УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ГИБРИДНОГО МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА В СИСТЕМЕ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
DEVICE AND METHOD FOR HYBRID MULTIPLE ACCESS IN SYSTEM OF MOBILE COMMUNICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к устройству и способу множественного доступа в системе мобильной связи. Более конкретно настоящее изобретение относится к устройству и способу множественного доступа в системе мобильной связи, поддерживающей ряд схем множественного доступа.
Описание предшествующего уровня техники
Обычно системы мобильной связи предоставляют услугу связи большому числу абонентов безотносительно времени и места. Системы мобильной связи предоставляют доступ абонентам в различных схемах множественного доступа.
Двумя принципиальными типами схем множественного доступа, используемых в системах мобильной связи, являются неортогональная схема множественного доступа и ортогональная схема множественного доступа. Сигналы, передаваемые из множества мобильных станций (MS), являются неортогональными в неортогональной схеме множественного доступа, тогда как сигналы являются ортогональными в ортогональной схеме множественного доступа.
Основной неортогональной схемой множественного доступа является множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA). CDMA2000 и широкополосный CDMA (WCDMA) используют CDMA, в котором множество MS передают данные, совместно используя ту же частоту в то же время. Каждая MS идентифицируется с помощью кода скремблирования, определенного для абонента (последовательность скремблирования или псевдошумовая последовательность (PN)). Хотя не существует ортогональности среди последовательностей скремблирования различных MS, сигнал, принятый от конкретной MS, может стать сильнее за счет использования выигрыша от обработки сигналов, таким образом, делая MS идентифицируемой.
Фиг.1 - блок-схема типичного CDMA-передатчика.
Согласно фиг.1, канальный кодер 101 кодирует в канале битовую последовательность входной информации согласно способу кодирования. Канальный кодер 101 может быть блочным кодером, сверточным кодером, турбокодером или LDPC-кодером (проверка на четность с низкой плотностью). Канальный перемежитель 102 перемежает кодированные данные согласно способу перемежения. Хотя на фиг.1 не показано, понятно, что блок согласования скорости, содержащий повторитель и блок прокалывания, может находиться между канальным кодером 101 и канальным перемежителем 102. Модулятор 103 модулирует перемежаемые данные согласно квадратурной фазовой манипуляции (QPSK), 8-ичной фазовой манипуляции (8PSK), 16-ичной квадратурной амплитудной модуляции (16QAM) и тому подобному. Блок 104 маскирования Уолша маскирует по способу Уолша символы модуляции. Обычно физические каналы, которые передает MS, включают в себя канал пилот-сигнала, канал трафика, пилотный канал управления и т.д. Различная функция Уолша заранее установлена для каждого физического канала. Таким образом, MS осуществляет маскирование по способу Уолша, используя заранее определенную функцию Уолша для физического канала, который должен передаваться.
Контроллер 105 усиления умножает выход блока 104 маскирования Уолша на коэффициент усиления, соответствующий для физического канала согласно заранее определенному правилу. Кодирование канала в канальном кодере 101 для управления усилением в контроллере 105 усиления имеет место независимо для каждого физического канала. Выходы с добавленными усилениями суммируются в сумматоре 106. Преобразователь 107 частоты умножает сумму на последовательность скремблирования для заданного абонента. Фильтр 108 основной полосы преобразует скремблированный сигнал в конечный сигнал основной полосы.
Фиг.2 - блок-схема типичного CDMA-приемника.
Согласно фиг.2, фильтр 201 основной полосы, который является согласованным фильтром, соответствующим фильтру 108 основной полосы, проиллюстрированному на фиг.1, фильтрует принятый сигнал. Преобразователь 202 частоты умножает выход фильтра на последовательность скремблирования для конкретного пользователя и блок 203 удаления маскирования Уолша снимает маскирование дескремблированного сигнала с помощью функции Уолша, заранее установленной для физического канала, подлежащего демодуляции. Корректор 204 каналов корректирует каналы сигнала с удаленным маскированием Уолша согласно заранее определенному способу. Коррекция каналов может осуществляться многими способами, которые не входят в объем настоящего изобретения. Демодулятор 205 демодулирует сигнал скорректированного канала согласно заранее определенному способу демодуляции, например 16QAM, 8PSK, QPSK или тому подобному. Канальный обратный перемежитель 206 обратно перемежает демодулированный сигнал, и канальный декодер 207 декодирует в канале демодулированный сигнал. Таким образом, исходная информация окончательно восстанавливается.
Основные ортогональные схемы множественного доступа включают в себя множественный доступ с ортогональным частотным разделением (OFDMA), множественный доступ с временным разделением (TDMA) и множественный доступ с частотным разделением с единственной несущей (SC-FDMA). OFDMA является схемой множественного доступа, в которой множество MS передают сигналы на различных поднесущих. В TDMA MS передают сигналы в различные моменты времени, и в SC-FDMA MS передают сигналы на различных частотах несущей. Со ссылками на фиг.3-8 OFDMA-передатчик и приемник, и SC-FDMA-передатчик, и приемник описываются ниже подробно.
Фиг.3 - блок-схема типичного OFDMA-передатчика.
Согласно фиг.3, канальный кодер 301, канальный перемежитель 302, модулятор 303 и контроллер 304 усиления действуют тем же самым образом, как и их аналоги, проиллюстрированные на фиг.1, и поэтому здесь не описываются. Преобразователь 305 последовательного кода в параллельный (SPC) преобразует последовательный сигнал с регулируемым усилением в параллельные сигналы. Блок 306 отображения поднесущих отображает параллельные сигналы на поднесущие согласно заранее определенному способу отображения.
