РЕАЛИЗАЦИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ FDD ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ TDD
REALISATION OF FDD OPPORTUNITIES DUE TO USAGE OF EXISTING TDD TECHNOLOGY

Предпосылки создания изобретения
Известно, что существующие обычные профили системы общемировой совместимости широкополосного беспроводного доступа (WiMAX, от английского - Worldwide Interoperability for Microware Access) не поддерживают протоколы связи в режиме дуплексной передачи с частотным разделением каналов (FDD, от английского - frequency division duplexed). В стандарте 802.16е упомянута опция FDD, но для нее требуется совершенно новая структура кадра (например, специализированные интегральные схемы (ASIC, от английского - application-specific integrated circuits) и программное обеспечение. Описанная в стандарте 802.16е опция FDD требует трудоемких и отнимающих много времени отладочных процедур, и в случае ее реализации потребовались бы значительные усилия и время, чтобы определить и разработать систему с учетом ее существенного отличия от существующих профилей дуплексной передачи с временным разделением (TDD, от английского - time division duplexed) WAVE 1 и WAVE 2 системы WiMAX.
Таким образом, основным недостатком обычных профилей WiMAX является то, что они поддерживают только связь в режиме TDD. Во многих новых частотных диапазонах (например, AWS и 700 МГц в США) технология TDD существенным образом ограничена, поскольку эти диапазоны являются парными и рассчитаны на поддержку технологий FDD.
В соответствующей области техники существует неудовлетворенная потребность в системах и способах, устраняющих упомянутые выше и другие недостатки.
Краткое изложение сущности изобретения
В изобретении предложен способ и устройство для использования несущих TDD, структуры кадра, ASIC и программного обеспечения с целью получения решения для связи в режиме FDD.
Согласно одной из особенностей изобретения сотовая система связи имеет базовую передающую станцию (БПС), которая передает данные в частотном диапазоне канала нисходящей связи (КНС) одному или нескольким мобильным устройствам и принимает данные в частотном диапазоне канала восходящей связи (КВС) от одного или нескольких мобильных устройств, и процессор дуплексной передачи с частотным разделением каналов (FDD), который попеременно использует первую и вторую несущие дуплексной передачи с временным разделением (TDD) для передачи сигнала в частотном диапазоне КНС согласно предварительно заданному графику коммутации. Система дополнительно имеет память, в которой хранятся данные, касающиеся предварительно заданного графика коммутации, идентификационная информация несущих TDD и частотные диапазоны КНС и КВС.
Согласно другой особенности предложен способ использования существующих структур связи в режиме TDD для осуществления связи в режиме FDD, в котором передают сигнал по КНС в частотном диапазоне КНС с использованием первой несущей TDD на протяжении первой части кадра (передаваемых) данных, принимают сигнал по КВС в частотном диапазоне КВС с использованием второй несущей TDD на протяжении первой части кадра данных, и передают сигнал по КНС в частотном диапазоне КНС с использованием второй несущей TDD на протяжении второй части кадра данных. При осуществлении способа дополнительно принимают сигнал по КВС в частотном диапазоне КВС с использованием первой несущей TDD на протяжении второй части кадра данных и переходят с первой несущей TDD на вторую несущую TDD в частотном диапазоне КНС и со второй несущей TDD на первую несущую TDD в частотном диапазоне КВС на протяжении первого интервала перехода, который наступает между первой и второй частями кадра данных.
Согласно другой особенности предлагается система, облегчающая беспроводную связь за счет того, что две несущие TDD действуют как полудуплексные несущие FDD, имеет средство передачи сигнала по КНС в частотном диапазоне КНС с использованием первой несущей TDD на протяжении первой части кадра данных, средство приема сигнала по КВС в частотном диапазоне КВС с использованием второй несущей TDD на протяжении первой части кадра данных и средство передачи сигнала по КНС в частотном диапазоне КНС с использованием второй несущей TDD на протяжении второй части кадра данных. Система дополнительно имеет средство приема сигнала по КВС в частотном диапазоне КВС с использованием первой несущей TDD на протяжении второй части кадра данных и средство перехода с первой несущей TDD на вторую несущую TDD в частотном диапазоне КНС и со второй несущей TDD на первую несущую TDD в частотном диапазоне КВС на протяжении первого интервала перехода, который наступает между первой и второй частями кадра данных. Кроме того, система имеет средство перехода со второй несущей TDD на первую несущую TDD в частотном диапазоне КНС и с первой несущей TDD на вторую несущую TDD в частотном диапазоне КВС на протяжении второго интервала перехода, который наступает в конце кадра данных. Передача, прием и коммутация несущих осуществляются итерационно во множестве кадров данных на протяжении события связи.
