ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ НЕЖЕСТКИХ ПИЛОТНЫХ СИМВОЛОВ В СИСТЕМЕ ЦИФРОВОЙ СВЯЗИ
TRANSMITTER AND METHOD OF TRANSMITTING SOFT PILOT SYMBOLS IN DIGITAL COMMUNICATION SYSTEM

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке США № 61/073264, поданной 17 июня 2008 года, раскрытие сущности которой полностью содержится в данном документе посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам цифровой радиосвязи. Более конкретно и не в качестве ограничения настоящее изобретение направлено на передающее устройство и способ для передачи последовательности передаваемых символов в системе цифровой связи с использованием нежестких пилотных символов.
Уровень техники
В системах цифровой связи приемное устройство должно оценивать некоторые параметры, чтобы корректно демодулировать передаваемые данные. Приемное устройство также, возможно, должно оценивать меру качества сигнала, чтобы возвращать ее в передающее устройство. Оценка параметров/качества сигнала, в общем, распадается на три категории:
(1) Оценка вслепую. В общем, этот подход основывается на некотором свойстве/характеристике сигнала или канала, которое известно априори или медленно распознается (например, статистика второго порядка). Самой большой проблемой с оценкой вслепую является производительность. Оценка вслепую, в общем, имеет существенно меньшую эффективность, чем другие подходы. Кроме того, алгоритмы оценки вслепую могут быть более сложными.
(2) С применением пилотных сигналов. Этот подход включает известные (т.е. пилотные) символы в передаваемый сигнал. Пилотные символы могут встраиваться в последовательность данных (например, мидамбулу GSM), или им может выделяться отдельный ресурс, такой как пилотный код в WCDMA, до тех пор, пока пилотные символы испытывают такое же эффективное замирание (фединг) в канале, что и в канале данных. Подход с применением пилотных сигналов, в общем, предлагает наилучшую производительность. Тем не менее, пилотные символы используют ресурсы, которые могут в ином случае быть выделены передаче полезных данных. Типично предусматривается компромисс между наличием достаточных пилотных сигналов для хорошей оценки и максимизацией пропускной способности передачи данных.
(3) С применением данных. Этот подход использует демодулированные символы данных как "дополнительные" пилотные символы. В общем, этот подход используется либо вместе с оценкой вслепую, либо вместе с подходом с применением пилотных сигналов. Имеются две проблемы, ассоциированные с подходом с применением данных. Во-первых, оценка вслепую или оценка с применением пилотных сигналов (или и то, и другое) типично требуется как первый этап работы приемного устройства. Следовательно, подходы с применением данных требуют дополнительной сложности приемного устройства. Во-вторых, подходы с применением данных могут ухудшать производительность приемного устройства вследствие эффекта ошибок при демодуляции данных. В подходах с применением данных демодулированные символы данных предположительно являются корректными и используются как дополнительные пилотные символы. Тем не менее, если символы данных являются некорректными, алгоритмы параметра/оценки качества сигнала могут приводить к некорректным результатам. Эффекты некорректного решения(й) по символам могут сохраняться в течение нескольких интервалов оценки, так что подходам с применением данных, возможно, требуются специальные механизмы для того, чтобы не допускать эффекта распространения ошибки.
Подход с применением данных использован в ряде существующих систем связи. Например, в системах широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (WCDMA) канал управления в восходящей линии связи демодулируется/декодируется, и решения по символам используются как эффективные пилотные сигналы. Это также предложено для канала управления WCDMA в нисходящей линии связи. В цифровой усовершенствованной системе мобильной телефонной связи (D-AMPS) канал сначала оценивается по синхрослову, а затем отслеживается по данным во время коррекции. В корректоре ранние по времени ненадежные решения подаются в модуль слежения, а задержанные лучшие решения подаются в декодер. Также в D-AMPS и GSM многопроходная (турбо-) демодуляция/декодирование использует декодированные/повторно кодированные символы как эффективные пилотные сигналы во втором проходе.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение преодолевает недостатки предшествующего уровня техники посредством передачи некоторых символов с более высокой надежностью, чем других. Эти так называемые "нежесткие пилотные сигналы" сначала демодулируются и затем используются как известные символы для использования при оценке канала и демодуляции символов модуляции высшего порядка (опорной амплитуды). Эти нежесткие пилотные символы являются более надежными, чем окружающие символы, тем самым предоставляя надежную оценку параметров с управлением по решению. Дополнительно, вставка символа модуляции "с постоянной огибающей" в символы модуляции высшего порядка, в частности, является полезной при установлении опорной амплитуды, важной при демодуляции символов модуляции высшего порядка.
В одном варианте осуществления нежесткие пилотные символы модулируются с помощью более простой модуляции низшего порядка (например, BPSK или QPSK) по сравнению с остальной частью последовательности символов, которая с большой вероятностью является модуляцией высшего порядка (например, 16-позиционной квадратурной амплитудной модуляцией (16QAM) или 64QAM). Посредством использования этих нежестких пилотных сигналов символ может по-прежнему переносить некоторые данные в отличие от фиксированного пилотного символа, который не обеспечивает пропускную способность передачи данных для символа. Эти указанные местоположения нежестких символов (время/частота/код) и тип(ы) модуляции совместно используются с приемным устройством. Приемное устройство может знать информацию априори или через передачу служебных сигналов.
Нежесткие пилотные сигналы предоставляют альтернативу явным пилотным сигналам данных для будущих версий WCDMA. С нежесткими пилотными символами явные пилотные символы не являются обязательными. Со знанием типа модуляции и местоположения нежестких пилотных сигналов во времени, по частоте и коду приемное устройство может максимизировать производительность. Это предоставляет возможность достижения лучших скоростей передачи данных, чем в ином случае возможно с явными пилотными символами.
В другом варианте осуществления изобретения нежесткие пилотные символы формируются посредством низкоуровневого прореживания канально-кодированных битов. Способ включает в себя вставку набора нежестких пилотных символов посредством низкоуровневого прореживания канально-кодированных битов и замены на известные битовые комбинации, модуляции последовательности и передачи радиосигнала.
