СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С УПРАВЛЕНИЕМ ПО ЗАМКНУТОМУ ЦИКЛУ
METHOD AND DEVICE FOR DATA TRANSMISSION WITH CLOSED LOOP CONTROL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в основном, к системам связи, в частности к способу и устройству для обеспечения взвешиваний мощности при передаче со многими входами и многими выходами (MIMO, МВМВ).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Способ передачи со многими входами и многими выходами (MIMO) является способом передачи, при котором используют несколько передающих антенн и несколько приемных антенн, что в перспективе должно существенно повысить пропускную способность линии связи систем радиосвязи. Разнообразные стратегии передачи требуют массива передачи для наличия некоторого уровня знания в отношении частотной характеристики канала между каждым элементом передающей антенны и каждым элементом приемной антенны, и часто определяются, как MIMO с управлением по замкнутому циклу. Получение полной информации в отношении широкополосного канала в передатчике возможно при использовании таких способов, как зондирование восходящей линии связи в системах Дуплексной передачи с Временным Разделением (TDD, ДВР) и обратная связь канала в системах TDD или Дуплексной передачи с Частотным Разделением (FDD, ДЧР). Способы ограниченной обратной связи, наподобие возвращения обратно (информации относительно) индикатора выбора антенны, или выбора весов для формирования диаграммы направленности на основе шифровальной книги, могут уменьшить количество обратной связи, в отличие от полной обратной связи канала. Указанные способы ограниченной обратной связи могут быть усовершенствованы, если осуществлять возвращение обратно информацию относительно значений взвешивания мощности совместно с весами шифровальной книги. Однако передача взвешиваний мощности в передатчик может потребовать существенных ресурсов канала. Соответственно, требуется способ эффективной обратной связи для обеспечения взвешиваний мощности в передатчик.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - блочная диаграмма системы связи.
Фиг.2 - блочная диаграмма передающей антенной решетки с управлением по замкнутому циклу, передающей один поток данных в принимающее устройство, снабженное одной или большим количеством приемных антенн.
Фиг.3 - блочная диаграмма передающей антенной решетки с управлением по замкнутому циклу, передающей несколько потоков данных в принимающее устройство, снабженное одной или большим количеством приемных антенн.
Фиг.4 - блочная диаграмма широкополосной системы передачи, ориентированной на частотную область, применяющей передающую антенную решетку с управлением по замкнутому циклу.
Фиг.5 - блочная диаграмма передатчика, использующего выбор шифровальной книги и взвешивания мощности.
Фиг.6 - блочная диаграмма передатчика, использующего выбор антенны и взвешивания мощности.
Фиг.7 - блок-схема процесса обратной связи в целом.
Фиг.8 - временная диаграмма процесса обратной связи для режима FDD.
Фиг.9 - временная диаграмма процесса обратной связи для режима TDD.
Фиг.10 - блочная диаграмма блока выбора веса и шифровальной книги мобильного устройства.
Фиг.11 - блочная диаграмма блока формирования диаграммы направленности для нисходящей линии связи базовой станции.
Фиг.12 - блок-схема предпочтительных сигнализации и способа обратной связи.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способы передачи со многими входами и многими выходами с управлением по замкнутому циклу в перспективе должны существенно улучшить функционирование связи MIMO, если в передатчике известна полная информация канала. Получение полной информации широкополосного канала в передатчике является возможным при использовании таких способов, как зондирование восходящей линии связи в системах Дуплексной передачи с Временным Разделением (TDD) и обратная связь относительно канала в системах TDD или Дуплексной передачи с Частотным Разделением (FDD, ДЧР). Способы ограниченной обратной связи, наподобие обеспечения сообщения обратной связи для выбора антенны или выбора весов для формирования диаграммы направленности на основе шифровальной книги, могут уменьшать количество обратной связи, в отличие от полной обратной связи относительно канала. Однако эти способы ограниченной обратной связи могут быть улучшены для реализуемых приемников (например, (способ) линейной MMSE, последовательного подавления помех или максимального правдоподобия) посредством обеспечения взвешивания мощности для каждого потока сигналов, сформированного в соответствии с диаграммой направленности, совместно с выбором антенны или веса шифровальной книги для каждого потока.
Изобретением являются способ и устройство для эффективного обеспечения взвешиваний мощности для каждого потока данных при передаче MIMO. Обратная связь предназначена для улучшения функционирования приемника при использовании выбора шифровальной книги по некоторой ширине полосы частот или совокупности поднесущих. Определяют весовой вектор шифровальной книги (например, Грассманианские веса или веса/вектор выбора антенны) по группе поднесущих частотной области для каждого потока данных MIMO совместно с взвешиванием мощности для каждого потока. Следует отметить, что выбор антенны может быть описан с использованием шифровальной книги, содержащей векторы весов передачи, которые соответствуют столбцам единичной матрицы. Тогда возвращают обратно веса шифровальной книги и взвешивания мощности для каждого потока для группы поднесущих. Изобретение обеспечивает эффективный способ для квантования взвешиваний мощности и возвращения их обратно в передатчик совместно с весами шифровальной книги.
