СКАЧКООБРАЗНАЯ ПЕРЕСТРОЙКА ЧАСТОТЫ ПИЛОТ-ТОНОВ
FREQUENCY HOPPING OF PILOT TONES

Запрос приоритета по разделу 35 §119 Свода законов США
Настоящей заявкой на патент испрашивается приоритет по временной заявке № 60/800,677, озаглавленной «Frequency Hopping of Pilot Tones in a MIMO/OFDM System», поданной 15 мая 2006 г. и переуступленной правопреемнику, которая полностью содержится в данном документе по ссылке.
Уровень техники
I. Область техники
Данное раскрытие относится к области мультиплексированной связи, а более конкретно - к системам и способам для улучшения производительности систем с множеством входов и множеством выходов («MIMO») путем изменения частоты пилот-тонов MIMO.
II. Уровень техники
Стандарт IEEE 802.11n беспроводной связи, который, как ожидают, будет завершен в середине 2007 г., внедряет мультиплексирование с множеством входов и множеством выходов (MIMO) в технологию мультиплексирования с ортогональным делением частот (OFDM), принятую в предыдущих версиях стандарта 802.11. Системы MIMO имеют преимущество в значительно улучшенной пропускной способности и/или увеличенной надежности по сравнению с системами без мультиплексирования.
Вместо передачи одного преобразованного в последовательный вид потока данных от одной передающей антенны на одну приемную антенну система MIMO делит поток данных на множество уникальных потоков, которые модулируются и передаются параллельно в то же самое время в том же самом частотном канале, каждый поток передается по его собственной пространственно отделенной антенной цепочке. На приемной стороне одна или более цепочек антенн приемника MIMO принимает линейную комбинацию множества потоков передаваемых данных, определяемых множеством трасс, которые могут использоваться каждой отдельной передачей. Потоки данных затем отделяются для обработки, как описано более подробно ниже.
T
R
S
S
T
R
Вообще система MIMO использует множество передающих антенн и множество приемных антенн для передачи данных. Канал MIMO, сформированный с помощью N передающих и N приемных антенн, можно раскладывать на N собственных мод, соответствующих независимым виртуальным каналам, где N≤min {N, N}.
T
T
R
В системе беспроводной связи данные, которые будут передавать, сначала модулируются на радиочастотный (РЧ) несущий сигнал с тем, чтобы генерировать модулированный РЧ сигнал, который более подходит для передачи по беспроводному каналу. Для системы MIMO, может создаваться и передаваться одновременно от N передающих антенн до N модулированных РЧ сигналов. Передаваемые модулированные РЧ сигналы могут достигать N приемных антенн через ряд трасс распространения в беспроводном канале. Зависимость принимаемых сигналов от передаваемых сигналов можно описать следующим образом:
S<sub>R</sub>=HS<sub>T</sub>+n,
(1)
R
R
R
T
T
T
R
T
где S - комплексный вектор из N компонентов, соответствующих сигналам, принимаемым каждой из N приемных антенн; S - комплексный вектор из N компонентов, соответствующих сигналам, передаваемым каждой из N передающих антенн; H - матрица N х N компоненты которой представляют комплексные коэффициенты, которые описывают амплитуду сигнала от каждой передающей антенны, принимаемого каждой приемной антенной; n - вектор, представляющий шумы, принимаемые каждой приемной антенной.
Характеристики трасс распространения обычно со временем изменяются из-за ряда факторов, таких, например, как затухание, многолучевое распространение и внешние помехи. Следовательно, передаваемые модулированные РЧ сигналы могут находиться под влиянием различных условий канала (например, различных эффектов затухания и многолучевого распространения) и могут быть связаны с различными комплексными коэффициентами усиления и отношениями сигнал-шум (SNR). В уравнении (1) эти характеристики закодированы в матрице H.
Для достижения высокой производительности часто необходимо охарактеризовать отклик беспроводного канала. Отклик канала можно характеризовать такими параметрами, как спектральная плотность шумов, отношение сигнал-шум, скорость передачи битов или другие параметры производительности. Передатчику, возможно, потребуется знать отклик канала, например, для выполнения пространственной обработки для передачи данных на приемник, как описано ниже. Точно так же приемнику, возможно, потребуется знать отклик канала для выполнения пространственной обработки принимаемых сигналов для восстановления передаваемых данных.
Во многих системах беспроводной связи один или более опорных сигналов, известных как пилот-тоны, передаются передатчиком для того, чтобы помочь приемнику выполнять ряд функций. Приемник может использовать пилот-тоны для оценки отклика канала, а также для других функций, включающих в себя синхронизацию и захват частоты, демодуляцию данных и другие. Вообще, один или более пилот-тонов передаются с параметрами, которые известны приемнику. Путем сравнения амплитуды и фазы принимаемого пилот-тона с известными параметрами передачи пилот-тона процессор приема может вычислять параметры канала, что позволяет ему компенсировать шумы и ошибки в передаваемом потоке данных. Использование пилот-тонов обсуждается дополнительно в патенте США №6,928,062, озаглавленном «Uplink pilot and signaling transmission in wireless communication systems», содержание которого представлено для справки.
Сущность изобретения
В одном из вариантов осуществления обеспечен способ увеличения поддиапазона пилот-тона в системе связи, при этом способ содержит прием индикатора и увеличение поддиапазона пилот-тона в ответ на получение индикатора. В другом варианте осуществления увеличение поддиапазона пилот-тона включает в себя увеличение поддиапазона на заранее заданный интервал. В еще одном варианте осуществления система связи включает в себя передатчик и приемник, и индикатор принимают с помощью передатчика от приемника.
