МОДУЛЯЦИЯ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ
DATA MODULATION IN COMMUNICATION SYSTEM

Настоящее изобретение относится к обмену данными и, в частности, к модуляции данных, передаваемых между двумя объектами системы связи.
Система связи представляет собой конструкцию, которая обеспечивает связь между двумя или более объектами, такими как устройства связи, сетевые объекты и другие узлы. Система связи может быть предоставлена в виде одной или нескольких соединенных между собой сетей. Следует отметить, что хотя система связи в типичном случае включает в себя по меньшей мере одну сеть связи, например, проводную либо беспроводную или мобильную сеть, в своей самой простой форме система связи обеспечивается двумя объектами, осуществляющими друг с другом связь. Связь может содержать, например, обмен данными для переноса передач, таких как речевые данные, сообщения электронной почты (email), текстовые сообщения, мультимедийные данные и т.п.
Пользователь может осуществлять связь посредством соответствующего устройства связи. Соответственная система доступа позволяет устройству связи осуществлять доступ к системе связи. Доступ к системе связи может обеспечиваться посредством фиксированной линии связи или интерфейса беспроводной связи, либо их комбинацией. Примеры систем беспроводного доступа включают в себя сотовые сети доступа, разнообразные беспроводные локальные сети (WLAN), беспроводные персональные сети (WPAN), спутниковые системы связи и различные их комбинации.
Система связи в типичном случае функционирует в соответствии со стандартом и/или набором спецификаций и протоколов, которыми оговаривается, что различным элементам системы разрешено делать и как это должно достигаться. Например, в типичном случае задается, предоставляется ли пользователю или точнее пользовательскому устройству канал-носитель, соответствующий связи с коммутацией линий связи, или канал-носитель, соответствующий связи с коммутацией пакетов, либо и тот, и другой. Также, путь, которым связь и разнообразные связанные с ней аспекты должны быть реализованы между пользовательским устройством и различными элементами, охватываемыми этой связью, а также их функции и то, за что они отвечают, в типичном случае задаются предопределенным коммуникационным протоколом.
В системе радио или беспроводной связи объектом в форме базовой станции представлен узел для осуществления связи с пользовательскими устройствами связи, часто упоминаемыми как "мобильные станции". Передачи в направлении от базовой станции к пользовательскому устройству считаются имеющими место по "нисходящей линии связи" (DL). Далее, передачи в направлении от пользовательского устройства к базовой станции считаются имеющими место по "восходящей линии связи" (UL). Следует отметить, что в некоторых системах базовая станция именуется "Узлом В" (Node В).
Передача сигналов (сигнализация) между различными объектами может быть разделена на сигнализацию управляющих данных и сигнализацию фактических данных. Последняя из них относится к содержимому данных, которые пользователи желают передать. Управляющая сигнализация, в свою очередь, относится к переносу информации, которая как таковая не относится к содержимому данных, которые пользователи могут захотеть передать. В нижеследующем изложении эти две формы сигнализации разделяются упоминанием "управляющей сигнализации" и "сигнализации данных" согласно контексту.
Для гарантирования надлежащей работы системы в отношении управляющей сигнализации выдвигаются более высокие требования по качеству, чем в отношении сигнализации данных. С другой стороны, объем информации, переносимый управляющей сигнализацией, например при сигнализации квитирования, в типичном случае составляет один или два бита. Это меньше, чем то, что может быть перенесено модулированными символами данных, например, символами, модулированными квадратурной амплитудной модуляцией (QAM). Например, шестнадцатипозиционная QAM (16QAM) переносит 4 бита, а шестидесятичетырехпозиционная QAM (64QAM) переносит 6 битов.
Примером управляющей сигнализации является перенос сигнализации информации положительного и отрицательного квитирования, зачастую упоминаемой как "сигнализация ACK/NACK". Сигнализация квитирования используется для обеспечения обратной связи касаемо предыдущих передач, например, если предшествующая передача данных, такая как пакет данных, принята надлежащим образом.
Несмотря на преимущества в технологиях сигнализации, по-прежнему имеется потребность в оптимизации рабочих характеристик связи между двумя устройствами, например, путем снижения количества ошибок в управляющей сигнализации. Использование единого способа модуляции для управляющей сигнализации и сигнализации данных может оказаться желательным в разнообразных вариантах применения.
Здесь описываются варианты осуществления, нацеленные на один или несколько из вышеупомянутых недостатков и/или потребностей.
