РАЗДЕЛЕНИЕ ПОТОКОВ БИТОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ТРАКТОВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ НА МНОЖЕСТВЕ НЕСУЩИХ
DIVISION OF BIT STREAMS TO PRODUCE SPATIAL PATHS FOR MULTICARRIER TRANSMISSION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области битового демультиплексирования/мультиплексирования (разделения потока битов на множество потоков/объединения потоков битов) в MIMO-системах связи с множеством несущих (например, в MIMO-системах связи с мультиплексированием на основе пространственного разделения с предварительным кодированием, использующих адаптивное OFDM-мультиплексирование). В частности, настоящее изобретение относится к MIMO-передатчику с множеством несущих и MIMO-приемнику с множеством несущих.
Описание предшествующего уровня техники
MIMO-системы связи (системы связи со множественными входами и множественными выходами) хорошо известны в данной области техники. MIMO-передатчик содержит по меньшей мере два порта передачи (например, антенны), а MIMO-приемник содержит по меньшей мере два порта приема (например, антенны). Сигналы передаются от портов передачи до портов приема через канал связи, который обычно смешивает сигналы, переданные множеством портов передачи. MIMO-приемник содержит MIMO-детектор (MIMO-декодер), который "разделяет" принятые сигналы и получает информацию, содержащуюся в сигналах, переданных MIMO-передатчиком. Известны разнообразные виды MIMO-передатчиков, например, MIMO-передатчик с пространственно-временным кодированием и MIMO-передатчики с пространственным мультиплексированием с предварительным кодированием (например, MIMO-передатчики с формированием собственных диаграмм направленности) и без предварительного кодирования. Для каждого типа MIMO-передатчика используется соответствующий MIMO-приемник. В MIMO-технологии достигается более высокая спектральная эффективность и более высокая надежность канала связи. Кроме того, хорошо известны схемы модуляции с множественными несущими, например, OFDM-мультиплексирование (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) и вейвлет-модуляция множественных несущих. MIMO-системы имеют два или больше каналов передачи. Обычно при использовании имеется один источник данных и один приемник данных. Следовательно, передаваемые данные должны быть разделены (демультиплексированы, разложены) на различные каналы передачи данных. В приемнике разделенные данные, принятые по индивидуальным каналам передачи, должны быть вновь объединены (мультиплексированы, соединены). Эта задача называется битовым демультиплексированием/мультиплексированием для индивидуальных каналов передачи. PLC-системы связи (системы связи по линиям электроснабжения или с несущей, передаваемой по линиям электроснабжения) передают данные с использованием одного или более проводов, которые регулярно используются для передачи электрической энергии. В беспроводных MIMO-системах с множественными несущими используется постоянное отображение символов (например, QAM-отображение (отображение квадратурной амплитудной модуляции)) для всех несущих. Это имеет своим результатом постоянную пропускную способность на отдельных каналах, так что демультиплексирование в передатчике представляет собой статическое разделение поступающих битов на выходящие биты. В приемнике эти биты будут статическим образом вновь мультиплексированы.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить усовершенствованные MIMO-передатчики и приемники с множественными несущими, в частности, в том, чтобы обеспечить повышенную устойчивость передачи данных и/или уменьшенную сложность передачи данных.
Раскрытие изобретения
MIMO-передатчик с множественными несущими, соответствующий настоящему изобретению, содержит блок демультиплексирования и отображения в символы, предназначенный для приема входного потока битов и для генерирования множества потоков символов, причем каждый поток символов связан с отличным от других каналом передачи и содержит множество символов данных, при этом каждый символ данных приписан отличной от других несущей; один или более модуляторов множественных несущих для генерирования по меньшей мере двух модулированных сигналов множественных несущих на основе указанных потоков символов; и по меньшей мере два порта передачи для передачи соответственно указанных по меньшей мере двух модулированных сигналов множественных несущих, при этом пропускная способность каждого канала передачи может быть изменена по отдельности.
Поскольку пропускная способность каждого канала передачи изменяется по отдельности, пропускная способность канала передачи данных может быть приспособлена, например, к условиям канала, что обеспечивает более надежную и более эффективную передачу данных.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один символ данных представлял не являющуюся непрерывной конфигурацию битов из входного потока битов.
Предпочтительно, чтобы блок демультиплексирования и отображения в символы был выполнен с возможностью разделения входного потока битов на множество разделенных потоков битов и для генерирования каждого из упомянутых потоков символов на основе отличного от других потока из упомянутых разделенных потоков битов.
Предпочтительно, чтобы каждому каналу передачи было выделено некоторое количество битов, характеризующих пропускную способность соответствующего канала передачи, а упомянутое разделение входного потока битов на множество разделенных потоков битов было основано на указанном количестве битов, выделенном каналам передачи, и/или основано на одном или более отношениях количества битов, выделенных каналам передачи.
Предпочтительно, чтобы биты разделенных потоков битов были равномерно распределены во входном потоке битов. Разумеется, это не свойство входного потока битов, но свойство используемого мультиплексирования. Другими словами, каждый разделенный поток битов рассматривается как группа битов, и различные группы битов равномерно распределены во входном потоке битов. Иначе говоря, каждый разделенный поток битов рассматривается как группа битов, и упомянутое разделение входного потока данных на разделенные потоки битов выполняется таким образом, что члены групп битов равномерно распределены во входном потоке битов. Иначе говоря, каждый бит входного потока битов рассматривается как соответствующий некоторому классу, причем соответствующий класс задается разделенным потоком битов, частью которого является этот бит, и классы равномерно распределены во входном потоке битов.
Предпочтительно, входной поток содержит по меньшей мере две секции, причем каждая секция содержит по меньшей мере две группы битов, при этом каждая группа из этих по меньшей мере двух групп демультиплексируется в отличный от другого поток из числа разделенных потоков битов и задается одним или более следующими друг за другом битами.
В качестве альтернативы, предпочтительно, чтобы каждый символ данных представлял непрерывную последовательность битов из входного потока битов.
