СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО КОДИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ФАЗОВОГО СДВИГА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ В БЕСПРОВОДНОЙ СИСТЕМЕ СВЯЗИ
METHOD OF TRANSFER USING PRELIMINARY CODING BASED ON PHASE SHIFT AND DEVICE FOR ITS REALISATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу передачи и, в частности, к способу передачи с использованием предварительного кодирования на основе фазового сдвига и к устройству для его реализации в беспроводной системе связи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В области широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (W-CDMA) проводятся исследования с применением множества антенн для увеличения пропускной способности системы, скорости передачи данных и надежности линии связи путем реализации различных схем, таких как формирование луча, передача с множеством входов и множеством выходов (MIMO) и разнесение передачи. В частности, схема MIMO обеспечивает высокую скорость передачи путем пространственного разнесения, аналогично технологии V-BLAST, которая принята Проектом партнерства третьего поколения (3GPP).
Сверх того, система с двумя антеннами, принятая в Выпуске 99 и Выпуске 4 и основанная на разнесении передачи, была усовершенствована до нового типа схемы разнесения, такого как управление скоростью по каждой антенне (PARC) или управление единой скоростью по каждому пользователю (PU2RC), согласно которым рассматривается работа с использованием более трех антенн.
Фиг.1A представляет собой схему, иллюстрирующую структуру PARC для одного пользователя. Фиг.1B представляет собой схему, иллюстрирующую структуру PARC для множества пользователей.
Что касается обычной технологии V-BLAST, то каждая передающая антенна может быть сконфигурирована, используя одну и ту же модуляцию и кодирование без информации обратной связи в форме информации качества канала (CQI). Тем не менее, как показано на Фиг.1A и 1B, технология PARC использует информацию обратной связи, относящуюся к состояниям канала, например схеме модуляции и кодирования (MCS) и/или подгруппе передающих антенн (TAS), и выбирает поток пользовательских данных, который должен быть передан каждой антенной.
Ссылаясь на Фиг.1A, выбирается какой-либо один из трех потоков пользовательских данных, поскольку в данном случае рассматривается пример иллюстрации PARC для одного пользователя. Согласно Фиг.1B выбираются, по меньшей мере, два из трех потоков пользовательских данных, поскольку в данном случае рассматривается пример иллюстрации PARC для множества пользователей.
Далее, модуляция и кодирование с использованием информации обратной связи, относящейся к состояниям канала, применяется к потокам пользовательских данных, хранимых в буфере после демультиплексирования. Далее, потоки пользовательских данных мультиплексируются, используя определенную схему (например, схему множественного доступа с ортогональным частотным разделением (OFDMA)), и передаются через каждую антенну.
Иначе говоря, базовая станция, применяющая схему PARC, использует информацию обратной связи, передаваемую от мобильной станции (MS), для того, чтобы выполнять планирование для оптимизации скорости передачи. Таким образом, одна или две или более мобильных станций могут одновременно совместно использовать частотные и временные ресурсы в области пространства. Более того, схема PARC предоставляет возможность увеличения усиления разнесения, поскольку увеличивается количество мобильных станций, планирование которых выполняет базовая станция.
Путем использования схемы PARC служебная информация обратной связи уменьшается, поскольку в качестве информации обратной связи используется только CQI. Исходя из меньшего или уменьшенного объема служебной информации, в течение процесса обратной связи вероятность возникновения ошибки будет относительно ниже, и может иметь место переключение с PARC для одного пользователя на PARC для множества пользователей. Тем не менее, в случае PARC для множества пользователей между пользователями могут возникнуть помехи, таким образом, влияя на эффективность передачи.
Фиг.2 представляет собой схему, иллюстрирующую структуру PU2RC. Схема PU2RC использует пространственное мультиплексирование для передачи потоков данных множества пользователей. По существу, выбирается множество потоков данных для передачи множеству пользователей. В схеме PU2RC для выполнения предварительного кодирования используется унитарная матрица, основанная на разложении матрицы MIMO-канала по сингулярным числам.
Более конкретно, унитарная матрица в передатчике представляет собой набор унитарных базовых векторов, выбранных всеми пользователями (или мобильными станциями). Если набор векторов фиксирован, что представляется посредством M, то один или более пользователей выбирают унитарные базовые векторы.
Сверх того, схема PU2RC может быть использована, чтобы уменьшить межпользовательские помехи и достичь высокой эффективности усиления. Тем не менее, объем информации обратной связи может быть достаточно большим, поскольку информация может включать в себя предпочтительный индекс матрицы в добавление к предпочтительному вектору в матрице, в результате чего увеличивается вероятность ошибки передачи из-за большого объема информации обратной связи.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ
Соответственно, настоящее изобретение направлено на способ передачи с использованием предварительного кодирования на основе фазового сдвига и устройство для реализации того же в беспроводной системе связи, благодаря которым существенно смягчаются одна или более проблем, связанных с ограничениями и недостатками существующего уровня техники.
Целью настоящего изобретения является предоставление способа передачи данных с использованием множества поднесущих в беспроводной системе связи с множеством антенн.
Еще одной целью настоящего изобретения является предоставление передающего и принимающего устройства в MIMO-системе связи, использующей множество поднесущих.
Дополнительные преимущества, цели и признаки настоящего изобретения частично изложены в следующем описании и частично будут очевидны специалистам в данной области техники при рассмотрении следующего описания или могут быть изучены путем практической реализации настоящего изобретения. Цели и другие преимущества настоящего изобретения будут понятны и достигнуты с помощью структуры, выделенной в письменном описании и формуле изобретения, а также в прилагаемых чертежах.
