СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ФОРМИРОВАНИЯ ЛУЧЕЙ В МНОГОАНТЕННЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ
SYSTEMS AND METHODS FOR FEEDBACK BEAM FORMATION IN MULTIPLE ANTENNA COMMUNICATION SYSTEMS

Область техники
Настоящий документ, в общем, относится к беспроводной связи и, помимо прочего, к формированию собственных лучей для систем беспроводной связи.
Уровень техники
Система множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). OFDM - это метод модуляции с несколькими несущими, которая разделяет общую полосу пропускания системы на несколько (N) ортогональных частотных поднесущих. Эти поднесущие также могут называться тонами, элементами разрешения и частотными каналами. Каждая поднесущая связана с соответствующей поднесущей, которая может быть модулирована данными. До N символов модуляции могут передаваться на N поднесущих в каждом периоде OFDM-символа. Эти символы модуляции преобразуются во временную область с помощью N-точечного обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT), чтобы сформировать преобразованный символ, который содержит N элементарных сигналов или выборок временной области.
В системе связи со скачкообразным изменением частоты данные передаются на различных частотных поднесущих в течение различных интервалов времени, которые также могут упоминаться как "периоды скачкообразного изменения частоты". Эти частотные поднесущие могут быть предоставлены посредством мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов, других методов модуляции с множеством несущих или каких-либо других структур. При скачкообразном изменении частоты передача данных перестраивается с одной поднесущей на другую поднесущую псевдослучайным способом. Это скачкообразное изменение обеспечивает частотное разнесение и позволяет передаче данных более эффективно противостоять нежелательным эффектам на трассах распространения, такими как узкополосные помехи, преднамеренные помехи, замирание и т.д.
Проблема, существующая в большинстве систем связи, заключается в том, что приемное устройство находится в конкретной части зоны, обслуживаемой посредством узла доступа. В таких случаях, когда передающее устройство имеет несколько передающих антенн, сигналы, выдаваемые из каждой антенны, не требуется комбинировать, чтобы обеспечить максимальную мощность в приемном устройстве. В этих случаях могут возникать проблемы с декодированием сигналов, принимаемых в приемном устройстве. Один способ, чтобы решать эти проблемы, состоит в использовании формирования лучей.
Формирование лучей - это метод пространственной обработки, который улучшает отношение сигнал-шум беспроводной линии связи с множеством антенн. В типовом случае формирование лучей может быть использовано в передающем устройстве или в приемном устройстве многоантенной системы. Формирование лучей предоставляет множество преимуществ для улучшения отношения сигнал-шум, которое улучшает декодирование сигналов посредством приемного устройства.
Конкретными типами OFDMA-систем являются дуплексные OFDMA-системы с частотным разделением каналов (FDD). В этих FDD OFDMA-системах передача от узла доступа к терминалу доступа и от терминала доступа к узлу доступа занимает различные отдельные частотные диапазоны. В FDD OFDMA-системах обратная связь для выполнения формирования лучей, как правило, требует сведений о канале в передающем устройстве, к примеру узле доступа, которые недоступны без значительной обратной связи. Эта обратная связь, в общем, в форме фактических весовых коэффициентов или векторов формирования лучей требует большого объема ресурсов в каналах управления или сигнализации. Это снижает скорости передачи данных и повышает необходимую передачу служебной информации.
Следовательно, желательно предоставлять обратную связь для более точного формирования лучей при минимизации ресурсов, требуемых для обеспечения обратной связи от приемного устройства в передающее устройство.
Сущность изобретения
В некоторых вариантах осуществления доступные ресурсы передачи обратной линии связи, выделенные для передачи информации формирования лучей, определяются на основе определения доступных ресурсов передачи обратной линии связи. В некоторых вариантах осуществления это может выполняться посредством процессора или другого средства. Дополнительно в некоторых вариантах осуществления эта информация передается по радиоинтерфейсу в качестве команды.
В определенных вариантах осуществления определение того, следует ли передавать информацию о собственных лучах от, по меньшей мере, одной антенны, основано на информации канала. В некоторых вариантах осуществления информацией канала может быть статистика канала или статистика канала второго порядка. В других вариантах осуществления информацией канала может быть мгновенная информация канала.
Понятно, что другие аспекты настоящего изобретения должны стать понятными специалистам в данной области техники из последующего подробного описания, в котором примерные варианты осуществления изобретения показаны и описаны только в качестве иллюстрации. Следует учитывать, что раскрытые варианты осуществления допускают другие и отличающиеся варианты осуществления и аспекты, и определенные детали допускают модификацию в различных аспектах без отступления от объема изобретения.
