УПРОЩЕННОЕ ОБНАРУЖЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ МОДУЛЯЦИИ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО БЛОЧНОГО КОДИРОВАНИЯ С ВЫБОРОМ АНТЕНН
SIMPLIFIED DETECTION OF SPATIAL MODULATION AND SPACE-TIME BLOCK ENCODING WITH SELECTION OF ANTENNAS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к способам и системам передачи и приема сигналов связи, использующих пространственную модуляцию и пространственно-временное блочное кодирование.
Уровень техники
Быстрое увеличение количества подключаемых устройств создает для сетей беспроводной связи необходимость возможности поддержки все более растущего количества устройств, сконцентрированных в географической области. Многочисленные неоднородные устройств, которые должны поддерживаться в сценарии плотного развертывания, содержат, например, мощные устройства, такие как персональные компьютеры, и маломощные устройства, такие как устройства Интернета вещей (IoT) и носимые устройства.
Системы типа "многочисленные входы-многочисленные выходы" (Multiple Input Multiple Output, MIMO), которые используют многочисленные антенны, могут увеличивать производительность сети. Пространственная модуляция (Spatial modulation, SM) является модуляцией типа MIMO, при которой в любой момент времени активируется только поднабор доступных передающих (TX) антенн сетевого передатчика. SM может быть полезна при реализациях систем MIMO малой сложности, содержащих, например, передачу сообщений IoT и носимых устройств, и может действовать в режиме разомкнутого цикла, не запрашивая информацию о состоянии канала в передатчике.
По мере, в некоторых схемах SM, как показано например, в работе A. Helmy, и др., “Spatial Modulation for Improved Performance of Next-Generation WLAN”, WCNC 2017, Сан- Франциско, Калифорния, США, выбор антенн производится в соответствии с битами выбора антенн (antenna selection, AS), которые включаются в отдельный поток выбора антенн. Биты AS не определяются заранее или неизвестны приемнику. Следовательно, для определения битов AS приемник полагается на тип обнаружения с максимальным правдоподобием (Maximum Likelihood, ML). A. Helmy и др. описывают передатчик, который применяет кодирование с прямой коррекцией ошибок (Forward Error Correction, FEC) как для потоков данных, так и для потока AS вместе, так что в результате приемник должен также применять то же самое обнаружение ML для восстановления битов потоков данных. Сложность обнаружения ML является очень высокой, особенно для схем модуляции и кодирования (Modulation and Coding Scheme, MCS) 16-QAM или выше.
Соответственно, существует необходимость в системе SM, позволяющей восстанавливать принятые приемником биты AS и данных, используя различные способы обнаружения.
Раскрытие сущности изобретения
В этом раскрытии описываются способы и системы, которые могут позволить, используя различные способы обнаружения, обнаруживать в приемнике биты AS и данных, присутствующие в передаваемых SM-потоках. В примерных вариантах осуществления кодирование потока AS выполняется отдельно в передатчике, в отличие от кодирования потоков данных, позволяя приемнику использовать один тип обнаружения (например, обнаружение ML) для битов AS и другой тип обнаружения MIMO с пониженной сложностью для битов данных (например, обнаружение с минимальной среднеквадратичной погрешностью (Minimum Min Square Error, MMSE) или обнаружение с превращением в ноль незначащих коэффициентов (Zero Forcing, ZF)).
В соответствии с первым подходом, способ, выполняемый в передатчике, содержит этапы, на которых: применяют кодирование с прямой коррекцией ошибок (FEC) для кодирования первой части входящего битового потока данных в первый кодированный битовый поток; применяют кодирование с FEC для кодирования, независимо от первой части, второй части входящего битового потока данных в битовый поток выбора антенн (AS); кодируют каждый из множество пространственных потоков в соответствующие символы, причем каждый пространственный поток является другой соответствующей частью первого кодированного битового потока; и передают символы через соответствующие наборы передающих антенн, причем соответствующий набор передающих антенн для передачи каждого символа определяется битами AS битового потока AS.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов кодирование каждого из множества пространственных потоков в соответствующие символы содержит этапы, на которых: кодируют биты каждого из пространственных потоков; преобразуют биты каждого из пространственных потоков в точки констелляции; и преобразуют точки констелляции каждого пространственного потока в соответствующие символы.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов символы являются символами мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (orthogonal frequency division multiplexing, OFDM).
Как вариант, при любом из предшествующих подходов, биты AS свойственны символам OFDM по принципу «от поднесущей к поднесущей».
Как вариант, при любом из предшествующих подходов способ предназначен для формирования и передачи данных блока данных по протоколу (Protocol Data Unit, PPDU) процедуры конвергенции физического уровня (Physical Layer Convergence Procedure, PLCP), причем способ дополнительно содержит этап, на котором: вводят в преамбулу PPDU множество длинных учебных полей (long training field, LTF), в котором количество LTF в преамбуле соответствует общему количеству NT передающих антенн; где общее количество NT передающих антенн больше, чем количество N потоков передачи, используемых для передачи данных PPDU.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов, пилотные поднесущие символов преобразуются в соответствующие наборы передающих антенн в соответствии с битами AS.
В соответствии с другим подходом, система обработки содержит память и устройство обработки, соединенное с памятью, причем устройство обработки выполнено с возможностью: применения кодирования с прямой коррекцией ошибок (FEC) для кодирования первой части входящего битового потока данных в первый кодированный битовый поток; применения кодирования с FEC для кодирования, независимо от первой части, второй части входящего битового потока данных в битовый поток выбора антенны (AS); кодирования каждого из множества пространственных потоков в соответствующие символы, причем каждый пространственный поток является различной соответствующей частью первого кодированного битового потока; и передачи символов через соответствующие наборы передающих антенн, причем соответствующий набор передающих антенн для передачи каждого символа определяется битами AS битового потока AS.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов, устройство обработки выполнено с возможностью кодирования каждого из множества пространственных потоков в соответствующие символы посредством:
кодирования битов в каждом из пространственных потоков; преобразования битов каждого из пространственных потоков в точки констелляции; и преобразования точек констелляции каждого пространственного потока в соответствующие символы.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов символы являются символами мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM).