Другой аспект изобретения относится к эффективному механизму для передачи передатчиком, какое количество потоков данных, для которых приемнику требуется возвращать обратно информацию. Верхней границей количества потоков данных, которое может поддерживаться в системе MIMO, является меньшее количество из количества антенн приемника и количества передающих антенн. Но фактическое количество потоков также зависит от условий канала (например, пространственных условий и SNR приема). Лучше, когда решение принимают в приемнике, но полный ресурс обратной связи, требуемый для передачи весов шифровальной книги и взвешивания мощности для всех потоков, должен быть выделен вначале. Хотя всегда может быть выделен максимальный ресурс обратной связи, это может быть расточительным. В виде варианта, приемник возвращает обратно количество потоков данных вначале, в качестве запроса на ресурс обратной связи, но это может приводить к дополнительному времени ожидания. Эффективным механизмом в изобретении является неявная передача в запросе на обратную связь и сообщении относительно выделения ресурса обратной связи количества потоков данных, для которых требуется обратная связь.
Для простоты, изобретение представлено с точки зрения обеспечения базовой станции (BS, БС) информацией, требуемой для установки весов передачи в системе антенной решетки с управлением по замкнутому циклу (например, несколько пространственно разделенных передающих антенн), при передаче в абонентский терминал (SS, АТ). Должно быть ясно, что изобретение также применяют к сценариям, где роли BS и SS полностью обратны описанным здесь ролям. Например, изобретение может быть применено к сценарию, где SS должен быть обеспечен необходимой информацией для обеспечения возможности передачи с управлением по замкнутому циклу из SS в BS. Следовательно, хотя описание, в основном, будет сфокусировано на случае, где BS осуществляет передачу в SS, термин "исходный блок связи" должен относиться к блоку связи (например, BS, SS или другому приемопередатчику) который может выполнять передачу с управлением по замкнутому циклу в "блок связи назначения".
Также, некоторые термины используются в описании взаимозаменяемо, все термины: частотная характеристика канала, частотноизбирательный профиль канала, пространственно-частотная характеристика канала, относятся к информации частотной характеристики канала, требуемой базовой станции для использования способов передачи с управлением по замкнутому циклу. Термины форма волны и сигнал также используются взаимозаменяемо. Устройство абонента или абонентский терминал (SS) иногда упоминаются, как Мобильная Станция (MS) или просто мобильное устройство, и изобретение равно применимо к случаям, где устройство абонента является стационарным или мобильным (то есть не стационарным). Принимающим устройством может быть либо Базовая Станция (BS), Абонентский Терминал (SS), либо любая их комбинация. Также, передающим устройством может быть либо BS, SS, MS, либо любая их комбинация. Дополнительно, если система снабжена повторителями, ретрансляторами или другими подобными устройствами, то принимающим устройством или передающим устройством может быть повторитель, ретранслятор или другое подобное устройство. Повторитель или ретранслятор могут рассматриваться эквивалентными SS, если BS выполняет передачу с управлением по замкнутому циклу в повторитель/ретранслятор. Повторитель или ретранслятор могут рассматриваться эквивалентными BS, если ретранслятор выполняет передачу с управлением по замкнутому циклу в SS. Термин быстрое преобразование Фурье (FFT, БПФ) и обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT, ОБПФ) относятся к дискретному преобразованию Фурье (или подобному преобразованию) и обратному дискретному преобразованию Фурье (или подобному преобразованию) соответственно.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Теперь, обращаясь к чертежам, в которых подобными ссылочными позициями определены подобные компоненты, фиг.1 - блочная диаграмма системы 100 связи, в которой может функционировать настоящее изобретение. Система 100 связи содержит одну или большее количество ячеек 105 (изображена только одна), каждая содержит базовую станцию (BS или базовую станцию) 104, осуществляющую связь с несколькими абонентскими терминалами (SS) 101-103. Если передача должна быть выполнена по нисходящей линии связи в SS 101, то BS 104 может быть определена, как исходный блок связи, и SS 101 может быть определена, как блок связи назначения. Если передача должна быть выполнена по восходящей линии связи из SS 101 в BS 104, то SS 101 может быть определена, как исходный блок связи, и BS 104 может быть определена, как блок связи назначения. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в системе 100 связи используют архитектуру, основанную на нескольких несущих, или с Мультиплексированием с Ортогональным Частотным Разделением сигналов (OFDM, МОЧР), включающую Адаптивную Модуляцию и Кодирование (AMC, АМК). Архитектура может также включать использование способов расширения, таких как CDMA с Несколькими Несущими (MC-CDMA, МДКР-НН), CDMA с Несколькими Несущими с Последовательностью для Непосредственной коммутации несущей (MC-DS-CDMA, МДКР-НН-ПН), Мультиплексирование с Ортогональным Частотным и Кодовым Разделением сигналов (OFCDM, МОЧКР) с одномерным или двумерным расширением, или может быть основана на более простых способах множественного доступа/мультиплексирования с временным и/или частотным разделением сигналов или на комбинации различных указанных способов. Однако в системе 100 связи альтернативного варианта осуществления могут использовать другие протоколы сотовой системы связи, например, такие как TDMA, CDMA с Последовательностью для Непосредственной коммутации несущей, системы с одной несущей с циклическим префиксом, системы множественного доступа с перемежающимся частотным разделением.