Краткое описание чертежей
Признаки, характер и преимущества настоящих вариантов осуществления могут стать более очевидными из изложенного ниже подробного описания, рассматриваемого вместе с чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции используются для обозначения соответствующим образом по всему документу и на которых:
фиг. 1 иллюстрирует систему беспроводной связи с множественным доступом согласно варианту осуществления;
фиг. 2 иллюстрирует схему распределения спектра в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно варианту осуществления;
фиг. 3 иллюстрирует концептуальную диаграмму собственных лучей, принимаемых посредством приемного устройства в системе беспроводной связи согласно варианту осуществления;
фиг. 4 иллюстрирует передающее устройство и приемное устройство в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно варианту осуществления;
фиг. 5 иллюстрирует блок-схему системы передающего устройства в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно варианту осуществления;
фиг. 6 иллюстрирует блок-схему системы приемного устройства в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно варианту осуществления;
фиг. 7 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа определения ресурсов, которые должны быть выделены для предоставления обратной связи о собственных лучах согласно варианту осуществления;
фиг. 8 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа определения того, следует ли предоставлять обратную связь о собственных лучах согласно другому варианту осуществления;
фиг. 9 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа формирования векторов собственных лучей согласно дополнительному варианту осуществления; и
фиг. 10 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа формирования обратной связи о собственных лучах согласно варианту осуществления.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 проиллюстрирована система беспроводной связи с множественным доступом согласно одному варианту осуществления. Система 100 беспроводной связи с множественным доступом включает в себя несколько сот, к примеру соты 102, 104 и 106. В варианте осуществления по фиг. 1 каждая сота 102, 104 и 106 может включать в себя узел 150 доступа, которая включает в себя несколько секторов. Несколько секторов могут быть сформированы посредством групп антенн, каждая из которых обеспечивает связь с терминалами доступа в части соты. В соте 102 группы 112, 114 и 116 антенн соответствуют различным секторам. В соте 104 группы 118, 120 и 122 антенн соответствуют различным секторам. В соте 106 группы 124, 126 и 128 антенн соответствуют различным секторам.
Каждая сота включает в себя несколько терминалов доступа, которые поддерживают связь с одним или более секторами каждого узла доступа. Например, терминалы 130 и 132 доступа поддерживают связь с базовой станцией 142, терминалы 134 и 136 доступа поддерживают связь с узлом 144 доступа, а терминалы 138 и 140 доступа поддерживают связь с узлом 146 доступа.
Из фиг. 1 можно видеть, что каждый терминал 130, 132, 134, 136, 138 и 140 доступа находится в части соответствующей соты, отличной от местонахождения всех остальных терминалов доступа в той же соте. Дополнительно каждый терминал доступа может быть на различном расстоянии от соответствующих групп антенн, с которыми он осуществляет связь. Оба этих фактора предоставляют ситуации, также обусловленные окружающей средой и другими условиями в соте, в которых различные характеристики канала могут возникать между каждым терминалом доступа и соответствующей группой антенн, с которой он осуществляет связь.
Как использовано в данном документе, узлом доступа может быть стационарная станция, используемая для осуществления связи с терминалами, и она также может упоминаться как и включать в себя часть или всю функциональность базовой станции, узла B или какого-либо другого термина. Терминал доступа может также упоминаться как абонентское оборудование (UE) устройства беспроводной связи, терминала, мобильной станции и т. д. и включать в себя часть или всю их функциональность.
На фиг. 2 проиллюстрирована схема распределения спектра в системе беспроводной связи с множественным доступом. Множество OFDM-символов 200 распределено по T периодам символа и S частотным поднесущим. Каждый OFDM-символ 200 содержит один период символа из T периодов символа и тон или частотную поднесущую из S поднесущих.
В OFDM-системе со скачкообразным изменением частоты один или более символов 200 могут быть назначены данному терминалу доступа. В одном варианте схемы распределения, проиллюстрированной на фиг. 2, одна или более областей скачкообразного изменения частоты, к примеру область 202 скачкообразного изменения частоты, символов назначена группе терминалов доступа для осуществления связи по обратной линии связи. В каждой области скачкообразного изменения назначение символов может быть рандомизировано, чтобы снизить потенциальные помехи и предоставить частотное разнесение против нежелательных эффектов на путях распространения.
Каждая область 202 скачкообразного изменения частоты включает в себя символы 204, которые могут быть назначены одному или более терминалам доступа, которые осуществляют связь с сектором узла доступа, и назначены области скачкообразного изменения частоты. В ходе каждого периода скачкообразного изменения частоты или кадра местоположение области 202 скачкообразного изменения частоты в рамках T периодов символа и S поднесущих варьируется согласно последовательности скачкообразного изменения частоты. Помимо этого, назначение символов 204 для отдельных терминалов доступа в области 202 скачкообразного изменения частоты может варьироваться для каждого периода скачкообразного изменения частоты.
Последовательность скачкообразного изменения частоты может псевдослучайно, случайно или согласно заранее определенной последовательности выбирать размещение области 202 скачкообразного изменения частоты для каждого периода скачкообразного изменения частоты. Последовательности скачкообразного изменения частоты для различных секторов одного узла доступа могут быть разработаны так, чтобы быть ортогональными друг другу, чтобы избегать "внутрисотовых" помех между терминалами доступа, осуществляющими связь с одним узлом доступа. Дополнительно последовательности скачкообразного изменения частоты для каждого узла доступа могут быть псевдослучайными относительно последовательностей скачкообразного изменения частоты для соседних узлов доступа. Это способствует рандомизации "межсотовых" помех между терминалами доступа, осуществляющими связь с различными узлами доступа.
