УПРАВЛЕНИЕ МОЩНОСТЬЮ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДИК СТИРАНИЯ
CONTROLLING POWER BY MEANS OF DELETE PROCEDURES

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая Патентная заявка является частичным продолжением патентной заявки 10/890717, озаглавленной "Robust Erasure Detection And Erasure-Rate-Based Closed Loop Power Control", поданной 13 июля 2004 года, и патентной заявки 10/897463, озаглавленной "Power Control For A Wireless Communication System Utilizing Orthogonal Multiplexing", поданной 22 июля 2004 года, обе из которых притязают на приоритет патентной заявки 60/580819, озаглавленной "Reverse-Link Power Control Algorithm", поданной 18 июня 2004 года, находятся на рассмотрении и переуступлены правообладателю настоящей заявки и тем самым полностью включены в данный документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в общем, к обмену данными и, более конкретно, к методикам регулирования управления мощностью с помощью обнаружения стирания в системе беспроводной связи.
Предшествующий уровень техники
Система беспроводной связи с множественным доступом может поддерживать одновременную связь для нескольких беспроводных терминалов. Каждый терминал осуществляет связь с одной или более базовыми станциями посредством передач по прямой и обратной линиям связи. Прямая линия связи (или нисходящая линия связи) относится к линии связи от базовых станций к терминалам, а обратная линия связи (или восходящая линия связи) относится к линии связи от терминалов к базовым станциям.
Несколько терминалов могут одновременно передавать по нисходящей линии связи посредством мультиплексирования таким образом, чтобы они были ортогональными по отношению друг к другу. Мультиплексирование ориентировано на достижение ортогональности среди нескольких передач по обратной линии связи во временной, частотной или кодовой области. Полная ортогональность, если достигается, приводит к тому, что передача от каждого терминала не создает помех для передач от других терминалов на принимающей базовой станции. Тем не менее, полная ортогональность среди передач от различных терминалов зачастую не реализуется вследствие состояния канала, недостатков приемного устройства и т.п. Потеря ортогональности приводит к определенной величине помех со стороны одного терминала для других терминалов. В таком случае рабочие характеристики каждого терминала ухудшаются за счет помех от всех других терминалов.
В обратной линии связи механизм управления мощностью может использоваться для управления мощностью передачи каждого терминала для гарантирования приемлемых рабочих характеристик для всех терминалов. Этот механизм управления мощностью обычно реализуется с помощью двух контуров управления мощностью, которые зачастую называют "внутренним" контуром и "внешним" контуром. Во внутреннем контуре регулируют мощность передачи терминала таким образом, чтобы его качество принимаемых сигналов (SNR (отношение сигнал-шум)), измеряемое в принимающей базовой станции, поддерживалось на уровне целевого SNR. Во внешнем контуре регулируют целевое SNR, чтобы поддерживать требуемую частоту ошибок по блокам (BLER) или частоту ошибок по пакетам (PER).
Традиционный механизм управления мощностью регулирует мощность передачи каждого терминала таким образом, чтобы требуемая частота ошибок по блокам/пакетам достигалась для передачи по обратной линии связи от терминала. Код обнаружения ошибок, такой как код контроля циклическим избыточным кодом (CRC), в типичном случае используется для определения того, декодирован ли каждый принимаемый блок/пакет корректно или с ошибкой. Затем целевое SNR корректируется соответствующим образом на основе результата декодирования с обнаружением ошибок. Тем не менее, код обнаружения ошибок может не использоваться при некоторых передачах, если объем дополнительной служебной информации для кода обнаружения ошибок считается избыточным. Традиционный механизм управления мощностью, основанный на коде обнаружения ошибок, не может непосредственно использоваться для этих передач.
Следовательно, в данной области техники есть потребность в методиках надлежащего управления мощностью передачи, когда код обнаружения ошибок не используется.
Сущность изобретения
Соответственно, предусмотрен способ осуществления управления мощностью в системе связи, содержащий этапы, на которых принимают кодовое слово через первую линию беспроводной связи, генерируют сообщение для повышения мощности, если определено, что кодовое слово не соответствует порогу стирания, генерируют сообщение для снижения мощности, если определено, что кодовое слово соответствует порогу стирания, и передают сообщение по второй линии беспроводной связи.
Далее подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления изобретения.
Перечень фигур чертежей
Признаки и сущность настоящего изобретения станут более явными из изложенного ниже подробного описания, рассматриваемого вместе с чертежами, на которых используется сквозная нумерация позиций и на которых:
Фиг. 1 - иллюстрация системы беспроводной связи с множественным доступом;
Фиг. 2 - иллюстрация механизма управления мощностью с помощью трех контуров;
Фиг. 3A и 3B - иллюстрация процесса обновления второго и третьего контуров механизма управления мощностью, показанного на фиг. 2;
Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций процесса 400 для механизма управления мощностью;
Фиг. 5 - иллюстрация каналов данных и управления для схемы передачи данных; и
Фиг. 6 - блок-схема базовой станции и терминала.
Подробное описание изобретения
Слово "иллюстративный" используется в данном документе, чтобы обозначать "служащий в качестве примера, отдельного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления или проект, описанный в данном документе как "иллюстративный", не обязательно должен быть истолкован как предпочтительный или выгодный по сравнению с другими вариантами осуществления или проектами.
Фиг. 1 иллюстрирует систему 100 беспроводной связи с множественным доступом. Система 100 включает в себя некоторое количество базовых станций 110, которые поддерживают осуществление связи для ряда беспроводных терминалов 120. Базовая станция - это стационарная станция, используемая для связи с терминалами, и она может также упоминаться как точка доступа, узел B или каким-либо другим термином. Терминалы 120 рассеяны по системе, и каждый терминал может быть стационарным или мобильным. Терминал также может упоминаться как мобильная станция, абонентское оборудование (UE), устройство беспроводной связи или каким-либо другим термином. Каждый терминал может осуществлять связь с одной или более базовыми станциями по прямой и обратной линиям связи в любой заданный момент времени. Это зависит от того, активен ли терминал, поддерживается ли мягкая эстафетная передача обслуживания, и находится ли терминал в состоянии мягкой эстафетной передачи обслуживания. Для простоты фиг. 1 показывает только передачу по обратной линии связи. Системный контроллер 130 соединяется с базовыми станциями 110, обеспечивает координирование и управление в отношении этих базовых станций и дополнительно управляет маршрутизацией данных для терминалов, обслуживаемых этими базовыми станциями.
