобразования и оцифровки (не показана) преобразует отфильтрованный принятый сигнал в сигнал промежуточной или групповой частоты, который затем преобразуется в цифровой сигнал, состоящий из одного или нескольких цифровых потоков.
Процессор канала прямой передачи сигнала 34 обрабатывает принятый цифровой сигнал, извлекая информацию или биты данных, переданные в принятом сигнале. Указанный процессор обычно выполняет такие операции, как демодуляция, декодирование и коррекция ошибок, как более подробно описано ниже. Процессор канала прямой передачи сигнала 34, как таковой, обычно реализуют в виде одного или более процессоров цифровых сигналов (DSP) или специализированных интегральных схем (ASIC).
Что касается передачи, то процессор канала прямой передачи сигнала 34 принимает от управляющей системы 32 цифровые данные, которые могут быть речевой, управляющей информацией или информацией в виде данных, и затем кодирует эти данные для передачи. Кодированные данные выдаются на передающую схему 36, где с помощью модулятора они модулируются сигналом несущей частоты, которая соответствует заданным частоте или частотам передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированный сигнал несущей до уровня, необходимого для передачи, и передает его на антенны 40 через согласующую схему (не показана). Специалисту в данной области техники известны различные методы модуляции и обработки сигналов, применимые к настоящему изобретению.
В случае OFDM-модуляции полоса пропускания делится на многократные ортогональные несущие. Каждая несущая модулируется в соответствии с цифровыми данными, подлежащими передаче. Поскольку OFDM делит полосу пропускания на многократные несущие, ширина полосы пропускания каждой несущей уменьшается и время модуляции по каждой несущей увеличивается. Т.к. многократные несущие передаются параллельно, скорость передачи цифровых данных или символов на любой данной несущей ниже, чем в случае использования одиночной несущей.
OFDM-модуляция реализуется, например, путем применения преобразования IFFT (Inverse Fast Fourier Transform - обратное быстрое преобразование Фурье) к передаваемой информации. При демодуляции для восстановления переданной информации к принятому сигналу применяется преобразование FFT (Fast Fourier Transform - быстрое преобразование Фурье). На практике, преобразования IFFT и FFT осуществляются путем обработки цифровых сигналов, в ходе которой выполняется, соответственно, преобразование IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform - обратное дискретное преобразование Фурье) и преобразование DFT (Discrete Fourier Transform -дискретное преобразование Фурье). Соответственно, отличительная особенность OFDM-модуляции заключается в том, что ортогональные несущие генерируются для многократных полос пропускания в пределах канала передачи. Модулированные сигналы - это цифровые сигналы, которые имеют относительно низкую скорость передачи данных и способны оставаться в пределах соответствующих полос пропускания. Индивидуальные несущие не модулируются непосредственно цифровыми сигналами. Вместо этого все несущие модулируются одновременно путем обработки с использованием обратного быстрого преобразования Фурье.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения технология OFDM используется, по крайней мере, для передачи по нисходящему каналу связи от базовой станции 8 к мобильным терминалам 10. Каждая базовая станция 8 оснащена n передающими антеннами 18, а каждый мобильный терминал 10 оснащен одной или более приемными антеннами 40, общее число которых обозначено как m. В частности, соответствующие антенны могут использоваться для приема и передачи с использованием надлежащих дуплексеров или коммутаторов, и они так обозначаются только для ясности. На чертеже фиг.1 показано n=2 и m=2.
На чертеже фиг.4 описана логическая архитектуры OFDM-передачи в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Сначала контроллер базовой станции отправляет данные, подлежащие передаче на различные мобильные терминалы 10, на базовую станцию 8. Базовая станция 8 может использовать индикаторы CQI (Channel Quality Indicator - индикатор качества канала), связанные с мобильными терминалами, для планирования данных для передачи, а также выбирать соответствующие кодирование и модуляцию для передачи запланированных данных. Индикаторы CQI могут выдаваться непосредственно мобильными терминалами 10 или на базовой станции 8 на основе информации, выданной мобильными терминалами 10. В обоих случаях индикатор CQI для каждого мобильного терминала 10 является функцией от степени, с которой амплитуда (или отклик) канала изменяется в OFDM-полосе частот, и интенсивности передаваемого сигнала.
