ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА, ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПРИЕМА СИГНАЛА
TRANSMISSION DEVICE, SIGNAL TRANSMISSION METHOD, RECEIVING DEVICE AND SIGNAL RECEIVING METHOD

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области радиосвязи, более конкретно, к передающему устройству, способу передачи сигнала, приемному устройству и способу приема сигнала для нисходящего канала связи.
Уровень техники
В методах связи третьего поколения, представленных стандартом IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000), постоянно возрастает спрос на повышение скорости и повышение пропускной способности нисходящих каналов связи; например, уже достигнута скорость передачи данных, равная или большая 2 Mbps при использовании полосы пропускания шириной в 5 МГц. Однако будущие системы связи требуют дальнейшего повышения скорости передачи данных, увеличения производительности и снижения затрат. Кроме того, требуется уменьшение энергопотребления мобильной станцией. Например, в непатентном документе 1 описана технология повышения качества передачи путем применения метода с многими входами и выходами (Multiple Input Multiple Output, MIMO).
Непатентный документ №1
A. Va Zeist, "Space division multiplexing algorithm", Proc. 10th Med. Electrotechnical Conference 2000, pp.1218-1221.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании передающего и принимающего устройств и способов передачи и приема, позволяющих повысить качество сигналов в восходящем и нисходящем каналах связи.
В соответствии с настоящим изобретением эта задача решается за счет передающего устройства, осуществляющего одновременную радиопередачу различных сигналов с соответствующих антенн из множества антенн. Устройство содержит средства мультиплексирования пилотного сигнала, выполненные с возможностью мультиплексирования пилотных каналов, подлежащих передаче с соответствующих антенн, посредством одного или более из следующих методов: метод мультиплексирования с разделением по времени, метод мультиплексирования с разделением по частоте и метод мультиплексирования с кодовым разделением; средства мультиплексирования данных, выполненные с возможностью временного мультиплексирования пилотных каналов и каналов данных; и средства передачи сигнала посредством, по меньшей мере, одного из следующих методов: метод мультиплексирования с пространственным разделением (SDM - space division multiplexing) и метод пространственно-временного разнесения передач (STTD - space time transmission diversity).
Настоящее изобретение позволяет повысить качество сигналов в восходящем и нисходящем каналах связи.
Краткое описание чертежей
- На фиг.1 приведена блок-схема передатчика с мультиплексированием типа MIMO;
- Фиг.2 иллюстрирует случай, в котором изменено взаимное пространственное расположение модуля последовательно-параллельного преобразования и перемежителя;
- На фиг.3 приведена блок-схема приемника с мультиплексированием типа MIMO;
- На фиг.4 приведена блок-схема передатчика с разнесением типа MIMO;
- На фиг.5 приведена блок-схема приемника с разнесением типа MIMO;
- Фиг.6 иллюстрирует метод разнесения типа MIMO;
- На фиг.7 представлена концептуальная схема метода, сочетающего метод мультиплексирования MIMO и метод разнесения MIMO;
- На фиг.8 представлена концептуальная схема случая, в котором передачу сигнала осуществляют с единственной антенны;
- Фиг.9А иллюстрирует один из примеров мультиплексирования в случае, в котором пилотный канал передают с единственной передающей антенны;
- Фиг.9В иллюстрирует один из примеров мультиплексирования в случае, в котором пилотный канал передают с одной передающей антенны;
- Фиг.10А иллюстрирует случай (№1) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.10В иллюстрирует случай (№1) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.10С иллюстрирует случай (№1) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.11А иллюстрирует случай (№2) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.11В иллюстрирует случай (№2) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.11С иллюстрирует случай (№2) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.12А иллюстрирует случай (№3) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.12В иллюстрирует случай (№3) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения;
- Фиг.12С иллюстрирует случай (№3) мультиплексирования пилотных каналов, переданных четырьмя передающими антеннами, с сохранением их различения.
На фигурах использованы следующие обозначения:
102 - турбокодировщик; 104 - модуль модуляции данных; 106, 107 - модуль последовательно-параллельного преобразования; 108-1…N, 105 - перемежители; 110-1…N - модули мультиплексирования с расширением; 112 - модуль расширения; 114 - модуль мультиплексирования; 116 - модуль обратного быстрого преобразования Фурье; 118 - модуль ввода защитных интервалов; 122 - модуль сверточного кодирования; 124 - модуль QPSK-модуляции; 126 - модуль последовательно-параллельного преобразования; 128-1…N, 132 - модуль расширения;
502-1…N - принимающие антенны; 504 - малошумящий усилитель; 506 - смеситель; 508 - гетеродин; 510 - полосной фильтр; 512 - модуль автоматической регулировки усиления; 514 - квадратурный детектор; 516 - гетеродин; 518 -аналого-цифровой преобразователь; 520 - модуль детектирования временной привязки символов; 522 - модуль удаления защитных интервалов; 524 - модуль быстрого преобразования Фурье; 526 - демультиплексор; 528 - модуль оценки каналов; 530 - модуль обратного расширения; 532 - модуль параллельно-последовательного (P/S) преобразования; 534 - модуль обратного расширения; 536 - обращенный перемежитель; 538 - турбодекодер; 540 - декодер Витерби;
402 - модуль кодирования разнесения передач;
52 - модуль декодирования разнесения передач; 54 - обращенный перемежитель;
702 - модуль модуляции данных; 704 - модуль последовательно-параллельного преобразования; 706-1,2 - модули кодирования разнесения передач; 711, 712, 721, 722 - передающие антенны.