Описанные в данном документе методики обнаружения стирания и управления мощностью могут использоваться в различных системах беспроводной связи. Например, эти методики могут использоваться в системе множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) и т.п. CDMA-система использует мультиплексирование с кодовым разделением каналов, передачи для различных терминалов ортогонализированы посредством использования различных ортогональных кодов (к примеру, Уолша) для прямой линии связи. Терминалы используют различные последовательности псевдослучайных чисел (PN) для обратной линии связи в CDMA и не полностью ортогональны по отношению друг к другу. TDMA-система использует мультиплексирование с временным разделением каналов, и передачи для различных терминалов ортогонализированы посредством передачи в различные временные интервалы. FDMA-система использует мультиплексирование с частотным разделением каналов, и передачи для различных терминалов ортогонализированы посредством передачи в различных подполосах частот. OFDMA-система использует мультиплексирование с ортогональным разделением частот (OFDM), которое эффективно разделяет общую полосу пропускания системы на несколько ортогональных подполос частот. Эти подполосы также часто упоминаются как тоны, вспомогательные несущие, элементы разрешения и частотные каналы. OFDMA-система может использовать различные схемы ортогонального мультиплексирования и может применять любое сочетание мультиплексирования с временным, частотным или кодовым разделением каналов.
Описанные в данном документе методики могут использоваться для различных типов "физических" каналов, которые не используют кодирование с обнаружением ошибок. Физические каналы также могут упоминаться как кодовые каналы, транспортные каналы или с использованием какой-либо другой терминологии. Физические каналы в типичном случае включают в себя каналы данных, используемые для отправки трафика/пакетных данных, и каналы управления, используемые для отправки служебных сигналов/управляющих данных. Система может использовать различные каналы управления для отправки различных типов управляющей информации. Например, система может использовать (1) CQI-канал для отправки индикаторов качества канала (CQI), показывающих качество беспроводного канала, (2) ACK-канал для отправки квитанций (ACK) для схемы гибридного запроса на автоматическую повторную передачу (H-ARQ), (3) REQ-канал для отправки запросов на передачу данных и т.д. Физические каналы могут использовать или не использовать другие типы кодирования, даже если кодирование с обнаружением ошибок не используется. Например, физический канал может вообще не использовать кодирование, и данные отправляются "в чистом виде" по физическому каналу. Физический канал также может использовать блочное кодирование с тем, чтобы каждый блок данных кодировался для получения соответствующего блока кодированных данных, который затем отправляется по физическому каналу. Описанные в данном документе методики могут применяться для различных физических каналов (данных и управления).
Для простоты методики обнаружения стирания и управления мощностью специально описываются ниже для иллюстративного канала управления, используемого в обратной линии связи. Передача от различных терминалов по этому каналу управления может ортогонально мультиплексироваться в частотном, временном или кодовом пространстве. При полной ортогональности помехи в канале управления ни одним терминалом не наблюдаются. Тем не менее, при наличии частотно-избирательного замирания (или вариации частотной характеристики по полосе пропускания системы) и доплеровского эффекта (вследствие перемещения) передачи от различных терминалов могут не быть ортогональными относительно друг друга в принимающей базовой станции.
L
L
Данные по иллюстративному каналу управления отправляются в блоках, при этом каждый блок содержит заранее определенное число (L) бит данных. Каждый блок данных кодируется с помощью блочного кода для получения соответствующего кодового слова или блока кодированных данных. Поскольку каждый блок данных содержит L бит, возможно 2 различных блоков данных, которым поставлено в соответствие 2 возможных кодовых слов в таблице кодирования, по одному кодовому слову на каждый отличающийся блок данных. Терминалы передают кодовые слова для блоков данных по каналу управления.
L
Базовая станция принимает кодовые слова, передаваемые по каналу управления различными терминалами. Базовая станция выполняет комплементарное блочное декодирование для каждого принимаемого кодового слова для получения декодированного блока данных, которым является блок данных, с наибольшей вероятностью переданный для принятого кодового слова. Блочное декодирование может выполняться различными способами. Например, базовая станция может вычислить эвклидово кодовое расстояние между принимаемым кодовым словом и каждым из 2 возможных допустимых кодовых слов в таблице кодирования. В общем, эвклидово кодовое расстояние между принимаемым кодовым словом и заданным допустимым кодовым словом тем короче, чем ближе принимаемое кодовое слово к допустимому кодовому слову, и тем длиннее, чем дальше принимаемое кодовое слово от допустимого кодового слова. Блок данных, соответствующий допустимому кодовому слову с самым коротким эвклидовым кодовым расстоянием до принимаемого кодового слова, предоставляется как декодированный блок данных для принимаемого кодового слова.
L
В качестве примера, L бит данных для блока данных могут быть преобразованы к кодовому слову, содержащему K символов модуляции, для конкретной схемы модуляции (к примеру, BPSK, QPSK, M-PSK, M-QAM и т.п.). Каждое допустимое кодовое слово ассоциировано с отличным от других набором из K символов модуляции, и 2 наборов символов модуляции для двух возможных допустимых кодовых слов может быть выбрано на максимально возможном эвклидовом кодовом расстоянии друг от друга. Принимаемое кодовое слово в таком случае должно содержать K принимаемых символов, где каждый принимаемый символ - это зашумленная версия передаваемого символа модуляции. Эвклидово кодовое расстояние между принимаемым кодовым словом и заданным допустимым кодовым словом может быть вычислено как:
(1)
s
(j)
j
k
k
где - -тый принимаемый символ для принимаемого кодового слова ;
s
(j)
i
i
- j-тый символ модуляции для допустимого кодового слова ; и
d
(k)
k
i
i
- эвклидово кодовое расстояние между принимаемым кодовым словом и допустимым кодовым словом .
d
(k)
i
Уравнением (1) вычисляется эвклидово кодовое расстояние как среднеквадратическую ошибку между K принятыми символами для принимаемого кодового слова и K символами модуляции для допустимого кодового слова. Блок данных, соответствующий допустимому кодовому слову с самым коротким , предоставляется как декодированный блок данных для принимаемого кодового слова.