Как вариант, при любом из предшествующих подходов биты AS свойственны символам OFDM по принципу «от поднесущей к поднесущей».
Как вариант, при любом из предшествующих подходов устройство обработки выполнено с возможностью формирования блока данных по протоколу (Protocol Data Unit, PPDU) процедуры конвергенции физического уровня (Physical Layer Convergence Procedure, PLCP) данных, используя кодирование, и передачи PPDU через соответствующие наборы передающих антенн, используя передачу, причем устройство обработки дополнительно выполнено с возможностью: ввода в преамбулу PPDU множества длинных учебных полей (long training field, LTF), в котором количество LTF в преамбуле соответствует общему количеству NT передающих антенн; в котором общее количество NT передающих антенн больше, чем количество N потоков передачи, используемых для передачи данных PPDU.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов пилотные поднесущие символов преобразуются в соответствующие наборы передающих антенн в соответствии с битами AS.
В соответствии с другим подходом, способ обработки множества пространственно модулированных потоков, каждый из которых принимается через множество антенн в приемнике, содержит этапы, на которых: применяют обнаружение, основанное на логарифмическом отношении правдоподобия (Log Likelihood Ratio, LLR) для максимального правдоподобия (Maximum Likelihood, ML), к пространственно модулированным потокам для обнаружения битов выбора антенны (AS); применяют обнаружение типа MIMO (многочисленные входы-многочисленнные выходы) для разделения SM-модулированных потоков на соответствующие потоки для декодирования, где обнаружение MIMO основано на обнаруженных битах AS и использует обнаружение, отличное от обнаружения, основанного на ML; и декодируют соответствующие потоки.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов декодирование содержит: выполнение обратного преобразования констелляции; и выполнение обратного чередования битов.
Как вариант, при любом из предшествующих подходов обнаружение MIMO выполняется, используя обнаружение с минимальной среднеквадратичной погрешностью (Minimum Min Square Error, MMSE) или обнаружение с превращением в ноль незначащих коэффициентов (Zero Forcing, ZF) .
Как вариант, при любом из предшествующих подходов, обнаружение ML LLR битов AS выполняется, используя вычисление Евклидова расстояния между принятыми пространственно модулированными потоками и констелляцией двоичной фазовой манипуляции (binary phase shift keying, BPSK).
В соответствии с дополнительным подходом, система обработки содержит память и устройство обработки, связанное с памятью. Устройство обработки выполнено с возможностью применения обнаружения, основанного на логарифмическом отношении правдоподобия (Log Likelihood Ratio, LLR) для максимального правдоподобия (Maximum Likelihood, ML), ко множеству пространственно модулированных потоков, принимаемых множеством приемных антенн для обнаружения битов выбора антенны (AS); применения обнаружениясо многочисленными входами и многочисленными выходами (multiple input multiple output, MIMO) для разделения SM-модулированных потоков на соответствующие потоки для декодирования, в котором обнаружение MIMO основывается на обнаруженных битах AS и использует обнаружение, отличное от обнаружения на основе ML; и декодирования соответствующих потоков.
Как вариант, в любом из предшествующих подходов, устройство обработки дополнительно выполнено с возможностью проведения декодирования посредством: выполнения обратного преобразования констелляции; и выполнения обратного чередования битов.
Как вариант, в любом из предшествующих подходов, обнаружение MIMO выполняется, используя обнаружение с минимальной среднеквадратичной погрешностью (Minimum Min Square Error, MMSE) или обнаружение с превращением в ноль незначащих коэффициентов (Zero Forcing, ZF)).
Как вариант, в любом из предшествующих подходов обнаружение на основе ML LLR битов AS выполняется с помощью вычисления евклидова расстояния между принятыми пространственно модулированными потоками и констелляцией двоичной фазовой манипуляции (BPSK).
При некоторых подходах настоящее раскрытие описывает систему обработки, содержащую память и устройство обработки, связанное с памятью. Устройство обработки выполнено с возможностью реализации любого из предшествующих способов.
Краткое описание чертежей
Теперь посредством примера ссылка будет делаться на сопроводительные чертежи, показывающие примерные варианты осуществления настоящей заявки, и на которых:
Фиг. 1 - пример сети радиочастотной связи, в которой могут быть реализованы примерные варианты осуществления;
Фиг. 2 - блок-схема примерного устройства, пригодного для передачи или приема в сети радиочастотной связи;
Фиг. 3 - блок-схема передатчика, соответствующего первому примерному варианту осуществления;
Фиг. 4 - блок-схема приемника, соответствующего первому примерному варианту осуществления;
Фиг. 5 - блок-схема передатчика, соответствующего второму примерному варианту осуществления; и
Фиг. 6 - блок-схема приемника, соответствующего второму примерному варианту осуществления.
Схожие ссылочные позиции могут использоваться на различных чертежах для обозначения схожих компонентов.
