ПЕРЕДАЧА ЗАПРОСА ПЛАНИРОВАНИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ ПОДДЕРЖКУ БОЛЬШОГО ДОПЛЕРОВСКОГО СДВИГА
SCHEDULING REQUEST TRANSMISSION SUPPORTING HIGH DOPPLER SHIFT

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области техники мобильной связи и, в частности, к улучшенному обеспечению поддержки связи с устройствами мобильной связи при движении с высокой скоростью.
2. Уровень техники
Аббревиатуры:
3GPP
Программа партнерства в области систем связи третьего поколения
CDM
мультиплексирование с кодовым разделением
CAZAC
с постоянной амплитудой и нулевой автокорреляцией
CP
циклический префикс
E-UTRAN
усовершенствованная универсальная наземная сеть радиодоступа (UTRAN)
FDMA
множественный доступ с частотным разделением
LTE
стандарт "Долгосрочная эволюция"
OOK
амплитудная манипуляция
Q
квадратурный
RACH
канал произвольного доступа
RR
запрос ресурсов
SF
коэффициент расширения спектра
SNR
отношение сигнал-шум
SR
запрос планирования
TTI
временной интервал передачи
UL
восходящая линия связи
UTRAN
Универсальная наземная сеть радиодоступа
UL SR
запрос планирования восходящей линии связи
ZC
(последовательность) Zadoff-Chu
Это изобретение возникло применительно к проводимым в настоящее время разработкам в той части, которая связана с восходящей линией связи (UL) Универсальной наземной сети радиодоступа (UTRAN) стандарта "Долгосрочная эволюция" (LTE) в рамках Программы партнерства в области систем связи третьего поколения (3GPP), часто именуемого как 3.9G, но оно не ограничено этим контекстом.
В стандарте 3G LTE существует потребность в определении канала запроса планирования (SR) для восходящей линии связи (UL) и, в частности, необходим способ передачи SR, применимый для абонентских устройств (UE), движущихся с высокими скоростями. Запрос планирования используют для указания того, что в UE имеются некоторые данные для передачи сетевой стороне.
На повторной сорок седьмой встрече группы № 1 по стандартам для сетей радиодоступа (RAN1#47bis) в г. Сорренто было согласовано, что должна обеспечиваться поддержка механизма запросов планирования (SR) на неконкурентной основе для абонентов, синхронизированных по времени.
На Фиг. 1 показана передача асинхронного сообщения 1 указателя запроса планирования из UE в базовую станцию в том случае, когда UE еще не имеет назначения для данных восходящей линии связи, и показано, что обратно посылают сообщение 2 предоставления планирования. С другой стороны, если UE уже имеет назначение для данные восходящей линии связи, то оно находится на стадии 3, показанной на Фиг. 1, и новые запросы планирования передаются полосе (запрос планирования + данные).
Схема мультиплексирования для SR, представленная в документе R1-072307, "Uplink Scheduling Request for LTE" 3GPP TSG RAN WG1#49, Kobe, Japan, May 7-11, 2007, Nokia Siemens Networks, Nokia, показана на Фиг. 2 этого описания, где в качестве способа передачи SR авторами была предложена комбинация блочного расширения и модуляции последовательностью с постоянной амплитудой и нулевой автокорреляцией (CAZAC).
В документе R1-070379 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #47bis (Сорренто, Италия, 15-19 января 2007 г.), рассмотрены два различных способа генерации SR: когерентная схема мультиплексирования и некогерентная схема. Когерентная схема мультиплексирования подобна по структуре той схеме, которая была согласована на встрече на Мальте (3GPP TSG RAN WG1 Meeting #48bis, St. Julian's, Malta, March 26-30, 2007) как подлежащая использованию для передачи сообщений о подтверждении/неподтверждении приема (ACK/NACK) по восходящей линии связи. Однако для авторов предпочтительной является некогерентная схема для SR из-за лучших функциональных возможностей мультиплексирования. Кроме того, авторами была рассмотрена схема, в которой передают только положительный SR (то есть, схема амплитудной манипуляции).
Что касается скорости UE, то в документе [TR 25.913] было изложено, что
- Сеть E-UTRAN должна обеспечивать поддержку подвижности по всей сети сотовой связи и должна быть оптимизирована для низкой скорости мобильных устройств от 0 до 15 км/ч.
- Должна быть обеспечена высокоэффективная поддержка более высокой скорости мобильных устройств от 15 до 120 км/ч.
