ПЕРЕДАЧА ПИЛОТНОЙ ИНФОРМАЦИИ И СИГНАЛИЗАЦИИ ПО ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ В БЕСПРОВОДНЫХ КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
PILOT INFORMATION TRANSMISSION AND SIGNALING BY UPPERLINK IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
[0001] Настоящая заявка на патент притязает на приоритет как предварительной заявки на патент США № 60/422,368, поданной 29 октября 2002, озаглавленной "Uplink Pilot and Signaling Transmission In Wireless Communication Systems", так и предварительной заявки на патент США № 60/422,362, поданной 29 октября 2002, озаглавленной "Channel Estimation for OFDM Communication Systems", которые включены в настоящее описание во всей своей полноте в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение относится, в общем случае, к обмену данными, а более точно к способам передачи пилотной информации и информации сигнализации (например, управление скоростью) по восходящей линии в беспроводной коммуникационной системе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Беспроводные коммуникационные системы широко распространены и обеспечивают различные виды связи, такой как голосовая, пакетных данных, и т.п. Такие системы могут представлять собой системы с множественным доступом, выполненные с возможностью поддержки связи с множеством пользователей последовательно или одновременно совместно используя доступные системные ресурсы. Примеры таких систем с множественным доступом включают в себя системы множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), системы множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и системы множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA).
[0004] Системы OFDM используют мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) для эффективного разделения всей полосы пропускания системы на некоторое количество (N) ортогональных подполос. Эти подполосы также называются тонами, частотными бинами и частотными подканалами. Каждая подполоса может рассматриваться как независимый канал передачи, который может быть использован для передачи данных.
[0005] В беспроводной коммуникационной системе модулированный радиочастотный (РЧ) сигнал из передатчика может доходить до приемника по множеству путей распространения. Характеристики путей распространения обычно меняются с течением времени, благодаря нескольким факторам. Для систем OFDM, N подполос могут обладать различными состояниями канала и могут иметь различные величины отношения сигнал/шум (ОСШ).
a priori
[0006] Обычно требуется точная оценка отклика беспроводного канала между передатчиком и приемником для эффективной передачи данных по доступным поддиапазонам. Оценку канала обычно выполняют, посылая пилот-сигнал от передатчика и измеряя пилот-сигнал в приемнике. Поскольку пилот-сигнал составлен из символов, которые известны приемнику , отклик канала можно оценить как отношение принятых символов пилот-сигнала к переданным символам пилот-сигнала.
[0007] Передача пилот-сигнала относится к служебной информации в беспроводной коммуникационной системе. Следовательно, является желательным минимизировать передачу пилот-сигнала насколько это возможно. Однако, вследствие наличия шума и других артефактов в беспроводном канале необходима передача пилот-сигнала в значительном объеме для того, чтобы приемник получил достаточно аккуратную оценку отклика канала. Помимо того, вследствие наличия вкладов путей распространения в отклик канала и вследствие того, что сами пути распространения обычно меняются со временем, передачу пилот-сигнала необходимо повторять. Промежуток времени, в течение которого беспроводной канал может рассматриваться как относительно постоянный, часто называют временем когерентности канала. Для поддержания высокой производительности системы, повторяющиеся передачи пилот-сигнала должны быть расположены значительно ближе, чем время когерентности канала.
[0008] В нисходящей линии беспроводной коммуникационной системы одна передача пилот-сигнала от точки доступа (или базовой станции) может быть использована несколькими терминалами для оценки отклика отдельных каналов от точки доступа до каждого из терминалов. Для восходящей линии канал от каждого терминала до точки доступа обычно требует оценки посредством отдельных передач пилот-сигнала от каждого терминала.
[0010] Таким образом, в беспроводной коммуникационной системе каждому из множества терминалов может требоваться передача пилот-сигнала по восходящей линии в точку доступа. Более того, может потребоваться передача по восходящей линии информации сигнализации, такой как информация управления скоростью и подтверждения для передачи по нисходящей линии. Передачи по восходящей линии выполняют способом мультиплексирования с разделением времени (TDM), каждому терминалу может быть назначен временной слот, и затем терминал передает свой пилот-сигнал и информацию сигнализации в назначенном временном слоте. В зависимости от количества активных терминалов и продолжительности временных слотов для передачи пилот-сигнала и информации сигнализации может быть занята относительно большая доля передачи по восходящей линии. Указанная неэффективность при передаче по восходящей линии пилот-сигнала и информации сигнализации обострена в системе OFDM, где емкость передачи данных для наименьшей единицы передачи (обычно одного символа OFDM) может быть довольно большой.
[0011] Следовательно, в данной области техники существует потребность в более эффективных способах передачи пилот-сигнала и информации сигнализации в беспроводных коммуникационных системах (например, системах OFDM).
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] В настоящем описании предложены способы более эффективной передачи пилот-сигнала и информации сигнализации по восходящей линии в беспроводных коммуникационных системах. При мультиплексировании поддиапазонов, М используемых поддиапазонов могут быть разделены на Q непересекающихся групп поддиапазонов, где каждый поддиапазон включен только в одну группу, либо не включен ни в одну из групп. Каждая группа поддиапазонов затем может быть назначена отдельному терминалу. Множество терминалов могут одновременно вести передачу на назначенных им поддиапазонах.
[0013] При использовании мультиплексирования поддиапазонов можно выполнить точную оценку канала для каждого терминала по всей доступной для использования полосе, основываясь на передаче пилот-сигнала только по небольшому подмножеству используемых поддиапазонов. Если полная энергия, используемая для передачи пилот-сигнала по S поддиапазонам, поддерживается равной используемой в противном случае для передачи пилот-сигнала по всем М используемым поддиапазонам, то в этом случае возможна передача пилот-сигнала только по S поддиапазонам для точной интерполяции отклика канала для остальных M-S поддиапазонов.
[0014] Один из вариантов осуществления предоставляет способ передачи пилот-сигнала по восходящей линии в беспроводной коммуникационной системе (например, системе OFDM) с множеством поддиапазонов. Согласно указанному способу М используемых поддиапазонов, подходящих для передачи данных в системе изначально разделяют на Q непересекающихся групп поддиапазонов. Q групп могут включать в себя одинаковое или различное количество поддиапазонов, и поддиапазоны в каждой группе могут быть равномерно или неравномерно распределены среди М используемых поддиапазонов. Различные группы поддиапазонов назначают каждому из одного или нескольких терминалов для передачи пилотных сигналов по восходящей линии. Затем передачу пилот-сигнала принимают от одного или нескольких терминалов на назначенной группе поддиапазонов. Для каждого терминала мощность передачи пилот-сигнала в каждом поддиапазоне может быть установлена выше (например, на коэффициент Q), так что используется такая же полная энергия пилот-сигнала, даже учитывая то, что передачу пилот-сигнала ведут по S, а не по М поддиапазонам. Масштабирование мощности может быть выполнено таким образом, что будет известна полная мощность передачи, доступная в каждом терминале, удовлетворены ограничения на мощность (например, регуляторные ограничения) и стоимость компонентов аппаратных средств увеличится незначительно (если увеличится вообще). Затем может быть выведена оценка канала для каждого терминала, основываясь на пилот-сигнале, принятом на поддиапазонах, назначенных данному терминалу. Оценка канала для каждого терминала может покрывать один или несколько дополнительных поддиапазонов, не включенных в группу, назначенную данному терминалу. Например, оценка канала может включать в себя отклик для всех М используемых поддиапазонов.
[0015] Мультиплексирование поддиапазонов также может быть использовано для передачи информации сигнализации по восходящей линии. Информация сигнализации может содержать информацию управления скоростью, используемую для передачи данных по нисходящей линии, подтверждение для данных, принятых по нисходящей линии, и т.д.