Осуществление изобретения
Ниже приводится таблица выборочных сокращений, используемых в последующем описании:
Таблица 1
Сокращения
Сокращение
Определение
STA
Станция
AP
Точка доступа
SM
Пространственная модуляция
AS
Выбор антенны
ML
Наибольшее правдоподобие
FEC
Прямая коррекция ошибок
MCS
Модуляция и система кодирования
MIMO
Многочисленные входыв-многочисленные выходы
MMSE
Минимальная среднеквадратичная погрешность
ZF
Превращение в ноль незначащих коэффициентов
STBC
Пространственно-временное блочное кодирование
TX
Передатчик
RX
Приемник
LLR
Логарифмическое отношение правдоподобия
QAM
Квадратурная амплитудная манипуляция
ChanD, Channel D
Канал D; одна из моделей канала IEEE
BCC
Двоичное сверточное кодирование
LDPC
Проверка четности с малой плотностью
На фиг. 1 схематично показана схема примерной системы 100, в которой могут быть реализованы описанные здесь способы. Система 100 представляет сетевую инфраструктуру сети локальной беспроводной связи, которая может быть, например, инфраструктурой Wi-Fi, содержащей точку доступа (access point, AP) 102. AP 102 может также упоминаться как контрольная точка персонального набора базовых услуг (Personal Basic Service Set, PBSS) (PCP) или базовая станция. AP 102 может быть реализована, например, как маршрутизатор. В целом, обозначение AP 102 может относиться к любому компоненту (или набор компонент), выполненному с возможностью обеспечения беспроводного доступа в сети, такому как развернутый NodeB (eNB), макроячейка, фемтоячейка, узел распределения, Wi-Fi AP или другим устройствам, работающим с использованием беспроводных технологий. AP 102 может, например, обеспечивать беспроводной доступ в соответствии с одним или более протоколами беспроводной связи, например, долгосрочной эволюции (LTE), усовершенствованной LTE (LTE-A), высокоскоростного пакетного доступа (High Speed Packet Access, HSPA), Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac/ad и другими протоколами по стандарту 802.11. С AP 102 связывается по меньшей мере одна станция (STA) 104. В конфигурациях, в которых с AP 102 связываются несколько STA, каждая STA 104 может работать независимо друг от друга с различными возможностями. STA 104 может также упоминаться, например, как терминал, устройство пользователя, оборудование пользователя (user equipment, UE) или клиент. Каждая STA 104 может быть любым компонентом (или набор компонентов), способным к осуществлению беспроводной связи, таким как любое подходящее электронное устройство (electronic device, ED), способное осуществлять беспроводную связь, в том числе, мобильные или стационарные устройства, такие как смартфоны, ноутбуки, мобильные телефоны, устройства Интернета вещей (IoT), носимые устройства, планшетные устройства или любые другие устройства, позволяющие осуществлять беспроводную связь, и STA 104 не обязательно должны быть одинаковыми.
Система 100 может поддерживать связь между AP 102 и каждой STA 104, а также связь непосредственно между STA 104 (также упоминаемую как связь типа "устройство-устройство"). STA 104 может также служить в качестве релейной станции для связи от STA к STA или от AP к STA. AP 102 может также выполнять мультипользовательские (multi-user, MU) передачи (например, передачи от AP 102 ко многим STA 104 одновременно), например, используя направленные антенны и/или разделение по частоте. В примере на фиг. 1, система 100 поддерживает связь типа MIMO между AP 102 и STA 104, позволяя посылать многочисленные пространственно модулируемые (spatially modulated, SM) потоки 106(1)-106(N) (каждый, в общем, упоминаемый как SM-поток 106) радиочастотных сигналов от AP 102 к STA 104 одновременно.
На фиг. 2 показана блок-схема упрощенной примерной системы 200 обработки, которая может использоваться для реализации раскрытых здесь вариантов осуществления. Примерная система 200 обработки, описанная ниже, или ее варианты могут использоваться для реализации AP 102 или любой из STA 104. Другие системы обработки могут быть пригодны для реализации вариантов осуществления, описанных в настоящем раскрытии, и могут содержать компоненты, отличающиеся от обсуждаемых ниже. Хотя на фиг. 2 показан всего один экземпляр каждого компонента, в системе обработки 200 может быть множество экземпляров каждого компонента.
Система 200 обработки может содержать одно или более устройств 202 обработки, таких как процессор, микропроцессор, специализированная прикладная интегральная схема (application-specific integrated circuit, ASIC), программируемая логическая интегральная схема (field-programmable gate array, FPGA), специализированная логическая схема или их сочетания. Система 200 обработки может дополнительно содержать один или более интерфейсов 204 ввода-вывода (input/output, I/O), чтобы позволить взаимодействие с одним или несколькими дополнительными устройствами 214 ввода и/или устройствами 216 вывода. Система 200 обработки может содержать один или более сетевых интерфейсов 206 для проводной или беспроводной связи с сетью (например, с интранет, Интернет, сетью P2P, WAN и/или LAN) или другим узлом. Сетевой интерфейс(-ы) 206 может содержать проводные каналы (например, кабель Ethernet) и/или беспроводные каналы (например, одна или более антенн) для внутрисетевых и/или межсетевых соединений.
Сетевой интерфейс(-ы) 206 может обеспечивать беспроводную связь через одну или более антенн. В этом примере множество антенн вместе формируют антенную решетку 218, который может выполнять функции передачи и приема. Антенная решетка 218 может позволить осуществлять направленную связь с помощью формирования луча и слежения за лучом. В других примерах могут существовать отдельные антенны или отдельные антенные решетки для передачи и приема.