- Подвижность по всей сети сотовой связи должна поддерживаться при скоростях от 120 км/ч до 350 км/ч (или даже до 500 км/ч в зависимости от диапазона частот). Для параметризации физического уровня сеть E-UTRAN должна быть способна поддерживать соединение до скорости 350 км/ч или даже до 500 км/ч в зависимости от диапазона частот.
По-видимому, рабочая зона для самых высоких скоростей UE будет играть весьма важную роль при стандартизации различных функций системы стандарта LTE (дело обстоит именно так, например, для канала произвольного доступа (RACH)). Помимо того факта, что должна быть обеспечена поддержка самых высоких скоростей UE, различия в рабочих характеристиках между различными концепциями обычно являются наибольшими в экстремальной рабочей зоне, например, при самых высоких скоростях UE.
Одним из требований для SR является то, что он должен обеспечивать поддержку достаточно большого количества одновременно действующих UE, чтобы поддерживать служебную нагрузку системы, вызванную SR, достаточно малой. Для максимального увеличения функциональных возможностей мультиплексирования с модуляцией CAZAC-последовательностью, коэффициент расширения SF кода расширения блока максимально увеличен. Предпочтительная схема мультиплексирования SR представлена на чертеже Фиг. 2. В проиллюстрированной схеме количество ресурсов параллельных SR в каждом временном интервале равно 12*7=84.
Мультиплексирование между различными абонентскими устройствами обеспечивается ортогональностью в кодовой области. В качестве ортогональных кодов используют циклические сдвиги последовательности Zadoff-Chu (ZC). Как показано на Фиг. 2, максимальное количество ортогональных кодов может быть вычислено как 12×7=84. Ортогональность в пределах одного блока, или символа FDMA, ограничена разбросом значений задержки в канале и формой импульса синхронизации, используемого в приемопередатчике. Между блоками ортогональность ограничена разбросом значений доплеровского сдвига в канале, а также погрешностью частоты. Фактически, количество ортогональных кодов может быть меньшим, чем 84, вследствие этих явлений.
Замечено, что существует проблема, вызванная тем, что SF=7, то есть что различные циклические сдвиги одного того же кода на уровне блоков начинают создавать помехи друг для друга при увеличении скорости UE. Это означает то, что трудно (или даже невозможно) обеспечивать достаточные рабочие характеристики для случая скорости 360 км/ч при использовании механизма передачи SR, основанного на амплитудной манипуляции. Эта проблема продемонстрирована на Фиг. 3, на которой показано ослабление между различными циклическими сдвигами определенного кода на уровне блоков для конкретного циклического сдвига кода CAZAC в частотной области.
Способ из известного уровня техники должен был бы уменьшать SF расширения на уровне блоков. Авторами замечено, что этот подход
- также весьма сильно уменьшает функциональные возможности мультиплексирования (например, комбинация SF=3 и SF=4 означает, что функциональные возможности мультиплексирования вычислены согласно SF=3)
- или уменьшает зону охвата SR посредством компонента мультиплексирования с разделением по времени (TDM).
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение обеспечивает лучшую поддержку связи с мобильными устройствами при движении с высокой скоростью.
Настоящее изобретение также обеспечивает лучшую поддержку передачи запроса планирования в области экстремального доплеровского сдвига.
Настоящее изобретение может быть сконфигурировано как в режиме работы при малом доплеровском сдвиге, так и в режиме работы при большом доплеровском сдвиге, без дополнительной сигнализации. В режиме работы при большом доплеровском сдвиге используют только те коды, которые являются частично ортогональными друг другу.
Настоящее раскрытие показывает, каким образом следует осуществлять генерацию последовательностей, имеющих свойства частичной ортогональности, при структуре кадра и нумерологии согласно стандарту LTE.
Кроме того, настоящее раскрытие показывает, каким образом следует использовать такие свойства частичной ортогональности для улучшения устойчивости к доплеровскому сдвигу.
Также показано, каким образом следует выполнять мультиплексирование новой структуры последовательности.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения схема запроса планирования, показанная на Фиг. 2, видоизменена таким образом, что обеспечивает поддержку UE, движущихся с высокой скоростью. Коэффициент расширения для блочного расширения изменен на четное число, например с 7 до 6. Это дает возможность использования свойств частичной ортогональности CAZAC-последовательностей, и в результате этого уменьшены межкодовые помехи в случае большого доплеровского сдвига.