Запланированные данные 44, представляющие собой поток битов, скремблируются способом, уменьшающим отношение пиковой и средней мощностей, связанное с данными, используя логическую схему скремблирования 46. Для скремблированных данных определяется контрольная сумма CRC (Cyclic Redundancy Check - контроль при помощи циклического избыточного кода), которая добавляется к скремблированным данным с помощью логической схемы добавления контрольной суммы CRC 48. Далее, для эффективного введения избыточности в данные, облегчающей восстановление сигналов и исправление ошибок, на мобильном терминале 10 выполняется кодирование канала с помощью логической схемы канального кодера 50. Опять кодирование канала для конкретного мобильного терминала 10 основано на индикаторе CQI. В логической схеме канального кодера 50 в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения используются известные методы турбокодирования. Закодированные данные затем обрабатываются логической схемой согласования частот 52, чтобы компенсировать расширение данных, связанное с указанным кодированием.
Логическая схема перемежения битов 54 систематически записывает биты в кодируемые даты, чтобы минимизировать потери последовательных битов данных. Биты результирующих данных периодически преобразуются схемой преобразования 56 в соответствующие символы, в зависимости от выбранной групповой модуляции. В предпочтительном варианте используется модуляция QAM (Quadrature Amplitude Modulation - квадратурная амплитудная модуляция) или QPSK (Quadrature Phase Shift Key - квадратурная фазовая манипуляция). Степень модуляции для конкретного мобильного терминала предпочтительно выбирается на основе индикатора CQI. Символы могут периодически реорганизовываться, чтобы дополнительно увеличить невосприимчивость передаваемого сигнала к регулярным потерям данных, вызываемых избирательным замиранием частот при использовании логической схемы перемежения символов 58.
В этот момент группы битов отображаются в символы, отражающие местоположение в амплитудном и фазовом созвездиях. Затем, когда необходимо пространственное разнесение, блоки символов обрабатываются логической схемой STC-кодера (Space-Time Block Code - пространственно-временной блочный код) 60, который модифицирует символы так, чтобы передаваемые сигналы стали более устойчивыми к помехам и легче декодировались мобильным терминалом 10. Логическая схема STC-кодера 60 обрабатывает входные символы и выдает n выходов, соответствующих числу передающих антенн 18 базовой станции 8. Система управления 20 и/или процессор канала прямой передачи сигнала 22 выдает сигнал управления согласованием, предназначенный для управления STC-кодированием. Предполагается, что в этот момент символы для n выходов являются репрезентативными по отношению к данным, подлежащим передаче, и могут быть восстановлены мобильным терминалом 10.
Для данного примера предположим, что базовая станция 8 содержит два терминала 18 (n=2), и логическая схема STC-кодера 60 выдает два выходных потока символов. Соответственно, каждый из потоков символов, выдаваемых логической схемой STC-кодера 60, отправляется в соответствующий IFFT-процессор 62, оба они для лучшего понимания показаны отдельно. Для специалистов в данной области техники понятно, что для осуществления указанной обработки цифровых сигналов отдельно или в сочетании с другими рассматриваемыми здесь видами обработки используются один или более процессоров. Дополнительно представляется, что функции обработки аналогичным образом могут быть собраны в меньшее число процессоров, чем представлено здесь. IFFT-процессоры 62 в предпочтительном случае обрабатывают соответствующие символы с использованием инверсного преобразования Фурье. IFFT-процессоры 62 выдают на выход символы во временной области. Временные символы группируются в кадры, к которым добавляется префикс, например, с помощью логической схемы вставки 64. Каждый из результирующих сигналов преобразуется с повышением частоты в цифровой области в промежуточную частоту и в аналоговый сигнал с помощью соответствующей схемы преобразования DUC (Digital Up-Conversion - цифровое преобразование с повышением частоты) и D/A (Digital-To-Analog - цифроаналоговое преобразование) 66. Затем результирующие (аналоговые) сигналы одновременно модулируются на требуемой радиочастоте, усиливаются и передаются через схему высокой частоты 68 на антенны 18. То есть управляющие сигналы, известные по предполагаемым мобильным терминалам 10, рассредоточиваются по поднесущим. Мобильные терминалы 10, подробно обсуждаемые ниже, используют контрольные сигналы для оценки каналов.
Обратимся теперь к чертежу фиг.5, иллюстрирующему прием мобильной станцией 10 передаваемых сигналов. После получения каждой из антенн 40 мобильного терминала 10 переданных сигналов соответствующие сигналы демодулируются и усиливаются соответствующей схемой высокой частоты 70. В целях краткости и ясности описывается и подробно иллюстрируется только один тракт приема, однако следует понимать, что свой тракт приема существует для каждой антенны 40. Аналого-цифровой преобразователь A/D и схема цифрового преобразования с понижением частоты 72 оцифровывают и преобразуют с понижением частоты аналоговый сигнал, чтобы его можно было подвергнуть цифровой обработке. Результирующий цифровой сигнал может использоваться схемой AGC (Automatic Gain Control - автоматическая регулировка усиления) 74 для регулирования усиления усилителей в схеме высокой частоты 70 в зависимости от уровня принятого сигнала.