Для достижения этих целей и других преимуществ и в соответствии с целью настоящего изобретения, как осуществлено и подробно описано в настоящем документе, способ передачи данных с использованием множества поднесущих в беспроводной системе передачи данных с множеством антенн включает в себя этапы, на которых принимают от мобильной станции (MS) информацию обратной связи, независимо выполняют канальное кодирование и модуляцию пользовательских данных, которые требуется передать каждой антенной, используя принятую информацию обратной связи, определяют матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига для увеличения фазового угла пользовательских данных на фиксированную величину и выполняют предварительное кодирование, применяя к пользовательским данным определенную матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига.
В еще одном аспекте настоящего изобретения передающее и принимающее устройство в многопользовательской системе связи с множеством антенн, в которой используются множество поднесущих, включает в себя канальный кодер и модулятор, сконфигурированные так, чтобы независимо выполнять канальное кодирование и модуляцию пользовательских данных для каждой антенны, используя информацию обратной связи от принимающего устройства, и первый прекодер, сконфигурированный так, чтобы определять матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига и выполнять предварительное кодирование пользовательских данных, используя определенную матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига, причем матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига определяется на основании увеличения угла фазы пользовательских данных для каждой антенны на фиксированную величину.
Следует понимать, что как вышеизложенное общее описание, так и следующее подробное описание настоящего изобретения являются примерными и пояснительными, и они предназначены для предоставления дополнительного объяснения настоящего изобретения согласно формуле изобретения.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Прилагаемые чертежи, которые включены в состав данного документа для предоставления дополнительного разъяснения изобретения и которые представляют часть этой заявки, иллюстрируют вариант(ы) осуществления настоящего изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов настоящего изобретения. На чертежах:
Фиг.1A - схема, иллюстрирующая структуру PARC для одного пользователя;
Фиг.2 - схема, иллюстрирующая структуру PU2RC;
Фиг.3A - схема, иллюстрирующая передатчик системы связи согласно первому варианту осуществления;
Фиг.3B и 3C - схемы, иллюстрирующие процессы или процедуры прекодера передатчика с Фиг.3A;
Фиг.4 - схема, иллюстрирующая предварительное кодирование на основе фазового сдвига;
Фиг.5 - схема, иллюстрирующая изменение размера канала в результате циклической задержки;
Фиг.6 - схема, иллюстрирующая систему с четырьмя (4) антеннами и скоростью передачи 2, к которой применяются обычные схемы пространственного мультиплексирования и разнесения циклической задержки;
Фиг.7 - схема системы с множеством антенн, к которой применяется матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига согласно Уравнению 10;
Фиг.8 - схема системы с четырьмя антеннами, где выбрана конкретная часть матрицы предварительного кодирования;
Фиг.9 - схема, иллюстрирующая передатчик согласно второму варианту осуществления;
Фиг.10 - схема, иллюстрирующая процесс передатчика и приемника в системе с множеством антенн, которая поддерживает предварительное кодирование на основе кодовой книги;
Фиг.11A - схема, иллюстрирующая сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в среде, где в канале ITU PedA отсутствует пространственная корреляция;
Фиг.11B - схема, иллюстрирующая сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в среде, где пространственная корреляция составляет 70%;
Фиг.12A - схема, иллюстрирующая сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в канале TU с высокочастотной селекцией; и
Фиг.12B - еще одна схема, иллюстрирующая сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в канале TU с высокочастотной селекцией.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже следует подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы в прилагаемых чертежах. Где это возможно, для обозначения одинаковых или схожих элементов используются одинаковые ссылочные позиции.
Идеи, связанные с настоящим изобретением, могут быть применены к различным беспроводным системам связи. Беспроводная система связи может использоваться для предоставления услуг, связанных с передачей голоса, аудиосигналов, пакетных данных и т.п. Более того, нижеизложенные идеи могут быть использованы в передачах как по нисходящей линии связи, так и по восходящей линии связи. Так, передача по нисходящей линии связи относится к передаче от базовой станции к мобильной станции, а передача по восходящей линии связи относится к передаче от мобильной станции к базовой станции.
Базовая станция обычно также упоминается как стационарная станция или Узел B (Node B), базовая приемопередающая система (BTS), точка доступа (AP), сеть, обслуживающая станция и т.п. Мобильная станция может быть мобильной и/или стационарной и может упоминаться как пользовательское оборудование (UE), пользовательский терминал (UT), абонентская станция (SS), мобильная абонентская станция (MSS), мобильный терминал (MT), беспроводное устройство и т.п.
Идеи, связанные с настоящим изобретением, могут быть применены к системе связи с одной несущей или множеством несущих. Система с множеством несущих может использовать различные схемы модуляции, такие как мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM) и множественный доступ с ортогональным частотным разделением (OFDMA). OFDM/OFDMA является схемой, в которой полосы всей системы разделяются на множество поднесущих, которые ортогональны друг другу. Поднесущие также могут упоминаться как поддиапазон или тон. Альтернативно, система с одной несущей может использовать различные схемы модуляции, включающие в себя множественный доступ с частотным разделением с одной несущей (SC-CDMA) или множественный доступ с кодовым разделением (CDMA).
Обычно система связи содержит передатчик и приемник. Блок или модуль, который может выполнять функции передатчика и приемника, может упоминаться как приемопередатчик. Тем не менее, для целей описания информации обратной связи в настоящем документе передатчик и приемник могут быть использованы независимым образом.