Преимущество различных описанных особенностей состоит в том, что обеспечивается связь в режиме FDD в частотных диапазонах, в которых ограничена связь в режиме TDD.
Другим преимуществом является то, что поставщики могут по-новому и(или) повторно использовать структуру кадра, ASIC и программное обеспечение TDD при реализации опции FDD.
Одним из дополнительных преимуществ является снижение расходов поставщиков и операторов за счет того, что эффект масштаба решений для TDD выгодно используется при реализации опции FDD.
Еще одним преимуществом является обеспечение спектральной эффективности, близкой к подлинному решению для FDD.
Другое преимущество состоит в снижении расходов на терминалы по сравнению с полнодуплексным решением для FDD за счет использования полудуплексных терминалов, для которых не требуется дуплексер.
Еще одно преимущество состоит в использовании существующего решения для TDD, чтобы создать опцию FDD с более коротким временем вывода на рынок, что может быть достигнуто с использованием решения для FDD согласно стандартам 802.16е.
Дополнительные возможности применения описанного изобретения станут ясны из следующего далее подробного описания. Вместе с тем, подразумевается, что, хотя в подробном описании и конкретных примерах рассмотрены различные варианты осуществления изобретения, они приведены лишь в качестве иллюстрации, поскольку для специалистов в данной области техники станут очевидны различные изменения и усовершенствования, входящие в пределы существа и объема изобретения.
Краткое описание чертежей
Изобретение представляет собой систему и способ, посредством которых решены поставленные задачи, более подробно рассмотренные далее и конкретно охарактеризованные в формуле изобретения и проиллюстрированные на сопровождающих изобретение чертежах, на которых:
на фиг.1 проиллюстрирована система обеспечения связи в режиме дуплексной передачи с частотным разделением каналов (FDD) с использованием архитектуры дуплексной передачи с временным разделением (TDD) согласно различным особенностям, описанным в изобретении,
на фиг.2 - мобильное устройство, которое может использоваться для связи с БПС в режиме FDD,
на фиг.3 - схема 70 передачи/приема, которая может выполняться процессором FDD согласно различным особенностям, описанным в изобретении,
на фиг.4 - один из примеров схемы передачи в режиме FDD согласно стандарту 802.16е WiMAX с использованием двух "несущих TDD согласно стандарту 802.16е WiMAX" и переносом частоты передачи по КНС и КВС в первый и второй частотные диапазоны f1 и f2 соответственно, в результате чего получают соответствующие полудуплексные несущие FDD (H-FDD).
Подробное описание осуществления изобретения
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для использования существующих ASIC, программного обеспечения и инфраструктуры TDD для обеспечения возможностей связи в режиме FDD путем коммутации заданных стандартом 802.16е WiMAX несущих TDD между двумя частотными диапазонами передачи на протяжении кадра, за счет чего несущие TDD действуют как полудуплексные несущие FDD.
Хотя изобретение относится к области сотовой связи и будет описано с конкретными ссылками на нее, следует учесть, что изобретение применимо в других областях. Например, изобретение может применяться в устройствах связи, игровых устройствах или любых других устройствах, в которых желательно усовершенствовать многократное использование частот, ослабить взаимные помехи и т.д.
Рассмотрим чертежи, которые представлены лишь в целях иллюстрации примеров осуществления, а не ограничения заявленного объекта, в частности фиг.1, на которой проиллюстрирована система обеспечения связи в режиме дуплексной передачи с частотным разделением каналов (FDD) с использованием архитектуры дуплексной передачи с временным разделением (TDD) согласно различным особенностям, описанным в изобретении. Согласно одной из особенностей изобретения предложено решение для FDD на основе системы общемировой совместимости широкополосного беспроводного доступа (WiMAX), в котором используются существующие решения для TDD на основе WiMAX согласно существующим профилям WiMAX для TDD и обеспечивается максимальное многократное использование решения/экосистемы для TDD на основе WiMAX. Эта и другие описанные в изобретении особенности применимы к TDD на основе других беспроводных технологий и не ограничены WiMAX.
В одном из вариантов осуществления в решении для FDD на основе WiMAX поддерживается структура кадра в виде профилей WAVE 1 и 2 TDD на основе WiMAX и осуществляется изменение на уровне радиочастоты (РЧ), чтобы поддерживать передачу и прием в различных частотных диапазонах и тем самым способствовать использованию ASIC и программного обеспечения, спроектированного и разработанного в расчете на решения для WAVE 1 и 2 TDD на основе WiMAX. Соответственно, в изобретении описано решение для FDD на основе WiMAX, отличающееся от заданного стандартом 802.16е решения для FDD.