Как упомянуто выше, настоящее изобретение создано применительно к новой структуре канала для сети E-UTRA, в которой для канала управления восходящей линии связи применено блочное расширение модуляция последовательностью Zadoff-Chu. Неизбежная проблема максимального увеличения функциональных возможностей мультиплексирования приводит к нумерологии, вызывающей появление последовательностей нечетной длины, не имеющих положительных свойств последовательностей четной длины, которые обеспечивают частичную ортогональность. Последствие этого является катастрофическим с точки зрения функционирования при большом доплеровском сдвиге.
В другом варианте осуществления изобретения частичная ортогональность реализована путем разбиения каждого временного интервала блока только на две ортогональные последовательности. Две ортогональные последовательности могут содержать первую последовательность из трех символов, после которой следует вторая последовательность из четырех символов. Или, в качестве другого примера, две ортогональные последовательности содержат первую последовательность из трех символов, которой предшествуют и после которой следуют два символа упомянутой второй последовательности из четырех символов.
В еще одном варианте осуществления изобретения частичная ортогональность реализована путем использования той же самой структуры временных интервалов, которая используется для сигнализации обратной связи гибридного автоматического запроса на повторную передачу.
В настоящем изобретении предложен новый набор технических решений для обеспечения максимальных функциональных возможностей мультиплексирования без потерь работоспособности при большом доплеровском сдвиге.
Преимущества:
- Настоящее изобретение обеспечивает возможность поддержки области экстремального доплеровского сдвига (за счет сниженных функциональных возможностей мультиплексирования).
- Дополнительное снижение восстанавливает ортогональность.
- Отсутствие потери сигнала по сравнению с подходом при SF=7 (без повторения символов).
- Предложенное в настоящем изобретении создание последовательностей будет сохранять свойства частичной ортогональности для нумерологии, что максимально увеличивает функциональные возможности мультиплексирования.
- Настоящее изобретение позволяет получить высокие рабочие характеристики при большом доплеровском сдвиге, что является необходимым условием для систем стандарта LTE.
- Настоящее изобретение включает в себя дополнительное преимущество нумерологии и совместимости последовательности для канала управления в общем случае. Это в результате приводит к косвенным упрощениям передачи сигналов с последовательностями и их обработки в приемнике.
Недостатки:
- Сниженные функциональные возможности мультиплексирования: эта проблема может быть решена следующим образом - SF должен быть задан как конфигурируемый.
Следует понимать, что все представленные здесь варианты осуществления изобретения, которые приведены в качестве примеров, также могут использоваться в любой удобной комбинации.
Другие задачи и отличительные признаки настоящего изобретения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания, рассматриваемого вместе с сопроводительными чертежами. Однако, следует понимать, что чертежи предназначены исключительно для иллюстративных целей, и их не следует трактовать как определяющие объем настоящего изобретения, для определения которого нужно обратиться к прилагаемой формуле изобретения. Кроме того, следует понимать, что чертежи не изображены в масштабе, и что они просто предназначены для концептуальной иллюстрации описанных здесь структур и процедур.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг. 1 показана процедура передачи запроса планирования.
На Фиг. 2 показана предложенная структура передачи запроса планирования.
На Фиг. 3 проиллюстрировано ослабление между различными циклическими сдвигами кода расширения на уровне блоков.
На чертеже Фиг. 4 показана структура согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 5 показано изменение циклического сдвига согласно настоящему изобретению, в зависимости от активности SR.
На Фиг. 6 показана блок-схема модулятора CAZAC-последовательностью.
На Фиг. 7 показана частичная ортогональность, сгенерированная путем разбиения последовательности.
На Фиг. 8 показана частичная ортогональность, сгенерированная другим способом разбиения последовательности.
На Фиг. 9 показан формат подкадра для длинного циклического префикса (CP) с шестью символами в каждом временном интервале, который является пригодным для дуплексной связи с частотным разделением (FDD).
На Фиг. 10 показан формат подкадра с первой последовательностью из пяти символов в каждом временном интервале, за которой следует вторая последовательность из четырех символов, являющийся пригодным для дуплексной связи с временным разделением (TDD).
На Фиг. 11 показана система согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 12 показано устройство обработки сигналов, пригодное для использования в абонентском устройстве, в базовой станции или в обоих из них.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно идее изобретения в первом варианте его осуществления, показан способ исполнения расширения на уровне блоков таким образом, что реальный SF в области блоков ограничен четным числом N (то есть равен 6), даже несмотря на наличие N+1 символов (например, 7) в исходной последовательности расширения. В предложенной в изобретении схеме блочное расширение выполняют с использованием последовательности расширения длиной N.
