СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И ИНТЕРФЕЙС СВЯЗИ ДЛЯ ОТПРАВКИ И ПРИЕМА БЛОКОВ ДАННЫХ, АССОЦИАТИВНО СВЯЗАННЫХ С РАЗЛИЧНЫМИ МЕТОДИКАМИ КОЛЛЕКТИВНОГО ДОСТУПА
METHOD, DEVICE AND COMMUNICATION INTERFACE FOR SENDING AND RECEIVING DATA BLOCKS, ASSOCIATIVELY RELATED TO DIFFERENT SHARED ACCESS METHODS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способам доступа, используемым в системах связи, включая как проводные, так и беспроводные системы связи. Однако для целей объяснения, а не ограничения, последующее описание находится в контексте системы радиосвязи, в качестве одного примера применения изобретения.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Радиосистема с коммутацией пакетов включает в себя сеть доступа (AN), множество терминалов доступа (AT) и радиоинтерфейс, определенный между ними. AN может дополнительно содержать множество базовых станций или секторов, причем каждая из базовых станций/секторов имеет ассоциативно связанную «зону обслуживания» радиосвязью, которая охватывает определенную географическую область, которая может перекрываться с таковыми у сопредельных базовых станций/секторов. Радиоресурсы выделяются для АТ на основе состояний сигнала, которые испытывают АТ, потребностей АТ и других факторов.
Выделение ресурсов тесно связано с конкретной методикой коллективного доступа, используемой терминалами доступа, и сетью доступа, которая определяет их интерфейс. Так как поколения систем радиосвязи эволюционируют (1G → 2G → 3G →), исследованы и приняты различные методики коллективного доступа. В целом, эти методики доступа разделены на три общих категории, включающие в себя: коллективный доступ с частотным разделением каналов (FDMA), используемый в системах сотовой связи первого (1G) поколения, коллективный доступ с временным разделением каналов (TDMA), используемый в системах сотовой связи второго (2G) поколения, и коллективный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA), используемый в системах сотовой связи третьего (3G) поколения. В целом методика коллективного доступа определяет, как множество пользователей получает доступ к общему ресурсу связи, который, в контексте радиосвязи, обычно включает в себя полосу пропускания радиосвязи.
Имеются несколько возможных методик коллективного доступа для систем сотовой связи четвертого (4G) поколения, включая коллективный доступ с кодовым разделением каналов и прямым расширением спектра (DS-CDMA), DS-CDMA с несколькими несущими (МС), мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM), мультиплексирование с ортогональным частотным кодовым разделением каналов (OFCDM) и перемеженный коллективный доступ с частотным разделением каналов (IFDMA). Каждая из этих схем коллективного доступа обладает достоинствами и недостатками исходя из практической реализации и исполнения для различных канальных условий. Например, подходы с частотной областью, такие как OFDM и OFCDM, в целом удобнее для более высокодисперсных каналов, когда мобильный терминал доступа перемещается со скоростью от низкой до умеренной. С другой стороны, подходы с временной областью/кодовой областью, такие как DS-CDMA и MC-DS-CDMA, более устойчивы, когда мобильный терминал доступа перемещается с более высокими скоростями. Они также легче синхронизируются, и во многих типичных условиях могут функционировать на том же уровне, что и OFDM и OFCDM (или лучше).
По причине широкого спектра применения и сценариев использования, ожидаемых в 4G с требованиями к полосе пропускания, превосходящей 100 МГц, маловероятно, что одна методика коллективного доступа с постоянной полосой пропускания может хорошо подходить ко всем сценариям. Опыт прошлого также показывает, что растянутые процессы стандартизации в конечном счете приводят к компромиссу, который вмещает множество решений. Следовательно, важно спроектировать радиоинтерфейс, в котором смесь из схем коллективного доступа может вместиться в весь широкополосный канал. Хотя стандарт IMT-2000 ITU (Международного союза электросвязи) заключает в себе три различных «режима», а именно UMTS FDD, UMTS TDD и CDMA 2000, имеются фактически три отдельных подхода коллективного доступа, которые очень трудно интегрировать. Стандарт IMT-2000 не разрешает объединение подходов с частотной областью, таких как OFDM и OFCDM, и схем с временной областью/кодовой областью, таких как DS-CDMA.