В конкретном варианте осуществления, связанном с высокоскоростным совместно используемым каналом нисходящей линии связи (HS-DSCH), нежесткие пилотные символы формируются во время цепочки канального кодирования посредством низкоуровневого прореживания канально-кодированных битов после перекомпоновки созвездия (констелляции) модуляции и перед преобразованием в физический канал. В конкретном варианте осуществления, связанном с усовершенствованным выделенным каналом (E-DCH), нежесткие пилотные символы формируются во время цепочки канального кодирования посредством низкоуровневого прореживания канально-кодированных битов после перемежения в E-DCH и перед преобразованием в физический канал. При использовании такого механизма использование нежестких пилотных сигналов не требует изменений в технических требованиях и реализации критических процедур канального кодирования и согласования скорости. Это повышает совместимость с унаследованным оборудованием и дает возможность многократного использования существующих реализаций приемо-передающего устройства.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение направлено на передающее устройство для передачи радиосигнала, который включает в себя последовательность передаваемых символов. Передающее устройство включает в себя средство для вставки набора нежестких пилотных символов посредством низкоуровневого прореживания канально-кодированных битов и замены прореженных битов на известные битовые комбинации; и средство для модуляции последовательности и передачи радиосигнала.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение направлено на канальный кодер для канального кодирования радиосигнала для радиоканала. Канальный кодер включает в себя средство для вставки нежестких пилотных символов посредством низкоуровневого прореживания канально-кодированных битов; и средство для замены прореженных канально-кодированных битов на известные битовые комбинации после канального перемежения. В конкретном варианте осуществления радиоканалом является HS-DSCH. В другом конкретном варианте осуществления радиоканалом является E-DCH.
Согласно другому варианту осуществления изобретения местоположения нежестких пилотных сигналов в терминах времени и кода (или частоты) сконфигурированы с возможностью приспосабливать изменяющиеся во времени отклики канала и минимизировать нежелательное влияние на производительность кода и отношения пиковой мощности к средней мощности.
Краткое описание чертежей
В следующем разделе изобретение описывается со ссылками на примерные варианты осуществления, проиллюстрированные на чертежах, на которых:
фиг. 1 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей этапы варианта осуществления способа настоящего изобретения.
фиг. 2 показывает преобразование битов данных в точки в созвездии для 16QAM в одном примерном варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 показывает преобразование битов данных в точки в созвездии для 16QAM в другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 (предшествующий уровень техники) иллюстрирует существующую цепочку канального кодирования для HS-DSCH;
фиг. 5 иллюстрирует цепочку канального кодирования для HS-DSCH в примерном варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 6 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей краткий обзор процесса формирования нежестких пилотных сигналов в примерном варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей процесс формирования нежестких пилотных сигналов для HS-DSCH в примерном варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей процесс формирования нежестких пилотных сигналов для E-DCH в примерном варианте осуществления настоящего изобретения;
фиг. 9 является функциональной блок-схемой примерного варианта осуществления структуры модуля перемежения для E-DCH;
фиг. 10 иллюстрирует первый примерный вариант осуществления местоположения мягкого пилотного символа;
фиг. 11 иллюстрирует второй примерный вариант осуществления местоположения мягкого пилотного символа;
фиг. 12 является функциональной блок-схемой примерного варианта осуществления двухпроходного G-многоотводного когерентного приемного устройства настоящего изобретения и
фиг. 13 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей примерный вариант осуществления способа обработки, выполняемого посредством двухпроходного G-многоотводного когерентного приемного устройства настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Для связи по стандартам высокоскоростной передачи данных модуляции высшего порядка, такие как 16QAM и 64QAM, используются для того, чтобы повышать спектральную эффективность. Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения передающее устройство обозначает определенные символы в последовательности данных как так называемые "нежесткие пилотные" символы посредством использования конкретной альтернативной модуляции для этих символов. Конкретный порядок модуляции и местоположение этих символов (в терминах времени, кода и/или частоты) известны или передаются в служебных сигналах в приемное устройство. Приемное устройство использует нежесткие пилотные символы, чтобы получать начальную оценку параметров сигнала, таких как отводы канала и корреляционная матрица. После первой демодуляции определенные символы могут быть использованы как эффективные пилотные сигналы во втором проходе оценки параметров. Посредством ограничения определенных нежестких пилотных символов более низкой модуляцией, чем оставшихся символов в последовательности, их решения являются достаточно надежными, чтобы делать их полезными пилотными сигналами. Нежесткие пилотные сигналы отличаются от традиционных фиксированных пилотных сигналов тем, что некоторая пропускная способность передачи данных обеспечивается посредством этих нежестких пилотных символов. Таким образом, замена традиционных фиксированных пилотных сигналов на нежесткие пилотные сигналы повышает пропускную способность передачи данных.
Фиг. 1 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей этапы варианта осуществления способа настоящего изобретения. На этапе 11 радиосигнал передается с некоторыми символами, имеющими более высокую надежность (например, с модуляцией низшего порядка), чем другие передаваемые символы. На этапе 12 радиосигнал принимается, и символы с более высокой надежностью демодулируются сначала, чтобы формировать нежесткие пилотные символы. На этапе 13 нежесткие пилотные сигналы используются как известные символы для оценки канала и демодуляции символов модуляции высшего порядка. На этапе 14 данные извлекаются как из нежестких пилотных символов, так и из символов модуляции высшего порядка.
Примерный вариант осуществления настоящего изобретения указывает тип модуляции и местоположение (время/частота/код) нежестких пилотных символов в рамках последовательности данных. Согласно одному варианту осуществления изобретения точки созвездия нежестких пилотных сигналов рассматриваются в качестве поднабора созвездия модуляции высшего порядка для передачи данных, такой как 16QAM или 64QAM. Передающее устройство может использовать указанную модуляцию низшего порядка для пилотных символов, такую как двухпозиционная фазовая манипуляция (BPSK) или квадратурная фазовая манипуляция (QPSK). Для остальной части последовательности символов передающее устройство может использовать модуляцию высшего порядка (например, 16QAM или 64QAM). Эти указанные местоположения нежестких символов и тип(ы) модуляции известны приемному устройству. Приемное устройство может знать информацию априори или через передачу служебных сигналов.