В сравнении с CDMA, в котором физические каналы, передаваемые одной MS, различаются их маскированием с помощью различных кодов Уолша в OFDMA, они различаются за счет передачи на различных поднесущих. Другими словами, канальное кодирование в канальном кодере 301 до последовательно параллельного преобразования в SPC 305 выполняется независимо для каждого физического канала. Параллельные сигналы отображаются на поднесущие, заданные для физического канала. IFFT-процессор 307 (обратное быстрое преобразование Фурье) обрабатывает по способу IFFT выход блока 306 отображения поднесущих. Параллельно-последовательный преобразователь 308 (PSC) преобразует параллельные IFFT-сигналы в последовательный сигнал. Сумматор 309 циклического префикса (CP) вставляет CP в последовательный сигнал согласно заранее определенному способу. Фильтр 310 основной полосы преобразует сигнал с добавленным СР в конечный сигнал основной полосы.
Фиг.4 - блок-схема типичного OFDM-приемника.
Согласно фиг.4, фильтр 401 основной полосы, который является согласованным фильтром, соответствующим фильтру 310 основной полосы, проиллюстрированному на фиг.3, фильтрует принятый сигнал. Устройство 402 удаления CP удаляет CP из выхода фильтра 401 основной полосы согласно заранее определенному способу. SPC 403 преобразует свободный от CP сигнал в параллельные сигналы. FFT-процессор 404 (быстрое преобразование Фурье) преобразует по способу FFT параллельные сигналы. Блок 405 обратного отображения поднесущих извлекает поднесущие, отображенные на физический канал, и канальный корректор 406 корректирует каналы поднесущих. PSC 407 преобразует в последовательную форму сигнал скорректированного канала, и демодулятор 408 демодулирует последовательный сигнал согласно заранее определенному способу демодуляции, например 16QAM, 8PSK, QPSK и т.п. Канальный обратный перемежитель 409 обратно перемежает демодулированный сигнал согласно заранее определенному способу, и канальный декодер 410 декодирует в канале обратно перемеженный сигнал, таким образом, восстанавливая исходную информацию.
Фиг.5 - блок-схема типичного SC-FDMA-передатчика.
Согласно фиг.5, канальный кодер 501, канальный перемежитель 502, модулятор 503 и сумматор 504 CP, контроллер 505 и фильтр 506 основной полосы действуют так же, как и их аналоги, проиллюстрированные на фиг.3, и поэтому они здесь не описываются. Выходной сигнал фильтра 506 основной полосы подвергается сдвигу фазы, специфическому для пользователя, для идентификации сигнала, в устройстве 507 сдвига фаз. Таким образом, формируется конечный сигнал основной полосы. Устройство 507 сдвига фаз функционирует, чтобы передавать сигналы к MS на различных частотах. До сдвига фазы, специфического для пользователя, передача сигнала имеет вид сигнала нижних частот, как указано ссылочной позицией 511. После сдвига фазы она принимает вид сигнала заранее определенной полосы, как указано ссылочной позицией 512.
Фиг.6 - блок-схема типичного SC-FDM-приемника.
Согласно фиг.6, устройство 610 обратного сдвига фазы обратно сдвигает фазу принятого сигнала для идентификации MS. До обратного сдвига фазы принятый сигнал имеет вид сигнала заранее определенной полосы, как указано ссылочной позицией 611. После обратного сдвига фазы он принимает вид сигнала нижних частот, как указано ссылочной позицией 612.
Фильтр 602 основной полосы, который является согласованным фильтром, соответствующим фильтру 506 основной полосы на фиг.5, фильтрует сигнал с обратным сдвигом фазы. Устройство 603 удаления CP удаляет CP из выходного сигнала фильтра 602 основной полосы согласно заранее определенному способу. Канальный корректор 604 корректирует в канале сигнал без CP. Демодулятор 605 демодулирует сигнал скорректированного канала согласно заранее определенному способу демодуляции, например 16QAM, 8PSK, QPSK и т.п. Канальный обратный перемежитель 606 обратно перемежает демодулированный сигнал согласно заранее определенному способу, и канальный декодер 607 декодирует в канале обратно перемеженный сигнал, таким образом, восстанавливая исходную информацию.
Хотя передатчик и приемник, проиллюстрированные на фиг.5 и 6, реализуют SC-FDMA во временной области, они могут реализовать SC-FDMA в частотной области.
Фиг.7 является блок-схемой типичного SC-FDMA-передатчика, который реализует SC-FDMA в частотной области.
Согласно фиг.7, канальный кодер 701, канальный перемежитель 702, модулятор 703 и контроллер 704 усиления действуют так же, как и их аналоги, проиллюстрированные на фиг.1, и поэтому они здесь не описываются. SPC 705 преобразует последовательный сигнал с регулируемым усилением в параллельные сигналы. FFT-процессор 706 обрабатывает по способу FFT параллельные сигналы, и блок 707 отображения поднесущих отображает FFT-сигналы на поднесущие согласно заранее определенному способу. Блок 707 отображения поднесущих функционирует, чтобы дать возможность сигналу MS занять заранее определенную частоту, как указано ссылочной позицией 512 на фиг.5. IFFT-процессор 708 обрабатывает по способу IFFT выход преобразователя 709 поднесущей. PSC 709 преобразует параллельные IFFT-сигналы в последовательный сигнал. Сумматор 710 CP вставляет CP в последовательный сигнал согласно заранее определенному способу. Фильтр 711 основной полосы преобразует сигнал с добавленным CP в конечный сигнал основной полосы.
Фиг.8 является блок-схемой типичного SC-FDMA-приемника, который реализует SC-TDMA в частотной области.