Настоящее изобретение предоставляет унифицированный и гибкий способ сигнализации и радиоинтерфейс, которые вмещают в себя различные схемы коллективного доступа. Каждый элемент пользовательских данных ассоциативно связывается с одним из нескольких различных методик коллективного доступа. Каждая методика коллективного доступа определяет, как множество пользователей получают доступ к общим ресурсам связи, и обладает двумя ключевыми аспектами. Первым аспектом является преобразование элемента пользовательских данных в подходящие дискретные выборки. Преобразование может включать в себя действия, например кодирование с расширением спектра и кодовое мультиплексирование в случае CDMA, обратное дискретное преобразование Фурье в случае OFDM и OFCDM, или сочетание этих и других различных действий. Вторым аспектом методики коллективного доступа является назначение дискретных выборок, ассоциативно связанных с каждым элементом пользовательских данных, на один или несколько соответствующих дискретных блоков сигнала в частотно-временной плоскости. Термин «дискретный» в «дискретном блоке сигнала» просто означает, что блок сигнала может отличаться некоторой формой от других блоков сигнала. Каждый дискретный блок сигнала также включает в себя атрибут времени и атрибут частоты, и может рассматриваться как контейнер радиоресурсов, который содержит преобразованные выборки элемента пользовательских данных. Например, в традиционной системе TDMA каждому из множества пользователей назначается временной интервал и полная доступная полоса пропускания в том временном интервале. В традиционной системе FDMA, с другой стороны, каждому из множества пользователей назначается полоса частот, и каждый может обмениваться информацией в этой полосе в любое время.
Дискретные блоки сигнала, переносящие преобразованные элементы пользовательских данных, имеющие различные ассоциативно связанные методики коллективного доступа, группируются во временной интервал или пакет для передачи по каналу связи. В одном неограничивающем примере применения тот канал связи является радиоканалом. Преобразованные и сгруппированные элементы пользовательских данных могут соответствовать множественным пользователям или одному и тому же пользователю. Дискретные временные выборки в пакете или временном интервале затем предпочтительно преобразуются в непрерывный сигнал посредством аналогового фильтра формирования импульсов перед передачей по радиоинтерфейсу.
Различные методики коллективного доступа могут принадлежать к любой из трех основных категорий: методики FDMA, методики TDMA и методики CDMA. Специалистам в данной области техники ясно, что TDMA является лежащей в основе методикой коллективного доступа, на которой строятся другие методики коллективного доступа. Примеры методик FDMA включают в себя OFDM, OFCDM и перемеженный FDMA (IFDMA). Примеры методик CDMA включают в себя DS-CDMA и DS-CDMA с несколькими несущими.
В одном неограничивающем примерном варианте осуществления циклический префикс может добавляться к пакету, содержащему сгруппированные блоки сигнала, перед передачей по каналу связи для облегчения преобразования приемником. Каждый элемент пользовательских данных, ассоциативно связанный с различной методикой коллективного доступа, может быть преобразован в частотную область для формирования выборок частотной области для большинства методик коллективного доступа. В этих обычных случаях те выборки частотной области преобразуются во временную область для формирования дискретных временных выборок. Это преобразование в частотную область может выполняться с использованием дискретного преобразования Фурье (DFT) подходящей длины, используя, например, быстрое преобразование Фурье (FFT), а преобразование во временную область выполняется с использованием обратного дискретного преобразования Фурье (IDFT) подходящей длины, например, используя обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT).
Если условие для обмена информацией меняется, например, изменение в канале связи или изменение в услуге, запрошенной пользователем, методика коллективного доступа, ассоциативно связанная с одним или несколькими элементами пользовательских данных, могут быть изменены в ответ на измененное условие. Это изменение легко приспосабливается посредством гибкого формата сигнализации в соответствии с настоящим изобретением.
Приемник принимает по радиоинтерфейсу непрерывный сигнал, включающий в себя групповые блоки сигнала, имеющие элементы пользовательских данных, ассоциативно связанные с различными ассоциативно связанными методиками коллективного доступа. Приемник может «вслепую» обнаруживать, какая методика коллективного доступа ассоциативно связывается с каждым элементом пользовательских данных. В качестве альтернативы часть или все аспекты методики коллективного доступа могут быть заранее установлены во время начального подтверждения связи непосредственно перед установлением связи, как делается в текущем поколении систем сотовой связи. Такие примеры включают в себя назначение временного интервала для каждого из множества пользователей в системе TDMA, аналогично GSM, и назначение кода расширения в системе CDMA, аналогично WCDMA. Частные аспекты методики коллективного доступа, которые не являются заранее установленными, обладают гибкостью адаптации к изменению окружающей среды. В этом случае неизвестная часть методики коллективного доступа, ассоциативно связанной с каждым элементом пользовательских данных, может быть обнаружена вслепую либо передана с использованием управляющей информации, отправленной вместе с каждым дискретным блоком сигнала. Другим вариантом является необходимость ассоциативно связать каждый элемент пользовательских данных с неизвестными аспектами его методики коллективного доступа в управляющей информации, отправленной по отдельному каналу сигнализации.