Согласно варианту осуществления предлагается модулятор для устройства связи, который сконфигурирован для мультиплексирования управляющих символов и символов данных для передачи в сигнале на основе информации о расстоянии между положениями по меньшей мере двух управляющих символов в представлении положений символов в упомянутом сигнале.
Согласно другому варианту осуществления предлагается способ модуляции, содержащий этап, на котором мультиплексируют управляющие символы с символами данных для передачи в сигнале на основе информации о расстоянии между положениями по меньшей мере двух управляющих символов в представлении положений символов в упомянутом сигнале.
Согласно еще одному варианту осуществления предлагается система связи, содержащая первое устройство связи и второе устройство связи, при этом по меньшей мере одно из этих устройств сконфигурировано для мультиплексирования управляющих символов и символов данных для передачи в сигнале на другое из этих устройств на основе информации о расстоянии между положениями по меньшей мере двух управляющих символов в представлении положений символов в упомянутом сигнале.
Согласно более конкретному варианту осуществления управляющие символы мультиплексируются на основе по меньшей мере одного евклидова расстояния. По меньшей мере два управляющих символа могут быть отображены в положения, расстояние между которыми является наибольшим или которые, в ином случае, находятся на, по меньшей мере, предопределенном расстоянии друг от друга.
Информация о мощности, соответствующей по меньшей мере одному положению, может быть также использована. Положения с наивысшей мощностью могут быть выбраны для использования управляющими символами. Согласно варианту осуществления, для использования управляющими символами используются положения с мощностью, которая превосходит заранее заданный порог мощности.
Управляющие символы могут содержать квитанцию от первого устройства связи касаемо передачи от второго устройства связи, причем эта квитанция мультиплексируется с символами данных в сигнал для передачи от первого устройства связи. Квитанция может содержать символы ACK/NACK.
Упомянутое представление может представлять собой звездную диаграмму. Модуляция может содержать по меньшей мере одно из квадратурной амплитудной модуляции и фазовой манипуляции.
Вычисления могут быть осуществлены посредством компьютерной программы, содержащей средства программного кода, приспособленные для выполнения необходимых этапов, когда программа исполняется процессором. Процессор может предназначаться для станции системы связи.
Для лучшего понимания настоящего изобретения, а также того, как оно может быть реализовано, далее, исключительно в качестве примера, делается ссылка на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематическое представление системы связи, в которой может быть воплощено настоящее изобретение.
Фиг.2 - блок-схема последовательности операций согласно варианту осуществления.
Фиг.3 - схема отображения.
Фиг.4 - таблица значений, относящихся к примеру по Фиг.3.
Фиг.5 - другая схема отображения.
Фиг.6 и 7 - таблицы значений, относящихся к примеру по Фиг.5.
Перед детальным разъяснением некоторых примерных вариантов осуществления со ссылкой на Фиг.1 дается краткое изложение некоторых общих принципов беспроводной связи в системе, содержащей базовую станцию и устройство связи, такое как мобильная станция.
Устройство связи, например пользовательское устройство, может использоваться для осуществления доступа к различным услугам и/или приложениям, предоставляемым посредством системы связи. В системах беспроводной или мобильной связи доступ обеспечивается через интерфейс доступа между пользовательским устройством 1 и соответствующей системой беспроводного доступа. Пользовательское устройство может в типичном случае осуществлять беспроводной доступ к системе связи через по меньшей мере одну базовую станцию 10 или аналогичный узел беспроводной передачи и/или приема. Неограничивающими примерами узлов доступа являются базовая станция сотовой системы и базовая станция беспроводной локальной сети (WLAN). Каждое пользовательское устройство может иметь один или более радиоканалов, открытых в одно и то же время, и может быть соединено более чем с одной базовой станцией.
Базовая станция может быть соединена с другими системами, например, сетью данных. Шлюзовая функция между узлом базовой станции и другой сетью может быть обеспечена посредством любого подходящего шлюзового узла, например шлюза пакетных данных и/или шлюза доступа.
Управление базовой станцией в типичном случае осуществляется по меньшей мере одним соответствующим контроллерным блоком. Контроллерный блок может быть предусмотрен для управления всей работой базовой станции и связью, проходящей через базовую станцию. Контроллерный блок в типичном случае оснащен неким объемом памяти и по меньшей мере одним процессором данных. В контролере базовой станции могут быть предусмотрены функциональные объекты посредством имеющихся в нем возможностей обработки данных. Предусматриваемые в контролере базовой станции функциональные объекты могут обеспечивать функции, относящиеся к управлению радиоресурсами, управлению доступом, управлению контекстом пакетных данных и т.п.
