СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ УПРАВЛЯЮЩЕГО СООБЩЕНИЯ ПО ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ СВЯЗИ
METHOD FOR UPLINK TRANSMISSION OF CONTROL MESSAGE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
В настоящей заявке испрашивается конвенционный приоритет по дате подаче временной заявки US 61/222,981, поданной 3 июля 2009 г., полное содержание которой вводится ссылкой в настоящую заявку.
Настоящая заявка является частичным продолжением безусловной заявки (номер подлежит уточнению), полученной в результате преобразования в соответствии с 37 C.F.R. § 1.53(с)(3) временной заявки US 61/222,981, поданной 3 июля 2009 г., в которой испрашивается конвенционный приоритет по временной заявке US 61/078,581, поданной 7 июля 2008 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая заявка в целом относится к технике беспроводной связи и, более конкретно, к обмену управляющими сообщениями в системе беспроводной связи и, еще более конкретно, к передаче управляющих сообщений в линии восходящей связи.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Спрос на услуги передачи данных по линиям беспроводной связи за последние годы вырос, и ожидается, что этот рост будет продолжаться. Этот относится к приложениям, в которых данные передаются средствами сотовой телефонной связи или другой мобильной телефонной связи, с помощью систем персональной связи и цифрового телевидения или телевидения высокого разрешения (HDTV). Хотя спрос на такие услуги растет, однако ширина полосы пропускания линий, по которым передаются данные, ограничена. Поэтому желательно передавать данные с высокой скоростью в этой ограниченной полосе частот, используя эффективные способы, в том числе эффективные с экономической точки зрения.
Известным подходом, обеспечивающим эффективную передачу данных по каналу с высокой скоростью, является мультиплексирование с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM). Сигналы данных, передаваемые с высокой скоростью, разбиваются на десятки или сотни сигналов с меньшей скоростью передачи, которые передаются параллельно на соответствующих частотах внутри радиочастотного спектра, которые называются поднесущими частотами. Частотные спектры поднесущих частот перекрываются, так что разнос между ними минимизируется. Поднесущие частоты также ортогональны друг другу, так что они статистически независимы и не создают друг другу перекрестных или иных помех. В результате полоса пропускания канала используется более эффективно по сравнению с традиционными схемами передачи на одной несущей, такими как амплитудная или частотная модуляция (AM или ЧМ).
Другим подходом, обеспечивающим более эффективное использование полосы пропускания канала, является передача данных с помощью базовой станции, имеющей множество антенн, и прием переданных данных с использованием удаленной станции, имеющей множество принимающих антенн, так называемые системы со многими входами и многими выходами (MIMO). Данные передаются таким образом, что существует пространственный разнос между сигналами, передаваемыми соответствующими антеннами, то есть можно увеличить объем передаваемых данных за счет увеличения количества антенн. В других вариантах данные передаются таким образом, что существует временной разнос между сигналами, передаваемыми соответствующими антеннами, в результате чего снижается фединг сигналов.
В системах беспроводной связи используются управляющие сообщения, которые передают информацию между передающей и принимающей сторонами для обеспечения обмена данными между ними. Управляющие сообщения не являются частью данных, передаваемых между пользователями, а служат для координации обмена данными между передающим и принимающим устройствами, иными словами, они обеспечивают и облегчают процесс обмена данными. Вообще говоря, управляющие сообщения достаточно важны для связи, и они обычно передаются с использованием более надежных способов по сравнению с остальными данными. В то время как надежность передачи управляющих сообщений обычно важна, они имеют очень небольшие размеры несмотря на свою важную роль.
Одной из основных задач в системах беспроводной связи является надежная передача небольших количеств информации, содержащихся в управляющих сообщениях, с использованием способа, который действует для всех сценариев передачи данных пользователям. Это представляет собой особенную задачу в новых стандартах, таких как IEEE802.16m, которые направлены на обеспечение более гибкого использования развернутого оборудования и поддержку самых разных характеристик каналов, скоростей мобильных абонентов и других факторов.
В стандарте IEEE802.16m сейчас управляющие сообщения в восходящей линии связи используют схемы субоптимальной модуляции и кодирования, в частности, для канала информации о качестве канала (CQICH) и для подтверждений (АСК). Например, возникают высокие издержки при использовании пилот-сигналов в способах, которые не показали свое преимущество перед другими способами.
Соответственно, имеется потребность в улучшенном способе передачи управляющих сообщений в восходящей линии для мобильных широкополосных систем беспроводной связи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении предлагается способ передачи абонентской станцией на базовую станцию управляющего сообщения по линии восходящей связи. Способ включает определение размера управляющего сообщения для линии восходящей связи. Способ включает также выбор схемы кодирования в зависимости от размера управляющего сообщения для линии восходящей связи. Способ включает также кодирование управляющего сообщения для линии восходящей связи в соответствии с выбранной схемой кодирования для получения закодированного управляющего сообщения для линии восходящей связи. Способ включает также модуляцию закодированного управляющего сообщения для линии восходящей связи в соответствии со схемой модуляции для получения модулированного управляющего сообщения для линии восходящей связи. Способ включает также передачу на базовую станцию модулированного управляющего сообщения по линии восходящей связи через интерфейс беспроводной связи. Выбор схемы кодирования включает выбор первой схемы кодирования, являющейся мультиплексированием с кодовым разделением, если размер управляющего сообщения для канала восходящей связи находится в первом диапазоне размеров, и выбор второй схемы кодирования, являющейся схемой с использованием блочных кодов, если размер управляющего сообщения находится во втором диапазоне размеров, который находится выше первого диапазона размеров.
В изобретении предлагается также способ передачи управляющего сообщения по линии восходящей связи. Способ включает определение характеристик кодирования, содержащих по меньшей мере один критерий выбора, причем каждая характеристика кодирования имеет соответствующее минимальное расстояние Хемминга, связанное с каждой такой характеристикой. Способ включает также задание группы характеристик кодирования для использования при кодировании по меньшей мере частично в соответствии с расстоянием Хемминга характеристик кодирования. Способ включает также выбор одной из заданных характеристик кодирования и кодирование управляющего сообщения для линии восходящей связи в соответствии с выбранной характеристикой кодирования для получения закодированного управляющего сообщения для линии восходящей связи. Способ также включает модуляцию закодированного управляющего сообщения для линии восходящей связи в соответствии со схемой модуляции для получения модулированного управляющего сообщения для линии восходящей связи. Способ включает также передачу на базовую станцию модулированного управляющего сообщения по линии восходящей связи через интерфейс беспроводной связи.
В изобретении предлагается также способ обмена сообщениями с абонентской станцией. Способ включает назначение первой группы ресурсов передачи для использования в качестве первого ресурса передачи управляющих сообщений в линии восходящей связи, причем указанный первый ресурс используется абонентской станцией совместно с другими удаленными абонентскими станциями. Способ включает также назначение второй группы ресурсов передачи для использования в качестве второго ресурса передачи управляющих сообщений в линии восходящей связи, причем указанный второй ресурс является восходящим каналом управления, который должен использоваться абонентской станцией. Способ включает также передачу информации на абонентскую станцию о назначениях первой группы ресурсов передачи и второй группы ресурсов передачи. Способ включает также ожидание передачи абонентской станцией управляющих сигналов по линии восходящей связи с использованием первой и/или второй группы ресурсов передачи.
Другие особенности и признаки настоящего изобретения станут очевидными специалистам в данной области техники после ознакомления с нижеприведенным описанием конкретных вариантов осуществления изобретения вместе с прилагаемыми фигурами,
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже описываются варианты осуществления настоящего изобретения, которые являются всего лишь примерами, со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых показано:
фигура 1 - общая схема системы сотовой связи;
фигура 2 - блок-схема примера базовой станции, которая может быть использована для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения;
фигура 3 - блок-схема примера беспроводного терминала, который может быть использован для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения;
фигура 4 - блок-схема примера ретрансляционной станции, которая может быть использована для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения;
фигура 5 - логическая блок-схема примера OFDM-передатчика, который может быть использован для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения;
фигура 6 - логическая блок-схема примера OFDM-приемника, который может быть использован для осуществления некоторых вариантов настоящего изобретения;
фигура 7 - фигура 1 для стандарта IEEE 802.16m-08/003r1, пример общей архитектуры сети;
фигура 8 - фигура 2 для стандарта IEEE 802.16m-08/003r1, ретрансляционная станция в общей архитектуре сети;
фигура 9 - фигура 3 для стандарта IEEE 802.16m-08/003r1, базовая модель системы;
фигура 10 - фигура 4 для стандарта IEEE 802.16m-08/003r1, структура протокола IEEE 802.16m;
фигура 11 - фигура 5 для стандарта IEEE 802.16m-08/003r1, блок-схема обработки потока данных между абонентской станцией и базовой станцией для IEEE 802.16m;
фигура 12 - фигура 6 для стандарта IEEE 802.16m-08/003r1, блок-схема обработки потока данных между абонентской станцией и базовой станцией для IEEE 802.16m;
фигура 13 - фигура 7 для стандарта IEEE 802.16m-08/003r1, архитектура общего протокола поддержки системы со многими несущими;
фигура 14 - графическая иллюстрация всех имеющихся ресурсов передачи для беспроводного обмена информацией между базовой станцией и абонентской станцией;
фигура 15 - блок-схема примера кадра в системе дуплексной связи с временным разделением (TDD);
фигура 16 - блок-схема примера кадра в системе дуплексной связи с частотным разделением (FDD);
фигура 17 - блок-схема ресурсных блоков управления и субматриц управления;
Фигура 18А - блок-схема, иллюстрирующая пример субматрицы управления с нулевыми пилот-сигналами;
Фигура 18А - блок-схема, иллюстрирующая пример субматрицы управления с пилот-сигналами;
фигура 19А - блок-схема, иллюстрирующая пример пути по времени для дифференциальной фазовой манипуляции (DPSK);
фигура 19В - блок-схема, иллюстрирующая пример пути по частоте для DPSK;
фигура 20 - пример таблицы характеристик для кодирования Рида-Мюллера;
фигура 21 - пример таблицы выбранных характеристик для кодирования Рида-Мюллера;
фигура 22 - дерево принятия решений, иллюстрирующее различные возможные схемы обнаружения.
Для указания сходных элементов на различных фигурах используются одинаковые ссылочные номера.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фигуре 1 показан контроллер (BSC) 10 базовых станций, который управляет беспроводной связью внутри сот 12, обслуживаемых соответствующими базовыми станциями (BS) 14. В некоторых конфигурациях каждая сота дополнительно разделена на секторы 13 или зоны (не показаны). В общем случае каждая базовая станция 14 обеспечивает связь, используя систему OFDM, с абонентскими станциями (MS) 16, которые могут быть любыми устройствами, обеспечивающими связь с базовой станцией, и могут включать мобильные и/или беспроводные терминалы или стационарные терминалы, которые находятся в пределах соты 12, связанной с соответствующей базовой станцией 14. Если абонентские станции 16 двигаются относительно базовых станций 14, то это движение может приводить к значительным флуктуациям характеристик канала. Как показано на фигуре 1, базовые станции 14 и абонентские станции 16 могут содержать по несколько антенн для обеспечения пространственного разноса сигналов. В некоторых схемах могут использоваться ретрансляционные станции 15, помогающие обеспечивать связь между базовыми станциями 14 и абонентскими терминалами 16. Абонентская станция 16 может быть передана из любой соты 12, сектора 13, зоны (не показана), от базовой станции 14 или ретрансляционной станции 15 в другую соту 12, сектор 13, зону (не показана), базовую станцию 14 или ретрансляционную станцию 15. В некоторых конфигурациях базовые станции 14 обмениваются информацией между собой и с другой сетью (такой как базовая сеть или сеть Интернет, не показаны) по транзитной сети 11. В некоторых конфигурациях контроллер 10 базовых станций не используется.
На фигуре 2 представлена схема одного из вариантов базовой станции 14. Базовая станция 14 обычно содержит систему 20 управления, процессор 22 основной полосы частот, схемы 24 радиопередающего тракта, схемы 26 радиоприемного тракта, антенны 28 и сетевой интерфейс 30. Схемы 26 радиоприемного тракта осуществляют прием несущих информацию радиочастотных сигналов, передаваемых одним или несколькими удаленными передатчиками абонентских станций 16 (см. фигуру 3) и ретрансляционных станций 15 (см. фигуру 4). Усилитель с низким уровнем шумов и фильтр (не показаны) могут обеспечивать усиление и исключение из сигнала широкополосных помех. После этого схемы преобразования сигнала с понижением частоты и оцифровки (не показаны) преобразуют принятый отфильтрованный сигнал в сигнал на промежуточной или основной полосе частоте, который затем преобразуется в цифровую форму с формированием одного или нескольких потоков цифровой информации.
Процессор 22 основной полосы частот обрабатывает оцифрованный принятый сигнал для извлечения информации или бит данных, переносимых принятым сообщением. Эта обработка обычно включает демодуляцию, декодирование и коррекцию ошибок. Процессор 22 основной полосы частот обычно реализуется на одном или нескольких цифровых сигнальных процессорах или на специализированных интегральных схемах. Затем принятая информация передается по беспроводной сети через сетевой интерфейс 30 или передается на другую абонентскую станцию 16, обслуживаемую базовой станцией 14, напрямую или через ретранслятор 15.