- Увеличенную последовательность длиной N+1 блоков получают путем повторения заданного блока из N расширенных блоков.
- Результатом этой конфигурации является то, что частичная ортогональность, которая является свойством последовательности расширения четной длины, может быть обеспечена для нечетного количества блоков.
Отмечено, что было достигнуто ортогональное мультиплексирование по N+1 символам без уменьшения количества переданной энергии.
Описанная выше схема обеспечивает улучшенное функционирование в случае большого доплеровского сдвига (уменьшенные межкодовые помехи между различными кодами блоков). Улучшение функционирования основано на использование частичных свойств ортогональности ортогональных последовательностей CAZAC, Уолша-Адамара.
- Это свойство справедливо для ортогональных последовательностей четной длины.
- Циклические сдвиги 1:2:N (1, 3, 5) являются взаимно ортогональными друг другу не только по N (6) символам, но также и по N/2 (3) символам. То же самое справедливо и для циклических сдвигов 2:2:N (2, 4, 6).
- Циклические сдвиги 1:3:N (1, 4) являются ортогональными друг другу не только по N (6) символам, но также и по N/3 (2) символам. То же самое справедливо и для циклических сдвигов 2:3:N (2, 5) и 3:3:N (3, 6).
Частичная ортогональность может быть учтена при распределении ресурсов таким образом, что в экстремальных условиях (например, при скорости UE 360 км/ч) используют только те коды, которые являются частично ортогональными друг другу.
На Фиг. 4 проиллюстрирована целесообразная для практического применения конфигурация согласно варианту осуществления изобретения. CAZAC-последовательность расширения обозначена ниже как С, а блочный код расширения четной длины обозначен ниже как В.
где N - четное число.
Увеличение длины можно учитывать непосредственно в коде расширения. В этом случае удлиненный блочный код расширения может быть проиллюстрирован следующим образом:
.
Имеется возможность назначения частично ортогональных последовательностей в режиме работы при большом доплеровском сдвиге и всех последовательностей в режиме работы при малом доплеровском сдвиге
Например, имеется возможность задания двух форматов для SR и их конфигурирования индивидуально для конкретной ячейки сотовой связи.
1. SF=7 для обычного режима работы
2. SF=6 + повторение блока для режима работы при большом доплеровском сдвиге.
Как правило, выделяют более одного единичного элемента ресурса для его использования для запросов планирования (SR) в каждой ячейке сотовой связи (каждый ресурс может иметь, максимум, 42 ресурса SR). Имеется возможность конфигурирования множества форматов SR в одной ячейке сотовой связи таким образом, что:
- абонентским устройствам (UE) с большим доплеровским сдвигом выделяют определенный RU, и для них применяют формат SR №2,
- абонентским устройствам (UE), движущимся с низкой скоростью, выделяют иные ресурсы SR. Они по-прежнему могут использовать формат SR №1.
Это минимизирует ухудшение характеристик, вызванное немного меньшими функциональными возможностями мультиплексирования формата SR №2.
Согласно другому варианту осуществления изобретения, также имеется возможность изменения предоставления кодов в режиме большого доплеровского сдвига, что показано на Фиг. 5:
1. Когда активность SR является довольно низкой, то используют циклические сдвиги 0-6,
2. Когда активность SR является более высокой, то используют циклический сдвиг через каждую секунду.
Свойство частичной ортогональности также может быть сгенерировано посредством разбиения последовательности. Как показано в варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 6, последовательность длиной 7 может быть разделена на две ортогональные последовательности, например, длиной 3 и длиной 4. Недостатком является уменьшение способности мультиплексирования, поскольку она определяется более короткими последовательностями. Для сохранения функциональных возможностей мультиплексирования может быть применено дополнительное ортогональное покрытие поверх коротких последовательностей ортогонального покрытия, что в результате приводит к 6 ортогональным последовательностям. Дополнительное ортогональное покрытие может быть отключено в условиях большого доплеровского сдвига. Информация о переключении может быть известной только узлу eNodeB, и отсутствует необходимость в ее сигнализации в UE. Таким образом, отсутствует необходимость в дополнительной сигнализации.