В случае передач по обратной линии связи в FDD-системе связи частотные поддиапазоны от 1 до S не перекрываются ни с одним из поддиапазонов от 1 до S прямой линии связи. В обратной линии связи некоторые из символов 204 области 202 скачкообразного изменения частоты могут быть назначены символам пилот-сигнала, которые могут передаваться от терминалов доступа в узлу доступа. Назначение символов пилот-сигнала символам 204 в одном варианте осуществления должно поддерживать множественный доступ с пространственным разделением каналов (SDMA), когда сигналы различных терминалов доступа, перекрывающихся в одной области скачкообразного изменения частоты, могут быть разделены вследствие нескольких приемных антенн в секторе или узле доступа, при условии достаточной разности пространственных сигнатур, соответствующих различным терминалам доступа.
Следует отметить, что хотя фиг. 2 иллюстрирует область 200 скачкообразного изменения частоты, имеющую длину в семь периодов символа, длина области 200 скачкообразного изменения частоты может быть любым требуемым значением, может варьироваться по размеру между периодами скачкообразного изменения частоты или между различными областями скачкообразного изменения частоты в данном периоде скачкообразного изменения частоты.
Кроме того, следует отметить, что хотя вариант осуществления по фиг. 2 описан относительно использования блочного скачкообразного изменения частоты, местоположение блока необязательно должно изменяться между последовательными периодами скачкообразного изменения частоты.
На фиг. 3 проиллюстрирована концептуальная блок-схема собственных лучей, воспринимаемых в системе беспроводной связи согласно одному варианту осуществления. Передающее устройство 300, которым может быть узел доступа, передает несколько символов в ходе данного периода скачкообразного изменения частоты, предназначенного для приемного устройства 304, которым может быть терминал доступа. Сигналы, передаваемые от передающего устройства 300, передаются от антенн 302a, 302b, 302c,..., 302t и принимаются посредством приемного устройства 304 антеннами 306a, 306b, …, 306r. Это образует MIMO-канал между передающим устройством 200 и приемным устройством 304. При передаче символов от передающего устройства 300 к приемному устройству 304 передающее устройство 300 формирует собственные лучи символов. Формирование собственных лучей - это метод, который объединяет выигрыши от формирования лучей, разнесения и пространственного мультиплексирования, использования собственных векторов для умножения, сдвига по фазе и/или сдвига по амплитуде символов для передачи в зависимости от антенны, от которой они должны быть переданы.
В одном варианте осуществления передающее устройство 300 передает символы пилот-сигнала от антенн 302a, 302b, 302c,..., 302t, которые используются приемным устройством 304 для оценивания канала нисходящей линии связи и вычисления его матрицы корреляции. Затем приемное устройство 304 выполняет разложение по собственным значениям матрицы корреляции и предоставляет информацию, касающуюся собственных векторов, в передающее устройство 300. В некоторых вариантах осуществления приемное устройство 304 определяет то, какая из диаграмм лучей собственных векторов приводит к наибольшему отношению сигнал-шум (SNR) или другим требуемым характеристикам сигнала, и передает эту информацию базовой станции, которая может использовать эту информацию собственных векторов для формирования лучей для передачи данных в эту мобильную станцию при последующих передачах.
Как проиллюстрировано на фиг.3, собственные лучи могут иметь несколько (локальных) максимумов 308а, 308b и 308с, ориентированных в различных направлениях. Другие собственные лучи могут иметь части 310а и 310в, которые ориентированы в других направлениях, но имеют меньшую величину, как принимается в приемном устройстве 304, чем собственные лучи, имеющие максимумы 308а, 308b и 308 с. Дополнительно диаграмма направленности, а следовательно, и те собственные лучи, имеющие наибольшие максимумы, могут варьироваться во времени по мере того, как характеристики канала, местоположение приемного устройства или другие факторы изменяются.
Чтобы предоставить достаточно информации для выполнения формирования собственных лучей в передающем устройстве 300, приемное устройство 304 предоставляет информацию обратной связи, касающуюся собственных векторов, в передающее устройство 300. В варианте осуществления обратная связь предоставляется на основе характеристик канала. Например, в варианте осуществления, если характеристики канала практически не изменяются, обратная связь может не предоставляться. В других вариантах осуществления, если характеристики канала недавно изменились, то обратная связь может быть предоставлена. Помимо этого, в вариантах осуществления, если характеристики канала постоянно изменяются, обратная связь может не предоставляться или может предоставляться минимальная обратная связь. В других вариантах осуществления обратная связь может предоставляться, если есть недавние изменения в характеристиках канала или если характеристики канала практически не изменяются. В некоторых вариантах осуществления изменения в характеристиках канала могут быть определены посредством изменения в статистике канала, мгновенной информации канала или отношений сигнал-шум.
В одном варианте осуществления обратная связь может содержать собственные векторы, вычисленные в приемном устройстве 304 для доминирующих собственных векторов, принимаемых посредством приемного устройства 304. В некоторых вариантах осуществления информация, касающаяся собственных векторов, квантуется согласно таблице кодирования, а затем квантованные биты передаются в передающее устройство 302, которое включает в себя таблицу кодирования для считывания квантованных битов.
В варианте осуществления квантованные биты основаны на минимальной среднеквадратической ошибке между таблицей кодирования и доминирующими собственными лучами либо доминирующими лучами и другими собственными лучами.