На передающей стороне процессор 22 основной полосы частот принимает оцифрованные данные, которые могут представлять собой голос, данные или информацию управления, из сетевого интерфейса 30 под управлением системы 20 управления и кодирует данные для передачи. Закодированные данные передаются в схемы 24 радиопередающего тракта, где они модулируются одним или несколькими несущими сигналами, имеющими необходимую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей частоты до уровня, подходящего для передачи, и направляет модулированные сигналы несущей частоты в антенны 28 через согласующие схемы (не показаны). Ниже описываются более подробно процессы модуляции и обработки.
На фигуре 3 представлена схема одного из вариантов абонентской станции 16. Абонентская станция 16 может быть, например, мобильной станцией. Так же, как базовая станция 14, абонентская станция 16 содержит систему 32 управления, процессор 34 основной полосы частот, схемы 36 радиопередающего тракта, схемы 38 радиоприемного тракта, антенны 40 и схемы интерфейса 42 пользователя. Схемы 38 радиоприемного тракта осуществляют прием несущих информацию радиочастотных сигналов, передаваемых одной или несколькими базовыми станциями 14 и ретрансляционными станциями 15. Усилитель с низким уровнем шумов и фильтр (не показаны) могут обеспечивать усиление и исключение из сигнала широкополосных помех. После этого схемы преобразования сигнала с понижением частоты и оцифровки (не показаны) преобразуют принятый отфильтрованный сигнал в сигнал на промежуточной или основной частоте, который затем преобразуется в цифровую форму с формированием одного или нескольких потоков цифровой информации.
Процессор 34 основной полосы частот обрабатывает оцифрованный принятый сигнал для извлечения информации или бит данных, переносимых принятым сигналом. Эта обработка обычно включает демодуляцию, декодирование и коррекцию ошибок. Процессор 34 основной полосы частот обычно реализуется на одном или нескольких цифровых сигнальных процессорах и на специализированных интегральных схемах. Для осуществления передачи процессор 34 основной полосы частот принимает оцифрованные данные, которые могут представлять собой голос, данные или информацию управления, из системы 32 управления и кодирует эти данные для передачи. Закодированные данные передаются в схемы 36 радиопередающего тракта, где они используются модулятором для модуляции одного или нескольких несущих сигналов, имеющих необходимую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей частоты до уровня, подходящего для передачи, и направляет модулированные сигналы несущей частоты в антенны 40 через согласующие схемы (не показаны). Специалистам в данной области техники известны различные технологии модуляции и обработки, которые используются для передачи сигналов между абонентской и базовой станциями либо напрямую, либо через ретрансляционную станцию.
При использовании модуляции OFDM полоса передачи делится на множество ортогональных поднесущих частот. Каждая поднесущая частота модулируется цифровыми данными, которые должны быть переданы. Поскольку при модуляции OFDM осуществляется разбиение полосы передачи на множество поднесущих частот, то ширина полосы частот для каждой несущей частоты уменьшается и время модуляции увеличивается по сравнению со случаем использования одной несущей частоты. Поскольку все поднесущие частоты передаются одновременно (параллельно), то скорость передачи для цифровых данных или символов (рассматривается ниже) на некоторой заданной поднесущей частоте ниже, чем в случае одной несущей.
При модуляции OFDM используется обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ) информации, которая должна быть передана. При демодуляции осуществляется быстрое преобразование Фурье принятого сигнала (БПФ), обеспечивающее извлечение переданной информации. На практике ОБПФ и БПФ осуществляются с использованием цифровой обработки сигнала, при которой выполняется обратное дискретное преобразование Фурье (ОДПФ) и дискретное преобразование Фурье (ДПФ) соответственно. Соответственно, характерной особенностью модуляции OFDM является формирование ортогональных поднесущих частот для множества полос в канале передачи. Модулированные сигналы представляют собой цифровые сигналы, имеющие сравнительно низкую скорость передачи и способные находиться в пределах своих соответствующих частотных полос. Отдельные поднесущие частоты не модулируются непосредственно цифровыми сигналами. Вместо этого все поднесущие частоты модулируются одновременно с использованием ОБПФ.
Как правило, модуляция OFDM используется предпочтительно по меньшей мере для нисходящей передачи, от базовых станций 14 на абонентские станции 16. Каждая базовая станция 14 имеет "n" передающих антенн 28 (n≥1), и каждая абонентская станция 16 имеет "m" приемных антенн 40 (m≥1). Причем следует иметь в виду, что в принципе и передающие, и приемные антенны могут использоваться как для приема, так и для передачи с использованием подходящих антенных переключателей.
Когда используются ретрансляционные станции 15, для нисходящей передачи от базовых станций 14 на ретрансляторы 15 и далее на абонентские станции 16 предпочтительно используется OFDM.
На фигуре 4 представлена схема одного из вариантов ретрансляционной станции 15. Так же, как базовая станция 14 и абонентская станция 16, ретрансляционная станция 15 содержит систему 132 управления, процессор 134 основной полосы частот, схемы 136 радиопередающего тракта, схемы 138 радиоприемного тракта, антенны 130 и схемы 142 модуля ретрансляции. Схемы 142 модуля ретрансляции обеспечивают ретранслятору 14 возможность осуществления связи между базовой станцией 14 и абонентскими станциями 16. Схемы 138 радиоприемного тракта осуществляют прием несущих информацию радиочастотных сигналов, передаваемых одной или несколькими базовыми станциями 14 и абонентскими станциями 16. Усилитель с низким уровнем шумов и фильтр (не показаны) могут обеспечивать усиление и исключение из сигнала широкополосных помех. После этого схемы преобразования сигнала с понижением частоты и оцифровки (не показаны) преобразуют принятый отфильтрованный сигнал в сигнал на промежуточной или основной частоте, который затем преобразуется в цифровую форму с формированием одного или нескольких потоков цифровой информации.
Процессор 134 основной полосы частот обрабатывает оцифрованный принятый сигнал для извлечения информации или бит данных, переносимых принятым сигналом. Эта обработка обычно включает демодуляцию, декодирование и коррекцию ошибок. Процессор 134 основной полосы частот обычно реализуется на одном или нескольких цифровых сигнальных процессорах и на специализированных интегральных схемах.
Для осуществления передачи процессор 134 основной полосы частот принимает оцифрованные данные, которые могут представлять собой голос, данные или информацию управления, из системы 132 управления и кодирует эти данные для передачи. Закодированные данные передаются в схемы 136 радиопередающего тракта, где они используются модулятором для модуляции одного или нескольких несущих сигналов, имеющих необходимую частоту или частоты передачи. Усилитель мощности (не показан) усиливает модулированные сигналы несущей частоты до уровня, подходящего для передачи, и направляет модулированные сигналы несущей частоты в антенны 130 через согласующие схемы (не показаны). Специалистам в данной области техники известны различные технологии модуляции и обработки, которые используются для передачи сигналов между абонентской и базовой станциями, либо напрямую, либо через ретрансляционную станцию, как это уже указывалось.
На фигуре 5 представлена схема логической архитектуры при использовании системы OFDM передачи, в которой сначала контроллер 10 базовых станций передает на базовую станцию 14 данные, которые должны быть переданы на абонентские станции 16, либо напрямую, либо через ретрансляционную станцию 15. Базовая станция 14 может использовать информацию о качестве канала, связанного с абонентскими станциями, для планирования данных для передачи, а также для выбора подходящих схем кодирования и модуляции для передачи запланированных данных. Качество канала определяется с использованием управляющих сообщений, как это будет описано ниже. Однако, вообще говоря, качество канала для каждой абонентской станции 16 определяется степенью изменения амплитуды сигнала в канале в полосе частот OFDM.
Запланированные данные 44, представляющие собой поток бит, скремблируются с использованием логической схемы 46 скремблирования таким образом, что снижается величина отношения пиковой и средней мощностей, связанного с данными. Для скремблированных данных может определяться циклический контрольный код (CRC), который добавляется к скремблированным данным с использованием логической схемы 48 добавления кода CRC. После этого выполняется канальное кодирование с использованием логической схемы 50 канального кодирования для эффективного введения избыточности в данные, чтобы обеспечить обнаружение и исправление ошибок на абонентской станции 16. Канальное кодирование для определенной абонентской станции 16 может определяться качеством канала. В некоторых вариантах логическая схема 50 канального кодирования использует известную схему турбокодирования. После этого закодированные данные обрабатываются с использованием логической схемы 52 коррекции скорости передачи данных для компенсации увеличения объема данных, связанного с кодированием.
Для перемежения битов в закодированных данных используется логическая схема 54 перемежения для минимизации потерь идущих подряд битов данных. Полученная последовательность битов данных упорядоченным образом отображается логической схемой 56 отображения в соответствующие символы, определяемые выбранной схемой модуляции. Могут использоваться, например, следующие схемы модуляции: квадратурная амплитудная модуляция (QAM), квадратурная фазовая модуляция (QPSK) или относительная фазовая модуляция (DPSK). Для передаваемых данных глубина модуляции может выбираться в зависимости от качества канала для определенной абонентской станции. Символы могут быть упорядоченным образом перегруппированы с использованием логической схемы 58 перемежения символов для дальнейшего повышения устойчивости передаваемого сигнала к периодическим потерям данных, вызываемым частотно-селективными замираниями (федингом).
На этой стадии группы битов отображены в символы, представляющие точки в диаграмме амплитуд и фаз сигналов (созвездие). Когда необходимо использовать пространственный разнос, блоки символов обрабатываются дополнительно с использованием логической схемы 60 кодирования для получения пространственно-временных блочных кодов (STC), в результате чего передаваемые сигналы становятся более устойчивыми к помехам и при этом упрощается их декодирование в абонентской станции 16. Логическая схема STC-кодирования будет обрабатывать входные символы для получения "n" выходных сигналов, соответствующих количеству передающих антенн 28 базовой станции 14. Система 20 управления и/или процессор 22 основной полосы частот, как это было описано со ссылками на фигуру 5, будут обеспечивать сигнал управления отображением для управления процессом STC-кодирования. На этой стадии символы для "n" выходов представляют данные, которые должны быть переданы и которые могут быть извлечены в абонентской станции 16.
Для рассматриваемого варианта принимается, что базовая станция 14 имеет две антенны 28 (n=2) и логическая схема 60 STC-кодирования обеспечивает два выходных потока символов. Соответственно, каждый из потоков символов, формируемых логической схемой 60 STC-кодирования, направляется в соответствующие процессоры 62 ОБПФ, показанные отдельно для лучшего понимания. Специалистам в данной области техники будет понятно, что для обеспечения такой цифровой обработки сигналов может использоваться один или несколько процессоров, по отдельности или в сочетании с другими процессорами, рассмотренными в настоящем описании. Процессоры 62 ОБПФ предпочтительно будут обрабатывать соответствующие символы для осуществления в отношении них обратного преобразования Фурье. На выходе процессоров 62 ОБПФ обеспечиваются символы во временной области. Символы группируются во временной области во фреймы, который связываются с префиксом с помощью логической схемы 64 введения префиксов. Каждый полученный сигнал преобразуется с переносом его на более высокую промежуточную частоту и затем преобразуется в аналоговый сигнал с помощью соответствующей схемы 66 повышения частоты и цифро-аналогового преобразования. Затем одновременно осуществляется модуляция полученными аналоговыми сигналами требуемой радиочастоты, усиление и передача через схемы 68 ВЧ-тракта и антенны 28. Следует отметить, что пилот-сигналы, известные абонентской станции 16, предполагаемому получателю информации, распределяются между поднесущими частотами. Абонентская станция 16 будет использовать эти пилот-сигналы для оценки качества канала.
На фигуре 6 иллюстрируется прием переданных сигналов абонентской станцией 16 либо напрямую от базовой станции 14, или через ретранслятор 15. После получения переданных сигналов каждой из антенн 40 абонентской станции 16 эти сигналы демодулируются и усиливаются соответствующими схемами 70 ВЧ-тракта. В интересах точности и ясности изложения на фигуре 6 показан только один из двух приемных трактов. Схемы 72 аналогово-цифрового преобразования и преобразования (понижения) частоты осуществляют оцифровку и преобразование полученного аналогового сигнала для цифровой обработки. Полученный цифровой сигнал может использоваться схемами 74 автоматической регулировки усиления для управления усилением схем 70 ВЧ-тракта в зависимости от уровня принятого сигнала. Сначала цифровой сигнал подается на вход логической схемы 76 синхронизации, которая содержит схему 78 грубой синхронизации, обеспечивающую буферизацию нескольких символов OFDM и вычисление автокорреляционной функции двух последовательных символов OFDM. Полученный указатель времени, соответствующий максимуму вычисленной корреляции, задает временное окно для точной синхронизации, которое используется схемой 80 точной синхронизации для определения точного положения начального положения кадра на основе заголовков. Выходная информация схемы 80 точной синхронизации обеспечивает получение фрейма схемой 84 выравнивания фрейма. Надлежащее выравнивание кадра важно, чтобы последующая обработка с использованием БПФ обеспечивала точное преобразование из временной области в частотную область. Алгоритм точной синхронизации основан на корреляции между принятыми пилот-сигналами, содержащимися в заголовках, и локальной копией известной информации пилот-сигналов. После осуществления выравнивания кадра префикс символа OFDM удаляется схемой 86 удаления префиксов и полученные совокупности символов направляются в схему 88 коррекции смещения частоты, которая осуществляет компенсацию системного сдвига частоты, связанного с отсутствием синхронизации местных генераторов передатчика и приемника. В предпочтительных вариантах логическая схема 76 синхронизации содержит схему 82 оценки сдвигов частоты и времени, которая использует заголовки для оценки влияния этих сдвигов на переданный сигнал и передает эти оценки в схему 88 коррекции для надлежащей обработки символов OFDM.