Таким образом, настоящее изобретение передает символы модуляции низшего порядка, вставленные между символами модуляции высшего порядка, и приемное устройство выполняет ассоциированные действия, чтобы использовать символы модуляции низшего порядка как эффективные пилотные сигналы. Символ может переносить диапазон из определенного числа битов m: бит m=0 соответствует чистым пилотным сигналам; бит m=1 соответствует BPSK; биты m=2 соответствуют QPSK и т.д. до максимального числа M (=6 для 64QAM). Если предполагается для простоты, что все символы имеют идентичную энергию, то энергия битов и надежность по битам понижаются с m. Таким образом, символы могут использоваться как пилотные сигналы различных уровней надежности, и приемное устройство может выполнять оценки параметров в нескольких проходах.
Фиг. 2 показывает преобразование битов данных в точки в созвездии для 16QAM в одном примерном варианте осуществления настоящего изобретения. Четыре угловых точки созвездия 16QAM (показанные на чертеже как звездообразные точки) рассматриваются в качестве созвездия для нежестких пилотных сигналов. Два признака этого варианта осуществления могут легко распознаваться. Во-первых, созвездие нежестких пилотных сигналов является эквивалентным масштабированному QPSK-созвездию. Тем самым оно предлагает преимущества постоянной огибающей и более высокой средней мощности. Во-вторых, точки созвездия нежестких пилотных сигналов могут быть легко адресованы в рамках созвездия высшего порядка посредством поддержания фиксированным поднабора битовых меток. В примере, показанном на фиг. 2, точками созвездия нежестких пилотных сигналов являются точки с последними двумя битовыми метками, заданными фиксированным образом, равными "11".
Как отмечается, использование нежестких пилотных символов инструктирует передаваемым символам 16QAM или 64QAM иметь более высокую среднюю мощность. Например, если один в десяти символах для одного кода канализации является нежестким пилотным символом, средняя мощность увеличивается на 0,15 дБ для 16QAM и на 0,54 дБ для 64QAM. Альтернативно, если имеется пятнадцать кодов канализации и один в десяти символах для одного из этих пятнадцати кодов канализации является нежестким пилотным символом, средняя мощность увеличивается только на 0,02 дБ для 16QAM и на 0,04 дБ для 64QAM. На практике передаваемую мощность, возможно, потребуется сокращать на эти величины при использовании нежестких пилотных сигналов. Тем не менее, можно отметить, что чистая производительность системы повышается при помощи нежестких пилотных сигналов.
Фиг. 3 показывает преобразование битов данных в точки в созвездии для 16QAM в другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления размер созвездия нежестких пилотных сигналов увеличен, чтобы обеспечивать более высокую пропускную способность для переноса данных. Тем не менее, созвездие нежестких пилотных сигналов предоставляет признак постоянной квадратурной амплитуды, который может быть использован для того, чтобы извлекать опорную амплитуду. Точки созвездия нежестких пилотных сигналов адресуются в рамках созвездия высшего порядка посредством фиксированного задания последней битовой метки равной "1". Специалистам в данной области техники должно быть понятным, что альтернативное созвездие нежестких пилотных сигналов может указываться посредством фиксированного задания метки третьего бита равной "1" при предоставлении постоянной синфазной амплитуды.
Введение нежестких пилотных сигналов сокращает число канально-кодированных битов, которые могут переноситься посредством передаваемого сигнала. Сокращение канально-кодированных битов может быть реализовано посредством двух различных подходов. В первом подходе с использованием высокоуровневого прореживания сокращение канально-кодированных битов явно обрабатывается посредством всей цепочки канального кодирования. Этот подход может приспосабливаться при разработке новой системы или протокола связи. Тем не менее, обратная совместимость является важным фактором для рассмотрения при введении нежестких пилотных символов в существующие системы. Для обратной совместимости может быть предпочтительным приспосабливать второй подход с использованием низкоуровневого прореживания так, что на большую часть цепочки канального кодирования влияет новый признак. Далее примеры HSPA используются для того, чтобы подробно иллюстрировать два подхода.
Формирование нежестких пилотных сигналов в HSPA
Фиг. 4 иллюстрирует существующую цепочку канального кодирования для высокоскоростного совместно используемого канала нисходящей линии связи (HS-DSCH). В первом подходе с высокоуровневым прореживанием для реализации сокращения канально-кодированных битов режим работы полной цепочки канального кодирования изменяется аналогично режиму для HS-DSCH. Влиянием, однако, является не просто различное число кодированных битов, которые должны выводиться посредством "HARQ-функциональности физического уровня", а скорее значительная доработка и переопределение нескольких взаимосвязанных и сложных процедур физического уровня в "HARQ-функциональности физического уровня", "сегментации физических каналов", "перемежении HS-DSCH" и "перекомпоновке созвездий". Такая значительная доработка критической цепочки канального кодирования делает большую часть существующей реализации устаревшей и затрудняет ее сосуществование с новым и унаследованным оборудованием в сети.
Фиг. 5 иллюстрирует цепочку канального кодирования для HS-DSCH в примерном варианте осуществления настоящего изобретения. Во втором, предпочтительном подходе для реализации сокращения канально-кодированных битов нежесткие пилотные символы предпочтительно формируются посредством низкоуровневого прореживания канально-кодированных битов перед стадиями "преобразования физических каналов" цепочки канального кодирования. Предпочтительный вариант осуществления тем самым делает присутствие нежестких пилотных символов прозрачным для стадий "HARQ-функциональности физического уровня", "сегментации физических каналов", "перемежения HS-DSCH" и "перекомпоновки созвездий".