Вначале цифровой сигнал подается на логическую схему синхронизации 76, содержащую логическую схему грубой синхронизации 78, которая буферизует несколько OFDM-символов и вычисляет автокорреляцию между двумя последовательными OFDM-символами. Результирующий временной индекс, соответствующий максимуму результата корреляции, определяет окно поиска точной синхронизации, используемое логической схемой точной синхронизации 80 для определения на основе заголовков точной начальной позиции при синхронизации. Выходной сигнал логической схемы точной синхронизации 80 облегчает синхронизацию кадров с помощью логической схемы синхронизации кадров 84. Правильная синхронизация кадров важна для того, чтобы последующая FFT-обработка обеспечивала точное преобразование из временной области в частотную область. Алгоритм точной синхронизации основан на корреляции между принятыми контрольными сигналами, переносимыми заголовками, и локальной копией известных контрольных данных. После выполнения синхронизации кадров префикс OFDM-символа удаляется логической схемой удаления префиксов 86, а результирующие выборки направляются в логическую схему сдвига частоты 88, которая компенсирует сдвиг частоты (радиопередающей), вызываемый несогласованной работой локальных генераторов передатчика и приемника. В предпочтительном варианте логическая схема синхронизации 76 содержит логическую схему оценки синхронизации и сдвига частоты 82, которая основана на заголовках, помогает оценить воздействия на передаваемый сигнал и передает эти оценки на схему коррекции 88 для правильной обработки OFDM-символов.
В этот момент OFDM-символы во временной области готовы для преобразования в частотную область с помощью логической схемы FFT-обработки 90. Результатом являются символы частотной области, которые передаются в логическую схему обработки 92. Логическая схема обработки 92 извлекает рассредоточенный сигнал используя логическую схему извлечения рассредоточенных сигналов 94, с помощью логической схемы оценки канала 96 определяет оценку канала на основе извлеченного контрольного сигнала и выдает отклики канала для всех поднесущих с помощью логической схемы реконструкции канала 98. Чтобы определить отклик канала для каждой поднесущей, контрольный сигнал, по существу, умножается на контрольные символы, которые рассредоточены среди символов данных по всем OFDM-поднесущим по известному образцу в обеих областях: временной и частотной. На чертеже фиг.6 приведен пример рассредоточения контрольных символов среди имеющихся поднесущих при заданных времени и частоте и график частот в OFDM-среде. Обращаясь снова к чертежу фиг.5, можно видеть, что логическая схема обработки сравнивает принятые контрольные сигналы с контрольными символами, ожидаемыми в определенных поднесущих, чтобы определить отклик канала для поднесущих, которыми передаются контрольные символы. Результаты интерполируются с целью оценки отклика канала для большинства, если не для всех остальных поднесущих, для которых контрольные символы не были предоставлены. Фактические и интерполированные отклики канала используются для оценки общего отклика канала, который включает в себя отклики канала для большинства, если не для всех остальных поднесущих в OFDM-канале.
Символы частотной области и данные реконструкции канала, извлеченные из откликов канала для каждого тракта приема, передаются в STC-декодер 100, который выполняет STC-декодирования по обоим трактам приема с целью восстановления принятых символов. Данные о реконструкции канала предоставляют информацию о коррекции в STC-декодер 100, достаточную для устранения воздействий канала передачи при обработке соответствующих символов частотной области
Восстановленные символы помещаются в обратном порядке с помощью логической схемы восстановления первоначальной последовательности символов 102, которая соответствует логической схеме перемежения символов 58 передатчика. Затем символы восстановленной последовательности демодулируются или демультиплексируются в соответствующий битовый поток с помощью логической схемы обратного преобразования 104. Затем восстанавливается первоначальная последовательность битов с помощью схемы восстановления первоначальной последовательности битов 106, которая соответствует логической схеме перемежения битов 54, используемой в архитектуре передатчика. Далее биты восстановленной последовательности обрабатываются логической схемой обратного преобразования 108 и подаются на схему декодера каналов 110 для восстановления первоначально скремблированных данных и контрольной суммы CRC. Соответственно, логическая схема CRC 112 удаляет контрольную сумму CRC, проверяет скремблированные данные обычным способом и выдает их на логическую схему дескремблирования 114 для дескремблирования с использованием известного кода дескремблирования базовой станции для восстановления первоначально переданных данных 116.
Хотя чертежи фиг.4 и 5 иллюстрируют связь базовой станции 8 с мобильным терминалом 10, следует понимать, что те же самые принципы изобретения применимы к связи по восходящему каналу связи от мобильного терминала 10 к базовой станции 8.
