СИСТЕМА МОДУЛЯЦИИ С МНОЖЕСТВОМ НЕСУЩИХ С РАЗНЕСЕНИЕМ ЦИКЛИЧЕСКИХ ЗАДЕРЖЕК
MODULATING SYSTEM WITH PLURALTY OF CARRIERS WITH CYCLIC DELAYS DIVERSITY

Притязание на приоритет на основании §119 раздела 35 Кодекса законов США
Настоящая заявка на патент испрашивает приоритет предварительной заявки № 60/577083, озаглавленной "Физический уровень FLO-TDD", зарегистрированной 4 июня 2004 года, переуступленной правообладателю настоящей заявки, и явно включенной в настоящее описание путем ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение в целом имеет отношение к средствам связи и более конкретно к методам передачи данных в беспроводной системе связи.
Уровень техники
Беспроводные системы связи широко используются для предоставления различных услуг связи, таких как передача речи, пакетных данных, мультимедийное вещание, обмен текстовыми сообщениями и так далее. Например, базовая станция может передавать индивидуальные пользовательские данные на определенные терминалы и может передавать мультимедийные данные на все терминалы. Терминалы могут быть рассредоточены по всей зоне обслуживания базовой станции. Каждому терминалу соответствует отдельный беспроводной канал связи между этим терминалом и базовой станцией. Беспроводные каналы связи для терминалов могут испытывать различные условия в каналах (например, различные замирания, многолучевое распространение и влияние помех) и могут обеспечивать различные отношения сигнала к шуму и помехам (SNR). Параметр SNR беспроводного канала связи определяет его пропускную способность, которая обычно количественно выражается конкретной скоростью передачи данных, которая может быть надежно реализована в беспроводном канале связи.
Индивидуальная пользовательская передача является передачей данных, отправленной на заданный терминал. Индивидуальная пользовательская передача обычно кодируется и передается таким образом, что терминал получателя может надежно принять передачу. Это часто достигается путем оценки SNR беспроводного канала связи для терминала и кодированием передачи на основании оценки SNR.
Широковещательная передача является передачей данных отправленной группе терминалов или на все терминалы. Широковещательная передача обычно кодируется и передается таким образом, чтобы достичь заданного качества обслуживания (QoS). Это качество обслуживания может быть выражено количественно, например, безошибочным приемом широковещательной передачи, определенным процентом (например, 95%) терминалов в пределах зоны покрытия широковещательной передачей. Равносильно, качество обслуживания может быть количественно выражено вероятностью нарушения связи, которая определяется процентом терминалов в пределах зоны покрытия широковещательной передачей, которые не могут правильно декодировать широковещательную передачу.
Широковещательная передача реализуется по различным беспроводным каналам для различных терминалов в зоне покрытия широковещательной передачей. Беспроводной канал для каждого терминала может быть случайным по отношению к беспроводным каналам связи для других терминалов. Кроме того, беспроводные каналы связи для терминалов могут изменяться во времени. Чтобы гарантировать, что широковещательная передача может удовлетворить заданному качеству обслуживания, скорость передачи данных для широковещательной передачи обычно выбирается достаточно низкой, а схемы кодирования и модуляции для широковещательной передачи обычно выбираются достаточно надежными, чтобы широковещательная передача могла надежно декодироваться даже терминалом с наихудшими условиями канала. В этом случае эффективность широковещательной передачи для такой системы должна определяться наихудшими параметрами канала для всех терминалов в зоне покрытия широковещательной передачей.
Следовательно, в данной области техники существует потребность в методах для более эффективной широковещательной передачи данных в системе беспроводной связи.
Раскрытие изобретения
В настоящем описании изложены методы передачи данных с разнесением циклических задержек и смещением пилот-сигнала. Эти методы могут использоваться для различных типов передач данных (например, индивидуальные пользовательские и широковещательные передачи) и для различных услуг (например, Расширенная Услуга Мультимедийной Широковещательной Групповой Передачи (E-MBMS)).
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения описывается устройство, которое включает в себя модулятор и передатчик. Модулятор генерирует символы модуляции с множеством несущих (MCM), имеющие множество длительностей циклических задержек. Передатчик передает MCM-символы от единственной антенны.
Согласно другому варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя модулятор и передатчик. Модулятор генерирует символы мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM), имеющие множество длительностей циклических задержек. Передатчик передает OFDM-символы от единственной антенны.
Согласно еще одному варианту осуществления предложен способ, в котором OFDM-символы, имеющие множество длительностей циклических задержек, генерируются и передаются от единственной антенны.
Согласно еще одному варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя средство для генерирования OFDM-символов, имеющих множество длительностей циклических задержек, и средство для передачи OFDM-символов от единственной антенны.
Согласно еще одному варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя первый и второй модуляторы и мультиплексор. Первый модулятор генерирует OFDM-символы, имеющие множество длительностей циклических задержек. Второй модулятор генерирует сигналы широкополосного множественного доступа с кодовым разделением (W-CDMA) для данных, которые должны передаваться в соответствии с W-CDMA. Мультиплексор мультиплексирует OFDM-символы во временные интервалы, используемые для OFDM, и мультиплексирует W-CDMA-сигналы во временные интервалы, используемые для W-CDMA.
Согласно еще одному варианту осуществления предложен способ, в котором генерируются OFDM-символы, имеющие множество длительностей циклических задержек. W-CDMA-сигналы генерируются для данных, которые должны передаваться в соответствии с W-CDMA. OFDM-символы мультиплексируются во временные интервалы, используемые для OFDM, и W-CDMA-сигналы мультиплексируются во временные интервалы, используемые для W-CDMA.