После того как определяются назначения дискретного блока сигнала элементов пользовательских данных, группа дискретных блоков сигнала подвергается фильтрации и дискретизации, и извлекается соответствующий сегмент. Для большинства методик коллективного доступа дискретные выборки являются дискретными временными выборками, которые преобразуются в выборки частотной области для последующей обработки. Выборки частотной области в дискретных блоках сигнала, ассоциативно связанных с каждым элементом пользовательских данных, обрабатываются в соответствии с ассоциативно связанной методикой коллективного доступа, чтобы дать возможность извлечь данные, соответствующие каждому элементу пользовательских данных. Для узлов по типу точки доступа, в контексте радиосвязи, приемник может применять широкополосный фильтр приема. В качестве альтернативы, если узел связи является мобильным терминалом доступа, может применяться более узкий полосовой фильтр приема, настроенный на нужную полосу частот.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 изображает различные методики коллективного доступа в частотно-временной плоскости;
Фиг.2 - блок-схема алгоритма, иллюстрирующая процедуры для обработки и передачи пакета в соответствии с неограничивающим примером применения;
Фиг.3 - блок-схема алгоритма, иллюстрирующая процедуры для приема пакетов, отформатированных в соответствии с неограничивающим примером применения из Фиг.1;
Фиг.4 - функциональная блок-схема, иллюстрирующая отправляющий узел (узлы), взаимодействующий с принимающим узлом (узлами) по интерфейсу связи;
Фиг.5 иллюстрирует дополнительные подробности функций обработки, выполняемых блоком 46 на Фиг.4;
Фиг.6 иллюстрирует пример формата сигнализации;
Фиг.7А и 7В иллюстрируют примеры форматов для поддержки временного интервала или пакета переменной длительности;
Фиг.8 иллюстрирует внедрение различных пользовательских данных с использованием различных методик доступа в один временной интервал или пакет в примере формата сигнализации, проиллюстрированном на Фиг.4;
Фиг.9 иллюстрирует внедрение данных одного пользователя в один временной интервал или пакет;
Фиг.10 иллюстрирует неограничивающий пример обработки пользовательских данных, ассоциативно связанных с различными методиками коллективного доступа, для передачи в одном пакете или временном интервале;
Фиг.11 иллюстрирует неограничивающий пример обработки пакета в приемнике, который включает в себя пользовательские данные, ассоциативно связанные с различными методиками коллективного доступа;
Фиг.12 иллюстрирует систему сотовой радиосвязи;
Фиг.13 иллюстрирует пример системы связи, использующей широкополосный фильтр формирования импульсов и широкополосный или полосовой фильтр приема;
Фиг.14 иллюстрирует неограничивающий формат сигнала для использования при обмене информацией управляющего типа, включающем в себя множество типов доступа между взаимодействующими узлами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание излагает характерные подробности, например, отдельные варианты осуществления, процедуры, методики и т.д. для целей объяснения, а не ограничения. Однако специалист в данной области техники примет во внимание, что могут применяться другие варианты осуществления, кроме этих характерных подробностей. Например, хотя последующее описание облегчено использованием неограничивающих примеров, настоящее изобретение может применяться в любой системе, где используются методики коллективного доступа. В некоторых случаях подробные описания известных способов, интерфейсов, схем и сигнализации пропускаются с тем, чтобы не затруднять описание ненужными подробностями. Кроме того, отдельные блоки показаны на некоторых из фигур. Специалисты в данной области техники примут во внимание, что функции тех блоков могут реализовываться с использованием отдельных аппаратных схем, с использованием реализованных программно программ и данных совместно с запрограммированным соответствующим образом цифровым микропроцессором или универсальным компьютером, с использованием специализированной интегральной схемы (ASIC) и/или с использованием одного или нескольких цифровых процессоров сигналов (DSP).
Фиг.1 иллюстрирует, как различные методики коллективного доступа выделяют ресурсы связи в частотно-временной плоскости. Каждая методика коллективного доступа включает в себя атрибут временного ресурса и атрибут частотного ресурса. Каждый блок соответствует дискретному блоку сигнала радиоресурсов, который включает в себя атрибут временного ресурса и атрибут частотного ресурса, определенные его методикой коллективного доступа. Каждый дискретный блок сигнала может использоваться для переноса одного или нескольких элементов пользовательских данных. Например, показанные неограничивающие методики коллективного доступа включают в себя: IFDMA, TDMA, CDMA на TDMA, FDMA, CDMA на FDMA и гибридную схему. Гибридный коллективный доступ, в котором используются две или более различные методики коллективного доступа, может скорее варьироваться как по времени, так и частоте в выделении ресурсов, чем только одна или другая. Гибкий формат сигнализации в соответствии с настоящим изобретением вмещает в себя все эти, а также другие непредусмотренные и будущие методики коллективного доступа.