В настоящем изобретении предлагается решение указанных выше проблем, касающихся оценки каналов и демодуляции сигнала, состоящее из двух частей. Первая особенность заключается в предложении способа уменьшенной сложности для оценки канала на основе минимальной среднеквадратичной ошибки (MMSE), которая позволяет оценивать каналы опорного сигнала (RS) мобильных терминалов 10 в системе V-MIMO. Вторая особенность заключается в предложении демодуляции сегментов данных мобильных терминалов 10 в системе V-MIMO. В случае более слабых сигналов мобильных терминалов 10 в системе V-MIMO используются восстановление и компенсация помех для сигналов данных в частотной области.
Несмотря на то, что это подробно рассматривается ниже, отметим, что оценка канала связи осуществляется с использованием компенсации взаимных помех от опорных сигналов в восходящих каналах связи, одновременно создаваемых мобильными терминалами 10, в системе V-MIMO. Указанная процедура выполняется с использованием оценок на основе зондирующего опорного сигнала (SRS). Для оценки канала RS используется способ уменьшенной сложности на основе MMSE. Что касается демодуляции данных и, в частности, демодуляции сигналов данных более слабого мобильного терминала 10 в системе V-MIMO, успешно декодированный более мощный сигнал данных мобильного терминала 10 компенсируется в более слабом сигнале мобильного терминала 10, и более слабый сигнал восстанавливается. Такой способ обеспечивает оценку канала в системе V-MIMO и характеристики демодуляции, сравнимые с другими методами оценки каналов, но имеет то преимущество, что в четыре раза менее сложен в вычислительном отношении. Другими словами, в настоящем изобретении сложность демодуляции данных уменьшается в 4 раза по сравнению с другими способами демодуляции.
Описывается способ уменьшенной сложности на основе MMSE для оценки канала, пригодный для использования при оценке канала опорного сигнала в системе V-MIMO. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения опорный сигнал восходящего канала связи принимается от каждого мобильного терминала 10. С помощью принятых опорных сигналов восходящего канала связи определяется первая оценка канала связи опорного сигнала для каждого мобильного терминала 10. Например, указанным первым опорным сигналом может быть зондирующий опорный сигнал (SRS). Сигнал SRS может использоваться для каждого мобильного терминала, чтобы определить оценку компенсации помехи для каждого мобильного терминала 10. После определения оценки компенсации помехи для каждого мобильного терминала 10 может быть определена вторая оценка канала опорного сигнала. Например, указанной второй оценкой канала опорного сигнала может быть оценка канала на основе MMSE.
Следует заметить, что хотя настоящее изобретение представлено на чертежах фиг.7-10 со ссылкой на два мобильных терминала 10, т.е. мобильный терминал 10а и мобильный терминал 10b, следует понимать, что два мобильных терминала используются лишь для простоты объяснения и понимания, система V-MIMO, используемая на практике, не ограничивается лишь двумя мобильными терминалами 10.
1
1
2
2
1
2
1
2
<mrow><msubsup><mi>σ</mi><mi>n</mi><mn>2</mn></msubsup></mrow>
Метод уменьшенной сложности для оценки канала опорного сигнала на основе MMSE в системе V-MIMO описан со ссылкой на чертеж фиг.7. Вначале базовая станция 8 принимает композитный сигнал по каналу PUSCH (Physical Uplink Shared Channel - физический мультиплексный восходящий канал) от множества мобильных терминалов 10. Указанный сигнал содержит принятый по этому каналу сигнал с опорным символом DMRS (Demodulation Reference Symbol - опорный символ демодуляции). 1024-точечное быстрое преобразование Фурье выполняется базовой станцией 8 на основе опорного сигнала и нормализованного коэффициента усиления (этап S100). После быстрого преобразования Фурье и в случае системы V-MIMO с двумя мобильными терминалами 10 указанный сигнал можно описать как y=χh+χh+n. От результирующего сигнала частотной области блоки ресурсов (RB) могут быть изолированы в системе V-MIMO. Затем сигнал y нормализуется на этапе S100. В этом выражении (y), χ и χ - векторы опорного сигнала демодуляции для мобильного терминала 10а и мобильного терминала 10b, соответственно, h и h - комплексные векторы отклика канала в частотной области мобильного терминала 10а и мобильного терминала 10b, соответственно, и n - аддитивный белый гауссов шум с дисперсией
.
Т.к. последовательности опорных символов мобильных терминалов 10а и 10b известны приемнику базовой станции 8 (в силу того, что являются "опорными сигналами"), могут быть определены оценки каналов на основе буферизованных зондирующих опорных сигналов (SRS) для двух мобильных терминалов 10 в системе V-MIMO (этапы S102 и S104, соответственно). Эти оценки здесь обозначаются как
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>1</mn></msub></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>2</mn></msub></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
и
соответственно.