Система 200 обработки может также содержать одно или более запоминающих устройств 208, которые могут содержать блок памяти большого объема, такой как твердотельный диск, жесткий диск, магнитный диск и/или оптический диск. Система 200 обработки может содержать одну или более памятей 210, которые могут содержать энергозависимую или энергонезависимую память (например, флэш-память, оперативную память (random access memory, RAM) и/или постоянную память (read-only memory, ROM)). Непереносная память(-и) 210 может хранить команды для выполнения устройством(-ами) 202 обработки, так чтобы выполнять примерные способы, описанные в настоящем раскрытии. Память(-и) 210 может содержать и другие команды программного обеспечения, такие, чтобы реализовывать операционную систему и другие приложения/функции. В некоторых примерах один или более наборов данных и/или модулей могут обеспечиваться внешней памятью (например, внешним диском при проводной или беспроводной связи с системой 200 обработки) или могут обеспечиваться переносным или непереносным считываемым компьютером носителем. Примеры непереносных считываемых компьютером носителей содержат RAM, ROM, стираемую программируемую ROM (EPROM), электрически стираемую программируемую ROM (EEPROM), флэш-память, CD-ROM или другие портативные устройства памяти для хранения данных.
Возможна шина 212, обеспечивающая связь между компонентами системы 200 обработки, содержащей устройство(-а) 202 обработки, дополнительный интерфейс(-ы) 204 I/О, сетевой интерфейс(-ы) 206, блок(-и) 208 запоминающего устройства и/или память(-и) 210. Шина 212 может обладать любой подходящей архитектурой шины, в том числе, например, быть шиной памяти, периферийной шиной или видеошиной.
На фиг. 2 дополнительное устройство(-а) 214 ввода данных (например, клавиатура, мышь, микрофон, сенсорный экран и/или клавиатура) и дополнительное устройство(-а) 216 вывода (например, дисплей, громкоговоритель и/или принтер) показаны как внешние по отношению к системе 200 обработки. В других примерах одно или более устройств 214 ввода и/или устройств 216 вывода могут внутренним компонентом системы 200 обработки.
На фиг. 3 показана блок-схема передатчика 300, реализуемого системой 200 обработки AP 102 в соответствии с примерными вариантами осуществления. Передатчик 300 содержит первую группу 302 блоков передатчика, которые соответствуют блокам передатчика, указанным в стандарте IEEE 802.11-2016, пункт 19: технические требования High-Throughput (HT) PHY. В варианте осуществления на фиг. 3, в дополнение к первой группе 302 блоков передатчика, передатчик 300 также содержит группу 304 выбора антенн (AS) блоков передатчика, которая, как описано ниже, позволяет битам AS кодироваться отдельно от битов данных, которые кодируются первой группой 302 блоков передатчика.
ES
ss
sts
ss
T
В показанном на чертеже варианте осуществления первая группа 302 блоков передатчика содержит оперативные процессы, представляемые следующими блоками: a) скремблер (блок 306): скремблирует входные данные (входящий чередующийся битовый поток I) для уменьшения вероятности длинных последовательностей, состоящих из 0 или 1; b) синтаксический анализатор кодера (блок 308): если должно использоваться двоичное сверточное кодирование (BCC), этот блок демультиплексирует скремблированные биты среди N (количество кодеров BCC для поля данных). Кодеры BCC круговым способом, также, как описано ниже, разделяют биты данных для использования в качестве битов выбора антенн (AS) из числа скремблированных битов; c) кодеры с FEC (блок 310): кодируют данные, чтобы позволить коррекцию ошибок (кодер FEC может содержать кодер BCC, сопровождаемый устройством пунширования или может содержать кодер с проверкой четности малой плотности (LDPC)); d) синтаксический анализатор потоков (блок 312) делит выходные сигналы кодеров с FEC 310 на пространственные потоки, которые посылаются на различные устройства чередования и преобразователи; e) устройство чередования (блок 314): чередует биты каждого пространственного потока (изменяет порядок следования битов) для предотвращения длинных последовательностей смежных шумовых битов (чередование может быть применено, только когда используется кодирование BCC); f) преобразователь констелляции (блок 316): преобразует последовательность битов в каждом пространственном потоке в точки констелляции (комплексные числа); g) кодер (блок 318) пространственно-временного блочного кодирования (STBC): распределяет точки констелляции N пространственных потоков в N пространственно-временных потоках, используя пространственно-временной блочный код (STBC может использоваться, только когда N <Nsts); h) блок диверсификации циклического сдвига (Cyclic shift diversity, CSD) (блок 320): вставляет циклический сдвиг в пространственно-временной поток для предотвращения случайного формирования луча; i) блок пространственного преобразования (блок 322): преобразует пространственно-временные потоки для передачи цепочек; j) блок обратного дискретного преобразования Фурье (inverse discrete Fourier transform, IDFT) (блок 324): преобразует блок точек констелляции в блок во временной области; k) блок окна и вставки защитного интервала (Guard interval, GI) (блок 326): вставка GI добавляет GI к началу символу с собственным круговым расширением, операция с окнами дополнительно сглаживает края каждого символа для увеличения спектрального затухания; i) аналоговый и радиочастотный блок (блок 328): преобразует поднесущие вверх на несущую частоту и передает результирующий преобразованный вверх поток в беспроводной канал через соответствующую передающую антенну ТА(1)-TA(N) (упоминаемую, в целом, как передающая антенна ТА или передающие антенны ТА(i)).
Первая группа 302 блоков передатчика выполнена с возможностью формирования поля данных (Data) блоков данных протокола (Protocol Data Unit, PPDU) процедуры конвергенции физического уровня (Physical Layer Convergence Procedure, PLCP). Поднабор группы 302 блоков передатчика, содержащий преобразователь констелляции (блок 316), CSD (блок 320), блок пространственного преобразования (блок 312) и цепочки передачи, также используется для формирования полей преамбулы блоков PPDU, содержащих высокопроизводительные длинные поля обучения (High Throughput Long Training Field, HT-LTF).