Без использования кода с обнаружением ошибок нет непосредственного способа определения того, является ли блочное декодирование заданного принимаемого кодового слова корректным или ошибочным, а также того, является ли декодированный блок данных действительно переданным блоком данных. Может быть задан и использован показатель для обеспечения индикации степени доверия к результатам декодирования. В варианте осуществления этот показатель может быть задан следующим образом:
(2)
d
(k)
k
n1
где- эвклидово кодовое расстояние между принимаемым кодовым словом и ближайшим кодовым словом;
d
(k)
k
n2
- эвклидово кодовое расстояние между принимаемым кодовым словом и следующим ближайшим допустимым кодовым словом; и
m(k)
k
- показатель для принимаемого кодового слова .
m(k)
m(k)
m(k)
Если принимаемое кодовое слово гораздо ближе к ближайшему кодовому слову, чем следующее ближайшее кодовое слово, то показатель  является небольшим значением, и степень доверия к тому, что декодированный блок является корректным, высока. Наоборот, если принимаемое кодовое слово имеет относительно равное расстояние до ближайшего кодового слова и следующего ближайшего кодового слова, то показатель достигает значения 1, или → 1, и доверие к тому, что декодированный блок является корректным, меньше.
f(r, C),
r
f(r,C)
Уравнение (2) показывает один иллюстративный показатель, который основан на соотношении эвклидовых расстояний и который может использоваться для определения того, является ли блочное декодирование заданного принимаемого кодового слова корректным или ошибочным. Другие показатели также могут использоваться для обнаружения стирания, и это не выходит за рамки объема изобретения. В общем, показатель может задаваться на основе любой подходящей функции надежности где - принимаемое кодовое слово, а C - таблица кодирования или набор всех возможных кодовых слов. Функция должна указывать качество/надежность принимаемого кодового слова и должна иметь надлежащую характеристику (к примеру, монотонная с надежностью обнаружения).
m(k)
erasure
Обнаружение стирания может выполняться для определения того, соответствует ли результат декодирования каждого принимаемого кодового слова заранее определенному уровню доверия. Показатель для принимаемого кодового слова можно сравнить с порогом стирания, TH, для получения решения по декодированию принимаемого кодового слова, следующим образом:
m(k) <
erasure
TH, объявить нестираемое кодовое слово,
m(k) ≥
erasure
TH, объявить стираемое кодовое слово. (3)
m(k)
m(k)
Как показано в уравнении (3), принимаемое кодовое слово объявляется (1) "стираемым" кодовым словом, если показатель равен или более порога стирания, и (2) "нестираемым" кодовым словом, если показатель меньше порога стирания. Базовая станция может по-разному интерпретировать декодированные блоки данных для нестираемых и стираемых кодовых слов. Например, базовая станция может использовать декодированные блоки данных нестираемых кодовых слов для последующей обработки и может отбрасывать декодированные блоки данных стираемых кодовых слов.
erasure
Вероятность объявления принимаемого кодового слова стираемым кодовым словом называется частотой стирания и обозначается Pr. Частота стирания зависит от порога стирания, используемого для обнаружения стирания, и качества принимаемых сигналов (SNR) для принимаемого кодового слова. Качество сигнала может оцениваться количественно посредством отношения уровня сигнала к уровню шумов, отношения уровня сигнала к совокупному уровню шумов и помех и т.п. Для заданного принимаемого SNR низкий порог стирания повышает вероятность объявления принимаемого кодового слова стираемым кодовым словом, и наоборот. Для заданного порога стирания низкий принимаемый SNR также повышает вероятность объявления принимаемого кодового слова стираемым кодовым словом, и наоборот. Для заданного порога стирания принимаемый SNR может задаваться (посредством управления мощностью передачи в отношении канала управления, как описано выше), чтобы достичь требуемой частоты стирания.
error
error
error
error
error
Порог стирания может задаваться для достижения требуемых рабочих характеристик для канала управления. Например, вероятность ошибки, обусловленная нестираемыми кодовыми словами, которая называется условной частотой ошибок, может использоваться для канала управления. Эта условная частота ошибок обозначается Pr и означает следующее: при условии, что принимаемое кодовое слово объявлено нестираемым кодовым словом, вероятность некорректности декодированного блока данных для принимаемого кодового слова составляет Pr. Низкое значение Pr (к примеру, 1% или 0,1%) соответствует высокой степени надежности результата декодирования, когда объявлено нестираемое кодовое слово. Низкое значение Pr может быть желательно для многих типов передачи, где надежное декодирование является важным. Порог стирания может быть задан равным надлежащему уровню для достижения требуемой Pr.
erasure
error
erasure
Четко определенное соотношение предположительно имеется между частотой стирания Pr, условной частотой ошибок Pr, порогом стирания TH и принимаемым SNR. В частности, для заданного порога стирания и заданного принимаемого SNR предусмотрена конкретная частота стирания и конкретная условная частота ошибок. Посредством изменения порога стирания можно найти компромисс между частотой стирания и условной частотой ошибок. Может выполняться компьютерное моделирование и могут проводиться эмпирические измерения для определения или прогнозирования соотношения между частотой стирания и условной частотой ошибок для различных значений порога стирания и различных принимаемых SNR.