Согласно еще одному варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя средство для генерирования OFDM-символов, имеющих множество длительностей циклических задержек, средство для генерирования W-CDMA-сигналов для данных, которые должны передаваться в соответствии с W-CDMA, средство для мультиплексирования OFDM-символов во временные интервалы, используемые для OFDM, и средство для мультиплексирования W-CDMA-сигналов во временные интервалы, используемые для W-CDMA.
Согласно еще одному варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя приемник и демодулятор. Приемник принимает OFDM-символы, по меньшей мере, от двух базовых станций, причем OFDM-символы от каждой базовой станции имеют множество длительностей циклических задержек. Демодулятор обрабатывает принятые OFDM-символы для восстановления данных, переданных этими, по меньшей мере, двумя базовыми станциями.
Согласно еще одному варианту осуществления предложен способ, в котором OFDM-символы принимаются, по меньшей мере, от двух базовых станций, причем OFDM-символы от каждой базовой станции имеют множество длительностей циклических задержек. Принятые OFDM-символы обрабатываются для восстановления данных, переданных этими, по меньшей мере, двумя базовыми станциями.
Согласно еще одному варианту осуществления описывается устройство, которое включает в себя средство для приема OFDM-символов, по меньшей мере, от двух базовых станций, причем OFDM-символы от каждой базовой станции имеют множество длительностей циклических задержек, и средство для обработки принятых OFDM-символов для восстановления данных, переданных этими, по меньшей мере, двумя базовыми станциями.
Ниже более подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает беспроводную систему связи.
Фиг.2 показывает 4-уровневую структуру кадра, которая соответствует требованиям W-CDMA и OFDM.
Фиг.3 показывает мультиплексирование W-CDMA и OFDM в кадре.
Фиг.4 показывает OFDM-модулятор для разнесения циклических задержек.
Фиг.5 показывает разнесение циклических задержек для базовой станции с единственной антенной.
Фиг.6 показывает разнесение циклических задержек для базовой станции с множеством антенн.
Фиг.7A, 7B и 7C показывают пилот-сигналы FDM (мультиплексирование с частотным разделением) без смещения, с 2× смещением и с полным смещением, соответственно.
Фиг.8 показывает способ передачи данных с разнесением циклических задержек и смещением пилот-сигнала.
Фиг.9 показывает структурную схему базовой станции и терминала.
Детальное описание
Слово "иллюстративный" используется в настоящем описании в значении "служащий в качестве примера, частного случая или иллюстрации". Любой вариант осуществления, изложенный в настоящем описании как "иллюстративный", не должен обязательно рассматриваться в качестве предпочтительного или выгодного по отношению к другим вариантам осуществления.
Фиг.1 показывает беспроводную систему 100 связи со множеством базовых станций 110 и множеством терминалов 120. Базовая станция является, как правило, стационарной станцией, которая устанавливает связь с терминалами и может также именоваться как Узел B, пункт доступа, базовая приемопередающая подсистема (БПП) или с использованием какой-нибудь другой терминологии. Каждая базовая станция 110 обеспечивает зону покрытия связью для конкретного географического района. Термин "сотовая ячейка" может относиться к базовой станции и/или ее зоне покрытия, в зависимости от контекста, в котором термин используется. Терминалы 120 могут быть рассредоточены по всей системе. Терминал может быть стационарным или мобильным и может также именоваться как мобильная станция, беспроводное устройство, абонентское оборудование, пользовательский терминал, абонентский модуль или с использованием какой-нибудь другой терминологии. Термины "терминал" и "пользователь" используются в настоящем описании взаимозаменяемо. Терминал может не устанавливать связь ни с одной базовой станцией или устанавливать связь с одной или множеством базовых станций по нисходящей линии связи и/или восходящей линии связи в любой данный момент времени. Под нисходящей линией связи (или прямой линией связи) понимается линия связи от базовых станций к терминалам, и под восходящей линией связи (или обратной линией связи) понимается линия связи от терминалов к базовым станциям.
Методы передачи данных, изложенные в настоящем описании, могут использоваться для различных методов радиосвязи, таких как W-CDMA, cdma2000, IS-856, другие версии CDMA, OFDM, Множественный доступ с частотным разделением с перемежением (IFDMA) (который также называют Распределенным FDMA), Локализованный FDMA (LFDMA) (который также называют Узкополосным FDMA или Классическим FDMA), Глобальная система мобильной связи (GSM) и так далее. W-CDMA и cdma2000 используют CDMA с прямой последовательностью (DS-CDMA), которая спектрально расширяет узкополосный сигнал по всей ширине полосы системы. OFDM, IFDMA, и LFDMA являются методами радиосвязи с множеством несущих, которые фактически разделяют полную ширину полосы системы на множество (S) ортогональных частотных поддиапазонов. Эти поддиапазоны также называют тонами, поднесущими, элементами дискретизации и частотными каналами. Каждый поддиапазон относится к соответствующей поднесущей, которая может быть модулирована данными. OFDM передает символы модуляции в частотной области по всем S поддиапазонам или их подмножеству. IFDMA передает символы модуляции во временной области по поддиапазонам, которые равномерно распределены среди S поддиапазонов. LFDMA передает символы модуляции во временной области и, как правило, в смежных поддиапазонах. Использование OFDM для одноадресных, многоадресных и широковещательных передач можно также рассматривать как различные методы радиосвязи. Список методов радиосвязи, приведенный выше, не является исчерпывающим, и могут, кроме того, использоваться методы передачи данных для других методов радиосвязи, не упомянутых выше. Для ясности изложения, ниже более конкретно описаны методы передачи данных для W-CDMA и OFDM.