Обратная связь, предоставляемая посредством терминала доступа, используется для того, чтобы формировать предварительную матрицу формирования лучей, содержащую множество собственных векторов, которые переданы по обратной связи от приемного устройства в передающее устройство. Вследствие ограниченных ресурсов обратной линии связи эта предварительная матрица формирования лучей может не содержать все собственные векторы, необходимые для передачи.
Чтобы сформировать набор векторов формирования собственных лучей, которые предоставляют оптимальные доступные характеристики передачи, QR-разложение матрицы формирования лучей выполняется, чтобы сформировать полный набор собственных векторов следующим образом:
V=QR (B)
,
B
v
v
…v
1
2
k
=[],
где K - K собственных векторов, переданных по обратной связи;
B - предварительная матрица формирования лучей;
V - конечная матрица формирования лучей, состоящая из полного набора собственных векторов;
V
v
v
… v
v
…v
1
2
k
k+1
M
=[],
v
…
v
k+1
M
где  - это псевдособственные векторы, которые сформированы из QR-разложения.
M
T
Отдельные скаляры векторов формирования лучей представляют весовые коэффициенты формирования, которые применяются к символам, передаваемым от  антенн в каждый терминал доступа. Эти векторы затем формируются посредством следующего соотношения:
<img file="00000001.tif" he="10" wi="32" img-content="undefined" img-format="tif" />
(6)
M
где - число уровней, используемых для передачи.
Чтобы принять решение о том, сколько собственных лучей должно быть использовано (ранговое прогнозирование) и какой режим передачи должен быть использован для того чтобы получить максимальные выигрыши от формирования собственных лучей, может быть использовано несколько подходов. Если терминал доступа не диспетчеризован, то обратная связь о собственных лучах, к примеру 7-битовая или другого размера обратная связь, может включать в себя информацию ранга, может быть вычислена на основе широкополосных пилот-сигналов и передана вместе с информацией о собственных лучах. Информация канала управления или служебных сигналов, передаваемая из терминала доступа, после декодирования может выступать в качестве широкополосного пилот-сигнала для обратной линии связи.
На фиг. 4 проиллюстрировано передающее устройство и приемное устройство в системе беспроводной связи с множественным доступом в соответствии с одним вариантом осуществления. В системе 410 передающего устройства данные трафика для ряда потоков данных предоставляются из источника 412 данных в процессор 414 данных передачи (TX). В варианте осуществления каждый поток данных передается посредством соответствующей передающей антенны. Процессор 414 TX-данных форматирует, кодирует и перемежает данные трафика для каждого потока данных на основе конкретной схемы кодирования, выбранной для этого потока данных, чтобы предоставлять кодированные данные. В некоторых вариантах осуществления процессор 414 TX-данных применяет весовые коэффициенты формирования лучей к символам потоков данных на основе пользователя, которому передаются символы. В некоторых вариантах осуществления весовые коэффициенты формирования лучей могут быть сформированы на основе векторов собственных лучей, сформированных в приемном устройстве 402 и предоставленных в качестве обратной связи в передающее устройство 400. Дополнительно в этих случаях диспетчеризованных передач процессор 414 TX-данных может выбирать формат пакета на основе информации ранга, которая передана от пользователя.
Кодированные данные для каждого потока данных могут быть мультиплексированы с данными пилот-сигнала с использованием OFDM-методов. Данные пилот-сигнала типично являются известным шаблоном данных, который обрабатывается известным способом и может быть использован в системе приемного устройства для того, чтобы оценить чувствительность канала. Мультиплексированные данные пилот-сигнала и кодированные данные для каждого потока данных затем модулируются (т.е. отображаются на символы) на основе конкретной схемы модуляции (к примеру, BPSK, QSPK, M-PSK или M-QAM), выбранной для этого потока данных, чтобы предоставить символы модуляции. Скорость передачи данных, кодирование и модуляция для каждого потока данных может быть определена посредством выполняемых команд, предоставляемых посредством процессора 430. Как описано выше, в некоторых вариантах осуществления формат пакета для одного или более потоков может варьироваться согласно информации ранга, которая передана от пользователя.
N
N
T
T
Символы модуляции для всех потоков данных затем предоставляются в TX MIMO-процессор 420, который может дополнительно обрабатывать символы модуляции (к примеру, для OFDM). TX MIMO-процессор 420 далее предоставляет  потоков символов модуляции в передающих устройств (TMTR) 422a-422t. В конкретных вариантах осуществления TX MIMO-процессор 420 применяет весовые коэффициенты формирования лучей к символам потоков данных на основе пользователя, которому символы передаются, и антенны, из которой символы передаются, из этой информации отклика пользовательского канала.
N
N
T
T
Каждое передающее устройство 422 принимает и обрабатывает соответствующий поток символов, чтобы предоставить один или более аналоговых сигналов, и дополнительно преобразует (к примеру усиливает, фильтрует и преобразует с повышением частоты) аналоговые сигналы, чтобы предоставить модулированный сигнал, подходящий для передачи по MIMO-каналу.  модулированных сигналов из передающих устройств 422a-532t затем передаются из  антенн 424a-534t соответственно.