Согласно фиг.8, фильтр 801 основной полосы, который является согласованным фильтром, соответствующим фильтру 711 основной полосы, проиллюстрированному на фиг.7, фильтрует принятый сигнал. Устройство 802 удаления CP удаляет CP из выхода фильтра 801 основной полосы согласно заранее определенному способу. SPC 803 преобразует свободный от CP сигнал в параллельные сигналы. FFT-процессор 804 обрабатывает по способу FFT параллельные сигналы. Обратный преобразователь 805 поднесущей извлекает отображенные поднесущие, как описано со ссылкой на фиг.7, и канальный корректор 806 корректирует в канале поднесущие согласно заранее определенному способу корректировки канала. IFFT-процессор 807 обрабатывает по способу IFFT скорректированный в канале сигнал, и PSC 808 преобразует в последовательную форму IFFT-сигналы. Демодулятор 809 демодулирует последовательный сигнал согласно заранее определенному способу демодуляции, например 16QAM, 8PSK, QPSK и т.п. Канальный обратный перемежитель 810 обратно перемежает демодулированный сигнал согласно заранее определенному способу, и канальный декодер 811 декодирует в канале обратно перемежаемый сигнал, таким образом, восстанавливая исходную информацию.
Неортогональная схема множественного доступа и ортогональные схемы множественного доступа имеют свои собственные преимущества и недостатки. Например, CDMA испытывает помехи между сигналами от MS, так как сигналы не являются ортогональными. Следовательно, нельзя ожидать относительно высокого отношения сигнал - помеха (SNR) для сигнала от конкретной MS. Несмотря на этот недостаток, CDMA облегчает планирование за счет того, что MS передает сигналы, совместно используя ту же частоту в тот же самый момент времени. Следовательно, неортогональная схема множественного доступа подходит для передачи речевых сообщений или частых передач малых пакетов данных в реальном времени.
Напротив, из-за ортогональности среди сигналов от MS, OFDMA обеспечивает возможность относительно высокого SNR для сигнала от конкретной MS, что делает OFDMA подходящим для высокоскоростной пакетной передачи. К тому же поддержка ортогональности требует точного планирования. То есть ортогональные ресурсы, используемые множеством пользователей, т.е. поднесущие в OFDMA, время передачи в TDMA и частоты в FDMA, требуют точного централизованного управления. В этом контексте OFDMA подходит для высокоскоростной пакетной передачи, но не осуществим для передачи речевых сообщений или частых передач малых пакетов данных в реальном времени.
Как описано выше, ортогональные и неортогональные схемы множественного доступа имеют различные характеристики и преимущества в различных аспектах. Соответственно, неэффективно поддерживать все услуги с различными характеристиками и требованиями с одной схемой множественного доступа.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящего изобретения рассматриваются, по меньшей мере, проблемы и/или недостатки и обеспечиваются, по меньшей мере, преимущества, описанные ниже. Соответственно, один аспект настоящего изобретения заключается в предоставлении устройства и способа для передачи/приема данных таким образом, что услуги с различными характеристиками и требованиями могут поддерживаться в системе мобильной связи, поддерживающей гибридную схему множественного доступа.
Более того, аспект настоящего изобретения предоставляет гибридное устройство множественного доступа и способ для передачи/приема данных с помощью различных схем множественного доступа в системе мобильной связи, поддерживающей гибридную схему множественного доступа.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предусматривается способ для передачи данных в передатчике в системе мобильной связи, поддерживающей ортогональную схему передачи и неортогональную схему передачи, в котором первый сигнал формируется согласно неортогональной схеме передачи и второй сигнал формируется согласно ортогональной схеме передачи и ортогональное отображение частот осуществляется по первому или второму сигналу согласно заранее определенному образцу. Для ортогонального отображения первый сигнал и второй сигнал выводятся в заранее определенный период согласно информации временного сегмента, которая является информацией периода передачи, и умножаются на заранее определенную частоту несущей.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предусматривается способ для приема данных в приемнике в системе мобильной связи, поддерживающей ортогональную схему передачи и неортогональную схему передачи, в котором принимается сигнал гибридного множественного доступа, ортогонально отображенный по частоте, согласно заранее определенному образцу, первый сигнал неортогональной схемы передачи разделяется со вторым сигналом ортогональной схемы передачи в сигнале гибридного множественного доступа, первый сигнал демодулируется и второй сигнал демодулируется. Для приема и разделения сигналов сигнал гибридного множественного доступа умножается на заранее определенную частоту несущей и переключается как один из первого и второго сигнала согласно информации временного сегмента, которая является информацией периода передачи.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предусматривается передатчик в системе мобильной связи, поддерживающий ортогональную схему передачи и неортогональную схему передачи, в котором генератор неортогональных сигналов формирует первый сигнал согласно неортогональной схеме передачи, генератор ортогональных сигналов формирует второй сигнал согласно ортогональной схеме передачи и блок отображения поднесущей осуществляет ортогональное отображение частот первого и второго сигнала согласно заранее определенному образцу. Блок отображения поднесущей включает в себя переключатель для вывода одного из первого сигнала и второго сигнала в заранее определенном интервале, умножитель для умножения выходного сигнала на заранее определенную частоту несущей и контроллер переключателя для определения интервалов передачи для первого сигнала и второго сигнала на основе внешней принятой информации временного сегмента и управления переключением согласно периодам передачи.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предусматривается приемник в системе мобильной связи, поддерживающей ортогональную схему передачи и неортогональную схему передачи, в котором блок обратного отображения поднесущей принимает сигнал гибридного множественного доступа, ортогонально отображенный по частоте согласно заранее определенному образцу, и отдельно выводит первый сигнал неортогональной схемы передачи и второй сигнал ортогональной схемы передачи, приемник неортогонального сигнала выводит данные абонента, демодулируя первый сигнал, и приемник ортогонального сигнала выводит данные абонента, демодулируя второй сигнал. Блок обратного отображения поднесущей включает в себя умножитель для умножения сигнала гибридного множественного доступа на частоту несущей, переключатель для переключения умноженного сигнала гибридного множественного доступа на один из приемника неортогонального сигнала и приемника ортогонального сигнала в заранее определенном периоде и контроллер переключения для определения периодов передачи для первого сигнала и второго сигнала на основе информации временного сегмента и управления переключением согласно периодам передачи.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ гибридного множественного доступа восходящей линии связи в системе мобильной связи, в которой MS взаимодействует с BS по радиоканалу, в котором согласование исходной услуги осуществляется между MS и BS в неортогональной схеме передачи, BS принимает запрос на ортогональные ресурсы для высокоскоростной пакетной передачи данных от MS и BS назначает ортогональные ресурсы для MS на основе информации оценки канала, указывающей состояние канала между MS и BS.