Предпочтительно, чтобы блок демультиплексирования и отображения в символы был выполнен с возможностью отображения битов входного потока битов данных в символы данных и демультиплексирования символов данных во множество потоков символов.
Предпочтительно, чтобы группа всех символов данных из потока символов представляла непрерывную последовательность битов из входного потока битов; или группа всех символов данных для соответствующих поднесущих в каналах передачи представляла непрерывную последовательность битов из входного потока битов; или каждая из непрерывных последовательностей битов входного потока битов передавалась на определенной поднесущей определенного канала передачи, определяемого псевдослучайной последовательностью.
Предпочтительно, чтобы блок демультиплексирования и отображения в символы был выполнен с возможностью последовательного отображения этих непрерывных последовательностей битов в символы данных.
Предпочтительно, чтобы совокупность, используемая при генерировании символов данных, была приспособлена по меньшей мере к некоторым поднесущим по меньшей мере в некоторых каналах передачи.
MIMO-приемник с множественными несущими, соответствующий настоящему изобретению, содержит по меньшей мере два порта приема соответственно для приема по меньшей мере двух модулированных сигналов на множестве несущих; один или более демодуляторов множества несущих для демодулирования этих принятых по меньшей мере двух сигналов; детектор для генерирования по меньшей мере двух потоков символов на основе этих демодулированных по меньшей мере двух сигналов, причем каждый поток символов связан с отличным от других каналом передачи и содержит множество символов данных; и блок обратного отображения символов и мультиплексирования для генерирования выходного потока битов на основе этих по меньшей мере двух потоков символов.
Предпочтительно, чтобы по меньшей мере один символ данных представлял не являющуюся непрерывной конфигурацию битов выходного потока битов.
Предпочтительно, чтобы блок обратного отображения символов и мультиплексирования был выполнен с возможностью обратного отображения множества потоков символов в соответствующее множество разделенных потоков битов.
Предпочтительно, при этом, чтобы для каждого канала передачи было назначено некоторое количество битов, указывающих пропускную способность канала передачи данных для соответствующего канала передачи, блок обратного отображения символов и мультиплексирования был выполнен с возможностью мультиплексирования упомянутых разделенных потоков битов в упомянутый выходной поток битов на основе указанного количества битов, назначенного каналам передачи, и/или на основе одного или более отношений между количеством битов, назначенным каналам передачи.
Предпочтительно, при этом, чтобы биты разделенных потоков битов были равномерно распределены в выходном потоке битов.
Предпочтительно, при этом, чтобы выходной поток битов содержал по меньшей мере две секции, причем каждая секция содержит по меньшей мере две группы битов, при этом каждая группа из числа этих по меньшей мере двух групп задается одним или более следующими друг за другом битами и мультиплексируется в выходной поток битов из отличного от других потока из числа разделенных потоков битов.
В качестве альтернативы, предпочтительно, чтобы каждый символ данных представлял непрерывную последовательность битов из выходного потока битов.
Предпочтительно, чтобы блок обратного отображения символов и мультиплексирования был выполнен с возможностью мультиплексирования символов данных из множества потоков символов в единый поток символов и обратного отображения мультиплексированных символов данных в выходной потоков битов.
Предпочтительно, чтобы группа всех символов данных из одного из множества потоков символов представляла непрерывную последовательность битов из выходного потока битов; или группа всех символов данных для соответствующих поднесущих в каналах передачи представляла непрерывную последовательность выходного потока битов; или каждая из непрерывных последовательностей битов выходного потока битов принималась на определенной поднесущей определенного канала передачи, определяемого псевдослучайной последовательностью.
Предпочтительно, чтобы блок обратного отображения символов и мультиплексирования был выполнен с возможностью последовательного обратного отображения этих символов данных в непрерывные последовательности битов.
Предпочтительно, чтобы совокупность, используемая при генерировании выходного потока битов на основе этих по меньшей мере двух потоков символов, была приспособлена по меньшей мере к некоторым поднесущим по меньшей мере в некоторых каналах передачи.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано схематическое представление варианта реализации передатчика, соответствующего настоящему изобретению.
На фиг.2 показано схематическое представление варианта реализации приемника, соответствующего настоящему изобретению.
На фиг.3 показано схематическое представление первого альтернативного варианта реализации блока демультиплексирования и отображения в символы.
.
На фиг.4 показано схематическое представление первого альтернативного варианта реализации блока обратного отображения символов и мультиплексирования
На фиг.5 показана блок-схема алгоритма демультиплексирования/ мультиплексирования битов по первому альтернативному варианту реализации изобретения.
На фиг.6 показан первый пример демультиплексирования/мультиплексирования битов, получаемого с использованием этого алгоритма.
На фиг.7 показан второй пример демультиплексирования/мультиплексирования битов, получаемого с использованием этого алгоритма.
На фиг.8 показано схематическое представление второго альтернативного варианта реализации блока демультиплексирования и отображения в символы.
На фиг.9 показано схематическое представление второго альтернативного варианта реализации блока обратного отображения символов и мультиплексирования.
Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения
На фиг.1 и фиг.2 показан первый вариант реализации MIMO-передатчика (1) с множеством несущих и MIMO-приемника (2) с множеством несущих, соответствующих настоящему изобретению. Передатчик (1) и приемник (2) можгут представлять собой любую разновидность устройств связи (или может содержаться в любых этих устройствах), подобных (в порядке неограничивающих примеров) мобильным телефонам, персональным компьютерам, телевизионным приемникам, аудио- и/или видеозаписывающим и/или воспроизводящим устройствам и модемам связи по линиям электроснабжения.
В соответствии с настоящим изобретением передатчик (1) содержит блок (6) демультиплексирования и отображения в символы, один или более модуляторов (с 20-1 по 20-n) множества несущих и по меньшей мере два порта (с 24-1 по 24 -n) передачи.