В дополнительном варианте осуществления обеспечен способ передачи множества блоков данных, причем каждый из множества блоков данных включает в себя пилот-тон, при этом способ содержит передачу первого блока данных, пилот-тон которого ассоциирован с первым поддиапазоном, и передачу последующего блока данных, причем пилот-тон последующего блока данных ассоциирован с увеличенным поддиапазоном. В еще одном варианте осуществления увеличенный поддиапазон последующего блока данных является поддиапазоном первого блока данных, увеличенным на заранее заданный интервал. В еще одном варианте осуществления способ дополнительно содержит последовательную передачу дальнейших последующих блоков данных, причем пилот-тон каждого дальнейшего последующего блока данных ассоциирован с дополнительно увеличенным поддиапазоном. В еще одном варианте осуществления дополнительно увеличенный поддиапазон каждого дальнейшего последующего блока данных является поддиапазоном, ассоциированным с ранее переданным блоком данных, увеличенным на заранее заданный интервал. В еще одном варианте осуществления множество блоков данных передают через беспроводную систему MIMO/OFDM.
В дополнительном варианте осуществления обеспечен способ передачи множества блоков данных, каждый блок данных включает в себя пилот-тон, при этом способ содержит передачу первого блока данных, пилот-тон которого назначен для первого поддиапазона, определение того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, и передачу последующего блока данных, причем если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона не выполняется, то пилот-тон последующего блока данных ассоциируется с первым поддиапазоном, а если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона выполняется, то пилот-тон последующего блока данных связывают с увеличенным поддиапазоном. В еще одном варианте осуществления увеличенный поддиапазон является поддиапазоном пилот-тона предыдущего блока данных, увеличенным на заранее заданный интервал. В еще одном варианте осуществления определение того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, дополнительно содержит определение параметра канала. В еще одном варианте осуществления определение того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, дополнительно содержит определение того, соответствует ли параметр канала пороговому условию. В дополнительном варианте осуществления каждый из множества блоков данных дополнительно содержит идентификатор последовательности. В еще одном варианте осуществления определение того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, дополнительно содержит прием индикатора от приемника.
В дополнительном варианте осуществления представлено устройство, сконфигурированное для передачи множества блоков данных, при этом устройство содержит выход, приспособленный для связи, по меньшей мере, с одной антенной, и блок передатчика, связанный с выходом и выполненный с возможностью генерировать блоки данных, которые будут последовательно обеспечивать на выход, причем каждый из блоков данных включает в себя пилот-тон и причем блок передатчика дополнительно выполнен с возможностью назначать пилот-тон первого блока данных для первого поддиапазона и назначать пилот-тон каждого последующего блока данных для увеличенного поддиапазона. В еще одном варианте осуществления увеличенный поддиапазон каждого последующего блока данных является поддиапазоном предыдущего блока данных, увеличенным на фиксированный интервал. В дополнительном варианте осуществления каждый из множества блоков данных дополнительно содержит идентификатор последовательности. В еще одном варианте осуществления каждый из множества блоков данных является пакетом данных. В еще одном варианте осуществления каждый из множества блоков данных является «пачкой». В еще одном варианте осуществления каждый из множества блоков данных является протокольным блоком данных.
В дополнительном варианте осуществления представлено устройство, сконфигурированное для передачи множества блоков данных, при этом устройство содержит, по меньшей мере, один выход, приспособленный для связи, по меньшей мере, с одной антенной, и блок передатчика, связанный с выходом и выполненный с возможностью генерировать блоки данных, которые будут последовательно обеспечивать на выход, каждый из блоков данных включает в себя пилот-тон, причем блок передатчика дополнительно выполнен с возможностью назначать пилот-тон первого блока данных для первого поддиапазона, определять, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, и, если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона выполняется, то назначать пилот-тон каждого из последующего блока данных для увеличенного поддиапазона. В еще одном варианте осуществления увеличенный поддиапазон каждого последующего блока данных является поддиапазоном предыдущего блока данных, увеличенным на заранее заданный интервал. В еще одном варианте осуществления блок передатчика выполнен с возможностью назначать пилот-тон каждого последующего блока данных для первого поддиапазона, если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона не выполняется. В еще одном варианте осуществления блок передатчика дополнительно выполнен с возможностью определять параметр канала. В еще одном варианте осуществления блок передатчика дополнительно выполнен с возможностью определять, соответствует ли параметр канала пороговому условию.
В дополнительном варианте осуществления представлено устройство, сконфигурированное для обработки принимаемых блоков данных, причем принимаемый блок данных содержит идентификатор последовательности и пилот-тон, назначенный для поддиапазона, при этом устройство содержит, по меньшей мере, один вход, приспособленный для связи, по меньшей мере, с одной антенной, и блок приемника, связанный с входом, причем блок приемника конфигурируют для приема блока данных из входа, определения идентификатора последовательности блока данных и определения поддиапазона, назначенного для пилот-тона принятого блока данных, основываясь на идентификаторе последовательности блока данных. В еще одном варианте осуществления блок приемника дополнительно конфигурируют для определения поддиапазона, назначенного для пилот-тона принятого блока путем увеличения поддиапазона, назначенного для ранее принятого блока данных. В еще одном варианте осуществления поддиапазон, назначенный для ранее принятого блока данных, увеличивают на интервал, который основан на идентификаторе последовательности блока данных.