Фиг.2 иллюстрирует, в виде блок-схемы алгоритма, примеры процедур, которые могут быть реализованы на одном или нескольких узлах для передачи информации с использованием нескольких методик коллективного доступа. На этапе S1 методика коллективного доступа (МА) ассоциативно связывается с каждым элементом пользовательских данных, и каждый элемент пользовательских данных преобразуется в дискретные выборки (этап S2). Каждый «элемент пользовательских данных» включает в себя несущую информацию последовательность дискретной выборки, соответствующую определенному пользователю. Этап S3 описывает необязательную обработку элементов пользовательских данных (по необходимости, основанную на методике коллективного доступа, ассоциативно связанной с элементами пользовательских данных) для формирования соответствующих частотных выборок. Дискретные выборки для каждого элемента пользовательских данных назначаются одному или нескольким дискретным блокам сигнала (этап S4). Дискретный блок сигнала воспринимается в контексте частотно-временной плоскости (пример частотно-временной плоскости показывается на Фиг.1), и включает в себя распределение как временного ресурса связи, так и частотного ресурса связи, соответствующее области, идентифицированной одним из шаблонов, показанных на Фиг.1. Дискретные блоки сигнала, содержащие множество элементов пользовательских данных с различными ассоциативно связанными методиками коллективного доступа, группируются вместе в единый пакет или временной интервал (этап S5). Как далее описано ниже, циклический префикс (СР) может добавляться к этому пакету или временному интервалу (циклический префикс необязателен). Выборки пакетов (и любой ассоциативно связанный циклический префикс) пропускаются через аналоговый фильтр формирования импульсов и передаются с остальными пакетами по каналу связи (этап S6).
Фиг.3 представляет собой блок-схему алгоритма, которая иллюстрирует примеры процедур на приемнике для извлечения пользовательских данных из гибкой структуры сигнализации, переданной в соответствии с процедурами из Фиг.2. Первый этап относится к приему, фильтрации и дискретизации непрерывного сигнала, переданного по радиоинтерфейсу, и затем извлечению пакета, который включает в себя дискретные блоки сигнала, ассоциативно связанные с нужными элементами пользовательских данных (этап S1). Это извлечение данных временной области является первым этапом извлечения дискретных блоков сигнала, ассоциативно связанных с нужными элементами пользовательских данных, из частотно-временной плоскости, и может потребовать ввода от управляющего сигнала (А1) для определения начальной точки и длительности извлечения, если такая информация не определена вслепую либо заранее установлена на приемнике. Пока весь пакет не предназначается одному пользователю и обработка на передатчике не включает в себя обработку IDFT, извлеченные дискретные временные выборки нужно преобразовать в выборки частотной области (этап S2). Например, IFDMA, FDMA и гибридные методики все обычно требуют этап S2, а TDMA может не требовать. Затем определяется атрибут частоты аспекта назначения дискретного блока сигнала методики коллективного доступа, ассоциативно связанной с каждым из элементов пользовательских данных, аналогично извлечению данных временной области, и частотные выборки, ассоциативно связанные с каждым элементом пользовательских данных, извлекаются (этап S3), завершая извлечение дискретного блока сигнала для нужных элементов пользовательских данных. Дискретные выборки для каждого элемента пользовательских данных обрабатываются затем в соответствии с аспектом обработки ассоциативно связанной методики коллективного доступа, чтобы извлечь пользовательскую информацию (этап S4). Аналогично аспект обработки методики коллективного доступа может быть выявлен вслепую или предоставлен управляющим сигналом (А2).
Фиг.4 иллюстрирует пример системы связи, которая реализует способ гибкой сигнализации и интерфейс связи. Информация обрабатывается и отправляется из отправляющего узла (или более чем одного отправляющего узла) по интерфейсу 20 связи к одному или нескольким принимающим узлам 30 с использованием одного или нескольких каналов связи. Каналы связи могут быть беспроводными каналами или проводными каналами. Отправляющий узел(-ы) 10 включает в себя некоторое количество обрабатывающих блоков, которые могут быть реализованы с использованием соответствующим образом сконфигурированной или запрограммированной электронной схемы. Предоставляется информация от одного или нескольких пользователей (блок 40) вместе с условиями, требованиями и ресурсами и т.д. связи, ассоциативно связанными с обменом этой информации (блок 42). Идентифицируется методика коллективного доступа для каждого элемента пользовательских данных (блок 44). Эти элементы пользовательских данных обрабатываются на основе их соответствующей идентифицированной методики коллективного доступа. Образуются дискретные блоки сигнала, которые заключают элементы пользовательских данных с различными методиками коллективного доступа в единый пакет, и циклический префикс предпочтительно включается в тот пакет для облегчения демодуляции или декодирования в приемнике (блок 46). Дальнейшие подробности блока 46 описываются ниже совместно с Фиг.5. Пакет добавляется к другим пакетам данных и передается передатчиком 48 по интерфейсу 20 связи по одному или нескольким каналам. Передатчик 48 может включать в себя аналоговый фильтр формирования импульсов.
Приемник 50 в принимающем узле(-ах) 30 принимает сигнал по каналу(-ам) и может включать в себя широкополосный фильтр или узкополосный фильтр в зависимости от применения. Например, в контексте мобильной радиосвязи приемник базовой станции может применять широкополосный фильтр, тогда как приемник мобильного терминала доступа может применять узкополосный фильтр, настроенный на нужную ему полосу частот. Устройство 52 извлечения пакетов идентифицирует отдельные пакеты и удаляет циклический префикс, если таковой присутствует. Отдельный пакет дискретизируется в блоке 54, и дискретизованные сигналы преобразуются в частотную область в блоке 56 (необязательно, в зависимости от используемой методики доступа). Каждый блок данных частотной области демодулируется с использованием подходящей методики, соответствующей его ассоциативно связанной методике коллективного доступа (этап 58). Полученная пользовательская информация затем дополнительно обрабатывается и/или используется (блок 60) одним или несколькими приложениями.