N
R
В системе 450 приемного устройства передаваемые модулированные сигналы принимаются посредством антенн 452a-452r, и принимаемый сигнал из каждой антенны 452 предоставляется в соответствующее приемное устройство (RCVR) 454. Каждое приемное устройство 454 преобразует (к примеру фильтрует, усиливает и преобразует с понижением частоты) соответствующий принимаемый сигнал, оцифровывает преобразованный сигнал, чтобы предоставить выборки, и дополнительно обрабатывает выборки, чтобы предоставить соответствующий принимаемый поток символов.
N
N
N
R
R
T
Процессор 460 RX-данных затем принимает и обрабатывает  принимаемых потоков символов от  приемных устройств 454 на основе конкретного метода обработки приемного устройства, чтобы предоставить  обнаруженных потоков символов. Обработка посредством процессора 460 RX-данных подробнее описывается ниже. Каждый обнаруженный поток символов включает в себя символы, которые являются оценками символов модуляции, передаваемых для соответствующего потока данных. Процессор 460 RX-данных после этого демодулирует, обратно перемежает и декодирует каждый обнаруженный поток символов, чтобы восстановить данные трафика для потока данных. Обработка посредством процессора 460 RX-данных комплементарна обработке, выполняемой TX MIMO-процессором 420 и процессором 414 TX-данных в системе 410 передающего устройства.
Оценка отклика канала, сформированная посредством RX-процессора 460, может быть использована для того, чтобы выполнять пространственную, пространственно/временную обработку в приемном устройстве, регулировать уровень мощности, изменять скорости или схемы модуляции либо выполнять другие действия. RX-процессор 460 дополнительно может оценивать отношения сигнал-шум-и-помехи (SNR) обнаруженных потоков символов и, возможно, другие характеристики канала и предоставлять эти значения в процессор 470. Процессор 460 RX-данных или процессор 470 дополнительно может извлекать оценку рабочего SNR для системы. Далее процессор 470 предоставляет оцененную информацию состояния (CSI), которая может содержать различные типы информации, касающиеся линии связи и/или потока принимаемых данных. Например, CSI может содержать только рабочий SNR. Затем CSI обрабатывается посредством процессора 438 TX-данных, который также принимает данные трафика для ряда потоков данных из источника 476 данных, модулированных посредством модулятора 480, преобразованных в передающих устройствах 454a-454r и переданных обратно в систему 410 передающего устройства.
Помимо этого, процессор 470 может вычислять собственные лучи, принимаемые посредством приемного устройства 402. Собственные лучи могут быть вычислены так, как описано относительно фиг. 3. Затем процессор 470 может определять доминирующие собственные лучи, и обратная связь может предоставляться только для них. Процессор 470 может квантовать доминирующие собственные лучи согласно таблице кодирования, которая известна для передающего устройства 400. В некоторых вариантах осуществления, как описано относительно фиг. 3, могут быть использованы 5-битовые коды, допускающие широкий диапазон обратной связи. Размер таблицы кодирования может варьироваться в зависимости от ресурсов обратной линии связи, доступных для этой обратной связи.
Чтобы определить то, когда посылать по обратной связи доминирующие собственные лучи, процессор 470 может вычислять статистику канала и определять, какое изменение произошло в статистике канала между двумя или более последовательными передачами в приемное устройство 402. В зависимости от степени изменения решение может быть принято в отношении того, следует ли предоставлять обратную связь о собственных лучах. В дополнительных вариантах осуществления процессор может определять мгновенную информацию канала для конкретной передачи и затем определять изменение между мгновенной информацией канала для одной или более предыдущих передач. Эта информация далее может быть использована для того, чтобы определять то, следует ли предоставлять обратную связь о собственных лучах.
В системе 410 передающего устройства модулированные сигналы из системы 450 приемного устройства принимаются посредством антенн 424, преобразуются посредством приемных устройств 422, демодулируются посредством демодулятора 440 и обрабатываются посредством процессора 442 RX-данных, чтобы восстановить CSI, сообщенный посредством системы приемного устройства. Сообщенный CSI далее предоставляется в процессор 430 и используется для того, чтобы (1) определять скорости передачи данных и схемы кодирования и модуляции, которые должны быть использованы для потоков данных, и (2) формировать различные сигналы управления для процессора 414 TX-данных и TX MIMO-процессора 420.
N
N
R
T
В приемном устройстве различные методы обработки могут быть использованы для обработки принимаемых сигналов для обнаружения  передаваемых потоков символов. Эти методы обработки приемного устройства могут быть сгруппированы в две основные категории, (i) пространственные и пространственно-временные методы обработки приемного устройства (которые также упоминаются как методы коррекции); и (ii) методы обработки приемного устройства с "последовательным формированием провалов/коррекцией и подавлением помех" (которые также упоминаются как методы обработки приемного устройства "с последовательным подавлением помех" или "последовательным подавлением").
N
N
N
N
=<
{N
, N
}
N
T
R
S
S
T
R
S
MIMO-канал, сформированный посредством  передающих и  приемных антенн, может быть разложен на  независимых каналов, где min . Каждый из  независимых каналов также может упоминаться как пространственный подканал (или канал передачи) MIMO-канала и соответствует измерению.