На этой стадии символы OFDM во временной области уже готовы для преобразования в частотную область с помощью логической схемы 90, использующей БПФ. В результате преобразования получают символы в частотной области, которые подаются на вход логической схемы 92 обработки. Схема 92 обработки обеспечивает извлечение распределенного пилот-сигнала с помощью схемы 94 извлечения распределенного пилот-сигнала, затем на основе извлеченного пилот-сигнала с помощью схемы 96 осуществляет оценку канала и обеспечивает характеристики канала для всех поднесущих частот с использованием схемы 98 реконструкции канала. Чтобы определить частотную характеристику канала для каждой поднесущей частоты, пилот-сигналы представляют собой множество пилот-символов, рассеянных по символам данных, передаваемым на OFDM-поднесущих, по известной схеме как во временной, так и в частотной областях. В логических схемах 92 обработки осуществляется сравнение принятых пилот-символов с пилот-символами, рассчитанными для определенных поднесущих для определенных временных интервалов для определения частотной характеристики канала для поднесущих, на которых были переданы эти пилот-символы. При этом осуществляется интерполяция для оценки частотной характеристики канала для большинства, если не для всех, из остающихся поднесущих частот, для которых не обеспечиваются пилот-символы. Действительные и интерполированные частотные характеристики канала используются для оценки общей частотной характеристики канала, которая включает частотные характеристики для большей части, если не для всех, поднесущих в OFDM-канале.
Символы в частотной области и информация реконструкции канала, которые получают из частотных характеристик канала для каждого тракта приема сигнала, подаются на вход STC-декодера 100, который осуществляет STC-декодирование в обоих приемных трактах для восстановления переданных символов. Реконструкция канала обеспечивает схему 100 STC-декодирования информацией для коррекции частотной характеристики, достаточной для устранения искажений, вносимых каналом передачи, при обработке соответствующих символов в частотной области.
Логическая схема 102 обратного перемежения, логика работы которой соответствует логике работы схемы 53 перемежения символов передатчика, восстанавливает порядок следования извлеченных символов. Затем логическая схема 104 обратного отображения осуществляет демодулирование или обратное отображение полученной последовательности символов. После этого схема 106 обратного перемежения бит, логика работы которой соответствует логике работы схемы 54 передатчика, осуществляющей перемежение бит, восстанавливает исходный порядок следования бит. После этого полученная последовательность бит обрабатывается схемой 108 обратной коррекции скорости передачи данных и подается на вход схемы 110 декодера канала для восстановления скремблированных данных и контрольной суммы CRC. Соответственно, схема 112 удаляет контрольную сумму CRC, обычным образом проверяет скремблированные данные и подает их на логическую схему 114 дескремблирования, которая осуществляет дешифрование с использованием известного кода дескремблирования базовой станции для получения исходных данных 116.
Одновременно с восстановлением данных 116 определяется сигнал CQI (индикатор качества канала), содержащий индикацию качества канала или по меньшей мере информацию, достаточную для получения некоторого знания о качестве канала на базовой станции 14, и передается на базовую станцию 14. Ниже более подробно описывается передача сигнала CQI. Как уже отмечалось, параметр CQI может определяться отношением мощности сигнала на несущей частоте к помехе (CR), а также степенью изменения частотной характеристики канала для различных поднесущих частот в диапазоне частот OFDM. Например, для определения степени изменения частотной характеристики канала в диапазоне частот OFDM используется усиление канала для каждой поднесущей частоты для передачи информации, которая может сравниваться для различных поднесущих частот. Хотя существуют различные способы измерения степени изменения частотной характеристики канала, однако существует только один способ вычисления стандартного отклонения усиления канала для каждой поднесущей частоты в диапазоне частот OFDM, используемом для передачи данных. В некоторых вариантах ретрансляционная станция может работать в режиме разделения времени с использованием только одного средства радиосвязи или же могут использоваться несколько таких средств.
На фигурах 1-6 представлен один конкретный пример системы связи, которая может использоваться для реализации в ней вариантов настоящего изобретения. Следует понимать, что варианты настоящего изобретения могут быть реализованы в системах связи, архитектура которых отличается от архитектуры этого конкретного примера, но при этом они работают в соответствии с реализацией вариантов, как это указывается в настоящем описании.
На фигуре 7 показана базовая модель сети, которая представляет собой логическую схему сети, поддерживающей беспроводную связь между базовыми станциями 14, абонентскими станциями 16 и ретрансляционными станциями 15 в соответствии с неограничивающим вариантом осуществления настоящего изобретения. В базовой модели сети указаны функциональные компоненты и опорные точки, в которых осуществляется взаимодействие между этими функциональными компонентами. В частности, базовая модель сети может содержать абонентскую станцию (MS) 16, сеть услуг доступа (ASN) и сеть услуг подключения (CSN).
Сеть ASN можно определить как полный набор сетевых функций, необходимых для обеспечения радиосвязи с абонентом (например, с абонентом системы IEEE 802.16e/m). Сеть ASN может содержать сетевые элементы, такие как базовые станции (BS) 14 и один или несколько шлюзов ASN. Одна сеть ASN может совместно использоваться несколькими сетями CSN. Сеть ASN может обеспечивать следующие функции:
- Возможность соединения с абонентской станцией 16 на уровнях 1 и 2;
- Передача сообщений ААА (аутентификации, авторизации и учета сеанса) провайдеру услуг домашней сети абонента для аутентификации, авторизации и учета сеанса для сеансов абонента;
- Обнаружение сети и выбор предпочтительного провайдера сетевых услуг абонента;
- Функции ретранслятора для установления соединения уровня 3 с абонентской станцией 16 (например, назначение IP-адреса);
- Управление ресурсами радиосвязи.
Кроме вышеуказанных функций для носимых и мобильных абонентских станций сеть ASN может также поддерживать следующие функции:
- Обеспечение мобильности с привязкой к сети ASN;
- Обеспечение мобильности с привязкой к сети CSN;
- Пейджинг;
- Туннелирование ASN-CSN.
Сеть CSN можно определить как набор сетевых функций, которые обеспечивают абонента услугами соединений по IP-протоколу. Сеть CSN может обеспечивать следующие функции:
- Назначение IP-адреса абонентской станции и параметров оконечного устройства для сеансов пользователя;
- Сервер или прокси-сервер обеспечения аутентификации, авторизации и учета сеанса;
- Управление политикой и доступом в соответствии с абонентскими профилями пользователей;
- Поддержка туннелирования ASN-CSN;
- Биллинг для абонентов и расчеты между операторами;
- Туннелирование между CSN для обеспечения роуминга;
- Мобильность между ASN.
Сеть CSN может обеспечивать услуги, связанные с местонахождением, услуги соединений "точка-точка", регистрацию, авторизацию и/или возможность подключения к мультимедийным услугам по IP-протоколу. Сеть CSN может также содержать такие сетевые элементы, как маршрутизаторы, прокси/серверы аутентификации, авторизации и учета сеансов, пользовательские базы данных и межсетевые шлюзы. В случае IEEE 802.16m сеть CSN может использоваться как часть провайдера сетевых услуг по стандарту IEEE 802.16m или же как часть провайдера сетевых услуг по стандарту IEEE 802.16е.
Кроме того, для улучшения покрытия и/или пропускной способности могут использоваться ретрансляционные станции 15. Как показано на фигуре 8, базовая станция 14, которая может поддерживать устаревшие ретрансляционные станции, осуществляет связь с такой станцией в "зоне устаревшего оборудования". Базовой станции 14 нет необходимости в поддержки протокола для работы с устаревшим оборудованием в "зоне 16m". Структура протокола ретрансляции может основываться на структуре IEEE 802-16j, хотя и может отличаться от протоколов IEEE 802-16j в "зоне устаревшего оборудования".
На фигуре 9 представлена схема базовой модели системы, которая применяется как к базовой станции 14, так и к абонентской станции 16 и содержит различные функциональные блоки, включая подуровня общей части управления доступа к среде (MAC), подуровень конвергенции, подуровень безопасности и физический уровень (PHY).
Подуровень конвергенции осуществляет отображение данных внешней сети, полученных через SAP подуровня конвергенции, в сервисные блоки данных MAC, получаемые MAC CPS через MAC SAP, классификацию сервисных блоков данных внешней сети и связывание их с MAC SFID и CID, подавление/сжатие заголовков полезной информации (для конечного пользователя).
Подуровень безопасности осуществляет аутентификацию, безопасный обмен ключами и шифрование.
Физический уровень осуществляет протокол и функции физического уровня.
Ниже описывается более подробно подуровня общей части MAC. Прежде всего, необходимо понимать, что управление доступом к среде (MAC) ориентировано на соединения. То есть для целей отображения услуг на абонентской станции 16 и связывания различных уровней качества услуг (QoS) передача данных осуществляется с точки зрения "соединений". В частности, "потоки услуг" могут обеспечиваться, когда абонентская станция 16 установлена в системе. Вскоре после регистрации абонентской станции 16 соединения связываются с этими потоками услуг (одно соединение на один поток услуг) для обеспечения точки отсчета, относительно которой запрашивается полоса пропускания. Далее, могут быть установлены новые соединения, когда услугу пользователя необходимо изменить. Соединение определяет как преобразование процессов конвергенции, принадлежащих одному уровню, которые используют MAC, так и поток услуг. Поток услуг определяет QoS-параметры для блоков данных протокола MAC, которыми осуществляется обмен на соединении. Таким образом, потоки услуг являются неотъемлемой частью процесса назначения полосы пропускания. В частности, абонентская станция 16 запрашивает полосу пропускания для восходящей связи в расчете на каждое соединение (неявно определяя поток услуг).
Полоса пропускания может быть назначена базовой станцией абонентской станции в ответ на запросы соединений со стороны абонентской станции.
Как показано на фигуре 10, подуровень общей части MAC (CPS) подразделяется на функции организации и управления ресурсами радиосвязи (RRCM) и функции управления доступом к среде (MAC).
Функции RRCM включают несколько функциональных блоков, которые связаны с функциями ресурсов радиосвязи, такими как:
- Управление ресурсами радиосвязи
- Управление мобильностью
- Управление точками соединения с сетью
- Управление определением местонахождением
- Управление режимом ожидания
- Управление безопасностью
- Управление конфигурацией системы
- MBS (услуги широковещательной и групповой передачи)
- Управление потоками услуг и соединениями
- Функции ретрансляции
- Самоорганизация
- Разделение несущей
Управление ресурсами радиосвязи
Блок управления ресурсами радиосвязи корректирует параметры сети радиосвязи в зависимости от загрузки сети графиком и включает также функцию управления нагрузкой (распределение нагрузки), управления установлением соединений и борьбы с помехами.
Управление мобильностью
Блок управления мобильностью поддерживает функции, связанные с передачей внутри/между RAT. Блок управления мобильностью осуществляет формирование и поддержание сетевой топологии внутри/между RAT, что включает объявления и измерения, управляет возможными соединениями базовой станции и абонентских станций, находящихся поблизости, а также принимает решение о выполнении передачи абонентской станции внутри/между RAT.
Управление точками соединения с сетью
Блок управления точками соединения с сетью отвечает за процедуры инициализации и доступа. Блок управления точками соединения с сетью может формировать сообщения управления, которые необходимы в процедурах доступа, а именно, при определении диапазона, при обмене основными параметрами, при регистрации и т.п.
Управление определением местонахождения
Блок управления местонахождением отвечает за поддержку службы, связанной с местонахождением (LBS). Блок управления местонахождением может формировать сообщения, содержащие информацию LBS.
Управление режимом ожидания
Блок управления режимом ожидания управляет операцией обновления местонахождения в режиме ожидания. Блок управления режимом ожидания управляет режимом ожидания и формирует пейджинговые сообщения на основе информации контроллера пейджинга в базовой сети.
Управление безопасностью
Блок управления безопасностью отвечает за процессы аутентификации/авторизации и обмена ключами для обеспечения безопасности передачи данных.
Управление конфигурацией системы
Блок управления конфигурацией системы организует параметры конфигурации системы, а также системные параметры и информацию конфигурации системы для передачи в абонентскую станцию.
MBS (услуги широковещательной и групповой передачи)
Блок MBS (услуги широковещательной и групповой передачи) управляет сообщениями и данными, связанными с услугой широковещательной и/или групповой передачи данных.
Управление потоками услуг и соединениями
Блок управления потоками услуг и соединениями назначает "идентификаторы абонентских станций" (или идентификаторы станций - STID), а также "идентификаторы потоков" (FID) при выполнении процедур доступа, передачи и создания потоков услуг. Идентификаторы станций и потоков будут рассмотрены ниже.
Функции ретрансляции
Блок функций ретрансляции обеспечивает поддержку механизмов ретрансляции со многими переприемами. Эти функции включают процедуры поддержания путей ретрансляции между базовой станцией и ретрансляционной станцией доступа.
Самоорганизация
Блок самоорганизации выполняет функции поддержки механизмов системы по ее конфигурированию и оптимизации. Эти функции включают процедуру запроса ретрансляционных и абонентских станций на передачу измерения для конфигурирования и оптимизации системы и приема запрошенных измерений.