В направлении нисходящей линии связи передатчик может быть частью базовой станции, а приемник может быть частью мобильной станции. Альтернативно, передатчик может быть частью мобильной станции, тогда как приемник может быть частью базовой станции. Базовая станция может включать в себя множество передатчиков и/или приемников. Аналогично, мобильная станция может включать в себя множество передатчиков и/или приемников.
ПЕРВЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Этот вариант осуществления относится к оптимизации эффективности передачи путем независимой конфигурации модуляции и кодирования каждой передающей антенны в многопользовательской системе с множеством антенн. В данном случае предварительное кодирование на основе фазового сдвига может быть применено, чтобы минимизировать или уменьшить помехи между пользователями.
t
t
Фиг.3A представляет собой схему, иллюстрирующую передатчик системы связи согласно первому варианту осуществления. Ссылаясь на Фиг.3A, передатчик 100 содержит планировщик/мультиплексор 110, множество канальных кодеров/модуляторов (120-1 ~ 120-N), предварительный кодер (прекодер) 130, множество последовательно-параллельных преобразователей S/P (140-1 ~ 140-N) и множество модуляторов (150-1 ~ 150-N).
Фиг.3B и 3C представляют собой схемы, иллюстрирующие процессы или процедуры прекодера передатчика с Фиг.3A.
На Фиг.3A планировщик/мультиплексор 110 может быть сконфигурирован так, чтобы выполнять планирование пользователя (или мобильной станции), когда потоки информационных битов вводятся каждым пользователем. Из всех запланированных пользователей может быть выбран действительный пользователь для передачи, и выбранные информационные биты могут быть мультиплексированы.
Множество кодеров/модуляторов (120-1 ~ 120-N) канала могут быть сконфигурированы так, чтобы выводить кодированные данные путем кодирования мультиплексированных информационных битов согласно предписанной схеме(-ам) кодирования. Далее, кодированные данные могут быть модулированы посредством предписанной схемы модуляции. Информационные биты могут включать в себя текст, аудио, видео или другие типы данных.
Сверх того, множество кодеров/модуляторов (120-1 ~ 120-N) канала могут присоединять или добавлять биты обнаружения ошибок (например, контроль при помощи циклического избыточного кода, CRC)) к информационным битам и добавлять дополнительные коды для коррекции ошибок. Некоторые примеры кодов коррекции ошибок включают в себя турбо-коды, коды с контролем четности низкой плотности (LDPC) и сверточный код.
Множество кодеров/модуляторов (120-1 ~ 120-N) канала могут быть сконфигурированы так, чтобы сопоставлять (или назначать) кодированные данные символам в совокупности амплитуд и фаз. Применимые схемы модуляции не ограничены какими-либо конкретными схемами и могут варьироваться, и эти схемы могут представлять собой схему m-квадратурной фазовой манипуляции (m-PSK) или схему m-квадратурной амплитудной модуляции (m-QAM). Например, схема m-PSK включает в себя двоичную фазовую манипуляцию (BPSK), квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK) или 8-PSK. Кроме того, m-QAM включает в себя 16-QAM, 64-QAM или 256-QAM.
Прекодер 130 может быть сконфигурирован так, чтобы применять к сопоставленным символам предварительное кодирование на основе фазового сдвига. Так, прекодер 130 может вывести символ передачи, который представляет собой набор символов, передаваемых в течение одного периода передачи или одного временного слота. Детали выполняемого прекодером 130 предварительного кодирования на основе фазового сдвига описаны ниже.
t
t
t
t
Множество последовательно-параллельных преобразователей (140-1 ~ 140-N) могут быть сконфигурированы так, чтобы параллельно выводить предварительно кодированные символы передачи во множество модуляторов (150-1 ~ 150-N). Множество модуляторов (150-1 ~ 150-N) могут быть сконфигурированы так, чтобы модулировать каждый символ передачи, принимаемый от последовательно-параллельных преобразователей (140-1 ~ 140-N), согласно схеме модуляции множественного доступа. Схемы модуляции множественного доступа, которые можно применять, не ограничены какими-либо конкретными схемами. Эти схемы могут представлять собой схему модуляции по одной несущей (например, CDMA) или схему модуляции по множеству несущих (например, OFDMA).
t
t
В нижеописанном примере рассматривается схема предварительного кодирования на основе фазового сдвига, применяемая в системе с двумя антеннами и/или системе с четырьмя антеннами посредством схемы модуляции OFDM по множеству несущих. Кроме того, нижеизложенное описание относится к применению предварительного кодирования на основе фазового сдвига к системе с множеством антенн, где количество антенн составляет N. Более конкретно, нижеизложенное описание может быть основано на структуре общей матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига, которая может быть применена для усовершенствования системы с множеством антенн, где количество антенн составляет N.
Схема предварительного кодирования на основе фазового сдвига
Фиг.4 представляет собой схему, иллюстрирующую предварительное кодирование на основе фазового сдвига. Предварительное кодирование на основе фазового сдвига может быть определено как схема, согласно которой потоки данных передаются через все антенны, но они перемножаются с различными (или независимыми) последовательностями фаз. Обычно, если для генерации последовательности фаз может быть использована небольшая циклическая задержка, то частотный выбор канала предоставляется со стороны приемника (например, мобильной станции), и размер канала может увеличиться или уменьшиться в зависимости от частотной области.