Проиллюстрированная на фиг.1 система имеет базовую приемопередающую станцию (БПС) 10, в которую входит один или несколько приемников 12 для приема информации по каналу восходящей связи (КВС) или обратному каналу от одного или нескольких мобильных устройств (не показаны). Приемник 12 связан с демультиплексором/демодулятором 14, который разуплотняет и(или) демодулирует информационные сигналы, принимаемые от одного или нескольких мобильных устройств. Параметры разуплотненного сигнала поступают в процессор 16, связанный с машиночитаемой памятью 18, в которой хранится информация, касающаяся обработки сигналов и т.п. В одном из вариантов осуществления в памяти 18 хранятся алгоритмы для осуществления различных функций, относящихся к беспроводной и(или) сотовой связи, включая без ограничения разуплотнение сигналов, принимаемых по каналу восходящей связи, обработку информации, содержащейся в сигналах, генерацию и уплотнение сигналов для передачи по каналу нисходящей связи или прямому каналу и любые другие применимые протоколы связи, что известно специалистам в данной области техники. Процессор 16 связан с мультиплексор 20, который уплотняет и(или) модулирует сигналы, генерированные или ретранслированные процессором 16 для передачи одним или несколькими передатчиками 22 по каналу нисходящей связи одному или нескольким мобильным устройствам (не показаны).
Приемник 12, демультиплексор 14, процессор 16, память 18, мультиплексор 20 и передатчик(-и) 22 дополнительно связаны с процессором 24 FDD, который выполняет команды реализации протоколов связи в режиме FDD с использованием инфраструктуры и программного обеспечения TDD. Например, процессор 24 FDD может использовать две несущие TDD в одном и том же спаренном спектре путем разноса по частоте передач по КНС и КВС (например, с использованием двух полудуплексных несущих FDD) и путем установления периодов передачи/приема по КНС и КВС таким образом, чтобы в любой заданный момент времени для передачи по КНС использовалась только одна из несущих TDD (а вторая несущая TDD использовалась для передачи по КВС), как это описано далее со ссылкой на фиг.3.
На фиг.2 проиллюстрировано мобильное устройство 50, которое может использоваться для связи с БПС 10 в режиме FDD. Мобильным устройством 50 может являться сотовый телефон, портативный компьютер, смартфон, беспроводное вычислительное устройство или какое-либо иное применимое устройство беспроводной связи. Мобильное устройство 50 имеет один или несколько приемников 52 для приема информации по КНС от одной или нескольких базовых станций (фиг.1). Приемник 52 связан с демультиплексором/демодулятором 54, который разуплотняет и(или) демодулирует информационные сигналы, принимаемые от базовой станции(-й). Параметры разуплотненного сигнала поступают в процессор 56, связанный с машиночитаемой памятью 58, в которой хранится информация, касающаяся обработки сигналов и т.п. В одном из вариантов осуществления в памяти 58 хранятся алгоритмы для осуществления различных функций, относящихся к беспроводной и(или) сотовой связи, включая без ограничения разуплотнение сигналов, принимаемых по каналу нисходящей связи, обработку информации, содержащейся в сигналах, генерацию и уплотнение сигналов для передачи по каналу восходящей связи и любые другие применимые протоколы связи, что известно специалистам в данной области техники. Процессор 56 связан с мультиплексор 20, который уплотняет и(или) модулирует сигналы, генерированные или ретранслированные процессором 56 для передачи одним или несколькими передатчиками 62 по КНС одной или нескольким базовым станциям.
Приемник 52, демультиплексор/демодулятор 54, процессор 56, память 58, мультиплексор 60 и передатчик(-и) 62 дополнительно связаны с процессором 64 FDD, который выполняет команды реализации протоколов связи в режиме FDD с использованием инфраструктуры и программного обеспечения TDD. Например, процессор FDD 64 может использовать две несущие TDD в одном и том же спаренном спектре путем сдвига по частоте передач по КНС и КВС (например, с использованием двух полудуплексных несущих FDD) и путем установления периодов передачи/приема по КНС и КВС таким образом, чтобы в любой заданный момент времени для передачи по КНС использовалась только одна из несущих TDD (а вторая несущая TDD использовалась для передачи по КВС), как это описано далее со ссылкой на фиг.3.