Разделение несущей
Блок разделения несущей обеспечивает управление распределением физического уровня по множеству частотных каналов. Каналы могут иметь разные полосы пропускания (например, 5, 10 и 20 МГц), которые могут примыкать друг к другу, или же между ними могут быть разрывы. Каналы могут иметь одинаковые или разные режимы дуплексной связи, например FDD, TDD, или же они могут представлять сочетание двунаправленных и только вещательных каналов. Для смежных частотных каналов перекрывающиеся защитные поднесущие выравниваются в частотной области для использования для передачи данных.
Управление доступом к среде (MAC) включает функциональные блоки, которые связаны со средствами управления физическим уровнем и каналами связи, такими как:
- Управление физическим уровнем
- Передача управляющих сообщений
- Управление в дежурном режиме
- Качество услуг (QoS)
- Планирование и объединение
- Автоматический запрос (ARQ)
- Фрагментация/упаковка
- Формирование блоков данных
- Одновременная работа по разным
- Переадресация данных
- Борьба с помехами
- Координация работы базовых
Управление физическим уровнем (PHY)
Блок управления PHY включает функции получения и обработки сигнальной информации PHY, такие как определение диапазона, измерение/обратная связь (CQI) и положительные/отрицательные квитанции на автоматические запросы повторения передачи (HARQ ACK/NACK). На основе информации CQI и HARQ ACK/NACK блок управления PHY определяет качество канала, как оно оценивается абонентской станцией, и осуществляет адаптацию канала путем коррекции схем модуляции и кодирования (MCS) и/или мощности передачи. При определении диапазона блок управления PHY осуществляет синхронизацию в линии восходящей связи с регулировкой мощности, оценками сдвига частоты и времени.
Передача управляющих сообщений
Блок передачи управляющих сообщений формирует сообщения выделения ресурсов.
Управление в дежурном режиме
Блок управления в дежурном режиме обеспечивает выполнение процедуры дежурного режима. Блок управления в дежурном режиме может также формировать сигнальную информацию MAC, относящуюся к дежурному режиму, и может обмениваться информацией с блоком планирования и объединения ресурсов для обеспечения надлежащей работы в дежурном режиме.
Качество услуг (OoS)
Блок QoS осуществляет управление QoS, используя параметры QoS, поступающие из блока управления потоками услуг и соединениями для каждого соединения.
Планирование и объединение ресурсов
Блок планирования и объединения ресурсов планирует и объединяет пакеты в соответствии с характеристиками соединений. Для учета характеристик соединений блок планирования и объединения ресурсов получает для каждого соединения информацию QoS из блока QoS.
Автоматический запрос (ARQ)
Блок ARQ выполняет функцию ARQ уровня MAC. Для соединений с ARQ блок ARQ разбивает логически сервисные блоки данных MAC на блоки ARQ и нумерует каждый логический блок ARQ. Блок ARQ может также формировать управляющие сообщения ARQ, такие как сообщение обратной связи (информация ACK/NACK).
Фрагментация/упаковка
Блок фрагментации/упаковки выполняет фрагментацию или упаковку блоков данных абонентских станций в соответствии с результатами работы блока планирования и объединения ресурсов.
Формирование блоков данных протокола MAC (MAC PDLD
Блок формирования MAC PDU формирует их таким образом, что базовая станция и абонентская станция могут передавать график пользователя или управляющие сообщения в канал PHY. Блок формирования MAC PDU вставляет заголовок MAC и может добавлять подзаголовки.
Одновременная работа по разным стандартам радиосвязи
Блок одновременной работы по разным стандартам радиосвязи выполняет функции поддержки одновременной работы радиоустройств стандарта IEEE 802.16m и других стандартов, находящихся на одной и той же мобильной станции.
Переадресация данных
Блок переадресации данных выполняет функции переадресации, когда в линии между базовой станцией и абонентской станцией имеются ретрансляционные станции. Блок переадресации данных может взаимодействовать с другими блоками, такими как блок планирования и объединения ресурсов и блок формирования MAC PDU.
Борьба с помехами
Блок борьбы с помехами выполняет функции управления помехами между сотами/секторами. Эти функции могут включать:
- Использование возможностей уровня MAC
- Передачу информации измерений и оценок помех в составе сигнальной информации MAC
- Ослабление помех за счет планирования и гибкого многократного использования частот
- Использование возможностей уровня PHY
- Регулирование мощности передачи
- Придание помехам случайного характера
- Подавление помех
- Измерение помех
- Предварительное кодирование и формирование диаграммы направленности передатчика
Координация работы базовых станций
Блок координации работы базовых станций координирует действия нескольких базовых станций путем обмена информацией, например информацией об управлении помехами. Функции этого блока включают обеспечение обмена информацией, например, об управлении помехами между базовыми станциями в составе сигнальной информации базовой сети и сообщений абонентских станций на уровне MAC. Такая информация может содержать характеристики помех, например, результаты измерений помех и т.п.
На фигуре 11 показан поток данных графика пользователя и обработка на базовой станции 14 и абонентской станции 16. Пунктирные стрелки указывают поток данных графика пользователя от сетевого уровня на физический уровень и в обратном направлении. На передающей стороне пакет сетевого уровня обрабатывается подуровнем конвергенции, функцией ARQ (если используется), функцией фрагментации/упаковки и функцией формирования блоков MAC PDU, которые передаются на физический уровень. На принимающей стороне блок SDU физического уровня обрабатывается функцией формирования блоков MAC PDU, функцией фрагментации/упаковки, функцией ARQ (если используется) и функцией подуровня конвергенции для формирования пакетов сетевого уровня. Сплошные стрелки показывают базовые компоненты управления между функциями CPS и между CPS и PHY, которые связаны с обработкой данных трафика пользователя.
На фигуре 12 показан поток сигнальной информации управления CPS и обработка на базовой станции 14 и абонентской станции 16. На передающей стороне пунктирные стрелки указывают поток сигнальной информации управления от функций управления к функциям данных и обработку сигнальной информации управления функциями данных для формирования соответствующей сигнальной информации MAC (например, управляющих сообщений MAC, заголовков/подзаголовков MAC) для передачи по радиоканалу. На принимающей стороне пунктирные стрелки указывают обработку принятой по радиоканалу сигнальной информации MAC функциями данных и прием соответствующей сигнальной информации управления функциями управления. Сплошные стрелки показывают базовые элементы управления между функциями CPS и между CPS и PHY, которые связаны с обработкой сигнальной информации управления. Сплошные стрелки между функциональными блоками M_SAP/C_SAP и MAC указывают базовые компоненты управления и организации в направлении системы управления и организации сети (NCMS) и в обратном направлении.
Базовые компоненты в направлении M_SAP/C_SAP и в обратном направлении определяют задействованные функциональные возможности сети, такие как борьба с помехами между базовыми станциями, управление мобильностью внутри/между RAT и т.п. и функциональные возможности, относящиеся к управлению, такие как управление местонахождением, конфигурирование системы и т.д.
На фигуре 13 представлена архитектура базового протокола, определяющего поддержку системы со многими несущими частотами. Компонент общей части MAC может управлять распределением физического уровня по множеству частотных каналов. Некоторые сообщения MAC, переданные на одной несущей, могут также накладываться и на другие несущие. Каналы могут иметь разные полосы пропускания (например, 5, 10 и 20 МГц), которые могут примыкать друг к другу, или же между ними могут быть разрывы. Каналы могут иметь одинаковые или разные режимы дуплексной связи, например FDD, TDD, или же они могут представлять собой сочетание двунаправленных и только вещательных каналов.
Компонент общей части MAC может поддерживать одновременную работу абонентских станций 16 с разными возможностями, такими как работа только по одному каналу в один момент времени или работа на нескольких каналах, которые могут примыкать друг к другу, или же между ними могут быть разрывы.
Управляющие сообщения, так же как и другие данные, передаются в среде беспроводной связи между базовой станцией 14 и абонентской станцией 16 с использованием определенной схемы модуляции, в соответствии с которой данные преобразуются в символы. Модуляция управляющих сообщений будет описана ниже более подробно, однако сейчас следует отметить, что символ - это наименьший элемент (квант) информации, которая передается за один раз. Символ может представлять любое количество бит в зависимости от используемой схемы модуляции, однако обычно содержит от 1 до 64 бит, и в некоторых распространенных схемах модуляции каждый символ представляет собой два бита.
В соответствии с системой OFDM частотный спектр разбивается на ряд поднесущих частот. Отдельные поднесущие частоты используются для передачи отдельных символов. Таким образом, поднесущая частота может рассматриваться как квант частотного ресурса, который переносит данные. В этом случае время может считаться разбитым на временные интервалы (слоты), продолжительность которых достаточна для передачи одного символа. Эти интервалы на один символ (ST) могут рассматриваться как квант временного ресурса, в котором могут передаваться данные.
Независимо от используемой схемы модуляции один модулированный символ передается на одной поднесущей частоте и обычно представляет собой квант информации, который может быть передан в среде беспроводной связи. Таким образом, как показано на фигуре 14, все имеющиеся ресурсы передачи, которые могут использоваться для передачи информации, могут быть представлены как двумерная матрица 1400, в которой одно измерение представляет частоту (ось 1405) и представляет каждую поднесущую частоту 1415 и другое измерение представляет время (ось 1410), содержащее временные интервалы ST 1420. Таким образом, ресурсы передачи могут быть разбиты на блоки 1425 поднесущих на символы, где поднесущие представляют частотные ресурсы, и символы представляют временные ресурсы. Каждый из этих блоков 1425 представляет ресурсы передачи, способные передавать один символ.
Назначение ресурсов передачи для различных целей и компонентов будет иллюстрироваться в настоящем описании с использованием этого формата матрицы. Передачи могут быть описаны как занятие определенных позиций в сетке, таких как определенные зоны внутри фрейма (ниже описывается более подробно). Однако следует отметить, что описываемые и иллюстрируемые схемы внутри матрицы являются по своему характеру логическими и приводятся в иллюстративных целях. Организация действительных физических ресурсов, используемых для описываемых целей, может отличаться от иллюстрируемой или описываемой организации. В частности, специалисту в данной области техники будет понятно, что хотя блоки, выделенные для определенных целей, могут быть показаны здесь как прилегающие друг к другу, однако действительные выделенные физические ресурсы необязательно представляют собой непрерывное поле по частоте и времени для использования преимуществ разноса по частоте и/или по времени.
Как это известно в технике, все имеющиеся ресурсы передачи, иллюстрируемые в матрице 1400, могут быть назначены для различных целей и/или передающих компонентов (например, базовой станции 14 или отдельных абонентских станций 16). Будет понятно, что назначение различных частей всех имеющихся ресурсов передачи осуществляется на базовой станции и решения о назначении передаются на абонентскую станцию 16. Более того, хотя назначенные ресурсы передачи показаны как прилегающие друг к другу блоки, при их отображении на действительные физические ресурсы они могут быть распределены таким образом, чтобы использовать преимущества частотного и/или временного разноса.
На фигуре 15 иллюстрируется пример кадра 1500 в системе OFDMA. В этом примере кадр 1500 разбит на подкадры. Более конкретно, кадр 1500 разбит на подкадр 1505 нисходящей связи (DL) и подкадр 1510 восходящей связи (UL). В рассматриваемом примере система использует режим дуплексной связи с временным разделением (TDD), при котором части DL и UL передаются не одновременно, а размещены таким образом, что они занимают разные положения во времени. Соответственно DL-подкадр 1505 и UL-подкадр 1510 занимают разные неперекрывающиеся временные сегменты.
DL-подкадр 1505 содержит DL-последовательности 1515, которые содержат соответствующие передаваемые DL-данные полезной информации. Каждая из DL-последовательностей 1515 передаваемых данных может быть предназначена для разных базовых станций 16, хотя из них несколько последовательностей может передаваться для одной станции 16.
DL-подкадр 1505 также содержит секцию DL-MAP 1520, которая определяет доступ к DL-информации. Секция DL-МАР 1520 является сообщением уровня управления доступом к среде (MAC), которое определяет время начала последовательностей мультиплексной передачи с временным уплотнением и множественного доступа с временным разделением (TDMA) для абонентской станции 16 в линии нисходящей связи (DL). В составе информации, содержащейся в DL-MAP 1520, может находиться указание расположения содержимого DL-подкадра 1505 среди физических ресурсов передачи. Управление передачей по линии восходящей связи осуществляет базовая станция, и DL-подкадр содержит также часть UL MAP 1525, содержащуюся в первой DL-последовательности.
Как можно видеть, кадр 1505 содержит преамбулу 1530, расположенную в первом подкадре 1505. Преамбула 1530 может использоваться для обеспечения идентификации и выбора базовой станции, измерений согласованной скорости передачи данных (CIR), синхронизации кадров и времени, синхронизации частоты, а также оценки канала.
Абонентской станции 16 могут быть назначены для передачи различные типы управляющих сообщений внутри подкадра. Абонентская станция 16 может объединять эти управляющие сообщения и осуществлять их совместное кодирование. Абонентской станции 16 назначаются различные объемы ресурсов передачи для управления линией восходящей связи с разной периодичностью. Например, абонентская станция 16 может получать Х ресурсов передачи для управления линией восходящей связи каждые N подкадров, а также Y ресурсов передачи для управления каналом восходящей связи каждые М подкадров. Если указанные периоды N и М таковы, что оба интервала будут находиться в пределах одного и того же подкадра, то абонентская станция 16 будет совместно кодировать информацию, заключенную в Х и Y, или же эта информация будет кодироваться раздельно.