Тем не менее, на практике соотношение между этими четырьмя параметрами может быть неизвестно заранее и может зависеть от сценариев развертывания. Например, конкретный порог стирания, который позволяет достигать требуемой частоты стирания и условной частоты ошибок, может быть неизвестен априори и даже может изменяться со временем, но вероятнее всего медленно. Более того, неизвестно, будет ли "спрогнозированное" отношение между частотой стирания и условной частотой ошибок, полученное посредством моделирования или каким-либо другим средством, истинным при фактическом развертывании.
erasure
erasure
error
error
erasure
error
Механизм управления мощностью может использоваться для динамической корректировки порога стирания и принимаемого SNR, чтобы добиться требуемых рабочих характеристик канала управления. Рабочие характеристики канала управления могут быть количественно оценены посредством целевой частоты стирания Pr (к примеру, частота стирания в 10% или Pr=0,1) и целевой условной частоты ошибок Pr (к примеру, условная частота ошибок в 1% или Pr=0,01), т.е. пары (Pr, Pr).
Фиг. 2 иллюстрирует механизм 200 управления мощностью, который может использоваться для динамической корректировки порога стирания и управления мощностью передачи для передачи, отправляемой по каналу управления от терминала к базовой станции. Механизм 200 управления мощностью включает в себя внутренний контур 210, внешний контур 220 и третий контур 230.
Внутренний контур 210 пытается поддерживать принимаемое SNR для передачи, измеренное в базовой станции, как можно ближе к целевому SNR. Для внутреннего контура 210 модуль 242 оценки SNR в базовой станции оценивает принимаемый SNR для передачи и предоставляет принимаемый SNR в средство генерации (генератор) 244 управления мощностью передачи (TPC). TPC-генератор 244 также принимает целевое SNR для канала управления, сравнивает принимаемое SNR с целевым SNR и генерирует TPC-команды на основе результатов сравнения. Каждая TPC-команда - это либо (1) команда UP для инструктирования о повышении мощности передачи канала управления, либо (2) команда DOWN для инструктирования о снижении мощности передачи. Базовая станция передает TPC-команды по прямой линии связи (затемнение 260) в терминал.
Терминал принимает и обрабатывает передачу по прямой линии связи от базовой станции и предоставляет принятые TPС-команды в TPC-процессор 262. Каждая принятая TPC-команда является зашумленной версией TPC-команды, отправленной базовой станцией. TPC-процессор 262 обнаруживает каждую принятую TPC-команду и получает решение по TPC, которым может быть (1) решение UP, если принятая TPC-команда должна быть командой UP, или (2) решение DOWN, если принятая TPC-команда должна быть командой DOWN.
Модуль 264 корректировки мощности передачи (TX) регулирует мощность передачи по каналу управления на основе решений по TPC от TPC-процессора 262. Модуль 264 может регулировать мощность передачи следующим образом:
cch
n
где P(n) - мощность передачи для внутреннего интервала обновления внутреннего контура ;
up
ΔP - размер шага повышения мощности передачи; и
dn
ΔP - размер шага понижения мощности передачи.
cch
up
dn
n
Мощность передачи P() и размеры шагов ΔP и ΔP измеряются в децибелах (дБ).
up
dn
cch
cch
dn
Как показано в уравнении (4), мощность передачи повышается на ΔPдля каждого решения UP и понижается на ΔP для каждого решения DOWN. Хотя не описано выше для простоты, решение по TPC также может быть решением "no-OP", если принимаемая TPC-команда считается слишком ненадежной, при этом мощность передачи может поддерживаться на одном уровне, или P(n+1)=P(n). Размеры шага и ΔP в типичном случае равны друг другу, и обоим может быть присвоено значение 1,0 дБ, 0,5 дБ или какое-либо другое значение.
Вследствие эффектов потерь на трассе, замирания и многолучевого распространения на обратной линии связи (затенение 240), которые в типичном случае варьируются во времени и в особенности для мобильного терминала, принимаемое SNR для передачи по каналу управления постоянно колеблется. Внутренний контур 210 пытается поддерживать принимаемое SNR на уровне, близком к целевому SNR, при наличии изменений в состоянии канала обратной линии связи.
m(k)
m(k)
Внешний контур 220 постоянно корректирует целевой SNR таким образом, чтобы достигалась целевая частота стирания для канала управления. Модуль 252 вычисления показателя вычисляет показатель для каждого принимаемого кодового слова, получаемого от канала управления, как описано выше. Средство обнаружения (детектор) 254 стираний выполняет обнаружение стираний для каждого принимаемого кодового слова на основе вычисленного показателя  для кодового слова и порога стирания и предоставляет состояние принимаемого кодового слова (стираемое или нестираемое) модулю 256 корректировки целевого SNR.
Модуль 256 корректировки целевого SNR получает состояние каждого принимаемого кодового слова и корректирует целевое SNR для канала управления следующим образом:
target
k
где SNR(k) - целевое SNR для интервала обновления внешнего контура ;
up
ΔSNR - размер шага повышения целевого SNR; и
dn
ΔSNR - размер шага понижения целевого SNR.
target
up
dn
dn
up
Целевое SNR SNR(k) и размеры шагов ΔSNR и ΔSNR измеряются в дБ. Как показано в уравнении (5), модуль 256 уменьшает целевое SNR на ΔSNR, если принимаемое кодовое слово считается нестираемым кодовым словом, что может указывать то, что принимаемое SNR для канала управления выше требуемого. Наоборот, модуль 256 увеличивает целевое SNR на ΔSNR, если принимаемое кодовое слово считается стираемым кодовым словом, что может указывать то, что принимаемое SNR для канала управления ниже требуемого.
up
dn
Размеры шагов ΔSNR и ΔSNR для корректировки целевого SNR могут задаваться на основе следующего соотношения:
(6)
erasure
up
dn
up
dn
up
Например, если целевая частота стирания для канала управления составляет 10% (или Pr=0,1), то размер шага повышения в 9 раз превышает размер шага понижения (или ΔSNR=9·ΔSNR). Если размер шага повышения выбран равным 0,5 децибел (дБ), то размер шага понижения равен примерно 0,056 дБ. Большие значения ΔSNR и ΔSNR повышают скорость сходимости для внешнего контура 220. Высокое значение ΔSNR также вызывает большие колебания или большее отклонение целевого SNR в установившемся режиме.