Осуществление изобретения
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения при передаче сигнала с использованием метода MIMO пилотный канал мультиплексируют для передачи с каждой из антенн с использованием одного или более из следующих методов: мультиплексирования с разделением по времени (TDM - time division multiplexing), мультиплексирования с разделением по частоте (FDM - frequency division multiplexing) и мультиплексирования с кодовым разделением (CDM - code division multiplexing). Пилотный канал и канал данных мультиплексируют по времени. Сигнал передают посредством метода мультиплексирования с пространственным разделением (SDM), метода пространственно-временного разнесения передач (STTD) или обоих этих методов.
Использование метода MIMO позволяет повысить скорость передачи информации или усилить эффект разнесения, что приводит к повышению качества сигнала. Поскольку пилотный канал передают с обеспечением возможности идентификации каждой из антенн, существует возможность точной оценки состояния канала.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения пилотный канал, передаваемый с каждой из антенн, мультиплексируют не методом мультиплексирования с разделением по времени, а методом мультиплексирования с разделением по частоте или методом мультиплексирования с кодовым разделением. Это позволяет увеличить эффективность использования ресурсов даже в случае, когда количество пользователей, размещенных в одном интервале времени передачи (Transmission Time Interval, TTI), не достигает максимального значения.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения сигнал передают с использованием метода ортогонального мультиплексирования с разделением по частоте и коду (OFCDM - orthogonal frequency and code division multiplexing).
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предусмотрены средства последовательно-параллельного преобразования для распределения последовательностей сигналов, подлежащих передаче, по соответствующим антеннам, и средства перемежения для изменения порядка сигналов в одной или более последовательностях сигналов на выходе средств последовательно-параллельного преобразования. Изменение порядка сигналов, передаваемых с данной антенны, позволяет повысить качество передачи.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения предусмотрены средства последовательно-параллельного преобразования для распределения последовательностей сигналов, подлежащих передаче, по соответствующим антеннам; и средства перемежения для изменения порядка сигналов в одной или более последовательностях сигналов на входе средств последовательно-параллельного преобразования. Это позволяет изменять распределение сигналов по нескольким антеннам и, следовательно, получать значительный эффект перемежения.
В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения при приеме сигнала приемником типа MIMO разделяют пилотный канал и канал данных с временным мультиплексированием, а также разделяют пилотные каналы, соответствующие каждой из передающих антенн, мультиплексированные одним или более из следующих методов: метод мультиплексирования с разделением по времени, мультиплексирования с разделением по частоте и мультиплексирования с кодовым разделением. Пилотный канал демодулируют с использованием демодуляции сигнала, переданного с единственной антенны, и переданного посредством метода пространственно-временного разнесения передач (STTD). Это позволяет быстро демодулировать пилотный канал от любой базовой станции как нового, так и старого типа.
Первый вариант осуществления
Мультиплексирование типа MIMO
тх
На фиг.1 представлена блок-схема передатчика типа MIMO, относящегося к первому варианту осуществления настоящего изобретения. Метод мультиплексирования MIMO также называют методом мультиплексирования с пространственным разделением MIMO (MIMO-SDM). Такой передатчик обычно предусматривают в базовой станции. Однако он может быть предусмотрен и в мобильной станции. Передатчик, используемый в соответствии с данным вариантом осуществления изобретения, представляет собой передатчик, использующий метод ортогонального мультиплексирования с разделением по частоте и коду (OFCDM). Однако в других вариантах осуществления изобретения возможно использование других методов. Передатчик содержит турбокодировщик 102, модуль 104 модуляции данных, модуль 106 последовательно-параллельного преобразования, перемежители 108-1…108-N, число которых равно числу (М>1) передающих антенн, и модули 110-1…110-N мультиплексирования с расширением, число которых равно числу передающих антенн. Все модули мультиплексирования с расширением идентичны по своему устройству и функциям; поэтому ниже приведено описание первого из них в качестве типичного примера. Модуль 110-1 мультиплексирования с расширением содержит модуль 112 расширения, модуль 114 мультиплексирования, модуль 116 быстрого преобразования Фурье, модуль 118 ввода защитных интервалов и модуль 132 расширения. Кроме того, передатчик содержит сверточный кодировщик 122, модуль квадратурной фазовой модуляции (QPSK), модуль 126 последовательно-параллельного преобразования и перемежители 128-1…N, число которых равно числу передающих антенн.
Турбо-кодировщик 102 производит кодирование для повышения устойчивости передаваемого канала данных к ошибкам.
Модуль 104 модуляции данных модулирует канал данных при помощи соответствующего метода модуляции, например, квадратурной фазовой модуляции (QPSK), квадратурной амплитудной модуляции (16QAM, 64QAM) и т.п. При использовании адаптивной модуляции и кодирования метод модуляции изменяется соответствующим образом.
Модуль 106 последовательно-параллельного преобразования (S/P) преобразует последовательные серии сигналов в параллельные последовательности сигналов. Параллельные последовательности сигналов могут быть определены в соответствии с числом передающих антенн и числом поднесущих.
Перемежители 108-1…N изменяют порядок расположения каналов данных в соответствии с заранее определенной схемой. В примере, представленном на чертеже, порядок расположения изменяют для каждой из антенн.
Модули 110-1…N мультиплексирования с расширением обрабатывают каналы данных для соответствующих антенн и выводят соответствующие символы основной полосы ортогонального мультиплексирования с разделением по частоте и коду (OFCDM). Модуль 112 расширения осуществляет расширение кода путем умножения каждой из параллельных последовательностей сигналов на заранее определенный код расширения. В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения производят двумерное расширение, в результате чего сигналы расширяют по оси времени и/или по оси частот.