Передатчик (1) по этому варианту реализации изобретения, кроме того, содержит кодер (5), который кодирует входной поток битов в соответствии с кодом исправления ошибок и/или кодом обнаружения ошибок. Как известно в данной области техники, коды исправления ошибок используются для прямого исправления ошибок. Ниже, как закодированный, так и незакодированный входной поток битов будет именоваться входным потоком битов.
Затем (закодированный) входной поток битов дополнительно обрабатывается блоком (6) демультиплексирования и отображения в символы. Блок (6) демультиплексирования и отображения в символы отображает биты в символы данных посредством одного или более модулей отображения в символы (например, OFDM-модуляторов) (10): с 10-1 по 10-n, как это показано на фиг.3 или фиг.8. При этом блок (6) демультиплексирования и отображения в символы генерирует множество потоков символов. Каждый поток символов содержит множество символов данных, причем каждый символ данных приписан к (передается на) отличной от других поднесущей. Каждый поток из числа потоков символов соответствует отличному от других каналу MIMO-передачи (передачи с множественными входами и множественными выходами). Каналы МIМО-передачи могут также быть названы MIMO-трактами (трактами передачи с множественными входами и множественными выходами). Количество каналов MIMO-передачи обычно является тем же самым, что и количество портов (с 24-1 по 24-n) передачи, но может также быть меньше, чем количество портов (с 24-1 по 24-n) передачи. Отображение битов в символы данных выполняется в соответствии с совокупностями, заданными для каждой поднесущей на каждом канале передачи. Эти совокупности изменяются в соответствии с условиями канала (адаптивная модуляция множественных несущих). Например, совокупность поднесущей канала передачи может быть выбрана в соответствии с показателем качества канала (например, отношением "сигнал-шум", SNR-отношением), определенным для этой поднесущей в этом канале передачи. Совокупности могут быть выбраны для каждой поднесущей в каждом канале передачи отдельно. Например, на выбор или изменение совокупности могут влиять (или изменять его) шум, частотно-зависимое затухание, изменения в MIMO-канале (например, при включении/выключении света в PLG канале), и это влияет на (или изменяет) количество или отношение (соотношение) количества битов, назначаемых каналам передачи. Информация о совокупностях, указывающая совокупности для использования одним или более модулями отображения в символы, может, например, храниться в памяти (14) передатчика (1). Эта информация о совокупностях иногда называется тональной таблицей (например, тональная таблица OFDM- мультиплексирования). Адаптивная модуляция множества несущих особенно выгодна в случае систем PLG связи. Пропускная способность изменяется в зависимости от (размера) совокупности. Размер совокупности представляет собой тот объем информации (например, количество битов), который содержится в символе данных, полученном в соответствии с этой совокупностью. Следовательно, размер совокупности представляет собой объем информации (например, количество битов), который передается на поднесущей канала передачи. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает демультиплексирование/мультиплексирование битов с изменяемой пропускной способностью.
Пропускная способность каждого канала передачи изменяется по отдельности.
Демультиплексирование данных на каналы передачи может быть выполнено на уровне битов или на уровне символов данных, как это будет более подробно описано ниже.
Затем потоки символов подвергаются модулем (18) предварительного кодирования предварительному кодированию для MIMO-передачи. Например, используемое предварительное кодирование может представлять собой предварительное кодирование с формированием собственных диаграмм направленности. Однако могло быть использовано любое подходящее предварительное кодирование для MIMO-передачи. Например, могло бы быть использовано предварительное кодирование соответствующее пространственно-временному коду (например, коду Alamouti). Модуль предварительного кодирования мог бы также быть опущен. В случае, при котором модуль предварительного кодирования опущен, каналы передачи соответствуют портам передачи, то есть каждый поток символов передается отличным от другого портом из числа портов (с 2 4-1 по 24-n) передачи. С другой стороны, в случае, когда, например, используется формирование собственных диаграмм направленностей, каналы передачи не соответствуют портам (с 24-1 по 24-n) передачи. Это объясняется тем, что формирование собственных диаграмм направленностей "смешивает" входной поток символов таким образом, чтобы генерировать предварительно закодированные (выходные) потоки символов. Модуль (18) предварительного кодирования генерирует множество предварительно закодированных потоков символов данных в соответствии с количеством портов (с 24-1 по 24-n) передачи.
Затем каждый предварительно закодированный поток символов данных подвергается модуляции множества несущих (например, OFDM-модуляции, вейвлет-модуляции множества несущих) соответствующим модулятором (с 20-1 по 20-n) множественных несущих (например, OFDM-модулятором), и передается соответствующим одним из портов (с 24-1 по 24-n) передачи. В качестве альтернативы, предварительно закодированные символы данных модулируются единственным модулятором множества несущих. В этом случае модулированные потоки символов данных затем демультиплексируются для соответствующих портов (с 24-1 по 24-n) передачи.
Порты (с 24-1 по 24-n) передачи могли бы, например, представлять собой антенны. Однако в одном варианте реализации изобретения порты (с 24-1 по 24-n) передачи выполнены с возможностью передачи сигналов приемнику (2) по двум или более проводам. При этом провода могут быть выделенными линиями передачи данных или могут - дополнительно или в основном - служить цели передачи электрической энергии (например, PLG-передатчик, передающий данные по линиям электросети).
Приемник (2) принимает сигналы, переданные по MIMO-каналу (не показанному на чертеже) передатчиком (1), своими по меньшей мере двумя портами (с 30-1 по 30-n) приема. Эти сигналы содержат информацию входного потока битов. Порты (с 30-1 по 30-n) приема могут, например, представлять собой антенны. Однако в одном варианте реализации порты (с 30-1 по 30-n) приема выполнены с возможностью приема сигналов по двум или более проводам. При этом провода могут быть выделенными для передачи данных или могут - дополнительно или в основном - служить цели передачи электрической энергии (например, приемник системы связи по линиям электроснабжения, принимающий данные по линиям электросети).