N
=N
<N
N
S
T
R
T
В полноранговом MIMO-канале, где , независимый поток данных может передаваться от каждой из  передающих антенн. Передаваемые потоки данных могут воспринимать различные характеристики канала (к примеру, различные эффекты затухания и многолучевого распространения) и им могут соответствовать различные отношения сигнал-шум-и-помехи (SNR) для данной величины мощности передачи. Более того, в случаях, если обработка последовательного подавления помех используется в приемном устройстве для того, чтобы восстанавливать передаваемые потоки данных (описаны ниже), то различные SNR могут быть реализованы для потоков данных в зависимости от конкретного порядка, в котором восстанавливаются потоки данных. Как следствие, различные скорости передачи данных могут поддерживаться посредством различных потоков данных в зависимости от их реализуемых SNR. Поскольку характеристики канала обычно варьируются во времени, скорость передачи данных, поддерживаемая посредством каждого потока данных, также варьируется во времени.
MIMO-схема может иметь два режима работы: с одним кодовым словом (SCW) и с множеством кодовых слов (MCW). В MCW-режиме передающее устройство может кодировать данные, передаваемые в каждом пространственном уровне, независимо, возможно, с различными скоростями. Приемное устройство использует алгоритм последовательного подавления помех (SIC), который работает следующим образом: декодируется первый уровень, а затем вычитается его доля из принимаемого сигнала после повторного кодирования и умножения кодированного первого уровня на оценку канала, после чего декодируется второй уровень и т.д. Этот подход разделения на уровни означает, что каждый последовательно декодируемый уровень воспринимает возрастающее SNR и, следовательно, может поддерживать более высокие скорости. При отсутствии распространения ошибок MCW-схема с SIC получает максимальную пропускную способность передачи в системе на основе характеристик канала. Недостаток этой схемы вытекает из необходимости управления скоростями на каждом пространственном уровне: (a) повышение обратной связи CQI (должен быть предоставлен один CQI для каждого уровня); (b) увеличение объема обмена сообщениями подтверждения приема (ACK) или отрицания приема (NACK) (один для каждого уровня); (c) усложнение гибридного ARQ (HARQ), поскольку каждый уровень может завершаться при различных передачах; (d) зависимость производительности SIC от ошибок оценки канала при повышенном эффекте Доплера и/или низком SNR; и (e) более жесткие требования к задержке декодирования, поскольку каждый последовательный уровень не может быть декодирован до тех пор, пока не будут декодированы предшествующие уровни.
В схеме SCW-режима передающее устройство кодирует данные, передаваемые на каждом пространственном уровне, с идентичными скоростями передачи данных. Приемное устройство может использовать линейное приемное устройство малой сложности, например приемное устройство с минимальной среднеквадратической ошибкой (MMSE) или с нулевой частотой (ZF), либо нелинейные приемные устройства, такие как QRM, для каждого тона. Это позволяет предоставить сообщения с оценками канала посредством приемного устройства только для оптимального уровня и дает возможность снижения объема передачи служебных данных для предоставления этой информации.
Хотя фиг. 4 и соответствующее описание относятся к MIMO-системе, другие системы с множеством входов и одним выходом (MISO) с одним входом и множеством выходов (SIMO) также могут использовать структуры по фиг. 4 и структуры, способы и системы, описанные относительно фиг. 3.
На фиг. 5 проиллюстрирована блок-схема системы передающего устройства в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному варианту осуществления. Передающее устройство 500 на основе информации канала использует блок 502 рангового прогнозирования, который управляет кодером 504 с одним входом и одним выходом (SISO), чтобы сформировать информационный поток.
M
Биты 506 также подвергаются турбокодированию посредством блока 506 кодера и преобразуются в символы модуляции посредством блока 508 преобразования в зависимости от формата пакета (PF) 524, заданного посредством блока 502 рангового прогнозирования. Кодированные символы затем демультиплексируются посредством демультиплексора 510 на уровней 512, которые предоставляются в модуль 514 формирования лучей.
N
xM
M
N
T
T
Модуль 514 формирования лучей формирует матрицу формирования лучей . Матрица может быть сформирована для каждой передачи по обратной линии связи. Каждая передача может влечь за собой обработку  уровней и формировать  потоков. Весовые коэффициенты собственных лучей могут быть сформированы из обратной связи 524 о собственных лучах, к примеру квантованных собственных векторов, переданных посредством терминала доступа в узел доступа. Дополнительно, как описано выше, обратная связь может содержать только доминирующие собственные вектора, воспринимаемые в терминале доступа.
N
T
потоков 512 после формирования лучей предоставляются в OFDM-модуляторы 518a-518t, которые перемежают выходные потоки символов с символами пилот-сигнала. OFDM-обработка для каждой передающей антенные 520a-520t затем выполняется идентичным образом, после чего сигналы передаются посредством MIMO-схемы.
В SISO-кодере 504 турбокодер 506 кодирует поток данных и в варианте осуществления использует скорость кодирования 1/5. Следует отметить, что могут быть использованы другие типы кодеров и скорости кодирования. Символьный кодер 508 преобразует кодированные данные в символы группы для передачи. В одном варианте осуществления группы могут быть квадратурно-амплитудными группами. Хотя в данном документе описан SISO-кодер, могут быть использованы другие типы кодеров, в том числе MIMO-кодеры.