В дополнительном варианте осуществления представлено устройство, сконфигурированное для выбора поддиапазона, который будет назначен для пилот-тона, при этом устройство содержит средство для определения параметра канала и средство для выбора поддиапазона, который будет назначен для пилот-тона, основываясь на параметре канала и поддиапазоне, ранее назначенноом для пилот-тона. В еще одном варианте осуществления устройство дополнительно содержит средство определения того, соответствует ли параметр канала пороговому условию, и средство для увеличения поддиапазона, ранее назначенного для пилот-тона, на заранее заданный интервал, и выбора увеличенного поддиапазона в качестве поддиапазона, который будет назначен для пилот-тона, если параметр канала не соответствует пороговому условию. В еще одном варианте осуществления параметром канала является отношение сигнал-шум. В еще одном варианте осуществления параметром канала является частота ошибочных битов.
В дополнительном варианте осуществления описан машиночитаемый носитель, несущий команды для выполнения способа посредством одного или более процессоров, при этом команды содержат команды для определения параметра канала и команды для выбора поддиапазона, который будет назначен для пилот-тона, основываясь на параметре канала и поддиапазоне, ранее назначенном для пилот-тона.
В дополнительном варианте осуществления представлено устройство, сконфигурированное для передачи множества блоков данных, в котором каждый из множества блоков данных включает в себя пилот-тон, при этом устройство содержит средство для передачи первого блока данных, причем пилот-тон первого блока данных назначают для первого поддиапазона, средство для определения того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, и средство для передачи последующего блока данных, причем если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона не выполняется, то пилот-тон последующего блока данных ассоциируют с первым поддиапазоном, а если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона выполняется, то пилот-тон последующего блока ассоциируют с увеличенным поддиапазоном. В еще одном варианте осуществления увеличенный поддиапазон является поддиапазоном предыдущего блока данных, увеличенным на заранее заданный интервал. В еще одном варианте осуществления средство для определения того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, дополнительно содержит средство для определения параметра канала. В еще одном варианте осуществления средство для определения того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, дополнительно содержит средство для определения того, соответствует ли параметр канала пороговому условию. В еще одном варианте осуществления средство для определения того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, дополнительно содержит средство для приема индикатора от приемника.
В дополнительном варианте осуществления представлен машиночитаемый носитель, несущий команды для выполнения способа посредством одного или более процессоров, при этом команды содержат команды для передачи первого блока данных, включающего в себя пилот-тон, назначенный для первого поддиапазона, команды для определения того, выполняется ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, и команды для передачи последующего блока данных, включающего в себя второй пилот-тон, причем если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона не выполняется, то второй пилот-тон ассоциируют с первым поддиапазоном, а если условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона выполняется, то второй пилот-тон ассоциируют с увеличенным поддиапазоном.
В дополнительном варианте осуществления представлено устройство, сконфигурированное для обработки принятого блока данных, принятый блок данных содержит идентификатор последовательности и пилот-тон, ассоциируемый с поддиапазоном, при этом устройство содержит средство для определения идентификатора последовательности блока данных и средство для определения поддиапазона, связанного с пилот-тоном принятого блока данных, основываясь на идентификаторе последовательности блока данных. В еще одном варианте осуществления средство для определения поддиапазона, назначенного для пилот-тона принятого блока данных, дополнительно содержит средство для увеличения на некоторый интервал поддиапазона, связанного с ранее принятым блоком данных, причем данный интервал основан на идентификаторе последовательности блока данных. В еще одном варианте осуществления представлен машиночитаемый носитель, несущий команды для выполнения способа, при этом команды содержат команды для определения идентификатора последовательности блока данных и команды для определения поддиапазона, связанного с пилот-тоном принятого блока данных, основываясь на идентификаторе последовательности блока данных.
Краткое описание чертежей
Примерные варианты осуществления систем и способов согласно настоящему раскрытию можно будет понять в отношении сопроводительных чертежей, которые начерчены не в масштабе. На чертежах каждый идентичный или почти идентичный компонент, который показан на различных фигурах, представлен одинаковым указателем. Для ясности не каждый компонент может быть помечен на каждом чертеже.
Особенности и характер настоящего раскрытия станут более очевидными из сформулированного ниже подробного описания при его рассмотрении вместе с чертежами, на которых одинаковые позиционные обозначения идентифицируют соответствующие части по всему документу.
Фиг. 1 - схематический чертеж беспроводной сети.
Фиг. 2 - структурная схема передающей станции и приемной станции.
Фиг. 3 - схематическое представление скачкообразной перестройки частоты пилот-тона по поддиапазонам.
Фиг. 4 - схематическое представление варианта осуществления устройства для выбора поддиапазона для пилот-тона.
Фиг. 5 - схематическое представление варианта осуществления устройства для передачи блоков данных, которые включают в себя пилот-тоны.
Фиг. 6A - схематическое представление варианта осуществления устройства для оценки того, существует ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона.
Фиг. 6B - схематическое представление другого варианта осуществления устройства для оценки, существует ли условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона.
Фиг. 7 - схематическое представление варианта осуществления устройства для определения поддиапазона, назначенного для пилот-тона принимаемого блока данных.