Фиг.2 показывает иллюстративную 4-уровневую структуру 200 суперкадра, который может использоваться для передачи данных, пилот-сигнала и сигнализации в системе 100. Временная шкала передачи данных разделена на суперкадры, причем каждый суперкадр имеет заранее заданную временную продолжительность, например приблизительно одну секунду. Для варианта осуществления, показанного на Фиг.2, каждый суперкадр включает в себя (1) поле заголовка для пилот-сигнала мультиплексирования с временным разделением (TDM) и служебной/управляющей информации и (2) поле данных для данных трафика и пилот-сигнала мультиплексирования с частотным разделением (FDM). Пилот-сигнал TDM может использоваться для синхронизации, например, обнаружения суперкадра, оценки погрешности частоты и установления синхронизации. Пилот-сигналы TDM и FDM могут использоваться для оценки канала связи. Служебная информация для каждого суперкадра может переносить различные параметры для передач данных, посланных в этом суперкадре, например, временные интервалы и схемы кодирования и модуляции, используемые для каждой передачи данных.
Поле данных каждого суперкадра разделяется на K внешних кадров равного размера, чтобы облегчить передачу данных, где K>1. Каждый внешний кадр разделяется на N кадров, а каждый кадр дополнительно разделяется на T временных интервалов, где N>1 и T>1. Например, каждый суперкадр может включать в себя четыре внешних кадра (K=4), каждый внешний кадр может включать в себя 32 кадра (N=32), а каждый кадр может включать в себя 15 временных интервалов (T=15). Если каждый кадр имеет продолжительность 10 миллисекунд (мс), то каждый внешний кадр имеет продолжительность 320 мс, и каждый суперкадр имеет продолжительность приблизительно 1,28 секунды. Суперкадр, внешний кадр, кадр и временной интервал могут также именоваться с использованием любой другой терминологии.
Фиг.3 показывает иллюстративную структуру 300 кадра для системы дуплексной связи с временным разделением (TDD), которая соответствует требованиям W-CDMA и OFDM. Каждый кадр в пределах суперкадра имеет продолжительность 10 мс и дополнительно разделяется на 15 временных интервалов, которым назначаются индексы от 1 до 15. Каждый временной интервал имеет продолжительность 0,667 мс и охватывает 2560 кодовых элементов (элементарных сигналов). Каждый элементарный сигнал имеет продолжительность 0,26 микросекунд (мкс) при ширине полосы системы 3,84 МГц.
Для примера, показанного на Фиг.3, временной интервал 1 используется для W-CDMA-интервала нисходящей линии связи (DL), временные интервалы 2-6 используются для OFDM-интервалов нисходящей линии связи, временной интервал 7 используется для W-CDMA-интервала восходящей линии связи (UL) и временные интервалы 8-15 используются для OFDM-интервалов нисходящей линии связи. Для каждого W-CDMA-интервала нисходящей линии связи данные для одного или более физических каналов могут быть переданы по каналам с различными ортогональными последовательностями (например, OVSF - ортогональные последовательности с переменным коэффициентом деления), спектрально расширены кодами скремблирования, объединены во временной области и переданы во всем W-CDMA-интервале. Для каждого OFDM-интервала нисходящей линии связи могут генерироваться L OFDM-символов для данных, которые должны передаваться в этом OFDM-интервале, где L>1. Например, три OFDM-символа могут быть переданы в каждом OFDM-интервале нисходящей линии связи, и каждый OFDM-символ может иметь продолжительность приблизительно 220 мкс.
Для системы дуплексной связи с частотным разделением (FDD), которая соответствует требованиям W-CDMA и OFDM, нисходящая линия связи и восходящая линия связи передаются одновременно на отдельных диапазонах частот. Каждый временной интервал в нисходящей линии связи может использоваться для W-CDMA или OFDM.
Фиг.2 и 3 показывают иллюстративные структуры суперкадра и кадра. Методы передачи данных, изложенные в настоящем описании, могут использоваться для других систем с различными методами радиосвязи и для других структур суперкадра и кадра.
Базовая станция может транслировать данные на терминалы в пределах своей зоны покрытия. Чтобы улучшить покрытие широковещательной передачей, базовая станция может использовать такие методы, как разнесение циклических задержек, пространственное расширение и смещение пилот-сигнала. Для разнесения циклических задержек базовая станция генерирует OFDM-символы с различными циклическими задержками, которые могут вносить разнесение и повышать эффективность широковещательной передачи. Для пространственного расширения базовая станция выполняет пространственную обработку с различными управляющими векторами так, чтобы широковещательная передача данных поддерживала группу эффективных каналов для каждого терминала. Для смещения пилот-сигнала базовая станция передает пилот-сигнал FDM по множеству наборов поддиапазонов так, чтобы (1) объем системных ресурсов, используемых для пилот-сигнала FDM, не возрастал в результате использования множества наборов поддиапазонов, и (2) терминал мог получать более точную оценку беспроводного канала. Эти методы подробно описаны ниже.
Фиг.4 показывает структурную схему OFDM-модулятора 400, который может генерировать OFDM-символы с различными продолжительностями циклических задержек для разнесения циклических задержек. Данные, которые должны передаваться, обычно сначала кодируются на основе схемы кодирования для генерирования кодовых битов. Затем кодовые биты отображаются в символы модуляции на основе схемы модуляции, например M-PSK (М-уровневая фазовая манипуляция) или M-QAM (М-уровневая квадратурная амплитудная модуляция). Каждый символ модуляции представляет собой комплексную величину в совокупности сигналов для схемы модуляции.
В каждом периоде OFDM-символа один символ модуляции может передаваться в каждом поддиапазоне, используемом для передачи данных, а нулевой символ (который является нулевой величиной сигнала) передается в каждом неиспользуемом поддиапазоне. Символы, которые должны передаваться в S поддиапазонах, определяются как символы передачи. В каждом периоде OFDM-символа устройство 410 обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) принимает S символов передачи для S поддиапазонов, преобразует S символов передачи во временную область с помощью S-точечного ОБПФ, и предоставляет преобразованный символ, который содержит S выборок временной области. Каждая выборка представляет собой комплексную величину для передачи в одном периоде выборки. Параллельно-последовательный преобразователь 412 преобразует в последовательную форму S выборок для преобразованного символа.