Фиг.5 иллюстрирует более подробно функции, выполняемые в блоке 46 для каждого элемента пользовательских данных в передатчике. Блоки, показанные пунктиром являются необязательными в зависимости от методики коллективного доступа. Кодированная с уплотнением пользовательская информация отбирается для обработки в кодовом мультиплексоре 70, чтобы сформировать входную последовательность символов во временной области. Последовательность временной области преобразуется в блоке 72 быстрого преобразования Фурье (FFT) для формирования последовательности частотной области, отображенной в поднесущие соответствующей частоты в блоке 74, и преобразуется обратно во временную область в блоке 76 обратного FFT (IFFT). Результирующие дискретные выборки объединяются с таковыми, соответствующими другим элементам пользовательских данных, для формирования пакета. Циклический префикс может прилагаться к этому пакету до того, как он подвергнется фильтрации полосы модулирующих частот (блок 80) и масштабированию, управлению синхронизацией и преобразованию частоты в радиочастоту (блок 82) для передачи.
p
c
c
p
s
s
p
s
Фиг.6 иллюстрирует пример гибкого формата сигнализации, который может использоваться для передачи пакетов данных, которые содержат одну или несколько различных схем коллективного доступа. С этой структурой сигнализации выборки, ассоциативно связанные с одной или несколькими различными методиками коллективного доступа, могут заключаться в один пакет в унифицированном формате. Информационное наполнение является частью пакета, которая включает в себя описанные ранее, обработанные и сгруппированные элементы пользовательских данных. Каждое информационное наполнение, также обозначаемое «сегментом» на Фиг.6, может необязательно соединяться с соответствующим циклическим префиксом (СР) для образования одного временного интервала или пакета. Множество пакетов или временных интервалов прилагаются вместе, как показано. Каждое информационное наполнение включает в себя L временных выборок, и каждый циклический префикс включает в себя L временных выборок. Длительность одного временного интервала равна соответственно (L + L)T секунд, где T есть период дискретизации. Общая ширина полосы пропускания, соответствующая L частотным выборкам, равна 1/T Гц.
p
Представление частотной области одного информационного наполнения или сегмента показывается нижней части Фиг.6, и может включать в себя одно или несколько подмножеств. Совместно с их атрибутом назначения временной области эти подмножества образуют дискретные блоки сигнала, которые транспортируют обработанные элементы пользовательских данных. Термин дискретного блока сигнала включает в себя, но не ограничивается частотными поддиапазонами, и каждый дискретный блок сигнала включает в себя атрибут временного ресурса и атрибут частотного ресурса. Например, дискретный блок 1 сигнала ассоциативно связывается с атрибутом 1 временного ресурса (Т1) и атрибутом 1 частотного ресурса (F1). Каждый дискретный блок сигнала может соответствовать данным от различных пользователей, использующих различные методики коллективного доступа. Дискретные блоки 1, 2, 3 и 4 сигнала показаны в примере на Фиг.6, разделенные соответствующими защитными полосами частот. Эти дискретные блоки сигнала могут легко быть преобразованы во временную область, используя обратное дискретное преобразование Фурье (IDFT). Следует понимать, что прикрепление циклического префикса является необязательной особенностью, и даже может не требоваться, например, в случае DS-CDMA. Однако циклический префикс гарантирует унифицированный формат для всех схем коллективного доступа и помогает облегчить необходимое преобразование между временными и частотными областями. Если используется быстрое преобразование Фурье (FFT) для реализации DFT, то длительность L наполнения обычно выбирается как степень двойки.
В одном примере реализации каждый дискретный блок сигнала может рассматриваться как подмножество поднесущих. Эти поднесущие в дискретном блоке сигнала могут быть непрерывными или прерывистыми. Еще большая гибкость может достигаться путем агрегирования множества временных интервалов или дискретных блоков сигнала. Например, множество несущих DS-CDMA может быть размещено в непрерывном дискретном блоке сигнала для увеличения скорости передачи данных, наряду с поддержанием лучшей ортогональности более узкой полосы пропускания дискретного блока сигнала. Когда несколько последовательных временных интервалов агрегируются, полоса пропускания дискретного блока сигнала пропорционально уменьшается, и поэтому может быть вмещено больше поднесущих.
c
p
s
s
p
s
Также может быть желательным задействовать пакеты или временные интервалы переменной длины. Например, могут быть частные случаи, когда более эффективно или результативно использовать либо пакеты большей длительности, либо пакеты меньшей длительности. Фиг.7А показывает информационное наполнение большей длительности по сравнению с наполнением, показанным на Фиг.6, которое повторяется на Фиг.7В для удобного сравнения. Более длительный пакет или временной интервал вдвое больше длительности, соответствующей (2L + 2L)T секундам, где T есть период дискретизации. Общая ширина полосы пропускания, соответствующая 2L частотным выборкам, равна 1/T Гц. Один пример, где этот тип гибкости является полезным, происходит из гибридного режима доступа, показанного на Фиг.1. Заштрихованный дискретный блок 1 сигнала соответствует 2/3 гибридных ресурсов во временной области, но только в частотной области, как можно видеть в нижнем правом углу Фиг.1. Обведенные толстой линией дискретные блоки 2 и 3 сигнала забирают половину ширины полосы частот, но только 1/3 ресурсов во временной области (Т1). Фиг.7 показывает, как различные гибридные пользователи могут легко быть обеспечены наполнениями переменной длины.