Блок 502 рангового прогнозирования обрабатывает CQI и/или информацию оценки канала, в том числе информацию ранга, которая принимается в узле доступа для каждого терминала доступа. Информация ранга может предоставляться на основе широкополосных символов пилот-сигнала, символов пилот-сигнала со скачкообразным изменением частоты или и того и другого. Информация ранга используется для того, чтобы определить скорость модуляции посредством блока 502 рангового прогнозирования. В варианте осуществления алгоритм рангового прогнозирования может использовать 5-битовую CQI-обратную связь 522 примерно каждые 5 миллисекунд и/или оценки канала. Фактическое число битов CQI-обратной связи 22 может варьироваться на основе проектных решений или параметров.
Формат пакета, к примеру скорость модуляции, определяется с помощью нескольких методов. Примерные методы проиллюстрированы и раскрыты в находящейся одновременно на рассмотрении Патентной заявке США, номер 11/021791, озаглавленной "Performance Based Rank Prediction for MIMO Design", и Патентной заявке США, номер 11/022347, озаглавленной "Capacity Based Rank Prediction for MIMO Design", обе из которых полностью содержатся в данном документе по ссылке.
На фиг. 6 проиллюстрирована блок-схема системы приемного устройства в системе беспроводной связи с множественным доступом согласно одному варианту осуществления. На фиг. 6 каждая антенна 602a-602t принимает один или более символов, предназначенных для приемного устройства 600. Антенны 602a-602t соединены с OFDM-демодуляторами 604a-604t, каждый из которых соединен с буфером 606 скачкообразного изменения частоты. OFDM-демодуляторы 704a-604t демодулируют принимаемые OFDM-символы в принимаемые потоки символов. Буфер 606 скачкообразного изменения частоты сохраняет принимаемые символы для области скачкообразного изменения, в которой они переданы.
Выходной сигнал буфера 606 скачкообразного изменения частоты предоставляется в декодер 608, которым может быть декодер, который независимо обрабатывает каждую несущую частоту OFDM-диапазона. Буфер 606 скачкообразного изменения частоты и декодер 608 соединены с блоком 610 обработки статистики канала, который также формирует весовые коэффициенты собственных лучей, которые могут быть предоставлены в передающее устройство для последующих передач. Кроме того, блок 610 обработки статистики канала обрабатывает статистику канала, статистику канала второго порядка, мгновенную информацию канала или отношение сигнал-шум для нескольких передач. Блок 610 обработки статистики канала также может определить, произошли ли изменения, и затем передать обратную связь о собственных лучах. Помимо этого, приемное устройство 600 может определять доступные ресурсы обратной линии связи.
Демодулированные информационные потоки затем предоставляются в блок 612 коэффициента логарифмического правдоподобия и декодер 614, который может быть турбодекодером или другим декодером, чтобы соответствовать декодеру, используемому в узле доступа, который предоставляет декодированный поток данных для обработки.
На фиг. 7 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций способа определения ресурсов, которые должны быть выделены для предоставления обратной связи о собственных лучах согласно варианту осуществления. Выполняется определение в отношении доступных ресурсов обратной линии связи, этап 700. Ресурсами может быть число символов, которые могут быть переданы по каналу сигнализации или управления обратной линии связи, доступная полоса пропускания или другая информация. Это определение может выполняться в узле доступа и предоставляться в терминал доступа или в терминале доступа на основе фиксированных параметров или скоростей передачи данных для следующей передачи по прямой линии связи.
Затем выполняется определение в отношении величины передаваемых данных обратной связи о собственных лучах, которая доступна в терминале доступа (этап 702). Этой величиной может быть общее число собственных лучей, число доминирующих собственных лучей или ранг собственных лучей. Дополнительно эта величина может включать в себя информацию ранга или CQI-информацию, чтобы учитывать всю или большую часть обратной связи, требуемой от терминала доступа.
Формируется индикатор в отношении ресурсов, выделенных для передачи по обратной линии связи (этап 704). Индикатор может быть сформирован в узле доступа или в терминале доступа и затем передан в терминал доступа. Ресурсы по обратной линии связи далее выделяются для передачи на основе индикатора (этап 706).
На фиг. 8 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций способа определения того, следует ли предоставлять обратную связь о собственных лучах согласно другому варианту осуществления. Формируется информация канала (этап 800). Информацией канала может быть мгновенная информация канала или статистика канала. В некоторых вариантах осуществления информация канала может относиться к частоте ошибок по пакетам, замиранию, интенсивности сигнала, информации состояния канала или другой информации. Дополнительно может быть использована информация канала, вычисленная в одной из или обеих из временной и частотной области. Дополнительно в некоторых вариантах осуществления используется статистика канала второго порядка. В других вариантах осуществления используется статистика канала первого порядка или более высокого порядка помимо или вместо статистики канала второго порядка. В некоторых вариантах осуществления информация канала может вычисляться на основе символов пилот-сигнала либо символов пилот-сигнала и символов данных.