Некоторые варианты осуществления могут быть использованы, например, для соответствующей восходящей линии связи (UL) части радиосистемы LTE (Long Term Evolution) для передачи ACK/NACK для нисходящей линии связи (DL) с данными UL. Следовательно, неограничивающий пример по Фиг.1 показывает концепцию того, что известно как LTE (Long Term Evolution). Данная система обеспечивает усовершенствованную систему радиодоступа, соединенную с системой пакетных данных. Такая система доступа может быть обеспечена, например, на основе архитектуры, которая известна как Усовершенствованный Универсальный Наземный Радиодоступ (E-UTRA) и на основе использования Узлов В Сетей Усовершенствованного Универсального Наземного Радиодоступа (Е-UTRAN). Сеть Усовершенствованного Универсального Наземного Радиодоступа (E-UTRAN) состоит из Узлов В E-UTRAN (eNB), которые сконфигурированы для обеспечения функциональных возможностей базовой станции и управления. Например, узлы eNB могут независимым образом обеспечивать по направлению к пользовательским устройствам функциональные аспекты сети радиодоступа, такие как завершения протоколов управления линией радиосвязи/управления доступом к среде передачи/физического уровня (RLC/MAC/PHY) плоскости пользователя и протокола управления радиоресурсами (RRC) плоскости управления.
Следует отметить, что Фиг.1 показывает данную архитектуру только для того, чтобы дать пример возможной системы связи, где могут быть реализованы варианты осуществления, описываемые ниже, при этом также возможны другие конструкции и архитектуры. Например, пользовательское устройство может осуществлять связь с другой системой доступа.
Пользовательское устройство 1 может использоваться для разнообразных задач, таких как выполнение и прием телефонных вызовов, прием данных из сети данных и отправка данных в сеть данных, восприятие, например, мультимедиа или другого контента. Например, пользовательское устройство может осуществлять доступ к приложениям данных, предоставляемым через сеть данных. Например, разнообразные приложения могут предлагаться в сети данных, которая основывается на межсетевом протоколе (IP) или каком-либо другом подходящем протоколе. Соответствующее пользовательское устройство может быть представлено любым устройством, выполненным с возможностью посылки и приема радиосигналов. Неограничивающие примеры включают в себя мобильную станцию (MS), портативный компьютер, оснащенный картой интерфейса беспроводной связи или любым другим функциональным модулем интерфейса беспроводной связи, персональное цифровое информационное устройство (PDA), оснащенное функциональными возможностями беспроводной связи, либо любые комбинации перечисленного или подобного.
Мобильное устройство может осуществлять связь через соответствующую подсистему радиоинтерфейса мобильного устройства. Интерфейсная подсистема может быть обеспечена, например, посредством секции 7 радиосвязи и связанной с ней антенной подсистемы. Антенная подсистема может быть выполнена внешним или внутренним образом по отношению к мобильному устройству.
Мобильное устройство в типичном случае оснащено по меньшей мере одним модулем 3 обработки данных и по меньшей мере одной памятью 4 для использования в задачах, которые оно предназначено выполнять. Модули обработки и хранения данных могут быть предусмотрены на соответствующей схемной плате и/или в чипсетах. Этот функциональный аспект обозначен ссылочным номером 6.
Фиг.1 также показывает компонент-модулятор 9, подсоединенный к остальным элементам. Примеры выполняемых им функций модуляции излагаются ниже в настоящем описании. Следует отметить, что может быть предусмотрено, что функции модулятора обеспечиваются модулем 3 обработки данных, а не отдельным компонентом.
Пользователь может управлять работой мобильного устройства посредством подходящего пользовательского интерфейса, такого как клавишная панель 2, голосовые команды, сенсорный экран или панель, их комбинации или т.п. Также в типичном случае предусмотрены дисплей 5, громкоговоритель и микрофон. Помимо этого, мобильное устройство может содержать соответствующие средства соединения (либо проводные, либо беспроводные) для соединения с другими устройствами и/или для подсоединения к нему внешнего вспомогательного оборудования, такого как оборудование громкой связи ("hands-free").
Далее обсуждаются варианты осуществления, где квитанция для передачи в одном направлении и данные, посылаемые в другом направлении, мультиплексируются на символьном уровне, и, более конкретно, варианты осуществления, где ACK/NACK для нисходящей линии связи и данные восходящей линии связи мультиплексируются по времени на символьном уровне. В нижеследующих примерах сигнализация ACK/NACK для нисходящей линии связи модулируется для передачи с данными восходящей линии связи от мобильной станции на базовую станцию. Следует отметить, что вместо базовой станции сигнал может быть послан, например, на другую мобильную станцию и что данная модуляция может также иметь место на базовой станции.