Подробное описание
Слово «примерный» в данном документе означает «служить примером или иллюстрацией». Любой вариант осуществления или конструкция, описанные в данной работе как «примерный», не обязательно следует рассматривать как предпочтительный или преимущественный по сравнению с другими вариантами осуществления или конструкциями.
Эффективность пилот-тонов ограничена шумами и помехами. Они могут ухудшать опорную функцию пилот-тонов, вводя ложные компоненты в амплитуду и фазу принимаемых пилот-тонов. Для сохранения целостности пилот-тонов от шумов и помех описана методика для увеличивающейся скачкообразной перестройки частоты пилот-тонов. Используя способ раскрытия в системе OFDM/MIMO, частоту пилот-тонов можно скачкообразно перестраивать по диапазону частот, если шумы или помехи от других систем начинают ухудшать производительность системы.
Фиг. 1 показывает примерную беспроводную сеть 100 с точкой 110 доступа и одним или более пользовательских терминалов 120. Точка 110 доступа является в общем случае фиксированной станцией, которая осуществляет связь с пользовательскими терминалами, такими как базовая станция или подсистема базовых приемопередающих станций (BTS). Пользовательские терминалы 120 могут быть фиксированными или подвижными станциями (SТА), беспроводными устройствами или любым другим пользовательским оборудованием (UE). Пользовательские терминалы 120 могут осуществлять связь с точкой 110доступа. Альтернативно, пользовательский терминал 120 может также осуществлять одноранговую связь с другим пользовательским терминалом 120. В примерном варианте осуществления точка 110 доступа является беспроводной станцией, а пользовательские терминалы 120 являются одним или большим количеством компьютеров, оборудованными беспроводными сетевыми адаптерами. В альтернативном примерном варианте осуществления точка 110 доступа является станцией сотовой связи, а пользовательские терминалы 120 являются одним или большим количеством мобильных телефонов, пейджеров или других устройств связи. Специалисты в данной области техники знают другие системы, которые могут быть представлены в общем случае, как показано на фиг. 1.
Точка 110 доступа может быть оборудована одной антенной 112 или множеством антенн 112 для передачи и приема данных. Точно так же каждый пользовательский терминал 120 может также быть оборудован одной антенной 112 или множеством антенн 112 для передачи и приема данных. В примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 1, точка доступа 110 оборудована множеством (например, двумя или четырьмя) антеннами 112, каждый из пользовательских терминалов 120a и 120d оборудован одной антенной 112, и каждый из пользовательских терминалов 120b и 120c оборудован множеством антенн 112. Вообще, может использоваться любое количество антенн 112; не требуется, чтобы пользовательские терминалы 120 имели одинаковое количество антенн 112 или чтобы у них было то же самое количество антенн 112, как в точке 110 доступа.
R
Каждый из пользовательских терминалов 120 и точка 110 доступа в беспроводной сети 100 включает в себя либо передающую станцию, или приемную станцию, или и ту, и другую. Фиг. 2 показывает структурную схему примерной передающей станции 210 и примерной приемной станции 250. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, передающая станция 210 оборудована одной антенной 234, а приемная станция 250 оборудована множеством (например, N=2) антенн 252a-r. Вообще, и передающая станция 210, и приемная станция 250 могут иметь множество антенн; в системах MIMO передающая станция 210 и приемная станция 250 обычно обе имеют множество антенн.
Обращаясь снова к фиг. 2, в передающей станции 210 исходный кодер 220 кодирует необработанные данные, такие как голосовые данные, видеоданные или любые другие данные, которые можно передавать по беспроводной сети. Кодирование обычно основано на любой из широкого разнообразия схем исходного кодирования, известных из предшествующего уровня техники, таких как усовершенствованный кодек с переменной скоростью кодирования (EVRC) для голоса, кодер H.324 для видеоданных и множество других известных схем кодирования. Выбор схемы исходного кодирования зависит от конечного применения беспроводной сети.
Исходный кодер 220 может также генерировать данные трафика. Процессор 230 передачи принимает данные трафика от исходного кодера 220, обрабатывает данные трафика в соответствии со скоростью передачи данных, выбранной для передачи, и обеспечивает выходные элементарные сигналы. Блок передатчика (TMTR) 232 обрабатывает выходные элементарные сигналы с тем, чтобы генерировать модулированный сигнал. Обработка посредством блока передатчика 232 может включать в себя цифроаналоговое преобразование, усиление, фильтрацию и преобразование с повышением частоты. Модулированный сигнал, сгенерированный блоком передатчика, затем передают через антенну 234. В случае блока передатчика 232 с множеством антенн, обработка посредством блока передатчика может также включать в себя мультиплексирование выходного сигнала для передачи через множество антенн.
R
В приемной станции 250 N антенн 252a-252r принимают переданный сигнал (или, если блок передатчика 232 включал в себя множество передающих антенн и передавал мультиплексированный сигнал, каждая из антенн 252a-252r принимает линейную комбинацию сигналов, переданных каждой из передающих антенн). Каждая антенна 252 обеспечивает принятый сигнал к соответствующему блоку приемника (RCVR) 254. Каждый блок приемника 254 обрабатывает свой принятый сигнал. В примерном варианте осуществления каждый из блоков приемника 254 обрабатывает сигнал через цифровую дискретизацию, обеспечивая поток входных выборок на процессор 260 приема. Процессор 260 приема обрабатывает входные выборки от всех R блоков приемника 254a-254r способом, обратным обработке, выполняемой посредством процессора 230 передачи, и обеспечивает выходные данные, которые являются статистической оценкой содержимого данных трафика, передаваемых передающей станцией 210. Исходный декодер 270 обрабатывает выходные данные способом, обратным обработке, выполняемой исходным кодером 220 и, обеспечивает декодированные данных с помощью других компонентов.