Для разнесения циклических задержек устройство 414 циклических задержек циклически или периодически задерживает преобразованный символ на D выборок, где D представляет собой величину циклической задержки или продолжительность циклической задержки. Циклическая задержка получается перемещением последних D выборок преобразованного символа в начало преобразованного символа. D циклически задержанных выборок показаны затенением на Фиг.4. Для OFDM-модуляции без разнесения циклических задержек D=0 и никакие выборки циклически не задерживаются или, другими словами, циклически задержанный преобразованный символ имеет циклическую задержку на 0 выборок.
Затем генератор 416 циклического префикса присоединяет циклический префикс к циклически задержанному преобразованному символу и выдает OFDM-символ, который содержит S+C выборок, где C представляет собой длину циклического префикса. Циклический префикс получается путем копирования последних C выборок циклически задержанного преобразованного символа и присоединения скопированных выборок в начало циклически задержанного преобразованного символа. C скопированных выборок показаны перекрестной штриховкой на Фиг.4. Циклический префикс также определяется как защитный интервал или защитный период и используется для противодействия межсимвольной интерференции, вызванной разбросом задержек. Период OFDM-символа (который также определяется как период символа) представляет собой продолжительность одного OFDM-символа и равен S+C периодам выборок.
IFDMA-символы и LFDMA-символы также могут генерироваться с различными величинами циклических задержек. Циклическая задержка может быть добавлена до присоединения циклического префикса, как показано на Фиг.4. Вообще, циклическая задержка может быть введена в символы модуляции с множеством несущих (MCM), генерируемые на основе различных методов радиосвязи с множеством несущих, таких как OFDM, IFDMA, LFDMA и так далее.
Разнесение циклических задержек может использоваться базовой станцией с единственной антенной и базовой станцией с множеством антенн. Для разнесения циклических задержек в варианте с единственной антенной используются различные продолжительности циклических задержек для OFDM-символов, передаваемых единственной антенной в различные периоды OFDM-символов. Для разнесения циклических задержек в многоантенном варианте используются различные продолжительности циклических задержек для OFDM-символов, переданных множеством антенн в один и тот же период OFDM-символа.
i
i
i
i
i
i
1
2
G
1
max
i
max
Фиг.5 показывает разнесение циклических задержек для базовой станции с единственной антенной. Каждый OFDM-символ  генерируется с циклической задержкой на D выборок, выбранной для этого OFDM-символа. Продолжительности циклических задержек для различных OFDM-символов могут выбираться различными методами. В одном варианте осуществления продолжительность циклической задержки для каждого OFDM-символа выбирается псевдослучайным методом и приводит к псевдослучайному разбросу ("дрожанию"), вносимому в OFDM-символ. Например, для каждого OFDM-символа может быть псевдослучайно выбрано разнесение циклических задержек на 0 или D выборок. В другом варианте осуществления продолжительность циклической задержки для каждого OFDM-символа выбирается детерминированным методом, например, на основе заранее заданной модели задержек, которая указывает продолжительность циклической задержки для каждого OFDM-символа. Например, модель задержек может указывать циклическую задержку на D выборок для OFDM-символа , затем циклическую задержку на D выборок для OFDM-символа +1 и так далее, затем циклическую задержку на D выборок для OFDM-символа +G-1, затем циклическую задержку на D выборок для OFDM-символа +G и так далее. Для всех вариантов осуществления продолжительности циклических задержек для OFDM-символов могут быть ограничены пределами заранее заданного диапазона, например D≥D≥0, где D представляет собой максимальную продолжительность циклической задержки, предусмотренную для OFDM-символов.
Разнесение циклических задержек для единственной антенны может вносить разнесение для широковещательных передач и повышать эффективность для различных сценариев работы. В качестве примера рассмотрим сценарий, в котором терминал расположен между двумя базовыми станциями и принимает одинаковые широковещательные передачи от обеих базовых станций. Если разнесение циклических задержек не применяется, то широковещательные передачи от этих двух базовых станций стабильно поступали бы с наложением друг на друга, и преимущества от разнесения не были бы получены. Однако если применяется разнесение циклических задержек, то широковещательные передачи, принятые от этих базовых станций, могут объединяться различными методами в зависимости от продолжительностей циклических задержек, используемых этими двумя базовыми станциями, и достигается разнесение для широковещательных передач. Те же преимущества от разнесения могут быть получены для терминала, расположенного между двумя секторами одной и той же базовой станции, если эти сектора применяют разнесение циклических задержек.
Фиг.6 показывает использование разнесения циклических задержек для базовой станции с множеством (R) антенн. В течение каждого периода OFDM-символа выполняется S-точечное ОБПФ на S символах передачи для генерирования преобразованного символа, содержащего S выборок временной области. Затем преобразованный символ циклически сдвигается на разные величины для R антенн, например на ноль выборок для антенны 1, на одну выборку для антенны 2 и так далее, и на R-1 выборок для антенны R. Затем циклический префикс присоединяется к циклически сдвинутому преобразованному символу для каждой антенны для генерирования OFDM-символа для этой антенны. После этого R OFDM-символов с различными циклическими задержками на 0, 1, …, R-1 выборок передаются от R антенн в один и тот же период OFDM-символа.