Согласно еще дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлено устройство гибридного множественного доступа восходящей линии связи в системе мобильной связи, в которой MS взаимодействует с BS по радиоканалу, в котором приемник неортогонального сигнала принимает сигнал в неортогональной схеме передачи от MS, устройство оценки канала оценивает состояние канала между MS и BS, детектор запроса ортогональных ресурсов обнаруживает запрос ортогональных ресурсов, принятый от MS, блок распределения ортогональных ресурсов назначает ортогональные ресурсы для MS на основе информации об оценке канала, принятой от устройства оценки канала, когда MS запрашивает ортогональные ресурсы, и передатчик информации о назначении ортогональных ресурсов уведомляет MS о назначенных ортогональных ресурсах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеуказанные и другие цели, признаки и преимущества определенных примерных вариантов осуществления настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания, рассматриваемого вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 - блок-схема типичного CDMA-передатчика;
фиг.2 - блок-схема типичного CDMA-приемника;
фиг.3 - блок-схема типичного OFDMA-передатчика;
фиг.4 - блок-схема типичного OFDM-приемника;
фиг.5 - блок-схема типичного SC-FDMA-передатчика;
фиг.6 - блок-схема типичного SC-FDMA-приемника;
фиг.7 является блок-схемой типичного SC-FDMA-передатчика, который реализует SC-FDMA в частотной области;
фиг.8 является блок-схемой типичного SC-FDMA-приемника, который реализует SC-FDMA в частотной области;
фиг.9 иллюстрирует CDMA-передачу и ортогональную передачу в различных частотах несущей, различимых по оси частот в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.10 является блок-схемой передатчика, который осуществляет CDMA-передачу и ортогональную передачу на различных частотах несущей, как проиллюстрировано на фиг.9 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.11 является блок-схемой приемника в случае CDMA-передачи и ортогональной передачи на различных частотах несущей, как проиллюстрировано на фиг.9 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.12A, 12B и 12C иллюстрируют CDMA-передачу и ортогональную передачу на той же частоте несущей, различимой по оси частот в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.13A, 13B и 13C являются блок-схемами передатчика для формирования сигнала гибридного множественного доступа в схеме, проиллюстрированной на фиг.12A, 12B и 12C;
фиг.14 является блок-схемой приемника для приема сигнала гибридного множественного доступа, формируемого в схеме, проиллюстрированной на фиг.12A, 12B и 12C;
фиг.15 иллюстрирует CDMA-передачу и ортогональную передачу, происходящие в различные периоды передачи в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.16 является блок-схемой передатчика, который осуществляет CDMA-передачу и ортогональную передачу в различных периодах передачи, как проиллюстрировано на фиг.15 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.17 является блок-схемой приемника в случае CDMA-передачи и ортогональной передачи, происходящих в различные периоды передачи, как проиллюстрировано на фиг.15 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.18 является схемой, иллюстрирующей поток сигналов в случае, где передача восходящей линии связи осуществляется только в CDMA в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.19 является схемой, иллюстрирующей поток сигналов в случае, где как CDMA-передача, так и ортогональная передача разрешаются как схемы передачи восходящей линии связи в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению;
фиг.20 является блок-схемой базовой станции (BS) для назначения ортогональных ресурсов для MS согласно настоящему изобретению; и
фиг.21 является схемой, иллюстрирующей поток сигналов для переключения с CDMA-передачи восходящей линии связи на ортогональную передачу восходящей линии связи в MS, используя схему гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Объекты, определенные в описании, например подробная структура и элементы, предоставляются для содействия полному пониманию предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Соответственно, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные изменения и модификация вариантов осуществления, описанных в данном документе, могут быть сделаны без отклонения от объема и сущности изобретения. Также описания хорошо известных функций и структур опущены для ясности и краткости.
Настоящее изобретение предусматривает гибридное использование схемы множественного CDMA-доступа и ортогональной схемы множественного доступа в системе связи. То есть система связи работает в комбинации CDMA и OFDMA, TDMA или SC-FDMA. В дальнейшем в данном документе ортогональная схема множественного доступа ссылается на любую из OFDMA, FDMA и SC-FDMA. Комбинация схем множественного доступа упоминается как схема гибридного множественного доступа. "CDMA-передача" соответствует той же самой частоте в то же самое время, а "ортогональная передача" является мультиплексированием сигналов, использующих различные ортогональные ресурсы от множества абонентов. Ортогональные ресурсы являются различными временными областями или различными частотными областями.