UL-подкадр 1510 содержит UL-последовательности 1540, которые содержат соответствующие передаваемые UL-данные полезной информации. Каждая UL-последовательность 1540 может порождаться разными абонентскими станциями 16, хотя может быть также, что несколько UL-последовательностей порождаются одной и той же абонентской станцией 16. UL-подкадр также может содержать подканал определения диапазона, который может использоваться для конкурирующих запросов на полосу пропускания.
Следует отметить, что могут использоваться и другие схемы дуплексной связи, такие как, например, дуплексная связь с частотным разделением (FDD). На фигуре 16 представлена упрощенная иллюстрация кадра 1600 при использовании схемы FDD дуплексной связи.
Как показано на фигуре 16, при использовании схемы FDD дуплексной связи DL- и UL-передачи занимают различные позиции частотных ресурсов и могут занимать одинаковые позиции временных ресурсов.
В системах беспроводной связи, такой как система, рассматриваемая в настоящем описании, сигнальная информация управления необходима для обеспечения надлежащей передачи данных. Управляющие сообщения не относятся к действительным сообщениям передачи, представляющим информацию, которая предназначена для передачи от одного пользователя к другому, а к другой информации, общей для двух устройств беспроводной связи, обменивающихся данными, для обеспечения или улучшения передачи данных. Управляющие сообщения могут включать команды, посредством которых базовая станция 14 дает указания абонентским станциям 16 выполнять определенные действия, такие как, например, осуществлять передачу с использованием определенных ресурсов или использовать определенные схемы модуляции. Управляющие сообщения могут быть также более информационными, содержащими информацию обратной связи. Например, абонентская станция 16 может передавать на базовую станцию 14 сообщения индикатора качества канала (CQI), которые обеспечивают информацию о качестве канала. Управляющие сообщения могут также содержать ACK/NACK. сообщения (положительные/отрицательные квитанции), другие ответы на другие сигналы или даже запросы, такие как запросы полосы пропускания. В общем случае требуется передавать управляющие сообщения с максимально возможной надежностью, поскольку правильная передача всех передаваемых данных зависит от должного функционирования подсистемы обмена управляющими сообщениями. С другой стороны, скорость передачи имеет меньшее значение для управляющих сообщений, поскольку они содержат сравнительно небольшие количества данных, и основное внимание обращается на надежность их передачи.
Если не указано иное, то управляющие сообщения и управляющая сигнальная информация, указываемые в настоящем описании, относятся к управляющим сообщениям и к управляющей сигнальной информации в линиях восходящей связи, хотя специалисту будет понятно, где это подходит, применимость описанных идей также и для нисходящей связи.
В общем случае управляющие сообщения могут быть разных размеров. Короткие сообщения, такие как АСК или NACK могут иметь длину 1 бит или 2 бита. Сообщения CQI и другие управляющие сообщения могут иметь средние размеры. Они могут иметь длину более 2 бит и менее 70 бит, и сообщение CQI может иметь длину порядка 3-18 бит. Длина некоторых управляющих сообщений может достигать 70-80 бит и более. Необходимо отметить, что указанные здесь размеры малых, средних и больших сообщений даны лишь в качестве примеров. Возможны и другие размеры малых, средних и больших сообщений. Более того, в то время как здесь указаны три диапазона размеров сообщений, возможны также меньшие и большие диапазоны. Например, можно рассматривать только малые (например, 1-2 бита) и большие (например, больше 3 бит) сообщения или же рассматривать малые (например, 1-3 бита), средние (например, 3-70 бит), большие (например, 70-80 бит) и очень большие (более 80 бит) сообщения. Необходимо понимать, что также возможны и другие диапазоны/разбиения.
Передающая абонентская станция 16 может определять размер управляющих сообщений разными способами. Например, станция 16 может просто знать размер управляющего сообщения, поскольку оно сформировано этой станцией. В других вариантах станция может определять размер управляющего сообщения после его формирования либо путем измерения его размера, либо путем уменьшения его размера, например, в зависимости от типа управляющего сообщения. Например, абонентская станция 16 может знать, что сообщения CQI всегда имеют определенный размер, или их размер всегда находится в определенном диапазоне. Также абонентская станция 16 может иметь режим по умолчанию, в котором считается, что управляющие сообщения имеют определенный размер или их размеры находятся в определенном диапазоне, и станция может определять размеры управляющих сообщений, которые должны передаваться. Чтобы исключить путаницу, в общем случае для описания данных в форме управляющих сообщений и других данных, передаваемых через беспроводный интерфейс, используются разные термины. Если контекст описания не определяет иное, термин "данные управляющего сообщения", как он используется здесь, в общем случае означает данные, которые формируют управляющее сообщение, в то время как термин "передаваемые данные", как он используется здесь, в общем случае означает данные, которые не относятся к управлению и предназначены для передачи в среде беспроводной связи некоторым пользователем (например, программой или человеком), причем они содержат пакеты данных с заголовками и полезной информацией.
Сообщение с индикатором качества канала (CQI) представляет собой сообщение, которое обеспечивает информацию о качестве канала или информацию, на основании которой могут быть получены некоторые знания о качестве канала. В одном из примеров абонентская станция может передавать на базовую станцию одно или несколько сообщений CQI, связанных с абонентской станцией, для обеспечения базовой станции информацией, на основании которой могут быть получены некоторые характеристики качества канала, например, как они воспринимаются на абонентской станции.
Для передачи управляющих сообщений могут быть выделены каналы управления. Например, сообщение CQI может быть передано по каналу индикатора качества канала (CQICH). Канал управления может быть назначен конкретной абонентской станции, или же он может быть назначен для использования несколькими абонентскими станциями. Длина сообщений CQI может варьироваться или может быть фиксированной, однако в любом случае сообщение CQI может содержать любое количество бит, например сообщение CQI может содержать лишь несколько бит.
Подтверждающие сообщения (АСК) используются для подтверждения, что некоторое событие, например передача, произошла, или для индикации правильного получения некоторой информации. Сообщения АСК могут быть очень короткими и могут содержать один или два бита. Сообщения АСК могут использоваться, например, когда используются способ автоматического запроса повторения передачи (ARQ) или гибридная схема автоматического запроса повторения передачи (HARQ). При использовании схемы ARQ отправитель передает исходную информацию получателю. Если исходная информация верно принята получателем, он подтверждает прием, направляя сообщение АСК. Отправитель ожидает получения подтверждения, и если время ожидания вышло, то есть подтверждение не получено в течение заданного интервала времени, то отправитель может выполнить следующие действия для обеспечения доведения исходной информации до получателя. Например, в случае истечения заданного интервала времени отправитель может повторить передачу исходной информации. При использовании схемы ARQ к исходной информации могут быть добавлены биты обнаружения ошибок (ED), дающие возможность получателю определить наличие ошибок в принятой исходной информации. Если обнаружена ошибка, то отправителю может быть передано сообщение отрицательного подтверждения (NACK), которое указывает на неправильный прием исходной информации. При использовании схемы HARQ к исходной информации иногда (или всегда) добавляются биты непосредственного исправления ошибок (FEC) вместе с битами ED или вместо них, так что получатель может попытаться восстановить исходную информацию, если при ее передаче произошла ошибка. Биты FEC необязательно добавляются к каждой передаче исходной информации.
Термин "быстрая обратная связь" обычно относится к управляющим сообщениям, критичным по времени. Сообщения с быстрой обратной связью могут быть сообщениями, связанными с физическим уровнем, которые требуют быстрого ответа. Обычно они очень короткие (в некоторых случаях 3-6 таких сообщений может помещаться в одном временном интервале), и им обычно назначаются отдельные ресурсы передачи, такие как временные интервалы.
Блоки 1425 ресурсов передачи могут быть организованы разными способами. На фигуре 17 приведен пример организации определенных блоков 1425, используемых для передачи управляющих сообщений, в данном случае управляющих сообщений восходящей связи (UL), которые организованы в субматрицы 1705 управления. Субматрицы 1705 могут иметь любые размеры, однако в данном случае показана субматрица, имеющая размеры 6 поднесущих на 3 временных интервала ST (всего 18 блоков 1425), которые хорошо подходят для рассматриваемых в описании схем кодирования и модуляции. Как показано на фигуре 17, в двух противолежащих углах каждой субматрицы 1705 резервируются два блока 1425 для пилот-сигналов, если они используются, или для нулевых сигналов, если пилот-сигналы не используются. Несмотря на наличие "нулевых" сигналов, в этом случае считается, что никакие пилот-сигналы не используются/не обеспечиваются в субматрице 1705 управления. Другие блоки 1425 могут использоваться для передачи данных управляющих сообщений. В данном случае в каждой субматрице может быть передано 16 символов (6×3 блоков - 2 пилот-сигнала).
Субматрицы 1705 управления не обязательно должны занимать определенное место в каждом подкадре. Они могут перемещаться внутри подкадра. Позиции частот и/или временных интервалов субматриц 1705 управления могут изменяться от одного подкадра к другому, так что они не всегда будут в одном и том же месте. В этом случае если некоторый участок имеющихся ресурсов передачи подвергается действию помех, то субматрицы 1705 управления не будут подвергаться их действию в каждом подкадре.
Кроме того, как показано на фигуре 17, субматрицы 1705 управления могут быть организованы в сегменты 1710 ресурса управления. Сегменты 1710 ресурса управления выделяются для передачи управляющих сообщений в линиях восходящей связи. Как показано, в одном сегменте 1710 может быть 6 субматриц 1705 управления, то есть один сегмент 1710 имеет размеры, равные 18 поднесущим на 6 временных интервалах ST. Сегменты 1710 ресурса управления могут использоваться совместно всеми абонентскими станциями в секторе и могут быть распределены, например, по частоте и/или времени, для обеспечения разноса.
Управляющие сообщения могут передаваться на субматрицах 1705 управления, но они могут занимать более одной субматрицы 1705 управления. Для этой цели выделяются каналы управления, содержащие несколько субматриц 1705 управления. Каналы управления могут содержать 2, 4, 6 или 8 субматриц, которые могут быть распределены по разным сегментам 1710 ресурса управления. Это распределение может обеспечивать увеличение разноса по времени и/или частоте. Управляющему сообщению, источником которого является абонентская станция 16, может быть назначен один соответствующий канал управления, так что закодированное и модулированное управляющее сообщение соответствует каналу управления. Например, сигнал CQI может передаваться в канале CQICH, который может быть содержать, например, 4 субматрицы управления. Это особенно справедливо для вышеуказанных управляющих сообщений среднего размера, хотя для управляющих сообщений и других размеров также может быть выделен соответствующий канал управления. Размер выделенного канала управления будет зависеть тогда от длины (в битах) управляющего сообщения, а также от схемы кодирования и скорости. Ниже будет подробно рассмотрены процессы кодирования и модуляции управляющего сообщения.
Необходимо иметь в виду, что не все управляющие сообщения должны передаваться по одному соответствующему каналу управления. Небольшие управляющие сообщения, например, такие как однобитовые или двухбитовые сообщения ACK/NACK, могут быть объединены от нескольких базовых станций в одной субматрице 1705 управления. С другой стороны, большие управляющие сообщения могут передаваться с использованием других ресурсов передачи, отличных от каналов управления, субматриц 1705 управления, сегментов 1710 ресурсов управления, описанных выше. Например, большие управляющие сообщения могут быть переданы вместе с данными пользователя.
Общее количество ресурсов передачи, которые используются для передачи управляющего сообщения, зависит от длины (в битах) такого сообщения, а также от схемы кодирования, использованной для кодирования сообщения.
Количество бит, которое может быть передано в каждой субматрице управления, зависит от использованной схемы модуляции, поскольку она определяет количество бит, которые представляют каждый символ в каждом блоке 1425 в субматрице. Способ отображения данных на символ зависит от используемой схемы модуляции. При использовании фазовой манипуляции (PSK) символы обычно представляются как некоторый фазовый сдвиг, приданный опорному сигналу. При использовании квадратурной фазовой манипуляции (QPSK), одном из вариантов PSK, четыре символа обычно представляются как четыре точки в диаграмме созвездия, представляющей различные фазовые сдвиги, приданные опорному сигналу. Поскольку в данном случае имеются четыре возможных символа, то каждый символ представляет два бита данных. В отличие от этого при двухпозиционной фазовой манипуляции (BPSK) символы представляются только одним из двух возможных фазовых сдвигов, и поэтому каждый символ представляет один бит (одна из двух возможностей). PSK более высоких порядков могут быть получены обеспечением созвездия, имеющего большее количество точек (представляющих разные фазовые сдвиги и амплитуды), однако по мере увеличения количества точек в созвездии также увеличивается и коэффициент ошибок. Обычно стремятся использовать такую модуляцию, как квадратурная амплитудная модуляция (QAM) более высоких порядков, для обеспечении большего количества возможных символов. Например, на высококачественных каналах может использоваться 64-QAM, которая обеспечивает 64 различных символов, каждый из которых представляет 6 бит.
Таким образом, можно понять, что число бит, которое может быть передано в одной субматрице 1705 управления, зависит от числа бит, которые представляет каждый из 16 блоков 1425, используемых для передачи данных в субматрице 1705 управления. Например, при использовании BPSK каждый символ представляет один бит, и всего 16 бит может передаваться в одной субматрице. С другой стороны, если используется QPSK, то каждый символ представляет 2 бита, и поэтому в одной субматрице может передаваться всего 32 бита.