В примерном варианте осуществления контроллеры 240 и 280 управляют работой блоков обработки в передающей станции 210 и приемной станции 250, соответственно. Передающая станция 210 и приемная станция 250 могут также включать в себя запоминающие устройства 242 и 282, которые хранят данные и/или программные коды, используемые контроллерами 240 и 280, соответственно.
Обработка сигналов в системах мультиплексирования с ортогональным делением частот (OFDM)
F
Использование схемы OFDM эффективно делит всю полосу пропускания системы на множество (N) ортогональных поддиапазонов. Эти ортогональные поддиапазоны иногда упоминаются как тоны, элементы разрешения по частоте или частотные подканалы. С помощью OFDM каждый поддиапазон ассоциируют с соответствующей поднесущей, на которую можно модулировать данные. Для системы MIMO-OFDM каждый поддиапазон можно ассоциировать с рядом собственных мод, и каждую собственную моду каждого поддиапазона можно рассматривать в качестве независимого канала передачи.
Как отмечено ранее, системы MIMO-OFDM используют пилот-тоны для оценки отклика канала, синхронизации и захвата частоты, демодуляции данных или других функций. В примерной системе MIMO-OFDM эти пилот-тоны структурируют следующим образом.
F
F
Полосу пропускания системы MIMO-OFDM делят на N ортогональных поддиапазонов. Вообще, количество ортогональных поддиапазонов зависит от количества антенн на передающей и приемной сторонах системы MIMO. В примерном варианте осуществления N равно 64, но в некоторых вариантах осуществления описанные методики можно легко применять вообще к системам MIMO, работающим с любым количеством ортогональных поддиапазонов, а также к другим структурам поддиапазонов OFDM.
F
Пилот-тоны передают в заранее заданном количестве поддиапазонов. Количество поддиапазонов OFDM и промежуток между ними можно выбирать для оптимизации равновесия между оценкой улучшенного канала и возрастанием непроизводительных потерь, или потерей эффективной полосы пропускания, что является результатом резервирования некоторых поддиапазонов для пилот-тонов. В примерном варианте осуществления, где N=64, можно использовать, например, четыре пилот-тона, обеспечивая достаточно много данных для оценки производительности канала, не жертвуя слишком большой полосой пропускания данных.
Ряд факторов может способствовать чередованию фаз на символе OFDM, таких как время выборки символа или фазовый шум местных генераторов. Такое чередование фаз может способствовать ошибке в принятыом сигнале. При использовании пилот-тонов, алгоритмы обработки или цепи в приемнике могут оценивать это чередование фаз из пилот-тонов, которые передают с известными параметрами, и исправлять тоны данных соответствующим образом. Поэтому правильное и точное измерение информации фазы в пилот-тонах очень важно для производительности всей системы. Любые помехи для пилот-тонов (особенно помехи, которые вводят сдвиги фаз, которые также не присутствуют в тонах данных) могут значительно ухудшать производительность системы, поскольку слежение за фазой в тонах данных может быть потеряно. Когда ложные сдвиги фаз присутствуют в пилот-тонах, обработка в приемнике может вносить избыточную корректировку в тоны данных или исправлять сдвиги фаз, который не присутствует в тонах данных.
Для решения проблем узкополосных помех, которые могут вносить ошибки фазы в пилот-тоны, варианты осуществления настоящего раскрытия обеспечивают методики для скачкообразной перестройки частоты пилот-тонов с приращением. В системе OFDM-MIMO через использование раскрытых методик пилот-тоны могут скачкообразно перестраивать позиции в диапазоне частот, когда наблюдаются помехи или любой другой источник ухудшения отклика канала, которые ухудшают производительность системы.
F
F
0
Фиг. 3 схематично показывает скачкообразную перестройку частоты пилот-тона в примерной системе OFDM-MIMO, имеющей N поддиапазонов. Поднесущая, соответствующая каждому поддиапазону, представлена на фиг. 3 вертикальной линией в схематично представленном спектре частот канала. Поднесущие можно указывать с помощью индекса k, находящегося в диапазоне от 1 до N. В любой момент времени некоторые из поддиапазонов зарезервированы для использования в качестве пилот-тонов, в то время как поднесущие в других поддиапазонах можно модулировать для переноса передаваемых данных или другой информации системы. В некоторый момент времени t=t, в примерном варианте осуществления, показанном на фиг. 3, поддиапазон k=1 и каждый восьмой поддиапазон после него определяются как пилот-тоны, обозначенные пунктирной линией и буквой P над этими поддиапазонами. Снова подразумевается, что это является просто примером и описанные методики можно применять к любому количеству пилот-тонов, размещенных в любом месте в пределах канала, с любым необходимым промежутком.