Затем эти по меньшей мере два модулированных сигнала на множестве несущих демодулируются соответствующими по меньшей мере двумя демодуляторами (с 34-1 по 34-n) множества несущих (например, OFDM-демодуляторами, вейвлет-демодуляторами множества несущих). Демодуляция может также быть выполнена последовательно, как с 20-1 по 20-n в передатчике (1). Вместо множества демодуляторов множества несущих, соответствующего количеству портов (с 30-1 по 30-n) приема, также можно использовать меньше демодуляторов множества несущих, например единственный демодулятор множества несущих. В этом случае принятые модулированные сигналы множественных несущих демодулируются, по меньшей мере, частично, последовательным образом.
На основе демодулированных сигналов модуль (35) оценки каналов получает информацию о состоянии каналов (CSI-информацию). Информация о состоянии каналов может, например, содержать матрицу каналов и показатель качества канала (например, отношение "сигнал-шум") для каждой поднесущей на каждом канале передачи. Определение информации о состоянии каналов может, например, основываться на обучающих символах и/или пилотных символах. Как было описано выше, совокупности, используемые при отображении в символы и обратном отображении символов, приспосабливаются к условиям каналов. Конкретные используемые совокупности могут быть определены на основе информации о состоянии канала. Например, совокупность для некоторой определенной поднесущей в некотором определенном канале передачи может определяться на основе показателя качества канала (например, отношения "сигнал-шум") этой определенной поднесущей этого определенного канала передачи. Информация о состоянии каналов и информация о совокупностях может, например, храниться в памяти (44) приемника (2). Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает демультиплексирование/мультиплексирование битов с изменяемой пропускной способностью.
Детектор (36) выполняет над демодулированными сигналами MIMO-детектирование (MIMO-декодирование). Это детектирование может основываться на информации о состоянии каналов, полученной модулем (35) оценки каналов. Можно использовать любой вид детекторов (декодеров). Например, можно использовать: детекторы, основанные на методе обращения в ноль незначащих коэффициентов (ZF-детекторы); детекторы, основанные на методе минимальной среднеквадратической ошибки (MMSE-детекторы), и детекторы, основанные на методе максимального правдоподобия (МL-детекторы). В результате MIMO-детектирования получаются по меньшей мере два потока символов, соответствующие этим по меньшей мере двум каналам передачи.
В блоке (38) обратного отображения символов и мультиплексирования детектированные потоки символов обрабатываются в направлении, обратном обработке в блоке (6) демультиплексирования и отображения в символы, входящем в состав передатчика (1) таким образом, чтобы получить выходной поток битов. В частности, одним или более модулями (40: с 40-1 по 40-n) обратного отображения символов, осуществляется отображение ("обратное отображение") каждого символа данных, содержащегося в потоках символов, в некоторое количество битов, представленному этим символом данных, как это показано на фиг.4 или фиг.9. Как было описано выше, может использоваться адаптивная демодуляция множества несущих. Информация о совокупностях, указывающая, какие совокупности использовать, могла бы, например, храниться в памяти (44) приемника (2). Мультиплексирование данных, принятых по множеству каналов передачи, во выходной поток битов может быть выполнено на уровне битов или на уровне символов данных, как это будет более подробно описано ниже. Выходной поток битов все еще закодирован, посредством кодирования, примененного к нему кодером (5) передатчика (1).
Закодированный выходной поток битов декодируется декодером (48) с использованием метода исправления и/или обнаружения ошибок, соответствующего коду исправления и/или обнаружения ошибок, применяемому кодером (5). В результате получают декодированный выходной поток битов. Закодированный и декодированный выходные потоки битов будут оба в дальнейшем именоваться как выходной поток битов.
Приемник (2) может дополнительно содержать передающую секцию (46), а передатчик (1) может дополнительно содержать принимающую секцию (16). Посредством передающей секции (46) и принимающей секции (16) обеспечивается обратный канал связи, при помощи которого от приемника (2) передатчику (1) может быть передан любой тип информации. Передающая секция (46) может, но не в обязательном порядке, иметь конструкцию и функциональные возможности передатчика (1). Используя передающую секцию (46), приемник (2) может, например, передавать информацию о состоянии каналов, информацию предварительного кодирования и информацию о совокупностях (например, тональную таблицу OFDM-мультиплексирования), то есть информацию, указывающую на то, какие совокупности использовать при отображении битов в символы данных для каждой поднесущей в каждом канале передачи. Принимающая секция (16) может, но не в обязательном порядке, иметь конструкцию и функциональные возможности приемника (2). Используя принимающую секцию, передатчик (1) может, например, принимать информацию о состоянии каналов, информацию предварительного кодирования и информацию о совокупностях, сгенерированную и переданную приемником (2).
Далее будут описаны два альтернативных варианта реализации передатчика (1) и приемника (2). В первом альтернативном варианте реализации изобретения битовое демультиплексирование/мультиплексирование выполняется на уровне битов. Во втором альтернативном варианте реализации изобретения битовое демультиплексирование/мультиплексирование выполняется на уровне символов. Как первый, так и второй альтернативные варианты реализации изобретения имеют конструкцию и функционирование такие, как описанные выше со ссылкой на фиг.1 и 2.
На фиг.3 и 4 показаны блок (6) демультиплексирования и отображения в символы, входящий в состав передатчика (1), и блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования, входящий в состав приемника (2), соответствующие первому альтернативному варианту реализации изобретения.