Фиг. 6 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей краткий обзор процесса формирования нежестких пилотных сигналов в примерном варианте осуществления настоящего изобретения. В HSDPA процедура сбора битов в HARQ-функциональности физического уровня и канальном перемежении HS-DSCH сконфигурирована с возможностью преобразовывать систематические турбокодированные биты, если присутствуют, в первые битовые метки 16QAM или 64QAM в максимально возможной степени. Цель этой схемы состоит в том, чтобы гарантировать то, что важные систематические турбокодированные биты передаются по каналу с более высокой надежностью. Как показано на фиг. 6, это выполняется в модуле канального перемежения посредством использования попарного мультиплексирования битов и независимых прямоугольных модулей перемежения. Когда модуляция данных основана на QPSK, только первая прямоугольная ветвь модуля перемежения является активной. Когда модуляция данных основана на 16QAM, первая и вторая прямоугольные ветви модуля перемежения являются активными. Все три ветви являются активными, когда данные переносятся посредством 64QAM. Вместе с пометкой созвездий, указываемой в 3GPP "Technical Specification Group Radio Access Network; Spreading and Modulation (FDD)", TS 25.213 v8, биты в первой ветви передаются по каналу с наивысшей надежностью. Биты в третьей ветви передаются с наименьшей надежностью. Следовательно, при начальных передачах систематические биты обычно передаются через первую ветвь в максимально возможной степени. Для начальных передач параметры HARQ, в общем, задаются так, что "перекомпоновка созвездий" эффективно обходится. Специалистам в данной области техники должно быть очевидным, что нежесткие пилотные символы могут вставляться сразу после канального перемежения. Для повторных передач параметры HARQ могут использоваться для того, чтобы инструктировать "перекомпоновке созвездий" эффективно повторно передавать канально-кодированные биты с различной надежностью. Нежесткие пилотные символы могут вставляться в сигнал после процедуры "перекомпоновки созвездий".
p,k
p,k
p,k
p,k
p,k
p,k
p,k+1
p,k+1
p,k+2
p,k+3
p,k
p,k
p,k+1
p,k+1
p,k+2
p,k+3
p,k+4
p,k+5
Фиг. 7 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей процесс формирования нежестких пилотных сигналов для HS-DSCH в примерном варианте осуществления настоящего изобретения. Вводы кодированных битов обозначаются посредством r, а выводы обозначаются посредством r'. Обычно входные биты передаются на вывод без модификации: r'=r. Если масштабированный нежесткий пилотный символ QPSK (такой как показанный на фиг. 2) вставляется, чтобы заменять символ данных 16QAM, то r'=r, r'=r, r'=1 и r'=1. Если масштабированный нежесткий пилотный символ QPSK вставляется, чтобы заменять символ данных 64QAM, то r'=r, r'=r, r'=1, r'=1, r'=1 и r'=1.
p,k
p,k
p,k+1
p,k+1
p,k+2
p,k+2
p,k+3
p,k
p,k
p,k+1
p,k+1
p,k+2
p,k+2
p,k+3
p,k+4
p,k+4
p,k+5
p,k
p,k
p,k+1
p,k+1
p,k+2
p,k+3
p,k+3
p,k
p,k
p,k+1
p,k+1
p,k+2
p,k+3
p,k+3
p,k+4
p,k+5
p,k+5
Если нежесткий пилотный символ с постоянной квадратурной амплитудой (такой как показанный на фиг. 3) вставляется, чтобы заменять символ данных 16QAM, то r'=r, r'=r, r'=r и r'=1. Если нежесткий пилотный символ с постоянной квадратурной амплитудой вставляется, чтобы заменять символ данных 64QAM, то r'=r, r'=r, r'=r, r'=1, r'=r и r'=1. Если нежесткий пилотный символ с постоянной синфазной амплитудой вставляется, чтобы заменять символ данных 16QAM, то r'=r, r'=r, r'=1 и r'=r. Если нежесткий пилотный символ с постоянной синфазной амплитудой вставляется, чтобы заменять символ данных 64QAM, то r'=r, r'=r, r'=1, r'=r, r'=1 и r'=r.
Формирование нежестких пилотных сигналов для усовершенствованного выделенного канала (E-DCH)
Фиг. 8 является блок-схемой последовательности операций, иллюстрирующей процесс формирования нежестких пилотных сигналов для E-DCH в примерном варианте осуществления настоящего изобретения. Чтобы выполнять идентификацию надежности аналогично HS-DSCH, процедура сбора битов в HARQ-функциональности физического уровня и канальном перемежении выполнена с возможностью преобразовывать систематические турбокодированные биты, если присутствуют, в первые битовые метки 4PAM в максимально возможной степени. Согласно предпочтительному варианту осуществления нежесткие пилотные символы формируются после канального перемежения E-DCH.
p,k
p,k
p,k
p,k
p,k
p,k
p,k+1
Фиг. 9 является функциональной блок-схемой примерного варианта осуществления структуры модуля перемежения для E-DCH. Канальное перемежение упрощается посредством двух прямоугольных ветвей модуля перемежения, когда данные переносятся посредством 4PAM. Вводы кодированных битов в "формирование нежестких пилотных сигналов" обозначаются v, а выводы обозначаются v'. Обычно входные биты передаются на выход без модификации: v'=v. Если масштабированный нежесткий пилотный символ BPSK вставляется, чтобы заменять 4PAM символ данных, то v'=v, v'=1.
Согласно предпочтительному варианту осуществления нежесткие пилотные символы формируются посредством прореживания канально-кодированных битов в фиксированных местоположениях (в терминах времени и кода/частоты). На стороне приемного устройства нежесткие значения, соответствующие прореженным битам, задаются равными нулю. Вследствие этого использование нежестких пилотных символов не вводит изменений в реализацию канального декодера и базового рассогласования скорости.
Также следует отметить, что, согласно этому варианту осуществления, нежесткие пилотные символы формируются посредством прореживания канально-кодированных битов, которые отображаются в наименее надежные битовые метки. Поскольку нежесткие значения, соответствующие этим битам с низкой надежностью, обычно являются очень небольшими, задание их равными нулю вводит ничтожно малое влияние на полную производительность канального кодирования.