Далее со ссылкой на блок-схему последовательности операций по Фиг.2 обсуждается иллюстративный вариант осуществления способа. В данном варианте осуществления управляющие символы мультиплексируются на этапе 102 с символами данных на основе информации о расстоянии между положениями по меньшей мере двух управляющих символов в представлении положений символов в сигнале, которые определены на этапе 100. Мультиплексированные символы затем могут быть переданы на этапе 104.
В соответствии с более специфическим вариантом осуществления конкретное правило отображения битов ACK/NACK используется, когда символы ACK/NACK мультиплексируются с символами данных на этапе 102. Мультиплексирование может основываться на мультиплексировании по времени.
Символы могут быть отображены на диаграмму сигнального пространства для иллюстрации идеальных положений символов в сигнале. Примером такого представления сигнала является звездная диаграмма или просто созвездие. Звездная диаграмма - это пример возможности визуализации положений символов в сигнале, и в основе ее лежит тот факт, что передаваемый символ может быть представлен комплексным числом. Символы представляются как комплексные числа и, следовательно, могут быть визуализированы как точки на комплексной плоскости.
Звездная диаграмма может использоваться для предоставления представления сигнала, модулированного схемой цифровой модуляции, такой как квадратурная амплитудная модуляция (QAM) или фазовая манипуляция (PSK). Квадратурные (Q) несущие могут быть обеспечены посредством модуляции сигнала косинусной и синусной несущих действительной и мнимой частями комплексного числа, соответственно, символ может быть послан с помощью двух несущих на одной частоте. Действительная и мнимая оси часто называются синфазной осью, или I-осью и квадратурной осью, или Q-осью.
Звездная диаграмма может использоваться для показа сигнала в виде двумерной диаграммы на комплексной плоскости в моменты или в точках взятия выборок символов. Звездная диаграмма может, таким образом, использоваться для обеспечения представления положения символов в схеме модуляции и допускает непосредственную визуализацию процесса модуляции. Примеры прямоугольных звездных диаграмм 30 16QAM показаны на Фиг.3 и 5.
Подлежащие передаче символы ACK/NACK могут быть отображены на ту же самую звездную диаграмму, что используется символами данных. Согласно варианту осуществления для передачи ACK/NACK могут быть выбраны точки созвездия, имеющие наибольшее евклидово расстояние. Под евклидовым расстоянием, в общем, понимается расстояние между двумя точками, представленное корнем от квадрата разности между координатами пары объектов. Евклидово расстояние может быть вычислено как
<mrow><msqrt><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>i</mi><mi>k</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>Q</mi><mi>k</mi></msub><mo>−</mo><msub><mi>Q</mi><mn>1</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
,
где k=[1, 2…m], I=[1, 2…m] представляют индексы точек созвездия модуляции, используемых для символов данных, m - количество точек созвездия, используемых для символов данных.
Другая возможность заключается в использовании заранее заданного порога для расстояния. Например, могут быть выбраны любые точки, отстоящие друг от друга на евклидово расстояние, большее, чем заранее заданный порог. Согласно еще одному варианту осуществления правило выбора допускает выбор среди точек созвездия, которые обеспечивают наиболее многообещающие возможные варианты, например 2 или 3 наибольших евклидовых расстояния, либо любое другое заранее заданное количество наибольших евклидовых расстояний.
Согласно еще одному варианту осуществления в процессе выбора также учитываются уровни мощности, соответствующие точкам созвездия. Например, выбираются точки, которые имеют наибольшее или достаточно большое евклидово расстояние и достаточно высокую мощность. Таким образом, точка с достаточно большим расстоянием, но слишком малой мощностью может быть не выбрана. Может быть использована оптимизированная комбинация порогов расстояния и порогов мощности. В некоторых вариантах применения может оказаться желательным выбирать точки с наивысшими уровнями мощности, даже если они не являются точками с наибольшими расстояниями.
На Фиг.3 показан пример отображения однобитовой ACK/NACK на звездную диаграмму 30. Более точно, в этом конкретном примере для символов данных используется схема шестнадцатипозиционной квадратурной амплитудной модуляции (16QAM). Черными точками 32 обозначаются предлагаемые точки созвездия для передачи ACK/NACK. Белые точки 34, следовательно, оставлены для данных. Более детальные примеры возможных правил отображения, учитывающих также модуляцию 64QAM и передачу двухбитовой ACK/NACK, рассмотрены ниже.