В первом альтернативном варианте реализации изобретения блок (6) демультиплексирования и отображения в символы содержит демультиплексор (8), работающий на уровне битов, и множество модулей (с 10-1 по 10-n) отображения символов (например, QAM-модуляторы (модуляторы квадратурной амплитудной модуляции)), причем каждый модуль отображения символов, соответствует отличному от других каналу MIMO-передачи. Демультиплексор (8) осуществляет демультиплексирование входного потока битов во множество разделенных потоков битов. Разделенные потоки битов обрабатываются параллельно, и входной поток битов тактируется или по меньшей мере может быть тактирован с более высокой тактовой частотой, чем любой из разделенных потоков битов. Количество разделенных потоков битов составляет по меньшей мере два и задается количеством каналов MIMO-передачи. Каждый разделенный поток битов соответствует отличному от других каналу из числа каналов передачи. Биты представлены небольшими прямоугольниками. Биты, представленные прямоугольниками с диагональной штриховкой,демультиплексируются в первый канал передачи. Биты, представленные незаштрихованными прямоугольниками, демультиплексируются в n-ый канал передачи. Отметим, что изображенная секция входного потока битов не содержит биты, демультиплексируемые в каналы передачи, отличные от первого канала передачи и n-го канала передачи. Это сделано исключительно с целью иллюстрации и не должно быть истолковано как ограничение. Обычно во входной поток битов будут вкраплены биты, демультиплексируемые в каналы передачи, отличные от первого канала передачи и n-ого канала передачи. Затем каждый разделенный поток битов отображается соответствующим модулем (с 10-1 по 10-n) отображения символов в соответствующий поток символов. Таким образом, различные разделенные потоки битов обрабатываются (отображаются) параллельно. Как было описано выше, используются изменяемые совокупности (адаптивная модуляция множества несущих). Предпочтительно, чтобы использовалось демультиплексирование с равномерным распределением, который обеспечивает сбалансированное распределение битов по этим двум или более потокам битов. Более подробно это будет описано ниже.
Аналогичным образом блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования, соответствующий первому альтернативному варианту реализации изобретения, содержит некоторое количество модулей (с 40-1 по 40-n) обратного отображения символов, соответствующее количеству каналов передачи (количеству потоков символов), и мультиплексор (42), функционирующий на уровне битов. Множество потоков символов, подаваемых в блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования обрабатываются параллельно. Каждый из модулей (с 40-1 по 40-n) обратного отображения символов осуществляет отображение ("обратное отображение") символов данных отличного от других потока из числа потоков символов в соответствующий разделенный поток битов. Затем разделенные потоки битов, полученные посредством обратного отображения потоков символов, мультиплексируются мультиплексором (42) в единственный поток битов, который является выходным потоком битов. Выходной поток битов тактируется или по меньшей мере может быть тактирован с более высокой тактовой частотой, чем любой из разделенных потоков битов.
Далее со ссылкой на фиг.5 описывается конкретный вариант реализации битового демультиплексирования/мультиплексирования на уровне битов, примененный в передатчике (1) и приемнике (2) по первому альтернативному варианту реализации изобретения. Алгоритм выполняется один раз для каждого символа множества несущих (например, символа мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов) или выполняется по меньшей мере каждый раз, когда меняется размер совокупности, используемый в отображении/обратном отображении символов. Алгоритм работает побитовым образом. В передатчике (1), в соответствии с алгоритмом,определяется, какой бит (закодированного) входного потока битов должен быть передан по какому каналу передачи (и, подразумевается, на какой поднесущей) так,чтобы разделенные потоки битов могли быть надлежащим образом демультиплексированы из входного потока битов. В приемнике (2),в соответствии с алгоритмом, определяется, какой бит (закодированного) выходного потока битов был передан по какому каналу передачи (и, подразумевается, на какой поднесущей) так, чтобы разделенные потоки битов могли быть надлежащим образом мультиплексированы в выходной поток битов. В этом варианте реализации изобретения количество каналов передачи принимается равным двум. Некоторые из действий, выполняемых в соответствии с алгоритмом, которые описываются ниже, относятся только к передатчику (1). Однако специалист в данной области техники поймет, какие соответствующие действия должны быть выполнены в приемнике (2).
На этапе S 2 определяется количество битов, назначаемое каналам передачи (передаваемое каналами передачи). Канал передачи с более высоким количеством назначаемых ему битов задается как "path_b" ("тракт_b"), а канал передачи с более низким количеством назначаемых ему битов задается как "path_a" ("тракт_а").
На этапе S 4 определяется, равно ли количество битов, назначенных каналу ("path_a"), передачи нулю. Если да, то на этапе S 8 количество следующих друг за другом битов из входного потока битов, которое задано количеством битов, назначаемых каналу "path_b", назначается каналу "path_b". Если нет, то процесс переходит на этап S 10.
На этапе S 10 определяется отношение (ratio) количества битов, назначенных каналу ("path_b") передачи, и каналу ("path_a") передачи.
На этапах S 12 и S 14 получают количество битов, передаваемое множеством каналов передачи, а переменные n, a_index и b_index устанавливаются равными единице.
На этапе S 16 определяется, больше ли переменная n, чем общее количество битов, назначенных множеству каналов передачи. Если да, то символу множественных несущих назначены все биты, и алгоритм заканчивает свою работу. Если нет, то алгоритм переходит на этап S 18.
На этапе S 18 проверяется соблюдение неравенства:
n<a_index*(ratio+1)-ratio/2 (1)
Второй член "ratio/2" ("отношение/2") может быть опущен или заменен другой константой. Константа здесь означает слагаемое, независимое от переменной n и не изменяющееся в течение работы алгоритма. В случае, если неравенство соблюдается, алгоритм переходит на этап S 20. В случае, если неравенство не соблюдается, алгоритм переходит на этап S 26.
На этапе S 20 определятся, имеются ли все еще неназначенные биты у канала ("path_b") передачи. Если да, то на этапе S 22 n-ый бит входного потока битов назначается каналу ("path_b") передачи, и переменная b_index получает приращение на единицу, и алгоритм переходит на этап S 30. Если нет, то алгоритм переходит на этап S 24.
На этапе S 24 n-ый бит входного потока битов назначается каналу ("path_a") передачи, и переменная a_index получает приращение на единицу, и алгоритм переходит на этап S 30.
На этапе S 26 определяется, имеются ли все еще неназначенные биты у канала ("path_a") передачи. Если да, то на этапе S 24 n-ый бит входного потока битов назначается каналу ("path_a") передачи, и переменная a_index получает приращение на единицу, и алгоритм переходят на этап S 30. Если нет, то алгоритм переходит на этап S 28.