Фиг.2 - блочная диаграмма передающей антенной решетки с управлением по замкнутому циклу, как части исходного блока, передающей один поток данных в принимающее устройство, как часть блока связи назначения, снабженное одной или большим количеством приемных антенн. Входной поток 204 умножают на веса 205 передачи с использованием умножителей 203 до подачи на несколько передающих антенн 201. Сигналы, переданные из нескольких передающих антенн 201, распространяются по матричному каналу 208 и принимаются несколькими приемными антеннами 202. Сигналы, принятые на несколько приемных антенн 102, умножают на веса 206 приема с использованием умножителей 203 и суммируют посредством устройства 209 суммирования для создания выходного потока 207 символов. Индекс "k" на фиг.2 на сигналах и на весах передачи и приема обозначает индекс времени или индекс поднесущей частоты (например, как в случае OFDM), или их комбинацию.
Фиг.3 - блочная диаграмма передающей антенной решетки с управлением по замкнутому циклу, как части исходного блока, передающей несколько потоков данных в принимающее устройство, как часть блока связи назначения, имеющее одну или большее количество приемных антенн (например, система MIMO). Несколько входных потоков 304 умножают на веса 305 передачи с использованием умножителей 303 до подачи на несколько передающих антенн 301. Сигналы, переданные из нескольких передающих антенн 301, распространяются по матричному каналу 308 и принимаются несколькими приемными антеннами 302. Сигналы, принятые на несколько приемных антенн 302, могут быть умножены на веса 306 приема с использованием умножителей 303 и суммированы устройствами 309 суммирования для создания нескольких выходных потоков 307 символов. Возможны другие варианты осуществления создания выходных потоков 307 символов, такие как обнаружение максимального правдоподобия или последовательного подавления, в которых могут использоваться или не использоваться веса 306 приема и умножители 303.
Фиг.4 - блочная диаграмма системы передачи, ориентированной на частотную область, такой как с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM) или с одной несущей с циклическим префиксом (CP-SC), в которой способы передачи фиг.2 и фиг.3 выполняются в частотной области до осуществления передачи. В системе CP - с одной несущей (CP-SC) один или большее количество потоков 401 данных сначала приводят в частотную область с использованием одного или большего количества FFT 402, и потоки данных частотной области взвешивают с использованием устройства 403 взвешивания частотной области. При OFDM один или большее количество потоков 401 данных передают непосредственно в устройство 403 взвешивания частотной области без использования FFT 402. Устройство 403 взвешивания частотной области реализует функцию взвешивания, изображенную в части передачи фиг.2 и фиг.3, на каждой поднесущей или элементе разрешения по частоте в частотной области. Соответственно, сигнал передачи может быть приведен в соответствие либо пространственно либо по частоте, либо в обоих этих отношениях системе указанного вида. Затем выходные данные устройства 403 взвешивания частотной области приводят обратно во временную область с использованием преобразований IFFT 404. Известным образом добавляют циклические префиксы 405. Затем перед передачей переданных сигналов в передающие антенны 407 выполняют фильтрацию 406 передачи.
В математических терминах одним аспектом изобретения являются способ и устройство для эффективного обеспечения в BS одного или большего количества векторов весов передачи, которые используют для умножения одного или большего количества потоков данных, как изображено в блочных диаграммах фиг.2, фиг.3 и фиг.4. Веса передачи могут быть вычислены следующим образом. При передаче MIMO с ограниченной обратной связью поддерживают (или вычисляют) шифровальную книгу и в BS (передающем устройстве) и в SS (принимающем устройстве), и указанная шифровальная книга содержит все возможные вектора весов передачи, которые должны использоваться передающей антенной решеткой в BS. SS определяет, какой вектор весов передачи является наилучшим вектором весов в шифровальной книге для использования для передач данных. SS выполняет указанное определение на основе передач BS, таких как пилот-сигнал, принимаемый на нисходящей линии связи. SS также вычисляет взвешивание мощности, которое должно быть применено на каждом потоке данных для оптимизации функционирования реализованного приемника определенного вида. Соответственно, весами передачи являются веса шифровальной книги, отсчитывающие квадратный корень взвешивания мощности для определенного веса передачи.