i
i
i
i
В одном варианте осуществления разнесения циклических задержек для многоантенного варианта продолжительность циклической задержки для каждой антенны фиксирована. R OFDM-символов, переданных одновременно от R антенн базовой станции, подвергаются свертке с R-откликами каналов и объединяются на антенне терминала. Избирательность по частоте достигается в результате возможности совпадающего по фазе и несовпадающего по фазе объединения OFDM-символов, поступающих на антенну терминала. В другом варианте осуществления продолжительность циклической задержки для каждой антенны выбирается псевдослучайно. В еще одном варианте осуществления множество продолжительностей циклических задержек циклически изменяется по каждой антенне. Например, для антенны 1 может применяться циклическая задержка на ноль выборок в период  символа, затем на одну выборку в период +1 символа и так далее, затем на R-1 выборок в период +R-1 символа, затем на ноль выборок в период +R символа и так далее. В еще одном варианте осуществления циклические задержки на 0, 1, …, R-1 выборок назначаются для R антенн псевдослучайным или детерминированным методом.
min
max
min
max
И для варианта с единственной антенной, и для многоантенного варианта разнесение циклических задержек может быть изменяющимся во времени. Например, продолжительность циклической задержки может быть медленно меняющейся в пределах диапазона от D до D в каждом внешнем кадре, например, D=1 выборка и D=5 выборок. Изменяющееся во времени разнесение циклических задержек может вносить дополнительную случайность и может уменьшить провалы в области покрытия. Кроме того, изменения во времени в разнесении циклических задержек могут фактически превратить канал с медленным замиранием в канал с быстрым замиранием. Более высокая скорость замирания может улучшить временное разнесение, и особенно полезна, если каждый суперкадр имеет краткую продолжительность. Разнесение циклических задержек может быть применено ко всем OFDM-интервалам или выборочно применено к некоторым OFDM-интервалам в каждом суперкадре.
Разнесение циклических задержек имеет следующие характеристики.
Разнесение циклических задержек вносит избирательность по частоте в беспроводном канале.
Изменения во времени в циклических задержках могут изменять по времени избирательность по частоте.
Разнесение циклических задержек увеличивает эффективную длину беспроводного канала на продолжительность циклической задержки.
Избирательность по частоте, вносимая разнесением циклических задержек, может распределять ошибочные символы по всему пакету данных, что может улучшить эффективность кодирования. Избирательность по частоте также снижает вероятность однолучевого рэлеевского канала.
Увеличенная эффективная длина канала с разнесением циклических задержек может неблагоприятно влиять на эффективность широковещательной передачи. Это возможное неблагоприятное влияние может быть учтено следующим образом.
Длина циклического префикса может выбираться достаточно длинной так, чтобы продолжительность циклической задержки была малой по сравнению с длиной циклического префикса. Например, длина циклического префикса может быть равным 128 выборкам, а продолжительность циклической задержки может быть ограничена пятью выборками, что намного меньше, чем 128 выборок.
Может применяться смещение пилот-сигнала, чтобы дать возможность терминалам получать оценки импульсных характеристик более длинных каналов.
Разнесение циклических задержек обеспечивает преимущества разнесения в результате того, что множество передач данных, поступающих на терминал, могут объединяться различными методами с различными продолжительностями циклических задержек. Терминалу не требуется знать о циклической задержке, внесенной базовыми станциями, и не требуется выполнять какую-любую дополнительную обработку для получения преимуществ от разнесения. Терминал может получать достаточную оценку импульсной характеристики длинного канала, основываясь на смещенном пилот-сигнале, а также может выполнить выбор порога для обнуления канальных отводов с малой мощностью, например, меньшей, чем заранее заданный порог. Тогда циклическая задержка будет прозрачна для терминала.
Базовая станция с множеством антенн может выполнить пространственную обработку для улучшения покрытия широковещательной передачей. При пространственном рассеянии базовая станция выполняет пространственную обработку с различными управляющими векторами, чтобы эффективно рандомизировать беспроводной канал для каждого терминала, так что эффективность широковещательной передачи не диктуется реализацией единственного канала.
Базовая станция может выполнить пространственную обработку для пространственного расширения следующим образом:
d
s
s
где () является символом модуляции, который должен передаваться в поддиапазоне ;
v
=
v
s
v
s
… v
s
s
1
2
R
T
(s)[()()()] является R×1 управляющим вектором для поддиапазона ;
x
=
x
s
x
s
… x
s
s
1
2
R
T
(s)[()()()] является R×1 вектором с R символами передачи, которые должны передаваться от R антенн базовой станции в поддиапазоне ; и
T
“” обозначает транспонирование.
Принятые символы на терминале могут быть выражены как:
r
s
s
где () является принятым символом для поддиапазона ;
h
=
h
s
h
s
… h
s
s
h
s
ℓ
s
1
2
R
ℓ
T
(s)[()()()] является R×1 вектором-строкой характеристики канала для поддиапазона , где () является комплексным усилением между антенной  базовой станции и антенной терминала для поддиапазона ;
h
s
s
s
s
eff
h
v
()=()·() является эффективной характеристикой канала для поддиапазона ; и
n
s
s
() является шумом для поддиапазона .
r
s
s
h
s
s
s
s
h
s
eff
eff
h
v
v
В соответствии с уравнением (2) результатом пространственной обработки базовой станцией является символ () модуляции для каждого поддиапазона , воспринимающий эффективную характеристику () канала, которая включает в себя фактическую характеристику () канала и управляющий вектор (). Различные управляющие векторы () могут использоваться для различных поддиапазонов для получения различных эффективных каналов. Терминал может оценивать эффективную характеристику () канала для каждого поддиапазона на основе пилот-сигнала FDM.
F
F
f
n
m
n,m
Для пространственного расширения могут использоваться различные типы управляющих векторов. В варианте осуществления управляющие векторы выбираются из столбцов матрицы Фурье. Для R×R матрицы  Фурье, элемент  в строке  и столбце  матрицы  может быть выражен как:
j
n
m
n
m
где  является мнимой величиной, определяемой как . Члены "-1" и "-1" уравнения (3), вместо  и , обусловлены схемой индексирования, которая начинается с 1 вместо 0. Могут быть сформированы матрицы Фурье любой квадратной размерности (например, 2, 3, 4, 5 и так далее).