На этапе S28 n-ый бит входного потока битов назначается каналу ("path_b") передачи и переменная b_index, получает приращение на единицу. И алгоритм переходит на этап S 30.
На этапе S 30 переменная n получает приращение на единицу и алгоритм возвращается на этап S 16.
На этом описание алгоритма, исполняемого передатчиком (1), завершается. При исполнении в приемнике (2) этапы S 4, S 22 и S 24, и S 28 приобретают следующую форму.
На этапе S 4 определяется, равно ли количество битов, назначенных каналу ("path_a") передачи нулю. Если да, то выходным потоком битов задают поток битов, принимаемый по каналу ("path_b") передачи. Если нет, то процесс переходит на этап S 10.
На этапе S 22 n-ый бит выходного потока битов берется из канала ("path_b") передачи (n-ый бит выходного потока битов задается следующим неназначенным битом канала ("path_b") передачи), переменная b_index получает приращение на единицу, и алгоритм переходит на этап S 30.
На этапе S 24 n-ый бит выходного потока битов берется из канала ("path_a") передачи (n-ый бит выходного потока битов задается следующим неназначенным битом канала ("path_a") передачи), переменная a_index получает приращение на единицу, и алгоритм переходит на этап S 30.
На этапе S 28 n-ый бит выходного потока битов берется из канала ("path_b") передачи (n-ый бит выходного потока битов задается следующим неназначенным битом канала ("path_b") передачи), переменная b_index получает приращение на единицу, и алгоритм переходит на этап S 30.
Ясно, что этапы, которые являются идентичными для передатчика (1) и приемника (2), не нужно выполнять дважды. Результаты и промежуточные данные могут использоваться совместно (передаваться между) передатчиком (1) и приемником (2), таким образом, чтобы уменьшить сложность вычисления.
Примеры битового демультиплексирования/мультиплексирования, полученного посредством этого алгоритма, изображены на фиг.6 и 7.
На фиг.6 показан входной/выходной поток битов, разделенный поток битов, соответствующий каналу ("path_b") передачи, разделенный поток битов, соответствующий каналу ("path_a") передачи и входной/выходной поток битов представленный битами разделенных потоков битов в случае, при котором отношение количества битов, назначенных каналу ("path_b") передачи и каналу ("path_a") передачи составляет три (то есть ratio=3). Входной поток битов задается последовательностью битов: N1, N2, N3… Разделенный поток битов, соответствующий каналу ("path_a") передачи, задается последовательностью битов Al, A2, A3... Разделенный поток битов, соответствующий каналу ("path_b") передачи, задается последовательностью битов: В1, В2, В3… Первый, второй и третий бит В1, В2 и В3 разделенного потока ("path_b") задаются первым, вторым и четвертым битами: N1, N2 и N4 входного потока битов. Соответственно, первые четыре бита: с N1 по N4, выходного потока битов задаются, соответственно, битами: В1, В2, A1 и В3. Модель распределения ВВАВ (эквивалентно ВАВВ, АВВВ) повторяется каждые четыре бита. В примере, при котором первая поднесущая канала "path_b" модулируется посредством 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляции (16-QAM-модуляции), биты N1, N2, N4 и N5 отображаются в символ данных, модулированных посредством 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляции ("первый символ данных"). Поскольку бит N3 не входит в число битов, представленных первым символом данных, первый символ данных представляет не являющуюся непрерывной конфигурацию (не являющуюся непрерывной последовательность) битов входного/выходного потока битов. В примере, при котором первая поднесущая канала "path_a" модулируется посредством квадратурной фазовой манипуляции (QPSK-манипуляции), биты N3 и N7 отображаются в символ данных, модулированных посредством квадратурной фазовой манипуляции ("второй символ данных"). Поскольку биты: с N4 по N6, не входят в число битов, представленных вторым символом данных, второй символ данных представляет не являющуюся непрерывной конфигурацию (не являющуюся непрерывной последовательность) битов из входного/выходного потока битов. Разумеется, разделенные потоки битов обрабатываются (например, отображаются) параллельно, как это было описано выше. Фиг.5 НЕ следует понимать в том смысле, что имеется некоторое упорядочение (например, упорядочение по времени) МЕЖДУ битами различных каналов передачи (например, НЕ подразумевается, что бит В2 отображается в символ данных перед тем, как в символ данных отображается бит А1). Горизонтальное направление на фиг.5 представляет исключительно порядок В ПРЕДЕЛАХ соответствующих потоков.
На фиг.7 показаны те же самые потоки битов с теми же самыми представлениями, что и на фиг.6, в случае, при котором отношение назначаемых битов составляет 3/2. В этом случае можно заметить, что модель назначения ВАВВА (эквивалентно АВВАВ, ВВАВА, ВАВАВ, АВАВВ) повторяется каждые пять битов.
Как можно заметить по фиг.6 и 7, в случае, когда входной/выходной поток битов представлен битами разделенных потоков битов в каналах ("path_b" и "path_a") передачи, биты разделенных потоков битов равномерно распределены (равномерно рассредоточены, однородно рассредоточены) в пределах входного/выходного потока битов. Во входном/выходном потоке битов не происходит никакого чрезмерного скопления битов некоторого данного разделенного потока битов. Таким образом, следующие друг за другом биты входного/выходного потока битов в максимальной степени распределены между каналами передачи. Это повышает надежность передачи данных и создает благоприятные условия для успешного функционирования кода (прямого) исправления ошибок и/или кода обнаружения ошибок. Это объясняется тем, что количество пакетов ошибок и/или длина пакетов ошибок в принятом закодированном потоке битов уменьшается.