Третий контур 230 динамически корректирует порог стирания таким образом, чтобы достигалась целевая условная частота ошибок для канала управления. Терминал может передавать известное кодовое слово по каналу управления периодически или при каждом инициировании. Базовая станция принимает переданное известное кодовое слово. Модуль 252 вычисления показателя и детектор 254 стирания выполняют обнаружение стирания для каждого принятого известного кодового слова на основе порога стирания и тем же образом, что и для принятых кодовых слов. Для каждого принимаемого известного кодового слова, считающегося нестираемым, декодер 262 декодирует принимаемое известное кодовое слово и определяет то, является ли декодированный блок корректным или ошибочным, что может выполняться, поскольку кодовое слово известно. Декодер 262 предоставляет модулю 264 корректировки порога стирания состояние каждого принимаемого известного кодового слова, которым может быть: (1) стираемое кодовое слово, (2) "хорошее" кодовое слово, если принимаемое известное кодовое слово является нестираемым кодовым словом и декодировано корректно, или (3) "плохое" кодовое слово, если принимаемое известное кодовое слово является нестираемым кодовым словом, но декодировано с ошибкой.
Модуль 264 корректировки порога стирания получает состояние принимаемых известных кодовых слов и корректирует порог стирания следующим образом:
(7)
erasure
где TH() - порог стирания для интервала обновления третьего контура ;
up
ΔTH - размер шага повышения порога стирания; и
dn
ΔTH - размер шага понижения порога стирания.
dn
up
Как показано в уравнении (7), порог стирания снижается на ΔTH для каждого принимаемого известного кодового слова, которое является плохим кодовым словом. Более низкий порог стирания соответствует более точному критерию обнаружения стирания и приводит к тому, что принимаемое кодовое слово с большей вероятностью считается стираемым, что, в свою очередь, приводит к тому, что принимаемое кодовое слово с большей вероятностью будет корректно декодировано, когда считается нестираемым. Наоборот, порог стирания увеличивается на ΔTH для каждого принимаемого известного кодового слова, которое является хорошим кодовым словом. Более высокий порог стирания соответствует менее точному критерию обнаружения стирания и приводит к тому, что принимаемое кодовое слово с меньшей вероятностью считается стираемым, что, в свою очередь, приводит к тому, что принимаемое кодовое слово с большей вероятностью будет декодировано с ошибкой, когда считается нестираемым. Порог стирания поддерживается на одном уровне для принимаемых известных кодовых слов, которые стираются.
up
dn
Размеры шагов ΔTH и ΔTH для корректировки порога стирания могут задаваться на основе следующего отношения:
(8)
up
dn
Например, если целевая условная частота ошибок для канала управления составляет 1%, то размер шага снижения в 99 раз превышает размер шага повышения. Величина ΔTH и ΔTH может быть определена на основе ожидаемой величины принимаемых символов, требуемой скорости сходимости для третьего контура и, возможно, других факторов.
m(k)=d
(k)/d
(k)
m(k)=d
(k)/d
(k))
n2
n1
n1
n2
В общем, корректировка порога стирания зависит о того, как задан показатель, используемый для обнаружения стирания. Уравнения (7) и (8) основаны на показателе, задаваемом так, как показано в уравнении (2). Показатель также может задаваться другими способами (к примеру, вместо , в каковом случае корректировка порога стирания может быть модифицирована соответствующим образом. Корректируемый порог стирания также может использоваться в сочетании с любой методикой обнаружения стирания для получения устойчивой эффективности обнаружения стираний при различных характеристиках канала.
erasure
Порог стирания, TH (), может динамически корректироваться различными способами. В одном варианте осуществления отдельный третий контур поддерживается базовой станцией для каждого терминала, осуществляющего связь с базовой станцией. Этот вариант осуществления позволяет отдельно корректировать порог стирания для каждого терминала, что в таком случае позволяет специально подстраивать рабочие характеристики канала управления под терминал. Например, разные терминалы могут иметь разные целевые условные частоты ошибок, что может достигаться посредством эксплуатации отдельных третьих контуров для этих терминалов. В другом варианте осуществления один третий контур поддерживается базовой станцией для всех терминалов, осуществляющих связь с базовой станцией. Общий порог стирания затем используется для обнаружения стираний во всех этих терминалах, а также обновляется на основе известных кодовых слов, принимаемых базовой станцией от этих терминалов. Этот вариант осуществления обеспечивает хорошие рабочие характеристики для всех терминалов, если рабочие характеристики канала управления устойчивы для этих терминалов при различных состояниях канала. Этот вариант осуществления обеспечивает большую скорость сходимости для третьего контура, а также снижает дополнительные ресурсы, поскольку каждый терминал может передавать известное кодовое слово с меньшей частотой (к примеру, каждые несколько сотен миллисекунд). В еще одном варианте осуществления один третий контур поддерживается базовой станцией для каждой группы терминалов, имеющих одинаковые рабочие характеристики канала управления, и порог стирания обновляется на основе известных кодовых слов, принятых базовой станцией от всех терминалов в группе.
Внутренний контур 210, внешний контур 220 и третий контур 230 в типичном случае обновляются с различной частотой. Внутренний контур 210 - это самый быстрый контур из этих трех контуров, и мощность передачи для канала управления может обновляться с конкретной частотой (к примеру, 150 раз в секунду). Внутренний контур 220 - это следующий по быстроте контур, и целевое SNR может обновляться при каждом приеме кодового слова по каналу управления. Третий контур 230 - это самый медленный контур, и порог стирания может обновляться при каждом приеме кодового слова по каналу управления. Частоты обновления этих трех контуров могут выбираться так, чтобы добиваться требуемых рабочих характеристик для обнаружения стирания и управления мощностью.