На фиг.3 проиллюстрирована схема 70 передачи/приема, которая может выполняться процессором FDD согласно различным особенностям, описанным в изобретении. С помощью этого протокола связи БПС и мобильные терминалы могут действовать, как если бы они использовали протокол связи в режиме TDD, модифицированный с учетом смещения по частоте передачи по КНС относительно передачи по КВС. БПС использует всю полосу пропускания спаренных частот, которая образована двумя спаренными частотными диапазонами 72, 74, за счет чего достигается спектральная эффективность, сходная с истинной системой FDD. Первый частотный диапазон 72 выделен для передачи по КНС, а второй диапазон 74 выделен для передачи по КВС. В одном из примеров первый частотный диапазон 72 находится в полосе частот приблизительно от 1710 кГц до 1755 кГц, а второй частотный диапазон 74 в полосе частот приблизительно от 2110 кГц до 2155 кГц. В других примерах спаренный спектр частотных диапазонов 72, 74 соответствует полосе частот спаренного спектра глобальной системы мобильной связи (GSM), такого как Т-GSM 380, T-GSM 410, GSM 450, GSM 480, GSM 710, GSM 750, T-GSM 810, GSM 850, P-GSM 900, E-GSM 900, R-GSM 900, T-GSM 900, DCS 1800, PCS 1900 и т.п. Следует учесть, что описанные особенности не ограничены упомянутыми полосами частот спаренного спектра и могут использоваться в сочетании с любыми применимыми полосами частот спаренного спектра.
В схеме 70 связи частота представлена как функция времени, при этом на протяжении первого периода 76 передачи по КНС может осуществляться передача по КНС с использованием первой несущей TDD (несущей TDD 1) в первом частотном диапазоне 72, а на протяжении первого периода 78 передачи по КВС может осуществляться передача по КВС во втором частотном диапазоне 74 с использованием второй несущей TDD (несущей TDD 2). В предварительно заданное время предусмотрен переходный период 80, на протяжении которого не происходит передача ни по КВС, ни по КНС. В одном из примеров переходный период имеет длительность приблизительно 60 µсек, хотя предусмотрены и другие длительности. На протяжении переходного периода происходит коммутация несущих, в результате чего на протяжении второго периода 82 передачи по КНС происходит передача по КНС в первом частотном диапазоне 72 с использованием второй несущей TTD и передача по КВС во втором частотном диапазоне 74 с использованием первой несущей TDD. Таким образом, переходный период используется, чтобы исключить одновременную передачу в обоих частотных диапазонах по КВС и КНС с использованием одной и той же несущей TDD, что способствует выгодному использованию решения для TDD. В конце вторых периодов 82, 84 передачи предусмотрен еще один переходный период, на протяжении которого снова происходит коммутация соответствующих частот для передачи по КНС и КВС.
На фиг.4 проиллюстрирован один из примеров схемы 100 передачи в режиме FDD на основе стандарта 802.16е WiMAX, с использованием двух "несущих TDD согласно стандарту 802.16е WiMAX" и переносом частоты передачи по КНС и КВС в первый и второй частотные диапазоны f1 и f2 соответственно, в результате чего получают соответствующие полудуплексные несущие FDD (H-FDD). Две несущие TDD проиллюстрированы заштрихованными (несущая H-FDD 1) и незаштрихованными (несущая H-FDD 2) символами в нескольких кадрах данных. В одном из примеров кадр данных содержит 47 символов, каждый из которых имеет длительность приблизительно 100 µсек. Для различения первой и второй несущих TDD могут использоваться, например, две различные преамбулы. Мобильное устройство сначала просматривает все преамбулы, чтобы найти ту из них, которая обеспечивает высокую степень корреляции (например, мобильные устройства запрограммированы на поиск преамбул в различных порядках в зависимости от конфигурации заданного мобильного устройства).
1
2
В проиллюстрированном примере показано, как одна несущая H-FDD системы WiMAX с соотношением символов КНС:КВС 29 на 18 может быть объединена со второй несущей H-FDD системы WiMAX с соотношением символов КНС:КВС 19 на 27. Также показано, как используется временной сдвиг преамбулы несущей H-FDD 2, в результате чего преамбула передается на протяжении временного интервала между передачами (ВИПрд) первой несущей H-FDD carrier. На протяжении ВИПрд не передаются данные с использованием первой несущей H-FDD, а для передачи по КВС на первой несущей H-FDD используется частота f2. Соответственно, на протяжении временного интервала от t до t, длительность которого в одном из примеров может составлять приблизительно 1,8 мсек, единственным трафиком на несущей H-FDD 1 является преамбула/управляющий заголовок кадра (FCH, от английского - Frame Control Header) по КНС и трафик MAP (уровень управления доступом к среде, от английского - Media Access Protocol) по КВС/КНС. На этом этапе мобильное устройство будет различать две преамбулы в частотном диапазоне f1 КНС. С учетом степени случайности одни мобильные устройства будут синхронизироваться с преамбулой на несущей H-FDD 1, а другие - на несущей H-FDD 2. Если возникает ситуация, в которой непропорциональное число мобильных устройств синхронизировано на одной из несущих, могут применяться процедуры уравновешивания нагрузки для обеспечения перехода пользователей с более нагруженной несущей на менее нагруженную несущую, как это известно специалистам в данной области техники.