[0016] Различные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0017] Отличительные особенности, сущность и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из нижеследующего подробного описания при рассмотрении вместе с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы и на которых:
[0018] Фиг.1 иллюстрирует систему OFDM, которая поддерживает множество пользователей;
[0019] Фиг.2, 3 и 4 иллюстрируют структуру кадра, структуру поддиапазона OFDM и структуру поддиапазона OFDM, поддерживающую мультиплексирование поддиапазонов соответственно;
[0020] На Фиг.5 показан процесс передачи пилот-сигнала по восходящей линии с использованием мультиплексирования поддиапазонов;
[0021] Фиг.6 иллюстрирует структуру кадра, поддерживающую мультиплексирование поддиапазонов, для передачи пилот-сигнала и сигнализации по восходящей линии;
[0022] Фиг.7 представляет собой блок-схему точки доступа и терминала в системе OFDM; и
[0023] На Фиг.8А-8С показаны графики возможной экономии, которая может быть получена с мультиплексированием поддиапазонов при передаче пилот-сигнала и информации сигнализации по восходящей линии.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024] Слово "иллюстративный" используется в настоящем описании в значении "служащий в качестве примера или иллюстрации". Вариант осуществления или конструкция, описанные в настоящем описании как "иллюстративные" не следует рассматривать как предпочтительные или имеющие преимущество по сравнению с другими вариантами осуществления или конструкциями.
[0025] Способы передачи пилот-сигнала и информации сигнализации, изложенные в настоящем описании, могут быть использованы с различными типами беспроводных коммуникационных систем. Например, эти способы могут быть использованы в системах CDMA, TDMA, FDMA и ODFM. Эти способы также могут быть использованы в гибридных системах, таких как система OFDM TDM, которая передает пилот-сигнал/сигнализацию и данные трафика, используя мультиплексирование с разделением времени, посредством чего ODFM используют для передачи пилот-сигнала/сигнализацию, а для данных трафика используют другую схему передачи. Для ясности эти способы описаны ниже для случая системы OFDM.
[0026] Фиг.1 иллюстрирует систему 100 OFDM, поддерживающую множество пользователей. Система 100 OFDM включает в себя множество точек 110 доступа (ТД), которые поддерживают связь с множеством терминалов (Т) 120. Для простоты на Фиг.1 показана только одна точка доступа. Точка доступа также может называться базовой станцией или каким-либо другим образом.
[0027] Терминалы 120 могут быть распределены по системе. Терминал также может называться мобильной станцией, удаленной станцией, терминалом доступа или каким-либо другим образом. Каждый терминал может быть фиксированным или мобильным терминалом, способным обмениваться данными с одной или, возможно, с несколькими точками доступа по нисходящей линии и/или восходящей линии в любой момент времени. Нисходящая линия (или прямая линия) представляет собой передачу от точки доступа в терминал, и восходящая линия (или обратная линия) обозначает передачу от терминала в точку доступа.
[0028] На Фиг.1 точка доступа 110 обменивается данными с пользовательскими терминалами 120а-120f по нисходящей линии и восходящей линиям. В зависимости от конкретной конструкции системы OFDM, точка доступа может обмениваться данными с множеством терминалов одновременно (например, по множеству поддиапазонов) или последовательно (например, по множеству временных слотов).
[0029] Фиг.2 иллюстрирует структуру кадра 200, который может использоваться в системе OFDM, если как для нисходящей линии, так и для восходящей линии используют одну полосу частот. В этом случае нисходящая линия и восходящая линия могут совместно использовать одну полосу частот, используя дуплексную связь с временным разделением (TDD).
[0030] Как показано на Фиг.2, передачи по нисходящей линии и восходящей линии происходят в элементах "кадр МАС". Каждый кадр МАС может быть определен как покрывающий конкретный временной интервал. Каждый кадр МАС разделен на фазу 210 нисходящей линии и фазу 220 восходящей линии. Передачи по нисходящей линии ко множеству терминалов могут мультиплексироваться на фазе нисходящей линии с использованием мультиплексирования с временным разделением (TDM). Аналогично, передачи по восходящей линии от множества терминалов могут мультиплексироваться на фазе восходящей линии с использованием TDM. Для конкретного варианта реализации TDM, показанного на Фиг.2, каждая фаза дополнительно разделена на множество временных слотов (или просто слотов) 230. Слоты могут иметь фиксированную или меняющуюся длительность, и длительность слотов может быть одинаковой или различной для фаз восходящей линии и нисходящей линии. Для такого варианта реализации TDM, каждый слот 230 в фазе восходящей линии включает в себя сегмент 232 пилот-сигнала, сегмент 234 сигнализации и сегмент 236 данных. Сегмент 232 используют для передачи пилот-сигнала по восходящей линии от терминала к точке доступа, сегмент 234 используют для передачи сигнализации (например, управления скоростью, подтверждения и т.д.), и сегмент 236 используют для передачи данных.
[0031] Слоты в фазе восходящей линии каждого кадра МАС могут быть назначены одному или нескольким терминалам для передачи по восходящей линии. Каждый терминал затем ведет передачу в назначенном ему слоте (слотах).
[0032] Структура 200 кадра представляет конкретную реализацию, которая может быть использована в системе OFDM, если доступна только одна полоса частот. Если доступны две полосы частот, тогда передачи по нисходящей линии и восходящей линии могут вестись на отдельных полосах частот с использованием дуплексной передачи с частотным разделением каналов (FDD). В этом случае фаза нисходящей линии может быть реализована на одной полосе частот, а фаза восходящей линии может быть реализована на другой полосе частот.
[0033] Способы передачи пилот-сигнала и сигнализации, изложенные в настоящем описании могут быть использованы для кадров, имеющих структуру, основанную как на TDD, так и на FDD. Для простоты эти способы описаны конкретно для кадров, имеющих структуру, основанную как на TDD.
[0034] На Фиг.3 показана структура 300 поддиапазона OFDM, которая может быть использована в системе OFDM. Система OFDM имеет общую ширину полосы частот W МГц, которая разделена на N ортогональных поддиапазонов, использующих OFDM. Каждый поддиапазон имеет ширину полосы частот W/N МГц. Изо всех N поддиапазонов только М поддиапазонов используют для передачи данных, причем M<N. Остальные N-M поддиапазонов не используются и служат в качестве защитных полос, позволяющих системе OFDM удовлетворять требованиям на ее спектральную маску. М "используемых" поддиапазонов включают в себя поддиапазоны от F до M+F-1.
[0035] Для OFDM, данные, предназначенные для передачи, сначала модулируют (т.е. выполняют отображение символов), используя конкретную схему модуляции, выбранную для использования для данного поддиапазона. Для N-M неиспользуемых поддиапазонов значение сигнала устанавливают в ноль. Для каждого периода символа, М символов модуляции и N-M нулей для всех N поддиапазонов преобразуют во временной домен при помощи обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) для получения преобразованных символов, которые содержат N выборок во временном домене. Длительность каждого преобразованного символа обратно пропорциональна ширине полосы частот каждого поддиапазона. Например, если ширина полосы системы составляет W=20 МГц и N=256, тогда ширина полосы каждого поддиапазона составляет 78,125 кГц, и длительность каждого преобразованного символа составляет 12,8 мкс.
[0036] OFDM может обеспечить определенные преимущества, например возможность противодействовать частотно-селективному замиранию, которое характеризуется различными усилениями канала на различных частотах полной полосы частот системы. Хорошо известно, что частотно-селективное замирание вызывает межсимвольную интерференцию (ISI), представляющую собой явление, при котором каждый символ в принимаемом сигнале действует как искажение для последующих символов в принимаемом сигнале. ISI искажения ухудшают производительность, влияя на возможность правильного детектирования принятых символов. Частотно-селективному замиранию при OFDM обычно противодействуют, повторяя часть (или добавленный циклический префикс) каждого преобразованного символа при формировании соответствующего символа OFDM, который затем передают.
[0037] Длина циклического префикса (т.е. количество повторений) для каждого символа OFDM зависит от разброса задержек в канале. Разброс задержек для данного передатчика представляет собой разницу между моментами самого раннего и самого позднего прибытия сигнала в приемник, для сигнала, переданного этим передатчиком. Разброс задержек для системы представляет собой наихудший ожидаемый случай разброса задержек для всех терминалов системы. Для эффективного противодействия ISI циклический префикс должен иметь длину, превышающую разброс задержек.