Для вышеописанного варианта осуществления целевая условная частота ошибок
error
error
Prиспользуется в качестве одного из показателей рабочих характеристик канала управления, и третий контур предназначен для достижения этой Pr. Другие показатели рабочих характеристик также могут использоваться для канала управления, и третий контур может разрабатываться соответствующим образом. Например, целевая вероятность ошибочного декодирования кодового слова, когда оно считается стираемым, может использоваться для третьего контура.
k
m(k)
m(k)
m(k)
up
Фиг. 3A и 3B иллюстрируют блок-схему последовательности операций процесса 300 обновления второго и третьего контуров механизма 300 управления мощностью. Принимаемое кодовое слово первоначально получают от канала управления (этап 312). Показатель вычисляют для принимаемого кодового слова, к примеру, как описано выше (этап 314), и сравнивают с порогом стирания (этап 316). Если вычисленный показатель превышает или равен порогу стирания, что определяется на этапе 320, и если принимаемое кодовое не является известным кодовым словом, что определяется на этапе 322, то принимаемое кодовое слово объявляются стираемым кодовым словом (этап 324). Целевое SNR увеличивают на размер шага ΔSNR, если вычисленный показатель больше или равен порогу стирания, вне зависимости от того, известно ли или не известно кодовое слово (этап 326). После этапа 326 процесс возвращается к этапу 312 для обработки следующего принимаемого кодового слова.
m(k)
dn
Если вычисленный показатель меньше порога стирания, что определяется на этапе 320, и если принимаемое кодовое не является известным кодовым словом, что определяется на этапе 332, то принимаемое кодовое слово объявляют нестираемым кодовым словом (этап 334) и целевое SNR понижают на размер шага ΔSNR(этап 336). Процесс возвращается к этапу 312 для обработки следующего принимаемого кодового слова.
m(k)
up
dn
Если вычисленный показатель меньше порога стирания, что определяется на этапе 320, и если принимаемое кодовое является известным кодовым словом, что определяется на этапе 332, то (см. фиг. 3B) принимаемое кодовое слово декодируют (этап 340). Если декодирование выполнено корректно, как определяется на этапе 342, то принимаемое известное кодовое слово объявляют хорошим кодовым словом (этап 344) и порог стирания увеличивают на размер шага ΔTH (этап 346). В противном случае, если была ошибка декодирования, как определяется на этапе 342, то принимаемое известное кодовое слово объявляют плохим кодовым словом (этап 354) и порог стирания понижают на размер шага ΔTH (этап 356). С этапов 346 и 356 процесс возвращается к этапу 312 на фиг. 3A для обработки следующего принимаемого кодового слова.
s
s
... s
i
i
i
Как упоминалось выше, описанные в данном документе методики могут использоваться для различных типов физических каналов, которые не используют кодирование с обнаружением ошибок. Применение этих методик для иллюстративной схемы передачи данных описывается ниже. Для этой схемы передачи терминал, которому требуется осуществить передачу по прямой линии связи, оценивает качество принимаемого сигнала прямой линии связи для своей обслуживающей базовой станции (к примеру, на основе пилот-сигнала, передаваемого базовой станцией). Оценка качества принимаемого сигнала может преобразовываться в L-битное значение, которое называется индикатором качества канала (CQI). CQI может указывать принимаемое SNR для прямой линии связи, поддерживаемую скорость передачи данных для прямой линии связи и т.д. В любом случае выполняется блочное кодирование CQI для получения кодового слова CQI. В качестве конкретного примера, L может быть равно 4, и кодовое слово CQI может содержать 16 символов QPSK-модуляции, или [(1) (2)(16)]. Терминал передает кодовое слово CQI по CQI-каналу (которым является один из каналов управления) обслуживающей базовой станции. Обслуживающая базовая станция принимает кодовое слово CQI, отправленное по CQI-каналу, и выполняет обнаружение стирания для принятого кодового слова CQI. Если принимаемое кодовое слово CQI не является стираемым, то обслуживающая базовая станция декодирует принимаемое кодовое слово CQI и использует декодированный CQI для назначения передачи данных терминалом.
В данном документе описываются методики выполнения обнаружения ошибок и управления мощностью для передачи по физическому каналу (к примеру, каналу управления или каналу данных), которые не используют кодирование с обнаружением ошибок. Данные передаются как "кодовые слова" по физическому каналу, причем каждое кодовое слово может быть блоком закодированных или незакодированных данных.
Для обнаружения стирания передающий объект (к примеру, беспроводной терминал) передает кодовые слова по физическому каналу и через беспроводной канал принимающего объекта (к примеру, базовой станции). Базовая станция вычисляет показатель для каждого принимаемого кодового слова, как описано ниже, и сравнивает вычисленный показатель с порогом стирания. Базовая станция объявляет каждое кодовое слово "стираемым" кодовым словом или "нестираемым" кодовым словом на основе результата сравнения. Базовая станция динамически корректирует порог стирания для достижения требуемого уровня рабочих характеристик, который может количественно оцениваться посредством целевой условной частоты ошибок, которая указывает вероятность ошибочного кодирования принимаемого кодового слова, когда оно объявлено нестираемым кодовым словом. Порог стирания может корректироваться на основе принимаемых известных кодовых слов, которые являются принимаемыми кодовыми словами для известных кодовых слов, передаваемых терминалами, обменивающимися данными с базовой станцией, как описано далее. Корректируемый порог стирания позволяет обеспечивать устойчивую эффективность обнаружения стираний при различных состояниях канала.
Механизм управления мощностью для управления мощностью передачи каждого терминала может осуществляться посредством использования "объединенного" контура, который старается поддерживать целевую частоту стирания в отношении принимаемого сигнала. Объединенный алгоритм сходится быстрее, поскольку частота обновления внешнего контура выше по сравнению с алгоритмом отдельного контура. Это особенно полезно, когда канал быстро изменяется. Другое преимущество заключается в том, что команды повышения и понижения мощности могут использоваться для оценки качества физического канала от терминала к различным базовым станциям. Эта информация используется, когда терминал обменивается данными с несколькими базовыми станциями. Например, в ходе эстафетной передачи обслуживания, т.е. когда терминал меняет свою базовую станцию, эта информация может использоваться для управления мощностью различных физических каналов от терминала к различным базовым станциям. Если объединенный алгоритм не используется, то базовые станции должны передавать другие каналы для использования терминалами при определении качества физических каналов от терминалов к различным базовым станциям, и это снижает пропускную способность системы.