Такую же процедуру осуществляют и с каналами управления. Сверточный кодировщик 122 осуществляет кодирование для повышения устойчивости управляющей информации к ошибкам. QPSK-модулятор 124 осуществляет модуляцию канала управления с использованием метода QPSK-модуляции. Хотя в данном случае может быть использован любой метод модуляции, в настоящем варианте осуществления изобретения использован метод QPSK-модуляции, имеющий небольшое число уровней модуляции, т.к. объем информации, содержащейся в данных управления, сравнительно невелик. Модуль 126 последовательно-параллельного преобразования (S/P) преобразует последовательные серии сигналов в параллельные последовательности сигналов. Параллельные последовательности сигналов могут быть определены в соответствии с числом поднесущих и числом передающих антенн. Перемежители 128-1…N изменяют порядок расположения каналов данных в соответствии с заранее определенной схемой. В примере, представленном на чертеже, порядок расположения изменяют для каждой из антенн. Модуль 132 расширения умножает каждую из параллельных последовательностей сигналов на заранее определенный код расширения для осуществления расширения кода.
Модуль 114 мультиплексирования осуществляет мультиплексирование расширенных каналов данных с расширенными каналами управления. В качестве метода мультиплексирования может быть использовано мультиплексирование с разделением по времени, мультиплексирование с разделением по частоте или мультиплексирование с кодовым разделением. В данном варианте осуществления изобретения пилотный канал вводят в модуль 114 мультиплексирования и также мультиплексируют. В соответствии с другим вариантом осуществления, представленном ломаной стрелкой, пилотный канал могут вводить в модуль 106 или 126 последовательно-параллельного преобразования, причем пилотный канал могут мультиплексировать с каналом данных или с каналом управления. Модуль 116 обратного быстрого преобразования Фурье осуществляет обратное быстрое преобразование Фурье поступающего сигнала и осуществляет OFDM-модуляцию. Модуль 118 ввода защитных интервалов добавляет к модулированному сигналу защитный интервал и, таким образом, создает символ метода OFDM. По хорошо известной технологии защитный интервал получают путем дублирования начальной или конечной части передаваемого символа.
Следует отметить, что взаимное расположение модулей последовательно-параллельного преобразования и перемежителей (106 и 108, 126 и 128) может быть изменено, как показано на фиг.2. В примере, проиллюстрированном на фиг.1, соответствующие перемежители осуществляют перемежение после того, как модули S/P-преобразования разделяют сигналы для соответствующих антенн. Таким образом, изменение порядка расположения осуществляют в пределах диапазона сигналов, передаваемых с одной антенны. В альтернативной конфигурации, проиллюстрированной на фиг.2, изменение порядка расположения перемежителем 107 влияет на несколько антенн. При этом следует ожидать более сильного эффекта перемежения.
Канал данных кодируют при помощи турбо-кодировщика 102 по фиг.1, модулируют при помощи модуля 104 модуляции данных, преобразуют в параллельную структуру при помощи модуля 106 последовательно-параллельного преобразования, реорганизуют при помощи перемежителя 108 и расширяют на соответствующие компоненты поднесущих при помощи модуля 112 расширения. Каналы управления кодируют, модулируют, преобразуют в параллельную структуру, перемежают и расширяют аналогичным образом. Расширенные каналы данных и каналы управления мультиплексируют в модуле 114 мультиплексирования для соответствующих поднесущих, подвергают OFDM-модуляции при помощи модуля 116 быстрого преобразования Фурье, добавляют к модулированным сигналам защитные интервалы и выводят символы основной полосы ортогонального мультиплексирования с разделением по частоте и коду (OFCDM) на соответствующие антенны. Сигнал основной полосы преобразуют в аналоговый сигнал, подвергают ортогональной модуляции при помощи ортогонального модулятора 402 модуля радиочастотной обработки, при необходимости усиливают после ограничения по полосе и передают по каналам радиосвязи с каждой из антенн. В этом случае с каждой из антенн одновременно передают разные сигналы с использованием одних и тех же ресурсов радиосвязи. Ресурсы радиосвязи могут быть идентифицированы по, по меньшей мере, одному из следующих параметров: время, частота или код. Таким образом, скорость передачи информации может быть увеличена пропорционально числу передающих антенн. Для приема, демодуляции и декодирования переданных таким образом сигналов принимающая сторона (как правило, мобильная станция) должна распознавать информацию о, по меньшей мере, числе передающих антенн (числе последовательностей передаваемых данных).
RX
RX
На фиг.3 представлена блок-схема приемника, используемого в данном варианте осуществления настоящего изобретения. Приемник обычно предусматривают в составе базовой станции. Однако он может быть предусмотрен и в составе мобильной станции. Приемник содержит N(>1) принимающих антенн 502-1…N, причем для каждой из антенн в приемнике предусмотрен малошумящий усилитель 504, смеситель 506, гетеродин 508, полосной фильтр 501, модуль 512 автоматической регулировки усиления, квадратурный детектор 514, гетеродин 516, аналого-цифровой преобразователь 518, модуль 522 удаления защитных интервалов, модуль 524 быстрого преобразования Фурье, демультиплексор 526, модуль 528 оценки канала, модуль 530 обратного расширения, модуль 532 параллельно-последовательного (P/S) преобразования и модуль 534 обратного расширения. Поскольку обрабатывающие модули и принципы работы всех антенн одинаковы, ниже приведено описание конфигурации и принципов работы одной антенны, соответствующие также и остальным антеннам. Приемник также содержит модуль 520 детектирования временной привязки символов, обращенный перемежитель 536, турбо-декодер 538 и декодер 540 Витерби.