В схеме гибридного множественного доступа настоящего изобретения схема множественного доступа выбирается согласно характеристикам и требованию услуги, которую необходимо предоставить, и состоянию MS. В основном BS разрешает каждой MS CDMA-передачу и поддерживает CDMA-передачу относительно небольшого трафика, например, данных для исходного доступа к системе, речевого трафика, частого небольшого трафика в реальном времени, информации обратной связи о состоянии буфера и состоянии канала MS, подтверждение приема (ACK)/отсутствие подтверждения приема (NACK) для гибридного автоматического запроса на повторную передачу данных (HARQ) и т.д. Ортогональная передача используется в основном для MS, которая требует высокоскоростной пакетной передачи данных. Следовательно, когда MS необходимо передать пакеты при высокой скорости во время CDMA-передачи небольшого объема пакетных данных, она передает информацию обратной связи, указывающую состояние ее буфера и состояние канала для BS в CDMA, и BS дополнительно назначает ортогональные ресурсы для MS. Во время функционирования BS осуществляет регулирование мощности в замкнутом контуре по CDMA-передаче и использует схему адаптивной модуляции и кодирования (AMC) для ортогональной передачи.
Другой характеристикой настоящего изобретения является то, что пилот-сигнал, передаваемый в CDMA от каждой MS, используется для планирования частотной оси для ортогональной передачи. Более конкретно, BS определяет состояние канала восходящей линии связи MS с помощью пилот-сигнала, принятого в CDMA от MS, и определяет, какой частотный диапазон является относительно хорошим для MS для использования в планировании ортогональной передачи.
Хотя последующее описание сделано в контексте схемы гибридного множественного доступа восходящей линии связи, следует принимать во внимание, что описание также сохраняет справедливость для схемы гибридного множественного доступа нисходящей линии связи.
Фиг.9 иллюстрирует CDMA-передачу и ортогональную передачу на различных частотах несущей, различимых по оси частот в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.9, схема гибридного множественного доступа разделяет общий частотный диапазон системы на частотный диапазон CDMA-передачи и частотный диапазон ортогональной передачи. CDMA-передача 901 происходит в частотном диапазоне CDMA-передачи с частотой f1 несущей как центральной частотой, и ортогональная передача 902 происходит в частотном диапазоне ортогональной передачи с частотой f2 несущей как центральной частотой. Следует заметить, что защитная полоса может быть вставлена между частотным диапазоном CDMA-передачи и частотным диапазоном ортогональной передачи. Частотный диапазон CDMA-передачи и частотный диапазон ортогональной передачи являются также переменными по отношению к общему диапазону частот системы, и информация об изменении частотного диапазона может транслироваться ко всем MS.
Фиг.10 является блок-схемой передатчика, который осуществляет CDMA-передачу и ортогональную передачу на различных частотах несущей, как проиллюстрировано на фиг.9 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.10, демультиплексор (DEMUX) 1002 демультиплексирует абонентские данные 1001 в данные 1003 для CDMA-передачи и данные 1004 для ортогональной передачи. Работа DEMUX 1002 будет рассмотрена подробнее ниже. Генератор 1005 сигналов CDMA, который идентичен типичному генератору сигналов CDMA, проиллюстрирован на фиг.1, преобразует данные 1003 в CDMA-сигнал. Первый умножитель 1007 умножает CDMA-сигнал на частоту f1 несущей, предназначенную для CDMA-передачи. Генератор 1006 ортогональных сигналов преобразует данные 1004 в ортогональный сигнал. Генератор 1006 ортогональных сигналов идентичен типичному генератору ортогональных сигналов, проиллюстрированному на фиг.3, 5 или 7. Второй умножитель 1008 умножает ортогональный сигнал на частоту f2 несущей, предназначенную для ортогональной передачи. Сумматор 1009 суммирует CDMA-сигнал и ортогональный сигнал, таким образом, генерирует сигнал 1010 гибридного множественного доступа.
Фиг.11 является блок-схемой приемника в случае CDMA-передачи и ортогональной передачи на различных частотах несущей, как проиллюстрировано на фиг.9 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.11, первый умножитель 1102 умножает принятый сигнал 1101 гибридного множественного доступа на частоту f1 несущей, заданную для CDMA-передачи, и приемник 1104 CDMA-сигнала демодулирует результат в данные CDMA. Приемник 1104 CDMA-сигнала является типичным CDMA-приемником, проиллюстрированным на фиг.2. Второй умножитель 1103 умножает принятый сигнал 1101 гибридного множественного доступа на частоту f2 несущей, заданную для ортогональной передачи, и приемник 1105 ортогональных сигналов демодулирует результат в ортогональные данные. Приемник 1105 ортогональных сигналов является типичным ортогональным приемником, проиллюстрированным на фиг.4, 6 или 8.
Фиг.12A, 12B и 12C иллюстрируют CDMA-передачу и ортогональную передачу, которые осуществляются на той же частоте несущей, различимой по оси частот в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.12А, 12В и 12С, CDMA-передача и ортогональная передача 1201 происходят в комбинации, как обозначено ссылочной позицией 1203, с помощью ортогонального частотного отображения 1202 по всему диапазону частот системы. Например, ортогональные поднесущие могут использоваться для отображения ортогональной частоты в OFDMA-системе. Преобразователь 1202 ортогональной частоты может осуществляться в двух шаблонах.
Первым шаблоном является последовательное отображение CDMA-передачи и ортогональной передачи, как проиллюстрировано на фиг.12В. Другим шаблоном является смешанное отображение CDMA-передачи и ортогональной передачи, как проиллюстрировано на фиг.12С.
Фиг.13A, 13B и 13C являются блок-схемами передатчика для формирования сигнала гибридного множественного доступа в схеме, проиллюстрированной на фиг.12A, 12B и 12C.
Согласно фиг.13A, 13B и 13C, DEMUX 1302 демультиплексирует абонентские данные 1301 в данные 1303 для CDMA-передачи и данные 1304 для ортогональной передачи. Генератор 1305 CDMA-сигналов, который имеет конфигурацию, проиллюстрированную на фиг.13В, преобразует данные 1303 в CDMA-данные.