В этом способе базовая станция отправляет команды повышения и понижения мощности каждому терминалу в зависимости от того, стираемо или нет принимаемое от этого терминала кодовое слово. В зависимости от целевой частоты стирания, базовая станция также передает величину мощности, на которую должен увеличить каждый терминал ("размер шага повышения"), когда кодовое слово, отправленное из терминала, является стираемым, и величину мощности, на которую должен уменьшить каждый терминал ("размер шага понижения"), когда кодовое слово, отправленное из терминала, является нестираемым.
k
up
up
down
up
down
down
up
down
up
down
up
down
erasure
erasure
up
down
Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему последовательности операций процесса 400 для механизма управления мощностью. Базовая станция 110x сконфигурирована для выполнения этапов процесса 500 посредством использования, по меньшей мере, одного из компонентов базовой станции 110x, например, контроллера 570, запоминающего устройства 572, процессора 582 TX-данных, процессора 560 RX-данных и т.д. Процесс начинается, когда базовая станция 110x принимает кодовое слово , описанное выше, по обратной линии связи. На этапе 404 базовая станция 110x определяет с помощью вышеописанных методик, стерто ли принимаемое кодовое слово вследствие несоответствия требованиям порога стирания. Если принятое кодовое слово k стерто (к примеру, вне порога стирания), то на этапе 406 базовая станция 110x генерирует сообщение управления мощностью "размер шага увеличения" (увеличение на значение S) для повышения мощности передачи терминала. Базовая станция 110x определяет значение S и S для передачи в терминал, которое варьируется в зависимости от целевого стирания или в зависимости от значения кодового слова k и порога. Чем ближе кодовое слово k к порогу, тем меньше используемое значение S или S. В противном случае, если принятое кодовое слово не стерто (к примеру, в рамках порога стирания), то на этапе 408 базовая станция 110x генерирует сообщение управления мощностью "размер шага понижения" (понижение на значение S) для снижения мощности передачи терминала. На этапе 410 базовая станция 110x обновляет базу данных, используемую для мониторинга количества кодовых слов, которые были стерты или не стерты. Базовая станция 110x может корректировать порог стирания на основе запрошенного количества повторенных "размер шага понижения" или "размер шага увеличения" (к примеру, количества запросов одного типа). На этапе 412 базовая станция 110x может использовать информацию из базы данных для определения значения S или S, например, таблицу соответствия, ассоциированную с целевой частотой стирания. Согласно другому вышеописанному примеру, механизм управления мощностью может использоваться для динамической корректировки порога стирания и принимаемого SNR, чтобы добиться требуемых рабочих характеристик для канала управления. В этом случае S и S вычисляются следующим образом: S=S·(1-Pr)/Pr. На этапе 414 сообщение управления мощностью, содержащее значения S и S, передается в мобильную станцию. После приема переданного сообщения на основе вышеуказанных факторов терминал регулирует мощность и предоставляет еще одно кодовое слово с использованием запрошенного уровня мощности.
Фиг. 5 иллюстрирует набор каналов данных и управления, используемых для иллюстративной схемы передачи данных. Терминал измеряет качество принимаемого сигнала прямой линии связи и передает кодовое слово CQI по CQI-каналу. Терминал постоянно выполняет измерения качества прямой линии связи и отправляет обновленные кодовые слова CQI по CQI-каналу. Таким образом, отбрасывание принимаемых кодовых слов CQI, считающихся стираемыми, не является нежелательным для рабочих характеристик системы. Тем не менее, принимаемые кодовые слова CQI, считающиеся нестираемыми, должны иметь высокое качество, поскольку передача по прямой линии связи должна планироваться на основе информации, содержащейся в этих нестираемых кодовых словах CQI.
Если терминал запланирован на передачу по прямой линии связи, то обслуживающая базовая станция обрабатывает пакеты данных для получения кодированных пакетов и передает кодированные пакеты по каналу данных прямой линии связи в терминал. Для схемы гибридного запроса на автоматическую повторную передачу (H-ARQ) каждый кодированный пакет разбивается на несколько субблоков, и один субблок передается единовременно для кодированного пакета. По мере приема каждого субблока для заданного кодированного пакета по каналу данных прямой линии связи терминал пытается декодировать и восстановить пакет на основе всех принятых к этому моменту субблоков для пакета. Терминал может восстановить пакет на основе частичной передачи, поскольку субблоки содержат избыточную информацию, которая используется для декодирования, когда качество принимаемого сигнала низкое, но может не потребоваться, когда качество принимаемого сигнала хорошее. Затем терминал передает подтверждение приема (ACK) по ACK-каналу, если пакет декодирован корректно, или отсутствие подтверждения приема (NAK) в противном случае. Передача по линии продолжается таким образом, пока все закодированные пакеты не будут переданы терминалу.
Описанные в данном документе методики могут быть выгодным образом использованы для CQI-канала. Обнаружение стирания может выполняться для каждого принимаемого кодового слова CQI так, как описано выше. Мощность передачи для CQI-канала может регулироваться с помощью механизма 300 управления мощностью, чтобы добиваться требуемых рабочих характеристик CQI-канала (к примеру, требуемой частоты стирания и требуемой условной частоты ошибок). Мощность передачи других каналов управления (к примеру, ACK-канала) и каналов данных обратной линии связи также может задаваться на основе мощности передачи для CQI-канала, в отношении которой выполняется управление мощностью.
Для простоты, методики обнаружения стирания и управления мощностью описаны конкретно для обратной линии связи. Эти методики также могут использоваться для обнаружения стирания и управления мощностью для передач, отправляемых по прямой линии связи.