Фиг.8 показывает заключение различных схем коллективного доступа и различных пользователей в один пакет. Существуют три различных методики доступа, используемых в этом примере, включая: OFDM (показана по левой стороне под частотной областью), DS-CDMA (показана посередине) и OFCDM (показана справа фиг.). Методика OFDM применяется группой 1, данными пользователя 1, и группой 1, данными пользователя 2. Различные группы пользователей могут соответствовать различным приложениям или услугам, которые имеют индивидуальные требования. Методика CDMA используется группой 2, данными пользователя 1 и данными пользователя 2. Методика OFCDM используется группой 3, данными пользователя 1, группой 3, данными пользователя 2 и группой 3, данными пользователя 3. Группа OFDM и данные пользователя просто объединяются. Группа 2, данные пользователя 1 и пользователя 2 кодируются с уплотнением и преобразуются в частотную область с использованием дискретного преобразования Фурье (DFT), формируя частотные выборки группы 2. Группа 3, данные пользователя 1, 2 и 3 мультиплексируются в частотные выборки группы 3 без необходимости какого-либо DFT, так как данные пользователя уже находятся в частотной области. Все три блока данных OFDM, DS-CDMA, OFCDM преобразуются затем во временную область с использованием обратного дискретного преобразования Фурье (IDFT), чтобы сформировать наполнение мультиплексированных дискретных временных выборок. Для борьбы с межсимвольными помехами и для улучшения демодуляции в приемнике может добавляться циклический префикс к мультиплексированным дискретным временным выборкам, чтобы сформировать временной интервал сигнала или пакет данных для передачи по радиоканалу.
Формат и обработки Фиг.8 являются применимыми в контексте неограничивающего примера радиосвязи для радиопередатчика базовой станции, передающего множеству мобильных терминалов доступа в нисходящем направлении. Формат также пригоден для восходящих передач от отдельных мобильных терминалов доступа, как показано на Фиг.9. Поскольку имеется только один пользователь 1 в группе 2 и при условии, что только одна методика доступа (здесь CDMA) используется для пользователя, данные пользователя 1 группы 2 подвергаются дискретному преобразованию Фурье и помещаются в блок CDMA. Процедуры те же, что описаны для Фиг.8, за исключением того, что другие блоки являются свободными и используются другими пользователями с восходящими передачами. На базовой станции передачи от множества терминалов доступа объединяются для комплектования пакета или временного интервала.
Фиг.10 иллюстрирует один пример подхода для модуляции и обработки элементов данных, который применяет различные методики коллективного доступа в одном пакете. В этом примере 768 информационных разрядов кодируются с использованием турбо-кода на скорости 1/2 для формирования 1536 кодированных разрядов. Эти разряды перемежаются и затем модулируются с помощью квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) для формирования 768 символов QPSK. Для доступа типа OFDM эти 768 символов трактуются как 768 поднесущих и вставляются в информационное слово длиной в 1024 поднесущих. Оставшиеся 256 поднесущих поступают от другого пользователя. 1024 несущих в слове преобразуются из частотной области во временную область, используя IDFT длины 1024, для формирования 1024 временных выборок. Циклический префикс может добавляться перед передачей пакета данных, включающего в себя 1024 временных выборок.
Если методика коллективного доступа соответствует OFCDM или MC/DS-CDMA (обе применяют многокодовое кодирование с расширением спектра), то 768 символов QPSK расширяются, используя три различных кода, каждый из которых длиной в 1024 символа шумоподобной последовательности. Расширенные символы затем суммируются вместе с четвертым кодом, используемым для расширения символов от другого пользователя. Сеть может назначать любое количество новых кодов одному пользователю или другому пользователю, как определяет сеть, пока коды доступны. Для OFCDM 1024 символа шумоподобной последовательности, суммированные в сумматоре, трактуются как 1024 поднесущих, которые затем преобразуются во временную область с использованием IDFT, и циклический префикс добавляется к 1024 временным выборкам.
1
4
Для доступа типа MC/DS-CDMA 1024 символа шумоподобной последовательности, сформированные из четырех кодов посредством сумматора, разделяются на четыре раздела x[n] - x[n]. Каждый из четырех разделов имеет длительность в 256 символов шумоподобной последовательности. Каждый раздел преобразуется в частотную область с использованием DFT, чтобы сформировать четыре группы поднесущих, каждая длительностью 256. Объединенные четыре раздела включают в себя 1024 поднесущих, которые преобразуются с использованием IDFT во временную область для формирования 1024 временных выборок. Циклический префикс добавляется к этим временным выборкам перед передачей.
