СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТРАНЕНИЯ МНОГОЛУЧЕВОЙ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ И МАШИНОЧИТАЕМЫЙ НОСИТЕЛЬ ДАННЫХ
MULTIPATH INTERFERENCE ELIMINATING METHOD AND DEVICE AND A MACHINE-READABLE DATA CARRIER

Ссылка на родственную заявку
Данная заявка основана на заявке на патент Китая №201910641258.2, поданной 16 июля 2019 года, и испрашивает приоритет по этой заявке на патент Китая, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся, помимо прочего, к области беспроводной связи, в частности, помимо прочего, к способу и устройству для устранения многолучевой интерференции и машиночитаемому носителю данных.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Многолучевая интерференция (MPI) является важнейшим фактором, обуславливающим ухудшение характеристик работы беспроводной связи; при этом для решения проблемы разных MPI в различных технологиях связи используются разные способы подавления интерференционных помех. Например, для устранения MPI в системе CDMA (множественный доступ с кодовым разделением) используется автокорреляция псевдослучайных (PN) кодов, но этот способ оказывается неэффективным для множества трактов прохождения сигнала, которые короче временного интервала канала его приема (около 0,814 мкс). При мультиплексировании с ортогональным разделением частот (OFDM) для устранения проблемы межсимвольной интерференции (ISI), обусловленной многолучевым характером распространения сигнала, используется циклический префикс (CP), но этот способ не справляется с проблемой снижения качества сигнала, вызванного частотно-селективным замиранием.
С развитием коммуникационных технологий оптимальным вариантом для  базовых станций становится технология «Massive MIMO» (технология, где количество терминалов намного меньше, чем количество антенн базовой станции; MIMO - многоканальный вход/многоканальный выход). Технология «Massive MIMO» может устранить проблему ухудшения качества связи, вызванного замиранием вследствие многолучевого распространения, за счет своих широких возможностей разнесения. Однако технология «Massive MIMO» не применима к мобильному терминалу из-за ограничений, связанных с возможностью его перемещения, что затрудняет повышение эффективности его многолучевой работы. Следовательно, крайне важно предложить способ и устройство для устранения многолучевой интерференции за пределами мобильного терминала для уменьшения многолучевых компонентов в нисходящих сигналах мобильного терминала, что позволит повысить эффективность многолучевой работы мобильного терминала.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предложен способ и устройство для устранения многолучевой интерференции за пределами терминала с целью повышения качества нисходящих сигналов, принимаемых служебным терминалом, и нисходящего трафика всей системы в целом.
В этой связи согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен способ устранения многолучевой интерференции. Этот способ устранения многолучевой интерференции предусматривает: прием антенной многолучевой информации восходящих сигналов терминала; обработку принятой антенной многолучевой информации в соответствии с правилом обработки по умолчанию с целью получения целевой матрицы; и сливание целевой матрицы с нисходящими сигналами для генерирования целевых нисходящих сигналов и передача целевых нисходящих сигналов на терминал.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно предложено устройство для устранения многолучевой интерференции. Устройство для устранения многолучевой интерференции включает в себя модуль обработки восходящих сигналов, модуль обработки многолучевой информации и модуль обработки нисходящих сигналов. Модуль обработки восходящих сигналов выполнен с возможностью приема антенной многолучевой информации восходящих сигналов терминала; модуль обработки многолучевой информации выполнен с возможностью обработки принятой антеннами многолучевой информации в соответствии с правилом обработки по умолчанию с целью генерирования целевой матрицы; а модуль обработки нисходящих сигналов выполнен с возможностью обеспечения сливания целевой матрицы с нисходящими сигналами для генерирования целевых нисходящих сигналов и передачи целевых нисходящих сигналов на терминал.
Согласно настоящему изобретению дополнительно предложен машиночитаемый носитель данных для хранения одной или нескольких компьютерных программ, которые при их выполнении одним или несколькими процессорами инициируют реализацию одним или несколькими процессорами стадий способа устранения многолучевой интерференции.