Малошумящий усилитель 504 обеспечивает необходимое усиление сигнала, принимаемого антенной 502. Усиленный сигнал преобразуют (с понижением частоты) в сигнал промежуточной частоты при помощи смесителя 506 и гетеродина 508. Полосной фильтр 510 удаляет лишние частотные компоненты. Модуль 512 автоматической регулировки усиления регулирует усиление таким образом, чтобы обеспечить поддержание требуемого уровня сигнала. Квадратурный детектор 514 осуществляет при помощи гетеродина 516 ортогональную демодуляцию на основе синфазной составляющей (I) и квадратурной составляющей (Q). Аналого-цифровой преобразователь 518 преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал.
Модуль 520 детектирования временной привязки символов определяет временную привязку символов (границы символов) по цифровому сигналу от каждой из антенн.
Модуль 522 удаления защитных интервалов удаляет из принимаемого сигнала часть, соответствующую защитному интервалу.
Модуль 524 быстрого преобразования Фурье осуществляет быстрое преобразование Фурье поступающего сигнала и производит OFDM-демодуляцию.
Демультиплексор 526 разделяет пилотный канал, канал управления и канал данных, мультиплексированные в принимаемом сигнале. Метод разделения соответствует методу мультиплексирования, использованному передающей стороной (методу обработки в модуле 114 мультиплексирования по фиг.1).
Модуль 528 оценки канала оценивает состояние канала по пилотному каналу и выдает сигнал управления для регулировки амплитуды и фазы так, чтобы скомпенсировать флуктуации в канале. Такой сигнал управления вырабатывают для каждой из поднесущих.
Модуль 530 обратного расширения осуществляет обратное расширение канала данных, для которого была произведена компенсация состояния канала, для каждой из поднесущих. Следует отметить, что число мультиплексированных кодов равно Cmux.
Модуль 532 параллельно-последовательного преобразования (P/S) преобразует параллельные последовательности сигналов в последовательные серии сигналов.
Модуль 534 обратного расширения осуществляет обратное расширение сигнала управления, для которого была произведена компенсация состояния канала.
Обращенный перемежитель 536 изменяет порядок расположения сигналов в соответствии с заранее определенной схемой. Такая заранее определенная схема соответствует схеме изменения порядка расположения в перемежителе (108 по фиг.1) передающей стороны и представляет собой результат обращения этой схемы.
Турбо-декодер 538 и декодер 540 Витерби декодируют соответственно данные, содержащие информацию о трафике, и данные, содержащие управляющую информацию.
TX
Сигнал, принимаемый антенной, преобразуют в цифровой сигнал с использованием усиления, преобразования частоты, ограничения полосы, ортогональной демодуляции и т.д. в радиочастотном приемнике. Цифровой сигнал, из которого удалены защитные интервалы, подвергают OFDM-демодуляции при помощи модуля 524 быстрого преобразования Фурье. Демодулированный сигнал разделяют на пилотный сигнал, канал управления и канал данных при помощи разделяющего модуля 526. Пилотный канал вводят в модуль оценки канала, из которого выводят сигнал управления для компенсации флуктуации состояния канала для каждой поднесущей. Канал данных компенсируют с использованием данного сигнала управления, подвергают обратному расширению для каждой поднесущей и преобразуют в последовательный сигнал. Порядок расположения преобразованного сигнала изменяют по заранее определенной схеме при помощи обращенного перемежителя 536 и декодируют при помощи турбо-декодера 538. При этом используют заранее определенную схему, обратную к схеме изменения порядка, используемой в перемежителе. Аналогичным образом компенсируют флуктуации в канале управления, после чего канал управления подвергают обратному расширению и декодируют при помощи декодера 540 Витерби. Затем осуществляют обработку сигнала для использования декодированных данных и канала управления. В таком случае сигналы, поступившие с соответствующих антенн передающей стороны, выделяют из принятого сигнала при помощи какого-либо метода разделения сигналов. Однако для корректной демодуляции и декодирования принятого сигнала приемник должен получить информацию о, по меньшей мере, числе N передающих антенн (числе переданных последовательностей).
В качестве метода разделения сигналов может быть использован, например, метод послойного пространственно-временного разделения компании Bell Labs (BLAST), метод минимальной среднеквадратической погрешности (MMSE), метод максимальной вероятности детектирования (MLD) и т.п. Метод BLAST заключается в следующем: для каждой антенны измеряют уровень приема; осуществляют декодирование сигналов и принимают решения по ним поочередно, начиная с переданного сигнала наибольшего уровня; оценивают уровень сигнала помех (копию помех); и вычитают копию помех из переданного сигнала, что позволяет последовательно оценить сигналы. Метод минимальной среднеквадратичной погрешности (MMSE) заключается в следующем: для каждой передающей антенны по уровню усиления в канале вычисляют весовой коэффициент MMSE; взвешенные принятые сигналы комбинируют для восстановления переданного сигнала. Метод максимальной вероятности детектирования (MLD) заключается в следующем: оценивают усиление канала каждой из передающих антенн и выбирают модулированный сигнал-кандидат, для которого среднеквадратичное расхождение между модулированным кандидатом переданных данных и принятым сигналом может быть минимизировано; таким образом, оценивают переданные сигналы. В рамках настоящего изобретения могут быть использованы данные методы или другие методы разделения сигналов.