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mi>X</mi><mn>1</mn></msub><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>1</mn></msub></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mi>X</mi><mn>2</mn></msub><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>2</mn></msub></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
Опорные сигналы демодуляции (DMRS) для мобильных терминалов 10а (этап S106) и 10b (этап S108), которые, как упоминалось выше, известны базовой станции 8, используются вместе с оценками SRS для восстановления оценки принятого сигнала DMRS
для мобильного терминала 10а (этап S110) и оценки сигнала DMRS
для мобильного терминала 10b (этап S112).
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mi>X</mi><mn>1</mn></msub><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>1</mn></msub></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
Что касается мобильного терминала 10а, выражение
вычитается из (y) (этап S114) для получения оценки с учетом компенсации помехи для сигнала DMRS, принятого от данного мобильного терминала 10b, путем:
<mrow><msub><mi>y</mi><mrow><mi>с</mi><mtext> </mtext><mi>у</mi><mi>ч</mi><mi>е</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mi>п</mi><mi>е</mi><mi>н</mi><mi>с</mi><mi>а</mi><mi>ц</mi><mi>и</mi><mi>и</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>y</mi><mo>−</mo><msub><mi>X</mi><mn>1</mn></msub><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>1</mn></msub></mrow>
.
Коэффициент усиления RS нормализуется для опорного сигнала, соответствующего мобильному терминалу 10b (этап S116), и выполняется оценка методом LS (Least Squared - наименьших квадратов) для мобильного терминала 10b (этап S118), где оценка канала методом LS для мобильного терминала 10b выражается следующим образом:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>L</mi><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>X</mi><mn>2</mn><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> </mtext><mi>у</mi><mi>ч</mi><mi>е</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mi>п</mi><mi>е</mi><mi>н</mi><mi>с</mi><mi>а</mi><mi>ц</mi><mi>и</mi><mi>и</mi></mrow></msub></mrow>
Подобный же процесс выполняется в отношении мобильного терминала 10а. Восстановленный сигнал для мобильного терминала 10b, заданный выражением
<mrow><mrow><mo>{</mo><mrow><msub><mi>X</mi><mn>2</mn></msub><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>2</mn></msub></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
,
вычитается из (y) (этап S120) для получения оценки с учетом компенсации помехи для сигнала DMRS, принятого с мобильного терминала 10а, определяемой выражением:
<mrow><msub><mi>y</mi><mrow><mi>с</mi><mtext> </mtext><mi>у</mi><mi>ч</mi><mi>е</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mi>п</mi><mi>е</mi><mi>н</mi><mi>с</mi><mi>а</mi><mi>ц</mi><mi>и</mi><mi>и</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>y</mi><mo>−</mo><msub><mi>X</mi><mn>2</mn></msub><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mn>2</mn></msub></mrow>
Коэффициент усиления опорного сигнала для мобильного терминала 10а нормализуется (этап S122), и определяется оценка для мобильного терминала 10а (этап S124). Это определение описывается выражением:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>L</mi><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>X</mi><mn>1</mn><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>c</mi><mtext> </mtext><mi>у</mi><mi>ч</mi><mi>е</mi><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mtext> </mtext><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mi>п</mi><mi>е</mi><mi>н</mi><mi>с</mi><mi>а</mi><mi>ц</mi><mi>и</mi><mi>и</mi></mrow></msub></mrow>
После определения оценок канала на основе LS эти оценки могут использоваться для определения отклика канала способом уменьшенной сложности на основе MMSE, чтобы получить оценки отклика канала DMRS для мобильных терминалов 10а и 10b. Что касается мобильного терминала 10а, то для генерирования корреляционной матрицы (этап S126) используются отношение SNR (Signal To Noise Ratio - отношение сигнал/шум) и блок ресурсов (RB). Оценка отклика канала для мобильного терминала 10а определяется с использованием метода MMSE (этап S128). Для примера способ на основе MMSE для этапа S128 задается следующим выражением:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>r</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo>_</mo><mi>c</mi><mi>m</mi><mi>p</mi><mi>l</mi><mi>x</mi><mo>_</mo><mi>U</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>H</mi><mi>H</mi></mrow></msub><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>H</mi><mi>H</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mi>β</mi><mrow><mi>S</mi><mi>N</mi><msub><mi>R</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mi>I</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><msub><mover accent="true"><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>L</mi><mi>S</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow>
.