P
Фиг.5 представляет собой схему, иллюстрирующую изменение размера канала в результате циклической задержки. Согласно Фиг.5 передатчик 100 может реализовать частотное разнесение путем назначения пользователей (или мобильных станций) интервалам частоты, где состояние канала улучшается из-за повышения частоты в частотной области. Так, определенные участки частотной области имеют широкую полосу частот, и они менее подвержены флуктуациям, вызываемым относительно малыми значениями циклической задержки. Для применения к каждой антенне значений циклической задержки, которые равномерно увеличиваются или уменьшаются, может быть применена матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига, согласно уравнению (1).
[Уравнение 1]
t
t
.
В уравнении (1) k обозначает индекс поднесущих или индекс частотного ресурса, в котором конкретная частотная полоса назначается для каждого ресурса, а (i=1,..., N, j=1, 1,..., R) обозначает комплексный вес, определенный согласно kКроме того, N обозначает количество передающих антенн или виртуальных антенн (например, число коэффициентов пространственного мультиплексирования), и R обозначает коэффициент пространственного мультиплексирования. В данном случае величина комплексного веса может варьироваться в соответствии с индексом OFDM-символов и соответствующих поднесущих, перемноженных на антенны. Кроме того, величина комплексного веса может быть определена состоянием канала и/или информацией обратной связи. Предпочтительно матрица P предварительного кодирования из уравнения (1) конфигурируется, используя унитарную матрицу, чтобы уменьшить потери пропускной способности канала системы с множеством антенн.
Для выражения пропускной способности канала системы с множеством антенн и разомкнутым контуром может использоваться следующее уравнение, чтобы определять элементы (или компоненты) унитарной матрицы.
[Уравнение 2]
r
t
r
В уравнении (2) H обозначает матрицу канала с множеством антенн размерности N×N, а N обозначает количество приемных антенн. Если уравнение (2) применить к матрице P предварительного кодирования на основе фазового сдвига, то результат может быть выражен согласно уравнению (3).
[Уравнение 3]
H
P
Согласно уравнению (3) для того чтобы минимизировать или устранить потери пропускной способности канала, матрица PP должна быть единичной матрицей. По существу, матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига должна удовлетворять следующему условию уравнения (4).
[Уравнение 4]
Для того чтобы матрица P предварительного кодирования на основе фазового сдвига преобразовалась в единичную матрицу, необходимо обеспечить выполнение двух условий. То есть одновременно должны быть удовлетворены условие ограничения мощности и условие ограничения ортогональности. Условие ограничения мощности относится к изменению размера каждого столбца матрицы до 1. Кроме того, условие ограничения ортогональности относится к обеспечению ортогональности каждого столбца (или чтобы столбцы были ортогональны друг другу).
Уравнение (5) и уравнение (6) являются примерами этих условий.
[Уравнение 5]
[Уравнение 6]
Вышеизложенное описание в привязке к уравнениям (2)~(6) относится к унитарной матрице. Следующее описание унитарной матрицы относится к матрице предварительного кодирования на основе фазового сдвига с размерностью 2×2.
Уравнение (7) представляет общую матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига, которая применяется в системе с двумя передающими антеннами и коэффициентом пространственного мультиплексирования, равным 2.
[Уравнение 7]
i
i
i
В уравнении (7) α, β,(i=1, 2) представляют действительные числа, θ(i=1, 2, 3, 4) обозначает значение фазы, а k обозначает индекс поднесущей или индекс ресурса OFDM-сигналов.
Для преобразования матрицы предварительного кодирования (например, уравнение (7)) в единичную матрицу должно быть удовлетворено условие ограничения мощности по уравнению (8) и условие ограничения ортогональности по уравнению (9).
[Уравнение 8]
[Уравнение 9]
В уравнениях (8) и (9) символ * обозначает комплексно-сопряженное число. Если матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига с размерностью 2×2 удовлетворяет уравнениям (7)~(9), то подобная матрица может быть выражена согласно уравнению (10).
[Уравнение 10]
2
3
Согласно Фиг.10 θ и θ сохраняют ортогональное отношение на основании удовлетворения условию ограничения ортогональности. Это может быть выражено, как показано в уравнении (11).
[Уравнение 11]
2
2
2
2
Матрица предварительного кодирования может храниться в передатчике и приемнике в форме кодовой книги. Кодовая книга может включать в себя различные матрицы предварительного кодирования, сгенерированные посредством определенного количества различных значений θ. Так, значение θ может быть сконфигурировано на основании состояний канала и того, предоставлена ли информация обратной связи. Если информация обратной связи предоставлена (или используется), то значение θ может быть установлено равным малой величине. Если же информация обратной связи не предоставлена (или не используется), то значение θ может быть установлено равным большой величине, чтобы обеспечить большое усиление частотного разнесения.
Даже если генерируется матрица на основе фазового сдвига, аналогично уравнению (7), может потребоваться установить коэффициент R мультиплексирования на низкий уровень, ввиду действительного количества антенн из-за состояния канала. В подобном случае из сгенерированной матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига может быть выбрано определенное количество столбцов, соответствующих текущему коэффициенту пространственного мультиплексирования (например, пониженному коэффициенту пространственного мультиплексирования), чтобы реконфигурировать матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига. Иначе говоря, новая матрица предварительного кодирования, которая должна быть применена к соответствующей системе, не генерируется заново при каждом изменении коэффициента пространственного мультиплексирования. Вместо этого исходную (или сгенерированную в начале) матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига можно продолжать использовать, и специфицированный столбец соответствующей матрицы предварительного кодирования может быть выбран, чтобы реконфигурировать матрицу предварительного кодирования.