[0038] Каждый преобразованный символ имеет длительность N периодов выборки, причем каждый период выборки имеет длительность (1/W) мкс. Циклический префикс может быть определен, как содержащий Ср выборок, где Ср является целым, которое больше или равно количеству отводов (L) для импульсного отклика беспроводного канала (т.е. Ср≥L). В этом случае каждый символ OFDM включает в себя N+Ср выборок и каждый период символа длиться N+Ср периодов выборок.
ПЕРЕДАЧА ПИЛОТ-СИГНАЛА ПО ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ
[0039] В некоторых системах OFDM пилот-сигналы передаются по восходящей линии терминалами, чтобы дать возможность точке доступа выполнить оценку восходящего канала. Если используется структура кадра TDD-TDM, показанная на Фиг.2, тогда каждый терминал может передавать свой пилот-сигнал по восходящей линии в сегменте пилот-сигнала назначенного ему слота. Обычно каждый терминал передает пилот-сигнал по восходящей линии на всех М используемых поддиапазонах при полной мощности передачи. Это дает возможность точке доступа выполнить оценку отклика восходящего канала для всей используемой полосы. Хотя такая схема передачи пилот-сигнала по восходящей линии является эффективной, она также не эффективна, поскольку относительно большая доля фазы восходящей линии может использоваться для передачи пилот-сигналов всеми активными терминалами. Сегменты пилот-сигналов для всех активных терминалов могут составлять значительную часть фазы восходящей линии.
[0040] В настоящем описании предлагаются способы более эффективной передачи пилот-сигнала по восходящей линии в системе OFDM. Для того чтобы быть эффективной, схема передачи пилот-сигнала должна быть выполнена таким образом, что точные оценки каналов могут быть получены для каждого активного терминала, основываясь на передаче пилот-сигнала по восходящей линии для данного терминала. Однако было установлено, что качество оценок канала в общем случае определяется полной энергией пилот-сигнала, а не особенностями схемы передачи пилот-сигнала. Полная энергия пилот-сигнала равна мощности передачи, используемой для пилот-сигнала, умноженной на длительность передачи пилот-сигнала.
[0041] Точная оценка канала может быть получена для всей используемой полосы, основываясь на передаче пилот-сигнала только в S поддиапазонах, где S выбирают таким образом, что Ср≤S≤М и обычно много меньше чем М. Один такой способ оценки канала описан в вышеупомянутой предварительной заявке на патент США №60/422,638, предварительной заявке на патент США №60/422,632 и предварительной заявке на патент США [индекс патентного поверенного №020718]. Фактически, можно показать, что если полная энергия, используемая для передачи пилот-сигнала в S поддиапазонах, равна полной энергии, используемой для передачи пилот-сигнала во всех М поддиапазонах, то возможна точная интерполяция отклика канала для других M-S поддиапазонов, основываясь на передаче пилот-сигнала в S поддиапазонах, используя упомянутые выше способы оценки канала. Другими словами, при одинаковой полной энергии пилот-сигнала интерполированный отклик канала для M-S поддиапазонов обычно имеет такое же качество (например, в среднем такую же среднеквадратичную ошибку), что и оценка канала, основанная на передаче пилот-сигнала на всех М поддиапазонах.
[0042] Для обеспечения возможности одновременной передачи пилот-сигналов по восходящей линии для множества терминалов может быть использовано мультиплексирование поддиапазонов. Для реализации мультиплексирования поддиапазонов М используемых поддиапазона могут быть разделены на Q непересекающихся групп поддиапазонов таким образом, что каждый используемый поддиапазон входит только в одну группу, либо не входит ни в одну из групп. Q групп могут включать в себя одинаковое или разное количество поддиапазонов, и поддиапазоны в каждой группе могут быть распределены равномерно или неравномерно по М используемым поддиапазонам. Также не является обязательным использование всех М поддиапазонов в Q группах (т.е. некоторые используемые поддиапазоны могут не использоваться при передаче пилот-сигнала).
[0043] В одном из вариантов осуществления каждая группа включает в себя S поддиапазонов, причем  и , где "" обозначает оператор получения наименьшего целого. Количество поддиапазонов в каждой группе должно быть равным или большим разбросу задержек таким образом, что уменьшаются эффекты ISI и может быть получена более точная оценка канала.
[0044] На Фиг.4 показан вариант осуществления структуры 400 пилот-сигнала OFDM, которая может использоваться в системе OFDM и которая поддерживает мультиплексирование поддиапазонов. В этом варианте осуществления М используемых поддиапазонов изначально разделяют на S непересекающихся наборов, причем каждый набор включает в себя Q непрерывно следующих друг за другом поддиапазонов. Q поддиапазонов в каждом наборе назначают Q группам таким образом, что i-й поддиапазон в каждом наборе назначен i-й группе. При этом S поддиапазонов в каждой группе будут равномерно распределены по М используемым поддиапазонам таким образом, что следующие друг за другом поддиапазоны в группе разделены Q поддиапазонами. М поддиапазонов могут быть распределены в Q групп любым другим способом, что находится в пределах объема настоящего изобретения.
[0045] Q групп поддиапазонов могут быть назначены не более чем Q терминалам для передачи пилот-сигнала по восходящей линии. При этом каждый терминал передает пилот-сигнал в назначенных ему поддиапазонах. При мультиплексировании поддиапазонов не более чем Q терминалов могут одновременно передавать пилот-сигналы по восходящей линии не более чем по М используемым поддиапазонам. Это позволяет значительно уменьшить время, необходимое для передачи пилот-сигнала по восходящей линии.
[0046] Для того чтобы обеспечить точке доступа возможность получения оценок канала высокого качества, каждый терминал может увеличить мощность передачи на поддиапазон на коэффициент Q. Это приводит к тому, что общая энергия пилот-сигнала для передачи пилот-сигнала на S назначенных поддиапазонов будет такой же, как и в случае, когда для передачи пилот-сигнала используют все М поддиапазонов. Такая же общая энергия пилот-сигнала дает возможность точке доступа оценить отклик канала по всей используемой полосе, основываясь на наборе из М используемых поддиапазонов с небольшой потерей или без потери качества, как описано ниже.
[0047] Система OFDM может работать в полосе частот, имеющей ограничение по мощности на МГц, составляющее Р дБ·мВт/МГц и полное ограничение по мощности составляет P·W дБ·мВт. Например. 5 ГГц полоса UNII включает в себя три 20 МГц полосы частот, обозначенных UNII-1, UNII-2 и UNII-3. Эти три полосы частот имеют ограничения общей мощности передачи 17, 24 и 30 дБ·мВт и ограничения мощности на МГц 4, 11 и 17 дБ·мВт/МГц соответственно. Ограничение мощности на терминал может быть выбрано исходя из самого низкого ограничения по мощности для трех полос частот так, что ограничение мощности на МГц составит 4 дБ·мВт/МГц и ограничение общей мощности P·W=17 дБ·мВт.
[0048] Группы поддиапазонов могут быть сформированы таким образом, что полная мощность передачи может быть использована для передачи пилот-сигнала по восходящей линии, даже если ограничения на полную мощность и мощности на МГц наложены на каждый терминал. В частности, если расстояние между поддиапазонами в каждой группе составляет приблизительно 1 МГц, тогда каждый терминал может передавать пилот-сигнал по восходящей линии на S поддиапазонов, назначенных ему с мощностью на 1 поддиапазон, составляющей Р дБ·мВт, и при этом удовлетворять условию ограничения мощности на МГц. При этом общая мощность передачи S поддиапазонов составляет P·S дБ·мВт, что приблизительно равно P·W дБ·мВт, поскольку S≈W в силу разделения 1 МГц. В общем случае ограничения полной мощности и мощности на МГц могут быть удовлетворены при помощи подходящего масштабирования при условии, что S>W, где W приведено в единицах МГц.