Фиг.5 - блочная диаграмма исходного блока, использующего выбор шифровальной книги и взвешивания мощности. Один или большее количество потоков 501 данных отдельно кодируют (502) и модулируют (503) для формирования потоков символов для передачи с использованием ресурсов частотной или временной области. Затем в блоке 504 каждый поток взвешивают по мощности в соответствии с скалярным взвешиванием, полученным в блоке 505 из сообщения обратной связи. Затем в блоке 506 каждый поток взвешивают с использованием вектора формирования диаграммы направленности. Вектор формирования диаграммы направленности для каждого потока получают в блоке 507 посредством выбора из шифровальной книги в соответствии с сообщением обратной связи, которое передает индекс выбранного вектора весов передачи. Затем формируют передаваемый сигнал из всех потоков после взвешивания мощности и формирования диаграммы направленности.
Фиг.6 - блочная диаграмма исходного блока, использующего выбор антенны и взвешивания мощности. Следует отметить, что этот случай математически эквивалентен использованию стратегии выбора шифровальной книги фиг.5 с шифровальной книгой, столбцы которой соответствуют столбцам единичной матрицы. Один или большее количество потоков 601 данных отдельно кодируют (602) и модулируют (603) для формирования потоков символов для передачи с использованием ресурсов частотной или временной области. Затем в 604 каждый поток взвешивают по мощности в соответствии с скалярным взвешиванием, полученным в блоке 605 из сообщения обратной связи. Затем каждый поток подают на антенну через коммутационный блок 606 выбора антенны. Выбор антенны для каждого потока осуществляют в соответствии с сообщением обратной связи, которое передает индекс выбранной антенны для этого потока. Коммутационный блок 606 выбора антенны выбирает из общего количества передающих антенн подмножество для передачи потоков данных.
Фиг.7 - представление в виде блок-схемы способа обратной связи в целом, используемого в соответствии с изобретением. Сначала, BS передает 705 данные пилот-сигнала (то есть символы, известные и в BS и в MS) из каждой из своих передающих антенн на нисходящей линии связи. Затем MS принимает данные пилот-сигнала нисходящей линии связи и измеряет 710 оценки канала нисходящей линии связи из каждой из антенн BS в каждую из своих приемных антенн (хотя пилот-сигналы, предпочтительно, передаются BS и используются MS для упомянутой оценки канала, при отсутствии пилот-сигналов или в виде дополнения к оценке канала на основе пилот-сигнала иногда могут использоваться альтернативные способы оценки канала, такие как способы оценки канала вслепую или способы оценки канала, направленные на решение). Затем MS использует оценки канала нисходящей линии связи для определения 715 веса из шифровальной книги, который должна использовать BS, и взвешивания мощности для каждого потока данных. Согласно одному аспекту изобретения, выбор весов шифровальной книги и взвешиваний мощности также включает процедуру для определения количества потоков, которые должна передавать BS. Затем MS кодирует варианты выбора шифровальной книги и взвешиваний мощности в сообщении обратной связи и передает 720 (сообщение) обратной связи в BS. В заключении BS принимает (сообщение) обратной связи и использует 725 информацию в сообщении обратной связи для формирования диаграммы направленности для передачи данных нисходящей линии связи.
На фиг.8 приведена возможная временная диаграмма способа обратной связи для режима Дуплексной передачи с Частотным Разделением (FDD). Для указанного возможного варианта FDD нисходящая линия связи имеет несущую частоту 1 805, и восходящая линия связи имеет несущую частоту 2 810. BS передает символы пилот-сигнала из каждой из своих передающих антенн 820 в кадре 815 нисходящей линии связи. Например, в системе OFDM символы пилот-сигнала из различных передающих антенн могут быть сделаны ортогональными (для упрощения оценки канала в MS) посредством мультиплексирования по времени, мультиплексирования по частоте, мультиплексирования по коду или некоторой их комбинации. Возможным вариантом мультиплексирования по частоте для случая 4 передающих антенн является передача символов пилот-сигнала в течение определенного периода символа OFDM из антенны 1 на каждой 4-ой поднесущей, начиная с первой поднесущей (поднесущие 1, 5 …), из антенны 2 на каждой 4-ой поднесущей, начиная со второй поднесущей (поднесущие 2, 6 …), из антенны 3 на каждой 4-ой поднесущей, начиная с третьей поднесущей (3, 7 …) и из антенны 4 на каждой 4-ой поднесущей, начиная с четвертой поднесущей (4, 8 …). Затем MS принимает символы пилот-сигнала и определяет вес шифровальной книги и взвешивание мощности для каждого потока данных. MS возвращает обратно веса шифровальной книги и взвешивания мощности в сообщении 835 обратной связи в кадре 840 восходящей линии связи. Базовая станция принимает эту информацию обратной связи и использует указанную информацию для выполнения формирования 830 диаграммы направленности с управлением по замкнутому циклу для будущего кадра 825 нисходящей линии связи. Следует отметить, что из-за того, что передачи восходящей линии связи и нисходящей линии связи происходят одновременно (в отличие от режима TDD), полная задержка от измерения 820 каналов до выполнения 830 формирования диаграммы направленности нисходящей линии связи может быть малой.