Краткое описание фигур
Настоящее изобретение будет подробно описано ниже на примере вариантов его осуществления в привязке к прилагаемым чертежам.
На фиг.1 представлена схема многолучевых каналов согласно смежным технологиям;
На фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая основные стадии реализации способа устранения многолучевой интерференции согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
На фиг.3 представлена структурная схема устройства для устранения многолучевой интерференции согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения; и
На фиг.4 представлена структурная схема нисходящего устройства для устранения многолучевой интерференции согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Для прояснения цели, технических схем и преимуществ настоящего изобретения варианты его осуществления будет подробно описаны ниже на примерах реализации в привязке к прилагаемым чертежам. Следует понимать, что варианты осуществления, описанные в настоящем документе, не ограничивают заявленное изобретение, а лишь иллюстрируют его.
Первый вариант осуществления настоящего изобретения
Многолучевая интерференция (MPI) является важнейшим фактором, который обуславливает ухудшение характеристик работы беспроводной связи. На фиг.1 показана схема многолучевых каналов согласно смежным технологиям. В настоящее время для решения проблемы MPI в различных технологиях связи применяются разные способы подавления интерференционных помех. Например, для устранения MPI в системе CDMA используется автокорреляция PN-кодов, но этот способ оказывается неэффективным для множества трактов прохождения сигнала, которые короче временного интервала канала его приема (около 0,814 мкс). Технология OFDM справляется с проблемой межсимвольной интерференции (ISI), обусловленной многолучевым характером распространения сигнала, с помощью циклического префикса (CP), но она не может справиться со снижением качества сигнала, вызванного частотно-селективным замиранием.
С развитием коммуникационных технологий предпочтительным вариантом для базовых станций становится технология «Massive MIMO». Технология «Massive MIMO» может устранить проблему ухудшения рабочих характеристик, вызванного замиранием вследствие многолучевого распространения, за счет своих широких возможностей разнесения. Однако технология «Massive MIMO» не применима к мобильному терминалу из-за ограничений, связанных с возможностью его перемещения, что затрудняет повышение эффективности его многолучевой работы. В настоящем изобретении антенны Massive MIMO базовой станции используются для решения проблемы многолучевости таким образом, что многолучевые компоненты нисходящего сигнала, доходящего до терминала, сохраняются на максимально низком уровне, повышая эффективность многолучевой работы терминала.
На фиг.2 показана блок-схема, иллюстрирующая основные стадии способа устранения многолучевой интерференции согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, причем этот способ устранения многолучевой интерференции предусматривает выполнение стадий S201-S203.
На стадии S201 осуществляется прием антенной многолучевой информации восходящих сигналов терминала.
На стадии S202 многолучевая информация обрабатывается в соответствии с правилом обработки по умолчанию для получения целевой матрицы.
Принятая антеннами многолучевая информация обрабатывается в соответствии с правилом обработки по умолчанию с целью получения целевой матрицы.
На стадии S203 целевая матрица сливается с нисходящими сигналами с целью генерирования целевых нисходящих сигналов, и эти целевые нисходящие сигналы передаются на терминал.
Целевая матрица сливается с нисходящими сигналами с целью генерирования целевых нисходящих сигналов, и целевые нисходящие сигналы передаются на терминал.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения стадия S201, на которой осуществляется прием антенной многолучевой информации восходящих сигналов терминала, предусматривает: получение многолучевой информации восходящих сигналов путем детектирования зондирующих опорных сигналов (SRS) терминала, причем сигналы SRS выполнены с возможностью оценки информации частотной области восходящего канала при осуществлении беспроводной связи для частотно-селективного планирования и оценки восходящего канала для лучеформирования в нисходящей линии связи.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения многолучевая информация, принятая на стадии S201, представляет собой значения времени h канального отклика трактов.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения стадия S202, на которой принятая антеннами многолучевая информация обрабатывается в соответствии с правилом обработки по умолчанию с целью получения целевой матрицы, предусматривает: выстраивание значений времени h отклика многолучевого канала, принятых антеннами, для получения матрицы Н; и инвертирование матрицы Н для получения обратной матрицы W, причем обратная матрица W представляет собой целевую матрицу.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения стадия S203, на которой целевая матрица сливается с нисходящими сигналами с целью генерирования целевых нисходящих сигналов, а целевые нисходящие сигналы передаются на терминал, предусматривает: формирование нисходящих сигналов на основании веса обратной матрицы W с целью получения целевых нисходящих сигналов; и передачу целевых нисходящих сигналов на соответствующую антенну и терминал.
Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения предложен способ устранения многолучевой интерференции. Способ устранения многолучевой интерференции предусматривает: прием антенной многолучевой информации восходящих сигналов терминала; обработку принятой антенной многолучевой информации в соответствии с правилом обработки по умолчанию с целью получения целевой матрицы; и сливание целевой матрицы с нисходящими сигналами для генерирования целевых нисходящих сигналов и передача целевых нисходящих сигналов на терминал. Многолучевая информация восходящих сигналов принимается, а затем обрабатывается в соответствии с заданным правилом обработки данных с целью получения целевой матрицы, а целевая матрица сливается с нисходящими сигналами для генерирования целевых нисходящих сигналов таким образом, что многолучевые компоненты нисходящих сигналов, которые передаются на мобильный терминал, сохраняются на максимально низком уровне, что повышает эффективность многолучевой работы терминала.
Второй вариант осуществления настоящего изобретения
Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения предложен способ устранения многолучевой интерференции и соответствующее устройство, использующие антенны Massive MIMO базовой станции, с целью повышения качества нисходящих сигналов, принимаемых служебным терминалом, а также нисходящего трафика всей системы в целом.
Способ устранения многолучевой интерференции в этом варианте осуществления предусматривает выполнение стадий, описанных ниже.
На первой стадии базовая станция получает многолучевую информацию путем детектирования SRS, т.е. значения времени h канального отклика трактов.
На второй стадии выстраиваются отклики многолучевого канала, принятые антеннами, для получения матрицы Н.
На третьей стадии осуществляется инвертирование матрицы Н для получения обратной матрицы W.
На четвертой стадии формируются нисходящие сигналы в соответствии с весом обратной матрицы W.
На пятой стадии базовая станция передает сформированные сигналы на терминал, причем многолучевые компоненты сигналов, которые доходят до терминала, являются по существу нулевыми, поскольку восходящая и нисходящая линии связи взаимно инвертированы, благодаря чему терминал может без труда демодулировать нисходящие сигналы высокого качества.
Третий вариант осуществления настоящего изобретения
В этом варианте осуществления настоящего изобретения подробно описана реализация конкретной технической схемы.
Если величиной S обозначить сигнал SRS, переданный с терминала, то сигнал после достижения им i-ой антенны базовой станции по радиоинтерфейсу может быть выражен следующим образом:
i
n
n
n
n
, где величина h(т) обозначает время антенного отклика n-ого тракта на i-ой антенне; величина т обозначает задержку n-ого тракта; а величина S(T) обозначает SRS после задержки т.
i
n
Приемник базовой станции демодулирует сигнал и передает сигнал частотной области SRS в модуль В разрешения многолучевости для дальнейшего разрешения. Модуль В разрешения многолучевости умножает полученное значение г сигнала SRS на стандартное значение S сигнала SRS сопряженным образом в частотной области, а затем повторно применяет преобразования Фурье к полученному произведению. Поскольку SRS представляет собой последовательность Задова-Чу, то, соответственно, значения времени h(т) канального отклика трактов могут быть получены, исходя из характеристик последовательности Задова-Чу.
i
n
Модуль С инвертирования многолучевого канала собирает отклики h(т) многолучевого сигнала каждой антенны и отбрасывает множественные тракты, которые характеризуются более низкой мощностью и меньшим влиянием (например, множественные тракты после n-ого тракта), на основании пороговой величины Р многолучевости для получения матрицы Н.
Матрица Н инвертируется для получения обратной матрицы W, и первый столбец матрицы передается в формирующий модуль D.