Разнесение MIMO
На фиг.4 представлена блок-схема передатчика с разнесением типа MIMO. Элементы, описанные выше со ссылками на фиг.1, снабжены теми же цифровыми обозначениями, и их повторное описание опускается. Как показано на фиг.4, между перемежителем 108 и модулем 110 мультиплексирования с кодовым разделением расположен модуль 402 кодирования разнесения передачи. Модуль 402 кодирования разнесения передачи изменяет (упорядочивает и т.п.) содержимое сигнала так, что между сигналами, передаваемыми с соответствующих передающих антенн, имеется заранее определенное взаимное соответствие. Модуль 402 кодирования разнесения передачи также может быть назван модулем обработки пространственно-временного разнесения передачи или STTD-кодировщиком.
На фиг.5 представлена блок-схема приемника с разнесением типа MIMO. Элементы, описанные выше со ссылками на фиг.3, снабжены теми же цифровыми обозначениями, и их повторное описание опускается. На фиг.5 представлены модуль 52 декодирования разнесения передачи и обращенный перемежитель 54. Модуль 52 декодирования разнесения передачи выделяет сигналы, поступающие от каждой из передающих антенн, из принятого сигнала при помощи обратного расширения принятого сигнала и результата оценки состояния канала. Метод расширения определяют по данным обработки, произведенной в модуле кодирования разнесения передачи на передающей стороне. Обращенный перемежитель 54 упорядочивает декодированный сигнал в соответствии с заранее определенной последовательностью. Такая заранее определенная последовательность соответствует схеме, обратной порядку, установленному перемежителем на передающей стороне.
1
2
3
4
TX
1
2
3
4
2
1
4
3
1
2
3
4
2
1
4
3
1
2
1
2
2
3
2
1
3
4
3
4
4
5
4
3
1
1
2
2
2
1
3
3
4
4
4
3
1
2
1
1
2
2
2
1
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Фиг.6 иллюстрирует обработку содержимого сигнала, производимую передатчиком по фиг.4. Для простоты восприятия предполагается, что четыре символа, обозначенные S, S, S и S, последовательно вводят в турбо-кодировщик 102 в качестве каналов данных. Также предполагается, что число передающих антенн равно двум (N=2). Как показано на схеме, с первой антенны передают четыре символа S, S, S и S в той же последовательности, в которой они были введены в кодировщик. Со второй антенны передают последовательность таких символов как - S , S , -S  и S . Знак «-» обозначает минус, а верхний индекс «*» обозначает комплексное сопряжение. STTD-кодировщик 402 составляет последовательность символов S, S, S и S и последовательность символов -S , S , -S  и S  из введенной последовательности и передает их обрабатывающим модулям соответствующих передающих антенн. Таким образом, в промежуток времени t-t, передатчик передает по каналу радиосвязи сигнал S-S , в промежуток времени t-t - сигнал S+S , в промежуток времени t-t - сигнал S-S , а в промежуток времени t-t - сигнал S+S , после чего передает по каналу радиосвязи те же комбинированные сигналы. При этом приемник сначала принимает сигнал, соответствующий выражению R=S-S , затем принимает сигнал, соответствующий выражению R=S+S , затем принимает сигнал, соответствующий выражению R=S-S , а затем принимает сигнал, соответствующий выражению R=S+S , после чего принимает те же сигналы. Модуль 52 декодирования разнесения передачи получает переданные символы S и S из выражения отношения R=S-S  и выражения отношения R=S+S . Такие выражения отношений должны перед этим быть проинтерпретированы приемником как заранее определенные выражения отношений.
1
1
2
*
S=(R+R )/2
2
1
2
*
S=(-R +R)/2
2
4
3
4
Аналогичным образом, по принятым сигналам R и R можно восстановить переданные символы S и S.
1
2
3
4
1
5
В примере, приведенном на фиг.6, заранее определенное отношение соответствия для простоты описания установлено для двух передаваемых символов, после передачи которых принимающая сторона получает переданные символы в соответствии с отношением соответствия. Однако в более общем случае некоторое отношение может быть установлено для более чем двух передаваемых символов. Даже если установлено отношение соответствия, необходимо осуществление передачи, по существу, одной и той же информации с более чем двух передающих антенн в течение определенного интервала времени (в описанном выше примере информацию, по существу, равную S, S, S и S, передают с первой и второй передающих антенн в течение интервала t-t). Таким образом, при использовании метода разнесения передач эффективность передачи информации не повышается. Однако эффект разнесения усиливается по мере увеличения числа передающих антенн, в результате чего может быть достигнуто повышение качества сигнала и/или снижение требуемой мощности передачи. В результате может быть снижен уровень помех, создаваемых окружающими сотами, что приводит к повышению пропускной способности системы. Однако приемник должен получать информацию не только о числе передающих антенн, но и об отношениях, установленных между переданными символами, до демодуляции.
Мультиплексирование и разнесение MIMO
На фиг.7 представлена общая схема системы, в которой используют сочетание метода мультиплексирования MIMO и метода разнесения MIMO. На фиг.7 представлены модуль 702 модуляции данных, модуль 704 последовательно-параллельного преобразования, первый модуль 706-1 разнесения передачи, второй модуль 706-2 разнесения передачи и передающие антенны 711-722.
Модуль 702 модуляции данных соответствует модулю 104 модуляции данных по фиг.1 и 4, а модуль 704 последовательно-параллельного преобразования соответствует модулям 106 и т.д. последовательно-параллельного преобразования по фиг.1 и 4.