1
1
2
F
Когда помехи и/или фазовый шум в пилот-тонах ухудшают эффективность системы, система может «скачкообразно перестраивать частоту» пилот-тонов, переназначая роль пилот-тона другим поддиапазонам из первоначально назначенных. (Запускающие условия, при которых система может скачкообразно перестраивать частоту пилот-тонов, обсуждаются ниже). На фиг. 3, например, в момент времени t=t, система продвинула пилот-тоны на один поддиапазон. Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, в момент времени t=t, пилот-тоны назначают для поддиапазонов k=2, 10 и т.д. Точно так же, когда система снова продвигает пилот-тоны в некоторый более поздний момент времени t=t, пилот-тоны можно назначать для поддиапазонов k=3, 11 и т.д., как показано на фиг. 3. В примерном варианте осуществления, если самому высокому частотному поддиапазону k=N определен пилот-тон, то, когда система скачкообразно перестроит или продвинет частоту пилот-тоны, назначение «вернется» к самой низкочастотной части канала; т.е. поддиапазон k=1 будет определяться в качестве пилот-тона.
В одном из вариантов осуществления скачкообразная перестройка частоты пилот-тона запускается, когда условия в канале опускаются ниже порогового значения. Например, пороговым условием может быть скорость передачи данных, падающая ниже некоторого порогового уровня, фазовый шум, повышающийся выше порогового уровня, отношение сигнал-шум, падающее ниже порогового уровня, частота ошибочных битов, повышающаяся выше порогового уровня, или ухудшение за пороговое значение любого другого параметра канала, который контролируется системой. Другие параметры канала, которые могут контролироваться примерной системой, включают в себя корреляцию, время когерентности каналов, разброс частот и среднеквадратического значения задержки. Пороговое условие можно оценивать путем обработки, которая происходит на передающей стороне, или обработки, которая происходит в приемнике. В одном из вариантов осуществления спектральный шум, отношение сигнал-шум и/или скорость передачи битов контролируют на приемной стороне; на стороне передатчика можно контролировать другие параметры. В вариантах осуществления, в которых пороговое условие оценивают на стороне приемника, после обнаружения порогового условия приемник посылает в передатчик флажковый индикатор, сигнал или другой индикатор. В таких вариантах осуществления передатчик программируют для интерпретации данного индикатора в качестве запроса начать скачкообразную перестройку частоты пилот-тона, и он начинает увеличивать частоту пилот-тона в ответ на прием данного индикатора.
I
I
I
I
I
После обнаружения положительного порогового условия передатчик затем увеличивает пилот-тоны на некоторое фиксированное количество N поддиапазонов. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3, N =1, но можно использовать другие значения N. В одном варианте осуществления пилот-тоны можно увеличивать один раз (на интервал из N поддиапазонов) после обнаружения порогового условия. В другом варианте осуществления система может неоднократно увеличивать пилот-тоны на N поддиапазонов, проверяя выполнение порогового условия при каждом увеличении, и прекращать увеличивать пилот-тоны, когда пороговое условие больше не удовлетворяется, т.е. когда один или более контролируемых параметров канала возвратились в требуемые диапазоны. В еще одном варианте осуществления, когда обнаружено пороговое условие, пилот-тоны можно неоднократно увеличивать с каждым последовательным пакетом, или «пачкой», передаваемым передатчиком, возвращая частоту пилот-тонов назад к k=1, когда они увеличиваются за пределы высокочастотного окончания канала. Наконец, в другом варианте осуществления, систему можно программировать, чтобы всегда изменять пилот-тоны, независимо ни от какого порогового условия. Например, такая система может быть запрограммирована для инициации передачи с поддиапазоном k=1, назначенным в качестве пилот-тона, а затем увеличивать пилот-тоны на один поддиапазон с каждым передаваемым пакетом, или «пачкой», возвращаясь назад к k=1, когда пилот-тоны увеличиваются за пределы высокочастотного окончания канала. Скачкообразная перестройка частоты тонов может продолжаться в течение заранее заданного времени или заранее заданного количества кадров, или ее можно прекращать, когда пороговое условие больше не обнаруживают в передатчике или в приемнике. Альтернативно скачкообразную перестройку частоты можно прекращать после обнаружения другого порогового условия или в передатчике, или в приемнике.
I
0
F
I
1
F
F
I
I
В примерном варианте осуществления, когда определяют, что пилот-тоны нужно скачкообразно перестраивать по частоте, все тоны в символе OFDM сдвигают на N поддиапазонов. Таким образом, например (ссылаясь снова на фиг. 3), в момент времени t=t поддиапазон k=1 определяется для пилот-тона, в то время как поддиапазоны k=2-8 переносят данные (то же самое для поддиапазонов с k=9 по k=N). После скачкообразной перестройки частоты пилот-тона (с N=1) в момент времени t=t поддиапазон k=2 определяют для пилот-тона, а данные, соответствующие данным, ранее передаваемым в поддиапазонах k=2-8, переносят в поддиапазоны k=3-9; то же самое для поддиапазонов с k=1 по k=N; данные, соответствующие данным, передаваемым ранее в поддиапазоне k=N, переносят в поддиапазоны k=1. Другими словами, когда частота сигналов скачкообразно перестраивается, каждый тон продвигают вперед на N поддиапазонов, и тоны, частота которых скачкообразно перестраивается за канал на этот шаг путем приращения, «возвращают» назад, чтобы занять поддиапазоны первых тонов. Альтернативно частоту тонов можно скачкообразно перестраивать в обратном направлении, уменьшая каждый тон на N и «возвращая» более низкие тоны к более высокому концу спектра.