Согласно фиг.13В, канальный кодер 1331 кодирует данные 1303 согласно заранее определенному способу канального кодирования. Канальный кодер 1331 может быть блочным кодером, сверточным кодером, турбокодером или LDPC-кодером и т.п. Канальный перемежитель 1332 перемежает кодированные данные согласно заранее определенному способу перемежения каналов. Хотя на фиг.13B не показано, очевидно, что блок согласования скорости, включающий в себя повторитель и блок прокалывания, может постоянно находиться между канальным кодером 1331 и канальным перемежителем 1332. Модулятор 1333 модулирует перемеженные данные в QPSK, 8PSK, 16QAM и т.п. Блок 1334 маскирования Уолша маскирует по способу Уолша символы модуляции. В общем случае MS имеет различные физические каналы, которые включают в себя канал пилот-сигнала, канал трафика и канал управления мощностью, и различная функция Уолша задана для каждого физического канала. Следовательно, MS осуществляет маскирование по способу Уолша, используя заранее определенную функцию Уолша для физического канала, подлежащего передаче. Контроллер 1335 усиления умножает сигнал, маскированный по способу Уолша, на усиление, подходящее для физического канала, согласно заранее определенному правилу.
Кодирование канала в канальном кодере 1331 для управления усилением в контроллере 1335 усиления имеет место независимо для каждого физического канала. Сигналы с регулируемым усилением для физических каналов суммируются в сумматоре 1336. Скремблер 1337 умножает сумму на код скремблирования для конкретного пользователя. Результирующий скремблированный сигнал 1338 является выходом данных CDMA с генератора 1305 CDMA-сигналов.
Согласно фиг.13А, SPC 1307 параллелизует данные CDMA, и FFT-процессор 1308 обрабатывает параллельные сигналы по способу FFT.
Данные 1304 подаются на генератор 1306 ортогональных сигналов. Генератор 1306 ортогональных сигналов имеет конфигурацию, проиллюстрированную на фиг.13С.
Согласно фиг.13С, канальный кодер 1341, канальный перемежитель 1342, модулятор 1343 и контроллер 1344 усиления действуют тем же самым образом, как и их аналоги, проиллюстрированные на фиг.13В, и поэтому здесь не описываются. SPC 1345 преобразует последовательный сигнал с регулируемым усилением, принятый от контроллера 1344 усиления, в параллельные сигналы. FFT-процессор 1346 обрабатывает параллельные сигналы по способу FFT. Выход FFT-процессора 1346 обозначен ссылочной позицией 1347.
Следует заметить, что FFT-процессора 1346 не требуется, если ортогональный сигнал является OFDMA-сигналом. OFDMA-передатчик на фиг.3 отличается от SC-FDMA-передатчика на фиг.7 присутствием или отсутствием FFT-процессора до преобразователя поднесущей. Следовательно, FFT-процессор 1346 не используется, если ортогональный сигнал является OFDMA-сигналом, и используется, если ортогональный сигнал является SC-FDMA-сигналом.
Согласно фиг.13А, блок 1309 отображения поднесущей принимает FFT-сигналы от FFT-процессора 1308 и ортогональный сигнал от генератора 1306 ортогональных сигналов и отображает принятые сигналы на поднесущие согласно заранее определенному правилу, т.е. так, чтобы CDMA-сигнал и ортогональный сигнал являлись последовательными, как проиллюстрировано на фиг.12В, или смешанными, как проиллюстрировано на фиг.12С.
IFFT-процессор 1310 обрабатывает по способу IFFT отображенные сигналы, и PSC 1311 преобразует параллельные IFFT-сигналы в последовательный сигнал. Сумматор 1312 CP суммирует CP с последовательным сигналом. После обработки суммированный по CP сигнал в фильтре 1313 основной полосы генерируется в сигнал гибридного множественного доступа.
Фиг.14 является блок-схемой приемника для приема сигнала гибридного множественного доступа, формируемого в схеме, проиллюстрированной на фиг. 12A, 12B и 12C.
Согласно фиг.14, фильтр 1402 основной полосы, который является согласованным фильтром, соответствующим фильтру 1313 основной полосы, проиллюстрированному на фиг.13, фильтрует принятый сигнал 1401 гибридного множественного доступа. Устройство 1403 удаления CP удаляет CP из выхода фильтра 1402 основной полосы согласно заранее определенному способу. SPC 1404 преобразует свободный от CP сигнал в параллельные сигналы.
FFT-процессор 1405 обрабатывает параллельные сигналы по способу FFT. Блок обратного отображения 1406 поднесущей отличает CDMA-сигнал от ортогонального сигнала, действуя обратно отображению поднесущей в блоке 1309 отображения поднесущей, проиллюстрированном на фиг.13. IFFT-процессор 1408 обрабатывает CDMA-сигнал по способу IFFT, и PSC 1409 преобразует в IFFT-сигналы последовательную форму. Затем последовательный сигнал подвергается CDMA-приему в скремблере 1410 для канального декодера 1415. Скремблер 1410 и блок 1411 обратного маскирования Уолша действуют тем же самым образом, как и в CDMA-приемнике, проиллюстрированном на фиг.2.
Канальный корректор 1416 корректирует в канале ортогональный сигнал, принятый от блока 1406 обратного отображения поднесущей, согласно заранее определенному способу коррекции канала. Коррекция каналов может осуществляться многими способами, которые находятся за пределами объема настоящего изобретения.
IFFT-процессор 1417 обрабатывает по способу IFFT скорректированный в канале сигнал. По той же причине, поясненной со ссылкой на фиг. 13, IFFT-процессор 1417 не используется, если ортогональный сигнал является OFDMA-сигналом. PSC 1418 преобразует в последовательную форму IFFT-сигналы. Демодулятор 1420 демодулирует последовательный сигнал согласно заранее определенному способу демодуляции, например 16QAM, 8PSK, QPSK и т.п. Канальные обратный перемежитель 1422 обратно перемежает демодулированный сигнал согласно заранее определенному способу, и канальный декодер 1424 декодирует в канале обратно перемеженный сигнал, таким образом, формируя конечные данные.