Фиг. 6 иллюстрирует блок-схему варианта осуществления базовой станции 110x и терминала 120x. На обратной линии связи, в терминале 120x, процессор 610 данных передачи (TX) принимает и обрабатывает (к примеру, форматирует, кодирует, перемежает и модулирует) данные трафика обратной линии связи (RL) и предоставляет символы модуляции для данных трафика. Процессор 610 TX-данных также обрабатывает управляющие данные (к примеру, CQI) из контроллера 620 и предоставляет символы модуляции для управляющих данных. Модулятор (MOD) 612 обрабатывает символы модуляции для данных трафика, управляющих данных и символов пилот-сигнала и предоставляет последовательность комплекснозначных элементарных сигналов (чипов). Обработка в процессоре 610 TX-данных и модуляторе 612 зависит от системы. Например, модулятор 612 может выполнять OFDM-модуляцию, если система использует OFDM. Передающее устройство (TMTR) 614 преобразует (к примеру, преобразует в аналоговую форму, усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) последовательность элементарных сигналов и генерирует сигнал обратной линии связи, который направляется через антенный переключатель (D) 616 и передается через антенну 618.
В базовой станции 110x сигнал обратной линии связи из терминала 120x принимается антенной 652, направляется через антенный переключатель 654 и предоставляется приемному устройству (RCVR) 656. Приемное устройство 656 преобразует (например, фильтрует, усиливает и преобразует с понижением частоты и оцифровывает) принятый сигнал и дополнительно оцифровывает преобразованный сигнал для получения потока выборок данных. Демодулятор (DEMOD) 658 обрабатывает выборки данных для получения оценок символов. Затем процессор 660 данных приема (RX) обрабатывает (к примеру, обратно перемежает и декодирует) оценки символов для получения декодированных данных для терминала 120x. Процессор 660 RX-данных также выполняет обнаружение стирания и предоставляет контроллеру 670 состояние каждого принимаемого кодового слова, используемого для управления мощностью. В зависимости от значения принимаемого кодового слова в сравнении с порогом стирания, базовая станция 110x регулирует уровень мощности, как описано выше, чтобы соответствовать целевой частоте стирания. Обработка в демодуляторе 658 и процессоре 660 RX-данных комплементарна обработке, выполняемой модулятором 612 и процессором 610 TX-данных, соответственно.
Обработка передачи по прямой линии связи может выполняться аналогично обработке, описанной выше для обратной линии связи. Обработка передачи по обратной линии связи и прямой линии связи в типичном случае задается системой.
Для управления мощностью обратной линии связи модуль 674 оценки SNR оценивает принимаемое SNR для терминала 120x и предоставляет принимаемое SNR в TPC-генератор 676. TPC-генератор 676 также принимает целевое SNR и генерирует TPC-команды для терминала 120x. TPC-команды обрабатываются процессором 682 TX-данных, дополнительно обрабатываются модулятором 684, преобразуются передающим устройством 686, направляются через антенный переключатель 654 и передаются через антенну 652 в терминал 120x.
В терминале 120x сигнал прямой линии связи от базовой станции 110x принимается антенной 618, направляется через антенный переключатель 616, преобразовывается и оцифровывается приемным устройством 640, обрабатывается демодулятором 642 и дополнительно обрабатывается процессором 644 RX-данных для получения принимаемых TPC-команд. После того TPC-процессор 624 обнаруживает принимаемые TPC-команды для получения решений по TPC, которые используются для формирования управления регулированием мощности передачи. Как описано выше, регулирование мощности осуществляется базовой станцией 110x в зависимости от соотношения ранее переданного значения кодового слова и значения порога стирания, используемого базовой станцией l00x. Модулятор 612 принимает управление от TPC-процессора 624 и корректирует мощность передачи для передачи по обратной линии связи. Управление мощностью прямой линии связи может осуществляться аналогичным образом.
Контроллеры 620 и 670 управляют операциями различных модулей обработки в терминале 120x и базовой станции 110x соответственно. Контроллер 620 и 670 также может выполнять различные функции по обнаружению стирания и управлению мощностью для прямой и обратной линий связи. Например, каждый контроллер может реализовывать модуль оценки SNR, TPC-генератор и модуль корректировки целевого SNR для своей линии связи. Контроллер 670 и процессор 660 RX-данных также могут реализовывать процесс 300 на фиг. 3A и 3B. Запоминающие устройства 622 и 672 сохраняют данные и программные коды для контроллеров 620 и 670 соответственно.
Описанные в данном документе методики обнаружения стирания и управления мощностью могут быть реализованы различными средствами. Например, эти методики могут быть реализованы в аппаратных средствах, программном обеспечении или их сочетании. При реализации в аппаратных средствах модули обработки, используемые для осуществления обнаружения стирания и/или управления мощностью, могут быть реализованы в одной или более специализированных интегральных схемах (ASIC), процессорах цифровых сигналов (DSP), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых пользователем матричных БИС (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных устройствах, предназначенных для того, чтобы выполнять описанные в данном документе функции, или их сочетании.
При реализации в программном обеспечении описанные в данном документе методики могут быть реализованы с помощью неограниченных модулей (к примеру, процедур, функций и т.п.), которые выполняют описанные в данном документе функции. Программные коды могут быть сохранены в запоминающем устройстве (к примеру, в запоминающем устройстве 672 на фиг. 6) и исполнены процессором (к примеру, контроллером 670). Запоминающее устройство может быть реализовано в процессоре или внешне по отношению к процессору, причем во втором случае оно может быть подсоединено к процессору с помощью различных средств, известных в данной области техники.
Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления предоставлено для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники создавать или использовать настоящее изобретение. Различные модификации в этих вариантах осуществления должны быть очевидными для специалистов в данной области техники, а описанные в данном документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от объема изобретения. Таким образом, не подразумевая, что настоящее изобретение ограничено показанными в данном документе вариантами осуществления, напротив, ему соответствует максимально широкий объем, согласующийся с принципами и новыми признаками, раскрытыми в данном документе.