На фиг.9 приведена возможная временная диаграмма способа обратной связи для режима Дуплексной передачи с Временным Разделением (TDD). Основное отличие режимов TDD и FDD состоит в том, что при TDD (сигналы) восходящей линии связи и нисходящей линии связи не могут передаваться одновременно и, следовательно, восходящая линия связи и нисходящие линии связи должны быть разделены во времени. Поскольку восходящие линии связи и нисходящие линии связи должны быть разделены во времени, при режиме TDD имеется тенденция к более длительной задержке обратной связи, чем при режиме FDD. Однако операция обратной связи в целом подобна в обоих режимах. BS передает символы пилот-сигнала из каждой из своих передающих антенн 910 в кадре 905 нисходящей линии связи. Затем MS принимает эти данные и определяет вес шифровальной книги и взвешивание мощности для каждого потока данных. MS возвращает обратно веса шифровальной книги и взвешивания мощности в сообщении 920 обратной связи в следующем кадре 915 восходящей линии связи. Базовая (станция) принимает эту информацию обратной связи и использует указанную информацию для выполнения формирования 930 диаграммы направленности с управлением по замкнутому циклу для будущего кадра 925 нисходящей линии связи.
Фиг.10 - блочная диаграмма блока 1000 выбора шифровальной книги и веса MS. Блок 1010 оценки канала нисходящей линии связи обеспечивают принятыми данными 1005, соответствующими переданным данным пилот-сигнала из BS, совместно с символами пилот-сигнала для каждой передающей антенны BS из блока 1040 памяти для хранения информации символов пилот-сигнала. Блок 1010 оценки канала нисходящей линии связи использует обеспеченную информацию для определения оценок канала, которые он обеспечивает в блок 1015 вычисления взвешивания мощности и выбора веса шифровальной книги. Блок 1015 вычисления взвешивания мощности и выбора веса шифровальной книги также обеспечивают оценкой Отношения Сигнал/Шум (SNR, ОСШ) 1020, а также вариантами выбора веса шифровальной книги из блока 1035 памяти для хранения весов шифровальной книги. Блок 1015 вычисления взвешивания мощности и выбора веса шифровальной книги использует обеспеченную информацию для определения, какой вес шифровальной книги использовать на каждом потоке, совместно с соответствующими им взвешиваниями мощности. Блок 1015 вычисления взвешивания мощности и выбора веса шифровальной книги также может определять количество потоков данных совместно с выбором веса шифровальной книги и вычислением взвешивания мощности. Затем блок 1015 вычисления взвешивания мощности и выбора веса шифровальной книги обеспечивает веса шифровальной книги и взвешивания мощности в блок 1025 обратной связи, который кодирует эту информацию для передачи в базовую станцию. Блок 1025 обратной связи обеспечивает кодированную информацию обратной связи в передающий блок 1030 MS, который передает информацию в BS.
Фиг.11 - блочная диаграмма блока 1100 формирования диаграммы направленности нисходящей линии связи BS. Блок 1110 приема обратной связи обеспечивают принятыми данными 1105 антенны, соответствующими части обратной связи восходящей линии связи. Блок 1110 приема обратной связи использует обеспеченные принятые данные обратной связи для определения выбора веса шифровальной книги и взвешиваний мощности, переданных MS в сообщении обратной связи MS. Затем блок 1110 приема обратной связи обеспечивает выбор веса шифровальной книги и взвешивания мощности в блок 1115 формирования диаграммы направленности нисходящей линии связи, который использует эту информацию для создания данных нисходящей линии связи с сформированной диаграммой направленности для MS. Данные нисходящей линии связи с сформированной диаграммой направленности передают в блок 1120 передачи BS для передачи в кадре данных нисходящей линии связи.
Предпочтительные сигнализация и способ обратной связи описаны блок-схемой фиг.12. Вначале базовая станция передает 1205 запрос на обратную связь и выделение ресурса обратной связи в мобильное устройство 1205. Затем MS из сообщения BS определяет 1210 количество потоков, для которых требуется обратная связь. Количество потоков данных неявно определяют на основе количества ресурсов обратной связи, назначенных передатчиком (BS). Затем мобильное устройство из пилот-сигнала, переданного из BS, определяет 1215 веса шифровальной книги и взвешивания потоков (хотя, предпочтительно, пилот-сигналы передаются BS и используются MS для упомянутой оценки канала, при отсутствии пилот-сигналов или в виде дополнения к оценке канала на основе пилот-сигналов, иногда могут использоваться альтернативные способы оценки канала, такие как способы оценки канала вслепую или способы оценки канала, направленные на решение). В процессе выбора шифровальной книги может использоваться способ, в котором используют комбинацию критериев максимальной мощности приема и максимальной пропускной способности (описан далее). Затем MS квантует взвешивания мощности и передает их и веса шифровальной книги в базовую станцию 1220. В способе квантования может использоваться подход, при котором последовательно квантуют мощность потоков данных в диапазоне, который зависит от мощности предварительно квантованной мощности потока (описан далее). В заключении базовая станция использует 1225 веса шифровальной книги и восстановленные взвешивания потока для передачи данных с сформированной диаграммой направленности.