Фиг.15 иллюстрирует CDMA-передачу и ортогональную передачу, различимо происходящие в разные промежутки передачи в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.15, заранее определенные части общего периода времени назначены для CDMA-передачи, а оставшиеся части назначены для ортогональной передачи. Отношение между периодом CDMA-передачи и периодом ортогональной передачи и продолжительность периода CDMA-передачи и периода ортогональной передачи являются переменными, и информация об изменении относительно периода CDMA-передачи и периода ортогональной передачи может транслироваться всем MS. То есть CDMA-передача и ортогональная передача могут осуществляться различным образом из тех, которые обозначены ссылочными позициями с 1501 по 1509 на фиг.15.
Фиг.16 является блок-схемой передатчика для осуществления CDMA-передачи и ортогональной передачи, различимых в разные моменты передачи, как проиллюстрировано на фиг.15 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.16, DEMUX 1602 демультиплексирует абонентские данные 1601 в данные 1603 для CDMA-передачи и данные 1604 для ортогональной передачи. Генератор 1605 CDMA-сигналов, который идентичен типичному генератору сигналов CDMA, проиллюстрированному на фиг.1, преобразует данные 1603 в CDMA-сигнал. Генератор 1606 ортогональных сигналов преобразует данные 1604 в ортогональный сигнал. Генератор 1606 ортогональных сигналов идентичен типичному генератору ортогональных сигналов, проиллюстрированному на фиг.3, 5 или 7.
Переключатель 1607 переключается на генератор 1605 CDMA-сигналов или генератор 1606 ортогональных сигналов и, таким образом, выводит CDMA-сигнал или ортогональный сигнал под управлением контроллера 1608 переключателя. Контроллер 1608 переключателя определяет на основе принятой информации временного сегмента, предназначен ли текущий промежуток передачи для CDMA-сигнала или ортогонального сигнала, как описано со ссылкой на фиг.15, и соответственно управляет переключателем 1607. Сигнал 1610 гибридного множественного доступа создается путем умножения переключаемого CDMA-сигнала или OFDM-сигнала на заранее определенную частоту fc несущей.
Фиг.17 является блок-схемой приемника в случае CDMA-передачи и ортогональной передачи, происходящих в различные моменты передачи, как проиллюстрировано на фиг.15 в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.17, умножитель 1702 умножает принятый сигнал 1701 гибридного множественного доступа на заранее определенную частоту fc несущей, и переключатель 1703 переключает результат на приемник 1705 CDMA-сигнала или приемник 1706 ортогонального сигнала под управлением контроллера 1704 переключателя. Контроллер 1704 переключателя определяет на основе принятой информации временного сегмента, предназначен ли текущий промежуток передачи для CDMA-сигнала или ортогонального сигнала, как описано со ссылкой на фиг.15, и соответственно управляет переключателем 1703.
Когда переключатель 1703 переключает умножитель 1702 на приемник 1705 CDMA-сигнала, приемник 1705 CDMA-сигнала демодулирует результат в CDMA-данные. Приемник 1705 CDMA-сигнала является типичным CDMA-приемником, проиллюстрированным на фиг.2. Когда переключатель 1703 переключает умножитель 1702 на приемник 1706 ортогонального сигнала, приемник 1706 ортогонального сигнала демодулирует результат в ортогональные данные. Приемник 1706 ортогональных сигналов является типичным ортогональным приемником, проиллюстрированным на фиг.4, 6 или 8.
Фиг.18, 19 и 20 иллюстрируют примеры гибридного использования CDMA-передачи и ортогональной передачи в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению. Со ссылкой на фиг.18, 19 и 20 операции управления DEMUX 1002, 1302 и 1602 описываются более подробно.
В схеме гибридного множественного доступа по настоящему изобретению схема множественного доступа выбирается согласно характеристикам и требованию услуги, которую необходимо предоставить, и состоянию MS. В основном BS разрешает каждой MS CDMA-передачу.
MS осуществляет первоначальный доступ к системе с помощью CDMA-передачи по восходящей линии связи. Относительно небольшие объемы трафика передаются в CDMA, например речевой трафик, частый небольшой трафик в реальном времени, информация обратной связи о состоянии буфера и состоянии канала MS, ACK/NACK для HARQ нисходящей линии связи и т.д.
Ортогональная передача используется в основном для MS, которая требует высокоскоростной пакетной передачи данных. Следовательно, когда MS необходимо передать пакеты при высокой скорости во время передачи небольшого объема пакетных данных в CDMA, MS запрашивает ортогональные ресурсы для BS с помощью CDMA-передачи. Запрос на ортогональные ресурсы может содержать информацию обратной связи, которая указывает состояние буфера и состояние канала MS. Если определяется, что ортогональные ресурсы являются доступными, BS дополнительно назначает ортогональные ресурсы для MS или одновременно с командой управления MS прервать продолжающуюся CDMA-передачу.
Одной из характеристик схемы гибридного множественного доступа является то, что BS осуществляет регулирование мощности в замкнутом контуре по CDMA-передаче и применяет управление AMC для ортогональной передачи. Управление AMC является методом для передачи уровня схемы модуляции и кодирования (MCS) и уровня мощности для каждой передачи в качестве информации планирования без выполнения регулирования мощности в замкнутом контуре по ортогональной передаче восходящей линии связи.
Фиг.18 является схемой, иллюстрирующей поток сигналов в случае, где передача восходящей линии связи осуществляется только в CDMA в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению. На фиг.18 пунктирная линия обозначает CDMA-передачу, и сплошная линия обозначает ортогональную передачу.