[0049] В иллюстративной системе OFDM ширина полосы системы составляет W=20 МГц, N=256 и М=224. Структура пилот-сигнала OFDM включает в себя Q=12 групп, причем каждая группа включает в себя S=18 поддиапазонов. Для такой структуры пилот-сигнала 216 или 224 используемых поддиапазонов могут использоваться одновременно для передачи пилот-сигнала по восходящей линии, а оставшиеся 8 поддиапазонов не используются.
[0050] В общем случае величина мощности передачи, которая может использоваться в каждом поддиапазоне, в каждой группе зависит от различных факторов, таких как (1) ограничение общей мощности и мощности на МГц и (2) распределение поддиапазонов в каждой группе. Терминалы могут передавать пилот-сигнал по восходящей линии с полной мощностью, даже если расстояние между поддиапазонами не является однородным и/или не превышает 1 МГц. Определенные величины мощности для использования в поддиапазонах определяют, основываясь на распределении поддиапазонов в Q группах. Для простоты предположим, что S поддиапазонов в каждой группе распределены равномерно и отделены требуемым минимальным интервалом (например, по меньшей мере, 1 МГц).
[0051] Фиг.5 представляет собой диаграмму последовательности операций варианта осуществления процесса 500 для передачи пилот-сигнала по восходящей линии, используя мультиплексирование поддиапазонов. Сначала М используемых поддиапазонов разделяют на Q непересекающихся групп поддиапазонов (этап 512). Это разделение может быть выполнено один раз, основываясь на ожидаемой загрузке системы OFDM. В качестве альтернативы М используемых поддиапазонов могут разделяться динамически, когда того требуют изменения в загрузке системы. Например, меньшее количество групп может формироваться при небольшой загрузке системы, и большее количество групп может формироваться во время пика загрузки системы. В любом случае, разделение выполняется таким образом, что условие S≥Cp выполняется для каждой группы.
[0052] Одна группа поддиапазонов назначается каждому активному терминалу для передачи пилот-сигнала по восходящей линии (этап 514). Назначение поддиапазонов может выполняться во время установления вызова или в более поздний момент времени, и может сообщаться терминалу в виде сигнализации. После этого каждый терминал передает пилот-сигнал по восходящей линии на назначенных ему поддиапазонах (этап 522). Каждый терминал также может выполнять масштабирование мощности передачи, используемой для передачи пилот-сигнала по восходящей линии, так что величина мощности передачи, используемой для каждого поддиапазона, определяется, исходя из различных факторов, упомянутых выше. Величина мощности передачи для использования в каждом поддиапазоне (или каждой группе поддиапазонов) также может определяться точкой доступа и посылаться в виде сигнализации терминалу вместе с назначением поддиапазонов.
[0053] Точка доступа принимает передачи пилот-сигналов по восходящей линии от всех активных терминалов на всех или на подмножестве из М используемых поддиапазонов (этап 532). Затем точка доступа обрабатывает принятый сигнал для получения оценки канала для каждого поддиапазона, назначенного каждому активному терминалу (этап 534). Затем для каждого активного терминала оценка канала для всей используемой полосы может быть выведена, основываясь на оценке канала, полученной для назначенных поддиапазонов (этап 536). Оценка канала для всей используемой полосы может быть выведена из оценки канала для подмножества используемых поддиапазонов, используя различные способы. Один такой способ оценки канала описан в вышеупомянутых предварительной заявке на патент США №60/422,638, предварительной заявке на патент США №60/422,362 и предварительной заявке на патент США [индекс патентного поверенного 020718]. Оценка канала для всей используемой полосы также может быть выведена при помощи интерполяции оценки канала для каждого поддиапазона для подмножества используемых поддиапазонов.
[0054] Для каждого активного терминала оценка канала для всей используемой полосы после этого может быть использована при передаче данных по нисходящей и/или восходящей линии в терминал или из него (этап 538). Передача пилот-сигнала по восходящей линии и оценка канала обычно выполняется непрерывно во время коммуникационной сессии для получения текущих оценок канала.
[0055] Модель для системы OFDM может быть выражена как:
r
где  представляет собой вектор с N элементами для символов, принятых на N поддиапазонах;
х
представляет собой вектор с N элементами для символов, переданных на N поддиапазонах (некоторые элементы могут быть нулевыми);
Н
представляет собой (N×1) вектор для частотного отклика канала между точкой доступа и терминалом;
n
представляет собой вектор аддитивного белого гауссовского шума для N; и
r
х
Н
"o" обозначает адамарово произведение (т.е. поточечное произведение, где i-ый элемент  представляет собой произведение i-х элементов  и).
n
2
Предполагается, что шум  имеет нулевое среднее и дисперсию σ.
х
i
UL
i,j
i,j
2
[0056] При мультиплексировании поддиапазонов каждый активный терминал передает пилот-сигнал на назначенных ему S поддиапазонах в течение интервала передачи пилот-сигнала. Переданный пилот-сигнал для каждого терминала может быть обозначен как (N×1) вектор , который включает в себя символы пилот-сигнала для каждого из S назначенных поддиапазонов, и нули для всех остальных поддиапазонов. Мощность передачи для символа пилот-сигнала для каждого назначенного поддиапазона может быть выражена как P=x , x представляет собой символ пилот-сигнала, переданный в j-м поддиапазоне терминалом i.
[0057] Оценка  канала для каждого поддиапазона для терминала i может быть выражена как:
a
b
i
i
1
1
s
s
T
где  представляет собой (S×1) вектор /=[a/b…a/b], который включает в себя отношения для S поддиапазонов, назначенных терминалу i. Оценка  канала для каждого поддиапазона может быть выполнена точкой доступа для терминала i, основываясь на принятых и переданных символах пилот-сигнала для каждого из S поддиапазонов, назначенных терминалу. Оценка  канала для каждого поддиапазона, таким образом, отражает частотный отклик канала для терминала i для S назначенных поддиапазонов.
Н
[0058] Оценка для  в уравнении (1) может быть получена из оценки  канала для каждого поддиапазона. Используют несколько способов. Один такой способ, как указывалось выше, описан в вышеупомянутых предварительной заявке на патент США №60/422638, предварительной заявке на патент США №60/422362 и предварительной заявке на патент США [индекс патентного поверенного 020718].
[0059] Если все N поддиапазонов используются для передачи данных (т.е. М=N), можно показать, что среднеквадратичная ошибка (MSE) для оценки канала, полученной основываясь на передаче пилот-сигнала только по S поддиапазонам, используя способы, описанные в вышеупомянутых предварительной заявке на патент США №60/422,638, предварительной заявке на патент США №60/422,362 и предварительной заявке на патент США [индекс патентного поверенного 020718], является такой же, как и MSE для оценки канала, полученной основываясь на передаче пилот-сигнала на всех N поддиапазонах, если удовлетворены следующие условия:
1. Выбирают S≥Cp и S≥W;
2. Равномерное распределение S поддиапазонов в каждой группе по N поддиапазонам; и
avg
3. Устанавливают мощность передачи для каждого из S назначенных поддиапазонов в N/S выше, чем средняя мощность P передачи, определяемая ниже.
total
avg
total
avg
[0060] Полная мощность передачи, которая может быть использована для передачи терминалом, обычно является ограниченной меньшим значением: из (1) полная мощность P передачи терминала (которая может быть ограничена усилителем мощности терминала) и (2) ограничение P·W на полную мощность для рабочей полосы частот. Средняя мощность P передачи при этом равна наименьшему из P/N и P·W/N. Например, P=P·W/N, если полная мощность передачи, которая может быть использована терминалом, является ограниченной регулирующими ограничениями.