Что касается мобильного терминала 10b, то корреляционная матрица определяется для мобильного терминала 10b (этап S130) с использованием отношения SNR для мобильного терминала 10b, для мобильного терминала 10b и длины блока ресурсов. Оценка отклика канала на основе MMSE для мобильного терминала 10b вычисляется с использованием оценки на основе LS из этапа S118 и корреляционной матрицы на основе MMSE из этапа S130 (этап S132). Для примера способ на основе MMSE для этапа S132 задается следующим выражением:
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>r</mi><mi>e</mi><mi>d</mi><mo>_</mo><mi>c</mi><mi>m</mi><mi>p</mi><mi>l</mi><mi>x</mi><mo>_</mo><mi>U</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>R</mi><mrow><mi>H</mi><mi>H</mi></mrow></msub><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>R</mi><mrow><mi>H</mi><mi>H</mi></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mi>β</mi><mrow><mi>S</mi><mi>N</mi><msub><mi>R</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mi>I</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><msub><mover accent="true"><mi>H</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>L</mi><mi>S</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow>
Результатом процесса, иллюстрируемого чертежом фиг 7, является оценка восходящего канала связи для мобильного терминала 10, задействованного в системе связи V-MIMO с базовой станцией 8. Эта процедура выполняется с использованием наиболее эффективной обработки с целью осуществления воздействия опорного сигнала мобильного терминала 10а на мобильный терминал 10b, и наоборот. Поскольку базовая станция 8 содержит заблаговременно полученную информацию и знания о последовательностях опорных сигналов (RS) мобильных терминалов 10а и 10b, оценки каналов связи в частотной области для мобильных терминалов 10а и 10b могут использоваться базовой станцией 8 для приблизительного генерирования каждого сигнала мобильного терминала, компенсированного перед определением оценок на основе LS других пользователей. Как обсуждалось выше, в настоящем изобретении предлагается использование оценок на основе зондирующих опорных сигналов (SRS). Мобильные терминалы в режиме ожидания и режиме передачи трафика периодически передают указанные сигналы SRS. Следовательно, можно использовать оценки каналов связи на основе SRS для восстановления сигналов, как описано выше. Для малоподвижных устройств, например мобильных терминалов, перемещающихся со скоростью менее 60 км/ч, предыдущие оценки каналов на основе SRS достаточно точны, чтобы приблизительно оценить помехи, которым подвергаются мобильные терминалы 10 со стороны друг друга.
При наличии результатов оценки отклика канала базовая станция 10 может использовать их для демодуляции и извлечения фактических данных из восходящего канала связи, принятых от мобильных терминалов 10а и 10b. Процесс демодуляции и/или извлечения данных описывается со ссылкой на чертежи фиг.8A, 8B, 9 и 10.
Сначала базовая станция 8 принимает сигнал данных по каналу PUSCH с мобильных терминалов 10а и 10b. Базовая станция 8 нормализует коэффициент усиления сигнала данных (этап S134), сигналы пользовательских данных 10а и 10b демодулируются и корректируются с помощью оценок каналов связи на основе критерия MMSE, полученных на этапах S128 и S132 с чертежа фиг.7 (этапы, соответственно, S136 и S138). После демодуляции и коррекции результирующие данные проверяются на наличие ошибок, например, с помощью метода CRC (Cyclic Redundancy Check - контроль с помощью циклического избыточного кода). Эта процедура показана не чертеже фиг.8A как этап S140 для мобильного терминала 10а и этап S142 для мобильного терминала 10b. Затем контрольные суммы CRC оцениваются (этап S144). Если контрольные суммы CRC для обоих мобильных терминалов (10а и 10b) являются правильными, то демодулированные данные для мобильных терминалов 10а и 10b считаются демодулированными правильно, и пользовательские данные процессором выдаются на выход и используются базовой станцией 8 как данные мобильного терминала в системе V-MIMO (этап S146). Как показано на чертеже фиг.8A, выход М обозначает выдачу с мобильного терминала 10а демодулированных данных, полученных на этапе S136, а выход N обозначает выдачу с мобильного терминала 10b демодулированных данных, полученных на этапе S138.
Если мобильный терминал 10а успешно проходит контроль CRC, а для мобильного терминала 10b контроль CRC дает отрицательный результат (этап S148), оценки данных и оценки канала связи мобильного терминала 10а используются для восстановления сигнала и компенсации помехи в нем от мобильного терминала 10b (этап S150). Этап S150 подробно обсуждается ниже. Если мобильный терминал 10а на этапе S148 успешно проходит контроль CRC, то пользовательские данные, соответствующие мобильному терминалу 10а, считаются достоверными, а демодулированные данные для мобильного терминала 10а выдаются на выход процессом, обладающим признаками изобретения, для использования базовой станцией 8 (этап S152). Данный выход показан как выход М. Контроль CRC для пользовательских данных мобильного терминала 10b повторяется снова с учетом компенсации помехи, и процедура восстановления сигналов данных применяется к сигналу для мобильного терминала 10b (этап S154). Если мобильный терминал 10b успешно проходит контроль CRC, то демодулированные данные, соответствующие мобильному терминалу, считаются демодулированными правильно и выдаются процессором для использования базовой станцией 8 (этап S156). Демодулированные данные для выдачи с мобильного терминала 10b показаны на чертеже фиг.8A как данные U. Если мобильный терминал 10b не проходит контроль CRC на этапе S154, то базовая станция 8 делает следующую попытку передачи запроса HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request - гибридный автоматический запрос на повторную пересылку) (этап S158).