Как можно заметить, входной/выходной поток битов, будучи представленным битами разделенных потоков битов, имеет структуру, содержащую по меньшей мере две секции (например, А1В3В4В5 и А2В6В7В8 в случае ratio=3 (отношение=3) или В1А1 и В2 В3А2 в случае ratio=3/2), причем каждая секция содержит по меньшей мере две группы битов, каждая группа из числа этих по меньшей мере двух групп битов, демультиплексируется в отличный от другого поток из числа разделенных потоков битов (например, А1 мультиплексируется в канал "path_a", B3B4B5 мультиплексируются в канал "path В" в случае ratio=3, или В1 мультиплексируется в канал "path_b", a A1 мультиплексируется в канал "path_a"). Предпочтительно, чтобы количество групп, как в этих примерах, было тем же самым, что и количество каналов передачи.
Как можно заметить, входной/выходной поток битов, будучи представленным битами разделенных потоков битов, имеет структуру, содержащую по меньшей мере две секции (например, В1В2А1В3 и В4В5А2В6 в случае ratio=3 (отношение =3) или В1А1В2В3А2 и В4А3В5В6А4 в случае ratio =3/2), при этом каждая секция содержит биты разделенных потоков битов в том же самом отношении (соотношение), что и отношение (соотношение) количества битов разделенных потоков битов, содержащихся во входном/выходном потоке битов. Хотя этот алгоритм обычно порождает такого рода структуру, существуют отношения назначаемых количеств битов, при которых такая структура невыполнима вследствие математической невозможности. В этом случае алгоритм порождает только одну секцию, которая содержит биты разделенных потоков битов в том же самом отношении, что и входной/выходной поток битов. Эта одна структура представляет собой сам входной/выходной поток.
На фиг.8 и 9 показан блок (6) демультиплексирования и отображения в символы, входящий в состав передатчика (1), и блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования, входящий в состав приемника (2), соответствующие второму альтернативному варианту реализации изобретения, в котором битовое демультиплексирование/мультиплексирование выполняется на уровне символов.
При функционировании на уровне символов данных сложность демультиплексирования и мультиплексирования может быть в значительной мере снижена. Для достижения этого предусматривается модуль (10) отображения в символы (например, QAM-модулятор (модулятор квадратурной амплитудной модуляции)), который имеет пропускную способность, достаточную для всех каналов передачи в сумме так, что он последовательно отображает биты входного потока входных в символы данных для всех поднесущих во всех трактах передачи. Затем полученные символы данных демультиплексируются демультиплексором (9) в эти по меньшей мере два канала передачи.
В некоторых вариантах реализации изобретения для регулирования пропускной способности канала передачи данных мог бы быть предусмотрен сигнал обратной связи, поступающий в кодер (5) из модуля (10) отображения в символы (например, модуль отображения в символы запрашивает у кодера (5) необходимое количество битов).
Модуль (10) отображения в символы может, например, отображать поднесущие различных каналов передачи поблочным способом, последовательным способом или псевдослучайным способом.
В случае поблочного способа, модуль (10) отображения в символы сначала осуществляет отображение всех поднесущих первого канала передачи, затем осуществляет отображение всех поднесущих второго канала передачи, затем осуществляет отображение всех поднесущих третьего канала передачи и так далее до тех пор, пока не будет осуществлено отображение всех поднесущих всех каналов передачи (например, пока не будет осуществлена их квадратурная амплитудная модуляция).
В случае последовательного способа, модуль (10) отображения в символы сначала для всех трактов осуществляет отображение первых поднесущих, затем для всех трактов осуществляет отображение вторых поднесущих, затем для всех трактов осуществляет отображение третьих поднесущих и так далее до тех пор, пока не будет осуществлено отображение всех поднесущих всех трактов (например, пока не будет осуществлена их квадратурная амплитудная модуляция).
Понимается, что поднесущие упорядочены обычным образом в соответствии с физическими характеристиками (например, частотой OFDM-поднесущей (поднесущей для мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов), шириной полосы пропускания несущего вейвлета). Этот естественный порядок представляет собой порядок, в котором осуществляется отображение поднесущих в поблочном способе и в последовательном способе. Конечно, каждая поднесущая представлена в каждом канале передачи один раз, и имеется поблочный и последовательный естественный порядок сочетания поднесущих с каналами передачи. В случае поблочного естественного порядка, сочетания поднесущих с каналами передачи сначала группируются в соответствии с каналами передачи, а затем, в пределах каждой группы, в соответствии с естественным порядком поднесущей. В случае последовательного естественного порядка, сочетания поднесущих с каналами передачи сначала группируются в соответствии с естественным порядком поднесущих, а затем, в пределах каждой группы, в соответствии с каналами передачи.
В случае псевдослучайного способа, модуль (10) отображения в символы осуществляет отображение (например, осуществляет квадратурную амплитудную модуляцию) поднесущих всех каналов передачи в соответствии с некоторой псевдослучайной последовательностью. В случае, когда количество каналов передачи составляет t, а количество поднесущих составляет с, длина последовательности составляет t*c. С каждой поднесущей каждого канала передачи связана цифра из псевдослучайной последовательности, k-ая цифра из случайной последовательности указывает, какое сочетание поднесущей и канала передачи в соответствии с естественным порядком будут отображены на k-ом этапе. Другими словами, псевдослучайная последовательность будет считываться последовательно: цифры 1-ая, 2-ая,… k-ая… до (t*c -ой, и одновременно с этим поступающий поток битов будет назначаться поднесущей с индексом, определенным этой псевдослучайной последовательностью. Когда k-ая цифра последовательности представляет собой j, текущие биты будут отображены в j-ое сочетание поднесущей и канала передачи в соответствии с естественным порядком.
Например, в случае, когда j=1, текущие биты входного потока битов будут переданы j-ым сочетанием поднесущей и канала передачи. Псевдослучайная последовательность может, например, храниться в памяти (14). Блок (6) демультиплексирования и отображения в символы может в таком случае считывать последовательность из памяти (14) и выполнять соответствующее переупорядочение (переупорядочение индекса несущей). В некоторых вариантах реализации изобретения блок (6) демультиплексирования и отображения в символы и модуль (18) предварительного кодирования могут выполнить переупорядочение совместно. В этом случае модуль (18) предварительного кодирования функционирует на основе псевдослучайной последовательности. Для отмеченных несущих (то есть несущих, на которых никакой информации не передается, например, потому, что условия канала являются плохими) переупорядочение остается недействующим потому, что информация об этой отметке уже включена в информацию о комбинациях.