H
I
H
I
F
F
Для правильной обработки принимаемых сигналов в некоторых вариантах осуществления приемник может определять для каждого принятого пакета, «пачки» или протокольного блока данных (PDU), какие поддиапазоны являются пилот-тонами, а какие являются тонами данных. Поэтому в одном из вариантов осуществления каждый пакет, «пачку» или PDU отмечают посредством передатчика идентификатором последовательности, таким как порядковый номер или другой уникальный идентификатор, который определяет местонахождение пакета в последовательности передаваемых пакетов. Приемник может использовать этот идентификатор для определения того, какие поддиапазоны назначены для пилот-тонов для этого пакета, «пачки» или PDU. Например, если приемник знает, что скачкообразная перестройка частоты пилот-тона началась с передачи пакета, имеющего порядковый номер N, и также знает, что в каждом последующем пакете пилот-тоны были продвинуты на N поддиапазонов, когда приемник принимает пакет данных, имеющий порядковый номер N+p, приемник может вычислять индексы поддиапазонов, соответствующих пилот-тонам для этого пакета, добавляя (p N) mod (N) к каждому из индексов исходных поддиапазонов. Это вычисление продвигает пилот-тоны на правильное количество шагов и возвращает пилот-тоны назад к поддиапазону k=1, когда они продвигаются за пределы последнего поддиапазона k=N.
Для правильного определения пилот-тонов из порядкового номера пакета данных, «пачки» или PDU в некоторых вариантах осуществления приемник знает порядковый номер, с которого началась скачкообразная перестройка частоты пилот-тона. В вариантах осуществления, в которых приемник посылает команду в передатчик для начала скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, приемник может сохранять номер пакета, в котором он послал эту команду. В вариантах осуществления, в которых передатчик определяет, когда начнется скачкообразная перестройка частоты пилот-тона, передатчик может посылать сигнал в приемник, указывая порядковый номер, с которого начинается скачкообразная перестройка частоты пилот-тона.
В альтернативном варианте осуществления сами пакеты, «пачки» или PDU могут включать в себя информацию, непосредственно кодирующую индексы или частоты поддиапазонов так, чтобы приемник мог просто считывать их из передачи.
Примерные варианты осуществления устройства, сконфигурированного для выполнения некоторых из раскрытых способов, показаны на фиг. 4-6. Как обсуждается дополнительно ниже, каждое из этих устройств и/или их компонентов можно воплощать в аппаратных средствах, в программном обеспечении или в их комбинации.
Примерный вариант осуществления устройства, сконфигурированного для выбора поддиапазона, который будет назначен для пилот-тона, показан на фиг. 4. Устройство 402 включает в себя модуль 408 для определения параметра канала, такого как скорость передачи данных, фазовый шум, отношение сигнал-шум или любой другой параметр канала. Модуль 408 определения параметра канала может принимать вход 404, такой как сигнал от приемника, который можно обрабатывать для определения значения одного или более параметров канала. В примерном варианте осуществления устройство также включает в себя модуль 412 выбора поддиапазона, который использует параметр канала для назначения поддиапазона для пилот-тона, например для определения, необходимо ли увеличивать поддиапазон, ранее назначенный для пилот-тона. Модуль 412 выбора поддиапазона может включать в себя модуль 410 оценки условий, который определяет, соответствует ли параметр канала (определенный модулем 408) условию скачкообразной перестройки частоты пилот-тона, как описано выше. Модуль 414 увеличения поддиапазона затем увеличивает поддиапазон в случае необходимости, основываясь на выход модуля 410 оценки условий. Выход 418 устройства 402 в примерном варианте осуществления является сигналом, указывающим поддиапазон, который будет назначен для пилот-тона. Этот сигнал 418 можно затем передавать, например, на процессор, который генерирует блоки данных для передачи.
Фиг. 5 показывает примерный вариант осуществления устройства для передачи множества блоков данных, причем каждый блок данных включает в себя пилот-тон. Устройство 502 включает в себя передающий модуль 504. Передающий модуль 504 может принимать вход 508, который включает в себя информацию, которая будет закодирована в блоке данных для передачи. Передающий модуль 504 также принимает вход 510 из модуля 412 выбора поддиапазона, как описано выше в связи с фиг. 4. Вход 510 сообщает передающему модулю, какой поддиапазон использовать в качестве пилот-тона в блоке данных, который будут передавать. Таким образом, выход 512 передающего модуля 504 включает в себя блок данных, переносящий закодированную информацию со входа 508 и пилот-тон в поддиапазоне, определенном модулем 412 выбора поддиапазона.
В примерном варианте осуществления устройства 502 для передачи блоков данных, модуль 412 выбора поддиапазона включает в себя модуль 410 оценки условий и модуль 414 увеличения поддиапазона, как описано выше в связи с фиг. 4. Модуль 414 увеличения поддиапазона увеличивает поддиапазон в случае необходимости согласно выходу 514 модуля 410 оценки условий. Например, если выход 514 модуля 410 оценки условий указывает, что условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона выполняется, то модуль 414 увеличения поддиапазона увеличивает поддиапазон; с другой стороны, если выход 514 модуля 410 оценки условий указывает, что условие скачкообразной перестройки частоты пилот-тона не выполняется, то модуль 412 выбора поддиапазона назначает тот же самый поддиапазон, который был назначен для пилот-тона ранее переданного блока данных.