В качестве еще одного варианта осуществления изобретения, показанного на Фиг. 7, для обеспечения максимальной гибкости мультиплексирования сообщений о подтверждении/неподтверждении приема (ACK/NACK) и SR, и повторного использования последовательности, могут быть предоставлены последовательности ортогонального покрытия SR, имеющие ту же самую структуру, которая используется для сообщений ACK/NACK, то есть, для гибридного автоматического запроса на повторную передачу (HARQ). Недостатком является еще большее ухудшение мультиплексирования SR в режиме работы при большом доплеровском сдвиге; могут использоваться только 2 ортогональных кода покрытия.
В случае положительного запроса планирования CAZAC-последовательность  с циклическим сдвигом, имеющая длину =12, может быть подвернута операции блочного расширения посредством ортогональной последовательности . Предполагая, что ,  задана как комбинация двух отдельных последовательностей: CAZAC-последовательности  с циклическим сдвигом, умноженной либо на 1, либо на -1 в зависимости от индекса кода формирования канала, и последовательности Адамара .
Блочное расширение выполняют либо согласно способу 1, либо согласно способу 2:
где
и  (Способ 1)
или ; Способ 2)
На Фиг. 8 показана частичная ортогональность, сгенерированная другим способом разбиения последовательности, а именно, способом, в котором две ортогональные последовательности содержат первую последовательность из трех символов, которой предшествуют и после которой следуют два символа второй последовательности из четырех символов.
На Фиг. 9 показан формат подкадра для длинного циклического префикса (CP) с шестью символами в каждом временном интервале, пригодный для FDD.
На чертеже Фиг. 10 показан формат подкадра с первой последовательностью из пяти символов в каждом временном интервале, после которой следует вторая последовательность из четырех символов, пригодный для TDD.
На Фиг. 11 показана система, содержащая абонентское устройство и базовую станцию (именуемую в стандарте LTE узлом "eNode B"). Как абонентское устройство, так и базовая станция содержат приемопередатчик и устройство обработки сигналов. Устройства обработки сигналов могут быть реализованы как устройства различных типов, в том числе, в виде устройства обработки, показанного на Фиг. 12, но этот пример не является ограничивающим признаком. Каждый приемопередатчик соединен с каждой из антенн и связь между абонентским устройством и базовой станцией происходит через интерфейс беспроводной связи. В стандарте LTE каналом передачи запросов планирования является восходящий канал связи. По существу, узел eNodeB распределяет ресурсы кода и передает их в UE. При необходимости узел eNodeB может использовать предложенную в настоящем изобретении структуру SR в формате, предназначенном для большого доплеровского сдвига, путем предоставления ресурсов кода для UE согласно настоящему изобретению. Затем узел eNodeB использует предложенную в настоящем изобретении структуру SR при приеме SR из UE.
Устройство обработки сигналов в абонентском устройстве может иметь вид, показанный на Фиг. 6, и, по существу, содержит устройство расширения для блочного расширения последовательности символов посредством кодов расширения с частичной ортогональностью согласно настоящему изобретению и как проиллюстрировано выше. Само собой разумеется, что проиллюстрированный приемопередатчик абонентского устройства включает в себя передатчик, предназначенный для передачи одного или больее запросов планирования, подвергнутых блочному расширению с упомянутой частичной ортогональностью.
Устройство обработки сигналов в базовой станции также может иметь вид, показанный на Фиг. 12, и, по существу, содержит устройство обращения расширения для блочного обращения расширения последовательности символов, переданной UE с частичной ортогональностью и принятой базовой станцией. Само собой разумеется, что проиллюстрированный приемопередатчик базовой станции включает в себя приемник для приема одного или более запросов планирования, подвергнутых блочному расширению, с упомянутой частичной ортогональностью. Устройство обработки сигналов в базовой станции может иметь вид, подобный показанному на Фиг. 6, за исключением того, что оно выполняет обратные операции для реализации функции обращения расширения.
На Фиг. 12 показано универсальное устройство обработки сигналов, пригодное для выполнения показанных выше функций обработки сигналов. Оно включает в себя постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), центральный процессор (CP), генератор тактовых импульсов, порт ввода-вывода (I/O) и прочие функции, причем все они связаны между собой шиной данных, адресов и управления (DAC). ПЗУ представляет собой считываемый посредством компьютера носитель информации, способный обеспечивать хранение программного кода, написанного таким образом, что он обеспечивает выполнение различных описанных выше функций вместе с ОЗУ, CP, устройствами ввода-вывода и т.д. Конечно же, следует понимать, что одна и та же функция обработки сигналов может быть реализована посредством комбинации аппаратных средств и программного обеспечения и даже может быть полностью реализована аппаратными средствами посредством специализированной интегральной схемы, то есть, без программного обеспечения.