Например, согласно уравнению (10) система связи содержит две передающие антенны, и коэффициент пространственного мультиплексирования составляет 2. Тем не менее, коэффициент пространственного мультиплексирования может измениться и быть уменьшен до 1. В подобном случае может быть выбран столбец из матрицы предварительного кодирования уравнения (10), и выбранный столбец может быть использован для предварительного кодирования.
Например, если выбирается второй столбец, то матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига может быть выражена согласно уравнению (12). Более того, эта форма уравнения аналогична форме, где схема разнесения циклической задержки применяется в системе с двумя передающими антеннами.
[Уравнение 12]
Уравнение (12) иллюстрирует систему с двумя передающими антеннами. Тем не менее, это уравнение также может быть применено к системе с четырьмя передающими антеннами. Иначе говоря, в системе с четырьмя передающими антеннами после того, как генерируется матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига, конкретный столбец выбирается согласно изменению коэффициента пространственного мультиплексирования (например, коэффициент пространственного мультиплексирования изменяется с 2 на 1) и выбранный конкретный столбец может использоваться для предварительного кодирования.
Фиг.6 представляет собой схему, иллюстрирующую систему с четырьмя передающими антеннами и скоростью передачи 2, к которой применяются обычные схемы пространственного мультиплексирования и разнесения циклической задержки. Фиг.7 представляет собой схему системы с множеством антенн, к которой применяется матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига согласно уравнению (10).
1
2
Согласно Фиг.6 первая последовательность S и вторая последовательность S передаются на первую антенну (например, антенну 1) и третью антенну (антенну 3), соответственно. Кроме того, первая последовательность  с фазовым сдвигом и вторая последовательность  с фазовым сдвигом передаются на вторую антенну (например, антенну 2) и четвертую антенну (например, антенну 4), соответственно. Исходя из подобной конфигурации можно отметить, что коэффициент пространственного мультиплексирования составляет 2.
Согласно Фиг.7 последовательность  передается на первую антенну (например, антенну 1), последовательность  передается на третью антенну (например, антенну 3), последовательность  передается на вторую антенну (например, антенну 2), а последовательность  передается на четвертую антенну (например, антенну 4).
По сравнению с системой по Фиг.6, система по Фиг.7 использует унитарную матрицу предварительного кодирования, чтобы выполнять циклическую задержку (или фазовый сдвиг) на четырех (4) антеннах, чтобы использовать преимущество схемы разнесения циклической задержки.
Соответствие матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига с коэффициентом пространственного мультиплексирования в системе с двумя антеннами и в системе с четырьмя антеннами может быть организовано следующим образом.
Таблица 1
Система с двумя антеннами
Система с четырьмя антеннами
Коэффициент 1 пространственного мультиплексирования
Коэффициент 2 пространственного мультиплексирования
Коэффициент 1 пространственного мультиплексирования
Коэффициент 2 пространственного мультиплексирования
<img file="00000020.tif" he="17" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000021.tif" he="16" wi="33" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000022.tif" he="28" wi="23" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000023.tif" he="26" wi="33" img-content="undefined" img-format="tif" />
i
В Таблице 1 θ(i=1,2,3) обозначает величину циклической задержки согласно фазовым углам, а k обозначает индекс поднесущих OFDM или индекс ресурса. Каждый из четырех типов матриц предварительного кодирования, показанных в Таблице 1, может быть получен путем выбора определенной части матрицы предварительного кодирования из системы с четырьмя антеннами с коэффициентом 2 пространственного мультиплексирования. Это проиллюстрировано на Фиг.8, которая представляет собой схему системы с четырьмя антеннами, где выбрана конкретная часть матрицы предварительного кодирования.
Кроме того, можно сэкономить объем хранилища или памяти передатчика и приемника, поскольку нет необходимости в отдельности или независимым образом предоставлять в кодовой книге каждую из четырех матриц предварительного кодирования, показанных в Таблице 1. Сверх того, как описано выше, на основании той же логики матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига может быть применена к системе с М антеннами и коэффициентом N мультиплексирования (N<M).
Первый прекодер для реализации схемы предварительного кодирования на основе фазового сдвига
Первый прекодер 130 содержит модуль 131-1 генерации матрицы предварительного кодирования, модуль 133-1 реконфигурации матрицы и модуль 134-1 предварительного кодирования. Более конкретно, модуль 131-1 генерации матрицы предварительного кодирования может быть сконфигурирован так, чтобы определять опорную строку, соответствующую первой поднесущей из предписанной матрицы предварительного кодирования, и чтобы выполнять фазовый сдвиг для определения остальных строк. В данном случае фазовый сдвиг основан на увеличении фазового угла опорной строки на постоянную или одинаковую величину.
В настоящем изобретении предварительное кодирование может быть выполнено, используя унитарную матрицу с определенным размером (например, (количество передающих антенн) × (коэффициент пространственного мультиплексирования)). Унитарная матрица может быть предоставлена индексу каждой поднесущей или индексу ресурса, и унитарная матрица для первого индекса может быть сдвинута по фазе, чтобы можно было определить унитарную матрицу для остальных индексов.
Модуль 131-1 генерации матрицы предварительного кодирования может выбрать произвольную первую матрицу предварительного кодирования из кодовой книги, хранимой в памяти. Вторая матрица предварительного кодирования для поднесущих второго индекса может быть сгенерирована путем применения малого фазового сдвига к первой матрице предварительного кодирования. В данном случае величина фазового сдвига может быть определена на основании состояния канала и/или того, принята ли информация обратной связи.
Кроме того, третья матрица предварительного кодирования для поднесущих третьего индекса может быть сгенерирована путем применения малого фазового сдвига ко второй матрице предварительного кодирования. Аналогичным образом могут быть сгенерированы все остальные матрицы предварительного кодирования согласно процессам, описанным выше.