Первый и второй модули 706-1 и 706-2 разнесения передачи имеют ту же функцию, что и модуль 402 кодирования разнесения передачи по фиг.4.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
2
1
3
4
4
3
1
2
3
4
2
1
4
3
*
*
*
*
*
*
*
*
*
В процессе работы канал данных, модулированный модулем 702 модуляции данных, разделяют на отличающиеся друг от друга последовательности при помощи модуля 704 последовательно-параллельного преобразования, которые вводят, соответственно, в первый и второй модули 706-1 и 706-2 кодирования разнесения передачи. Например, если модулированная последовательность символов представляет собой последовательность символов S, S, S и S, то символы S и S могут быть введены в первый модуль 706-1 разнесения передачи, а символы S и S - во второй модуль 706-2 разнесения передачи. Первый модуль 706-1 разнесения передачи удваивает введенные в него символы, создает две последовательности символов, имеющие заранее определенное отношение соответствия, и передает их по каналам радиосвязи с соответствующих передающих антенн. Например, с первой антенны 711 последовательно передают символы S и S, а со второй антенны 712 последовательно передают символы -S  и S . Аналогичным образом второй модуль 706-2 разнесения передачи удваивает введенные в него символы, создает две последовательности символов, имеющие заранее определенное отношение соответствия, и передает их по каналам радиосвязи с соответствующих передающих антенн. Например, с первой антенны 721 последовательно передают символы S и S, а со второй антенны 722 последовательно передают символы -S  и S . В результате передатчик сначала передает по каналам радиосвязи последовательность S-S +S-S , а затем - последовательность S+S +S +S .
1
1
2
3
4
2
2
1
4
3
1
1
2
3
4
2
2
1
4
3
1
2
3
4
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Приемник сначала принимает сигнал R=S-S +S-S , а затем - сигнал R=S+S +S +S . Приемник применяет к ним некоторый метод разделения сигналов, основанный на первом принятом сигнале R, и выявляет группу символов, переданную четырьмя передающими антеннами. В результате может быть установлено, что в первой передаче с четырех соответствующих антенн были переданы символы S, -S , S и -S . Затем приемник применяет некоторый метод разделения сигналов, основанный на втором принятом сигнале R, и выявляет группу символов, переданную четырьмя передающими антеннами. В результате может быть установлено, что в следующей передаче с четырех соответствующих антенн были переданы символы S, S, S  и S . Данные две группы символов, по существу, одинаковы (с точностью до разных знаков и наличия/отсутствия комплексного сопряжения), в результате чего приемник может определить четыре символа S, S, S и S с высокой точностью. Число передающих антенн, число параллельных последовательностей сигналов, методы кодирования разнесения и т.п. могут в той или иной степени отличаться от описанных выше.
Каналы
При использовании описанных выше метода мультиплексирования MIMO, метода разнесения MIMO и метода, представляющего собой их сочетание, возможна передача различных каналов по восходящему и нисходящему каналам. Однако необходимо повышение пропускной способности, скорости и качества передачи, особенно для нисходящего канала. Общий канал (D1) управления, совмещенный канал (D2) управления, мультиплексный канал (D3) данных и выделенный канал (D4) пакетов данных передают по нисходящему каналу в виде каналов, содержащих данные трафика. Общий канал (U1) управления, совмещенный канал (U2) управления, мультиплексный канал (U3) данных и выделенный канал (U4) пакетов данных передают по восходящему каналу в виде каналов, содержащих данные трафика. Кроме того, по нисходящему и восходящему каналам по мере необходимости передают пилотные каналы, не содержащие данных трафика. Пилотные каналы содержат известные сигналы, заранее известные как принимающей стороне, так и передающей стороне и, в частности, используемые для оценки состояния каналов.
(D1) Общий канал управления нисходящего канала содержит канал (ВСН - broadcasting control channel) управления широковещательной передачей, канал (РСН - paging channel) поиска абонентов и канал прямого доступа (FACH - forward access channel). Общий канал управления содержит информацию управления, касающуюся операций обработки относительно высокого уровня, например, настройки соединений, управления вызовами и т.п.
(D2) Совмещенный канал содержит информацию управления, касающуюся операций обработки относительно низкого уровня, а также информацию, необходимую для демодуляции мультиплексного канала данных. Такая необходимая информация может включать в себя, например, номер пакета, метод модуляции, метод кодирования, бит управления мощностью передачи, бит управления повторной передачей и т.п.
(D3) Мультиплексный канал данных представляет собой ресурс высокоскоростной радиосвязи, совместно используемый несколькими пользователями. Такой ресурс радиосвязи может быть определен по частоте, коду, мощности передачи и т.п. Совместное использование ресурса радиосвязи может осуществляться при помощи метода мультиплексирования с разделением по времени (TDM), метода мультиплексирования с разделением по частоте (FDM) и/или метода мультиплексирования с кодовым разделением (CDM). Один из конкретных вариантов мультиплексирования описан ниже со ссылками на фиг.14. Для осуществления высококачественной передачи данных используют метод адаптивной модуляции и кодирования (АМС - adaptive modulation and coding), метод автоматических запросов на повторение передачи (ARQ - automatic repeat request) или другие подобные методы.
(D4) Выделенный канал пакетов данных представляет собой ресурс радиосвязи, индивидуально выделенный конкретному пользователю. Такой ресурс радиосвязи может быть определен по частоте, коду, мощности передачи и т.п. Для осуществления высококачественной передачи данных используют метод адаптивной модуляции и кодирования (АМС), метод автоматических запросов на повторение передачи (ARQ) или другие подобные методы.
(U1) Общий канал управления восходящего канала содержит канал случайного доступа (RACH - random access channel) и резервный канал (RCH - reserve channel). Общий канал управления содержит управляющую информацию, касающуюся сравнительно высокого уровня управления: настройки соединений, управления вызовами и т.п.