1
4
1
4
Пример обработки приемником в соответствии с гибким форматом сигнализации показывается на Фиг.11 после примера приемника, показанного на Фиг.10. В радиосреде принятый сигнал обычно является многолучевым сигналом, который к тому же искажается радиоканалом. Сигнал включает в себя множество пакетов, которые должны быть идентифицированы, извлечены, дискретизированы, и удален любой циклический префикс. Каждый извлеченный пакет включает в себя 1024 временных выборки передатчика. Выполняется DFT длины 1024 на этих временных выборках, чтобы сформировать 1024 поднесущих в частотной области. Для OFDM и OFCDM эти 1024 поднесущих просто предоставляются в демодулятор OFDM или OFCDM соответственно. Для DS-CDMA с несколькими несущими 1024 поднесущих разделяются на четыре раздела X[k]-X[k]. Каждый раздел из 256 поднесущих преобразуется затем во временную область, используя IDFT для формирования четырех разделов из временных выборок x[n]-x[n], причем каждый имеет 256 временных выборок. Эти четыре раздела временных выборок предоставляются в демодулятор DS-CDMA для демодуляции.
Ссылаясь теперь на неограничивающий пример применения в радиосвязи, Фиг.12 показывает систему 200 радиосвязи с коммутацией пакетов, которая включает в себя мобильные терминалы 202a и 202b доступа (АТ), множество базовых станций 204a-204e и контроллер 206 базовых станций. При использовании в данном документе термин «терминал доступа» может включать в себя, но не ограничивается, приемопередатчик сотовой радиосвязи, терминал Персональной Системы Связи (PCS), приемопередатчик радиосвязи, карманный персональный компьютер (PDA), который может включать в себя приемопередатчик радиосвязи, пейджер, доступ в Интернет/интранет, веб-браузер, органайзер, календарь и/или приемник GPS, приемник переносного ПК или карманного компьютера, или устройство, которое включает в себя приемопередатчик радиосвязи. Базовая станция может быть ассоциативно связана с «секторами» обслуживания. Терминалы 202a, b обмениваются информацией через базовые станции 204a-204e, которые управляют радиосвязью с терминалами 202a и 202b доступа. Базовые станции 204a-204e также обмениваются информацией с контроллером 206базовых станций, который включает в себя записанное программное управление и ресурсы процессора для управления системой 200 радиосвязи.
Фиг.13 показывает основополосный эквивалент архитектуры приемопередатчика, который может применяться в системе сотовой связи, показанной на Фиг.12, либо любом другом типе системы радиосвязи. Символы данных от множества пользователей мультиплексируются и затем на передатчике А (например, в одной или нескольких базовых станций) заключаются в блоки из дискретных выборок, согласно их соответствующим схемам коллективного доступа, например, как проиллюстрировано на Фиг.5-7. После того, как определяется дискретное (выбранное) временное представление каждого пакета данных (или блока, временного интервала и т.д.), которого необходимо передать, соответствующая непрерывная форма сигнала может быть синтезирована путем пропускания дискретных временных выборок через широкополосный фильтр формирования импульсов.
Приемник (например, терминал доступа в примере сотовой системы) может использовать широкополосный фильтр преселектора, соответствующий форме импульса передачи. Фильтрованные выходные данные дискретизируются для дискретной обработки. Такая дискретная обработка включает в себя развертывание пакета, используя сочетание DFT и IDFT и методик демодуляции, зависящих от методики коллективного доступа и методики модуляции, примененной для каждого пакета данных. Посмотрим, как один пример процесса показан на Фиг.11. Многолучевой принятый сигнал, с канальными искажениями, является суммой нескольких копий исходного переданного сигнала с различными задержками и комплексными коэффициентами. Приемник сначала извлекает раздел сигнала, который содержит один пакет выборок для всех многолучевых распространений, так что извлечение соответствует циклической свертке переданного сигнала с импульсной характеристикой канала. DFT преобразует временные выборки в частотную область, с каковой точки может быть выполнена демодуляция для схем коллективного доступа частотной области, таких как OF(C)DM, либо частотные поддиапазоны могут быть изолированы для дальнейшей обработки для DS-CDMA с несколькими несущими или смеси схем временной и частотной области.
В качестве альтернативы приемник может использовать более узкий полосовой фильтр для извлечения исключительно полос частот, которые содержат заданные данные для снижения частоты дискретизации. Это может быть предпочтительным для терминалов доступа с низкой скоростью, которые могут быть обслужены в достаточной мере посредством узкополосной передачи. В примере DS/CDMA с несколькими несущими данные, направленные терминалу с низкой скоростью, могут быть назначены только одной из полос частот. Вместо приема всего широкополосного сигнала приемник может использовать узкополосный фильтр, настроенный на соответствующие полосы частот, и обрабатывать принятый сигнал как одну несущую для упрощения приема и обработки.