W
W
2×2
2Q×2Q
В другом варианте осуществления управляющие векторы выбираются из столбцов матрицы Уолша. 2×2 матрица  Уолша и матрица  Уолша большей размерности могут быть выражены как:
j
j
Матрицы Уолша имеют размерности, которые являются степенями числа 2 (например, 2, 4, 8 и так далее). И для матрицы Фурье и для матрицы Уолша дополнительные управляющие векторы могут быть получены умножением столбцов этих матриц на скалярные величины +1, -1, +, - и так далее.
v
s
В еще одном варианте осуществления элементы управляющих векторов () для S поддиапазонов определяются следующим образом:
v
s
s
ℓ
ℓ
ℓ
ℓ
)
s
s
ℓ
ℓ
)·
s
ℓ
где () является весовым коэффициентом для поддиапазона  антенны . Согласно уравнению (5) для каждой антенны создаются различные линейные фазовые сдвиги в S поддиапазонах. Каждой антенне , для =1, …, R, ставится в соответствие наклон фазы на 2π·(-1/S. Фазовый сдвиг для каждого поддиапазона , для =1, …, S, антенны  задается как 2π·(-1(-1)/S. Веса, полученные согласно уравнению (5), фактически формируют различные лучи для каждого поддиапазона для линейной антенной решетки из R эквидистантных антенн.
v
v
s
G
s
ℓ
g
s
G
s
g
s
ℓ
ℓ
s
ℓ
ℓ
ℓ
ℓ
Управляющие векторы (), полученные из уравнения (5), могут рассматриваться как линейный фильтр, имеющий дискретную частотную характеристику () для каждой антенны . Дискретная импульсная характеристика () временной области для линейного фильтра может быть получена выполнением S-точечного ОБПФ на дискретной частотной характеристике (). Импульсной характеристике () для антенны  соответствует единственный отвод с единичной амплитудой при задержке на  периодов выборок, и ноль при всех других задержках. Пространственное расширение с управляющими векторами (), полученными из уравнения (5), является, таким образом, эквивалентом разнесения циклических задержек для многоантенного варианта, описанного выше и показанного на Фиг.6.
Базовая станция может передавать смещенный пилот-сигнал, чтобы предоставить возможность терминалу получить оценку импульсной характеристики более длинного канала, ограничивая объем системных ресурсов, используемых для передачи пилот-сигнала. Терминал может оценивать коэффициент усиления канала для каждого поддиапазона, используемого для передачи пилот-сигнала. Затем терминал может получить оценку импульсной характеристики канала, основываясь на коэффициенте усиления канала, для всех поддиапазонов, используемых для передачи пилот-сигнала. Длина оценки импульсной характеристики канала определяется числом поддиапазонов, используемых для передачи пилот-сигнала. Если пилот-сигнал передается по множеству наборов поддиапазонов в различные периоды символов, то терминал может (1) дискретизировать ширину полосы системы на большее количество поддиапазонов в частотной области и (2) получать оценку импульсной характеристики более длинного или более высококачественного канала.
S
P
s
s
s
s
1
1
1
1
Фиг.7A показывает схему 710 передачи пилот-сигнала FDM без смещения. Согласно схеме 710 пилот-сигнал FDM передается в одном наборе из P поддиапазонов. P поддиапазоны в наборе равномерно распределены по всем S поддиапазонам так, что следующие друг за другом поддиапазоны в наборе разделены на Д=/ поддиапазонов. Набор, таким образом, состоит из поддиапазонов , Д+, 2Д+ и так далее, где начальный индекс  поддиапазона может быть любым целым значением между 1 и Д. Пилот-сигнал FDM передается в одном и том же наборе P поддиапазонов в каждый период OFDM-символа, в котором передается пилот-сигнал FDM.
s
s
s
s'
s'
s'
s
s'
s'
s
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Фиг.7B показывает схему 720 передачи пилот-сигнала FDM с 2× смещением. Согласно схеме 720 пилот-сигнал FDM передается в двух наборах из P поддиапазонов. P поддиапазоны в каждом наборе равномерно распределены по всем S поддиапазонам. К тому же P поддиапазоны в первом наборе сдвинуты относительно P поддиапазонов во втором наборе на Д/2 поддиапазонов. Первый набор состоит из поддиапазонов , Д+, 2Д+ и так далее, а второй набор состоит из поддиапазонов , Д+, 2Д+ и так далее. Начальный индекс  поддиапазона может быть любым целым значением между 1 и Д/2, а индекс  может иметь значение =+Δ/2. Пилот-сигнал FDM может передаваться по двум наборам поддиапазонов в чередующиеся периоды символов, например, по первому набору поддиапазонов в нечетные периоды символов и по второму набору поддиапазонов в четные периоды символов.
Фиг.7C показывает схему 730 передачи пилот-сигнала FDM с полным смещением. Согласно схеме 730 пилот-сигнал FDM передается в Д наборах из P поддиапазонов. P поддиапазоны в каждом наборе равномерно распределены по всем S поддиапазонам. Пилот-сигнал FDM может циклически выбирать интервал из Д наборов поддиапазонов в каждом периоде Д-символа на основе модели смещения, которая указывает, какой поддиапазон использовать для пилот-сигнала FDM в каждый период символа. Для примера, показанного на Фиг.7C, пилот-сигнал FDM передается с использованием модели смещения {0,3,6}, которая означает, что набор поддиапазонов, используемый для пилот-сигнала FDM в каждый период символа, сдвинут на три поддиапазона относительно набора поддиапазонов, используемого в предыдущий период символа.