(U2) Совмещенный канал содержит информацию управления, касающуюся операций обработки относительно низкого уровня, а также информацию, необходимую для демодуляции мультиплексного канала данных. Такая необходимая информация может включать в себя, например, номер пакета, метод модуляции, метод кодирования, бит управления мощностью передачи, бит управления повторной передачей и т.п.
(U3) Мультиплексный канал данных представляет собой ресурс высокоскоростной радиосвязи, совместно используемый несколькими пользователями. Такой ресурс радиосвязи может быть определен по частоте, коду, мощности передачи и т.п. Совместное использование ресурса радиосвязи может осуществляться при помощи метода мультиплексирования с разделением по времени (TDM), метода мультиплексирования с разделением по частоте (FDM) и/или метода мультиплексирования с кодовым разделением (CDM).
(U4) Выделенный канал пакетов данных представляет собой ресурс радиосвязи, индивидуально выделенный конкретному пользователю. Такой ресурс радиосвязи может быть определен по частоте, коду, мощности передачи и т.п. Для осуществления высококачественной передачи данных используют метод адаптивной модуляции и кодирования (АМС), метод автоматических запросов на повторение передачи (ARQ) или другие подобные методы.
Передача в нисходящем канале
Ниже приведено описание методов передачи для каждого канала в нисходящем канале. Поскольку общий канал управления содержит широковещательную информацию, например информацию о номерах сот, необходимо обеспечить его прием всеми мобильными станциями. Для облегчения удовлетворения данного требования общий канал управления могут передавать с единственной передающей сигналы антенны, выбранной из нескольких передающих антенн, предусмотренных в базовой станции, как показано на фиг.8. В этом случае другие передающие антенны не используют для передачи данного канала. Как описано выше, для корректной демодуляции сигнала, переданного с использованием метода мультиплексирования MIMO или метода разнесения MIMO, необходима дополнительная информация, например информация о числе передающих антенн. Однако, если передачу осуществляют с использованием одной передающей антенны, такая информация не требуется, и демодуляция принятого сигнала может быть произведена немедленно. С другой стороны, общий сигнал управления содержит информацию, касающуюся управления вызовами; поэтому обеспечение надежности обмена информацией является более важной задачей, чем обеспечение высокой скорости передачи информации. С этой точки зрения предпочтительно предусмотреть передачу мобильной станции дополнительной информации, например, о числе передающих антенн и т.п., каким-либо методом при передаче общего канала управления с использованием метода разнесения MIMO.
Аналогичным образом, совмещенный канал управления могут передавать при помощи одной из нескольких передающих антенн или с использованием метода разнесения MIMO. В альтернативном варианте может быть предусмотрена одновременная передача тех же данных с нескольких передающих антенн.
Аналогичным образом, канал данных могут передавать при помощи одной из нескольких передающих антенн или с использованием метода разнесения MIMO. Канал данных передают с базовой станции методом, соответствующим возможностям мобильной станции, с которой установлено соединение. Следовательно, передача канала данных может быть осуществлена с использованием метода мультиплексирования MIMO или сочетания метода разнесения MIMO и метода мультиплексирования MIMO. Скорость передачи может быть увеличена путем, по меньшей мере, частичного использования метода мультиплексирования MIMO.
Передача и прием в восходящем и нисходящем каналах
Мобильная станция получает информацию о числе передающих антенн, методах передачи различных каналов и т.д. из принятого общего канала управления.
Если передача общего канала управления осуществлена с одной передающей антенны, мобильная станция может немедленно демодулировать принятый общий канал управления. Это позволяет получить содержимое каналов ВСН, РСН и FACH. Мобильная станция использует общий канал управления восходящего канала (RACH) для передачи базовой станции информации, касающейся возможностей мобильной станции (числа приемных антенн, числа передающих антенн и т.д.), требуемых параметров обслуживания (требуемой скорости передачи) и т.д. Базовая станция использует общий канал управления нисходящего канала (FACH) для сообщения мобильной станции информации о методе передачи (числе передающих антенн и т.п.) совмещенного канала управления. Информация о методе передачи канала данных может быть сообщена мобильной станции с использованием общего канала управления (FACH) или с использованием совмещенного канала управления. В последнем случае в дополнение к информации о методе модуляции и коэффициенте кодирования для интервала передачи каждой из мобильных станций мобильной станции сообщают информацию об используемом методе передачи (метод мультиплексирования MIMO, метод разнесения MIMO или сочетание данных методов).
Далее следует обсуждение случая, в котором передача общего канала управления осуществлена с использованием метода разнесения MIMO. В этом случае предполагается, что метод кодирования, используемый в методе разнесения MIMO (например, число передающих антенн равно двум; передачу сигнала осуществляют с обработкой информации по схеме, представленной на фиг.6), известен мобильной станции. Если все базовые станции осуществляют передачу с использованием одного и того же метода разнесения MIMO, мобильная станция может производить обработку сигнала так же, как описано выше, путем извлечения необходимой информации из полученного общего канала управления на основе ранее установленной договоренности. Однако в данной зоне может иметься базовая станция старого типа, содержащая всего одну передающую антенну. В таком случае успешная демодуляция сигнала с использованием метода разнесения MIMO невозможна. Мобильная станция по настоящему изобретению производит попытку демодуляции общего канала управления с использованием обоих методов. Один из этих двух методов представляет собой метод демодуляции для случая, в котором общий канал управления передают с единственной передающей антенны. Второй метод представляет собой метод демодуляции для случая, в котором такую передачу осуществляют с использованием метода разнесения MIMO. Необходимую информацию извлекают из канала, успешно демодулированного при помощи одного из двух методов. Порядок демодуляции с использованием двух методов может предполагать их одновременное или поочередное использование, причем любой из двух методов может быть использован первым. После этого осуществляют ту же процедуру обработки. То есть мобильная станция использует общий канал управления восходящего канала (RACH) для передачи базовой станции информации, касающейся возможностей мобильной станции (числа приемных антенн, числа передающих антенн и т.д.), требуемых параметров обслуживания (требуемой скорости передачи) и т.д. Базовая станция использует общий канал управления нисходящего канала (FACH) для сообщения мобильной станции информации о методе передачи (числе передающих антенн и т.п.) совмещенного канала управления. Информация о методе передачи канала данных может быть сообщена мобильной станции с использованием общего канала управления (FACH) или с использованием совмещенного канала управления.