В случае, когда на этапе S148 получен отрицательный результат, т.е. мобильный терминал 10а или мобильный терминал 10b не прошел контроль CRC, следует убедиться в том, что мобильный терминал 10а не прошел контроль CRC, а мобильный терминал 10b успешно прошел контроль CRC (этап S160).
В случае, когда мобильный терминал 10а не прошел контроль CRC и мобильный терминал 10b не прошел контроль CRC, например, когда контрольные суммы CRC оказались неверными для обоих мобильных терминалов и 10а, и 10b, базовая станция 8 выдает сигнал следующей попытки отправки запроса HARQ для обоих мобильных терминалов и 10а, и 10b (этап S162).
В случае, когда контрольная сумма CRC является неправильной для мобильного терминала 10а и правильной для мобильного терминала 10b (этап S160), процесс согласно настоящему изобретению продолжается на чертеже фиг.8B, где сигнал данных и оценки канала связи для мобильного терминала 10b используются для восстановления сигнала и компенсации помехи в нем от сигнала мобильного терминала 10а (этап S164). Этап S164 подробно обсуждается ниже. Поскольку контрольная сумма CRC, соответствующая данным, принятым с мобильного устройства 10b, является достоверной, соответствующие данные являются достоверными и процесс выдает демодулированные данные беспроводного терминала 10b для системы V-MIMO, используемой базовой станцией 8 (этап S166). Это показано на чертеже фиг.8В как выход N.
Контрольная сумма CRC для мобильного терминала 10а проверяется снова с учетом компенсации помехи и восстановления сигнала (этап S168). Если контрольная сумма CRC для мобильного терминала 10а является правильной, то индицируются достоверные данные, принятые с мобильного терминала 10а, и процесс выдает демодулированные данные (этап S170) для использования базовой станцией 8 в дальнейшей обработке данных в системе V-MIMO. Указанные демодулированные данные, выдаваемые на этапе S170, показаны как данные V. В случае, когда контрольная сумма CRC мобильного терминала 10а не является правильной (этап S168), базовая станция выдает сигнал следующей попытки отправки запроса HARQ для мобильного терминала 10а (этап S172), и процесс завершается.
Восстановление сигнала и компенсация помехи в мобильном терминале 10а по отношению к мобильному терминалу 10b из этапа S150 описывается со ссылкой на чертеж фиг.9. Оценки канала на основе MMSE для мобильного устройства 10а (этап S128) умножаются на успешно демодулированные данные для мобильного устройства 10а (этап S136), результирующий выход показан как значение М' (этап S174). Затем М' вычитается из данных канала PUSCH для мобильных терминалов 10а и 10b (этап S176). Результатом является восстановленный с учетом компенсации помехи сигнал данных для мобильного терминала 10b, показанный как выход Q.
Восстановление сигнала и компенсация помехи, соответствующей мобильному терминалу 10b, по отношению к мобильному терминалу 10а из этапа S164, описываются и обсуждаются подробно со ссылкой на чертеж фиг.10. Чтобы удалить данные помехи мобильного устройства 10b из данных, соответствующих мобильному устройству 10а, оценки канала связи на основе MMSE для мобильного терминала 10b из этапа S132 умножаются на успешно демодулированные данные для мобильного устройства 10b из этапа S138, что позволяет сформировать оценку выхода канала на основе мобильного устройства 10b (этап S178). Результирующий выход обозначен как N'. Заметим, что N' (как и М') основан на выражении, обсуждавшемся выше и имеющем следующий вид:
1
1
2
2
у=χh+χh+n
Оценка, выведенная как N', вычитается из данных канала PUSCH для мобильного терминала 10а и мобильного терминала 10b (этап S180), чтобы получить оценку сигнала, принятого от мобильного устройства 10а (этап S180). Результатом является восстановленный с учетом компенсации помехи сигнал данных для мобильного терминала 10а, показанный как выход Т.