Местоположение нежестких пилотных символов
Нежесткие пилотные символы могут быть вставлены в идентичном коде, в одном отдельном коде, в различных антеннах в системах со многими входами и многими выходами (MIMO) и т.п. Размещение может координироваться так, что нежесткие пилотные символы совпадают или не совпадают в различных кодах и/или антеннах.
Нежесткие пилотные символы могут вставляться в сигнал несколькими практическими способами:
1. HSPA - один код, назначаемый пользователю HSPA, использует нежесткие пилотные символы, тогда как другие коды, назначаемые этому пользователю, используют модуляцию высшего порядка.
2. HSPA - определенные символы данных в рамках каждого кода, назначаемого пользователю HSPA, являются нежесткими пилотными символами, тогда как остальные символы в кодах являются традиционными символами данных. Например, символы 0-N-1 в коде A, N-2N-1 в коде B и т.д. могут быть нежесткими пилотными символами.
3. HSPA - символы N-2N являются нежесткими пилотными символами для всех кодов, назначаемых пользователю HSPA, тогда как остальные символы в кодах, назначаемых этому пользователю, являются традиционными символами данных.
4. Стандарт долгосрочного развития (LTE) - замена пилотных символов демодуляции на нежесткие пилотные символы для некоторых (или всех) встроенных пилотных символов демодуляции.
Следующие варианты осуществления выполнены с дополнительным рассмотрением (a) поддержки каналов с изменяющимися во времени параметрами, (b) минимизации влияния производительности кодирования и (c) уменьшения влияния на отношение пиковой мощности к средней мощности (PAR).
Фиг. 10 иллюстрирует первый примерный вариант осуществления местоположения мягкого пилотного символа. Нежесткие пилотные символы распределяются во времени, чтобы предоставлять более надежный базис для изменяющихся во времени каналов. Точные местоположения символов могут указываться посредством периодических комбинаций. Чтобы предоставлять возможность усреднения для уменьшения уровня шума оценки, нежесткие пилотные символы могут присутствовать в нескольких кодах в идентичных рассредоточенных местоположениях. В отличие от концентрации нежестких пилотных символов только в одном (или очень небольшом числе кодов) рассредоточенная комбинация по кодам минимизирует влияние на полную производительность канального декодирования.
Фиг. 11 иллюстрирует второй примерный вариант осуществления местоположения мягкого пилотного символа. Вариант осуществления, ранее проиллюстрированный на фиг. 10, является подходящим, только если нежесткие пилотные символы не способствуют существенному увеличению PAR. Если увеличение PAR представляет интерес, может приспосабливаться вариант осуществления по фиг. 11. Местоположения нежестких пилотных символов между различными кодами сдвигаются, чтобы уменьшать увеличение PAR.
Использование нежестких пилотных символов предоставляет несколько выгод. Во-первых, нежесткие пилотные символы являются более надежными, чем окружающие символы, тем самым предоставляя надежную оценку параметров с управлением по решению. Во-вторых, нежесткие пилотные символы могут по-прежнему переносить некоторые данные, в отличие от фиксированных пилотных символов, которые не обеспечивают пропускную способность передачи данных для символа. В-третьих, посредством задания нежестких пилотных символов символами модуляции "постоянной огибающей", вставленными между символами модуляции высшего порядка, нежесткие пилотные символы становятся, в частности, полезными в установлении опорной амплитуды, основной для демодуляции символов модуляции высшего порядка.
Использование нежестких пилотных символов применимо к любой системе проводной или беспроводной связи. Нежесткие пилотные сигналы предоставляют более высокую пропускную способность передачи данных, чем традиционные схемы с применением пилотных сигналов, и не оказывают негативного влияния на производительность, как происходит в случае большинства схем оценки вслепую. Подход на основе нежестких пилотных сигналов требует от приемного устройства использовать подход с применением данных. Тем не менее, в противоположность традиционным подходам с применением данных настоящее изобретение указывает модуляцию и местоположение (во времени/коде/частоте) нежестких пилотных символов так, чтобы приемное устройство знало, что имеются определенные высококачественные символы, которые могут использоваться в подходе с применением данных. Алгоритмы оценки приемного устройства на основе таких символов менее подвержены ошибкам и предоставляют согласованно хорошие оценки параметров и/или качества сигнала.
Приемное устройство HSPA, которое может использовать такие нежесткие пилотные сигналы, полностью описывается ниже в примерном варианте осуществления, состоящем из обобщенного многоотводного (G-многоотводного) когерентного приемного устройства с поддержкой данных. В качестве исходной информации, G-многоотводное когерентное приемное устройство принимает и обрабатывает сигналы WCDMA, подвергающиеся помехам в каналах с дисперсионными свойствами. Эти помехи состоят из собственных помех (межсимвольных помех), помех множественного доступа (помех вследствие ненулевой взаимной корреляции кода) и помех от другой соты (нисходящая линия связи) или другого пользователя (восходящая линия связи). Эти помехи должны подавляться, чтобы достигать хорошей пропускной способности HSDPA. Помимо этого, требования по увеличенной пропускной способности, заданные посредством 3GPP для приемных устройств типа 2 (одноантенный терминал) и типа 3 (двухантенный терминал), не могут удовлетворяться без подавления помех.
Линейные способы для подавления помех, в общем, относятся к категориям коррекции уровня символов псевдошумовой последовательности или уровня символов. Коррекция уровня символов следует традиционной архитектуре разнесенного приема, где принимаемые данные уровня символов псевдошумовой последовательности декодируются с сужением спектра в нескольких задержках, и затем несколько изображений комбинируются. Коррекция уровня символов псевдошумовой последовательности изменяет на противоположное порядок этих операций; принимаемые данные символов шумоподобной последовательности сначала комбинируются с использованием линейного фильтра и затем декодируются с сужением спектра в одной задержке. Эти технологии, в общем, являются эквивалентными с точки зрения производительности.