[0061] Если для передачи данных используют только подмножество из всех N поддиапазонов (т.е. M<N), что имеет место в случае, если некоторые поддиапазоны используют в качестве охранных полос, тогда минимальная среднеквадратичная ошибка (MMSE) достигается только, если S=M. Однако было установлено в вышеупомянутых предварительной заявке на патент США №60/422,638, предварительной заявке на патент США №60/422,362 и предварительной заявке на патент США [индекс патентного поверенного 020718], что если S ≈ 1,1 Ср, тогда MSE является более близким к MMSE. Отсюда, для случая S≤M<N, MSE минимизировано для оценки канала, полученной на основе передачи пилот сигнала только по S поддиапазонам, если удовлетворены следующие условия:
1. Выбирают S ≈ 1,1 Ср и S>W;
2. Равномерное распределение S поддиапазонов в каждой группе по М поддиапазонов данных; и
avg
3. Устанавливают мощность передачи для каждого из S назначенных поддиапазонов в N/S выше, чем средняя мощность P передачи, описанная выше.
ПЕРЕДАЧА СИГНАЛИЗАЦИИ ПО ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ
[0062] Во многих беспроводных системах терминалам может требоваться посылать информацию сигнализации по восходящей линии в точку доступа. Например, терминалам может требоваться информировать точку доступа о скорости (скоростях) для использования при передачи данных по нисходящей линии, посылать подтверждение для принятых пакетов данных и т.д. Информация сигнализации обычно содержит небольшое количество данных, но может быть необходимым посылать их своевременно и, возможно, на регулярной основе.
[0063] В некоторых системах может иметься потребность отправки информации управления скоростью по восходящей линии для указания скорости, которая может быть использована в нисходящей линии для каждого одного или нескольких каналов передачи. Каждый канал передачи может соответствовать пространственному подканалу (т.е. собственная мода) в системе с множеством входов и множеством выходов (MIMO), подполосе или частотному подканалу в системе OFDM, временному слоту в системе TDD и т.д. Каждый терминал может оценивать нисходящий канал и определять максимальную скорость, которая может поддерживаться каждым из каналов передачи. Информация управления скоростью для каналов передачи затем может быть отправлена обратно в точку доступа и использована для определения скорости передачи данных по нисходящей линии в терминал. Информация управления скоростью может быть в форме одного или нескольких кодов скорости, причем каждый, из которых может быть отображен на определенную комбинацию скорости кодирования, схемы модуляции и т.д. В качестве альтернативы информация управления скоростью может быть предоставлена в какой-либо другой форме (например, ОСШ при приеме для каждого канала передачи). В любом случае, информация управления скоростью для каждого канала передачи может содержать от 3 до 4 битов, и информация управления скоростью для всех каналов передачи может содержать в целом 15 битов.
[0064] В качестве другого примера может быть необходимым сообщить в точку доступа отклик канала или информацию о частотной селективности. Количество битов, требуемых для отклика канала или информации о частотной селективности, может зависеть от степени структурирования информации, предназначенной для отправки (например, для каждого поддиапазона или для каждого N-го поддиапазона).
R
R
[0065] В настоящем описании также предложены способы для более эффективной передачи информации сигнализации по восходящей линии в системе OFDM. М используемых поддиапазонов могут быть разделены на Q непересекающихся групп, причем каждый используемый поддиапазон присутствует только в одной группе или не присутствует ни в одной из них. Q групп могут включать в себя одинаковое или различное количество поддиапазонов. Группировка используемых поддиапазонов для информации сигнализации по восходящей линии может быть такой же или отличной от группировки используемых поддиапазонов для передачи пилот-сигнала по восходящей линии. Каждая группа поддиапазонов может быть выделена одному терминалу для передачи сигнализации по восходящей линии. Множество терминалов могут передавать информацию сигнализации одновременно по назначенным им поддиапазонам.
[0066] Использование мультиплексирования поддиапазонов для отправки информации сигнализации по восходящей линии может обеспечить различные преимущества. Вследствие относительно большой емкости символа OFDM может быть чрезвычайно неэффективным выделение целых символов OFDM активным терминалом, если требуется передать только небольшое количество данных. Используя мультиплексирование поддиапазонов, несколько поддиапазонов, выделенных каждому активному терминалу, могут быть соизмерены с количеством данных, которые необходимо передать.
[0067] Экономия, обеспечиваемая мультиплексированием поддиапазонов, может быть даже большей в случае, если мощность передачи на поддиапазон увеличивается множеством терминалов совместно мультиплексируемых в одном временном интервале. Более высокая мощность передачи на поддиапазон приводит к более высокому ОСШ при приеме в точке доступа, что позволяет поддерживать схему модуляции более высокого порядка. В свою очередь, это дает возможность передавать в каждом поддиапазоне больше данных или информационных битов. В качестве альтернативы каждому терминалу может быть назначено меньшее количество поддиапазонов так, что большее количество терминалов может быть совместно мультиплексировано в одном временном интервале. Меньшее количество поддиапазонов может обеспечить необходимую емкость для передачи данных, если используется схема модуляции более высокого порядка.
[0068] Мультиплексирование поддиапазонов также может использоваться для передачи подтверждения по восходящей линии. Для некоторых систем может требоваться отправка подтверждения приемником для подтверждения верного или ошибочного детектирования каждого пакета, принятого приемником. Улучшение эффективности системы может быть достигнуто путем уменьшения степени структурированности выделения ресурсов для передачи подтверждения (т.е. назначая группу поддиапазонов вместо целого символа OFDM каждому терминалу).
[0069] Количество отправляемых данных для подтверждения может отличаться от терминала к терминалу и также от кадра к кадру. Это имеет место, поскольку каждый терминал обычно посылает подтверждение только для пакетов, принятых в текущем/предыдущем кадре МАС, и количество пакетов, отправленных каждому терминалу, может отличаться для разных терминалов и в разные моменты времени. Напротив, количество посылаемых данных для управления скоростью обычно является более постоянным.
A
A
[0070] Множество схем может быть использовано для выделения поддиапазонов для передачи по восходящей линии различных видов сигнализации (например, подтверждения) для активных терминалов. В одной из схем М используемых поддиапазонов разделяют на Q непересекающихся групп. Q групп могут включать в себя одинаковое или различное количество поддиапазонов. Каждому активному терминалу может быть назначено различное количество поддиапазонов для передачи подтверждения. Для этой схемы количество поддиапазонов, назначенных данному терминалу, может быть пропорционально количеству пакетов, посылаемых терминалу.
[0071] В другой схеме каждому активному терминалу назначают фиксированное количество поддиапазонов для передачи подтверждения. Однако схема модуляции, используемая каждым терминалом, не является фиксированной, но может выбираться, основываясь на состоянии канала. Для двунаправленного канала, где нисходящая линия и восходящая линия являются сильно коррелированными, емкости передачи для нисходящей линии и восходящей линии являются зависимыми. То есть, если больше пакетов может быть отправлено по нисходящей линии в данный период времени вследствие лучшего состояния канала, то тоже состояние канала может поддерживать передачу большего количества информационных битов по восходящей линии в данный интервал времени. Таким образом, путем выделения фиксированного количества поддиапазонов каждому активному терминалу, но, давая возможность адаптации модуляции, исходя из состояния канала, при необходимости может быть передано большее количество битов подтверждения.
[0072] Для упрощения назначения поддиапазонов активным терминалом поддиапазоны могут быть распределены на группы, и терминалам могут назначаться группы поддиапазонов, а не отдельные поддиапазоны. В общем случае каждая группа может включать в себя любое количество поддиапазонов в зависимости от требуемой степени структурированности, для назначения поддиапазонов. Например, могут быть сформированы 37 групп поддиапазонов с каждой группой, включающей в себя 6 поддиапазонов. Затем данному терминалу может быть назначено любое количество групп поддиапазонов в зависимости от требуемых ему данных.
[0073] Для определенной конструкции системы OFDM, в двух символах OFDM могут передаваться от 150 до 2000 битов в диапазоне скоростей, поддерживаемых системой. Этот диапазон скоростей передачи также достигается при условии, что используется более высокая мощность передачи для каждого поддиапазона с мультиплексированием поддиапазонов. Каждая из 37 групп поддиапазонов для описанного выше примера может при этом использоваться для передачи от 150/37 до 2000/37 битов для подтверждения, в зависимости от состояния канала. Таким образом, фиксированное количество поддиапазонов в каждой группе может передавать различное количество битов для подтверждения, в зависимости от выбранной для использования скорости, что в свою очередь зависит от состояния канала.