Модуль 133-1 реконфигурации матрицы может быть сконфигурирован так, чтобы выбирать определенное количество столбцов, соответствующих коэффициентам пространственного мультиплексирования (например, 1 или 2) каждой матрицы предварительного кодирования, сгенерированной из модуля 131-1 генерации матрицы предварительного кодирования, и чтобы игнорировать остальные (или невыбранные) столбцы при реконфигурировании матрицы предварительного кодирования. В данном случае матрица предварительного кодирования может быть сгенерирована на основе только выбранного столбца. Сверх того, в качестве определенного столбца из матрицы предварительного кодирования может быть выбран произвольный столбец, или определенный столбец может быть выбран согласно предписанной схеме.
В заключение, модуль 134-1 предварительного кодирования может быть сконфигурирован так, чтобы выполнять предварительное кодирование путем замены или назначения OFDM-символов, соответствующих этим поднесущим, каждой определенной матрице предварительного кодирования.
Общая схема предварительного кодирования на основе фазового сдвига
t
t
Вышеприведенное описание относительно конфигурирования матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига было основано на системе с четырьмя передающими антеннами и коэффициентом пространственного мультиплексирования, равным 2. Как упоминалось, вышеприведенное описание также может быть применено к системе с N антеннами (где N больше или равно 2 и является натуральным числом) и коэффициентом пространственного мультиплексирования, равным R (где R>1 и является натуральным числом). Подобное применение может быть реализовано, используя вышеописанные процессы, и может быть обобщено посредством уравнения (13).
[Уравнение 13]
В уравнении (13) матрица справа от знака равенства ('=') представляет унитарную матрицу для фазового сдвига, причем матрица U представляет собой унитарную матрицу для особой цели, которая удовлетворяет условию .
Сверх того, если система имеет две передающие антенны и использует 1-битную кодовую книгу, то матрица предварительного кодирования на основе фазового сдвига может быть выражена согласно уравнению (14).
Согласно уравнению (14) поскольку β может быть легко определено после определения α, то α может быть предварительно установлено согласно двум значениям, и информация относительно предварительно установленных значений может быть передана обратно в форме индекса кодовой книги. Например, если индекс кодовой книги обратной связи равен 0, то α может быть равно 0,2, а если индекс кодовой книги обратной связи равен 1, то α может быть равно 0,8. Подобные значения могут быть предварительно определены и могут совместно использоваться передатчиком и приемником. Кроме того, каждый столбец может быть назначен различному пользователю (пользователям).
Как пример матрицы U, предписанная матрица предварительного кодирования может быть использована для достижения выигрыша в отношении сигнал/шум от разнесения. Для этой цели, если используется код Уолша, то матрица P предварительного кодирования на основе фазового сдвига может быть выражена согласно уравнению (15).
[Уравнение 15]
Уравнение (15) основано на системе с четырьмя передающими антеннами и коэффициентом пространственного мультиплексирования, равным 4. В данном случае, вторая матрица справа от знака равенства (то есть содержащая единицы со знаком + или -) может быть реконфигурирована, чтобы выбрать конкретную антенну (то есть выбор антенны) и/или отрегулировать коэффициент пространственного мультиплексирования (то есть настройка коэффициента).
Уравнение (16) представляет реконфигурированную единичную матрицу для выбора двух антенн в системе с четырьмя передающими или виртуальными антеннами.
[Уравнение 16]
Как описано выше, коэффициент пространственного мультиплексирования может меняться или варьироваться из-за различных факторов, включающих в себя изменения во времени и/или состоянии канала. Нижеприведенная Таблица 2 иллюстрирует способ реконфигурирования второй матрицы справа от знака равенства (то есть представленной нулями и единицами со знаком + или -), для ее приведения в соответствие с измененным (или изменяющимся) коэффициентом пространственного кодирования.
В Таблице 2, первый столбец, первый и второй столбцы и/или столбцы с первого по четвертый могут быть выбраны в соответствии с коэффициентом мультиплексирования (например, коэффициентом мультиплексирования, равным 1, 2 или 4). Однако коэффициент мультиплексирования (или выбор столбцов) не ограничен примером из Таблицы 2, и коэффициент мультиплексирования может быть равен одному (1), и может быть выбран любой один из четырех столбцов. Более того, если коэффициент мультиплексирования равен двум (2), то могут быть выбраны любые два из четырех столбцов (например, 1-2, 2-3, 3-4 или 4-1).
Кроме того, один или более столбцов в матрице в Таблице 2 могут быть назначены различным пользователям, чтобы разделять ресурсы пространственной области.
В добавление, вторая матрица может быть предоставлена передатчику и приемнику в форме кодовой книги. В таком случае передатчик может получить от приемника информацию индекса кодовой книги. Далее, передатчик может выбрать унитарную матрицу (то есть вторую матрицу) соответствующего индекса из кодовой книги и использовать уравнение (13), чтобы конфигурировать матрицу предварительного кодирования на основе фазового сдвига.
R
R
Кроме того, величина циклической задержки для матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига может быть предварительно определена в передатчике и в приемнике. Альтернативно, эта величина может быть величиной, которая предоставляется передатчику посредством информации обратной связи. Более того, коэффициент пространственного мультиплексирования может представлять собой предопределенное значение в передатчике и приемнике. Тем не менее, коэффициент пространственного мультиплексирования может быть предоставлен приемником передатчику в качестве информации обратной связи после того, как приемник вычислит коэффициент пространственного мультиплексирования при периодическом измерении состояний канала. В данном случае передатчик может использовать информацию канала, переданную обратно от приемника, чтобы вычислить и/или манипулировать коэффициентом пространственного мультиплексирования.