Для способа обратной связи, описанного в предыдущих параграфах, ширина полосы частот канала может быть разделена с различной глубиной детализации и обратная связь и взвешивание передачи могут быть выполнены соответственным образом. Например, в MS может возвращаться обратно и использоваться для ширины полосы частот в целом, выделенной определенной передаче MIMO, одна совокупность весов шифровальной книги и весов мощности (например, все поднесущие OFDM, которые должны использоваться для передачи). В виде варианта, может использоваться подход, избирательный по частоте, где возвращают обратно более одной совокупности, с каждой совокупностью, соответствующей различной совокупности поднесущих. Этот последний подход увеличивает дополнительную служебную сигнализацию обратной связи, но может обеспечивать улучшенное функционирование в некоторых условиях канала, избирательных по частоте. В другом возможном варианте одна совокупность весов шифровальной книги и весов мощности может быть определена на основе оценок канала по ширине полосы частот, которая превышает ширину полосы частот, которая должна использоваться для последующей передачи MIMO (например, на основе ширины полосы частот канала в целом, даже при том, что последующая передача MIMO в MS займет только малое подмножество поднесущих в целом). Этот последний подход обеспечивает большее усреднение и может быть выгодным, когда ожидается, что канал существенно изменится со времени, когда переданы пилот-сигналы и до осуществления передачи MIMO.
b
m
m
Теперь будет приведено подробное описание предложенного способа обратной связи. Пусть в базовой станции будет M передающих антенн, и в мобильном устройстве будет М приемных антенн: предположим, что существует нисходящая линия связи с K используемыми поднесущими, в мобильном устройстве принимают M×1 сигналов на поднесущей k (0 ≤ k ≤ K-1), и время b символа задано, как (следует отметить, что этот сигнал нисходящей линии связи, используемый мобильным устройством для измерения частотной характеристики канала для каждой антенны базовой станции):
Y(k,b) = H(k,b)x(k,b) + N(k,b),
(1)
m
b
b
n
Mm
n
b
2
где H(k,b) является матрицей M×M канала частотной области на поднесущей k и во время символа b, x(k,b) является обучающим вектором M×1, и N(k,b) является аддитивным шумом с матрицей ковариации σ I (где I является единичной матрицей n×n). Индекс времени b указывает время, где измеряют канал нисходящей линии связи для использования при определении весов мощности и весов шифровальной книги для возвращения обратно (если для зондирования всех M передающих антенн требуется несколько символов OFDM, то может использоваться несколько индексов времени).
Выбор индекса шифровальной книги
с
b
c
c
b
Mb
m
c
Предполагается, что существует N весов шифровальной книги, заданных в матрице V, размером M×N. Определенными возможными вариантами V являются известные Грассманианские веса или веса выбора антенны (то есть N = M и V = I). Комбинированный канал частотной области M×N для всех весов шифровальной книги (то есть все веса шифровальной книги, отсчитанные по матрице канала RF), задан как:
G(k,b) = H(k,b)V,
(2)
где мобильное устройство использует свою оценку H(k,b), измеренную на нисходящей линии связи.
s
s
s
s
s
1
Ns
s
Теперь мобильному устройству требуется только определить, какое из N (где N является количеством потоков MIMO) столбцов V использовать в качестве весов шифровальной книги для каждого потока. Для определения весов могут использоваться различные критерии, такие как выбор N столбцов (матрицы) G(k, b) (усредненной по частоте), которые имеют наибольшую мощность, или выбор N столбцов G(k,b), которые максимизируют среднюю пропускную способность. Для способа выбора максимальной мощности N столбцов (помеченных с ν по ν) выбирают, как ν, соответствующие N наибольшим значениям из:
где Ω является совокупностью поднесущих для одной совокупности весов шифровальной книги, и g(k,b) является ν-ым столбцом G(k,b). Как описано ранее, в различных сценариях можно использовать различную степень детализации частоты, и это отражено в выборе Ω.
s
1
Ns
s
Способ максимальной пропускной способности задан как выбор N столбцов (помеченных с ν по ν), выбранных как ν соответствующих N наибольшим значениям из:
1
Ns
s
с
где выполняют поиск по всем  возможным комбинациям с ν по ν, где  является обычным обозначением, используемым для обозначения количества комбинаций при взятии с N по N элементов одновременно.