Чертеж фиг.11 иллюстрирует отношения между частотой ошибок символов и отношением сигнал/шум (SNR) для мобильных терминалов 10а и 10b с использованием метода QPSK (Quadrature Phase Shift Key - квадратурная фазовая манипуляция) для мобильных терминалов 10, перемещающихся со скоростями 30 км/ч и 60 км/ч. Эти отношения показаны со ссылкой на идеальный канал. Идеальная оценка канала связи, показанная и описываемая со ссылкой на чертеж фиг.11, определяется как содержащая точные сведения о канале, т.е. ошибка оценки отсутствует.
Как показано на чертеже фиг.11 мобильные терминалы 10, перемещающиеся со скоростью 30 км/ч, характеризуются кривыми зависимости частоты ошибок символов от отношения сигнал/шум (SNR), которые имеют значения хуже, чем соответствующие величины из идеальной оценки при низких значениях SNR, и приближаются к идеальной оценке при увеличении SNR. Для более быстро перемещающихся терминалов кривая следует аналогичной траектории, но отклоняется от нее где-то в области высоких значений SNR.
Заметим, что график, представленный на чертеже фиг.11, является результатом моделирования в предположении, что сигналы SRS передаются каждые одну или две миллисекунды. Это помогает получать оценки каналов связи на основе SNR, которые можно надежно использовать для компенсации взаимных помех в опорных сигналах для мобильных терминалов в системе V-MIMO. При моделировании также предполагается, что сигнал одного мобильного терминала значительно мощнее сигнала другого мобильного терминала, при этом данные более мощного сигнала мобильного терминала надежнее демодулируются. Это также позволяет точно восстанавливать сигнал более мощного терминала и компенсировать его помеху в более слабом сигнале так, что слабый сигнал с учетом компенсации помехи может быть демодулирован. Также предполагается, что в базовой станции используется одна антенна. Предполагается, что в варианте осуществления настоящего изобретения, в котором базовая станция оснащена двумя антеннами, используется турбокодирование и перемежение, для данной кривой зависимости частоты ошибок от отношения SNR можно ожидать дополнительного увеличения коэффициента усиления на 10 дБ.
Преимуществом настоящего изобретения является то, что предложены способ и система, которые позволяют определять оценку канала для мобильных терминалов, работающих в системе V-MIMO, способом, имеющим уменьшенную сложность в вычислительном отношении, а также позволяют использовать указанные оценки каналов для восстановления и обновления данных восходящих каналов мобильных устройств посредством процесса компенсации помех и восстановления сигналов, описанного выше.
При осуществлении настоящего изобретения предпочтительно иметь мобильный терминал 10 с высоким значением отношения сигнал/шум (SNR) и другой мобильный терминал 10 с низким значением SNR. В этом случае весьма вероятно, что терминал 10 с высоким значением SNR успешно пройдет контроль CRC, что тем самым позволит получить хороший источник для использования в целях оценки каналов связи. Сопряжение мобильных терминалов с высоким и низким значениями SNR можно выполнить с помощью регулирования мощности. Другими словами, положительный эффект от применения настоящего изобретения может быть усилен путем сопряжения мобильных терминалов 10 в системе V-MIMO с помощью регулирования мощности с целью сопряжения мобильного терминала 10 с высоким SNR и мобильного терминала 10 с низким SNR.
Имеется ряд и других особенностей настоящего изобретения, которые можно внедрить для усиления его полезного эффекта. Например, адаптация наборов MCS (Modulation Coding Set - набор модулирующих кодов) может быть зарезервирована для применения только в случаях, когда используется система V-MIMO. Кроме того, в случае, когда первая попытка запроса HARQ оказывается неудачной, последующие попытки запросов HARQ могут быть сделаны в отношении других мобильных терминалов 10 (по сравнению с мобильными терминалами 10 в текущем множестве V-MIMO). Предполагается также, что параметры регулирования мощности восходящего канала мобильных терминалов 10 могут быть заданы так, чтобы обеспечить разность мощностей принятых сигналов приблизительно в 5-10 дБ. Параметрами регулирования в этом случае, связанными с базовой станцией 8, являются мощность принимаемого сигнала Ро и коэффициент компенсации потерь в тракте α. Кроме того, предполагается, что функционирование системы V-MIMO может учитываться только в случаях, когда задействованы все блоки физических ресурсов (PRB - Physical Resource Block) и имеется запрос на входящий трафик.
Специалисту в данной области техники понятно, что настоящее изобретение не ограничено тем, что, в частности, показано и описано выше. Кроме того, если обратное специально не оговорено выше, следует иметь ввиду, что все прилагаемые чертежи выполнены не в масштабе. Многочисленные изменения и модификации возможны в свете рассмотренных выше методов, если они не выходят за пределы области действия и духа настоящего изобретения и ограничены лишь следующей формулой изобретения.