[0074] В определенных ситуациях может требоваться поддерживать мощность передачи на один поддиапазон на одном и том же уровне, как для передачи данных. Такая ситуация может возникнуть, например, если все используемые поддиапазоны выделены одному терминалу. Однако если поддиапазоны имеют низкую пропускную способность при передаче данных, то и требования на это соответственно ниже. Двух символов OFDM может быть достаточно для данных подтверждения для всех предполагаемых конфигураций канала.
[0075] В альтернативной схеме данные подтверждения посылают вместе с пакетными данными по восходящей линии. Для данных подтверждения может быть введена задержка, если необходимо подождать, пока пакетные данные будут отправлены по восходящей линии. Если дополнительная задержка допустима, данные подтверждения могут быть посланы практически без дополнительной служебной информации, поскольку количество данных подтверждения обычно мало и обычно соответствует выравнивающей части пакета данных, передаваемого по восходящей линии.
[0076] В еще одной схеме данные подтверждения посылают вместе с информацией управления скоростью. Группа поддиапазонов, назначенная каждому активному терминалу для передачи управления скоростью, может иметь большую пропускную способность, чем необходимо для передачи информации управления скоростью. В этом случае данные подтверждения могут быть посланы, используя избыточную пропускную способность поддиапазонов, назначенных для управления скоростью.
[0077] Если мультиплексирование поддиапазонов используется для передачи информации сигнализации по восходящей линии, точка доступа может обрабатывать принятый сигнал, индивидуально восстанавливая сигнализацию (например, управление скоростью и подтверждение), посылаемую каждым терминалом.
ИЛЛЮСТРАТИВНАЯ СТРУКТУРА КАДРА С МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЕМ ПОДДИАПАЗОНОВ
[0078] На Фиг.6 показан вариант осуществления структуры 600 кадра с поддержкой мультиплексирования поддиапазонов для передачи пилот-сигнала и сигнализации по восходящей линии. Кадр МАС разделен на фазу 610 нисходящей линии и фазу 620 восходящей линии. Фаза восходящей линии дополнительно разделена на сегмент 622 пилот-сигнала, сегмент 624 сигнализации и несколько слотов 630. Мультиплексирование поддиапазонов может быть использовано для сегмента 622 таким образом, что множество терминалов могут одновременно передавать пилот-сигнал по восходящей линии в этом сегменте. Аналогично, мультиплексирование поддиапазонов может быть использовано для сегмента 624 таким образом, что множество терминалов могут одновременно передавать сигнализацию (например, информацию управления скоростью, подтверждение и т.д.) по восходящей линии в этом сегменте. Слоты 630 могут использоваться для передачи пакетных данных, сообщений и другой информации. Каждый слот 630 может быть назначен с мультиплексированием поддиапазонов или без него одному или нескольким активным терминалам. Каждый слот 630 также может быть использован для отправки служебных сообщений множеству терминалов.
[0079] Также могут быть разработаны для использования различные другие структуры кадров, это находится в пределах объема настоящего изобретения. Например, фаза восходящей линии может включать в себя сегмент управления скоростью, используемый для передачи информации управления скоростью, и сегмент подтверждения, используемый для передачи данных подтверждения. В качестве другого примера кадр может быть разделен на множество фаз восходящей линии и нисходящей линии, и различные фазы могут быть использованы для различных типов передачи, таких как данные трафика, пилот-сигнал, сигнализация управления скоростью и подтверждение.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0080] Мультиплексирование поддиапазонов может существенно уменьшить количество ресурсов, необходимых для передачи пилот-сигнала и сигнализации по восходящей линии, как показывают расчеты, приведенные ниже. Однако может существовать необходимость рассмотрения различных факторов при реализации мультиплексирования поддиапазонов, например, (1) служебная сигнализация для назначения поддиапазонов терминалом, (2) временные сдвиги между передачами по восходящей линии, принимаемых от терминалов и (3) частотный сдвиг между передачами по восходящей линии от терминалов. Каждый из этих факторов более подробно описан ниже.
СЛУЖЕБНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ
[0081] Служебная сигнализация необходима для выполнения назначения поддиапазонов каждому терминалу. Для пилот-сигнала и информации управления скоростью каждому терминалу может быть назначена определенная группа поддиапазонов для каждого или для всех типов передач по восходящей линии. Это назначение может быть выполнено во время установления вызова, и назначенные поддиапазоны обычно не требуют подтверждения или изменения для каждого кадра МАС.
[0082] В случае 24 групп поддиапазонов для не более чем 24 терминалов, 5 битов будет достаточно для идентификации конкретной группы поддиапазонов, назначенной терминалу. Эти 5 битов могут быть включены в управляющее сообщение, передаваемое в терминал для приведения его в активное состояние. Если управляющее сообщение имеет длину 80 битов, тогда 5 битов для назначения поддиапазонов увеличивают длину сообщения приблизительно на 6%.
[0083] Объем служебной сигнализации будет больше в случае большей гибкости в формировании групп поддиапазонов и/или, если группы могут быть назначаемы терминалом динамически. Например, если количество поддиапазонов, назначенных для передачи подтверждения, может меняться от кадра к кадру, то для выполнения назначения поддиапазонов потребуется больший объем служебной сигнализации.
ТАЙМИРОВАНИЕ ВОСХОДЯЩЕЙ ЛИНИИ
[0084] Множество терминалов, имеющих возможность одновременной передачи посредством мультиплексирования поддиапазонов, могут быть расположены по всей системе. В случае если эти терминалы имеют различные расстояния до точки доступа, тогда времена распространения для сигналов, передаваемых от этих терминалов, будут различными. В этом случае если терминалы передают свои сигналы в одно и то же время, точка доступа принимает сигналы от этих терминалов в различные моменты времени. Разница между самым ранним и самым поздним моментами прибытия сигналов в точку доступа зависит от разницы в задержках прохождения в оба конца для терминалов по отношению к точке доступа.
[0085] Разница во временах прибытия для сигналов от различных терминалов может попадать в допустимый интервал разброса задержек для самых удаленных терминалов. Например, для точки доступа с областью покрытия радиусом 50 м, максимальная разница во временах прибытия между самым ранним и самым поздним прибывшими сигналами составляет приблизительно 330 нсек. Это составляет значительную часть циклического префикса, имеющего длину 800 нсек. Более того, эффект нарушения допустимого диапазона разброса задержек является более худшим для терминалов на границе области покрытия, которым больше всего требуется устойчивость к разбросу задержек вследствие многолучевого распространения.
[0086] В одном из вариантов осуществления для учета разницы в задержках прохождения в оба конца для активных терминалов тайминг восходящей линии для каждого активного терминала настраивается таким образом, что его сигнал прибывает в точку доступа в пределах конкретного временного окна. Петля настройки тайминга может поддерживаться для каждого активного терминала и может оценивать задержку прохождения в оба конца для данного терминала. Передача по восходящей линии от терминала при этом может быть задержана или ускорена на величину, определенную при оценке задержки прохождения в оба конца таким образом, что передачи по восходящей линии от всех активных терминалов прибывают в точку доступа в пределах конкретного временного окна.
[0087] Настройка тайминга для каждого активного терминала может быть выведена, основываясь на пилот-сигнале или какой-либо другой передаче по восходящей линии от терминала. Например, пилот-сигнал по восходящей линии может быть коррелирован с копией пилот-сигнала точкой доступа. Результат коррелирования представляет собой указание на то, является ли принятый пилот-сигнал задержанным или опережающим по отношению к пилот-сигналам от других терминалов. Затем 1 бит значения настройки тайминга может быть передано терминалу для указания на замедление или ускорение его тайминга на конкретную величину (например, ± период одного сэмпла).