2
Ns
s
s
Одним аспектом изобретения является средство комбинирования способа выбора шифровальной книги максимальной мощности с максимальной пропускной способностью. Способ предназначен для уменьшения количества комбинаций, в которых должно выполняться вычисление пропускной способности (4). Например, один вес шифровальной книги может быть выбран из веса, который обеспечивает наибольшее значение в (3). Затем оставшиеся веса выбирают из (4) посредством поиска по всем  оставшимся комбинациям с ν по ν. В общем, до N-1 весов может быть выбрано, как до N-1 весов шифровальной книги с наибольшими значениями в (3). Соответственно, поиск по пропускной способности в (4) может быть сделан довольно тривиальным.
ВЫЧИСЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ПОТОКА
Уровни мощности на каждом потоке могут вычисляться в приемнике так, чтобы обеспечивать наилучшее ожидаемое функционирование, заданное для реализованного вида приемника.
Эффективная сигнализация обратной связи
Далее описан механизм сигнализации обратной связи, при предположении, что информация о мощности должна быть возвращена обратно в BS. Однако алгоритм может быть легко расширен на возвращение обратно информации о других величинах, таких как напряжение (которое составляет квадратный корень из мощности).
Эффективное квантование взвешиваний мощности и весов шифровальной книги
Для сигнализации относительно весов шифровальной книги может использоваться любая стратегия квантования, но для простоты будет предположено, что вес шифровальной книги для каждого потока данных квантуют в B битов.
Для квантования взвешиваний мощности для всех потоков, простым подходом является квантование каждого потока с использованием одинакового количества битов. Однако после осознания того факта, что диапазон каждого потока может быть уточнен до меньшей области, здесь описан более эффективный способ квантования. Способ последовательно осуществляет квантование взвешиваний мощности потоков данных в численном диапазоне, который зависит от взвешивания мощности предыдущих квантованных мощностей потока. Также здесь следует отметить, что потоки индексируют в порядке уменьшения взвешивания мощности и все взвешивания мощности в сумме дают единицу. Следовательно, количество битов, назначенных для квантования каждого потока может быть меньшим, что обусловлено уменьшением диапазона.
Схема квантования задана следующим образом:
s
1. Определить вес шифровальной книги и взвешивание мощности для каждого из N потоков данных.
2. Квантовать веса шифровальной книги для каждого потока в B битов.
1
s
ul
ul
ul
1
1
1
B1
3. Квантовать взвешивание мощности первого потока данных в один из L уровней между 1/N и P (P является предварительно определенным верхним пределом по мощности, например, P=1). Например, для сигнализации L уровней может использоваться B битов (то есть L = 2).
1
Пусть P обозначает квантованный уровень мощности для потока один.
s
m
m-1
m
m
m
m
m-1
m
Bm
4. Для m-ого потока, где m = с 2 по N-1, квантовать взвешивание мощности m-ого потока данных в один из L уровней между  и наименьшим значением между квантованным (уровнем) P и . Например, для сигнализации L уровней (то есть L = 2) может использоваться B битов, и B ≤ B. Пусть P обозначает квантованную мощность для потока m для каждого из m потоков данных.
s
s
s
Соответственно, общее количество обратной связи (в количестве битов), требуемое для веса мощности составляет . Следует отметить, что способ квантования осуществляет квантование мощности для потоков с первого по N-1, и мощность для последнего потока (N-ого) определяют из мощности других потоков. Однако мощность может быть квантована для любой произвольной группы из N-1 потоков данных, и оставшийся поток может быть определен из мощности других потоков. Также следует отметить, что в алгоритме предполагают, что сумма всех мощностей потока составляет единицу. Однако, алгоритм легко расширяется на случай, где сумма всех полномочий потока составляет произвольное значение.
Неявная сигнализация количества потоков
s
s
s
s
s
s
s
s
Следует отметить, что для квантования веса мощности количество потоков, N, уже определено. В идеале, MS должна определить N и передать эту информацию в BS совместно с взвешиваниями мощности и весами шифровальной книги, так как оптимальное количество потоков зависит от условий канала, исследованного в MS (например, пространственных условий и SNR приема). Однако BS часто выделяет ресурс обратной связи. Хотя всегда может быть выделен максимальный ресурс обратной связи, это может быть расточительным. С другой стороны, приемник может возвращать обратно количество потоков данных вначале, как запрос на ресурс обратной связи, но это может привносить дополнительное время ожидания. Следовательно, может быть предпочтительным, чтобы BS определяла N и затем передавала N в MS. Другим аспектом изобретения является неявное определение MS количества N из ресурсов обратной связи, назначенных BS. Простым возможным вариантом этого является осуществление BS запроса в MS на передачу обратной связи на N (или N+1) блоках ресурса обратной связи. Соответственно, количество блоков ресурса обратной связи, назначенных BS, указывает N. Хотя теперь MS может терять гибкость управления количеством потоков, система в целом может иметь выгоду от такого эффективного механизма, который обеспечивает возможность BS неявно сигнализировать в MS о количестве потоков, для которых должны возвращаться обратно взвешивания мощности и веса шифровальной книги. Например, первоначально количество потоков, заданное по умолчанию, может быть установлено в 1 для всех MS и затем выделение обратной связи увеличивают для обеспечения возможности большего количества потоков, если BS находит это необходимым и выгодным. Следует отметить, что поток сигнализации так или иначе является оптимальным для многих случаев, таких как, например, случай, когда MS оборудована только одной антенной, когда SNR приема слишком низкое для поддержания одного потока, когда не может быть обеспечена оптимальность нескольких потоков по причине того, что веса формирования диаграммы направленности быстро устаревают из-за быстрого изменения канала, или когда BS принимает решение скорее создавать один поток SDMA для нескольких пользователей, чем несколько потоков для одного пользователя.