Фиг. 12 является функциональной блок-схемой G-многоотводного когерентного приемного устройства 20, которое может модифицироваться так, чтобы использовать настоящее изобретение. Приемное устройство может быть реализовано, например, в мобильном терминале или другом устройстве беспроводной связи. Сигналы с расширенным спектром передаются через радиоканал и принимаются в одной или более антеннах приемного устройства. Радиопроцессор (не показан) формирует последовательность оцифрованных выборок 21 сигналов в базовой полосе из принимаемого сигнала и вводит их в G-многоотводное когерентное приемное устройство. В свою очередь, G-многоотводное когерентное приемное устройство 20 демодулирует принимаемые выборки сигналов, чтобы формировать нежесткие значения оценки 22 битов. Эти оценки предоставляются в одну или более дополнительных схем обработки (не показаны) для дополнительной обработки, такой как декодирование с прямой коррекцией ошибок (FEC) и преобразование в речь, текстовые или графические изображения и т.п. Специалисты в данной области техники должны признавать, что конкретный(е) тип(ы) информации, переносимой посредством принимаемого сигнала, и конкретные этапы обработки, применяемой посредством приемного устройства 20, являются функцией от намеченного использования и типа.
Полное описание G-многоотводного когерентного приемного устройства, подходящего для использования с нежесткими пилотными символами настоящего изобретения, предоставляется в публикации находящейся в совместном владении патентной заявки США № 2005/0201447, раскрытие сущности которой полностью содержится в данном документе по ссылке.
Обращаясь сначала к коррекции уровня символов, весовые коэффициенты G-комбинирования отводов для разнесенного приема выполняют когерентное комбинирование, а также подавление помех. Весовые коэффициенты комбинирования задаются посредством следующего:
u
где R - это ковариационная матрица ухудшения и h - это вектор чистых канальных коэффициентов. Следует отметить, что термин "ухудшение" включает в себя и помехи, и шум, тогда как термин "чистый канальный коэффициент" упоминается как канальный коэффициент, который включает в себя эффекты передающих и приемных фильтров, а также канала с замираниями.
u
u
Предусмотрено два общих способа для реализации G-отводного когерентного приемного устройства. Эти способы общеизвестны как непараметрический и параметрический. Терминология в данном документе ориентирована на подход, предпринимаемый для того, чтобы получать ковариационную матрицу ухудшения. Непараметрический способ(ы) является слепым и оценивает R непосредственно из наблюдаемых данных. Параметрический способ предполагает базовую модель и вычисляет R из параметров модели. Примеры обоих способов предоставляются ниже.
Предусмотрено два способа, которыми можно получать непараметрическую оценку ковариационной матрицы ухудшения. Первый подход использует пилотный канал, чтобы оценивать основанные на временном кванте величины:
(2)
С использованием этих величин ковариационная матрица ухудшения может получаться из следующего:
. (3)
u
Другой подход для формирования непараметрической оценки ковариационной матрицы ухудшения заключает в себе использование незанятых кодов трафика, как описано в находящейся в совместном владении и находящейся одновременно на рассмотрении патентной заявке США № 12/135268, поданной 9 июня 2008 года. Значения декодирования с сужением спектра для этих кодов содержат только выборки ухудшения. Эти выборки ухудшения могут использоваться для того, чтобы непосредственно оценивать R следующим образом:
(4)
q
traffic
T
C
Здесь x (k) - это вектор декодирования с сужением спектра символов трафика для q-го кода во время k-го интервала символа, N - это число символов в расчете на код и N - это число кодов.
Параметрический подход для формирования ковариационной матрицы ухудшения зависит от модели для помех, как описано в находящейся в совместном владении опубликованной патентной заявке США № 2005/0201447. Эта модель зависит от радиоканала(ов) между UE и моделируемой базовой станцией(ями). При условии одной обслуживающей базовой станции и J создающих помехи базовых станций модель для ковариационной матрицы ухудшения задается посредством следующего:
(5)
где:
(6)
c
j
c
k
Здесь E(j) - это полная энергия символа шумоподобной последовательности для базовой станции j, g - это вектор коэффициентов радиоканала (среды) для канала между UE и j-той базовой станцией,
представляет свертку фильтров формы передаваемых и принимаемых импульсов, оцениваемых в
,
- это вектор L задержек в канале, соответствующем каналу между UE и j-той базовой станцией, T - это время символа псевдошумовой последовательности и d - это задержка k-го канала разнесенного приема, используемого посредством UE.
Коррекция символов шумоподобной последовательности поясняется в работе G. Klutz et al. "Sparse Chip Equalizer for DS-CDMA Downlink Receivers", IEEE Communication Letters, издание 9, номер 1, стр. 10-12, 2005. Согласно Klutz принимаемый сигнал на уровне символов псевдошумовой последовательности задается посредством следующего:
. (7)
Здесь r - это блок N+L-1 принимаемых символов псевдошумовой последовательности, H - это матрица свертки Теплица размера
, столбцами которой являются сдвинутые по времени версии импульсной характеристики h канала с разбросом задержек L (разнесенная на символ и субсимвол шумоподобной последовательности версия чистых канальных коэффициентов), v представляет белый гауссов шум вследствие соседних базовых станций и теплового шума и c - это передаваемая последовательность символов шумоподобной последовательности. Фильтр f корректора символов шумоподобной последовательности, который подавляет помехи в уравнении (7), является решением для следующего:
, (8)
где:
p
где C - матрица скремблирования и расширения пилотных сигналов размера N на S и
p - последовательность пилотных символов.
Следует отметить, что допускается, что в расчете на блок данных предусмотрено S пилотных символов и что столбцы матрицы R являются сдвинутыми по времени версиями принимаемого сигнала r уровня символов псевдошумовой последовательности.