СМЕЩЕНИЕ ЧАСТОТЫ
[0088] Если мультиплексирование поддиапазонов используется для обеспечения возможности одновременной передачи множеством терминалов в назначенных им поддиапазонах, то сигналы от ближних терминалов могут вызвать значительные помехи для сигналов от удаленных терминалов, если все терминалы выполняют передачу на полной мощности. В частности, может быть показано, что смещение частот между терминалами может привести к перекрестным помехам между поддиапазонами. Такая помеха может вызвать ухудшение оценки канала, выводимой из пилот-сигналов, передаваемых по восходящей линии, и/или увеличить уровень битовых ошибок передачи данных по восходящей линии. Для смягчения эффектов перекрестных помех между поддиапазонами может выполняться контроль мощности терминалов таким образом, что ближние терминалы не будут вызывать чрезмерные помехи для отдаленных терминалов.
[0089] Эффект помех от ближних терминалов был изучен и при этом было установлено, что может применяться грубое управление мощностью для смягчения эффекта перекрестных помех между поддиапазонами. В частности, было установлено, что если максимальное смягчение частоты между терминалами составляет 300 Гц или меньше, тогда посредством ограничения ОСШ для ближних терминалов до 40 дБ или менее, потери для других терминалов в ОСШ будут составлять 1 дБ или менее. В случае если смещение частоты между терминалами составляет 1000 Гц или менее, тогда ОСШ для ближних терминалов должно быть ограничено 27 дБ для гарантии того, что потери в ОСШ для других терминалов будут составлять 1 дБ или менее. В случае если ОСШ, необходимый для достижения наивысшей скорости передачи, поддерживаемой системой OFDM, не превышает 27 дБ, тогда ограничение ОСШ для ближних терминалов в 27 дБ (или 40 дБ) не будет иметь никакого влияния на максимальные поддерживаемые скорости передачи данных для ближних терминалов.
[0090] Грубые требования на управление мощностью, приведенные выше, могут быть достигнуты при помощи медленной петли управления мощностью. Например, управляющие сообщения могут посылаться по мере необходимости для настройки мощности восходящей линии ближних терминалов (например, когда уровень мощности изменяется вследствие перемещения этих терминалов). Каждый терминал может быть информирован о начальном уровне мощности передачи для использования по восходящей линии при вхождении в систему как части установления вызова.
[0091] Группы поддиапазонов могут быть назначены активным терминалом способом смягчающим эффект перекрестных помех между поддиапазонами. В частности, терминалам с высоким ОСШ при приеме могут быть назначены поддиапазоны, расположенные близко друг от друга. Терминалам с низким ОСШ при приеме могут быть назначены поддиапазоны, расположенные близко друг от друга, но вдалеке от поддиапазонов, назначенных терминалом с высоким ОСШ при приеме.
ЭКОНОМИЯ В СЛУЖЕБНЫХ ДАННЫХ ПРИ МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИИ ПОДДИАПАЗОНОВ
[0092] Возможность организации до Q одновременных передач пилот-сигнала по восходящей линии снижает служебную информацию для пилот-сигнала на коэффициент порядка Q. Улучшение может быть более значительным, поскольку передача пилот-сигнала по восходящей линии может представлять значительную часть фазы восходящей линии. Величина улучшения может быть численно оценена для иллюстративной системы OFDM.
[0093] В такой иллюстративной системе OFDM ширина полосы системы составляет W=20 МГц и N=256. Каждый период выборки имеет длительность 50 нсек. Используется циклический префикс 800 нсек (или Ср=16 выборок), и каждый символ OFDM имеет длительность 13,6 мксек (или N+Cp=272 выборки). Пилот-сигнал по восходящей линии передается в каждом кадре МАС, который имеет длительность 5 мсек или 367 символов OFDM. Передача пилот-сигнала от каждого терминала должна иметь полную энергию 4 периода символов × полная мощность передачи. Если имеется К активных терминалов, тогда полное количество периодов символов, используемое для передачи пилот-сигнала без мультиплексирования поддиапазонов, составляет 4·К. Для К=12, 48 периодов символов будет использовано для передачи пилот-сигнала по восходящей линии, что составляет приблизительно 13,1 от 367 символов в кадре МАС. Служебная информация пилот-сигнала увеличивается до 26,2% от кадра МАС в случае наличия К=24 активных терминалов.
[0094] Если К активным терминалам назначают К групп поддиапазонов и позволяют вести передачу пилот-сигнала по восходящей линии одновременно, тогда только 4 периода символов требуется в каждом кадре МАС для пилот-сигнала, передаваемого по восходящей линии. Использование мультиплексирования поддиапазонов для передачи пилот-сингнала по восходящей линии уменьшает служебную информацию до 1,1% от кадра МАС для К=12 и 2,2% для К=24. Это представляет значительную экономию, составляющую 12% и 24% для К=12 и 24 соответственно для объема служебной информации, требуемой для передачи пилот-сигнала по восходящей линии.
[0095] На Фиг.8А показан график экономии при передаче пилот-сигнала по восходящей линии для различного количества активных терминалов в иллюстративной системе OFDM, описанной выше. Как показано на Фиг.8А, экономия увеличивается приблизительно линейно с ростом количества терминалов.
R
[0096] Экономия для иллюстративной системы OFDM, которая поддерживает Q одновременных передач управления скоростью по восходящей линии, также может быть оценена численно. Иллюстративная система OFDM имеет М=224 используемых поддиапазона и использует модуляцию BPSK со скоростью кодирования 1/3. Количество информационных битов на символ модуляции составляет 1/3, и приблизительно 75 информационных битов могут быть посланы по 224 используемым поддиапазонам для каждого периода символа. Если каждый терминал посылает 15 битов или менее информации управления скоростью в каждом кадре МАС, то приблизительно 5 терминалов могут быть обслужены одновременно одним символом OFDM. Без мультиплексирования поддиапазонов 5 символов OFDM должны быть назначены 5 терминалам для их информации управления скоростью (причем каждый символ OFDM будет содержать большое количество выравнивающих данных для неиспользуемых битов). При мультиплексировании поддиапазонов та же самая информация управления скоростью может быть передана в одном символе OFDM, что составляет экономию 80%.
1
2
1
1
2
2
2
1
х
х
*
T
*
T
[0097] Экономия с мультиплексированием поддиапазонов составляет даже большую величину для некоторых режимов разнесения передачи. Для схемы пространственно-временного разнесения при передаче (STTD) каждая пара символов модуляции (обозначаемых s и s) передается в течение двух периодов символов через две передающие антенны. Первая антенна передает вектор =[s s ] в течение 2-х периодов символов, и вторая антенна передает вектор =[s -s ] в течение тех же самых 2-х периодов символов. Единица передачи для STTD эффективно представляет собой два символа OFDM. При мультиплексировании поддиапазонов информация для 10 терминалов может быть отправлена в 2 символа OFDM, что значительно меньше чем 20 символов OFDM, которые требуются в случае, если каждый терминал передает свою информацию управления скоростью в отдельной паре символов OFDM.
[0098] Экономия составляет еще большую величину для режима разнесения при передаче, в котором используется 4 антенны, и единица передачи которого составляет 4 символа OFDM. Для такого режима разнесения при передаче может быть выполнено мультиплексирование поддиапазонов для 15 терминалов в один период длительностью 4 символа. Информация управления скоростью для 15 терминалов может быть передана в 4 символа OFDM с мультиплексированием поддиапазонов, что является значительно меньше, чем 60 символов OFDM, которые требуются в случае, если каждый терминал передает свою информацию управления скоростью в отдельном наборе из 4-х символов OFDM.