В примерных вариантах осуществления, в зависимости от конкретного применения некоторые из блоков обработки передатчика в первой группе 302 могут быть исключены. Например, в некоторых конфигурациях передатчика, где кодирование BCC не используется, многочисленные кодеры 310 с FEC потока данных могут быть заменены одиночным кодером 310 с FEC. В некоторых примерах может быть исключен блок 318 STBC.
T
T
T
Настоящее раскрытие применяется к приложениям, в которых передатчик 300 выполнен с возможностью формирования множества (N) пространственно-временных потоков, количество которых меньше, чем количество N передающих антенн ТА(i), доступных в передатчике 300, и использования поднабора N из числа N передающих антенн ТА(i) для передачи N SM-потоков 106(1)-106(N). В примерном варианте осуществления, который будет теперь описан, количество N пространственно-временных потоков, формируемых за заданное время передатчиком 300, равно количеству пространственных потоков данных, а также количеству передаваемых SM-потоков 106(1)-106(N), и блок 318 STBC передатчика 300 может быть исключен. Поскольку количество (N) цепочек передачи и соответствующих передающих антенн ТА(i), используемых для передачи SM-потоков 106, меньше, чем общее количество (N) цепочек передачи и антенн, блок 322 пространственного преобразования запрашивает команды в отношении того, какие антенны должны быть выбраны. Выбор антенн блоком 322 пространственного преобразования делается на основе "поднесущая OFDM-поднесущая OFDM".
T
В примерном варианте осуществления, при формировании поля данных PPDU передатчик 300 принимает в качестве входных данных битовый поток I, который содержит битовый поток данных. Выбранные из потока данных биты используются передатчиком 300 в качестве битов выбора антенн (AS). Эти биты AS используются для определения, какие из N передающих антенн ТА(i) (и соответствующих цепочек передачи) должны использоваться для передачи соответствующих SM-потоков 106. Поскольку биты AS выбираются из битов данных входного битового потока I и предназначены не только для цели выбора антенн, биты, которые используются для выбора антенн, имеют двойную цель передачи данных, а также предоставления информации о выборе антенн.
2
T
Соответственно, в примерных вариантах осуществления синтаксический анализатор 308 кодера выполнен с возможностью разделения входящего битового потока I данных на один или более пространственных потоков данных и отдельный поток 305 AS. Одни или более пространственных потоков данных вместе содержат mN битов/символ OFDM /поднесущая, где N - количество пространственных потоков и m=log(M), где M - размер алфавита констелляции сигнала, который применяется в блоках преобразования констелляции (блок 316). Поток 305 AS содержит n битов/символ OFDM /поднесущая, где n – количество активных битов секции антенн, используемых для предоставления индексного значения, которое определяет, какие из антенн N выбрана. Биты AS потока 305 посылаются группе 304 AS блоков передатчика для отдельной обработки и потоки данных посылаются кодеру(-ам) с FEC (блок 310) и синтаксическому анализатору (блок 312) потоков в первой группе 302 блоков передатчика, чтобы сформировать N пространственных потоков данных, каждый из которых подвергается соответствующим операциям устройства чередования (блок 314) и блока преобразования констелляции (блок 316), приводя в результате ко вводу N соответствующих пространственно-временных потоков данных в блок пространственного преобразования (блок 322).
Снова обращаясь к потоку 305 AS, процесс синтаксического анализа, применяемый синтаксическим анализатором (блок 308) кодера, чтобы выборочно выделить n битов/символ OFDM/поднесущая для потока 305 AS из входящего бытового потока I данных, может быть любым подходящим заданным процессом синтаксического анализа. На фиг. 3 биты AS, которые выводятся синтаксическим анализатором 308 кодера, идентифицируются как исходные биты AS. Группа 304 AS блоков передатчика обрабатывает поток 305 AS для преобразования исходных битов AS в обработанные биты AS и информацию о выборе AS, которые затем используются для выбора антенн и кодирования поднесущих пространственным преобразователем (блок 322). В частности, отдельная операция кодирования с FEC применяется конкретным кодером с FEC AS (блок 330) потока AS к исходным битам AS потока 305 AS. Таким образом, битовый поток AS является FEC-кодированным в кодере с FEC AS (блок 330) независимо от битового потока(-ов) данных, которые являются FEC-кодированными в кодерах (блоки 310) первой группы 302 блоков передатчика.
T
T
FEC-кодированные биты AS затем чередуются в устройстве чередования AS (блок 332), давая в результате обработанные биты AS. Операция выбора антенн (блок 334) затем применяется к кодированным, чередующимся битам AS (причем, кодированные, чередующиеся биты являются обработанными битами AS) для определения на основе битов AS, содержащихся в потоке 305 AS, полученном от антенн TA(1)-TA(N) для использования. Операция выбора антенн (блок 334) может, например, быть основана на просмотровой таблице. Примерный вариант осуществления просмотровой таблицы для выбора антенн, в котором количество SM-потоков равно N=2, количество доступных передающих антенн равно N=4 и количество активных битов AS равно n=2, выглядит следующим образом.
Таблица 2
Таблица выбора антенн
Индекс выбранного сочетания антенн
Два бита данных, соответствующих каждому выбранному сочетанию антенн (1-ый бит, 2-ой бит)
Выбранный набор антенн TX(1-ая TA, 2-ая TA)
0
(0, 0)
[TA 0, TA 1]
1
(0, 1)
[TA 2, TA 3]
2
(1, 0)
[TA 0, TA 3]
3
(1, 1)
[TA 1, TA 2]
В примерных вариантах осуществления информация, идентифицирующая выбранный набор антенн (например, столбец 3 таблицы 1), предоставляется процессу пространственного преобразования (блок 332), который преобразует точки констелляции из N пространственно-временных потоков данных непосредственно в соответствующие цепочки передачи выбранных передающих антенн ТА(i). В приведенном выше примере, в котором количество битов AS равно двум, два обработанных бита AS используются для выбора двух антенн TX для каждой поднесущей. Затем полученные в результате SM-потоки 106(1)-106(N) передаются. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления пилотные поднесущие, которые в противном случае не могут использоваться для передачи данных, могут использоваться для переноса собственно данных через биты AS, потому что выбор антенны TX для пилотных поднесущих должен быть также сделан битами AS.