Дополнительное описание и/или подробности относительно вариантов осуществления настоящего изобретения можно найти в корейской патентной заявке №2006-97216, поданной 2 октября 2006 г., и корейской патентной заявке №2007-37008, поданной 16 апреля 2007 г., которые включены в настоящий документ посредством ссылки.
Первый прекодер для реализации общей схемы предварительного кодирования на основе фазового сдвига
Первый прекодер 130 содержит модуль 131-2 определения матрицы предварительного кодирования, модуль 132 выбора антенны, модуль 133-2 реконфигурации матрицы и модуль 134-2 предварительного кодирования.
Более конкретно, модуль 131-2 определения матрицы предварительного кодирования может быть сконфигурирован так, чтобы определять матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига путем перемножения второй матрицы, которая удовлетворяет условиям, связанным с первой матрицей (например, уравнению (13)), и унитарной матрицы.
Модуль 132 выбора антенны может быть сконфигурирован так, чтобы выбирать из второй матрицы, по меньшей мере, одну частичную матрицу с размером n×n (0<n<N), соответствующую конкретной антенне (например, уравнение (16)), и выбирать конкретную антенну, которая должна быть использована для передачи данных, путем конфигурирования всех элементов, отличных от выбранного элемента, в ноль (0).
Модуль 133-2 реконфигурации матрицы может быть сконфигурирован так, чтобы выбирать во второй матрице некоторое количество столбцов, соответствующих коэффициенту пространственного мультиплексирования (например, Таблица 2), и чтобы реконфигурировать вторую матрицу, используя только выбранные столбцы.
Хотя не описано выше, но для работы могут потребоваться некоторые другие компоненты передатчика. Так, например, память (не показана) может быть использована для хранения различной информации, схема приемника (не показана) может быть использована для приема информации обратной связи, и контроллер (не показан) может быть использован для управления различными компонентами передатчика.
Память может хранить в себе кодовую книгу для матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига и/или справочную таблицу схемы модуляции и кодирования (MCS) для поддержки схемы адаптивного канального кодирования и модуляции (AMC). Кодовая книга может включать в себя, по меньшей мере, один элемент, связанный с матрицей предварительного кодирования на основе фазового сдвига, и, по меньшей мере, один элемент, связанный к каждым индексом матрицы. Более того, справочная таблица MCS может включать в себя, по меньшей мере, один элемент, связанный со скоростью кодирования, которая должна быть применена к введенным информационным битам; по меньшей мере, один элемент, связанный со схемой модуляции; и, по меньшей мере, один элемент, связанный с индексом уровня MCS.
Схема приемника может принимать передаваемые от приемника сигналы через антенну, преобразовывать принятые сигналы в цифровой сигнал и передавать оцифрованные сигналы в контроллер. Принятые сигналы могут включать в себя информацию, такую как информация качества канала (CQI). CQI может быть включена в состав информации обратной связи, и она может быть использована для предоставления информации, относящейся к состоянию канала, схеме (схемам) кодирования и/или схеме (схемам) модуляции. Более конкретно, CQI может быть связана с индексом для матрицы предварительного кодирования на основе фазового сдвига, индексом для конкретной скорости кодирования и/или схемы модуляции или размера модуляции. В качестве информации индекса может использоваться индекс уровня MCS.
ВТОРОЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения для более эффективного планирования мощности передачи может использоваться предварительное кодирование на основе кодовой книги, чтобы увеличить надежность передачи, а также пропускную способность передачи. Более того, подобный способ может быть реализован в передатчике и приемнике.
t
t
Фиг.9 представляет собой схему, иллюстрирующую передатчик согласно второму варианту осуществления. Ссылаясь на первый вариант осуществления, передатчик 100 содержит планировщик/мультиплексор 110, множество канальных кодеров/модуляторов (120-1 ~ 120-N), прекодер 130, множество последовательно-параллельных преобразователей (140-1 ~ 140-N) и множество модуляторов (150-1 ~ 150-N).
t
t
Ссылаясь на Фиг.9, передатчик 200 содержит планировщик/мультиплексор 210, множество канальных кодеров/модуляторов (220-1 ~ 220-N), прекодер 240, множество последовательно-параллельных преобразователей S/P (250-1 ~ 250- N) и множество модуляторов (260-1 ~ 260-N). В добавление, в состав также включен прекодер, основанный на кодовой книге 230.
Для того чтобы отличить выполняемое прекодером 240 предварительное кодирование на основе кодовой книги от предварительного кодирования на основе фазового сдвига, выполняемого прекодером 130 (упоминаемого как первое предварительное кодирование), предварительное кодирование на основе кодовой книги обозначается как второе предварительное кодирование. Второе предварительное кодирование относится к схеме, согласно которой выигрыш по SNR может быть достигнут путем получения от приемника в качестве обратной связи индекса матрицы предварительного кодирования, который известен как передатчику, так и приемнику.
l
L
l
Mt
.
l
Фиг.10 представляет собой схему, иллюстрирующую процесс передатчика и приемника в системе с множеством антенн, которая поддерживает предварительное кодирование на основе кодовой книги. Согласно Фиг.10, каждый из передатчика и приемника имеет фиксированную матрицу (P~P) предварительного кодированияПриемник может использовать информацию канала, чтобы передавать передатчику в качестве обратной связи оптимальный индекс матрицы предварительного кодирования. После получения информации обратной связи прекодер 240 передатчика может применить матрицу предварительного кодирования, соответствующую индексу передаваемых данных (X~X).