В обыкновенной PSK символы, как правило, представляются как определенная величина фазового сдвига. Например, в QPSK код "11" может быть представлен как фазовый сдвиг, равный 45º, код "01" может быть представлен как фазовый сдвиг, равный 135º, код "00" может быть представлен как фазовый сдвиг, равный 225º, и код "10" может быть представлен как фазовый сдвиг, равный 315º. Однако воздействия в канале связи могут вызывать со временем поворот созвездия. Поэтому в случае обыкновенной фазовой манипуляции обычно используется пилот-сигнал, который обеспечивает опорную фазу.
Для минимизации возможной ошибки со схемами фазовой манипуляции может использоваться циклический двоичный код (код Грея), в котором соседние символы представляют величины, отличающиеся только на один бит.Поскольку можно считать, что ошибка, представляющая собой считывание одного символа вместо другого, более вероятна для соседних символов, чем для символов, удаленных друг от друга, использование кода Грея снижает количество ошибочных бит, возникающих в результате такой ошибки.
Например, если для модуляции закодированного управляющего сообщения используется QPSK, то каждые два закодированных бита отображаются на один символ QPSK (с использованием кода Грея) и 16 символов QPSK отображаются на одну субматрицу 1705.
Дифференциальная фазовая манипуляция (DPSK) устраняет проблему поворота созвездия, определяя символы как изменения фазы, а не как определенные величины фазы. Поэтому увеличение или уменьшение текущей фазы на некоторый угол может представлять некоторый символ. Таким образом, если воздействие в канале связи вызывает со временем постепенный сдвиг фазы сигнала, это может не влиять на обнаружение символов, если сдвиг существенно меньше, в пределах временного кадра сигнала, чем сдвиги, указывающие символ. Даже если воздействие вызывает мгновенный существенный сдвиг сигнала, это приведет к неправильному считыванию всего лишь одного символа, поскольку следующий символ будет представлен как определенное изменение фазы от любого предыдущего значения.
Термин "предыдущее значение" фазы не обязательно означает хронологическую последовательность. То есть изменения фазы для DPSK могут быть осуществлены по времени, или по частоте, или по обоим измерениям. На фигурах 19А и 19В иллюстрируются два примера. Стрелки указывают путь, по которому каждый блок 1425 переносит символ, определяемый фазовым сдвигом между этим блоком и предыдущим вдоль пути, указываемого стрелкой. На фигуре 19А, DPSK в направлении времени, модулирующие фазовые сдвиги сначала пересекают временные границы, в то время как на фигуре 19В, DPSK в направлении частоты, модулирующие фазовые сдвиги сначала пересекают поднесущие частоты.
i
i
В одном из примеров модуляции DPSK, если p является символом QPSK, то символ z DPSK определяется по формуле (I):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msub><mi>z</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>z</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mtext> </mtext><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub></mrow>
i-1
Здесь z представляет собой опорный символ, известный в этой схеме модуляции передающей и принимающей сторон.
На фигуре 18А показана субматрица 1705 управления, содержащая два вышеуказанных пилот-сигнала 1805. Если для обнаружения управляющего сообщения, переданного на субматрице 1705 управления, должно использоваться некогерентное детектирование, то два пилот-сигнала могут быть опущены и заменены нулевыми сигналами 1810, как показано на фигуре 18 В. Нулевые сигналы 1810 представляют незадействованные поднесущие частоты. Поскольку в этом случае для пилот-сигналов на этих поднесущих частотах мощность не используется (в противном случае она часто даже выше, чем мощность на других поднесущих частотах), то общая мощность, доступная для субматрицы управления, может быть распределена однозначным образом между блоками 1425 символов управляющего сообщения, в результате чего обеспечивается повышенная мощность сигнала для ресурсов, передающих символы управляющего сообщения, чем в случае использования пилот-сигналов.
Перед модуляцией управляющие сообщения кодируются для введения избыточности, позволяющей обнаруживать ошибки и/или их исправление. Для всех управляющих сообщений или для некоторой их подгруппы может использоваться одна схема кодирования. Однако в рассматриваемом примере определенная схема кодирования выбирается в зависимости от размера управляющего сообщения, которое должно быть передано. В частности, небольшие управляющие сообщения, например, такие как однобитовые или двухбитовые сообщения ACK/NACK, могут быть закодированы с помощью мультиплексирования с кодовым разделением (CDM) с использованием расширяющих последовательностей. Имеется несколько вариантов расширяющих последовательностей, включая расширение дискретным преобразованием Фурье, коды Уолша и CAZAC. Для небольших управляющих сообщений может использоваться один вариант, или же схема принятия решений может выбирать определенный вариант в зависимости от ситуации и/или данных, которые должны быть переданы, и/или ресурсов передачи.
При использовании схемы модуляции CDM несколько небольших управляющих сообщений могут передаваться с использованием одного ресурса передачи. В частности, несколько небольших управляющих сообщений могут быть переданы на одной субматрице управления или на одном сегменте ресурса управления. Для повышения надежности могут использоваться повторения, когда передаваемые данные передаются несколько раз. Могут использоваться повторения целиком субматриц, а не отдельных бит.
Небольшие управляющие сообщения, закодированные с использования мультиплексирования с кодовым разделением (CDM), могут поступать от разных абонентских станций 16. В этом случае несколько пользователей могут использовать совместно один ресурс, такой как субматрица 1705 управления или сегмент 1710 ресурса управления. В другом варианте совместное использование может ограничиваться управляющими сообщениями от одной абонентской станции 16, и все сообщения, закодированные с помощью мультиплексирования с кодовым разделением (CDM) и использующие один ресурс передачи (например, субматрицу 1705), могут исходить от одной абонентской станции 16.
Для управляющих сообщений среднего размера, таких как управляющие сообщения, содержащие меньше 70 бит, или управляющие сообщения, содержащие от 3 до 18 бит, может использоваться другая схема. Такие управляющие сообщения, которые могут быть, например, сообщениями CQI, могут быть закодированы с использованием кодирования блочными кодами, такого как кодирование Рида-Мюллера. Достоинством кодирования Рида-Мюллера является его сравнительная простота и быстрое декодирование. Хотя может использоваться алгоритм быстрого декодирования, однако следует иметь в виду, что может использоваться любой подходящий алгоритм декодирования. Кодирование Рида-Мюллера оптимально для сообщений малого и среднего размеров с длиной блока, не превышающей 32 бита. Термин "кодовая комбинация", как он используется в настоящем описании, относится к закодированному сообщению, и термин "длина блока" относится к длине в битах кодовых комбинаций, формируемых схемой кодирования. Термин "длина блока" не относится к блокам 1425, которые представляют собой ресурсы передачи, используемые для передачи одного символа.
k
k
n
n
k
Для определенной схемы кодирования Рида-Мюллера длина блока указывается как n, и максимальное количество бит, которое может быть закодировано, равно k. В общем случае n будет больше k. В этом случае для этого кодирования Рида-Мюллера не все комбинации из n бит являются действительными кодовыми комбинациями, поскольку не все комбинации из n бит могут быть сформированы схемой кодирования Рида-Мюллера из k входных бит. Иначе говоря, имеется 2 разных возможных строк, содержащих к единиц и нулей, которые при кодировании дают 2 различных возможных действительных кодовых групп. Однако имеется 2 разных возможных строк, содержащих n единиц и нулей, и 2>2, поэтому получается, что некоторые комбинации единиц и нулей не могут быть результатом кодирования k входных бит, и, следовательно, они не являются действительными кодовыми комбинациями, поскольку они не могли быть сформированы схемой кодирования Рида-Мюллера.
ij
ij
Набор всех действительных кодовых комбинаций может быть назван "книгой кодовых комбинаций" и обозначается Р. Некоторая кодовая комбинация из книге Р обозначается р. Для управляющих сообщений, передаваемых по каналу управления, которые, как уже указывалось, могут быть составлены из ряда субматриц управления, можно сказать, что р=[p], где p представляет один символ QPSK на блоке 1425J субматрицы i, где i=1, …, I (I - число субматриц в канале управления, например, 2, 4, 6 или 8) и j - 1, …, 16 (поскольку в рассматриваемом выше примере субматрицы содержат по 16 блоков 1425).
При кодировании сообщения обычно необходимо формировать кодированные блоки, имеющие большую величину минимального кодового расстояния (расстояние Хемминга). Расстояние Хемминга относится к количеству бит, которые должны быть изменены на противоположные для перехода от одной действительной кодовой комбинации к другому кодированному блоку, соответствующему другому кодированному сообщению. Минимальное расстояние Хемминга, обозначенное здесь как dm/n, относится к наименьшему из расстояний Хемминга для группы действительных кодовых комбинаций. Например, для книги кодовых комбинаций, составленной из двух кодовых комбинаций "000000" и "111111", минимальное расстояние Хемминга равно 6 бит, поскольку все 6 бит одного действительного кода должны быть изменены на противоположные для получения другого действительного кода. Однако если понадобится добавить в книгу кодовых комбинаций код "001111", то минимальное расстояние Хемминга будет равно 2, поскольку существует одна действительная кодовая комбинация, для которой необходимо поменять на противоположные только 2 бита для получения другой кодовой комбинации (в частности, изменение первых двух бит кода "001111" позволяет получить "11111", другую действительную кодовую комбинацию).
m/n
min
min
Повторение предусматривает специальный повтор переданных бит для повышения надежности передачи. Часто используется побитовое повторение. Например, слово "101" после трех повторений будет иметь вид "111000111". В рассматриваемом примере выполняется повторение целиком субматриц. Субматрицы могут быть повторены без изменений, так что повторяемые матрицы имеют то же содержимое, что и исходная матрица, которую они повторяют. В общем случае R повторений увеличивают расстояние d в R раз. Таким образом, кодовая книга Р с минимальным расстоянием Хемминга d, равным 8, будет иметь d, равное 32, если используются 4 повторения R.
Кодирование Рида-Мюллера указывается как RM(m, r), где m и r - параметры кода Рида-Мюллера. Параметр m определяется длиной n блока, получаемого в результате кодирования, причем зависимость между m and n описывается формулами (2) и (3):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>m</mi><mo>=</mo><msub><mrow><mi>log</mi></mrow><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>n</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>n</mi><mo>=</mo><msup><mn>2</mn><mi>m</mi></msup></mrow>
m
Параметр r - это порядок кода. Например, кодирование Рида-Мюллера с порядком r=0, RM(m, 0) является просто кодированием с повторениями, когда данные повторяются 2 раз (k=1). Кодирование Рида-Мюллера с порядком r=m-1 обеспечивает бит четности. RM(m, m-2) является кодированием Хемминга.
Максимальное количество k бит, которые могут быть закодированы с использованием кодирования Рида-Мюллера, определяется по формуле (4):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>k</mi><mo>=</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>r</mi></munderover><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mtable><mtr><mtd><mi>m</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>i</mi></mtd></mtr></mtable></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow>
Величина k - это наибольшая длина управляющего сообщения (в битах), которое может быть закодировано с использованием определенного кодирования Рида-Мюллера. Как можно понять, параметры m и r определяют максимальную длину управляющего сообщения, которое может быть закодировано с использованием определенного кодирования Рида-Мюллера. Таким образом, кодирование, используемое для управляющего сообщения, может быть выбрано частично в зависимости от размера управляющего кода, который должен быть закодирован.
Для фигуры 17, если используется кодирование RM(6, 1) (что означает: n=64; k=7) и R=1 для схемы модуляции QPSK или DPSK (два бита на символ), то показанные две субматрицы 1705 управления могут содержать одно управляющее сообщение, которое до кодирования имеет длину 7 бит. Закодированное сообщение представляет собой кодовую комбинацию длиной 64 бита, которая точно входит в блок 1425 длиной 32 бита, который содержится в двух субматрицах 1705.
min
Минимальное расстояние Хемминга d для книги Р кодовых комбинаций, соответствующей кодированию RM(m, r), зависит от параметров m и r. Эта зависимость определяется формулой (5):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msub><mi>d</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mi>m</mi><mo>−</mo><mi>r</mi></mrow></msup></mrow>
С учетом того, что повторение влияет на расстояние Хемминга, полное расстояние Хемминга можно получить по формуле (6):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msub><mi>d</mi><mrow><mi>min</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mn>2</mn><mrow><mi>m</mi><mo>−</mo><mi>r</mi></mrow></msup><mtext> </mtext><mi>R</mi></mrow>
min
min
Если при передаче одной кодовой комбинации возникают ошибки в d битах, то существует вероятность, что кодовая комбинация в принятых данных будет точно соответствовать другой кодовой комбинации. Таким образом, принимающая сторона может не обнаружить ошибку, то есть возникает ситуация, когда неверно принятая комбинация будет считаться правильной. С другой стороны, при меньшем количестве ошибочных бит гарантируется, что принятая кодовая комбинация с ошибками не будет соответствовать действительной кодовой комбинации. Поэтому для любого количества ошибочных бит, не превышающего d-1, присутствие ошибки может быть обнаружено.
min
min
При получении кодовой комбинации с ошибками принимающая сторона, например базовая станция 14, может принять решение отбросить эту комбинацию или же считать, что получена действительная кодовая комбинация, которая наиболее близка к полученной кодовой комбинации с ошибками. Во втором случае приемная сторона будет правильно расшифровывать управляющее сообщение всякий раз, когда число ошибочных битов не приводит к совпадению принятой кодовой комбинации с другой кодовой комбинацией, которая ближе к ошибочной комбинации, чем правильная кодовая комбинация. Иначе говоря, любая принятая кодовая комбинация, количество ошибочных бит в которой меньше (d/2)-1, будет расшифровываться правильно с исправлением содержащихся в ней ошибочных бит. Базовая станция может также принимать решение не исправлять принятые кодовые комбинации, находящиеся очень близко к середине между двумя действительными кодовыми комбинациями, то есть кодовые комбинации, количество ошибочных бит в которых близко к величине d/2.