T
T
T
T
Как отмечено выше, подмножество блоков передатчика 300 используется для формирования части преамбулы PPDU, содержащей HT-LTF, которая предшествует полю данных. В ситуациях мультипередающих антенн количество HT-LTF, содержащихся в PPDU перед полем данных, обычно определяется количеством активных потоков передачи. Однако в настоящих вариантах осуществления приемное устройство (например, STA 104) не знает заранее, какие из передающих антенн ТА(1)-TA(N) будут на самом деле использоваться для передачи SM-потоков 106, и, соответственно, запрашивает информацию для оценки всех возможных N каналов SM-потоков. Соответственно, когда передатчик 300 собирает PPDU, он должен содержать достаточное количество HT-LTF, чтобы позволить приемному устройству оценить все возможные N SM-каналов. Как пример, когда N=4, то тогда в преамбулу PPDU должны быть включены 4 HT-LTF. Хотя при некоторых применениях это может увеличить объем служебной сигнализации, требующейся для оценки канала, при сравнении с другими системами пространственного мультиплексирования, основанными на MIMO, как отмечено выше, в примерных вариантах осуществления биты AS, которые передаются в SM-потоках 106, переносятся как данные, так и информация о выборе антенны, повышая, таким образом, производительность на дополнительные n бит на каждую поднесущую для каждого символа OFDM.
R
R
T
T
R
Как показано на фиг. 4, переданные SM-потоки 106(1)-106(N) принимаются в приемнике 400 в качестве принятых SM-потоков 106R(1)-106R(N), соответственно. Блоки приемника, показанные на фиг. 4, представляют операции по обработке, которые, например, могут быть реализованы системой 200 обработки на STA 104. Как показано на фиг. 4, приемник 400 содержит N приемных антенн. Каждая из N приемных антенн принимает все N SM-потоков 106R(1)-106R(N). Приемник 400 содержит операции по обработке приемника (RX) (блок 402), который фильтрует и преобразует вниз в основную полосу SM-потоки 106R(1)-106R(N), принятые каждой приемной антенной. Как показано в блоке 404, удаление GI применяется к символам в принятых потоках в основной полосе и быстрое преобразование Фурье применяется для преобразования символов в частотную область. Кроме того, N сигналов HT-LTF, содержащихся в принятых потоках, используются для выполнения оценки канала для каждого из возможных N х N радиочастотных каналов между приемником 400 и передатчиком 300. Антенны, выбранные в передатчике, по сути, осуществляют связь посредством SM-потоков 106R(1)-106R(N) и для извлечения информации об AS выполняются вычисления ML LLR. В частности, как указано в блоке 406, вычисления LLR выполняются для оценки битов AS, свойственных принимаемым потокам 106R(1)-106R(N). Например, в случае, в котором используются две из 4 возможных антенн, LLR на основе ML выполняется в соответствии со всеми сочетаниями выбора антенны для первого бита 0 или 1 и второго бита 0 или 1. Вероятность для бита 0 минус вероятность для бита 1 будет равняться LLR в соответствующем бите, подобном первому биту AS (или второму биту AS) для каждой поднесущей. LLR для битов AS получают путем взятия логарифма суммы многочисленных экспоненциалов. Сумма экспоненциалов может быть определена приближенно путем нахождения максимального значения экспоненты экспоненциалов, которые могут показаны, как указано ниже [1].
Уравнение 1:
где:
является LLR для i-ого выбора бита антенны, когда принятый сигнал является вектором y через потоки RX 106R(1)-106R(N) и  является канальной матрицей для выбранного набора антенны.
является выбором выбранного бита антенна и является набором антенных конфигурации, когда i-ый выбор антенного бита равен 0.
является набором констелляций QAM, и
- полный набор констелляций QAM, где набор констелляций QAM является двумя элементами полного набора констелляций QAM, например, в случае 2 потоков, выбранных из возможных 4 потоков, набор констелляций QAM является двумя из 16 точек констелляций QAM всего набора констелляций QAM.
Количество выходных сигналов LLR на каждой поднесущей определяется количеством битов, используемых для выбора антенн TX. Таким образом, согласно примеру, приведенному в таблице 1, где N = 2, будет существовать два выходных сигнала LLR на каждой поднесущей от блока 406. В примере на фиг. 4 выходные сигналы LLR являются информацией о нестрогом решении, которая обрабатывается блоком 408 конфигурации антенн. В этом отношении выходные сигналы нестрогого решения LLR для битов выбора антенн являются обратно чередующимися (блок 410) для обратного преобразования чередования AS, выполненного в устройстве 332 чередования передатчика AS, и затем проходят через декодер 412 AS FEC для восстановления битов AS, которые были первоначально введены в кодер передатчика 330 AS FEC. Соответственно, выходной сигнал декодера 412 AS FEC является восстановленной версией битов AS, которые первоначально обеспечивались как входные (исходные биты AS) для группы 305 потока AS блоков передатчика.