Таблица 1, показанная на Фиг.4, представляет собой пример отображения сигнализации ACK/NACK на комплекснозначные модулированные символы, x=I+jQ, в созвездии с помощью различных схем модуляции данных. Более конкретно, в примерах, показанных в Таблице 1, однобитовые символы ACK/NACK отображаются с помощью модуляций данных QPSK, 16QAM и 64QAM. Комплексные значения по этому примеру основываются на технической спецификации TS 36.211 "Physical Channels and Modulation", версия 1.0.0 от 19.03.2007 в рамках Проекта партнерства в области систем связи третьего поколения (3GPP).
Фиг.5 показывает отображение сигнализации двухбитовой ACK/NACK на звездную диаграмму 30. Сигнализация двухбитовой ACK/NACK может потребоваться, например, когда в нисходящей линии связи используется MIMO (с множеством входов и множеством выходов)-передача с дуальным кодовым словом.
Пример отображения на созвездие двухбитовой сигнализации ACK/NACK с помощью модуляции 16QAM показан в Таблице 2, а для 64QAM - в Таблице 3, см. Фиг.6 и 7, соответственно. При модуляции 16QAM пара битов сигнализации ACK/NACK отображается в комплекснозначные символы модуляции, x=I+jQ, согласно Таблице 2. При модуляции 64QAM эта пара битов отображается в комплекснозначные символы модуляции, x=I+jQ, согласно Таблице 3.
Функции обработки данных, требуемые для модуляции и/или связанного с ней принятия решения, могут быть реализованы посредством одного или более процессоров данных. Обработка данных может быть реализована в блоке или модуле обработки из состава станции, например, пользовательского устройства или базовой станции. Вышеописанные функции могут быть реализованы отдельными процессорами или интегрированным процессором. Продукт или продукты в виде соответственным образом приспособленных кодов компьютерных программ могут использоваться для реализации вариантов осуществления, при их загрузке в соответственный процессор, например, в процессор контроллера базовой станции или контроллера пользовательского устройства. Средства программного кода могут, например, выполнять формирование и интерпретацию информации, передаваемой в виде сигналов между различными объектами, и управлять разнообразными операциями. Продукт в виде программного кода для реализации операций может быть сохранен на или предоставлен посредством носителя, такого как диск, карта или лента. Предусматривается возможность загрузки продукта в виде программного кода на мобильное устройство через сеть данных.
Преимущество, обеспечиваемое вышеописанными примерами отображения символов ACK/NACK или других символов управляющей сигнализации в символы данных в созвездии, заключается в том, что могут быть получены оптимизированные рабочие характеристики. Это обусловлено тем, что могут быть обеспечены сигналы управляющих символов, имеющие между собой максимальное евклидово расстояние или заранее заданное евклидово расстояние, тем самым снижая риск возникновения ошибок. Может быть повышено качество управляющей сигнализации. Обеспечивается возможность использования точек созвездия с одной и той же звездной диаграммы для управляющих данных и данных полезной нагрузки при модуляции. Если максимальная мощность или достаточно большая мощность используется для сигнализации управляющих символов, то может быть достигнуто максимизированное отношение сигнал-шум (SNR) без заметного воздействия на отношение пикового уровня к среднему (PAR).
Следует понимать, что хотя варианты осуществления были описаны по отношению к модуляции в пользовательских устройствах, таких как мобильные станции, и устройствах сети, таких как базовые станции, варианты осуществления настоящего изобретения применимы к любому другому типу аппаратуры, пригодной для передачи данных, где может потребоваться модуляция. Аналогичные принципы могут быть применены к любой технологии связи, где может использоваться модуляция управляющих символов и символов данных.
Следует также отметить, что хотя некоторые варианты осуществления были описаны выше в качестве примера со ссылкой на некоторые иллюстративные архитектуры для беспроводных сетей, технологий и стандартов, варианты осуществления могут быть применены к любым подходящим формам систем связи, отличным от тех, что проиллюстрированы и описаны здесь. Следует также сказать, что термин "система доступа" понимается как относящийся к любой системе, выполненной с возможностью обеспечения беспроводной связи для пользователя, осуществляющего доступ к приложениям.
Здесь также указывается, что хотя вышеприведенным изложением описываются иллюстративные варианты осуществления изобретения, имеется ряд вариаций и модификаций, которые могут быть осуществлены в отношении раскрытого здесь технического решения, не выходя за рамки объема настоящего изобретения.