Кодовая скорость для заданного кодирования Рида-Мюллера определяется как отношение закодированных бит (в данном случае k бит) к длине n блока. Повторения увеличивают расстояние Хемминга и надежность передачи, но при этом уменьшают кодовую скорость. Если используется R повторений, то кодовая скорость снижается в R раз. Таким образом, кодовая скорость может быть определена по формуле (7):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mi>m</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>k</mi><mrow><mi>n</mi><mi>R</mi></mrow></mfrac></mrow>
Термин "характеристики кодирования" относится к характеристикам, которые связаны с определенной схемой кодирования. Например, для кодирования Рида-Мюллера, используемого для кодирования, характеристики определяются самой этой схемой кодирования и ее параметрами. Другие характеристики включают количество повторений и другие факторы, которые влияют на конечный результат процесса кодирования.
Способ выбора характеристик кодирования может быть следующим. Прежде всего выбирают определенный порядок или диапазон порядка кодирования Рида-Мюллера. В рассматриваемом примере для кодирования Рида-Мюллера будет задаваться порядок r, равный только 1 или 2. Затем выбирают коды с параметрами, которые обеспечивают приемлемую или необходимую длину n блока. Требуемый порядок кодирования и необходимая длина блока (или величина m, соответствующая необходимой длине блока) могут рассматриваться как первый и второй (или наоборот) критерии выбора, причем может использоваться только один из указанных критериев. В рассматриваемом примере первый и второй критерии определяют параметры кодирования Рида-Мюллера. Необходимая длина n блока может быть выбрана частично или полностью, исходя из размера субматрицы и размера подканала. Например, если имеются подканалы из 2, 4, 6 и 8 субматриц, каждая из которых состоит из 16 блоков 1425 передачи, и если используется схема модуляции QPSK (2 бита на блок 1425 передачи), то параметр m может быть выбран с учетом того, чтобы закодированные данные помещались в 64 бита (2 субматрицы), 128 бит (4 субматрицы), 192 бита (6 субматриц) или 256 бит (8 субматриц). Однако учитывая возможность использования повторений, длина блока может выбираться меньшей, чем вышеуказанные цифры, с учетом коэффициента R повторений. Эти коды могут затем классифицироваться по общему расстоянию Хемминга.
На фигуре 20 приведена таблица 2000, в разных рядах которой представлены разные схемы кодирования Рида-Мюллера, выбранные, как это было указано выше. Для каждой схемы кодирования Рида-Мюллера в таблице 2000 указаны величины параметров и характеристик, связанных с этим кодированием. Как можно видеть, порядок r кодирования задается равным только 1 и 2, в то время как величина m варьируется между величинами, которые позволяют получить длину n блока от 16 до 256. Кроме величин r и m, определяющих схему кодирования Рида-Мюллера, в таблице указаны также разные величины R, то есть количества повторений. Величины k, n, k/n, расстояние Хемминга, общая кодовая скорость, общее расстояние Хемминга и количество необходимых субматриц могут быть получены с использованием вышеприведенных формул и зависимостей. Строки таблицы 2000 сгруппированы по общему расстоянию Хемминга, и в каждой группе они организованы в порядке возрастания расстояния Хемминга (без повторений).
Из выбранных схем кодирования Рида-Мюллера, приведенных в таблице 2000, могут быть отобраны дополнительно схемы по расстоянию Хемминга. Это является третьим критерием выбора. Как показано в рассматриваемом примере, для каждого общего расстояния Хемминга выбирается кодирование Рида-Мюллера, которое характеризуется наибольшим индивидуальным расстоянием Хемминга (то есть величиной минимального расстояния Хемминга, когда не используются повторения). Эти отобранные схемы 2005 кодирования Рида-Мюллера выделены рамками в таблице 2000.
На фигуре 21 представлена уменьшенная таблица 210 кодов Рида-Мюллера, в которых указаны только отобранные схемы 2005 кодирования таблицы 2000. Эти отобранные схемы 2005 кодирования Рида-Мюллера могут использоваться для кодирования данных управляющих сообщений, отображаемых на субматрицы 1705. Выбранные схемы 2005 кодирования Рида-Мюллера в сокращенной таблице 2100 могут оцениваться с различными схемами модуляции и обнаружения с учетом выбора конкретной схемы кодирования Рида-Мюллера, которая будет использоваться для передачи. Вместе с этим или вместо этого решение о выборе схемы 2005 кодирования Рида-Мюллера может приниматься в зависимости от размера (в битах) управляющего сообщения, которое должно кодироваться, или от имеющихся ресурсов (например, количества субматриц 1705 управления в имеющемся канале управления или в имеющихся сегментах 1710 ресурса управления). Кроме того, при выборе схемы кодирования также может быть принята во внимание используемая схема обнаружения. Например, при выборе может учитываться, будет ли обнаружение когерентным или некогерентным.
В некоторых случаях необходимо будет произвести небольшие корректировки для учета небольших отличий в размерах управляющих данных, которые должны передаваться, и/или имеющихся ресурсов и величин k и n для схемы кодирования Рида-Мюллера. Эти корректировки могут быть выполнены, например, с использованием субкода Рида-Мюллера или "выкалывания" бит.
k
х
х
Субкоды Рида-Мюллера могут быть использованы, когда количество бит управляющих (или других) данных, которые должны передаваться, меньше k, количества бит, с которыми может работать используемая схема кодирования Рида-Мюллера. В таком случае может потребоваться не использовать всю кодовую комбинацию из n бит, и она может быть модифицирована, чтобы в ней использовалось меньшее количество бит. Пусть необходимо закодировать x бит, и для используемой схемы кодирования Рида-Мюллера x<k. Выбирается некоторая подгруппа из 2 действительных кодовых комбинаций, записанных в книге Р кодовых комбинаций кода Рида-Мюллера. В частности, выбирается 2 кодовых комбинаций, по одной на каждую возможную строку из x бит. Подгруппа, состоящая из 2кодовых комбинаций, выбирается таким образом, чтобы получить максимальное расстояние Хемминга между кодовыми комбинациями в этой подгруппе. Может использоваться любой способ осуществления такого выбора, например, исчерпывающий перебор всех возможных подгрупп позволит обеспечить оптимальный выбор кодовых комбинаций, так чтобы подгруппа имела наибольшее минимальное расстояние Хемминга. Принимающей стороне известны возможные кодовые комбинации.
Информация о возможных кодовых комбинациях может быть доведена до принимающей стороны любым подходящим способом. Например, базовая станция 14 может передать выбранные кодовые комбинации на абонентскую станцию, используя обмен информацией управления. В других вариантах для указания абонентской станции 16 используемых кодовых комбинаций может использоваться другая информация или же абонентской станции 16 указывается способ определения используемых кодовых комбинаций. Например, до абонентской станции 16 любым подходящим способом может быть доведена информация о размере подгруппы кодовых комбинаций, и после этого абонентская станция 16 может выполнить такой же процесс, который осуществлялся передающей стороной для определения кодовых комбинаций, входящих в подгруппу. В других вариантах определенные подгруппы кодовых комбинаций могут быть согласованы на более ранней стадии (например, для разных размеров подгрупп) или же абонентская станция 16 сама может выбрать кодовые комбинации для использования в подгруппе и передать их на базовую станцию 14 в одном или нескольких управляющих сообщениях.
Использование субкодов Рида-Мюллера может упростить процесс декодирования, поскольку используется меньшее количество кодовых комбинаций, и в любом случае улучшается минимальное расстояние Хемминга, в результате чего повышается надежность передачи. Однако субкоды Рида-Мюллера несколько снижают кодовую скорость, поскольку отношение закодированных бит к длине кодовой комбинации снижается (x/n меньше, чем k/n).
"Выкалывание" используется, когда размер n блока слишком велик для имеющейся полосы частот. В этом случае задача заключается в уменьшении размера кодовых комбинаций, в результате которого увеличивается кодовая скорость и несколько снижается надежность передачи. Решение заключается в том, что из каждой кодовой комбинации "выкалываются" (удаляются) некоторые биты. При этом уменьшается длина кодовых комбинаций, но при этом снижается избыточность. Расстояние Хемминга также, похоже, снижается, поскольку при меньшем количестве бит в каждой кодовой комбинации необходимо меньше ошибочных бит для перехода от одной действительной кодовой комбинации к другой. Может использоваться любой способ "выкалывания" бит из кодовых комбинаций, однако следует понимать, что используемая схема "выкалывания" бит может быть выбрана в соответствии с некоторой оптимизацией, позволяющей минимизировать уменьшение расстояния Хемминга. Например, исчерпывающий перебор всех возможных схем может обеспечить нахождение схемы, которая дает наилучшие результаты. Необходимо отметить, что в некоторых случаях может быть принято решение использовать всю длину кодовой комбинации, чтобы можно было использовать быстрые алгоритмы декодирования.
Использование субкодов Рида-Мюллера и "выкалывания" бит обеспечивает возможность адаптации управляющего (или другого) сообщения для кодирования с использованием кодов Рида-Мюллера, которые идеально подходят для длины управляющего (или другого) сообщения и имеющихся ресурсов передачи. Для различных ситуаций может использоваться сравнительно небольшое количество кодов 2005 Рида-Мюллера, указанных в сокращенной таблице 2100, или даже один код Рида-Мюллера. В том случае, когда имеется несколько кодов Рида-Мюллера, можно обеспечить наилучший выбор и для оптимального соответствия кодирования имеющейся ситуации может использоваться адаптация с помощью субкодов и/или "выкалывания" бит.
Адаптация, при которой используются субкоды Рида-Мюллера или "выкалывание" бит, может быть особенно полезной, когда длина сообщений изменяется. Управляющие сообщения имеют типы или форматы, которые определяются заранее. Они содержат поле типа сообщения, который определяет содержание сообщения. Абонентская станция 16 может динамически изменять содержание сообщения быстрой обратной связи путем изменения поля типа сообщения. Это может вызывать небольшое изменение длины сообщения. Такие небольшие изменения могут обрабатываться с использованием вышеуказанных способов.
В одном из примеров кодирования Рида-Мюллера для канала CQICH системы связи WiMax было предложено использовать кодирование RM(5, 1). В этом случае m=5, r=1 и R=3. Это обеспечивает минимальное расстояние Хемминга, равное 48, что означает улучшение отношения сигнала к помехе на 0,5-1 дБ. Для этого используются две субматрицы PUSC (частичное использование поднесущих) на кодовую комбинацию, всего 32 бита со схемой модуляции QPSK. С тремя повторениями используется один слот из 6 субматриц PUSC.
6
Далее рассматривается пример кодирования Рида-Мюллера в системе UMTS. В этом примере 6-10 бит индикатора комбинации транспортного формата (TFCI) кодируются с использованием схемы кодирования RM(6, 2). Для уменьшения количества кодовых комбинаций до 10 комбинаций, содержащих 64 бита (2=64), использовался субкод Рида-Мюллера. Более того, из субкодов удалялись биты ("выкалывание"), так что блок имел длину 48 бит. Для TFCI, состоящего из 3-5 бит, может использоваться кодирование RM(5, 1) с субкодами для уменьшения количества кодовых комбинаций до 5. Дополнительно, в сокращенной подгруппе кодовых комбинаций осуществлялось "выкалывание" бит для получения размера блока, равного 24 бита. Для сообщений длиной 1 или 2 бит использовались повторения.
Другой пример относится к системам LTE, в которых кодирование Рида-Мюллера используется для обратной связи, относящейся к качеству канала, когда сообщения имеют длину, превышающую 2 бита. В этом примере для передачи CQI/PMI в PUSCH используется субкод, содержащий 32 кодовые комбинации длиной 14 бит (получено из кодирования RM(5, 2)). Затем осуществляется "выкалывание" бит для получения размера блоков, равного 20.
При мультиплексировании управляющих сообщений средних размеров мультиплексирование с частотным разделением может использоваться на основе субматриц управления.
Управляющие сообщения больших размеров, например управляющие сообщения, имеющие длину 70-80 бит или более, могут обрабатываться по-другому. Например, было указано, что кодирование Рида-Мюллера является оптимальным вариантом канального кодирования для сообщений малого и среднего размеров. Однако для управляющих сообщений увеличенных размеров лучшим выбором могут быть сверточные коды или другие схемы кодирования. В рассматриваемом примере выбор схемы кодирования может осуществляться, по меньшей мере частично, в зависимости от длины управляющего (или другого) передаваемого сообщения. Вместо того чтобы занимать специально выделенные каналы управления, составленные из субматриц 1705 управления, управляющие сообщения больших размеров могут передаваться как трафик данных, например, аналогично передаче данных. Большие сообщения могут также обрабатываться путем запроса дополнительных ресурсов. Например, могут использоваться специальные запросы полосы пропускания для обмена большими управляющими сообщениями.