Определяется изменение в информации канала (этап 802). Изменение может быть между последовательными передачами, между текущей передачей и передачей на N передач до текущей передачи, усредненные во времени изменения, усреднения по M передачам или другие подходы. В одном варианте осуществления изменения могут быть вычислены как абсолютное значение или разность квадратов информации канала для текущей передачи и передачи, которая предшествует на N передач текущей передачи.
Выполняется определение того, является канал между терминалом доступа и узлом доступа стационарным или изменяющимся (этап 804). В варианте осуществления это определение может быть сделано на основе того, превышает ли изменение в статистике канала порог или ниже порога. В других вариантах осуществления определение может быть основано на скорости изменения между несколькими определениями изменения информации канала. Другие подходы также могут быть использованы для того, чтобы определить то, является канал стационарным или изменяющимся.
В случае, если определено, что канал является стационарным, определяются доминирующие собственные лучи (этап 806). Информация, касающаяся доминирующих собственных лучей, передается в узел доступа (этап 808). Информация, касающаяся доминирующих собственных лучей, может быть квантована согласно таблице кодирования. Так же следует отметить, что этап 806 может выполняться в любое время до этапа 804 и может быть независимым от процесса, проиллюстрированного на фиг. 8. В случае, если определено, что канал является изменяющимся, обратная связь не предоставляется (этап 810).
На фиг. 9 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций способа формирования векторов собственных лучей согласно дополнительному варианту осуществления. Считывается информация о собственных лучах, предоставляемая от терминала в узел доступа (этап 900). Как описано ранее, в некоторых вариантах осуществления информация о собственных лучах может быть квантована и, следовательно, надлежащая информация считывается из таблицы кодирования для использования на этапе 900. Дополнительно информация о собственных лучах может применяться только к доминирующим собственным лучам.
Информация о собственных лучах используется для формирования матрицы формирования собственных лучей (этап 902). Затем матрица формирования собственных лучей разлагается (этап 904). Разложением может быть QR-разложение. Собственные векторы, представляющие весовые коэффициенты формирования лучей, после этого могут быть сформированы для символов следующей области скачкообразного изменения частоты для передачи в терминал доступа (этап 906).
На фиг. 10 проиллюстрирована блок-схема последовательности операций способа формирования обратной связи о собственных лучах согласно варианту осуществления. Канал линии прямой связи оценивается на основе принимаемых символов, такие как символы пилот-сигнала (этап 1000). Доминирующие собственные лучи затем определяются и вычисляются на основе оценки канала прямой линии связи (этап 1002). Выполняется определение в отношении показателя доступных ресурсов прямой линии связи (этап 1004). Ресурсами может быть число символов, которые могут быть переданы по каналу сигнализации или управления обратной линии связи, доступная полоса пропускания или другая информация. Это определение может выполняться в узле доступа и предоставляться в терминал доступа или в терминале доступа на основе фиксированных параметров или скоростей передачи данных для следующей передачи по прямой линии связи.
В случае если ресурсы обратной линии связи считаются низкими, определяется средняя частота доминирующих собственных лучей до предоставления в качестве обратной связи в узел доступа (этап 1006). В случае если ресурсы обратной линии связи считаются высокими, доминирующие собственные лучи предоставляются в качестве обратной связи в узел доступа (этап 1008).
Вышеописанные процессы могут быть выполнены с помощью TX-процессора 420 или 460, процессора 430 или 470 и запоминающего устройства 432 или 472. Дополнительные процессы, операции и признаки, описанные в отношении фиг. 5A, 5B и 6-10, могут выполняться на любом процессоре, контроллере и/или другом обрабатывающем устройстве и могут быть сохранены как машиночитаемые инструкции в машиночитаемом носителе в качестве исходного кода, объектного кода или иным образом.
Описанные в данном документе методы могут быть реализованы различными средствами. Например, эти методы могут быть реализованы в аппаратных средствах, программном обеспечении или их сочетании. При реализации в аппаратных средствах блоки обработки, используемые в узле доступа или терминале доступа, могут быть реализованы в одной или более специализированных интегральных схемах (ASIC), процессорах цифровых сигналов (DSP), устройствах цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройствах (PLD), программируемых пользователем матричных БИС (FPGA), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных устройствах, предназначенных для выполнения описанных в данном документе функций, или в их сочетании.
При реализации в программном обеспечении описанные в данном документе методы могут быть реализованы с помощью модулей (к примеру, процедур, функций и т.п.), которые выполняют описанные в данном документе функции. Программные коды могут быть сохранены в запоминающем устройстве и приведены в исполнение процессором. Запоминающее устройство может быть реализовано в процессоре или как внешнее по отношению к процессору, причем во втором случае оно может быть подсоединено к процессору с помощью различных средств, известных в данной области техники.
Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления предоставлено для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники создавать или использовать признаки, функции, операции и варианты осуществления, раскрытые в данном документе. Различные модификации в этих вариантах осуществления должны быть очевидными для специалистов в данной области техники, а описанные в данном документе общие принципы могут быть применены к другим вариантам осуществления без отступления от их сущности и объема изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается показанными в данном документе вариантами осуществления, а должно соответствовать самому широкому объему, согласованному с принципами и новыми признаками, раскрытыми в данном документе.