В общем случае количество поддиапазонов в каждом наборе (P) обычно выбирается в зависимости от желательного объема непроизводительных издержек для пилот-сигнала FDM, ожидаемого разброса задержек в системе, и/или других факторов. Для примеров, показанных на Фиг.7A-7C, Д равно восьми, и 12,5% всех S поддиапазонов используются для пилот-сигнала FDM.
Фиг.7A-7C показывают три иллюстративные схемы передачи пилот-сигнала FDM. Кроме того, пилот-сигнал FDM может передаваться другими методами, которые входят в объем настоящего изобретения. В принципе пилот-сигнал FDM может передаваться по любому числу наборов поддиапазонов, и каждый набор может состоять из любого числа поддиапазонов. К тому же пилот-сигнал FDM может передаваться с использованием различных моделей смещения.
Смещение пилот-сигнала может обеспечить различные преимущества. Во-первых, смещение пилот-сигнала может противодействовать избыточному разбросу задержек, который является более длинным разбросом задержек, чем длина циклического префикса. Разброс задержек беспроводного канала представляет собой временной диапазон или продолжительность импульсной характеристики для беспроводного канала. Кроме того, этот разброс задержек является разностью между самой ранней и самой поздней копиями сигнала, поступающими в приемник для сигнала, передаваемого через беспроводный канал передатчиком. Если пилот-сигнал FDM передается в P поддиапазонах, то оценка импульсной характеристики канала с P канальными отводами может быть получена на основе этого пилот-сигнала FDM. Как правило, P выбирается, равным C. Если избыточный разброс задержек отсутствует, то импульсная характеристика канала состоит из C или менее отводов, и все отводы могут оцениваться на основе пилот-сигнала FDM, переданного в P поддиапазонах. Однако, если избыточный разброс задержек присутствует, то импульсная характеристика канала состоит из более чем C отводов, причем первые C отводов соответствуют основному каналу, а остальные отводы соответствуют избыточному каналу. Избыточные канальные отводы не могут оцениваться на основе пилот-сигнала FDM, переданного в P поддиапазонах, поскольку имеется недостаточное число степеней свободы. Более того, импульсная характеристика беспроводного канала дискретизирована с пониженной частотой в частотной области посредством P поддиапазонов для пилот-сигналов. Эта недостаточная дискретизация приводит к наложению спектров избыточного канала во временной области, так что избыточные канальные отводы окружают и перекрывают основные канальные отводы. Каждый избыточный канальный отвод с наложением спектров вызывает ошибку при оценке соответствующего основного канального отвода. Смещенный пилот-сигнал допускает дискретизацию по Найквисту беспроводного канала даже при наличии избыточного разброса задержек и, следовательно, позволяет избежать оценки каналов с наложением спектров. Передавая пилот-сигнал FDM в большем количестве поддиапазонов с использованием смещения, может быть оценено больше канальных отводов, и ухудшение оценки канала в результате избыточного разброса задержки может быть ослаблено.
Смещение пилот-сигнала улучшает выполнение оценки канала, если используется разнесение циклических задержек. Разнесение циклических задержек фактически увеличивает разброс задержек беспроводного канала связи на продолжительность циклических задержек. Смещение пилот-сигнала делает возможной оценку импульсной характеристики более длинного канала благодаря разнесению циклических задержек.
Фиг.8 показывает процесс 800 передачи данных с разнесением циклических задержек и смещением пилот-сигнала. Процесс 800 может выполняться для каждого суперкадра. Первоначально OFDM-символы, имеющие различные продолжительности циклических задержек, генерируются на основе символов модуляции (этап 812). Если имеется множество антенн и если используется пространственное расширение, то символы модуляции могут пространственно обрабатываться различными управляющими векторами для генерации символов передачи, и OFDM-символы могут генерироваться на основе символов передачи. Продолжительность циклических задержек для каждого OFDM-символа может быть выбрана псевдослучайным или детерминированным методом. Продолжительности циклических задержек для OFDM-символов также могут выбираться изменяющимися во времени относительно продолжительностей циклических задержек для OFDM-символов, переданных соседней базовой станцией. Разнесение циклических задержек может быть применено ко всем OFDM-символам или выборочно применено к подмножеству OFDM-символов.
Пилот-сигнал FDM генерируется и мультиплексируется во множестве наборов поддиапазонов в различных периодах символов по одному набору поддиапазонов на каждый период символа (этап 814). Например, пилот-сигнал FDM может мультиплексироваться в первом поддиапазоне в четных периодах символов и во втором поддиапазоне в нечетных периодах символов. Пилот-сигнал FDM также может мультиплексироваться во всех поддиапазонах, используемых для передачи данных.
Сигналы W-CDMA генерируются для данных, которые должны передаваться в соответствии с W-CDMA (этап 816). OFDM-символы мультиплексируются во временные интервалы, используемые для OFDM (этап 818), а сигналы W-CDMA мультиплексируются во временные интервалы, используемые для W-CDMA (этап 820). Единый модулированный сигнал может генерироваться на основе мультиплексированных OFDM-символах и сигналах W-CDMA (этап 822), и передаваться от единственной антенны (этап 824). В качестве альтернативы, по меньшей мере, два модулированных сигнала могут генерироваться на основе мультиплексированных OFDM-символах и сигналах W-CDMA, и передаваться, по меньшей мере, двумя антеннами. В этом случае для каждого временного интервала, используемого для OFDM, по меньшей мере, два OFDM-символа с различными продолжительностями циклических задержек генерируются и передаются этими, по меньшей мере, двумя антеннами.