Если некоторой абонентской станции 16 выделены ресурсы управления и эта станция должна передать управляющее сообщение, которое имеет слишком большую длину для выделенных ресурсов управления, то абонентская станция может передать длинное управляющее сообщение вместе с данными, если для передачи данных выделены соответствующие ресурсы. Например, управляющее сообщение может быть передано в форме блока данных по протоколу уровня MAC с заголовком и без полезных данных пользователя. В другом варианте в вышеуказанной ситуации абонентская станция 16 может выбрать сообщение быстрой обратной связи, которое содержит запрос дополнительных ресурсов управления. В этом случае может быть выделено фиксированное количество ресурсов для разовой передачи. Еще в одном альтернативном варианте абонентская станция 16 может также передавать управляющие сообщения в дополнение к тем, для которых ресурсы выделены, путем выбора типа сообщения, которое содержит стандартный запрос полосы пропускания. В таком случае абонентская станция 16 может указать количество необходимых ресурсов передачи.
На принимающей стороне возможно использование различных схем обнаружения. Структура и параметры сигналов и пилот-сигналов могут зависеть от используемой схемы обнаружения. В частности, используемая конкретная схема обнаружения может влиять на частоту двоичных ошибок и, соответственно, на выбор лучших схем кодирования/модуляции для достижения необходимой надежности передачи управляющих сообщений. Их можно разделить на два обширных класса, обнаружение последовательности и обнаружение на уровне символа.
При обнаружении последовательности осуществляется ее обнаружение программными средствами из полученной последовательности символов на основе вероятности, веса и/или величины каждого символа (например, символа QPSK). Для обнаружения последовательности требуется, чтобы принимающей стороне был известен весь набор действительных кодовых комбинаций. Принимающая сторона может, например, выполнить исчерпывающий перебор всех кодовых комбинаций. В одном из примеров каждому принятому символу назначается вес, и этот вес используется для нахождения с помощью вероятностных методов варианта лучшего совпадения. Обнаружение последовательности может включать определение фаз, и принимающая сторона должна иметь возможность оценки фазы для определения степени указанного совпадения. Идентификация полученной кодовой комбинации может включать анализ фазы сигнала (например, на каждом временном интервале ST) и применение вероятностных алгоритмов для идентификации полученной кодовой комбинации. Обнаружение последовательности осуществляется на физическом уровне и обеспечивает обнаружение ошибок физического уровня. В этом случае нет необходимости в использовании алгебраических методов для обнаружения ошибок.
При обнаружении на уровне символов они демодулируются последовательно, один за другим, причем каждый символ демодулируется независимо от других символов, которые могут составлять кодовую комбинацию. Для каждого символа отдельно принимается решение о том, какой символ получен. Для этого нет необходимости в определении фазы, а просто требуется, чтобы принимающая сторона могла принимать решение о том, какой символ принят. После того как сообщение демодулировано и представлено в цифровой форме, осуществляется алгебраическое декодирование (например, по схеме Рида-Мюллера). Обнаружение и исправление ошибок (если применимо) осуществляется с использованием алгебраических методов. Для такой схемы принимающая сторона необязательно должна иметь набор кодовых комбинаций.
Вообще говоря, обнаружение может быть также подразделено на два класса: когерентное и некогерентное обнаружение. При когерентном обнаружении для обеспечения возможности получения характеристик канала используются пилот-сигналы. Когерентное обнаружение в случае хорошего качества оценки канала может быть хорошим вариантом для высокой кодовой скорости при высоком уровне отношения сигнал/шум.
При некогерентном обнаружении имеются два варианта: с использованием пилот-сигналов и без их использования. При некогерентном обнаружении, когда пилот-сигналы не используются, вместо них могут передаваться нулевые сигналы. Как уже указывалось со ссылками на фигуру 18В, в случае замены пилот-сигналов нулевыми сигналами больше мощности может быть использовано для других блоков 1425 в субматрице, и, таким образом, для этих блоков данных может быть повышена мощность сигналов, в результате чего улучшается обнаружение. При использовании способов некогерентного обнаружения оценка канала необязательна. Некогерентное обнаружение может быть хорошим вариантом для низкой кодовой скорости и низкого отношения сигнал/шум. При некогерентном обнаружении с использованием пилот-сигналов обеспечивается более точное обнаружение.
В примере когерентного обнаружения последовательности для QPSK-сигнала, переданного с двумя пилот-сигналами с использованием вышеописанных субматриц управления, расчетную кодовую комбинацию получают в соответствии с формулой (8):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover><mo>=</mo><mi>arg</mi><munder><mrow><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∈</mo><mi>P</mi></mrow></munder><mi>Re</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
ijk
ij
<mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow>
Здесь y является символом, полученным на приемной антенне k. Приемник может содержать 1, 2 или 4 приемных антенны, p представляет кодовую комбинацию и
- принятый символ. Другая входная переменная
является оценкой канала между передающей антенной и k-й приемной антенной для сигнала j данных субматрицы i. Оценка канала осуществляется по двум пилот-сигналам 1805 на каждой субматрице 1705, принятой приемником. В одном из вариантов два пилот-сигнала могут усредняться по субматрице управления. Как можно видеть по наличию p в в формуле (7), этот способ обнаружения последовательности требует знания книги Р кодовых комбинаций.
При использовании вышеуказанной схемы обнаружения последовательности ошибка может определяться в соответствии с формулой (9):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mfrac><mrow><msub><mrow><mrow><mrow><mi>Re</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>j</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover></msub></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∈</mo><mi>p</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>p</mi><mo>≠</mo><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover></mrow></munder><mrow><mi>Re</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>j</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msubsup><mover accent="true"><mi>h</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>></mo><mi>T</mi><mi>h</mi></mrow>
Здесь Th - пороговое значение, при превышении которого считается, что в обнаруженной кодовой комбинации обнаружена ошибка. Если пороговое значение не превышено, то обнаруженная кодовая комбинация считается правильной.
Обнаружение последовательности QPSK-сигнала, переданного с двумя пилот-сигналами с использованием вышеописанных субматриц управления, также может быть некогерентным. Как уже указывалось и как будет понятно из нижеприведенной формулы, в соответствии с этой схемой нет необходимости в оценке канала. Формула (10), которая определяет обнаружение некогерентного сигнала (без пилот-сигналов), не содержит оценку канала в качестве входного параметра:
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>10</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover><mo>=</mo><mi>arg</mi><munder><mrow><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∈</mo><mi>P</mi></mrow></munder><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>j</mi></munder><mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mrow>
im
При некогерентном обнаружении последовательности с использованием пилот-сигналов информация, получаемая из пилот-сигналов, может использоваться для получения более точного обнаружения, как показано в формуле (11), в которой t представляет пилот-сигнал m субматрицы i.
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>11</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover><mo>=</mo><mi>arg</mi><munder><mrow><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∈</mo><mi>P</mi></mrow></munder><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></munder><mrow><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>r</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>j</mi></munder><mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mrow>
При использовании рассматриваемого некогерентного обнаружения последовательности как с использованием пилот-сигналов, так и без их использования, необходимо знание книги кодовых комбинаций.
Для рассматриваемого некогерентного обнаружения нижеприведенная формула (12) определяет обнаружение ошибки:
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>12</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msub><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></munder><mrow><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>r</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>j</mi></munder><mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover></msub></mrow></mstyle></mrow><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∈</mo><mi>p</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>p</mi><mo>≠</mo><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover></mrow></munder><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mtext> </mtext><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>m</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mn>2</mn></mrow></munder><mrow><msubsup><mi>t</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>r</mi><mrow><mi>i</mi><mi>m</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle><mo>+</mo><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mi>j</mi></munder><mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mstyle></mrow></mstyle></mrow></mfrac><mo>></mo><mi>T</mi><mi>h</mi></mrow>
Здесь снова Th - пороговое значение, при переходе через которое считается, что в обнаруженной кодовой комбинации обнаружена ошибка. Если пороговое значение не превышено, то обнаруженная кодовая комбинация считается правильной.
i
До сих пор предполагалось, что для описываемой схемы обнаружения используется демодуляция QPSK. Если должна использоваться демодуляция DPSK, то будут использоваться другие формулы, поскольку демодуляция символов будет отличаться. Прежде всего, при демодуляции DPSK используется определение относительной фазы. При определении относительной фазы, если у; является принятым символом, соответствующим DPSK-символу z то:
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>13</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msub><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>˜</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>y</mi><mrow><mi>i</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mi>y</mi><mi>i</mi></msub><mo>∼</mo><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>n</mi><mi>i</mi></msub></mrow>
После определения относительной фазы может осуществляться обнаружение последовательности или обнаружение на уровне символов. Если используется обнаружение последовательности, то кодовые комбинации получают в соответствии с формулой (14):
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>14</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>^</mo></mover><mo>=</mo><mi>arg</mi><munder><mrow><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>∈</mo><mi>P</mi></mrow></munder><mi>Re</mi><mrow><mo>{</mo><mrow><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>k</mi></mrow></munder><mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow><mo>*</mo></msubsup><msub><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>˜</mo></mover><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi><mi>k</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>}</mo></mrow></mrow>
При этом обнаружении дополнительно возможно обнаружение ошибок путем задания порогового значения для нормализованной корреляции.
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>˜</mo></mover><mi>i</mi></msub></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>˜</mo></mover><mi>j</mi></msub></mrow>
С другой стороны, если используется обнаружение на уровне символов, то сначала должна выполняться стадия удаления повторений. При удалении повторений используется обработка MRC (суммирование дифференциально взвешенных сигналов каждого канала), в результате которой дублированные символы складываются. Например, если
и
являются двумя копиями одного и того же символа, то они складываются:
<mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>15</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msub><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>˜</mo></mover><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mover accent="true"><mi>p</mi><mo>˜</mo></mover><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mi>h</mi><mi>j</mi></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><msub><mi>p</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>n</mi><mi>i</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>n</mi><mi>j</mi></msub></mrow>
1
2
После обработки MRC для каждого символа принимается решение относительно символа, который они представляют. Таким образом, по каждому комбинированному символу осуществляется обратное отображение в двоичные биты. Двоичные биты формируют принятое двоичное слово с=(c, c …). Затем выполняется декодирование Рида-Мюллера. После этого c декодируется в информационные биты b, и если вес обнаруженной ошибки превышает заданное пороговое значение, то b считается недействительным и принимается решение об обнаружении ошибки.
На фигуре 22 представлено дерево 2200 решений, в соответствии с которым определяется схема обнаружения, которая будет использоваться.
Сначала, на стадии 2205, используется схема кодирования для кодирования данных, которые необходимо передать. В рассматриваемом случае используется кодирование Рида-Мюллера, как это уже было описано. Ветви 2210 и 2215 соответствуют модуляции закодированных данных с использованием схем DPSK и QPSK соответственно.
В случае ветви 2210 опорные символы согласуются, или же они известны передающей и принимающей сторонам, и на принимающей стороне осуществляется дифференциальная демодуляция с использованием опорных символов. После дифференциальной демодуляции следует разветвление. Ветвь 2220 соответствует осуществлению приемником обнаружения последовательности, как это уже было описано, и обнаружению/исправлению ошибок.
Ветвь 2225 после выполнения дифференциальной демодуляции соответствует обнаружению на уровне символов, как это уже было описано. Перед вышеописанным обнаружением на уровне символов выполняется устранение повторений с использованием алгоритма MRC, после чего следует обнаружение на уровне символов. Логические данные, полученные в результате обнаружения, подвергаются декодированию Рида-Мюллера.
Если же закодированные данные подвергались модуляции по схеме QPSK (ветвь 2215), то имеются две возможности для полученного сигнала: присутствуют пилот-сигналы или присутствуют нулевые сигналы. Если присутствует нулевой сигнал (ветвь 2230), то должно осуществляться некогерентное обнаружение без использования пилот-сигналов, как это уже было описано. Если же пилот-сигналы присутствуют (ветвь 2235), то и в этом случае возможно выполнение некогерентного обнаружения без использования пилот-сигналов, когда имеющиеся пилот-сигналы игнорируются (ветвь 2240). Однако присутствие пилот-сигналов дает возможность выполнения некогерентного обнаружения с использованием пилот-сигналов, как это уже было описано. Этой возможности соответствует ветвь 2545. Ветвь 2250 соответствует варианту выполнения когерентного обнаружения последовательности, как это уже было описано, с использованием пилот-сигналов для оценки канала. Наконец, ветвь 2255 соответствует выполнению обнаружению на уровне символов с использованием декодирования Рида-Мюллера восстановленных логических данных вместо обнаружения на физическом уровне. Для этого необходимо устранить повторения и осуществить процесс MRC с последующим обнаружением на уровне символов, как это уже было описано, с жестким принятием решений. Наконец, выполняется декодирование Рида-Мюллера логических символов.
Для передачи управляющих сообщений в канале восходящей связи могут использоваться схемы MIMO без обратной связи. Они могут включать использование дуплексной связи с кодовым разделением (CCD) на основе субматриц, когда используется некогерентное обнаружение, или DPSK. Если используется когерентное обнаружение, то CCD может использоваться на основе блоков 1425. Кроме того, при некогерентном обнаружении могут использоваться дифференциальные пространственно-временные коды (STC).
Вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения приведены лишь в качестве примеров. Специалисты в данной области техники могут предложить различные изменения и модификации этих конкретных вариантов без выхода за пределы объема настоящего изобретения.