Таблица 3 иллюстрирует пример кодовой книги, которая может быть применена в системе с двумя передающими антеннами с коэффициентом пространственного мультиплексирования, равным 2, причем данная система использует 3-битную информацию обратной связи.
Таблица 3
Индекс матрицы (бинарный)
Столбец 1
Столбец 2
Индекс матрицы (бинарный)
Столбец 1
Столбец 2
000
1
0
100
0,7941
0,6038-j0,0689
0
1
0,6038+j0,0689
-0,7941
001
0,7940
-0,581-j0,1818
101
0,3289
0,6614-j0,6740
-0,5801+j0,1818
-0,7940
0,6614+j0,6740
-0,3289
010
0,7940
0,0576-j0,6051
110
0,5112
0,4754+j0,7160
0,0576+j0,6051
-0,7940
0,4754-j0,7160
-0,5115
011
0,7941
-0,2978+j0,5298
111
0,3289
-0,8779+j0,3481
-0,2978-j0,5298
-0,7941
-0,8779-j0,3481
-0,3289
Если предварительное кодирование на основе кодовой книги и предварительное кодирование на основе фазового сдвига применяются совместно, то передатчик может периодически принимать информацию о предпочтительном индексе предварительного кодирования приемника, CQI и частотную полосу с наилучшим или приемлемым состоянием канала. Используя подобную информацию обратной связи в качестве основания, передатчик может использовать один и тот же индекс предварительного кодирования и может выполнять планирование предпочтительного потока (потоков) данных, передаваемого различным приемникам (например, мобильным станциям) на одной и той же частоте и в одном и том же временном кадре.
Кроме того, по сравнению с первым вариантом осуществления память (не показана) второго варианта осуществления может включать в себя кодовые книги для предварительного кодирования. Более того, по сравнению с первым вариантом осуществления схема приемника (не показана) второго варианта осуществления может принимать больше информации, связанной с индексом кодовой книги, для выбора матрицы предварительного кодирования из кодовой книги.
Передатчик и приемник первого и второго вариантов осуществления могут включать в себя перемежитель (не показан) для выполнения перемежения путем разбора битов кода, чтобы минимизировать потери, вызываемые шумом в передаваемых данных. Более того, в состав может быть включен блок обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) (не показан) для назначения предварительно кодированных символов передачи поднесущим во временной области. В добавление, передатчик и приемник согласно первому и второму вариантам осуществления также могут включать в себя фильтр (не показан) для преобразования символов передачи в высокочастотные сигналы, а также аналоговый преобразователь (не показан).
Ниже приведено описание имитации или теста возможностей предварительного кодирования на основе фазового сдвига в многопользовательской системе с множеством антенн. Таблица 4 иллюстрирует результаты имитации или теста.
Таблица 4
Параметр
Конфигурация
Структура системы
Система 3GPP LTE (нисходящая линия связи на основе OFDMA)
Параметры OFDM
5 МГц (300-1 поднесущих)
Длина подкадра
0,5 мс
Размер блока ресурса
75 поднесущих * 4 OFDM-символа
Модели канала
ITU Pedestrian A, Typical Urban(6-ти лучевой)
Мобильная скорость (км/ч)
3
Схемы модуляции и скорости кодирования канала
QPSK(R=1/3,1/2,3/4)16-QAM(R=1/2,5/8,3/4)64-QAM (R=3/5, 2/3, 3/4, 5/6)
Код канала
Turbo code Component decoder:max-log-MAP
Режим MIMO
MU-MIMO
Назначение ресурсов
Локализованный режим
Конфигурация антенн
[2Tx, 2Rx]
Пространственная корреляция (Tx, Rx)
(0%, 0%), (70%, 70%)
Приемник MIMO
Приемник MMSE
Оценка канала
Совершенная оценка канала
H-ARQ
Отслеживаемое комбинирование на битовом уровнемаксимальное количество повторных передач: 3 TTIколичество задержки повторной передачи: 3 TTI
Фиг.11A представляет собой схему, иллюстрирующую сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в среде, где в канале ITU PedA отсутствует пространственная корреляция. Фиг.11B представляет собой схему, иллюстрирующую сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в среде, где пространственная корреляция составляет 70%.
Согласно Фиг.11A и 11B, пропускная способность согласно настоящему изобретению всегда выше, чем при способе PARC, независимо от пространственной корреляции передатчика и приемника. Сверх того, различие заметно усиливается по мере увеличения пространственной корреляции передатчика и приемника. То есть общая передающая способность передатчика увеличивается из-за уменьшения помех множества пользователей.
Фиг.12A представляет собой схему, иллюстрирующую сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в канале TU с высокочастотной селекцией. Фиг.12B представляет собой еще одну схему, иллюстрирующую сравнение между обычной схемой PARC и способом настоящего изобретения в канале TU с высокочастотной селекцией.
Согласно Фиг.12A разница между схемой PARC и настоящим изобретением минимальна, независимо от пространственной корреляции. На Фиг.12B, когда пространственная корреляция передатчика и приемника составляет 70%, пропускная способность увеличивается на 15% в результате выигрыша по SNR благодаря предварительному кодированию на основе кодовой книги.
Специалистам в данной области техники будет очевидно, что в рамках объема или сущности настоящего изобретения могут быть выполнены различные модификации или вариации. Соответственно, настоящее изобретение имеет целью охватить все модификации и вариации, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.