10
10
20
20
i0
i0
Если величиной X обозначить нисходящий сигнал, поступающий с базовой станции на терминал, то формирующий модуль D использует w для формирования X с целью получения wX, подлежащего передаче на первую антенну с целью последующей передачи; использует w для формирования X с целью получения wX, подлежащего передаче на вторую антенну с целью последующей передачи; …; и использует w для формирования X с целью получения wX, подлежащего передаче на i-ую антенну с целью последующей передачи, Таким образом, устройство завершает весь процесс устранения многолучевой интерференции в нисходящей линии связи.
Ниже описана причина, по которой многолучевая интерференция в нисходящей линии связи может быть устранена таким образом.
i0
Поскольку восходящая линия связи и нисходящая линия связи взаимно инвертированы, то после того, как wX, переданный с i-ой антенны, достигнет терминала по радиоинтерфейсу (в противоположном направлении), аналогичного тому, который используется для восходящих сигналов S, сигнал будет выражен следующим образом:
Многолучевые сигналы небольшой мощности (множественные тракты после n-ого тракта) отбрасываются, а итоговый сигнал, полученный терминалом, представляет собой сумму сигналов с указанных антенн базовой станции, что может быть выражено следующим образом:
Восходящая линия связи и нисходящая линия связи взаимно инвертированы, т.е.
HW = I, а
;
о
таким образом, Т = Х(т), и получаемые терминалом сигналы принимаются только по основному тракту, а остальные множественные тракты взаимно аннулируются.
Четвертый вариант осуществления настоящего изобретения
Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения предложено устройство для устранения многолучевой интерференции. В соответствии со структурой, показанной на фиг.3, устройство 30 для устранения многолучевой интерференции включает в себя: модуль 31 обработки восходящих сигналов, модуль 32 обработки многолучевой информации и модуль 33 обработки нисходящих сигналов.
Модуль 31 обработки восходящих сигналов выполнен с возможностью приема антенной многолучевой информации восходящих сигналов терминала.
Модуль 32 обработки многолучевой информации выполнен с возможностью обработки принятой антеннами многолучевой информации в соответствии с правилом обработки по умолчанию с целью получения целевой матрицы.
Модуль 33 обработки нисходящих сигналов выполнен с возможностью сливания целевой матрицы с нисходящими сигналами для генерирования целевых нисходящих сигналов и передачи целевых нисходящих сигналов на терминал.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения модуль 31 обработки восходящих сигналов включает в себя приемный модуль и модуль разрешения многолучевости. Приемный модуль выполнен с возможностью приема и демодуляции восходящих сигналов с целью генерирования сигналов SRS, а модуль разрешения многолучевости выполнен с возможностью разрешения многолучевой информации сигналов SRS для получения значений времени h канального отклика трактов.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения модуль 32 обработки многолучевой информации включает в себя модуль инвертирования многолучевого канала, выполненный с возможностью получения с антенн откликов h многолучевого сигнала, выстраивания откликов h многолучевого канала для формирования матрицы Н и инвертирования матрицы Н для получения обратной матрицы W, причем обратная матрица W представляет собой целевую матрицу.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения модуль 33 обработки нисходящих сигналов включает в себя формирующий модуль и передающий модуль. Формирующий модуль выполнен с возможностью формирования нисходящих сигналов на основании обратной матрицы W, а передающий модуль выполнен с возможностью передачи сформированных нисходящих сигналов на терминал.
В этом варианте осуществления настоящего изобретения машиночитаемый носитель данных может быть выполнен с возможностью хранения одной или нескольких компьютерных программ, которые при их выполнении процессором инициируют реализацию процессором, по меньшей мере, одной стадии способа устранения многолучевой интерференции, описанного в представленных выше вариантах осуществления настоящего изобретения с первого по третий.
Пятый вариант осуществления настоящего изобретения
В этом варианте осуществления настоящего изобретения описано устройство для устранения многолучевой интерференции, а также реализация процесса переноса информации между различными модулями этого устройства, причем конкретный процесс проиллюстрирован на фиг.4.