1
2
Показано, что в течение определенного периода времени (проиллюстрированного эллипсом) происходит передача по КНС на частоте f1. После передачи символа m18 в кадре m наступает временной интервал между передачами (ВИПрд), который может длится порядка приблизительно, например, 150 µсек. Одновременно с передачей по КНС в диапазоне f1 с использованием несущей H-FDD 1 происходит передача по КВС в частотном диапазоне f2 с использованием несущей H-FDD 2, пока на символе j47 не завершится кадр j. По завершении передачи кадра j наступает временной интервал между приемами (ВИПрм), который может длиться порядка приблизительно 60 µсек (например, или менее длительности одного символа). Затем передача по КНС переходит на несущую H-FDD 2 в частотном диапазоне f2, и при этом передается преамбула, чтобы мобильные устройства могли идентифицировать новую несущую в частотном диапазоне f2 КНС. Затем в кадре k (например, который следует за завершившимся кадром j на несущей H-FDD 1) передают по КНС информацию об управляющем заголовке кадра, за которой следует информация о соответствии между КНС и КВС с описанием графиков передачи для мобильных устройств. При этом кадр m несущей H-FDD 2 возобновляется с символа m21 в частотном диапазоне f2 передачи по КВС. В этом примере символы m19 и m20 кадра m (например, приблизительно длительностью 200 µсек) не используются для передачи, поскольку интервал перехода (например, между моментами времени t и t) для коммутации несущих между частотными диапазонами f1 и f2 занимает промежуток приблизительно в 150 µсек, который перекрывает эти два символа.
3
4
По завершении 47-го символа кадра m несущей H-FDD 1 в частотном диапазоне f2 наступает еще один ВИПрм, во время которого происходит передача по КНС в частотном диапазоне f1 с использованием несущей H-FDD 2 на протяжении символа k28. Между моментами времени t и t предусмотрен интервал перехода длительностью приблизительно 100 µсек (например, один символ), на протяжении которого передается информация о преамбуле несущей H-FDD 1 в частотном диапазоне f1 после начала использования несущей 1 в начале передаваемого кадра n. На протяжении символа п1 несущей 1 в частотном диапазоне f1 передается информация о соответствии FCH и КНС, при этом передача по КВС в частотном диапазоне f2 с использованием несущей 2 возобновляется на символе k30. Следует отметить, что символ k29 не проиллюстрирован, поскольку он перекрывается с интервалом перехода для коммутации несущих 1 и 2 между частотными диапазонами f1 и f2.
1
9
1
2
3
4
3
5
4
6
7
8
7
9
8
В другом примере с использованием приблизительных временных интервалов проиллюстрирован ряд моментов времени, обозначенных как t-t. Если t наступает через 5,0 мсек, t может наступить, например, приблизительно через 5,15 мсек. Момент времени t может наступить приблизительно через 7,98 мсек (например, приблизительно через 28 символов длительностью 100 µсек каждый). Момент времени t может наступить через 8,09 мсек (например, приблизительно через 100 µсек после t). Момент времени t может наступить приблизительно через 9,73 мсек или приблизительно через 16 символов (например, 1,8 мсек) после t. Поскольку символы имеют длительность приблизительно 100 µсек, моменты t и t могут наступать приблизительно через 9,84 и 9,94 мсек соответственно. Момент t может наступить приблизительно через 10,0 мсек после ВИПрм длительностью 60 µсек, который начинается в момент t. Момент t наступает приблизительно через 10, 15 мсек после интервала перехода, который начинается в момент t.
Следует учесть, что приведенные выше примеры являются иллюстративными по своему характеру и что описанная в изобретении схема коммутации несущих не ограничена описанными конкретными временными соответствиями, обозначениями символом, длительностями интервалов перехода, частотными диапазонами, соотношениями между КВС и КНС и т.д.
В изложенном выше описании раскрыты лишь частные варианты осуществления изобретения, которые они имеют целью ограничить изобретение. По существу, изобретение не ограничено лишь описанными выше вариантами осуществления. Напротив, нельзя не отметить, что специалист в данной области техники способен предложить альтернативные варианты осуществления, входящие в объем изобретения.