Аналогично G-многоотводному когерентному приемному устройству предусмотрено несколько способов формировать фильтр корректора символов шумоподобной последовательности. Можно использовать параметрический подход, непараметрический подход и подход прямой адаптации. Параметрические и непараметрические формы отличаются (главным образом) по тому, как вычисляется матрица A. Непараметрическая форма использует непосредственно принимаемые данные символов шумоподобной последовательности, чтобы вычислять матрицу A через следующее:
. (9)
Напротив, параметрическая форма работает вместо этого с импульсной характеристикой канала и мощностями обслуживающей базовой станции и белого гауссова шума. Записи матрицы A для параметрической формы могут быть записаны следующим образом:
, (10)
or
oc
где
- это задержка k-го отвода корректора символов шумоподобной последовательности, I- это мощность обслуживающей базовой станции и I - это мощность белого гауссового шума. Подход прямой адаптации трактует проблему коррекции как проблему адаптивной фильтрации. Он использует общий пилотный сигнал как известный базис, чтобы обучать отводы фильтра с использованием любого из общих алгоритмов адаптивной фильтрации (LMS, RLS и т.д.).
Существующие параметрические и непараметрические подходы к коррекции имеют различные сильные и слабые стороны. Сильные и слабые стороны параметрических/непараметрических подходов G-многоотводного когерентного приемного устройства поясняются ниже. Допускается, что эти сильные/слабые стороны применяются также для коррекции символов шумоподобной последовательности.
Сильная сторона параметрического подхода состоит в том, что производительность (BER, BLER или пропускная способность) является относительно нечувствительной к скорости UE. Основная слабая сторона параметрического подхода заключается в том, что он основывается на информации канала, разрабатываемой посредством модуля поиска тракта/модуль оценки задержки. Если эта информация является некорректной, то эффективная характеристика ухудшения некорректно моделируется, приводя к ухудшению производительности.
Сильная сторона непараметрического подхода заключается в том, что он является технологией вслепую. Отсутствует конкретная модель для помех, так что все помехи захватываются посредством оценочного подхода. Этот подход вслепую, тем не менее, также косвенно является слабой стороной. Подходы вслепую типично требуют значительной величины "обучающих" данных для того, чтобы хорошо работать. Пилотный канал имеет только 10 символов в расчете на временной квант, тем самым основанный на пилотных сигналах подход к оценке ковариации требует значительного сглаживания (фильтрации) для того, чтобы хорошо работать. Сглаживание ограничивает эффективность подхода низкой скоростью. Подход неиспользуемого кода является очень эффективным, если набор неиспользуемых кодов может быть идентифицирован. Тем не менее, идентификация неиспользуемых кодов в нисходящей линии связи является весьма проблематичной.
Следует отметить, что имеется дополнительная слабая сторона, внутренне присущая в существующих технологиях коррекции. Оказывается, имеется непреодолимый минимальный уровень ошибки (т.е. максимально допустимый порог производительности) для практических реализаций приемного устройства на основе существующего стандарта. Подобных явлений не возникает для первичного приемного устройства. Чтобы увеличивать пиковые скорости передачи данных, предлагаемые на практике, практическое приемное устройство должно более близко имитировать производительность первичного приемного устройства. Предполагается, что WCDMA версия 9 должна добавлять больше пилотных символов так, что непараметрические приемные устройства и/или приемные устройства с прямой адаптацией должны работать лучше. Настоящее изобретение предлагает альтернативу этому подходу, которая только незначительно уменьшает пиковую пропускную способность и при этом практически приближается к производительности первичного приемного устройства.
В двухпроходном G-многоотводном когерентном приемном устройстве настоящего изобретения первый проход вычисляет набор "приблизительных" или "грубых" весовых коэффициентов комбинирования. Эти весовые коэффициенты комбинирования используются для того, чтобы когерентно комбинировать символы из одного или более кодов трафика. Комбинированные значения заново масштабируются к некоторой целевой мощности созвездия, и жесткие решения по символам принимаются (т.е. без участия декодера). Жесткие решения по символам затем используются как пилотные символы демодуляции, и ковариационная матрица ухудшения пересчитывается непараметрически с использованием этих пилотных символов демодуляции. Из пересчитанной ковариационной матрицы ухудшения вычисляется набор весовых коэффициентов комбинирования второго прохода. Эти весовые коэффициенты комбинирования используются для того, чтобы когерентно комбинировать все данные трафика. При использовании нежестких пилотных символов работа приемного устройства является идентичной за исключением того, что весовые коэффициенты комбинирования первого прохода применяются только к нежестким пилотным символам.
Фиг. 13 является блок-схемой последовательности операций способа, иллюстрирующей примерный вариант осуществления способа обработки, выполняемого посредством двухпроходного G-многоотводного когерентного приемного устройства настоящего изобретения. На этапе 31 создаются весовые коэффициенты комбинирования первого прохода. На этапе 32a значения декодирования с сужением спектра для одного или более кодов когерентно комбинируются с использованием весовых коэффициентов комбинирования первого прохода. Альтернативно, процесс может переходить к этапу 32b, на котором значения декодирования с сужением спектра, соответствующие нежестким пилотным символам, когерентно комбинируются, чтобы создавать оценки символов. На этапе 33 оценки символов заново масштабируются к некоторой целевой мощности созвездия. На этапе 34 жесткие решения по символам принимаются для заново масштабируемых оценок символов с учетом созвездия, используемого для передачи. На этапе 35 жесткие решения по символам используются для того, чтобы непараметрически оценивать ковариационную матрицу ухудшения. На этапе 36 весовые коэффициенты комбинирования второго прохода вычисляются с использованием оцененной ковариационной матрицы ухудшения. На этапе 37 все данные трафика комбинируются с использованием весовых коэффициентов комбинирования второго прохода.
Этот процесс может быть реализован по-разному в зависимости от сценария. Для сценариев однопоточного SISO/SIMO/MIMO имеются две разновидности. Аналогично, для сценария двухпоточного MIMO имеются, по меньшей мере, две разновидности. Каждая разновидность описывается в альтернативном варианте осуществления ниже.