Как показано на фиг.4, устройство для устранения многолучевой интерференции согласно настоящему изобретению включает в себя приемный модуль А, формирующий модуль D и передающий модуль Е. Предложенное устройство дополнительно включает в себя модуль В разрешения многолучевости и модуль С инвертирования многолучевого канала.
Приемный модуль А каждой антенны принимает и демодулирует восходящие сигналы и передает сигналы SRS в модуль В разрешения многолучевости.
Модуль В разрешения многолучевости разрешает многолучевую информацию сигналов SRS и передает канальные отклики трактов в модуль С инвертирования многолучевого канала.
Модуль С инвертирования многолучевого канала получает с антенн отклики многолучевого сигнала для получения матрицы Н, инвертирует матрицу Н для получения обратной матрицы W и передает обратную матрицу W в формирующий модуль D.
Формирующий модуль D формирует нисходящие сигналы на основании обратной матрицы W и передает сформированные нисходящие сигналы на передатчик Е каждой антенны.
Передатчик Е каждой антенны передает сформированные нисходящие сигналы на терминал, и эти нисходящие сигналы преобразуются в нисходящие сигналы с низким уровнем MPI на стороне терминала.
В сравнении со смежными технологиями способ и устройство согласно настоящему изобретению уменьшают MPI нисходящих сигналов на стороне терминала и повышают качество нисходящих сигналов и общую эффективность системы, где используются антенны Massive MIMO базовой станции.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения предложен способ и устройство для устранения многолучевой интерференции и машиночитаемый носитель данных для решения проблемы, состоящей в том, что технология «Massive MIMO» не применима к мобильному терминалу из-за ограничений, связанных с возможностью его перемещения, что затрудняет повышение эффективности многолучевой работы мобильного терминала. Способ устранения многолучевой интерференции анализирует многолучевую информацию восходящих сигналов терминала, обрабатывает многолучевую информацию в соответствии с правилом обработки по умолчанию для получения целевой матрицы, обеспечивает сливание целевой матрицы с нисходящими сигналами для генерирования целевых нисходящих сигналов и передачу целевых нисходящих сигналов на мобильный терминал, повышая качество нисходящих сигналов, принимаемых терминалом через внешнее устройство для устранения многолучевой интерференции, а также нисходящего трафика всей системы в целом.
Исходя из вышеизложенного, специалисту в данной области техники следует понимать, что некоторые или все стадии способов, а также функциональные модули/блоки систем или устройств, которые были описаны выше, могут быть реализованы в виде программных средств (которые могут реализовываться кодами компьютерной программы, исполняемыми вычислительным устройством), программно-аппаратных средств, аппаратных средств или соответствующих сочетаний указанных средств. В случае реализации в виде аппаратных средств разделение функциональных модулей/блоков, указанных в представленном выше описании, не обязательно совпадает с разделением физических компонентов. Например, один физический компонент может выполнять множество функций, или же какая-либо одна функция или стадия может реализовываться совместно несколькими физическими компонентами. Некоторые или все физические компоненты могут быть реализованы в виде программ, выполняемых процессором, таким как CPU (центральный процессор), цифровой сигнальный процессор или микропроцессор, или в виде аппаратных средств, или в виде интегральной схемы, такой как специализированная заказная интегральная схема.
Кроме того, специалисту в данной области техники хорошо известно, что коммуникационная среда обычно содержит машиночитаемые команды, структуру данных, модуль компьютерной программы или иные данные в модулированных сигналах данных, таких как несущие волны или иные механизмы передачи, и может включать в себя любое средство доставки информации. Следовательно, настоящее изобретение не ограничено какой-либо конкретной комбинацией аппаратных и программных средств.
Представленное выше описание представляет собой более подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения, раскрытых в привязке к конкретным примерам их практической реализации; при этом не следует исходить из того, что эти конкретные примеры реализации ограничены представленным описанием. Специалист в данной области техники может внести ряд простых изменений или замен без отступления от сущности заявленного изобретения, причем все такие изменения или замены должны рассматриваться как входящие в объем правовой охраны настоящего изобретения.