Как и ранее, блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования, входящий в состав приемника (2), выполняет необходимые операции для того, чтобы восстановить первоначальную последовательность битов (то есть выполняет операцию, обратную операции блока (6) демультиплексирования и отображения в символы, входящего в состав передатчика (1)). С этой целью, блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования может, например, содержать мультиплексор (43), работающий на уровне символов и единственный модуль (40) обратного отображения символов, как это изображено на фиг.9. Мультиплексор (43) мультиплексирует символы, принятые по этим по меньшей мере двум каналам передачи, в единый поток символов и предоставляет его модулю (40) обратного отображения символов. Модуль (40) обратного отображения символов (например, QAM-демодулятор (демодулятор для квадратурной амплитудной модуляции)) имеет пропускную способность, которая достаточна для всех каналов передачи в сумме и генерирует выходной поток битов, последовательно осуществляя обратное отображение (например, QAM-демодулирование (демодулирование для квадратурной амплитудной модуляции)) всех поднесущих на всех каналах передачи. Блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования может, например, функционировать в соответствии с принципами поблочного способа, последовательного способа и псевдослучайного способа, описанных выше. В случае псевдослучайного способа, блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования может считывать псевдослучайную последовательность, хранящуюся в памяти (44), и выполнять соответствующее переупорядочение принятых символов данных, таким образом, чтобы мог быть восстановлен первоначальный входной поток битов. В некоторых вариантах реализации изобретения блок (38) обратного отображения символов и мультиплексирования и MIMO-декодер (35) могут выполнять это переупорядочение совместно. В этом случае декодер (35) функционирует на основе псевдослучайной последовательности.
Псевдослучайная последовательность может быть постоянной или может быть различной для различных символов множества несущих (например, OFDM-символов). В случае, когда псевдослучайная последовательность является постоянной, соответствующее упорядочение поднесущей и каналов передачи может быть жестко закодировано в передатчике (1) и приемнике (2), что уменьшает сложность этих устройств.
Переупорядочение несущих в соответствии с псевдослучайной последовательностью улучшает устойчивость передачи данных и обеспечивает благоприятные условия для успешного функционирования кода исправления и/или обнаружения ошибок.
Между блоком (6) демультиплексирования и отображения в символы и модулем (18) предварительного кодирования может быть предусмотрен дополнительный модуль перемежения (не показанный на чертеже). Этот модуль перемежения мог бы, например, осуществлять скремблирование (перестановку) информации между всеми или по меньшей мере некоторыми поднесущими и каналами передачи с идентичными комбинациями. Это дополнительно увеличивает устойчивость передачи данных.
Битовое демультиплексирование/мультиплексирование на уровне символов данных уменьшает сложность демультиплексорных блоков по сравнению с битовым демультиплексированием/мультиплексированием на уровне битов. В самом сложном случае битового демультиплексирования/мультиплексирования на уровне символов данных по-прежнему требуется применять только алгоритм переупорядочения индекса несущей, который описан выше. Кроме того, как было показано выше, в случае битового демультиплексирование/мультиплексирование на уровне символов может быть использован единственный модуль отображения в символы и единственный модуль обратного отображения символов, что дополнительно уменьшает сложность передатчика (1) и приемника (2).
Отметим, что те же самые сигналы передачи, которые получены во втором альтернативном варианте реализации изобретения, могут также быть получены в конструкции по первому альтернативному варианту реализации изобретения, изображенному на фиг.3 и 4. Это возможно, поскольку конструкция по первому альтернативному варианту реализации изобретения способна выполнять более мелкоструктурное (то есть на уровне битов) битовое демультиплексирование/мультиплексирование, чем конструкция по второму альтернативному варианту реализации изобретения, при котором выполняется битовое демультиплексирование/мультиплексирование на уровне символов. Таким образом, также блок демультиплексирования и отображения в символы, имеющий конструкцию, показанную на фиг.3, и блок обратного отображения символов и мультиплексирования, имеющий конструкцию, показанную на фиг.4, могли бы функционировать в соответствии с принципами поблочного способа, последовательного способа и псевдослучайного способа, описанных выше. Однако в этом случае описанная выгода уменьшения сложности не достигается в полной мере. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения для регулирования пропускной способности каналов передачи данных потребовались бы сигналы обратной связи, поступающие от каждого из модулей (с 10-1 по 10-n) отображения в символы и демультиплексора (8) в кодер.
Также, вместо единственного кодера (5), между блоком (6) демультиплексирования и отображения и модулем (18) предварительного кодирования могло бы быть предусмотрено множество кодеров (кода исправления и/обнаружения ошибок) - по одному для каждого канала передачи. В этом случае, между детектором (36) и блоком (38) мультиплексирования и обратного отображения могло бы быть предусмотрено множество декодеров (кода исправления и/или обнаружения ошибок) - один декодер для каждого канала передачи.
Также, вместо единственного кодера (5), между демультиплексором (8) и модулями (с 10-1 по 10-n) отображения в символы могло бы быть предусмотрено множество кодеров (кода исправления и/обнаружения ошибок) - по одному для каждого канала передачи. В этом случае, между модулями (с 40-1 по 40-n) обратного отображения символов и мультиплексором (42) могло бы быть предусмотрено множество декодеров (кода исправления и/или обнаружения ошибок) - один декодер для каждого канала передачи.
Хотя объяснялись варианты реализации настоящего изобретения, при которых оценка канала выполняется на стороне приемника, настоящее изобретение этим не ограничено, и оценка канала могла бы также выполняться на стороне передатчика (например, в случае симметричного MIMO-канала (канала с множественными выходами и множественными выходами)).