[0099] На Фиг.8В показан график экономии при передаче управления скоростью по восходящей линии для различного количества активных терминалов в иллюстративной системе OFDM. Для такой системы до 12 терминалов могут быть мультиплексированы при использовании мультиплексирования поддиапазонов. Каждому терминалу может быть назначено 18 поддиапазонов, причем каждый поддиапазон может переносить 3 информационных бита. Каждый из 12 терминалов имеет возможность передавать 108 информационных битов в назначенных им 18 поддиапазонах в течение 2 периодов символа. Это много меньше чем 24 периода символа, которые были бы необходимы 12 терминалам без мультиплексирования поддиапазонов. В случае наличия 12 терминалов достигается экономия 22 символов, что составляет приблизительно 6% от кадра МАС с 367 символами OFDM. В случае наличия 24 терминалов реализуется экономия 44 символов, что составляет приблизительно 12% от кадра МАС. Как показано на Фиг.8В, экономия увеличивается приблизительно линейно с ростом количества терминалов.
[0100] На Фиг.8С показан график экономии в результате мультиплексирования поддиапазонов при передаче пилот-сигнала, управления скоростью и подтверждения по восходящей линии. На графике 812 пилот-сигнал и информация управления скоростью для множества терминалов реализована с мультиплексированием поддиапазонов в сегментах пилот-сигнала и управления скоростью соответственно. Подтверждение для этого случая не рассматривается. На графике 814 пилот-сигнал, информация управления скоростью и подтверждение для множества терминалов реализованы с мультиплексированием поддиапазонов в сегментах пилот-сигнала, управления скоростью и подтверждения соответственно.
[0101] Как видно из графиков на Фиг.8С, экономия возрастает примерно линейно с ростом количества терминалов, для которых выполняется мультиплексирование. Помимо того, экономия возрастает по мере того, как мультиплексируется больше видов информации. Видно, что мультиплексирование поддиапазонов может значительно уменьшить количество служебной информации для пилот-сигнала и сигнализации таким образом, что больше доступных ресурсов может быть преимущественно использовано для передачи данных.
СИСТЕМА
[0102] Фиг.7 представляет собой блок-схему варианта осуществления точки доступа 110х и терминала 120х, которые выполнены с возможностью поддержки мультиплексирования поддиапазонов для восходящей линии. В точке доступа 110х данные трафика предоставляются из источника 708 данных в ТХ процессор 710 данных, который форматирует, кодирует и выполняет перемежение данных трафика для обеспечения кодированных данных. Скорость передачи данных и кодирование могут определяться управлением скоростью и управлением кодированием соответственно, осуществляемыми контроллером 730.
[0103] Модулятор 720 OFDM принимает и обрабатывает кодированные данные и пилотные символы для обеспечения потока символов OFDM. Обработка в модуляторе 720 OFDM может включать в себя (1) модулирование кодированных данных для формирования символов модуляции, (2) мультиплексирование символов модуляции с пилотными символами, (3) преобразование символов модуляции и пилотных символов для получения преобразованных символов и (4) присоединение циклического префикса каждому преобразованному символу для формирования соответствующего символа OFDM.
[0104] Блок 722 передатчика (TMTR) принимает и преобразует поток символов OFDM в один или несколько аналоговых сигналов и выполняет дополнительную обработку (например, усиливает, фильтрует и повышает частоту) аналоговых сигналов для генерации модулированного сигнала нисходящей линии, подходящего для передачи по беспроводному каналу. Затем модулированный сигнал передают через антенну 724 на терминалы.
[0105] В терминале 120х модулированный сигнал нисходящей линии принимается антенной 752 и предоставляется в блок 754 приемника (RCVR). Блок 754 передатчика выполняет обработку (например, фильтрует, усиливает и понижает частоту) принятого сигнала и оцифровывает обработанный сигнал для предоставления выборок.
[0106] Затем OFDM демодулятор 756 удаляет циклический префикс, присоединенный к каждому символу OFDM, преобразует каждый принятый преобразованный символ, используя FFT (быстрое преобразование Фурье), и демодулирует принятые символы модуляции для обеспечения демодулированных данных. RX процессор 758 данных декодирует демодулированные данные для восстановления переданных данных трафика, которые предоставляются потребителю 760 данных. Обработка в OFDM демодуляторе 756 и RX процессоре 758 данных является комплиментарной таковой, выполняемой OFDM модулятором 720 и ТХ процессором 710 данных соответственно в точке доступа 110х.
[0107] Как показано на Фиг.7, OFDM демодулятор 756 может выводить оценки канала и предоставлять эти оценки канала в контроллер 770. RX процессор 758 данных может предоставлять статус каждого принятого пакета. Основываясь на различных типах информации, получаемой от OFDM демодулятора 756, RX процессор 758 данных, контроллер 770 может определять или выбирать конкретную скорость для каждого канала передачи. Пилот-сигнал и информация о сигнализации, передаваемые по восходящей линии (например, скорости для использования для передачи данных по нисходящей линии, подтверждения для принятых пакетов и т.д.) могут обеспечиваться контроллером 770, обрабатываться в ТХ процессоре 782 данных, модулироваться в OFDM модуляторе 784, обрабатываться в блоке 786 передатчика и передаваться через антенну 752 обратно в точку доступа 110х. Пилот-сигнал и информация сигнализации, предаваемая по восходящей линии, могут передаваться в группе (группах) поддиапазонов, назначенных терминалу 120х для этих типов передач.
[0108] В точке доступа 110х модулированный сигнал восходящей линии от терминала 120х принимается антенной 724, обрабатывается в блоке 742 приемника, демодулируется в OFDM демодуляторе 744 и обрабатывается в RX процессор 746 данных для восстановления пилот-сигнала и информации сигнализации, переданных терминалом. Восстановленная информация сигнализации предоставляется в контроллер 730 и используется для управления обработкой данных, передаваемых по нисходящей линии терминалу. Например, скорость для каждого канала передачи может быть определена, основываясь на информации управления скоростью, предоставляемой терминалом, или может быть определена, основываясь на оценках канала от терминала. Принятое подтверждение может быть использовано для инициации повторной передачи пакетов, принятых с ошибками в терминале. Контроллер 730 также может выводить улучшенный частотный отклик канала для каждого терминала, основываясь на пилот-сигнале, передаваемом на назначенных поддиапазонах по восходящей линии, как описывалось выше.
[0109] Контроллеры 730 и 770 управляют работой точки доступа и терминала соответственно. Запоминающие устройства 732 и 772 обеспечивают хранение кодов программ и данных, используемых контроллерами 730 и 770 соответственно.
[0110] Способы передачи пилот-сигнала и сигнализации по восходящей линии, изложенные в настоящем описании, могут быть реализованы при помощи различных средств. Например, эти способы могут быть реализованы в виде аппаратных средств, программных средств или их комбинации. В случае реализации в виде аппаратных средств элементы, используемые для реализации любого способа или их комбинации, могут быть реализованы в одной или нескольких специализированных интегральных схемах (ASIC), цифровых сигнальных процессорах (DSP), цифровых сигнальных процессорных устройствах (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), внутрисхемно программируемых вентильных матрицах (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах и других электронных блоках, предназначенных для выполнения функций, изложенных в настоящем описании или их комбинации.
[0111] В случае реализации в виде программных средств указанные способы могут быть реализованы посредством модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые выполняют функции, изложенные в настоящем описании. Программные коды могут храниться в запоминающем устройстве (например, запоминающих устройствах 732 или 772 на Фиг.7) и выполняться процессором (например, контроллером 730 или 770). Запоминающее устройство может быть реализовано в процессоре или как внешнее по отношению к процессору, причем в этом случае оно может быть соединено с возможностью обмена данными с процессором через различные средства, известные в данной области техники.
[0112] Заголовки включены в настоящее описание для ссылок и помощи в нахождении определенных разделов. Указанные заголовки не предназначены для ограничения объема концепций, описанных в озаглавленных ими разделах, и такие концепции могут применяться в других разделах настоящего описания.
[0113] Вышеприведенное описание раскрытых вариантов осуществления предоставлено для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники изготовить или использовать настоящее изобретение. Различные модификации указанных вариантов осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники, и общие принципы, изложенные в настоящем описании, могут быть применены в других вариантах осуществления без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не следует ограничивать вариантами осуществления, изложенными в настоящем описании, но, напротив, соответствует самому широкому объему, совместимому с принципами и отличительными особенностями, раскрытыми в настоящем описании.