Второй вариант осуществления
Как следует из приведенного выше описания, пилотный канал используют для оценки состояния канала и тому подобных операций. При использовании метода MIMO каналы всех передающих антенн различны, вследствие чего передача пилотного канала с каждой из передающих антенн должна отличаться от других. Следовательно, при передаче передатчиком пилотного канала, канала управления и канала данных в мультиплексированном виде пилотный канал для каждой передающей антенны должен быть уникальным. Ниже приведено описание различных вариантов мультиплексирования пилотного канала, описанных в качестве примеров, не налагающих каких-либо ограничений.
На фиг.9А-В представлен пример мультиплексирования, в котором сигнал передают с одной из нескольких передающих антенн. Для упрощения иллюстрации канал управления не представлен. В этом случае передачу сигнала осуществляет только одна антенна. На фиг.9А представлено состояние, в котором пилотные каналы и каналы данных мультиплексированы по времени. На фиг.9В представлено состояние, в котором пилотные каналы и каналы данных мультиплексированы по частоте.
На фиг.10А-С представлен случай (№1), в котором пилотные каналы, переданные с четырех передающих антенн, мультиплексированы с сохранением возможности их различения. Пилотные каналы и каналы данных мультиплексированы по времени. На фиг.10А представлен случай, в котором пилотные каналы, относящиеся к четырем каналам передачи #1-#4, мультиплексированы по времени. На фиг.10В представлен случай, в котором пилотные каналы, относящиеся к четырем каналам передачи, мультиплексированы по коду. В любом из этих случаев пилотные каналы вводят последовательно по оси частот, в результате чего существует возможность улучшения их разнесения в результате перемежения по частотной оси. На фиг.10С представлена концептуальная схема сигналов, переданных с первой и второй передающих антенн. Как видно из схемы, на ней представлено состояние, в котором отличительным признаком пилотных каналов, переданных с первой антенны, являются коды 1, 1, 1 и 1, а отличительным признаком пилотных каналов, переданных со второй антенны, являются коды 1, 1, -1 и -1. Данные коды приведены исключительно для примера; на практике может быть использована любая соответствующая ортогональная схема.
На фиг.11А-С представлен случай (№2), в котором пилотные каналы, переданные с четырех передающих антенн, мультиплексированы с сохранением возможности их различения. Пилотные каналы и каналы данных мультиплексированы по времени. На фиг.11А представлен случай, в котором пилотные каналы, относящиеся к четырем передающим антеннам, мультиплексированы по частоте. С точки зрения легкости и удовлетворительного качества осуществления оценки состояния канала для каждой из поднесущих такой метод является предпочтительным. На фиг.11В представлен случай, в котором пилотные каналы, относящиеся к четырем передающим антеннам, мультиплексированы по коду. На фиг. 11С представлен случай, в котором пилотные каналы, относящиеся к четырем передающим антеннам, мультиплексированы по частоте и по коду. По сравнению со случаем мультиплексирования всех четырех каналов по коду это позволяет уменьшить длину кода. В любом из случаев (А), (В) и (С) существует возможность повышения эффективности передачи информации благодаря использованию мультиплексирования в частотной области. Поскольку в примерах, представленных на фиг.10А-С, мультиплексирование осуществляют по временной оси, при небольшом числе символов, передаваемых в рамках одного временного интервала передачи (TTI), используют лишь часть ресурсов, выделенных для передачи максимального числа символов. В результате этого эффективность использования ресурсов снижается.
На фиг.12А-С представлен случай (№3), в котором пилотные каналы, переданные с четырех передающих антенн, мультиплексированы с сохранением возможности их различения. Пилотные каналы и каналы данных мультиплексированы по времени. На фиг.12А представлен случай, в котором для каждой из передающих антенн в пилотных каналах произведено мультиплексирование по времени. На фиг.12В представлен случай, в котором для каждой из передающих антенн в пилотных каналах произведено мультиплексирование по коду. На фиг.12С представлен случай, в котором для каждой из передающих антенн в пилотных каналах произведено мультиплексирование по времени и мультиплексирование по коду. В общем случае флуктуации по оси времени малы, в результате чего существует возможность удовлетворительного поддержания взаимной ортогональности передающих антенн.
Выше приведено описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами его осуществления; в них могут быть внесены различные изменения и вариации, не выходящие за рамки изобретения. Для удобства описания настоящее изобретение было описано выше в виде набора отдельных вариантов его осуществления. Однако разделение на такие варианты осуществления не является сущностью настоящего изобретения; один или несколько из вариантов его осуществления могут быть использованы по мере необходимости.
Настоящая международная заявка основана на японской приоритетной заявке №2005-106910, поданной 1 апреля 2005 г., все содержание которой включено в настоящую заявку посредством ссылки.