Как показано на фиг. 4, восстановленные биты AS затем повторно кодируются и повторно чередуются для воссоздания обработанных битов AS и эти воссозданные обработанные биты AS используются для принятия заключительного решения о выборе AS (блок 414). В частности, операции, выполняемые в блоке 414 на восстановленных битах AS, совпадают с, теми, которые выполняются группой 304 AS блоков передатчика на исходных битах AS, приводя в результате к восстановленной версии обработанных битов AS и информации об AS, которая была сформирована группой 304 AS блоков передатчика. Приемник 400, таким образом, имеет для применения локальную копию информации о выборе антенны, приведенную в таблице 1.
Полученная в результате информация о выборе антенны затем подвергается процессу обнаружения MIMO (блок 416) (Как отмечено выше, STBC исключено из настоящего примера и будет обсуждаться в контексте дополнительного примера ниже). Обнаружение MIMO выполняется на SM-потоках основной полосы для восстановления N пространственных потоков. Это обнаружение MIMO делается с пониманием того, какие транзитные антенны использовались для символов OFDM. N восстановленных пространственных потоков могут затем обрабатываться параллельно, используя операции соответствующих устройств обратного преобразования констелляции и устройство обратного чередования битов (блоки 418) и результирующие потоки данных подвергаются обратному синтаксическому анализу и декодируются с FEC (блок 420) для процессов, обратных синтаксическому анализу потока и кодированию с FEC, которые были выполнены в блоках 312, 310 передатчика. Операция обратного синтаксического анализа декодера (блок 422) выполняется затем для воссоединения восстановленного битового потока AS с восстановленным битовым потоком данных путем преобразования, обратного синтаксическому анализу, выполняемому в блоке 308 передатчика. Наконец, операция дескремблера (блок 424) применяется для формирования потока выходных данных O, который является восстановленной версией потока I входных данных.
T
R
R
T
Как отмечено выше, обнаружение MIMO (блок 416) может выполняться при полном знании каналов передачи, основанном на выборе антенны, выполняемом посредством блока 408 антенной конфигурации. Это уменьшает матрицу H канальных коэффициентов для обнаружения данных из SM-потоков 106R(1)-106R(N) с N x N до N x N, где N <N. Соответственно, разрешая обрабатывать поток AS независимо от потоков данных в приемнике 400, система, показанная на фиг. 3 и 4 позволяет приемнику знать, какие передающие антенны использовались до декодирования потоков данных. Это, в свою очередь, позволяет применять более простой процесс обнаружения для восстановления отдельных пространственных потоков из SM-потоков 106R(1)-106R(N) и в дальнейшем декодировать данные в потоках. Например, обнаружение MIMO, применяемое в блоке 416, может быть основано на алгоритме обнаружения, менее интенсивно использующем ресурсы, таком как MMSE или ZF, а не на более интенсивном ML, основанном на вычислении LLR. Если используется обнаружение MMSE или ZF, вычисление LLR может затем быть выполнено для каждого потока индивидуально, используя меньшую матрицу H канальных коэффициентов.
Что касается вычислений LLR, выполняемых в отношении битов AS (блок 406), как отмечено выше, выходные сигналы LLR для каждой поднесущей определяются количеством битов, используемым для выбора антенн TX. Хотя вычисление LLR на основе ML используется в приемнике 400 для обнаружения битов AS, это требуется только для поднабора битов (например, количества битов AS) для каждой поднесущей, а не для всех битов, включая биты AS и данные.
Таким образом, использование отдельных операций определенного кодера с FEC для битов AS и устройства чередования AS (блоки 332, 334) в передатчике 300 и соответствующих конкретных операций для битов AS в приемнике 400 позволяет обрабатывать битовый поток AS (который содержит биты, несущие информацию AS, а также данные) независимо от битовых потоков данных (который содержит только биты данных), давая возможность применять к каждому потоку различные способы обнаружения. Обнаружение, выполняемое на битовых потоках данных, может делаться при наличии знания о выборе передающих антенн, которое получают из битового потока AS.
В вариантах осуществлениях в качестве примера передатчиком 300 может применяться STBC и соответствующее обнаружение STBC может выполняться в приемнике 400. STBC добавляет дополнительный уровень обработки в передатчике и приемнике, поскольку N пространственных потоков не преобразуются напрямую в N пространственно-временных потоков. Использование STBC может обеспечить выигрыш в диверсификации, используя большее количество цепочек передачи и передающих антенн, чем количество существующих пространственных потоков.
На фиг. 5 представлена блок-схема передатчика 500, реализуемого системой 200 обработки AP 102 в соответствии с дополнительным примерным вариантом осуществления. Операционные блоки передатчика 500, которые имеют ту же функцию, что и в передатчике 300, обозначаются теми же самыми ссылочными позициями, что и на фиг. 3. Единственным различием между передатчиком 500 и передатчиком 300 является то, что биты данных из входного потока I, которые используются для битов AS, не выделяются из битового потока I входных данных, пока не произойдет кодирование с FEC. В этом отношении, как показано на фиг. 5, операция с битами синтаксического анализатора (блок 511) происходит после того, как битовый поток I входных данных был скремблирован (блок 306) и кодирован с FEC (блок 310). При операции с битами синтаксического анализатора (блок 511) биты данных, которые используются для выбора антенны (обозначенные на фиг. 5 как исходные биты AS), выделяются в поток 505 AS из остальной части битового потока данных. Битовый поток данных синтаксически анализируется (блок 312) в N параллельных пространственных потоков данных, которые подвергаются чередованию, преобразованию констелляции и CSD (блоки 314, 316, 320) и предоставляются процессу пространственного преобразования (блок 322).