Согласно блок-схеме фиг.12, описан предпочтительный способ обратной связи и сигнализации. Вначале базовая станция передает 1205 запрос на обратную связь и выделение ресурса обратной связи в мобильное устройство. Затем MS определяет 1210 количество потоков, для которых требуется обратная связь, из сообщения BS. Количество потоков данных неявно определяют на основе количества ресурсов обратной связи, назначенных передатчиком. Затем мобильное устройство определяет 1215 веса шифровальной книги и взвешивания потока из пилот-сигнала, переданного из базовой станции (хотя, предпочтительно, пилот-сигналы передаются BS и используются MS для указанной оценки канала, при отсутствии пилот-сигналов или в виде дополнения к оценке канала на основе пилот-сигналов иногда могут использоваться альтернативные способы оценки канала, такие как способы оценки канала вслепую или способы оценки канала, направленные на решение). В процессе выбора шифровальной книги может использоваться способ, в котором используют комбинацию критериев максимальной мощности приема и максимальной пропускной способности (описаны ранее). Затем MS квантует 1220 взвешивания мощности и передает их и веса шифровальной книги в базовую станцию. В способе квантования может использоваться подход, при котором последовательно квантуют мощность потоков данных в диапазоне, который зависит от мощности предварительно квантованной мощности потока (описан ранее). В заключение, базовая станция использует 1225 веса шифровальной книги и восстановленные взвешивания потока для передачи данных с сформированной диаграммой направленности.
s
Теперь в иллюстративных целях будет приведен определенный возможный вариант квантования мощности и неявной сигнализации N. Далее предполагается, что блок ресурса обратной связи составляет 6 битов, и блок ресурса в стандарте 802/16 IEEE определен, как быстрый канал обратной.
1. BS запрашивает MS на передачу на четырех шестибитовых каналах обратной связи (для общего количества в 24 битов обратной связи).
s
2. Мобильное устройство получает информацию относительно того, что N=4, что обусловлено количеством обратной связи, запрошенным BS (то есть, что существует один поток для каждого требуемого канала обратной связи).
3. MS определяет, с какими четырьмя весами шифровальной книги должна осуществлять передачу BS.
s
4. MS квантует веса шифровальной книги на каждом потоке в B=4 бита (соответственно N·B=16 битов из общего количества 24 используют для передачи веса шифровальной книги).
1
2
3
5. MS квантует квадратный корень из взвешивания мощности для каждого потока данных по вышеупомянутому алгоритму (где диапазон каждого потока составляет квадратный корень из того, что показано выше, чтобы соответствовать квантованию напряжения вместо мощности), используя B=4 битам, B=2 битам и B=2 битам.
6. MS передает 24 бита обратной связи в базовую станцию.
7. BS осуществляет передачу с использованием четырех весов шифровальной книги и соответствующих им уровням мощности, определенным в каналах обратной связи.
Способ обратной связи изобретения может быть расширен для включения следующих возможностей:
1. Совместного вычисления оптимальной шифровальной книги и взвешиваний мощности вместо их отдельного вычисления, как описано выше.
2. Вычисления весов мощности и определения шифровальной книги с использованием большего количества поднесущих, чем в наборе Ω, для улучшения функционирования в мобильном устройстве. В основном, эта идея обеспечивает большее усреднение для определения решения и, соответственно, лучше согласуется с долгосрочной статистикой канала.
s
Вкратце, изобретение может быть подытожено следующим образом: изобретение содержит способ для передачи нескольких потоков потоков данных между передающим устройством с несколькими передающими антеннами и принимающим устройством. Способ включает кодирование взвешиваний мощности для эффективной обратной связи в передатчик. Способ также включает эффективный способ определения N весов шифровальной книги, который максимизируют теоретическую пропускную способность. Дополнительно, способ включает способ неявной сигнализации количества потоков данных, для которых передатчик предпочитает, чтобы приемник возвращал обратно данные.
Для специалистов в данной области техники очевидно, что не удаляясь от сути и не выходя из контекста изобретения может быть осуществлено широкое разнообразие модификаций, изменений и комбинаций в отношении описанных выше вариантов осуществления изобретения, и что такие модификации, изменения и комбинации должны рассматриваться, как находящиеся внутри диапазона новой концепции. Предполагается, что такие модификации, изменения и комбинации входят в объем изобретения, определенный последующей формулой изобретения.