Фиг.9 показывает структурную схему базовой станции 110 с единственной антенной и терминала 120 с единственной антенной. В базовой станции 110 устройство 910 обработки данных OFDM-передачи принимает и обрабатывает (например, осуществляет кодирование, перемежение и отображение символов) данные потока, которые должны передаваться с OFDM, и генерирует символы данных, которые являются символами модуляции для данных потока. Также устройство 910 обработки генерирует пилот-сигнал TDM и пилот-сигнал FDM на основе смещения, выбранного для использования. OFDM-модулятор 912 выполняет OFDM-модуляцию для данных и пилот-сигналов (например, как показано на Фиг.4), генерирует OFDM-символы с различными продолжительностями циклических задержек для разнесения циклических задержек и формирует сигнал OFDM для каждого OFDM-интервала. Устройство 920 обработки данных W-CDMA-передачи принимает и обрабатывает данные, которые должны передаваться с W-CDMA, и генерирует кодированные данные для W-CDMA. W-CDMA-модулятор 922 обрабатывает кодированные для W-CDMA данные и генерирует сигнал W-CDMA для каждого W-CDMA-интервала. Обработка W-CDMA-модулятором 922 включает в себя (1) отображение кодированных данных для каждого физического W-CDMA-канала в символы модуляции, (2) передачу по каналам символов модуляции для каждого физического канала с ортогональной последовательностью, (3) скремблирование переданных по каналам символов для каждого физического канала с кодами скремблирования, и (4) масштабирование и суммирование скремблированных данных для всех физических каналов. Мультиплексор 924 уплотняет сигналы OFDM в OFDM-интервалы, мультиплексирует сигналы W-CDMA в W-CDMA-интервалы и обеспечивает выходной сигнал. Передатчик 926 модифицирует (например, преобразует в аналоговую форму, фильтрует, усиливает и проводит повышающее преобразование частоты) выходной сигнал и генерирует модулированный сигнал, который передается антенной 928.
В терминале 120 антенна 952 принимает модулированные сигналы, переданные базовой станцией 110 и другими базовыми станциями в системе. Приемник 954 модифицирует, преобразует в цифровую форму и обрабатывает принятый от антенны 952 сигнал и выдает поток входных выборок в демультиплексор 956. Демультиплексор 956 подает входные выборки из OFDM-интервалов в OFDM-демодулятор 960 и выдает входные выборки из W-CDMA-интервалов в W-CDMA-демодулятор 970. OFDM-демодулятор 960 выполняет OFDM-демодуляцию входных выборок (например, комплементарную к OFDM-модуляции, показанной на Фиг.4) и получает принятые данные и пилот-символы. Устройство 962 оценки канала выводит оценку импульсной характеристики канала и/или оценку частотной характеристики канала на основе принятых пилот-символов. OFDM-демодулятор 960 дополнительно выполняет детектирование (например, коррекцию) в принятых символах данных с использованием оценки канала от устройства 962 оценки канала и выдает оценки символов данных, которые являются оценками переданных символов данных. Устройство 964 обработки данных OFDM-приема обрабатывает (например, осуществляет обратное отображение символов, обращенное перемежение и декодирование) оценки символов данных и выдает декодированные данные для OFDM. W-CDMA-демодулятор 970 обрабатывает входные выборки методом, комплементарным к обработке W-CDMA-модулятором 922, и выдает оценки символов. Устройство 964 обработки данных W-CDMA-приема обрабатывает (например, осуществляет демодуляцию, обращенное перемежение и декодирование) оценки символов и выдает декодированные данные для W-CDMA. В принципе обработка на терминале 120 является комплементарной к обработке на базовой станции 110.
Устройства 930 и 980 управления управляют работой в базовой станции 110 и терминале 120 соответственно. Блоки 932 и 982 памяти хранят управляющие программы и данные, используемые устройствами 930 и 980 управления соответственно. Устройство 930 управления и/или устройство 934 оперативного управления распределяет передачи данных по нисходящей линии связи, определяет, использовать W-CDMA или OFDM для каждого временного интервала, и распределяет временные интервалы для назначенных передач данных.
Методы передачи данных, изложенные в настоящем описании, могут использоваться для передач данных по нисходящей линии связи, как описано выше. Эти методы также могут использоваться для передач данных по восходящей линии связи.
Методы передачи данных, изложенные в настоящем описании, могут быть реализованы различными средствами. Например, эти методы могут быть реализованы аппаратными средствами, программными средствами или их комбинацией. При аппаратной реализации модули обработки, используемые для разнесения циклических задержек, пространственного расширения и/или смещения пилот-сигнала на базовой станции, могут быть реализованы на одной или более специализированных интегральных схемах (СИС), цифровых сигнальных процессорах (ЦСП), устройствах для цифровой обработки сигналов (УЦОС), программируемых логических устройствах (ПЛУ), программируемых вентильных матрицах (ПВМ), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, электронных устройствах, других электронных элементах, выполненных с возможностью исполнения функций, изложенных в настоящем описании, или их комбинации. Модули обработки в терминале также могут быть реализованы на одной или более СИС, ЦСП, процессорах и так далее.
При программной реализации методы передачи данных могут быть реализованы модулями (например, процедурами, функциями и так далее), которые выполняют функции, изложенные в настоящем описании. Коды программного обеспечения могут храниться в блоке памяти (например, блок памяти 932 или 982 на Фиг.9) и исполняться устройством обработки (например, устройством 930 или 980 управления). Блок памяти может быть реализован в устройстве обработки или являться внешним для устройства обработки, в таком случае блок памяти может быть связан с возможностью информационного обмена с устройством управления с помощью различных средств, известных в данной области техники.
Приведенное описание раскрытых вариантов осуществления предоставляет возможность любому специалисту в данной области техники создавать или использовать настоящее изобретение. Различные модификации в этих вариантах осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники, и основные принципы, определенные в настоящем описании, могут быть применены к другим вариантам осуществления, без отступления от сущности или объема настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не подразумевает ограничения вариантами осуществления, показанными в настоящем описании, но должно соответствовать самому широкому объему, согласующемуся с принципами и новыми признаками, раскрытыми в настоящем описании.