Примерные варианты осуществления модуля 410 оценки условий показаны на фиг. 6A и фиг. 6B. В варианте осуществления, показанном на фиг. 6A, модуль 410 оценки условий определяет параметр канала (через модуль 604 определения параметров канала), и затем определяет, соответствует ли параметр канала пороговому условию (через модуль 608 оценки порогового значения). Выход 514 модуля оценки условий передают к модулю 414 увеличения поддиапазонов, как показано на фиг. 5. В альтернативном варианте осуществления модуль 604 определения параметра канала является отдельным модулем, а не компонентом модуля 410 оценки условий. В таком варианте осуществления модуль 604 определения параметров канала передает параметр канала модулю 410 оценки условий для обработки.
Наконец, в варианте осуществления, показанном на фиг. 6B, модуль 410 оценки условий включает в себя модуль приема индикатора, который принимает индикатор 612, при этом индикатор 612 указывает, необходимо ли увеличивать поддиапазон.
Фиг. 7 показывает вариант осуществления устройства 702 для обработки принятых блоков данных, имеющих идентификатор последовательности и пилот-тон, ассоциированный с поддиапазоном. Устройство 702 принимает вход 704, который включает в себя блок данных. Модуль 708 определения идентификатора последовательности обрабатывает вход 704 для определения идентификатора последовательности. Модуль определения поддиапазона берет идентификатор последовательности из модуля 708 определения идентификатора последовательности и использует его для определения пилот-тона принятого блока данных, как обсуждалось ранее. Например, в примерном варианте осуществления модуль 712 определения поддиапазона определяет поддиапазон путем увеличения поддиапазона, ассоциированного с ранее принятым блоком данных, на интервал, который основан на идентификаторе последовательности принятого блока данных. Выход 714 устройства 702 может быть сигналом, указывающим поддиапазон пилот-тона в обрабатываемом блоке данных.
Описанные методики можно воплощать в системах беспроводной связи MIMO, а также в любой системе связи, беспроводной или другой, в которой используется один или более пилот-тонов. Описанные методики можно воплощать различными путями, которые включают в себя аппаратную реализацию, программную реализацию или их комбинацию. Для аппаратной реализации блоки обработки, используемые для обработки данных для передачи в передающей станции и/или для получения в приемной станции, можно реализовать в пределах одной или более специализированных интегральных схем (ASIC), цифровых сигнальных процессоров (DSP), устройств цифровой обработки сигналов (DSPD), программируемых логических устройств (PLD), программируемых пользователем матричных БИС (FPGA), процессоров, контроллеров, микроконтроллеров, микропроцессоров, электронных устройств, других электронных блоков, предназначенных для выполнения описанных функций, или в их комбинации. В вариантах осуществления, в которых передающая и приемная станции включают в себя множество процессоров, процессоры в каждой станции могут совместно использовать аппаратные блоки.
Для программной реализации методики передачи и приема данных можно воплощать с помощью программных модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые выполняют описанные функции. Программно-реализуемые коды можно хранить в запоминающем устройстве (например, в запоминающих устройствах 242 или 282 на фиг. 2) и выполнять с помощью процессора (например, контроллера 240 или 280). Запоминающее устройство можно воплощать в пределах процессора или вне процессора.
В одном или более примерных вариантов осуществления описанные функции можно воплощать в аппаратных средствах, программном обеспечении, программно-аппаратных средствах или в любой их комбинации. При воплощении в программном обеспечении функции можно хранить или передавать как одну или более команд или кодов на машиночитаемом носителе. Машиночитаемые носители включают в себя и компьютерные носители данных, и средства связи, что включает в себя любой носитель, который обеспечивает перемещение компьютерной программы с одного места в другое. Носители данных могут быть любыми доступными носителями, к которым может обращаться компьютер. Для примера, а не в качестве ограничения, такие машиночитаемые носители могут содержать RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM или другие оптические устройства хранения данных, магнитные устройства хранения данных или другие магнитные запоминающие устройства, или любой другой носитель, который может использоваться для переноса или хранения необходимого программного кода в форме команд или структур данных и к которому может обращаться компьютер. Кроме того, любое соединение, строго говоря, называют машиночитаемым носителем. Например, если программное обеспечение передают с веб-сайта, сервера или другого удаленного источника, используя коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель, витую пару, цифровую абонентскую линию (DSL) или беспроводные технологии, такие как инфракрасная связь, радиосвязь и микроволновая связь, то коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель, витая пара, DSL или беспроводные технологии, такие как инфракрасная связь, радиосвязь и микроволновая связь, включает в себя определение носителя. В данной работе дискеты и диски включают в себя компакт-диск (CD), лазерный диск, оптический диск, цифровой универсальный диск (DVD), гибкий магнитный диск и диск «blu-ray», причем дискеты обычно воспроизводят данные магнитным способом, в то время как диски воспроизводят данные оптическим образом с помощью лазера. Диапазон машиночитаемых носителей должен также включать в себя комбинации описанных выше носителей.
Предыдущее описание раскрытых вариантов осуществления обеспечивают для того, чтобы предоставить возможность любому специалисту в данной области техники выполнять или использовать настоящее раскрытие. Различные модификации этих вариантов осуществления будут вполне очевидны специалистам в данной области техники, и определенные в данной работе универсальные принципы можно применять к другим вариантам осуществления, не отступая от объема или содержания раскрытия. Таким образом, настоящее раскрытие не ограничено показанными вариантами осуществления, но соответствует в самом широком объеме, совместимом с раскрытыми принципами и новыми особенностями.