Исходные биты AS в потоке 505 AS обрабатываются устройством чередования AS и подвергаются операциям выбора антенны (блоки 332 и 334) таким же образом, как описано выше в отношении передатчика 300, чтобы обеспечить обработанные биты AS и информацию об AS для процесса пространственного преобразования (блок 322). Процесс пространственного преобразования (блок 322) преобразует соответствующие пространственные потоки данных в соответствующие цепочки передачи, как указывается информацией об AS, а также кодирует каждую поднесущую обработанными битами AS, приводя в результате к передаваемым SM-потокам 506 (1)-506(N).
Как показано на фиг. 6, передатчик 500 запрашивает у приемника 600, имеющего другую конфигурацию приемника по сравнению с приемником 400, прием SM-потоков 506R(1)-506R(N). Это вызвано тем, что совместное кодирование с FEC битов AS и только битов данных перед синтаксическим анализом в передатчике 500 затрудняет приемнику проведение отдельного процесса декодирования и повторного кодирования только для битов AS, как это делается в приемнике 400. На фиг. 6 операционные блоки приемника 600, которые имеют ту же самую функцию, что и в приемнике 400, имеют те же самые ссылочные позиции, которые используются на фиг. 4.
Приемник 600 отличается от приемника 400 в том, что блок 408 антенной конфигурации приемника 400 (который содержит процессы блока обратного чередования AS и декодера с FEC (блоки 410, 412) и процессы (блок 414) повторного кодирования, повторного чередования и выбора антенн все заменяются в приемнике 600 на простой процесс выбора антенны со строгим решением (блок 608). Соответственно, в приемнике 600 строгое решение для AS принимается сразу после вычисления LLR (блок 406, использующий уравнение (1)) для битов AS. Как результат строгого решения процесс обнаружения MIMO (блок 416) становится знающим выбранные передающие антенны, используемые в передатчике 500, и обнаружение MIMO не должно ограничиваться вычислением LLR на основе ML, а может альтернативно использовать менее интенсивные в вычислительном отношении алгоритмы обнаружения, такие как MMSE и ZF. Если используется обнаружение MMSE или ZF, вычисление LLR обрабатывается для каждого пространственного потока данных индивидуально.
В некоторых примерах обнаружение MIMO (блок 416) может быть сделано, основываясь на вычислении LLR на основе ML. Например, вычисление LLR, основанное на ML, может быть выполнено для всех возможных сочетаний конфигураций антенн – в случае, когда передающие антенны определяются до обнаружения MIMO, количество сочетаний антенн становится меньше, чем когда передающие антенны не были определены. Как пример определения MIMO, вычисление LLR, основанное на ML, для потоков данных приводится ниже в уравнении (2).
Уравнение 2:
LLR для q-го бита переданных данных, когда принимаемый сигнал является вектором y через потоки RX и является канальной матрицей для выбранного набора антенн
Выбор бита выбранных антенн
S : Набор конфигураций всех антенн
Набор констелляций QAM
Набор констелляций QAM для q-го бита передаваемых данных, 1.
Как отмечено выше, в примерных вариантах осуществления биты AS могут быть применимы даже к пилотным несущим, которые обычно не используются для передачи информации. Когда пилотныве несущие передаются через антенны, выбранные битами AS, вычисление LLR для битов выбора антенны может быть сделано посредством вычисления евклидова расстояния между принятым сигналом и констелляцией двоичной фазовой манипуляции (binary phase shift keying, BPSK) или квадратурной BPSK (quadrature BPSK, QBPSK), независимо от MCS для информационных битов поля данных.
Хотя настоящее раскрытие описывает способы и процессы с этапами, расположенными в определенном порядке, один или более этапов способов и процессов по мере необходимости могут быть пропущены или изменены. Один или более этапов, по мере необходимости, могут иметь место в порядке, отличном от порядка, в котором они описаны.
Хотя настоящее раскрытие описано, по меньшей мере, частично, с точки зрения способов, специалисты в данной области техники должны понимать, что настоящее раскрытие также относится к различным компонентам для выполнения, по меньшей мере, некоторых подходов и признаков описанных способов посредством аппаратных компонент, программного обеспечения или любого их сочетания. Соответственно, техническое решение настоящего раскрытия может быть реализовано в форме программного продукта. Необходимый программный продукт может быть сохранен в виде заранее сделанной записи в запоминающем устройстве или на другом подобном энергонезависимом или непереходном считываемом компьютером носителе, содержащем, например, DVD, CD-ROM, диск флэш-памяти USB, съемный жесткий диск или другие носители. Программный продукт содержит команды, физически хранящиеся на нем, которые позволяют устройству обработки (например, персональному компьютеру, серверу или сетевому устройству) выполнить примеры раскрытых здесь способов.
Настоящее раскрытие может быть реализовано в других конкретных формах, не отступая существа предмета заявки. Описанные примерные варианты осуществления должны считаться во всех отношениях являющимися только иллюстративным и не создающими ограничений. Выбранные признаки одного или более описанных выше вариантов осуществления могут объединяться для создания альтернативных вариантов осуществления, явно не описанных, причем признаки, пригодные для таких объединений, должны пониматься как входящие в рамки настоящего раскрытия.
Все значения и поддиапазоны внутри раскрытых диапазонов также раскрываются. Кроме того, хотя системы, устройства и процессы, раскрытые и показанные здесь, могут содержать определенное количество элементов/компонентов, системы, устройства и сборочных единиц могут модифицироваться, чтобы содержать дополнительные или меньшие количества таких элементов/компонентов. Например, хотя любой из раскрытых элементов/компонентов может упоминаться как одиночный, варианты осуществления, раскрытые здесь, могут модифицироваться, чтобы содержать множество таких элементов/компонентов. Сущность предмета, описанная здесь, предназначена охватывать и содержать в себе все необходимые изменения в технологии.