Согласно фиг.18, MS осуществляет процесс начального доступа с помощью CDMA-передачи на этапе 1801. Процесс начального доступа не входит в объем настоящего изобретения и поэтому здесь не описывается. На этапе 1802 BS осуществляет заранее определенное согласование исходной услуги с помощью MS. Согласно результату согласования BS назначает CDMA-ресурсы MS для автономной скорости, канала Channel Quality (качество канала, CQICH) и ACK-канала (ACKCH) на этапе 1803. Автономная скорость является разрешенной скоростью передачи данных, при которой MS может выполнять передачу без управления BS. CQICH является каналом, который переносит информацию о качестве канала нисходящей линии связи. ACKCH является каналом, который доставляет ACK/NACK для передаваемых данных нисходящей линии связи.
MS передает данные, используя ресурсы в CDMA, и принимает OFDMA-сигнал от BS в заранее определенном порядке на этапе 1804.
Фиг.19 является схемой, иллюстрирующей поток сигналов в случае, где как CDMA-передача, так и ортогональная передача разрешены для передачи восходящей линии связи в схеме гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению. На фиг.19 пунктирная линия обозначает CDMA-передачу, и сплошная линия обозначает ортогональную передачу.
Согласно фиг.19, MS осуществляет процесс начального доступа с помощью CDMA-передачи на этапе 1901. Процесс начального доступа не входит в объем настоящего изобретения и поэтому здесь не описывается. На этапе 1902 BS осуществляет заранее определенное согласование исходной услуги с помощью MS. Согласно результату согласования BS назначает CDMA-ресурсы MS для автономной скорости, CQICH и ACK на этапе 1903. MS передает данные, используя ресурсы в CDMA, и принимает OFDMA-сигнал от BS согласно заранее определенному порядку на этапе 1904. То есть данные нисходящей линии связи передаются в OFDMA, тогда как данные восходящей линии связи передаются в CDMA. Во время передачи данных в CDMA может случиться, что для MS может потребоваться дополнительная ортогональная передача. Например, когда MS необходимо передать данные при высокой скорости на этапе 1905, MS запрашивает ортогональные ресурсы для BS на этапе 1906. Запрос может содержать информацию о заполнении буфера или мощности передачи MS. На этапе 1907 BS назначает дополнительные ортогональные ресурсы для MS. MS затем передает данные, используя ортогональные ресурсы на этапе 1908. Таким образом, CDMA-передача и ортогональная передача могут происходить одновременно по восходящей линии связи.
Фиг.20 является блок-схемой BS для назначения ортогональных ресурсов MS согласно настоящему изобретению.
Согласно фиг.20, приемник 2001 CDMA-сигнала принимает CDMA-сигнал от MS. Пилот-сигнал, извлеченный из CDMA-сигнала, подается на блок 2002 оценки канала. Блок 2002 оценки канала оценивает состояние канала восходящей линии связи MS, используя пилот-сигнал. А именно BS оценивает состояние канала восходящей линии связи MS по оси частот. То есть BS определяет, на какой частоте канал является достаточно хорошим и на какой частоте канал является относительно плохим. Это определение может выполняться с помощью любой из известных процедур, чтобы определить качество канала.
Детектор 2003 запроса ортогональных ресурсов определяет MS, которая имеет запрашиваемые ортогональные ресурсы, из выходного сигнала приемника 2001 CDMA-сигнала. Распределитель 2004 ортогональных ресурсов назначает ортогональные ресурсы на основе информации о состоянии канала восходящей линии связи, принятого от распределителя 2004 ортогональных ресурсов, и результат обнаружения запроса ортогональных ресурсов, принятый от распределителя 2003 запроса ортогональных ресурсов. Передатчик 2005 информации о назначении ортогональных ресурсов передает информацию о назначенных ортогональных ресурсах согласно заранее определенному порядку.
Фиг.21 является схемой, иллюстрирующей поток сигналов для переключения с CDMA-передачи восходящей линии связи на ортогональную передачу восходящей линии связи в MS, используя схему гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению. На фиг.21 пунктирная линия обозначает CDMA-передачу, а сплошная линия обозначает ортогональную передачу.
Согласно фиг.21, MS осуществляет процесс начального доступа с помощью CDMA-передачи на этапе 2101. Процесс начального доступа не входит в объем настоящего изобретения и поэтому здесь не описывается. На этапе 2102 BS осуществляет заранее определенное согласование исходной услуги с MS. Согласно результату согласования BS назначает MS CDMA-ресурсы для автономной скорости, CQICH и ACKCH на этапе 2103. MS передает данные, используя ресурсы в CDMA, и принимает OFDMA-сигнал от BS согласно заранее определенному порядку на этапе 2104.
Во время передачи данных может оказаться необходимым переключение с CDMA-передачи на ортогональную передачу, как показано на этапе 2105. Когда ортогональная передача является более эффективной, чем CDMA-передача, требуется переключение с CDMA на ортогональную передачу. Например, когда MS, расположенная в границе соты, намерена увеличить скорость передачи данных, MS необходима ортогональная передача. BS назначает конкретные ортогональные ресурсы MS и передает команду, указывающую переключение с CDMA-передачи на ортогональную передачу для MS, на этапе 2106. Команда может включать в себя информацию о времени действия переключения. На этапе 2107 MS переключается с CDMA-передачи на ортогональную передачу.
Как очевидно из вышеприведенного описания, схема гибридного множественного доступа согласно настоящему изобретению допускает более эффективный множественный доступ и, как результат, достигает высокой спектральной эффективности.
Хотя изобретение показано и описано со ссылкой на определенные примерные варианты осуществления настоящего изобретения, специалистами в данной области техники будет понято, что возможны различные изменения по форме и содержанию без отклонения от сущности и объема изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.