Различные методики могут использоваться для «развертывания» принятого сигнала и для обнаружения того, какие виды обработки необходимо применять для демодуляции информации в конкретном пакете данных. Сначала приемник может «вслепую» обнаружить схему модуляции, которая идет вместе с каждым элементом данных, включенным в пакет данных. Например, приемник может выполнять демодуляцию и декодирование для каждого возможного предположения различных аспектов схем коллективного доступа и вычислить показатель, который отражает вероятность того предположения. Выбирается предположение с наивысшей вероятностью. Общим показателем вероятности является разряд контроля циклическим избыточным кодом (CRC), который вычисляется из последовательности избыточных разрядов, добавленных к кодированному пакету данных. Пример слепого обнаружения начальной точки и интервала пакета TDMA переменной длины может быть обнаружен патенте США 6594793 «Methods And Systems For Multiplexing And Decoding Variable Length Messages In Digital Communications Systems» (Способы и системы для мультиплексирования и декодирования сообщений переменной длины в системах цифровой связи), раскрытие которого включается в этот документ в качестве ссылки. В качестве альтернативы методика коллективного доступа, ассоциативно связанная с каждым элементом данных, может быть передана вместе с пакетом данных или посредством управляющего сигнала, отправленного по каналу управления/сигнализации. Последний подход иллюстрируется на Фиг.14. Здесь запрос на передачу данных от пользователя (запрос канала) передается через канал управления в объект планирования радиоресурсов, например, контроллер базовых станций. Этот запрос данных включает в себя некоторое количество факторов, включая, например, запрашиваемую скорость передачи данных и предпочтение(-я) коллективного доступа. Затем выделяется канал в ответ на тот запрос данных, включенный в то сообщение о назначении канала, которое является методикой коллективного доступа, ассоциативно связанной с тем элементом данных наряду с временным интервалом, частотой, кодом либо выделенным ресурсом доступа, соответствующими предпочтительному коллективному доступу.
Как описано выше, различные схемы модуляции и коллективного доступа показывают уникальные характеристики и применимы в различных сценариях передачи, в зависимости от факторов, например (не ограничено) канальные условия, помехи, сложность приемника, предпочтение пользователя и требование пользователя. Поскольку эти факторы могут изменяться, и некоторые факторы могут меняться быстро, методики коллективного доступа от временного интервала к временному интервалу, возможно, потребуется адаптировать соответственно. Такая адаптация может достигаться путем предоставления управляющих сигналов, которые переносят точную информацию о схеме коллективного доступа. В дополнение к каналам сигнализации для предоставления этого вида информации должен присутствовать физический контрольный канал в каждом поддиапазоне для синхронизации и оценки канала. Для схем коллективного доступа в частотной области, таких как OFDM и OFCDM, этот контрольный канал обычно существует в виде контрольных символов, вставляемых периодически в поднесущие. Для схем во временной области, таких как DS-CDMA с несколькими и единственной несущей, он обычно существует в виде псевдослучайных последовательностей, мультиплексированных во временной области. Независимо от того, какой вид он принимает, контрольный канал должен уникально идентифицировать поддиапазон, с котором он ассоциативно связан. Структуры контрольного канала и канала сигнализации следует спроектировать таким образом, что каждый поддиапазон является экземплярами независимых несущих, используемых для перемещения данных, предназначенных для узкополосных терминалов. Хотя сигналы от других поддиапазонов могут использоваться для улучшения оценки канала или могут содержать полезную системную информацию, недорогое, низкоскоростное узкополосное устройство должно иметь возможность функционировать без них.
Подводя итог вышесказанному отметим, что описанный подход обеспечивает гибкую структуру радиоинтерфейса с блочным форматом как во временных, так и частотных областях, определяющую основной элемент радиоинтерфейса. Циклический префикс и основанное на DFT дискретное представление/обработка дает возможность легкой манипуляции и преобразования между временными и частотными областями. С такой структурой различные схемы коллективного доступа, такие как OFDM, OFCDM, IFDMA и DS-CDMA (с несколькими несущими) могут мультиплексироваться и заключаться в общий пакет. Простая и унифицированная архитектура приемопередатчика, которая использует либо один широкополосный радиочастотный фильтр преселектора, либо узкополосный полосовой фильтр, настроенный на нужную полосу частот, дополнительно упрощает конструкцию коммуникационного оборудования. При функционировании адаптивно с соответствующей управляющей сигнализацией, общая производительность сети связи и устойчивость могут быть значительно улучшены путем динамического выбора наиболее подходящих схем коллективного доступа в соответствии с факторами, такими как канальное условие, предпочтение в оборудовании и эксплуатационные требования, и т.д.
Хотя описание включает в себя различные примеры вариантов осуществления, нужно понимать, что формула изобретения не ограничивается раскрытыми примерами вариантов осуществления. Напротив, формула изобретения предназначена для охвата других различных вариантов осуществления, реализаций, модификаций и эквивалентных устройств.