Во-первых, вариант осуществления уровня символов однопоточного SISO/SIMO описывается. Для первого прохода демодуляции весовые коэффициенты комбинирования вычисляются через следующее:
, (11)
где:
(12)
p
p
c
t
В вышеприведенном уравнении x(n,m) представляет вектор декодированных с сужением спектра значений общих пилотных сигналов, соответствующих m-му интервалу пилотного символа во время n-го временного кванта,
представляет вектор декодированных с сужением спектра значений трафика, соответствующих k-му интервалу символа трафика во время n-го временного кванта для c-го кода, N - это число общих контрольных символов в расчете на временной квант, N- это число кодов трафика, используемых для оценки, и N - это число символов данных в расчете на временной квант.
first
Допускается, что один код трафика используется для того, чтобы создавать оценки символов (отметим: то, что приводится далее, может легко быть расширено на несколько кодов трафика). Весовые коэффициенты w комбинирования первого прохода применяются к коду f трафика, чтобы создавать оценки символов через следующее:
. (13)
Эти оценки символов транслируются в жесткие решения по символам посредством нормализации энергии оценок символов к некоторой целевой мощности созвездия (к примеру, единичной) и последующего выбора точки созвездия, ближайшей к каждой оценке символа. Эта процедура может описываться математически следующим образом:
(14)
где k(j) - это значение j-той точки созвездия, взятой из набора точек S созвездия. Жесткие решения затем используются для того, чтобы составлять более точную оценку ковариационной матрицы ухудшения через следующее:
(15)
Более точная оценка ковариационной матрицы ухудшения затем используется для того, чтобы вычислять весовые коэффициенты комбинирования второго прохода:
, (16)
и весовые коэффициенты комбинирования второго прохода используются для того, чтобы когерентно комбинировать все данные трафика декодирования с сужением спектра.
Другим вариантом осуществления является вариант осуществления уровня символов псевдошумовой последовательности/уровня символов однопоточного SISO/SIMO. Этот вариант осуществления является идентичным варианту осуществления уровня символов за исключением того, что матрица
, используемая для того, чтобы вычислять весовые коэффициенты комбинирования первого прохода
(17)
вычисляется из данных уровня символов псевдошумовой последовательности. Непараметрический способ для реализации этого описывается выше в разделе предшествующего уровня техники. В частности, приспосабливается способ уравнения (9), в котором столбцы матрицы R являются сдвинутыми по времени версиями принимаемого сигнала r уровня символов псевдошумовой последовательности. Настройка
выполняется, и затем весовые коэффициенты комбинирования первого прохода вычисляются. Оставшаяся часть варианта осуществления осуществляется на уровне символов и является идентичной варианту осуществления уровня символов однопоточного SISO/SIMO.
Другим вариантом осуществления является вариант осуществления уровня символов двухпоточного MIMO. Это описание предполагает, что схема D-TxAA MIMO-передачи, стандартизированная в WCDMA версии 7, используется, хотя изобретение является достаточно общим, чтобы покрывать другие MIMO-схемы 2x2. Для первого прохода демодуляции весовые коэффициенты комбинирования вычисляются через следующее:
. (18)
где:
. (19)
p
p
c
t
1
2
1
2
В вышеприведенном уравнении x(n,m) представляет вектор декодированных с сужением спектра значений общих пилотных сигналов, соответствующих m-му интервалу пилотного символа во время n-го временного кванта,
представляет вектор декодированных с сужением спектра значений трафика, соответствующих k-му интервалу символа трафика во время n-ого временного кванта для c-го кода, N - это число общих контрольных символов в расчете на временной квант, N - это число кодов трафика, используемых для оценки, N - это число символов данных в расчете на временной квант, s(m) - это m-тый пилотный символ, передаваемый из антенны 1, s(m) - это m-тый пилотный символ, передаваемый из антенны 2, и b и b - это столбцы матрицы B предварительного кодирования, используемой для того, чтобы передавать потоки 1 и 2 (т.е.
).
Допустим, что один код трафика используется для того, чтобы создавать оценки символов (отметим: то, что приводится далее, может легко быть расширено на несколько кодов трафика). Весовые коэффициенты
и
комбинирования первого прохода применяются к коду f трафика, чтобы создавать оценки символов через следующее:
. (20)
Эти оценки символов транслируются в жесткие решения по символам посредством нормализации энергии оценок символов к некоторой целевой мощности созвездия и последующего выбора точки созвездия, ближайшей к каждой оценке символа. Эта процедура может описываться математически следующим образом:
(21)
(j)
где k - это значение j-той точки созвездия, взятой из набора точек S созвездия.
Жесткие решения затем используются для того, чтобы составлять более точную оценку ковариационной матрицы ухудшения через следующее:
(22)
Более точная оценка ковариационной матрицы ухудшения затем используется для того, чтобы вычислять весовые коэффициенты комбинирования второго прохода:
, (23)
и весовые коэффициенты комбинирования второго прохода используются для того, чтобы когерентно комбинировать все данные трафика декодирования с сужением спектра для обоих потоков.
Отметим, что для первого прохода приемного устройства
может получаться с использованием параметрического G-многоотводного когерентного формулирования. Имеется значительное преимущество для этого подхода, если используется QAM-модуляция.
Другим вариантом осуществления является вариант осуществления уровня символов псевдошумовой последовательности/уровня символов двухпоточного MIMO. Этот вариант осуществления является идентичным варианту осуществления уровня символов за исключением того, что матрица
, используемая для того, чтобы вычислять весовые коэффициенты комбинирования первого прохода
(24)
вычисляется из данных уровня символов псевдошумовой последовательности. Непараметрический способ для реализации этого описывается выше. В частности, приспосабливается способ уравнения (9), в котором столбцы матрицы R являются сдвинутыми по времени версиями принимаемого сигнала r уровня символов псевдошумовой последовательности. Настройка
выполняется, и затем весовые коэффициенты комбинирования первого прохода вычисляются. Оставшаяся часть варианта осуществления осуществляется на уровне символов и является идентичной варианту осуществления уровня символов двухпоточного MIMO.
Специалисты данной области техники должны признавать, что инновационные идеи, описанные в настоящей заявке, могут модифицироваться и варьироваться согласно широкому спектру вариантов применения. Соответственно, объем заявленного изобретения не должен быть ограничен ни одной из конкретных примерных идей, поясненных выше, а, наоборот, должен задаваться посредством прилагаемой формулы изобретения.